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JP2003039686A - Method of manufacturing inkjet head - Google Patents

Method of manufacturing inkjet head

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Publication number
JP2003039686A
JP2003039686A JP2001230660A JP2001230660A JP2003039686A JP 2003039686 A JP2003039686 A JP 2003039686A JP 2001230660 A JP2001230660 A JP 2001230660A JP 2001230660 A JP2001230660 A JP 2001230660A JP 2003039686 A JP2003039686 A JP 2003039686A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode pattern
ink
protective film
contact area
inkjet head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001230660A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Moto
洋一 元
Naoto Matsukubo
直人 松久保
Kenichi Kato
謙一 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2001230660A priority Critical patent/JP2003039686A/en
Publication of JP2003039686A publication Critical patent/JP2003039686A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極パターンの配線抵抗を長期にわたって略一
定に保つことが可能な高信頼性のインクジェットヘッド
を得る。 【解決手段】ベースプレート2の上面に複数個の発熱抵
抗体3及び電極パターン4と保護膜5とが順次形成され
たヘッド基板1と、天板とを具備し、ヘッド基板1−天
板間に、前記電極パターン4上の保護膜5と一部接触す
るように充填されたインクを発熱抵抗体3の発熱によっ
てインク吐出孔より吐出させるインクジェットヘッドで
あって、前記電極パターン4がアルミニウムを主成分と
するスパッタ膜で、前記保護膜5が無機質材料から成る
薄膜で形成されており、電極パターン4のうちインクの
接触領域下に位置する部位を保護膜5の形成に先立って
途中まで等方性エッチングすることにより、接触領域下
に位置する電極パターン4の上面を非接触領域下に位置
する電極パターン4の上面よりも平滑になす。
(57) Abstract: A highly reliable inkjet head capable of maintaining the wiring resistance of an electrode pattern substantially constant over a long period of time. The head substrate includes a plurality of heating resistors, an electrode pattern, and a protective film formed on an upper surface of a base plate, and a top plate. An ink jet head for discharging ink filled so as to be in partial contact with the protective film 5 on the electrode pattern 4 from an ink discharge hole by the heat generated by the heat generating resistor 3, wherein the electrode pattern 4 is mainly composed of aluminum. The protective film 5 is formed of a thin film made of an inorganic material, and a portion of the electrode pattern 4 located under the contact area of the ink is partially isotropic prior to the formation of the protective film 5. By etching, the upper surface of the electrode pattern 4 located below the contact region is made smoother than the upper surface of the electrode pattern 4 located below the non-contact region.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、記録紙にインク滴
を所定パターンに付着させて画像を記録するインクジェ
ットヘッドの製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet head which records an image by depositing ink drops on a recording paper in a predetermined pattern.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、記録紙に画像を形成するため
の記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet head has been used as a recording device for forming an image on recording paper.

【0003】インクジェットヘッドの記録方式には、イ
ンク滴を記録紙に向けて吐出・飛翔させるのに発熱抵抗
体の発する熱エネルギーを利用するものや圧電素子の変
形を利用するもの、更には電磁波の照射に伴って発生す
る熱を利用するもの等があり、これらの中でも発熱抵抗
体の熱エネルギーを利用するサーマルジェットタイプの
ものは、発熱抵抗体のパターニングが容易である上に、
小さな面積の発熱抵抗体であっても比較的大きな熱エネ
ルギーを発生させることができることから、高密度記録
への対応に適したものとして注目されている。
The ink jet head recording method uses a thermal energy generated by a heat generating resistor to eject and fly an ink droplet toward a recording sheet, a method using a deformation of a piezoelectric element, and an electromagnetic wave. There are those that utilize the heat generated by irradiation, and among these, the thermal jet type that utilizes the thermal energy of the heating resistor is easy to pattern the heating resistor,
Since even a heating resistor having a small area can generate a relatively large amount of heat energy, it is attracting attention as being suitable for high density recording.

【0004】かかるサーマルジェットタイプのインクジ
ェットヘッドとしては、例えば図4に示す如く、単結晶
シリコン等から成るベースプレート12の上面に、複数
個の発熱抵抗体13及び電極パターン14と、保護膜1
5とを順次形成してなるヘッド基板11上に、前記発熱
抵抗体13と1対1に対応する複数個のインク吐出孔1
7を有する天板16を、間に所定の間隙を形成するよう
にして配設するとともに前記ヘッド基板11−天板16
間の間隙にインク18を充填した構造のものが知られて
おり、記録紙を前記天板16の外表面に沿って搬送しな
がら、ヘッド基板11の発熱抵抗体13を外部からの画
像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させ、
発熱抵抗体13上のインク18中で気泡Aを発生させる
とともに、該発生した気泡Aによる圧力でもって発熱抵
抗体13上のインク18を上方に押し上げ、インク18
の一部をインク吐出孔17より記録紙に向けて吐出させ
ることによって記録紙に画像が記録される。
As such a thermal jet type ink jet head, for example, as shown in FIG. 4, a plurality of heating resistors 13 and electrode patterns 14 and a protective film 1 are provided on the upper surface of a base plate 12 made of single crystal silicon or the like.
A plurality of ink discharge holes 1 corresponding to the heating resistors 13 in a one-to-one correspondence are formed on a head substrate 11 formed by sequentially forming
7 is disposed so that a predetermined gap is formed between the top plate 16 and the head substrate 11-top plate 16
There is known a structure in which a gap between them is filled with ink 18, and while the recording paper is conveyed along the outer surface of the top plate 16, the heating resistor 13 of the head substrate 11 is converted into image data from the outside. Based on individual Joule heating,
Bubbles A are generated in the ink 18 on the heating resistor 13, and the ink 18 on the heating resistor 13 is pushed upward by the pressure of the generated bubbles A, so that the ink 18
An image is recorded on the recording paper by ejecting a part of the ink from the ink ejection holes 17 toward the recording paper.

【0005】尚、前記ヘッド基板11の保護膜15は、
インク18中に含まれているアルカリイオンや水分等が
発熱抵抗体13や電極パターン14等に接触してこれら
を腐食したり、或いは、インク18中に含まれている染
料の固まり等が発熱抵抗体13の表面にこびり付いたり
するのを防止するためのものであり、窒化珪素や酸化珪
素等の無機質材料を従来周知のCVD法やスパッタリン
グ法等の薄膜プロセスによりベースプレート12上に所
定厚みに堆積させることによって形成されていた。
The protective film 15 on the head substrate 11 is
Alkali ions, water, etc. contained in the ink 18 come into contact with the heating resistor 13, the electrode pattern 14, etc. to corrode them, or the lump of dye contained in the ink 18 causes the heating resistance. This is to prevent the surface of the body 13 from sticking, and an inorganic material such as silicon nitride or silicon oxide is deposited on the base plate 12 to a predetermined thickness by a well-known thin film process such as CVD or sputtering. Was formed by.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインクジェットヘッドによれば、保護膜15を
CVD法等の薄膜プロセスによって形成する際、電極パ
ターン14が150℃以上の高温に長時間晒されるよう
になっており、この間、電極パターン14の表面に形成
されている小さな突起物が前述の温度上昇に伴って成長
することにより電極パターン14の表面に“ヒロック”
と呼ばれる粒径1μm前後の大きな突起物が形成され
る。この場合、電極パターン14上に成膜される保護膜
15には“ヒロック”の形成箇所に対応した膜欠陥が形
成されるため、そのようなヘッド基板11を用いてイン
クジェットヘッドを構成すると、保護膜15中の膜欠陥
を介してインク18が電極パターン14に接触すること
により、電極パターン14が腐食されてしまい、電極パ
ターン14の配線抵抗が短期間で大幅に変動する欠点を
有していた。
However, according to the above-mentioned conventional ink jet head, when the protective film 15 is formed by a thin film process such as a CVD method, the electrode pattern 14 is exposed to a high temperature of 150 ° C. or higher for a long time. During this time, the small protrusions formed on the surface of the electrode pattern 14 grow with the above-mentioned temperature rise, so that “hillocks” are formed on the surface of the electrode pattern 14.
A large protrusion having a particle size of about 1 μm is formed. In this case, since a film defect corresponding to a "hillock" forming portion is formed on the protective film 15 formed on the electrode pattern 14, if such an ink jet head is formed using such a head substrate 11, the protective film 15 is protected. The ink 18 comes into contact with the electrode pattern 14 through the film defect in the film 15, so that the electrode pattern 14 is corroded, and the wiring resistance of the electrode pattern 14 has a drawback that it largely changes in a short period of time. .

【0007】本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、電極パターンの配線抵抗を長期にわた
って略一定に保つことが可能な高信頼性のインクジェッ
トヘッドを得ることができるインクジェットヘッドの製
造方法を提供することにある。
The present invention has been devised in view of the above-mentioned drawbacks, and an object thereof is to obtain an ink jet head of high reliability capable of keeping the wiring resistance of an electrode pattern substantially constant for a long period of time. It is to provide a method of manufacturing a head.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドの製造方法は、ベースプレートの上面に複数個の
発熱抵抗体及び電極パターンと保護膜とが順次形成され
たヘッド基板と、天板とを具備し、前記ヘッド基板−天
板間に、前記電極パターン上の保護膜と一部接触するよ
うに充填されたインクを前記発熱抵抗体の発熱によって
インク吐出孔より吐出させるインクジェットヘッドであ
って、前記電極パターンがアルミニウムを主成分とする
スパッタ膜で、前記保護膜が無機質材料から成る薄膜で
形成されており、前記電極パターンのうちインクの接触
領域下に位置する部位を保護膜の形成に先立って厚み方
向の途中まで等方性エッチングすることにより、インク
の接触領域下に位置する電極パターンの上面を非接触領
域下に位置する電極パターンの上面よりも平滑になすこ
とを特徴とするものである。
A method of manufacturing an ink jet head according to the present invention comprises a head substrate having a plurality of heating resistors and electrode patterns and a protective film formed on an upper surface of a base plate, and a top plate. An ink jet head for discharging ink filled between the head substrate and the top plate so as to partially contact the protective film on the electrode pattern from an ink discharge hole by heat generation of the heat generating resistor, The electrode pattern is a sputtered film containing aluminum as a main component, the protective film is formed of a thin film made of an inorganic material, and the portion of the electrode pattern located under the ink contact area is formed prior to the formation of the protective film. By performing isotropic etching halfway in the thickness direction, the upper surface of the electrode pattern located under the ink contact area is placed under the non-contact area. Is characterized in that the forming smoothly than the upper surface of the pattern.

【0009】また本発明のインクジェットヘッドの製造
方法は、前記インクの接触領域下に位置する電極パター
ン上面の表面粗さが、算術平均粗さRaで0.02μm
以下に設定されていることを特徴とするものである。
In the method of manufacturing an ink jet head of the present invention, the surface roughness of the upper surface of the electrode pattern located under the ink contact area is 0.02 μm in terms of arithmetic average roughness Ra.
It is characterized by being set as follows.

【0010】更に本発明のインクジェットヘッドの製造
方法は、前記電極パターンの厚みが、前記インクの接触
領域下で0.1μm〜0.3μm、非接触領域下で0.
5μm〜1.0μmに設定されていることを特徴とする
ものである。
Further, in the method for manufacturing an ink jet head of the present invention, the thickness of the electrode pattern is 0.1 μm to 0.3 μm under the contact area of the ink and is less than 0.1 μm under the non-contact area.
It is characterized by being set to 5 μm to 1.0 μm.

【0011】また更に本発明のインクジェットヘッドの
製造方法は、前記保護膜の厚みが、0.2μm〜1.2
μmに設定されていることを特徴とするものである。
Furthermore, in the method for manufacturing an ink jet head of the present invention, the thickness of the protective film is 0.2 μm to 1.2 μm.
It is characterized by being set to μm.

【0012】更にまた本発明のインクジェットヘッドの
製造方法は、前記保護膜が、250℃〜400℃の温度
領域で成膜されることを特徴とするものである。
Furthermore, the method of manufacturing an ink jet head of the present invention is characterized in that the protective film is formed in a temperature range of 250 ° C to 400 ° C.

【0013】本発明によれば、インクの接触領域下に位
置する電極パターンの表面を等方性エッチングにて途中
まで浸蝕することにより非接触領域下に位置する電極パ
ターンの表面よりも平滑になしたことから、その後のプ
ロセスにおいて保護膜を形成する際、電極パターンが高
温に晒されても、インクの接触領域下に位置する電極パ
ターンの表面に“ヒロック”と呼ばれる大きな突起物が
形成されることはなく、この領域に成膜欠陥の殆どない
良好な保護膜を形成することができる。従って、インク
との接触による電極パターンの腐食が有効に防止され、
電極パターンの配線抵抗を長期にわたって略一定に維持
することが可能な高信頼性のインクジェットヘッドを得
ることができるようになる。
According to the present invention, the surface of the electrode pattern located below the ink contact area is isotropically etched so that the surface becomes smoother than the surface of the electrode pattern located below the non-contact area. Therefore, when the protective film is formed in the subsequent process, even if the electrode pattern is exposed to high temperature, a large protrusion called “hillock” is formed on the surface of the electrode pattern located under the ink contact area. Therefore, it is possible to form a good protective film having almost no film-forming defects in this region. Therefore, the corrosion of the electrode pattern due to contact with the ink is effectively prevented,
It becomes possible to obtain a highly reliable inkjet head capable of maintaining the wiring resistance of the electrode pattern substantially constant over a long period of time.

【0014】しかも本発明によれば、インクの非接触領
域下に位置する部分では、電極パターンはエッチングさ
れず、厚みは厚く維持されていることから、電極パター
ン全体の配線抵抗が極端に大きくなるといった不都合を
生じることはなく、電極パターンにおける電力の損失は
小さく抑えられる。
Further, according to the present invention, the electrode pattern is not etched and the thickness is maintained thick in the portion located below the non-contact area of the ink, so that the wiring resistance of the entire electrode pattern becomes extremely large. There is no such inconvenience, and the power loss in the electrode pattern can be suppressed small.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図1は本発明の製造方法によって製
作したインクジェットヘッドの斜視図、図2は図1のイ
ンクジェットヘッドの断面図であり、1はヘッド基板、
6は天板、8はヘッド基板1−天板6間に充填されるイ
ンクである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a perspective view of an inkjet head manufactured by the manufacturing method of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of the inkjet head of FIG. 1, and 1 is a head substrate,
Reference numeral 6 is a top plate, and 8 is ink filled between the head substrate 1 and the top plate 6.

【0016】前記ヘッド基板1は、矩形状をなすように
形成されたベースプレート2の上面に、その長手方向に
わたり直線状に配列する多数の発熱抵抗体3と該発熱抵
抗体3に電気的に接続される電極パターン4とを被着さ
せ、これらを保護膜5で被覆した構造を有している。
The head substrate 1 is electrically connected to a large number of heating resistors 3 which are linearly arranged in the longitudinal direction on the upper surface of a base plate 2 which is formed in a rectangular shape. The electrode pattern 4 to be formed is adhered, and these are covered with a protective film 5.

【0017】前記ベースプレート2は、単結晶シリコン
から成り、その表面には酸化珪素等から成る絶縁膜(図
示せず)が例えば1μm〜3μmの厚みに被着され、こ
の絶縁膜によってベースプレート2と後述する発熱抵抗
体3等とを電気的に絶縁している。
The base plate 2 is made of single crystal silicon, and an insulating film (not shown) made of silicon oxide or the like is deposited on the surface of the base plate 2 to a thickness of, for example, 1 μm to 3 μm. It electrically insulates the heating resistor 3 and the like.

【0018】また前記ベースプレート2の上面に設けら
れている多数の発熱抵抗体3は、例えば600dpi
(dot per inch)の密度で主走査方向(ベースプレート
2の長手方向)に直線状に配列されており、その各々が
TaNやTaSiO,TaSiNO,TiSiO,Ti
SiCO,NbSiO等の電気抵抗材料により形成され
ているため、電極パターン4等を介して電源電力が供給
されるとジュール発熱を起こし、発熱抵抗体3上のイン
ク8中で気泡Aが発生するようになっている。
A large number of heating resistors 3 provided on the upper surface of the base plate 2 are, for example, 600 dpi.
They are arranged linearly in the main scanning direction (longitudinal direction of the base plate 2) with a density of (dot per inch), and each of them is TaN, TaSiO, TaSiNO, TiSiO, Ti.
Since it is formed of an electric resistance material such as SiCO or NbSiO, when power source power is supplied through the electrode pattern 4 or the like, Joule heat is generated and bubbles A are generated in the ink 8 on the heating resistor 3. It has become.

【0019】更に前記ベースプレート2上の電極パター
ン4は、アルミニウムを主成分とするスパッタ膜により
所定パターンをなすように所定の厚みに形成されてお
り、先に述べた発熱抵抗体3等に電源電力等を供給する
給電配線としての作用を為す。
Further, the electrode pattern 4 on the base plate 2 is formed in a predetermined thickness by a sputtered film containing aluminum as a main component so as to form a predetermined pattern. It acts as a power supply wiring for supplying the like.

【0020】また前記電極パターン4には、厚みの薄い
部分と厚い部分とがあり、後述するインク8の接触領域
下では例えば0.1μm〜0.3μm程度に薄く、イン
ク8の非接触領域下では例えば0.5μm〜1.0μm
程度に厚く形成されている。
The electrode pattern 4 has a thin portion and a thick portion, and is thin, for example, about 0.1 .mu.m to 0.3 .mu.m below the contact area of the ink 8 described below, and below the non-contact area of the ink 8. Then, for example, 0.5 μm to 1.0 μm
It is formed to be relatively thick.

【0021】このような電極パターン4の表面は、厚み
を厚くなした部分には多数の“ヒロック”が形成される
のに対し、厚みを薄くなした部分には“ヒロック”が殆
ど存在せず、その表面粗さは、厚みを薄くなした部分の
算術平均粗さRaが0.02μm以下と、厚みを厚くな
した部分の算術平均粗さRa(0.04μm〜0.06
μm)に比し平滑になしてある。
On the surface of the electrode pattern 4 as described above, a large number of "hillocks" are formed in the thickened portion, whereas there is almost no "hillock" in the thinned portion. As for the surface roughness, the arithmetic mean roughness Ra of the thinned portion is 0.02 μm or less, and the arithmetic mean roughness Ra of the thickened portion Ra (0.04 μm to 0.06).
.mu.m) and is smoother.

【0022】そして上述した発熱抵抗体3や電極パター
ン4を被覆する保護膜5は、インク8中に含まれている
アルカリイオンや水分等が発熱抵抗体3や電極パターン
4等に接触してこれらを腐食したり、或いは、インク8
中に含まれている染料の固まり等が発熱抵抗体3の表面
にこびり付いたりするのを有効に防止するためのもので
あり、窒化珪素、酸化珪素等の無機質材料により例えば
0.2μm〜1.2μmの厚みに形成される。
The protective film 5 that covers the heating resistor 3 and the electrode pattern 4 described above contacts the heating resistor 3 and the electrode pattern 4 with the alkaline ions and water contained in the ink 8. Corrosion or ink 8
It is intended to effectively prevent the dyes contained therein from sticking to the surface of the heating resistor 3 and the like, and is made of, for example, 0.2 μm to 1. It is formed to a thickness of 2 μm.

【0023】また一方、前記天板6は、間に所定厚み
(例えば25μm〜200μm)、所定形状の隔壁部材
9を介してヘッド基板1上に配設される。
On the other hand, the top plate 6 is disposed on the head substrate 1 with a partition wall member 9 having a predetermined thickness (for example, 25 μm to 200 μm) and a predetermined shape interposed therebetween.

【0024】前記天板6は、発熱抵抗体3と1対1に対
応する複数個のインク吐出孔7を有しており、これらの
インク吐出孔7を対応する発熱抵抗体3の真上に位置さ
せるようにしてヘッド基板1に対して固定される。
The top plate 6 has a plurality of ink ejection holes 7 corresponding to the heating resistors 3 in a one-to-one correspondence, and these ink ejection holes 7 are directly above the corresponding heating resistors 3. The head substrate 1 is fixed so as to be positioned.

【0025】前記天板6のインク吐出孔7は、インクジ
ェットヘッドの記録動作時、インク滴iを記録紙に向け
て吐出するためのものであり、各々のインク吐出孔7の
直径は10μm〜100μm程度の大きさに設定され、
発熱抵抗体3と同じ密度で主走査方向に直線状に配列さ
れる。
The ink ejection holes 7 of the top plate 6 are for ejecting ink droplets i toward the recording paper during the recording operation of the ink jet head, and the diameter of each ink ejection hole 7 is 10 μm to 100 μm. It is set to the size of
The heating resistors 3 are arranged linearly in the main scanning direction with the same density.

【0026】また前記ヘッド基板1−天板6間に介在さ
れる隔壁部材9は、ヘッド基板1−天板6間の間隔を略
一定に保持するとともに、この両者間に個々の発熱抵抗
体3に対応したインク流路を形成するためのものであ
り、隔壁部材9の存在しない部位に前述のインク流路が
形成されることとなる。
The partition member 9 interposed between the head substrate 1 and the top plate 6 keeps the space between the head substrate 1 and the top plate 6 substantially constant, and the individual heating resistors 3 are provided between them. The ink flow path corresponding to the above is formed, and the above-described ink flow path is formed in a portion where the partition member 9 does not exist.

【0027】尚、前記天板6は、感光性のエポキシ樹脂
やポリイミド樹脂,モリブデン,アルミナセラミックス
等を所定形状に加工したり、或いは、上記の材料を組み
合わせることによって形成され、例えばモリブデンから
成る場合、モリブデンのインゴット(塊)を従来周知の
金属加工法により板状に成形するとともに該板体の所定
箇所に従来周知のレーザー加工により孔あけを行ってイ
ンク吐出孔7を穿設することにより製作され、得られた
天板6を上述した隔壁部材9や図示しないスペーサ等を
介してヘッド基板1上に載置させることにより天板6が
ヘッド基板1上の所定位置に固定される。
The top plate 6 is formed by processing a photosensitive epoxy resin, a polyimide resin, molybdenum, alumina ceramics or the like into a predetermined shape, or by combining the above materials, and is made of, for example, molybdenum. , An ingot of molybdenum (lump) is formed into a plate shape by a conventionally known metal processing method, and a predetermined portion of the plate body is perforated by a conventionally known laser processing to form an ink ejection hole 7. Then, the obtained top plate 6 is mounted on the head substrate 1 via the partition member 9 and the spacers (not shown) described above, so that the top plate 6 is fixed at a predetermined position on the head substrate 1.

【0028】そして前記ヘッド基板1―天板6間に充填
されるインク8としては、例えば顔料タイプの油性イン
クや水性染料インク等が使用され、その粘度は例えば
0.3mPa・s〜3.0mPa・s(25℃)に調整さ
れる。
As the ink 8 to be filled between the head substrate 1 and the top plate 6, for example, pigment type oil-based ink or water-based dye ink is used, and the viscosity thereof is, for example, 0.3 mPa · s to 3.0 mPa.・ Adjusted to s (25 ℃).

【0029】前記インク8は図示しないインクタンクか
らヘッド基板1−天板6間の間隙に供給されて電極パタ
ーン4上の保護膜5と一部接触するように充填される。
具体的には、発熱抵抗体3上の領域や、インク8を発熱
抵抗体3上まで供給するためのインク流路が形成される
領域では、インク8が保護膜5に対して接触するように
して充填され、それ以外の領域(隔壁部材9が存在する
領域)ではインク8が保護膜5に対して非接触に保たれ
る。
The ink 8 is supplied from an ink tank (not shown) to the gap between the head substrate 1 and the top plate 6 and is filled so as to partially contact the protective film 5 on the electrode pattern 4.
Specifically, the ink 8 contacts the protective film 5 in a region on the heating resistor 3 or in a region where an ink flow path for supplying the ink 8 to the heating resistor 3 is formed. The ink 8 is kept in non-contact with the protective film 5 in the other region (region where the partition member 9 exists).

【0030】前記インク8中には、前述した発熱抵抗体
3の熱エネルギーによって気泡Aが発生するようになっ
ており、該気泡発生時の圧力によってインク8の一部が
インク滴iとなってインク吐出孔7より外部に吐出され
る。
Bubbles A are generated in the ink 8 by the heat energy of the heating resistor 3 described above, and a part of the ink 8 becomes an ink droplet i due to the pressure when the bubbles are generated. The ink is ejected from the ink ejection hole 7 to the outside.

【0031】かくして上述したインクジェットヘッド
は、記録紙を天板6の外表面に沿ってインク吐出孔7の
配列方向と直交する方向に搬送しながら、多数の発熱抵
抗体3を外部からの画像データに基づいて個々に選択的
に発熱させ、この熱エネルギーによって対応する発熱抵
抗体3上のインク8中で気泡Aを発生させるとともに、
該発生した気泡Aによる圧力でもってインク8をインク
吐出孔7側に押し上げ、インク滴iをインク吐出孔7よ
り記録紙に向けて吐出させることによって記録紙に所定
の画像が記録される。
Thus, the above-mentioned ink jet head conveys the recording paper along the outer surface of the top plate 6 in the direction orthogonal to the arrangement direction of the ink ejection holes 7, while making a large number of heating resistors 3 image data from the outside. Based on the above, the heat is generated individually and the bubbles A are generated in the ink 8 on the corresponding heating resistor 3 by this heat energy.
A predetermined image is recorded on the recording paper by pushing up the ink 8 toward the ink ejection hole 7 side by the pressure of the generated bubbles A and ejecting the ink droplet i from the ink ejection hole 7 toward the recording paper.

【0032】次に上述したインクジェットヘッドのヘッ
ド基板1を製造する方法について図3を用いて説明す
る。
Next, a method for manufacturing the head substrate 1 of the above-mentioned ink jet head will be described with reference to FIG.

【0033】(1)まず図3(a)に示す如く、表面に
絶縁膜を有する単結晶シリコン製のベースプレート2を
準備する。前記ベースプレート2は、従来周知のチョコ
ラルスキー法(引き上げ法)等によって単結晶シリコン
のインゴット(塊)を形成し、これを所定厚みにスライ
スすることによって製作される。また前記ベースプレー
ト表面の絶縁膜は、上述のようにして得られたベースプ
レート2の表面を従来周知の熱酸化法により所定の深さ
領域まで酸化することにより例えば1μm〜3μmの厚
みに形成される。
(1) First, as shown in FIG. 3A, a base plate 2 made of single crystal silicon having an insulating film on its surface is prepared. The base plate 2 is manufactured by forming an ingot (lump) of single crystal silicon by a conventionally known Czochralski method (pulling method) or the like, and slicing this into a predetermined thickness. The insulating film on the surface of the base plate is formed to have a thickness of, for example, 1 μm to 3 μm by oxidizing the surface of the base plate 2 obtained as described above to a predetermined depth region by a conventionally known thermal oxidation method.

【0034】(2)次に図3(b)に示す如く、前記ベ
ースプレート2の上面に発熱抵抗体3及び電極パターン
4をパターン形成する。前記発熱抵抗体3及び電極パタ
ーン4は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、先に
述べたTaSiO等の電気抵抗材料とアルミニウムを主
成分とする金属材料とを従来周知のスパッタリング法に
よってベースプレート2の上面に順次、被着させ、これ
を従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術
を採用し所定パターンに加工することによって形成され
る。
(2) Next, as shown in FIG. 3B, the heating resistor 3 and the electrode pattern 4 are patterned on the upper surface of the base plate 2. The heating resistor 3 and the electrode pattern 4 are formed by a conventionally well-known thin film forming technique, specifically, an electrically resistive material such as TaSiO mentioned above and a metal material containing aluminum as a main component by a conventionally well-known sputtering method. The base plate 2 is formed by sequentially depositing it on the upper surface of the base plate 2 and processing it into a predetermined pattern by using the well-known photolithography and etching techniques.

【0035】(3)次に図3(c)に示す如く、電極パ
ターン4の一部、具体的にはインク8の接触領域下とな
る部位を従来周知の等方性エッチングにて厚み方向の途
中まで浸蝕する。この厚み加工は、従来周知のフォトリ
ソグラフィー技術及びエッチング技術を採用し電極パタ
ーン4の一部を厚み方向の途中、例えば、電極パターン
4の総厚みが0.8μmの場合、その上面から0.6μ
mの深さ領域まで浸蝕することにより行なわれ、これに
より、電極パターン4は、インク8の接触領域下となる
部位の上面が非接触領域下となる部位(エッチングしな
かった部位)の上面に比し平滑な面となる。
(3) Next, as shown in FIG. 3C, a part of the electrode pattern 4, specifically, a portion below the contact region of the ink 8 is formed in the thickness direction by a conventionally known isotropic etching. Erodes halfway. This thickness processing employs conventionally known photolithography technology and etching technology, and a part of the electrode pattern 4 is in the middle of the thickness direction, for example, when the total thickness of the electrode pattern 4 is 0.8 μm, 0.6 μ from the upper surface thereof.
This is performed by eroding to a depth region of m, whereby the upper surface of the portion of the electrode pattern 4 that is below the contact area of the ink 8 is on the upper surface of the portion that is below the non-contact area (non-etched area). The surface becomes smoother.

【0036】(4)そして最後に図3(d)に示す如
く、先にパターン形成した発熱抵抗体3や電極パターン
4上に保護膜5を形成し、この保護膜5でもって発熱抵
抗体3や電極パターン4を被覆する。前記保護膜5は、
従来周知のCVD(化学蒸気蒸着)法、スパッタリング
法等の薄膜形成技術を採用し、窒化珪素や酸化珪素等,
サイアロン等の無機質材料を発熱抵抗体3や電極パター
ン4上に例えば0.2μm〜1.2μmの厚みに堆積さ
せることによって形成される。
(4) Finally, as shown in FIG. 3D, a protective film 5 is formed on the heating resistor 3 and the electrode pattern 4 which are previously patterned, and the heating resistor 3 is formed by the protective film 5. And the electrode pattern 4 are covered. The protective film 5 is
Conventionally known thin film forming techniques such as CVD (Chemical Vapor Deposition) method and sputtering method are used to remove silicon nitride, silicon oxide, etc.
It is formed by depositing an inorganic material such as sialon on the heating resistor 3 and the electrode pattern 4 to a thickness of 0.2 μm to 1.2 μm, for example.

【0037】このような保護膜5の成膜時、ヘッド基板
1の温度は、成膜装置内の脱ガスや被膜の密着性向上の
ために150℃〜400℃の高温に晒されることとなる
が、インクジェットヘッドを構成した際にインク8の接
触領域下に位置する電極パターン4の表面は上述したよ
うに平滑になしてあり、高温下に置かれても“ヒロッ
ク”に成長するような大きな突起物は存在していないた
め、インク8の接触領域下に位置する電極パターン4等
を成膜欠陥の殆どない保護膜5でもって良好に被覆する
ことができる。
At the time of forming the protective film 5 as described above, the temperature of the head substrate 1 is exposed to a high temperature of 150 ° C. to 400 ° C. for degassing in the film forming apparatus and improving the adhesion of the film. However, when the ink jet head is constructed, the surface of the electrode pattern 4 located below the contact area of the ink 8 is made smooth as described above, and has a large size that grows into "hillock" even when placed under high temperature. Since there is no protrusion, the electrode pattern 4 and the like located under the contact area of the ink 8 can be satisfactorily covered with the protective film 5 having few film-forming defects.

【0038】従って、上述のヘッド基板1を用いてイン
クジェットヘッドを構成した場合に、インク8が保護膜
5中の成膜欠陥等を介して電極パターン4に接触するこ
とはなく、電極パターン4の腐食が有効に防止されて、
電極パターン4の配線抵抗を長期にわたって略一定に維
持することが可能となる。
Therefore, when the above-described head substrate 1 is used to form an ink jet head, the ink 8 does not come into contact with the electrode pattern 4 through a film formation defect in the protective film 5 or the like, and Corrosion is effectively prevented,
The wiring resistance of the electrode pattern 4 can be maintained substantially constant for a long period of time.

【0039】しかも前記電極パターン4のうち、上述し
たような厚み加工が施されているのはインク8の接触領
域下のみであり、非接触領域下に位置する電極パターン
4の厚みは厚く維持されているため、電極パターン全体
の配線抵抗が極端に大きくなるといった不都合を生じる
ことはなく、電極パターン4における電力の損失が小さ
く抑えられる利点もある。
Moreover, in the electrode pattern 4, the thickness processing as described above is performed only under the contact area of the ink 8, and the thickness of the electrode pattern 4 located under the non-contact area is maintained thick. Therefore, there is no inconvenience that the wiring resistance of the entire electrode pattern becomes extremely large, and there is also an advantage that the power loss in the electrode pattern 4 can be suppressed to be small.

【0040】尚、上述したインクジェットヘッドのヘッ
ド基板1には、インク8の非接触領域下に位置する電極
パターン4の上面に“ヒロック”を発生することがある
が、この領域では保護膜5に対してインク8が接触する
ことはなく、従って、保護膜5に成膜欠陥が形成されて
も、そこを介してインク8が電極パターン4と接触する
ことはないのでインクジェットヘッドの信頼性に悪影響
を及ぼすことはない。
In the head substrate 1 of the above-mentioned ink jet head, "hillock" may be generated on the upper surface of the electrode pattern 4 located below the non-contact area of the ink 8. In this area, the protective film 5 is formed. The ink 8 does not come into contact therewith, and therefore, even if a film-forming defect is formed in the protective film 5, the ink 8 does not come into contact with the electrode pattern 4 through the film-forming defect, which adversely affects the reliability of the inkjet head. Does not affect

【0041】以上のような本発明は上述の実施形態に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において種々の変更、改良等が可能である。
The present invention as described above is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.

【0042】例えば上述の実施形態においては、インク
吐出孔7を天板6に設け、これを対応する発熱抵抗体3
の真上に配置させるようにしたが、これに代えて、イン
ク吐出孔7を発熱抵抗体3の真上よりずらして配置して
も良いし、或いは、インク滴をヘッド基板1のエッジよ
り吐出させるエッジシュータータイプのインクジェット
ヘッドに本発明を適用するにあたり、インク吐出孔7を
天板6には設けず、ヘッド基板1の一端側で天板6と直
交する方向に配設されるノズル部材に穿設するようにし
ても構わない。
For example, in the above-described embodiment, the ink discharge hole 7 is provided in the top plate 6 and the heating resistor 3 corresponding thereto is provided.
However, instead of this, the ink ejection holes 7 may be arranged so as to be offset from directly above the heating resistor 3, or ink droplets may be ejected from the edge of the head substrate 1. In applying the present invention to an edge-shooter type inkjet head, the ink discharge holes 7 are not provided in the top plate 6, and a nozzle member is disposed on one end side of the head substrate 1 in a direction orthogonal to the top plate 6. The holes may be provided.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、インクの接触領域下に
位置する電極パターンの上面を等方性エッチングにて浸
蝕することにより非接触領域下に位置する電極パターン
の上面よりも平滑になしたことから、その後のプロセス
において保護膜を形成する際、電極パターンが高温に晒
されても、インクの接触領域下に位置する電極パターン
の表面に“ヒロック”と呼ばれる大きな突起物が形成さ
れることはなく、この領域に成膜欠陥の殆どない良好な
保護膜を形成することができる。従って、インクとの接
触による電極パターンの腐食が有効に防止され、電極パ
ターンの配線抵抗を長期にわたって略一定に維持するこ
とが可能な高信頼性のインクジェットヘッドを得ること
ができるようになる。
According to the present invention, the upper surface of the electrode pattern located under the ink contact area is eroded by isotropic etching so as to be smoother than the upper surface of the electrode pattern located under the non-contact area. Therefore, when the protective film is formed in the subsequent process, even if the electrode pattern is exposed to high temperature, a large protrusion called “hillock” is formed on the surface of the electrode pattern located under the ink contact area. Therefore, it is possible to form a good protective film having almost no film-forming defects in this region. Therefore, corrosion of the electrode pattern due to contact with ink is effectively prevented, and a highly reliable inkjet head capable of maintaining the wiring resistance of the electrode pattern substantially constant for a long period of time can be obtained.

【0044】しかも本発明によれば、インクの非接触領
域下では、電極パターンはエッチングされず、厚みは厚
く維持されていることから、電極パターン全体の配線抵
抗が極端に大きくなるといった不都合を生じることはな
く、電極パターンにおける電力の損失は小さく抑えられ
る。
Further, according to the present invention, since the electrode pattern is not etched and the thickness is maintained thick under the non-contact area of the ink, the disadvantage that the wiring resistance of the entire electrode pattern becomes extremely large occurs. Therefore, the power loss in the electrode pattern can be suppressed to be small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の製造方法によって製作したインクジェ
ットヘッドの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an inkjet head manufactured by a manufacturing method of the present invention.

【図2】図1のインクジェットヘッドの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head of FIG.

【図3】(a)〜(d)は本発明の製造方法を説明する
ための工程毎の断面図である。
3 (a) to 3 (d) are cross-sectional views for each step for explaining the manufacturing method of the present invention.

【図4】従来のインクジェットヘッドの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional inkjet head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・ヘッド基板、2・・・ベースプレート、3・・
・発熱抵抗体、4・・・電極パターン、5・・・保護
膜、6・・・天板、7・・・インク吐出孔、8・・・イ
ンク、A・・・気泡、i・・・インク滴
1 ... Head substrate, 2 ... Base plate, 3 ...
-Heating resistor, 4 ... Electrode pattern, 5 ... Protective film, 6 ... Top plate, 7 ... Ink ejection hole, 8 ... Ink, A ... Bubble, i ... Ink drops

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C057 AF70 AG46 AG91 AP33 AP52 AP53 BA04 BA13    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2C057 AF70 AG46 AG91 AP33 AP52                       AP53 BA04 BA13

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ベースプレートの上面に複数個の発熱抵抗
体及び電極パターンと保護膜とが順次形成されたヘッド
基板と、天板とを具備し、前記ヘッド基板−天板間に、
前記電極パターン上の保護膜と一部接触するように充填
されたインクを前記発熱抵抗体の発熱によってインク吐
出孔より吐出させるインクジェットヘッドであって、 前記電極パターンがアルミニウムを主成分とするスパッ
タ膜で、前記保護膜が無機質材料から成る薄膜で形成さ
れており、前記電極パターンのうちインクの接触領域下
に位置する部位を保護膜の形成に先立って厚み方向の途
中まで等方性エッチングすることにより、インクの接触
領域下に位置する電極パターンの上面を非接触領域下に
位置する電極パターンの上面よりも平滑になすことを特
徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
1. A head substrate having a plurality of heating resistors, electrode patterns, and a protective film formed on an upper surface of a base plate in this order, and a top plate.
An ink jet head for ejecting ink filled so as to partially contact with a protective film on the electrode pattern from an ink ejection hole by heat generation of the heating resistor, wherein the electrode pattern is a sputtered film whose main component is aluminum. The protective film is formed of a thin film made of an inorganic material, and the portion of the electrode pattern located under the ink contact region is isotropically etched halfway in the thickness direction prior to forming the protective film. According to the method, the upper surface of the electrode pattern located below the ink contact area is made smoother than the upper surface of the electrode pattern located below the non-contact area.
【請求項2】前記インクの接触領域下に位置する電極パ
ターン上面の表面粗さが、算術平均粗さRaで0.02
μm以下に設定されていることを特徴とする請求項1に
記載のインクジェットヘッドの製造方法。
2. The surface roughness of the upper surface of the electrode pattern located below the ink contact area is 0.02 in terms of arithmetic average roughness Ra.
The method of manufacturing an inkjet head according to claim 1, wherein the thickness is set to be equal to or less than μm.
【請求項3】前記電極パターンの厚みが、前記インクの
接触領域下で0.1μm〜0.3μm、非接触領域下で
0.5μm〜1.0μmに設定されていることを特徴と
する請求項1または請求項2に記載のインクジェットヘ
ッドの製造方法。
3. The thickness of the electrode pattern is set to 0.1 μm to 0.3 μm under the contact area of the ink and 0.5 μm to 1.0 μm under the non-contact area. The method for manufacturing an inkjet head according to claim 1 or 2.
【請求項4】前記保護膜の厚みが、0.2μm〜1.2
μmに設定されていることを特徴とする請求項1乃至請
求項3のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造
方法。
4. The protective film has a thickness of 0.2 μm to 1.2 μm.
4. The method for manufacturing an inkjet head according to claim 1, wherein the inkjet head is set to .mu.m.
【請求項5】前記保護膜が、150℃〜400℃の温度
領域で成膜されることを特徴とする請求項1乃至請求項
4のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方
法。
5. The method according to claim 1, wherein the protective film is formed in a temperature range of 150 ° C. to 400 ° C.
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