JP2004058287A

JP2004058287A - 液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JP2004058287A
Application number: JP2002215997A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Murata; 村田　辰雄
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドに実装される駆動用ＩＣの封止性能を向上させ、耐久性および信頼性に優れた液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】発熱体３が配設されたＳｉ基板１上に液流路５および吐出口７を形成し、発熱体３が配設された面に対して垂直な方向に液滴を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、発熱体３を駆動するための駆動用ＩＣ１０は、裏面四辺が異方性エッチングによって結晶方位が（１１１）となる面取り面１１をもって面取りされており、発熱体３が配設されたＳｉ基板１上にＡＣＦを介してフェースダウンで実装され、封止材１２を塗布または印刷することにより封止される。駆動用ＩＣ１０の裏面四辺を面取りすることにより、封止材１２は膜厚が局部的に薄くなることなく均一な膜厚に形成され、液体吐出ヘッド素子の耐久性および信頼性を向上させる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を吐出口から液滴として吐出し印字記録や画像形成等を行う液体吐出ヘッドに関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
液体吐出装置（インクジェット記録装置）は、液体吐出ヘッドにインク等の液体を供給し、液体吐出ヘッドに設けられたピエゾ素子や電気熱変換素子（発熱体）等の吐出エネルギー発生素子を記録情報や画像情報に対応した駆動信号に基づいて駆動することによって、液滴を吐出させて各種の記録媒体に印字記録や画像形成等を行うことができ、低騒音、高速記録等の点で優れた記録装置として知られており、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。この種の液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドは、例えば、発熱体を用いた液体吐出ヘッドにおいては、発熱体を液流路内に配置し、これに吐出信号となる駆動信号を与えることにより、液体に熱エネルギーを与え、そのときの液体の相変化により生じる液体の発泡（沸騰）時の気泡圧力を液滴の吐出に利用している。
【０００３】
この種の液体吐出ヘッドは、図３に例示するように構成されており、以下に、図３を参照して液体吐出ヘッドの作製プロセスについて説明する。
【０００４】
Ｓｉ基板１０１上に、スパッタリングやＣＶＤ等を用いてＳｉＯ_２　、ＳｉＮ等からなる絶縁膜１０２を成膜した後に、吐出エネルギー発生素子としての発熱体１０３を設ける。発熱体１０３としては、ＴａＮ、ＴａＳｉＮｘ、ＴａＡｌ等を同様にスパッタリングやＣＶＤ等の方法で成膜し、成膜された発熱体膜をフォトリソグラフィー技術により所望の形状にパターニングする。その後、発熱体１０３の電極配線（不図示）およびＩＣ実装部のバンプ（不図示）等を形成する。電極配線にはＡｌを用い、発熱体１０３と同様にフォトリソグラフィー技術により所望の形状にパターニングする。また、ＩＣ実装部のバンプはメッキにより形成する。発熱体１０３および電極配線の一部上に有機樹脂からなる保護膜１０４を形成する。
【０００５】
その後に、保護膜１０４上に液流路１０５となる除去可能な液流路型材を塗布して発熱体１０３に対応するようにパターニングを行う。この液流路型材としては、感光性樹脂を用い、パターニングはフォトリソグラフィー技術を用いて行う。そして、液流路型材上に流路形成部材１０６を形成する。この流路形成部材１０６としては、感光性樹脂を用い、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを行う。また、流路形成部材１０６には、発熱体１０３に対応する部位に適宜吐出口１０７が形成される。その後、液流路型材を除去液で溶解除去して液流路１０５を形成し、液流路１０５および吐出口１０７を有するノズルが形成される。また、Ｓｉ基板１０１には基板裏面から液流路１０５に連通する液供給口１０８となる貫通孔が適宜の手法により形成される。
【０００６】
そして、発熱体１０３の電極配線のＩＣ実装部のバンプに駆動用ＩＣ１１０がＡＣＦ（異方性導電性接着フィルム）を介して実装される。駆動用ＩＣ１１０には、発熱体１０３を駆動するトランジスタ回路や該トランジスタを駆動するためのロジック回路等が搭載されている。なお、駆動用ＩＣ１１０は、図４の（ａ）に示すようにＳｉウエハＷに作り込まれ、その後に、図４の（ｂ）および（ｃ）に示すように、スクライブラインＳに沿って切断されて個々に分離され、ＩＣチップＴとして作製される。
【０００７】
基板１上に実装された駆動用ＩＣ１１０およびその周辺には、最後に、図３に示すように、封止材１１２による封止が行われる。すなわち、駆動用ＩＣ１１０や電極配線部が露出していると、吐出口１０７から飛散した液滴や記録媒体上から跳ね返った液滴が駆動用ＩＣ１１０や電極配線部に付着して、ＩＣや電極およびその下地金属を腐食するため、エポキシ樹脂等の封止性およびイオン遮断性に優れた封止材１１２により被覆され封止されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来例のような構成では、駆動用ＩＣ１１０をインク等の液体から保護するために封止材１１２を用いてＩＣ全面を覆っているが、ＩＣ１１０の上に均一な封止材１１２の保護膜を形成することは困難であった。これは、保護膜材の液体を塗布した場合、図３に（Ｂ）で示すように、駆動用ＩＣ１１０の上部四辺の角部のカバレッジが悪く、保護膜の上部四辺部近傍のみ薄くなってしまうという現象が起きていた。この現象は、凹凸形状の上に樹脂を塗布する場合の一般的な現象である。このように、駆動用ＩＣ１１０の上部四辺近傍のカバレッジが悪いため、実際にインクを用いて印字記録する場合、初期状態では異常は見られないが、使い込んでいくうちに、駆動用ＩＣ１１０が破壊され、機能しなくなるといった現象が生じていた。これは、上部四辺近傍の薄い保護膜が破損し、その破損箇所から印字記録用のインク等の液体が入り込み、Ｓｉチップ自身を溶かしてしまうという現象が生じてしまうためである。この問題は、液体吐出ヘッド素子の耐久性にダイレクトに影響するものであり、早急な対応が望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明は、前述した従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、液体吐出ヘッドに実装される駆動用ＩＣの封止性能を向上させ、耐久性および信頼性に優れた液体吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が配設された基板上に液体を吐出する吐出口が形成され、前記エネルギー発生素子が配設された基板面に対してほぼ垂直な方向に液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記エネルギー発生素子を駆動するための裏面四辺が面取りされた駆動用ＩＣを前記エネルギー発生素子が配設された基板面上にフェースダウンで実装し、前記駆動用ＩＣを封止材により封止してあることを特徴とする。
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは、該駆動用ＩＣが作り込まれたシリコンウエハの裏面のスクライブライン部を異方性エッチングすることにより面取りし、さらにスライサーにより切断分離されていることが好ましく、さらに、前記駆動用ＩＣが作り込まれた前記シリコンウエハの裏面の結晶方位が（１００）であることが好ましい。
【００１２】
本発明の液体吐出ヘッドにおいては、前記駆動用ＩＣの面取り面の結晶方位が（１１１）であることが好ましい。
【００１３】
また、前記エネルギー発生素子は、熱エネルギーを発生する発熱体であることが好ましい。
【００１４】
【作用】
本発明の液体吐出ヘッドによれば、液体吐出ヘッド素子上にフェースダウンで実装する駆動用ＩＣの裏面四辺を面取りすることにより、封止材を塗布あるいは印刷した場合の封止材の膜厚は、従来のように局部的に薄くなることがなく、均一に形成することができ、実際にインク等の液体を用いた場合の耐久性および信頼性を向上させることができる。
【００１５】
さらに、破損する可能性の最も高い駆動用ＩＣの裏面四辺部を異方性エッチングにより面取りし、その面取り面を（１１１）面とすることにより耐インク性を付加し、万一封止材が破損した場合であっても、インクダメージを防止することができ、信頼性の非常に高い液体吐出ヘッドを作製することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出ヘッド素子上に駆動用ＩＣを実装した状態を示す概略的な断面図であり、図２は、本発明の液体吐出ヘッドに用いる駆動用ＩＣチップをＳｉウエハから切り出す態様を説明するための工程図である。
【００１８】
本発明の液体吐出ヘッドは、図１に図示するように、Ｓｉ基板１に、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子としての発熱体３を配設するとともに、Ｓｉ基板１上に発熱体３に対応する液流路５および吐出口７を形成し、発熱体３が配設された基板面に対して垂直な方向に液滴を吐出するサイドシューター型の液体吐出ヘッドであり、発熱体３を駆動するトランジスタ回路や該トランジスタを駆動するためのロジック回路等が搭載された駆動用ＩＣ１０は、基板上のＩＣ実装部にＡＣＦを介してフェースダウンで実装され、封止材１２により封止されている。
【００１９】
次に、本発明の液体吐出ヘッドに用いる駆動用ＩＣの詳細およびその作製手法について図２を用いて説明する。
【００２０】
液体吐出ヘッドに用いる駆動用ＩＣ１０は、図２の（ａ）に示すように、結晶面方位がオリフラの側面で（１１０）、裏面で（１００）となるＳｉウエハＷに作り込まれ、後に、スクライブラインＳに沿って切断分離され、図２の（ｄ）に示すようなＩＣチップＴとして作製される。
【００２１】
ＩＣチップＴの分離切断に際して、始めに、図２の（ａ）に示すように、ＳｉウエハＷの結晶方位が（１００）である裏面側にフォトレジストを塗布しスクライブラインＳのパターンを形成する。そして、異方性エッチング溶液を用いてＳｉウエハＷの裏面側からスクライブライン部を異方性エッチングする。異方性エッチング溶液としては、ＫＯＨやＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を用いることができ、ＴＭＡＨを用いる場合には、ＴＭＡＨ２０％溶液を８０℃に加熱した後に異方性エッチングを行う。この異方性エッチングにより、図２の（ｂ）に示すように、Ｓｉの斜めの面（１１１）でエッチングがとまり、インクによるダメージを受けない耐インク性を有する面ができる。その後に、図２の（ｃ）に示すように、スクライブラインＳに沿った残りの部分をスライサーを用いて切断する。このようにして分離切断されたＩＣチップＴにおいては、図２の（ｄ）に示すように、裏面側の四辺が面取りされ、（１１１）面を面取り面１１とするＩＣチップＴ（１０）が得られる。
【００２２】
以上にように作製される駆動用ＩＣ１０を用いる本発明の液体吐出ヘッドについて、図１を用いて作製プロセスに沿ってさらに説明する。
【００２３】
図１において、Ｓｉ基板１上に、スパッタリングやＣＶＤを用いてＳｉＯ_２　、ＳｉＮ等からなる絶縁膜２を成膜した後に、熱エネルギーを発生する発熱体３を設ける。発熱体３としては、ＴａＮ、ＴａＳｉＮｘ、ＴａＡｌ等を同様にスパッタリングやＣＶＤ等の方法で成膜し、成膜された発熱体膜をフォトリソグラフィー技術により所望の形状にパターニングする。その後、発熱体３の電極配線（不図示）およびＩＣ実装部のバンプ（不図示）等を形成する。電極配線にはＡｌを用い、発熱体と同様にフォトリソグラフィー技術により所望の形状にパターニングする。また、ＩＣ実装部はメッキによりＡｕメッキを施した。そして、発熱体３および電極配線の一部上に日立化成製のＨＩＭＡＬ樹脂等の有機樹脂からなる保護膜４を形成する。
【００２４】
その後に、保護膜４上に液流路５および吐出口７を形成する。すなわち、液流路５となる除去可能な液流路型材を塗布して発熱体３に対応するようにパターニングを行う。液流路型材は感光性樹脂（例えば、東京応化製のフォトレジストＯＤＵＲ）で、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを行った。そして、液流路型材上に流路形成部材６を形成する。流路形成部材６としては、感光性樹脂（例えば、旭電化製アデカオプトマーＣＲ１．０）を用い、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを行った。この流路形成部材６の発熱体３に対応する部位に吐出口７が形成される。吐出口７は、流路形成部材６のパターニングと同時に、あるいは、パターニング後に適宜の手法で形成することができる。その後、液流路型材を除去液で溶解除去することで液流路５を形成し、発熱体３に対応して液流路５および吐出口７を有するノズルが形成される。また、Ｓｉ基板１には基板裏面から液流路５に連通する液供給口８となる貫通孔が適宜の手法により形成される。
【００２５】
そして、前述したように作製された駆動用ＩＣチップ１０が、発熱体３の電極配線のＩＣ実装部にＡＣＦを介してフェースダウンで実装される。その後に、封止材１２（例えば、ナミックス社製のチップコート）を１２００μｍの膜厚をディスペンサーにより塗布して液体吐出ヘッドを得た。
【００２６】
このように作製された液体吐出ヘッドは、駆動用ＩＣ１０の裏面四辺が面取りされているため、封止材１２が、図１において（Ａ）で示す部位の膜厚が薄くならず、しかも面取り面１１が（１１１）面であるため、耐インク性に優れたものとすることができる。また、なんらかの原因で封止材１２に欠陥が生じ、インクがＩＣチップに進入した場合でも、駆動用ＩＣ１０の面取り面１１の結晶方位が（１１１）になっているため、インクによるダメージを受けることがなく、従来例のようにインクダメージによる不良が発生することもなく、信頼性の高いものとすることができる。
【００２７】
また、前述した実施例では、駆動用ＩＣを封止する封止材をディスペンサーにより塗布しているが、封止材をスクリーン印刷で印刷することもできる。以下に、封止材をスクリーン印刷で印刷する実施例について図１を参照して説明する。
【００２８】
前述した実施例と同様に液体吐出ヘッドにおける発熱体３の電極配線のＩＣ実装部に駆動用ＩＣ１０をＡＣＦを介してフェースダウンで実装した後に、スクリーン印刷機により駆動用ＩＣ１０とその周辺に封止材１２を印刷する。封止材１２には前述した実施例と同様にナミックス社製のチップコートを用い、膜厚は約８００μｍになるようにした。
【００２９】
このようにして作製された液体吐出ヘッドにおいては、封止材自体の厚さは薄いものの、駆動用ＩＣ１０の面取り面１１も含めて均一に封止材１２を印刷することができるので、前述した実施例と同様に信頼性の高いものであった。さらに、駆動用ＩＣ１０の面取り面１１において、封止材１２の欠陥等があった場合にもＳｉの（１１１）面は耐インク性を有しているので、十分な耐久性を有するものであった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体吐出ヘッド素子上にフェースダウンで実装する駆動用ＩＣの裏面四辺を面取りすることにより、封止材を塗布あるいは印刷した場合の封止材の膜厚は、局部的に薄くなることがなく、均一に形成することができ、耐久性および信頼性を向上させることができる。また、破損する可能性の最も高い駆動用ＩＣの裏面四辺部を異方性エッチングにより面取りし、その面取り面を（１１１）面とすることにより耐インク性を付加し、万一封止材が破損した場合であっても、インクダメージを防止することができ、信頼性の非常に高い液体吐出ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出ヘッド素子上に駆動用ＩＣを実装した状態を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明の液体吐出ヘッドに用いるＩＣチップをＳｉウエハから切り出す態様を説明するための工程図である。
【図３】従来の一般的な液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出ヘッド素子上に駆動用ＩＣを実装した状態を示す概略的な断面図である。
【図４】従来の一般的な液体吐出ヘッドに用いるＩＣチップをＳｉウエハから切り出す態様を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１　　Ｓｉ基板
２　　絶縁膜
３　　発熱体（吐出エネルギー発生素子）
４　　保護膜
５　　液流路
６　　流路形成部材
７　　吐出口
８　　液供給口
１０　　駆動用ＩＣ
１１　　面取り面
１２　　封止材
Ｗ　　Ｓｉウエハ
Ｓ　　スクライブライン
Ｔ　　ＩＣチップ

Claims

液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が配設された基板上に液体を吐出する吐出口が形成され、前記エネルギー発生素子が配設された基板面に対してほぼ垂直な方向に液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記エネルギー発生素子を駆動するための裏面四辺が面取りされた駆動用ＩＣを前記エネルギー発生素子が配設された基板面上にフェースダウンで実装し、前記駆動用ＩＣを封止材により封止してあることを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記駆動用ＩＣは、該駆動用ＩＣが作り込まれたシリコンウエハの裏面のスクライブライン部を異方性エッチングすることにより面取りし、さらにスライサーにより切断分離されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
前記駆動用ＩＣが作り込まれた前記シリコンウエハの裏面の結晶方位が（１００）であることを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッド。
前記駆動用ＩＣの面取り面の結晶方位が（１１１）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記エネルギー発生素子は、熱エネルギーを発生する発熱体である請求項１記載の液体吐出ヘッド。