JPH0777800B2 - サーマルインクジェット印字ヘッド - Google Patents

サーマルインクジェット印字ヘッド

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JPH0777800B2
JPH0777800B2 JP2017641A JP1764190A JPH0777800B2 JP H0777800 B2 JPH0777800 B2 JP H0777800B2 JP 2017641 A JP2017641 A JP 2017641A JP 1764190 A JP1764190 A JP 1764190A JP H0777800 B2 JPH0777800 B2 JP H0777800B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、インクジェットプリンタ、詳細には、そのイ
ンクリザーバの一部分が残りの部分からインクが内部供
給されるようになっているシリコン製大型サーマルイン
クジェット印字ヘッドに関するものである。印字ヘッド
は、異方性エッチング法によって作られるので、耐蝕性
マスクの角度不整合の影響が少なく、また外部インク供
給源に対し印字ヘッドをシールする、高価で、長い、使
用の困難なガスケットを使う必要がない。
従来の技術 サーマルインクジェット印刷は、インクジェット印字ヘ
ッドが、命令に応じて、毛管インク充満チャンネルのノ
ズルすなわち噴射口から上流側の所定の距離に配置され
た熱エネルギー発生器、通常は抵抗器へ電気パルスを選
択的に印加することによりインク滴を噴射する形式のド
ロップオンデマンド型インクジェット印字方式である。
ノズルの反対側のチャンネル端は、より大きな外部イン
ク供給源に接続された小さいインクリザーバに通じてい
る。
米国再発行特許第Re4,463,359号は、サーマルインクジ
ェット印字ヘッドと幾つかの製造方法を開示している。
各印字ヘッドは、ぴったり合わせて接着された2っの部
品から成っている。一方の部品は表面に発熱素子とアド
レッシング電極の直線配列を有する平らな基板であり、
他方の部品は、2っの部品を接着したときインク供給マ
ニホルドの役目を果たす。異方性エッチングされた少な
くとも1個の凹部を有する基板である。第2の部品に
は、そのほかに、平行な溝の直線配列が設けられてお
り、溝の一端はマニホルド凹部に通じており、他端はイ
ンク滴噴射ノズルとして使用するため開いている。ある
実施例では、最初に、第1シリコンウェーハの上に複数
組のアドレッシング電極と発熱素子の配列が作られ、ま
た所定の場所に整合用マークが付けてある。次に第2シ
リコンウェーハに、対応する複数組のチャンネル溝と関
連マニホルドのほか、所定の場所に整合用穴がエッチン
グされる。2っのシリコンウェーハは、整合用穴と整合
用マークを用いてぴったり合わされ、接着され、さいの
目に切り分けられて、多数の印字ヘッドが同時に作られ
る。
米国特許第4,638,337号は、上記米国再発行特許第Re32,
572号の印字ヘッドに似ているが、各発熱素子が凹部内
に配置されたサーマルインクジェット印字ヘッドを開示
している。発熱素子が入っている凹部の壁は、気泡が横
に動いてノズルを通過し、この結果、蒸発したインクが
大気中に突然噴出する“噴出し”と呼ばれる現象を防止
する。この現象が起きると、空気の吸込みを引き起こす
ので、印字ヘッドの動作ができなくなる。この米国特許
の印字ヘッドでは、発熱素子板とチャンネル板の間に、
Riston(登録商標)またはVacrel(登録商標)などの厚
膜有機構造がはさまれている。その層の目的は、発生し
た気泡が入る凹部を発熱素子のすぐ上に形成し、蒸気の
噴出しと空気の吸込みを起こさずに、滴の速度を高める
ためである。
米国特許第4,774,530号は、エッチングした厚膜絶縁層
を使用してインクチャンネルとマニホルドの間にインク
流路を設けることにより、マニホルド凹部に近いほうの
チャンネル溝の端を開放する製造工程を無くした印字ヘ
ッド製造方法を開示している。
発明が解決しょうとする課題 上に挙げた米国特許に記載されているように、サーマル
インクジェット印字ヘッドは、基本的に2っの基板から
成っている。一方の基板は発熱素子を有し、他方の基板
はインクチャンネル凹部を有する。これら2っの基板を
ぴったり合わせて接着すると、チャンネル凹部がインク
通路の役目をする。独立したウェーハに、複数の各基板
を作り、両ウェーハをぴったり合わせて接着し、さいの
目に切り分ければ、多数の個別印字ヘッドが同時に作ら
れる。複数組の凹部が設けられるウェーハはシリコンで
あり、凹部は異方性エッチング法によって形成される。
異方性エッチングすなわち方向依存性エッチングが、小
型で精密な印字ヘッドに向いた生産性の高い製造方法で
あることは知られている。これらの印字ヘッドは高い信
頼性を有し、安価で、高解像度で、電子的にアドレス可
能である。これらは、通常は、幅が約1/4インチであ
り、用紙などの静止した記録媒体を横切って移動しなが
ら狭い印字幅の情報を印刷する。次に用紙が1印字幅の
距離だけステップ状に送られ、ページ全体が印刷される
まで印字工程が続けられる。しかし、この処理は低速で
ある。
印字速度を高めるためには、より大型のノズル配列が必
要である。また各インク滴噴射ノズルに、インクリザー
バすなわちマニホルドに通じたインクチャンネルが必要
である。すべてのエッチングをウェーハの片側からのみ
行うために、インクリザーバはウェーハを貫通してエッ
チングされる。開いた底はインク入口の役目をする。ノ
ズル配列の大きさが増すと、リザーバの大きさも増し、
したがってインク入口も大きくなる。リザーバのための
貫通エッチングの面積が増すと、ウェーハの強度が落
ち、後の組立工程においてこわれやすいウェーハが多数
損傷し、そのため生産性が低下する。
長いトラフすなわち凹部に付随する問題がもう1っあ
る。もし耐蝕性マスクに設けられた開孔の側面が(10
0)シリコンウェーハすなわち基板の{111}結晶面と完
全に一致していなければ、エッチングの結果生じた凹部
はマスクの開孔をアンダカットして、やはり{111}結
晶面に従うであろう。この結果、ウェーハの{111}結
晶面に対しマスクが角度的に一致していなければ、望ん
でいるよりも長い、かつ広幅の寸法をもつ長方形の凹部
が生じるであろう。このアンダカットは、所望する凹部
すなわち貫通溝の長さを増せば、一層ひどくなる。アン
ダカットは、個々のウェーハの開孔パターンと結晶面と
の角度の不一致に応じて変わるので、マスクの設計でア
ンダカットを補償することは容易でない。
リザーバの開いた底すなわちインク入口は、ノズル配列
と関連インクチャンネルの幅とほぼ同じ寸法である。こ
の設計は、小型の印字ヘッドの場合は満足できるもので
あるが、大型の印字ヘッド(例えば、200ノズル)の場
合は、そのほかに、外部インク供給源に対しインク入口
をシールする極めて長いガスケットを必要とするので、
高価な、使用の困難なガスケットを特別に設計しなけれ
ばならない。
課題を解決するための手段 本発明の目的は、大型の印字ヘッドに付随する脆弱化の
問題と、角度不一致に起因するアンダカットの問題をで
きるだけ少なくし、同時にリザーバとインク入口の組合
せの一部を、内部供給されるリザーバで置き換えること
によってインク入口のサイズを小さくすることである。
本発明は、第1基板と第2基板をぴったり合わせて接着
して作る形式のサーマルインクジェット印字ヘッドとそ
の製造方法を開示する。第1基板は{100}結晶面の表
面をもつシリコンであり、その一面に異方性エッチング
された一直線に隣接する一連の貫通凹部と、その両側に
設けられた幅狭のV溝凹部と、複数の平行な細いインク
チャンネル溝とを有している。第2基板は、その一面に
パターニングされた複数の発熱素子とアドレッシング電
極を有している。第1基板に設けられた複数の一連の隣
接する貫通凹部と、その外側のV溝凹部は、区分された
インクリザーバの役目をし、各貫通凹部の開いた底はイ
ンク入口の役目をする。細長いインクチャンネル溝の一
端は閉じている。インクチャンネル溝の閉じた端は、区
分されたインクリザーバに隣接しているが、インクチャ
ンネル溝の他端はインク滴噴射ノズルの役目をするため
開いている。各発熱素子は、対応するインクチャンネル
溝の中に、ノズルから上流側の所定の距離に配置されて
いる。インクチャンネル溝と貫通凹部を連絡する手段が
設けられている。発熱素子にディジタルデータを表す電
気パルスが選択的に印加されると、ノズルからインク滴
が記録媒体に向けて噴射される。本発明の改良点は、各
区分が仕切り壁で互いに隔てられた区分されたリザーバ
を設けたことである。この区分リザーバは、複数の一列
に並んだ貫通凹部の両側に、それぞれ外側V溝を有して
おり、耐蝕性マスクの開孔を通してシリコン基板を異方
性エッチングして形成される。外側V溝用の耐蝕性マス
ク開孔は、もちろん、貫通凹部用の開孔よりも小さい。
隣り合う貫通凹部とV溝凹部は仕切り壁で隔てられてお
り、各仕切り壁の両側の壁面は区分リザーバの独立した
隣り合う区分の一部を為している。仕切り壁は、ノズル
の数、つまりリザーバの長さを増したとき、印字ヘッド
の強度を高める役目をすると同時に、マスクと第1基板
の結晶面との角度不一致の影響を少なくする働きをす
る。第1の実施例の場合は、耐蝕性マスクの開孔間の間
隔が、シリコンウェーハの異方性エッチングが貫通する
前に、完全なアンダカットができるような寸法に決めら
れるので、独立した貫通凹部の間でインクが流れるばか
りでなく、区分リザーバの外側V溝形部分にもインクが
流入する。
第2の実施例において、インクチャンネル溝と区分リザ
ーバの間を連絡する手段は、第1基板と第2基板の間に
厚膜絶縁層をはさむことによって得られる。すなわち、
その厚膜絶縁層はパターニングされエッチングされて複
数の凹部が形成される。それらの凹部は、区分リザーバ
とインクチャンネル溝の間にインク通路を提供し、かつ
貫通凹部から区分リザーバの外側V溝部分へインク流が
通過できるようにする。
添付図面を参照して以下の詳細な説明を読まれれば、本
発明を完全に理解することができるであろう。図中、同
様な部品は、同じ参照番号で表示してある。
実施例 情報の印字幅を増して印字速度を高めるためにインクチ
ャンネル溝の配列を拡張すると、チャンネル溝へインク
を供給するリザーバも長くなる。このようにウェーハ全
体にわたって多くのシリコンが失われると、ウェーハの
強度が急激に低下して、チャンネル板ウェーハが非常に
こわれやすくなる。また前に述べたように、マスクの開
孔とウェーハの{111}結晶面との間に角度の不一致が
あると、アンダーカットが生じ、そのアンダーカットは
リザーバの長さを増すと一層ひどくなる。本発明は、大
型印字ヘッドに付随する上記の2っの問題を解決し、さ
らに、後で詳細に説明する外部インク供給源に対し印字
ヘッドをシールするガスケットのサイズを小さくするこ
とが可能な印字ヘッドを提供する。
第1A図に、パターニングされ、部分的に異方性エッチン
グされた、大型サーマルインクジェット印字ヘッド10の
チャンネル板ウェーハ12の拡大部分平面図を示す。典型
的な大型サーマルインクジェット印字ヘッド10(第4図
参照)においては、約1.7cmの距離に、1インチ当たり
約200〜300個のインクチャンネル20が使用される。見易
くかつ発明が容易に理解できるように、第1A図には数個
のチャンネル溝20のみを示してある。後で述べるが、
(100)ウェーハ12は、その表面を異方性エッチング剤
にさらすための開孔をもつマスク11を作るために、耐蝕
性物質、例えば窒化シリコンで被覆され、パターニング
される。各チャンネル板31(切断線13より内側のウェー
ハの部分)ごとに、細長いV溝15、チャンネル溝20、貫
通凹部24、及び浅いリザーバ凹部42を形成するために、
4組の開孔が設けられる。細長いV溝15は、前に挙げた
米国特許に記載されているように、アドレッシング電極
と共通帰線のクリアランスを得るために作られる。残り
の凹部については後で説明する。点線13は、チャンネル
板と発熱素子ウェーハをぴったり合わせて接着した後、
個々の印字ヘッド10に切り分けるための切断線を示す。
大型印字ヘッドの開発により、リザーバが拡大され、そ
のためエッチングされたシリコンウェーハ12が非常にこ
われやすくなった。一般に、エッチング後、ウェーハ
は、熱燐酸によって窒化シリコンが剥離され、冷水で洗
浄された後、機械的に整合され、接着される。製造中の
これらの取扱いにおいて、多数のウェーハが損傷し、生
産性が低下する。そのほか、エッチングされた長い貫通
リザーバにはもう1っの問題がある。マスク11の開孔パ
ターニングと{111}結晶面の不整合は、角度の不一致
とパターンの長さ“I"の2っの要素の関数である。例え
ば、細長いパターンを異方性エッチングして得られた長
方形凹部の実際の幅“W"は、もしパターンが{111}結
晶面と角度θだけずれていると、W=I sinθ+W cosθ
で表される。長さ“I"は不整合により生じる幅(W)の
増加の主要要素であることに留意されたい。このため、
チャンネル溝の配列の長さが増すにつれて、アンダーカ
ットは一層ひどくなる。アンダーカットは、個々のウェ
ーハのパターンと結晶面の角度不一致により変わるの
で、マスク間で補償することは簡単にはできない。
米国再発行特許第Re.32572号および米国特許第4,638,33
7号に開示されているように、印字ヘッド10の上基板す
なわちチャンネル板31は、(100)シリコンウェーハ12
から同時に多数作ることができる。ウェーハを化学洗浄
し、両面に熱分解性CVDシリコン窒化層11(第1B図参
照)をウェーハの両面に蒸着する。通常の写真平版法を
用いて、一方のウェーハ面37に、腐蝕貫通凹部のための
複数の開孔24と、インクリザーバすなわちマニホルドの
役目をする浅いリザーバ凹部のための開孔42と、インク
チャンネル凹部のための開孔20と、電極端子32(第4図
参照)に対しクリアランスを与える細長いV溝のための
開孔15のほか、少なくとも2っの製造用穴(図示せず)
を所定の場所に印刷する。パターニングされた開孔か
ら、プラズマエッチングによってシリコン窒化層を除去
する。水酸化カリウム(KOH)異方性エッチング剤を使
用して各凹部をエッチングすることができる。この場合
には、(100)シリコンウェーハのエッチングで得られ
た{111}面は、ウェーハの表面に対し54.7゜の角度を
なしている。リザーバの表面図形は正方形または長方形
であり、整合用穴は一辺が約60〜80ミル(1.5〜2.0mm)
の正方形である。したがって、整合用穴は、20ミル(0.
5mm)の厚さのウェーハを貫通してエッチングされる。
第1A図と第1B図は、凹部24が腐蝕貫通する直前のウェー
ハを示す。エッチング処理が完了すると、凹部24は完全
にウェーハを貫通する。開孔24と42の間の間隔は、ウェ
ーハの貫通と同時に完全なアンダーカットが生じるよう
に決められる。アンダーカットは、貫通凹部と浅いリザ
ーバ凹部の間にインクの流れる路を提供する。したがっ
て、後で第2図および第3図について説明するように、
浅いリザーバ42は、より大きな貫通凹部リザーバ24から
内部供給される。これは、20ミルの厚さのウェーハを異
方性エッチングで貫通させるのに必要な時間の間に、約
7ミクロンのマスクのわずかな垂直アンダーカットが生
じるために可能なのである。したがって、開孔間の間隔
が14ミクロン以下であれば、完全なアンダーカットが生
じる。その後、区分リザーバを構成する各凹部を隔てて
いる仕切り壁が完全に消滅しないように、ウェーハをエ
ッチング剤から取り出さなければならない。
マニホルド凹部とチャンネル凹部を含むウェーハ12の表
面37は、元のウェーハ表面の一部であり、次にその表面
に接着剤を塗布し、複数組の発熱素子を含む基板すなわ
ちウェーハ(図示せず)へ接着する。最後に、切断線13
(点線)に沿って切断すると、端面29(第4図参照)が
生じ、細いチャンネル溝20の一端が開かれてノズル27が
できる。チャンネル溝20の他端は、端21で閉じたままで
ある。しかし、チャンネル板を発熱素子板にぴったり合
わせて接着したとき、チャンネル溝20の端21は、第4図
および第5図に示すように、厚膜絶縁層18の凹部38のす
ぐ上に置かれるので、インクは矢印23で示すように区分
リザーバからチャンネル溝20へ流れることができる。次
に、もう1っの切断線13に沿って切断すると、2っの接
着されたウェーハは複数の個々の印字ヘッドに切り分け
られる。
一列に並んだ貫通凹部24と、独立したインク入口の役目
をする開いた底25を生成する開孔パターンは互いに離れ
ているので、形成された個々のリザーバは、仕切り壁36
によって互いに隔てられている。仕切り壁の両側の側面
40は、それぞれ隣接するリザーバの一部を為している。
一列に並んだリザーバは、区分リザーバ22を構成し、各
区分は貫通凹部24か、外側の浅いリザーバ42のどちらか
である。厚膜絶縁層18の個々の凹部38(第4図および第
5図参照)は、米国特許第4,774,530号に記載されてい
るように、隣接するインクチャンネルに対し独立したイ
ンク流路を提供する。区分リザーバ22は、チャンネル板
ウェーハの強度を高めるので、大型インクチャンネル配
列のための単一リザーバをもつ脆弱なチャンネル板ウェ
ーハの場合よりも、印字ヘッドの生産性は高い。それに
加えて、区分リザーバを構成する一連のより小さい個々
のリザーバは、マスクとチャンネル板ウェーハの結晶面
の角度不一致の影響を少なくするほか、内部で供給され
る浅いリザーバの採用により、インク入口面積が小さく
なるので、小さい市販ガスケットを使用して外部インク
供給源(図示せず)に対し印字ヘッドをシールすること
ができる。
第2図および第3図に、エッチング処理が終了し、マス
クを除去した後のウェーハの一部(第1A図)の斜視図を
示す。第3図は、浅いV溝リザーバ凹部42を有する区分
リザーバ22の端の部分の拡大図で、マスクのアンダーカ
ットのために高さが減少した仕切り壁面40,41が示され
ている。短縮された仕切り壁は、依然として印字ヘッド
の生産性を高めるのに必要な強度を与えるほか、区分リ
ザーバの浅いV溝端部分が内部供給されるようにインク
通路を提供する。
このように、発明の好ましい実施例の場合、チャンネル
板31には、20ミルの厚さのウェーハを異方性エッチング
で貫通させるサイズの一連の開孔と、前記一連の開孔の
両側に、未貫通の浅いV溝凹部が生じるように設計され
た少なくとも1個の外側開孔がパターニングされる。こ
れらの開孔の間隔は14ミクロン以下であるので、エッチ
ング処理が終了する間際には、マスクは完全にアンダー
カットされる。次に、ウェーハをエッチング剤から取り
出して、仕切り壁の高さが低くなり過ぎる前に、すなわ
ち完全に溶蝕される前にエッチングを停止する。浅いリ
ザーバ凹部42は、隣接する貫通凹部24はど幅広でないの
で、アンダーカット壁面41は、非{111}結晶面の表面
が多くさらされて、切欠き付きコーナ43が生じる。
インクをチャンネル20へ供給する区分リザーバの上記の
構造は、数個の補強リブすなわち短縮された補強用仕切
り壁36を提供するほか、より少い数の一連のインク入口
25を提供するので、標準卵形ガスケットを使用して、外
部インク供給源(図示せず)例えば使捨てインクカート
リッジまたは可撓ホースコネクタ(図示せず)に対し印
字ヘッドをシールすることができる。低くなった仕切り
壁すなわちリブ36により、区分リザーバ22の全長にわた
るインク通路が得られる。インクチャンネル20と区分リ
ザーバ22の間隔44は十分に大きいので、完全なアンダー
カットは生じない。したがって、インク滴がチャンネル
ノズル27から噴射されたとき、厚膜絶縁層18の凹部38を
経由してインクがチャンネルに補給される(第4図およ
び第5図参照)。
第4図および第5図に、本発明のインクジェット印字ヘ
ッド10の拡大断面図を示す。第4図は、印字ヘッドの貫
通リザーバ凹部24を通る断面図であるのに対し、第5図
は印字ヘッドの浅いリザーバ凹部42を通る断面図であ
る。両図には、印字ヘッド10の前面29と、前面29に開い
た滴噴射ノズル27が示されている。下の絶縁性基板すな
わち発熱素子板28は、その表面30にパターニングされた
発熱素子34とアドレッシング電極33を有するのに対し、
上の基板すなわちチャンネル板31は、一方向に伸びて前
面29の所で開いた平行なチャンネル溝20を有する。チャ
ンネル溝の他端は斜壁21で終わっている。毛管インク充
満チャンネル溝20のインク供給マニホルドすなわちリザ
ーバとして使用される貫通凹部24の開いた底25は、イン
ク入口として使用される。溝20と下の基板すなわち発熱
素子板によって形成された各チャンネルの中に対応する
1個の発熱素子34が入るように、発熱素子板28がチャン
ネル板の表面に合わされ接着される。貫通凹部24と下の
基板28とで形作られたマニホルドに入ったインクは、入
口25を通って、厚膜絶縁層18に設けた1個以上の凹部38
を通過し、毛管作用によってチャンネル20を満たす。イ
ンクは、各ノズルでメニスカスを形成し、その表面張力
は、わずかに負のインク供給圧と共同して、インクがノ
ズルから滲み出るのを防止する。下の基板すなわち発熱
素子板28のアドレッシング電極33は端子32で終わってい
る。電極端子32を露出させ、かつ印字ヘッド10を固定し
て取り付ける娘基板19の電極48に対するワイヤボンド45
ができように、上の基板すなわちチャンネル板31は下の
基板28よりも小さい。上の基板と下の基板の間にはさま
れた層18は、後で説明する厚膜パッシベーション層であ
る。この厚膜層18は、発熱素子をピット26の中に置いて
インクにさらし、かつ区分リザーバ22と関連インクチャ
ンネル20の間をインクが流れるようにするための凹部が
エッチングされる。さらに、この厚膜18は、電極の端子
をさらすためにエッチングされる。
第4図と第5図は、矢印23で示すように、リザーバの貫
通凹部24から、溝20の端21をまわってインクが流れる様
子を示す。米国特許第4,638,337号に記載されているよ
うに、1枚の(100)シリコンウェーハの研磨された表
面に、複数組の気泡発生用発熱素子34とアドレッシング
電極33がパターニングされる。複数組のアドレッシング
電極33、発熱素子の役目をする抵抗体34、および共通帰
線35をパターニングする前に、ウェーハの研磨面は、約
2ミクロンの厚さのアンダグレーズ層39、例えば二酸化
シリコンで被覆される。抵抗体34は、化学気相蒸着法
(CVD)で蒸着することができるドーピングした多結晶
シリコンでもよいし、その他の既知の抵抗体例えば硼化
ジルコニウム(ZrB2)でもよい。共通帰線とアドレッシ
ング電極は、一般に、アンダグレーズ層と発熱素子の縁
の上に蒸着されたアルミニウムリード線である。共通帰
線の端すなわち端子37′とアドレッシング電極33の端子
32は、チャンネル板31が接着された後娘基板19の電極48
に対するワイヤボンディング45のクリアランスを考慮し
て所定の場所に配置される。共通帰線35とアドレッシン
グ電極33は、0.5〜3ミクロンの厚さに蒸着されるが、
1.5ミクロンが好ましい。
好ましい実施例では、ポリシリコン発熱素子を使用して
いる。二酸化シリコン熱酸化層17は、高熱流の中でポリ
シリコン発熱素子から生成される。熱酸化層17は一般
に、0.5〜1ミクロンの厚さに生成され、発熱素子を導
電性インクから保護し、絶縁する働きをする。後でパタ
ーニングされ蒸着されるアドレッシング電極と共通帰線
のために、ポリシリコン発熱素子の縁から熱酸化物が除
去される。発熱素子として硼化ジルコニウムを使用する
場合は、発熱素子の保護層として他の適当な周知の絶縁
物質を使用することができる。また、印字ヘッドの動作
中に崩壊するインク気泡により発生するキャビティーシ
ョンの力に対する追加保護層として、電極パッシベーシ
ョンの前に、発熱素子保護層17の上に約1ミクロンの厚
さのタンタル(Ta)層(図示せず)を任意に蒸着してい
もよい。このタンタル層は、例えば、CF4/O2プラズマエ
ッチングを用いて、発熱素子のすぐ上の保護層17を除い
て、すべて除去される。電極パッシベーションとして、
複数組の発熱素子とアドレッシング電極を含むウェーハ
の全表面に、2ミクロンの厚さの燐ドープ二酸化シリコ
ン膜16が生成される。パッシベーション膜16は、さらさ
れた電極を、インクから保護するイオンバリヤになる。
その他のイオンバリヤ、例えばポリイミド、プラズマ窒
化物のほか、前に述べた燐ドープ二酸化シリコン、また
はそれらの組合せを使用してもよい。厚さが1000オング
ストロームから10ミクロンのとき、有効なイオンバリヤ
が得られるが、好ましい厚さは1ミクロンである。パッ
シベーション膜16は、後で娘基板の電極にワイヤボンデ
ィングするために共通帰線とアドレッシング電極の端子
から除去される。この二酸化シリコン膜のエッチング
は、ウェットまたはドライエッチング法のどちらでも行
うことができる。代わりに、プラズマ蒸着した窒化シリ
コン(Si3N4)で、電極のパッシベーションを行うこと
ができる。
次に、パッシベーション膜16の上に、例えばRiston、Va
crel、Probmer52(いずれも登録商標)またはポリイミ
ドの厚膜絶縁層18を10〜100ミクロンの厚さに形成す
る。好ましい厚さは、25〜50ミクロンである。厚膜絶縁
層18は、各発熱素子の上の絶縁層の部分(ピット26を形
成するため)、各貫通凹部すなわちマニホルド24からイ
ンクチャンネル20へのインク通路になる一連の凹部38、
および各電極端子32,37′の上の絶縁層の部分をエッチ
ングして除去するため、ホトリソグラフィー法で処理さ
れる。凹部38は、絶縁層18の該当する部分を除去するこ
とにより形成される。したがって、パッシベーション膜
16だけが、凹部38内のインクに電極33がさらされるのを
防止する。
別の代替実施例(図示せず)においては、区分リザーバ
22の隣接する貫通凹部24と浅いV溝凹部42とを仕切る壁
41に完全なアンダーカットを設ける代わりに、浅いV溝
凹部42と区分リザーバ22の隣接する貫通凹部との間の厚
膜絶縁層18に、追加の凹部をエッチングして、浅いV溝
凹部42と区分リザーバ22の残りの部分とを連絡してい
る。これにより、より厚く強い壁41を生成することがで
き、その結果第2図および第3図に示した切欠き付きコ
ーナ43は無い。この代替実施例では、さらに丈夫なチャ
ンネル板が得られると同時に、マスクとウゥーハ結晶面
との不一致の影響が少なく、かつインク入口25の配列の
長さが短いので、印字ヘッドと外部インク供給源との間
に小さいガスケットを使用することができる。
発明の効果 本発明は、大きなリザーバを仕切り壁で区分することに
より、マスクとウェーハ結晶面との角度の不一致の影響
を少なくする。同時に、丈夫なウェーハが得られるの
で、生産性が向上する。ウェーハの貫通を防止するよう
両側の最外側区分リザーバ部分のサイズを小さくするこ
と、およびウェーハが貫通する直前に完全なアンダーカ
ットが生じるように開孔間隔を14ミクロン以下にするこ
とによって、仕切り壁の高さが低くなり、インクは内部
供給され、混り合う。したがって、大型配列のノズル
は、より短い配列のインク入口によって外部インク供給
源と連絡される。より短い配列のインク入口により、小
形の標準ガスケットを用いて外部インク供給源に対し印
字ヘッドをシールすることができる。
以上の説明から多くの修正や変更が考えられるであろう
が、それらの修正や変更はすべて発明の範囲に含まれる
べきものである。
【図面の簡単な説明】
第1A図は、異方性貫通エッチング工程が終了する直前の
チャンネル板ウェーハの拡大部分平面図、 第1B図は、第1A図の線A−Aに沿った、区分リザーバの
貫通凹部の未完了エッチングを示す断面図、 第2図は、本発明に従って、貫通凹部とV溝の間にイン
クが流れるようにする短くした仕切り壁を示す、エッチ
ング工程が終了し、マスクを除去した後のチャンネル板
ウェーハの拡大斜視図、 第3図は、区分リザーバのV溝部分を内部供給するた
め、貫通凹部とV溝の間の短くした仕切り壁を示す、区
分リザーバの端部の拡大図、 第4図は、区分リザーバの貫通凹部の1っを通る線に沿
ったインクジェット印字ヘッドの拡大断面図、および 第5図は、区分リザーバのV溝凹部の1っを通る線に沿
った第4図に類似するインクジェット印字ヘッドの拡大
断面図である。 符号の説明 10……印字ヘッド、11……マスク、12……(100)シリ
コンウェーハ、13……切断線、15……細長いV溝および
そのエッチング用開孔、16……パッシベーション膜、17
……熱酸化層、18……厚膜絶縁層、19……娘基板、20…
…インクチャンネル溝およびそのエッチング用開孔、21
……チャンネル溝の端、22……区分リザーバ、23……イ
ンクの流れる方向、24……貫通凹部およびそのエッチン
グ用開孔、25……インク入口、26……ピット、27……ノ
ズル、28……発熱素子板、29……端面、31……チャンネ
ル板、32……電極端子、33……アドレッシング電極、34
……発熱素子、35……共通帰線、26……仕切り壁、37…
…ウェーハ表面、37′……共通帰線の端子、38……凹
部、39……アンダーグレーズ層、40,41……仕切り壁の
壁面、42……浅いリザーバ凹部とそのための開孔、43…
…切欠き付きコーナー、44……間隔、45……ワイヤボン
デング、48……娘基板の電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−33648(JP,A) 特開 昭62−263062(JP,A) 特開 昭63−34152(JP,A) 特開 平1−148560(JP,A) 特開 平1−166965(JP,A) 特開 平2−2009(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ぴったり合わせて接着された第1基板と第
    2基板から成り、前記第1基板はシリコンで、その一方
    の表面に異方性エッチングされた貫通凹部と複数の平行
    な細い溝を有し、前記第2基板はその一方の表面にパタ
    ーニングされた複数の発熱素子とアドレッシング電極を
    有し、前記貫通凹部はインクリザーバの役目をし、その
    開いた底はインク入口の役目をし、前記細い溝はインク
    チャンネルの役目をし、その一端はインク滴噴射ノズル
    の役目をするため開いており、前記各発熱素子は前記イ
    ンクチャンネル溝内に、ノズルから蒸留側に所定の距離
    に配置されており、さらに前記インクチャンネル溝と前
    記貫通凹部を連絡する手段が設けられており前記発熱素
    子へディジタルデータを表す電気パルスを選択的に印加
    することにより、インク滴をノズルから記録媒体に向け
    て噴射させる形式のサーマルインクジェット印字ヘッド
    であって、 前記インクリザーバは、第1基板の表面上の耐蝕性マス
    クに開孔をパターニングし、所定の時間の間異方性エッ
    チングを施して、一連の独立した貫通凹部と、前記一連
    の貫通凹部の両側にそれぞれ少なくとも1個の浅い外側
    V溝凹部を設けることにより作られた区分型リザーバで
    あり、 さらに、前記区分型リザーバの貫通凹部から前記外側V
    溝凹部へ内部供給されるように、前記貫通凹部と前記外
    側V溝凹部を相互に連絡する手段を設けたこと、を特徴
    とするサーマルインクジェット印字ヘッド。
  2. 【請求項2】請求項1記載のサーマルインクジェット印
    字ヘッドにおいて、前記インクチャンネルと前記区分型
    リザーバを連絡する前記手段は、前記第1基板と前記第
    2基板の間に挟みこまれたパターニングされた圧膜絶縁
    層であって、 前記2個の貫通凹部を互いに連絡する前記手段は、エッ
    チング時間間隔の終了前に完全なアンダーカットが生じ
    得ることを可能とする区分型リザーバをつくり出す所定
    間隔を開孔間に有しており、前記アンダーカットは、前
    記貫通凹部と前記浅い外側V溝凹部の間にインク通路を
    提供し、そうしてV溝凹部を内部供給するようなサーマ
    ルインクジェット印字ヘッド。
  3. 【請求項3】請求項1記載のサーマルインクジェット印
    字ヘッドにおいて、前記浅い外側V溝凹部が、マスクア
    ンダーカットによってつくり出されたインク通路ではな
    く、圧膜絶縁層の凹部によって内部供給されたサーマル
    インクジェット印字ヘッド。
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