JP2005280179A - Inkjet head substrate and inkjet head - Google Patents
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Abstract
【課題】 発熱抵抗体の保護膜表面の劣化を抑えて、動作信頼性を向上し、寿命を延ばす。
【解決手段】 支持基板１と、インクを加熱するための発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に電気的に接続された個別電極配線８と、発熱抵抗体の発熱領域７ａと支持基板１との間に電気的に絶縁するために設けられる第１および第２の層間絶縁膜４，６と、発熱抵抗体および個別電極配線８を覆うように設けられ発熱抵抗体および個別電極配線８を保護する保護膜９とを備え、第２の層間絶縁膜６が、支持基板１よりも熱伝導率が小さい蓄熱層をなしている。そして、第２の層間絶縁膜６の内部には、第２の層間絶縁膜６よりも熱伝導率が大きい伝熱層１５が設けられている。また、この伝熱層１５は、発熱領域７ａに対向した伝熱領域１５ａが発熱領域７ａよりも大きく形成される。
【選択図】 図１PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the operational reliability and extend the life by suppressing the deterioration of the protective film surface of a heating resistor.
SOLUTION: A support substrate 1, a heating resistor for heating ink, an individual electrode wiring 8 electrically connected to the heating resistor, a heating region 7a of the heating resistor, and the support substrate 1 are provided. Provided to cover the first and second interlayer insulating films 4 and 6 provided for electrical insulation therebetween, the heating resistor and the individual electrode wiring 8, and protects the heating resistor and the individual electrode wiring 8. The second interlayer insulating film 6 includes a protective film 9, and forms a heat storage layer having a thermal conductivity smaller than that of the support substrate 1. A heat transfer layer 15 having a thermal conductivity higher than that of the second interlayer insulating film 6 is provided inside the second interlayer insulating film 6. Further, the heat transfer layer 15 is formed such that the heat transfer region 15a facing the heat generating region 7a is larger than the heat generating region 7a.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、例えば記録紙等にインクを吐出して記録を行うためのインクジェットヘッド用基板およびインクジェットヘッドに関する。 The present invention relates to an inkjet head substrate and an inkjet head for performing recording by discharging ink onto, for example, recording paper.
インクジェット記録ヘッドのインクを吐出するエネルギーを発生する発熱抵抗体が形成されているインクジェットヘッド基板は、発熱抵抗体で発生した余剰の熱をすばやく拡散するために、熱伝導性が高い方が望ましい。しかし、発熱抵抗体の加熱開始からインクが沸騰するまでの間は、熱を効率的にインクに加えるために、発熱抵抗体と基板の間にはある程度熱伝導性が低い層（蓄熱層）が存在することが好ましく、このような蓄熱層として、通常は駆動回路形成時の絶縁膜が使われている。しかしながら、基板上に集積回路を有する多層配線基板の場合には、層間絶縁膜が複数になり、蓄熱層が厚くなってしまう。これに対して個々の膜を薄く形成したり、発熱領域のみ除去したりすることは、絶縁性の低下や発熱領域の平面性の低下を招くといった懸念がある。 An inkjet head substrate on which a heating resistor that generates energy for ejecting ink of the inkjet recording head is formed preferably has a high thermal conductivity in order to quickly diffuse excess heat generated by the heating resistor. However, during the period from the start of heating of the heating resistor to the boiling of the ink, in order to efficiently apply heat to the ink, a layer (heat storage layer) having a low thermal conductivity is present between the heating resistor and the substrate. It is preferable to exist, and as such a heat storage layer, an insulating film at the time of forming a drive circuit is usually used. However, in the case of a multilayer wiring board having an integrated circuit on the substrate, there are a plurality of interlayer insulating films, and the heat storage layer becomes thick. On the other hand, forming individual films thinly or removing only the heat generation region may cause a decrease in insulation and a decrease in planarity of the heat generation region.
従来の層間絶縁膜の構成としては、発熱抵抗体の下層にある蓄熱部のうちで、熱作用部の下部に、熱伝導率が低い層が最小限に設けられ、熱作用部の周囲に、熱伝導性が高い蓄熱層が設けられる構成が開示されている（特許文献１参照。）。 As a configuration of the conventional interlayer insulating film, among the heat storage parts in the lower layer of the heating resistor, a layer having a low thermal conductivity is provided at the bottom of the heat acting part, and around the heat acting part, The structure by which the thermal storage layer with high heat conductivity is provided is disclosed (refer patent document 1).
また、従来の他の構成としては、電気熱変換体の下部の一部に熱伝導率が大きい層を設けることにより、電気熱変換体の一部のピーク温度を他の部分に対して下げる構成が開示されている（特許文献２参照。）。
インクジェットヘッドでは、上述したように保護膜および層間絶縁膜の構成が、インクジェットヘッドの寿命および性能を決定づける重要な要素になっている。 In the inkjet head, as described above, the configuration of the protective film and the interlayer insulating film is an important factor that determines the life and performance of the inkjet head.
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、より一層の保護膜の絶縁性、保護膜の平面性を得るが困難であった。また、熱伝導率が大きい層が発熱抵抗体の周囲に設けられているため、発熱抵抗体の中央部の表面温度を下げることが十分にできなかった。
However, with the technique disclosed in
また、特許文献２に開示された技術では、電気熱変換体の一部とその周囲との温度差が小さく、より一層の放熱効果が得られないことと、下部層の存在により電気熱変換体の表面に段差が生じるので、確実なる保護膜の被覆が得られ難いことがあった。
Moreover, in the technique disclosed in
また、発熱抵抗体の蓄熱を低減する手段としては、蓄熱層を単純に薄く形成する方法が考えられる。しかし、この場合、発泡時における発熱抵抗体からの熱を効率的にインクに伝えることができなくなるので、発泡に必要な投入エネルギーが増大してしまうという課題があった。 Further, as a means for reducing the heat storage of the heating resistor, a method of simply forming a thin heat storage layer can be considered. However, in this case, since heat from the heating resistor during foaming cannot be efficiently transmitted to the ink, there is a problem that input energy required for foaming increases.
そこで、本発明は、発熱抵抗体の蓄熱を低減し、発熱領域にインクが流入するときの保護膜の表面温度を下げることを可能とし、発熱抵抗体の保護膜表面の劣化を抑えることで、動作信頼性を向上し寿命を延ばすことができるインクジェットヘッド用基板およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention reduces the heat storage of the heat generating resistor, makes it possible to lower the surface temperature of the protective film when ink flows into the heat generating region, and suppresses the deterioration of the surface of the protective film of the heat generating resistor, An object of the present invention is to provide an ink jet head substrate that can improve operational reliability and extend its life, and a method of manufacturing the same.
また、本発明は、発泡のための消費電力を抑え、かつ吐出性能の安定化を図ることができるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an ink jet head that can suppress power consumption for foaming and can stabilize ejection performance.
上述した目的を達成するため、本発明に係るインクジェットヘッド用基板は、支持基板と、インクを加熱するための発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に電気的に接続された配線と、発熱抵抗体の発熱領域と支持基板との間に電気的に絶縁するために設けられる絶縁層と、発熱抵抗体および配線を覆うように設けられ発熱抵抗体および配線を保護する保護膜とを備え、絶縁層が支持基板よりも熱伝導率が小さい蓄熱層をなしている。そして、蓄熱層の内部には、この蓄熱層よりも熱伝導率が大きい伝熱層が設けられている。また、この伝熱層は、発熱領域に対向した伝熱領域が発熱領域よりも大きく形成される。 In order to achieve the above object, an inkjet head substrate according to the present invention includes a support substrate, a heating resistor for heating ink, wiring electrically connected to the heating resistor, and a heating resistor. An insulating layer provided to electrically insulate between the heat generating region and the support substrate, and a protective film provided so as to cover the heat generating resistor and the wiring, and to protect the heat generating resistor and the wiring. However, it forms a heat storage layer having a lower thermal conductivity than the support substrate. And the heat-transfer layer whose heat conductivity is larger than this heat storage layer is provided inside the heat storage layer. The heat transfer layer is formed such that the heat transfer area facing the heat generation area is larger than the heat generation area.
以上のように構成された本発明に係るインクジェットヘッド用基板によれば、発熱抵抗体の発熱領域の熱が、蓄熱層の内部の伝熱層によって放熱されるため、発熱抵抗体の保護膜表面の放熱が速くなる。このため、このインクジェットヘッド用基板によれば、発熱抵抗体の蓄熱が減らされ、発熱抵抗体の発熱領域にインクが流入するときにおける発熱抵抗体の保護膜の表面温度を下げることが可能になる。したがって、保護膜は、熱ストレスによる保護膜表面の劣化が抑えられるので、信頼性が向上され、発熱抵抗体の耐久性、すなわちインクジェットヘッドの寿命を延ばすことが可能となる。 According to the inkjet head substrate according to the present invention configured as described above, the heat of the heat generating region of the heat generating resistor is dissipated by the heat transfer layer inside the heat storage layer. Radiates heat faster. For this reason, according to this inkjet head substrate, the heat storage of the heating resistor is reduced, and the surface temperature of the protective film of the heating resistor when the ink flows into the heating region of the heating resistor can be lowered. . Therefore, since the protective film can suppress the deterioration of the surface of the protective film due to thermal stress, the reliability is improved, and the durability of the heating resistor, that is, the life of the inkjet head can be extended.
また、本発明に係るインクジェットヘッドは、上述した本発明のインクジェットヘッド用基板を用いてインクを吐出する。 The ink jet head according to the present invention ejects ink using the above-described ink jet head substrate of the present invention.
上述したように本発明によれば、発熱抵抗体の保護膜表面の劣化が抑えられ、動作信頼性を向上し、寿命を延ばすことができる。 As described above, according to the present invention, deterioration of the protective film surface of the heating resistor can be suppressed, the operation reliability can be improved, and the life can be extended.
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態のインクジェットヘッド用基板は、を作製する際は、Ｓｉ基板あるいは既に駆動用のＩＣが作り込まれたＳｉ基板が支持基板として用いられている。 When the inkjet head substrate of the present embodiment is manufactured, a Si substrate or a Si substrate in which a driving IC has already been formed is used as a support substrate.
（第１の実施形態）
図１に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド用基板は、支持基板１上に熱酸化等で蓄熱層２が形成されている。この蓄熱層２上には、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等によって層間絶縁層４が形成され、この層間絶縁層４上に、例えばＡｌ，Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等からなる下部配線層をスパッタリング法によって形成されている。この下部配線層には、フォトリソグラフィー法によって所望の配線パタ−ンが形成され、反応性イオンエッチング法等でエッチングを行うことで、下部配線５が形成されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, in the inkjet head substrate of the present embodiment, a
この下部配線５上には、例えばスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯ2等からなる第２の層間絶縁膜６が形成されている。この第２の層間絶縁膜６には、フォトリソグラフィー法等によって、スルーホール用パターンが形成され、ドライエッチング法等でエッチングを行うことで、スルーホール部１１およびワイヤーボンディング用パッド穴部（不図示）が形成されている。
A second
また、第２の層間絶縁膜６上には、反応性スパッタリング法によって、例えばＴａＮ，ＴａＳｉＮ等からなる発熱抵抗層７と、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ等からなる個別電極配線層８とがそれぞれ形成されている。
On the second
個別電極配線層８には、フォトリソグラフィー法によって所望の配線パターンが形成され、反応性イオンエッチング法等で、発熱抵抗層７のＡｌ膜と、個別電極配線層８のＴａＮ膜とを連続的にエッチングが行われる。発熱抵抗層７には、再度フォトリソグラフィー法によって所望のパターンが形成され、ウエットエッチングによって発熱抵抗層７の一部のＡｌ膜が除去されることで、この発熱抵抗層７の一部が露出されて、発熱抵抗体がなす略正方形状の発熱領域７ａが形成されている。
A desired wiring pattern is formed on the individual
発熱抵抗層７上には、プラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＮ膜からなる保護膜９が形成されている。この保護膜９上には、スパッタリング法によって、Ｔａ膜からなる耐キャビテーション膜１０が形成されている。
A protective film 9 made of a SiN film is formed on the
そして、本実施形態のインクジェットヘッド用基板には、第２の層間絶縁膜６の内部に、発熱領域７ａで発生した熱を放熱するための略正方形状の伝熱層１５が形成されている。この伝熱層１５は、発熱領域７ａにほぼ平行に対向した伝熱領域１５ａが、発熱領域７ａの全周にわたって距離ａだけ大きく形成されている。
In the inkjet head substrate of the present embodiment, a substantially square heat transfer layer 15 for radiating heat generated in the
以上のように構成されたインクジェットヘッド用基板の製造方法について、各製造工程を説明する。 Each manufacturing process is demonstrated about the manufacturing method of the board | substrate for inkjet heads comprised as mentioned above.
図１に示すように、支持基板１は、例えばＳｉによって厚さ６２５μｍで形成され、この支持基板１上に、熱酸化膜からなる蓄熱層２が膜厚８０００Åで形成される。この蓄熱層２上に、ＣＶＤ法等によってＳｉＯ2膜等からなる第１の層間絶縁膜４を膜厚７０００Åで形成する。
As shown in FIG. 1, the
この第１の層間絶縁膜４上に、スパッタリング法によってＡｌ膜で下部配線層を形成する。次に、フォトリソグラフィー法によって下部配線層を所望の配線パタ−ンに形成し、この下部配線層を反応性イオンエッチング法等でエッチング処理を行うことで、下部配線５を形成する。
On the first interlayer insulating film 4, a lower wiring layer is formed with an Al film by sputtering. Next, a lower wiring layer is formed in a desired wiring pattern by photolithography, and the
このように下部配線５の形成工程で、図１および図２に示すように、発熱抵抗体７の発熱領域７ａに対応する下方に、第２の層間絶縁膜６の内部に、下部配線５として用いられない略正方形状のＡｌ膜のパターンからなる伝熱層１５を形成する。この伝熱層１５の伝熱領域１５ａは、発熱抵抗体７の発熱領域７ａよりも大きく形成する。
Thus, in the formation process of the
次に、この伝熱層１５上に、プラズマＣＶＤ法等によってＳｉＯ2膜等からなる第２の層間絶縁膜６を膜厚１４０００Åで形成する。続いて、フォトリソグラフィー法等によって、第２の層間絶縁膜６にスルーホール用パターンを形成し、ドライエッチング法等によって、第２の層間絶縁膜６のエッチングを行い、スルーホール部１１およびワイヤーボンディング用パッド穴部（不図示）をそれぞれ形成する。
Next, a second
続いて、反応性スパッタリング法によって、ＴａＳｉＮ膜からなる発熱抵抗層７、およびＡｌ膜からなる個別電極配線層８を膜厚５００Åで形成する。次に、フォトリソグラフィー法を用いて配線パターンを形成し、反応性イオンエッチング法等で、Ａｌ，ＴａＮと連続的にエッチングを行う。再びフォトリソグラフィー法によって発熱領域を露出させるために、ウエットエッチングによってＡｌを除去する。この部分が発熱抵抗体となる。
Subsequently, the
そして、保護膜９として、プラズマＣＶＤ法によってＳｉＮ膜を膜厚３０００Åで形成する。最後に、保護膜９上に、スパッタリング法によって、耐キャビテーション膜１０としてＴａ膜を膜厚２３００Åで形成する。
Then, as the protective film 9, a SiN film is formed with a thickness of 3000 mm by plasma CVD. Finally, a Ta film is formed as a cavitation
以上のように構成されたインクジェットヘッド用基板を備えるインクジェットヘッドについて簡単に説明する。 An inkjet head including the inkjet head substrate configured as described above will be briefly described.
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、インクジェットヘッドは、上述したインクジェットヘッド用基板２１と、このインクジェットヘッド用基板２１上に設けられたノズル基板２２とを備えている。ノズル基板２２には、発熱抵抗体の発熱領域７ａに対応する位置に、インク２３が供給されて気泡２４が発生される発泡室２５が設けられている。この発泡室２５には、発熱抵抗体の発熱領域７ａに対向する位置に、発熱領域７ａの主面に対する垂直方向に貫通して吐出口２６が設けられている。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the ink jet head includes the above-described ink
また、インクジェットヘッドには、複数の吐出口２６が配列して設けられており、これら各吐出口２６から各発熱抵抗体の発熱領域７ａの主面と垂直方向にインク滴２３ａがそれぞれ吐出される。
Further, the inkjet head is provided with a plurality of
上述したインクジェットヘッドについて、耐キャビテーション膜１０上にインクが接触する際の状況を、図３および図４を参照して説明する。
With respect to the above-described ink jet head, the situation when the ink contacts the
図３（ａ）〜図３（ｃ）に、発熱抵抗体に電圧を印加した後の気泡の成長、収縮過程を示す。さらに、図４には、気泡の成長、収縮過程における経過時間［ｓ］と、耐キャビテーション膜１０上の表面温度［℃］との関係を示す。なお、図４中に示す各時期Ａ，Ｂ，Ｃは、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す状態にそれぞれほぼ対応している。また、図４中において、時期Ｂ以降では、本実施形態の発熱抵抗体を実線Ｌ１で示し、従来の発熱抵抗体を破線Ｌ２で示す。
FIG. 3A to FIG. 3C show bubble growth and contraction processes after a voltage is applied to the heating resistor. Further, FIG. 4 shows the relationship between the elapsed time [s] in the bubble growth and contraction process and the surface temperature [° C.] on the
図３（ａ）に示すように、発熱抵抗体に電圧を印加し、発熱領域が加熱されるのに伴って気泡が発生し、気泡によってインクが吐出口に向かって移動される。続いて、図３（ｂ）に示すように、更に成長した気泡によってインク滴が吐出口から押し出される。 As shown in FIG. 3A, when a voltage is applied to the heating resistor and the heating region is heated, bubbles are generated, and the ink is moved toward the ejection port by the bubbles. Subsequently, as shown in FIG. 3B, ink droplets are pushed out from the ejection openings by the further grown bubbles.
最後に、図３（ｃ）に示すように、気泡収縮過程で、発泡領域に流入してきたインクが耐キャビテーション膜１０上に接触する。このとき、耐キャビテーション膜１０の表面温度は、図４中の時期Ｃに破線Ｌ２で示すように、従来の発熱抵抗体ではまだ高温状態にある。このような高温下でインクと金属材からなる耐キャビテーション膜１０とが高速で接触することによって、耐キャビテーション膜１０には、物理的ダメージ、さらには熱化学的ダメージが及ぼされ、結果的にインクジェットヘッドの耐久性を低下させてしまう。
Finally, as shown in FIG. 3C, the ink that has flowed into the foaming region comes into contact with the
一方、本発明に係るインクジェットヘッドは、発熱抵抗体と支持基板１との間に形成されその支持基板１より熱伝導率が小さい蓄熱層である第１の層間絶縁膜６の内部に、伝熱層１２として、第１の層間絶縁膜６をなすＳｉＯ2膜よりも熱伝導率が大きいＡｌ膜が設けられている。
On the other hand, the ink jet head according to the present invention transfers heat to the inside of the first
そして、本発明に係るインクジェットヘッドは、この伝熱層１２の伝熱領域１２ａが、発熱抵抗体の発熱領域７ａよりも大きく形成されていることによって、発熱抵抗体の蓄熱を減らして、図４中の時期Ｃに実線で示すように、時期Ｃにおける耐キャビテーション膜１０の表面温度を、破線で示す従来の発熱抵抗体よりも下げることが可能となり、物理的ダメージおよび熱化学的ダメージを軽減することができる。
In the ink jet head according to the present invention, the heat transfer region 12a of the heat transfer layer 12 is formed to be larger than the
本実施形態の発熱部を有するインクジェットヘッド用基板を用いて、インクジェットヘッドを製造し、耐久性試験を行った。その結果、耐キャビテーション膜１０上にインクが接触することで断線が生じることなく、伝熱層が設けられていない構成の従来のインクジェットヘッドに比較して耐久性が向上された。
An inkjet head was manufactured using the inkjet head substrate having the heat generating portion of the present embodiment, and a durability test was performed. As a result, the ink contacted with the
なお、上述した伝熱層１２は、その高い熱伝導性によって、上部の蓄熱層である第２の層間絶縁膜６側から伝えられた熱を平面方向に拡散し、さらに、下部の蓄熱層である第１の層間絶縁膜４へ伝えることによって、いわば放熱面積を広げる役割を果たす効果がある。したがって、正方形状をなす伝熱層１２の伝熱領域１２ａの一辺の幅Ｗは、発熱抵抗体の発熱領域の幅Ｗｈと比べて大きく、伝熱層１２の外周と発熱領域の外周との間の距離をａとすれば、
Ｗ＝Ｗｈ＋２ａ ・・・（式１）
の関係を満たしている。
Note that the heat transfer layer 12 described above diffuses heat transferred from the second
W = Wh + 2a (Formula 1)
Meet the relationship.
ただし、距離ａの値を大きくした場合には、発熱領域７ａの外周縁部の温度が低下し、実質的な発泡に寄与する有効発泡領域が狭くなるという弊害がある。したがって、例えば伝熱層１５を支持基板１全面にわたって形成する構成は好ましくなく、複数の伝熱領域に分割して設けられる構成が望ましい。
However, when the value of the distance a is increased, the temperature of the outer peripheral edge of the
そして、距離ａの値は、発熱抵抗体において、有効発泡領域を狭めること無く、かつ発熱領域７ａにインクが流入するリフィール時の保護膜９の表面温度、すなわち耐キャビテーション膜１０の表面温度が十分に下がっているような最適な値に設定されている。具体的には、距離ａは、各蓄熱層の熱的性質、すなわち熱伝導率および層厚、伝熱層の熱伝導率および膜厚、ヘッド駆動時の駆動パルス印加時間を含む加熱条件等の各種パラメータを考慮して最適に設定されている。
The value of the distance a is such that, in the heating resistor, the surface temperature of the protective film 9 at the time of refilling without flowing the effective foaming area into the
なお、図示しないが、発熱抵抗体の発熱領域７ａおよび伝熱層１５の伝熱領域１５ａは、円形状にそれぞれ形成されて、同心円上に配置されてもよいことは勿論である。
Although not shown, the
上述したように、本実施形態のインクジェットヘッド用基板によれば、伝熱層１５が存在している位置に対応する保護膜９の表面の平面性を維持しつつ、保護膜９の上層である耐キャビテーション膜１０表面の放熱が速やかになり、発熱抵抗体の発熱領域７ａにインクが流入する際の保護膜９の表面温度を下げることが可能になり、熱ストレスに対して影響を受けにくく、例えば１００ｋＨｚ以上の高周波駆動帯域であっても、発熱抵抗体の個別電極配線８等に断線が発生することを抑制することができる。
As described above, according to the inkjet head substrate of the present embodiment, the upper layer of the protective film 9 is maintained while maintaining the planarity of the surface of the protective film 9 corresponding to the position where the heat transfer layer 15 exists. Radiation of the surface of the
（第２の実施形態）
図５に示すように、第２の実施形態のインクジェットヘッド用基板は、下部配線５として用いられないＡｌ膜からなる上述の伝熱層１５の代わりに、第１の層間絶縁膜４の内部に、伝熱層１６が設けられている。このインクジェットヘッド用基板は、伝熱層１６が、発熱抵抗体の発熱領域７ａの下方に、第１の層間絶縁膜４をなすＳｉＯ2膜よりも熱伝導率が大きいｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を略正方形状の領域だけ残して設けられている構成以外、第１の実施形態のインクジェットヘッド用基板と同様に構成されている。また、伝熱層１６は、上述した伝熱層１５と同様に、伝熱領域が発熱領域７ａよりも大きく形成されている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 5, the substrate for the inkjet head of the second embodiment is provided inside the first interlayer insulating film 4 instead of the above-described heat transfer layer 15 made of an Al film that is not used as the
そして、この第２の実施形態のインクジェットヘッド用基板を用いて、インクジェットヘッドを作製し、上述の評価を同様に行ったところ、第１の実施形態と同様の効果が得られた。 When an inkjet head was manufactured using the inkjet head substrate of the second embodiment and the above-described evaluation was performed in the same manner, the same effects as those of the first embodiment were obtained.
（第３の実施形態）
図６に示すように、第３の実施形態のインクジェットヘッド用基板は、上述の伝熱層１６に加えて、第２の層間絶縁膜４の内部に、下部配線５として用いられないＡｌ膜からなる略正方形状の伝熱層１７が設けられている。このインクジェットヘッド用基板は、各第１および第２の層間絶縁膜４，６の内部に伝熱層１６，１７がそれぞれ設けられている構成以外、第１の実施形態のインクジェットヘッド用基板と同様に構成されている。また、伝熱層１７は、第１の層間絶縁膜４に形成されたスルーホール部を介して伝熱層１６に連結されており、熱伝導性の向上が図られている。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 6, the substrate for the ink jet head according to the third embodiment includes an Al film that is not used as the
そして、この第３の実施形態のインクジェットヘッド用基板を用いて、インクジェットヘッドを作製し、上述の評価を同様に行ったところ、第１の実施形態と同様の効果が更に良好に得られた。 And when the inkjet head was produced using the substrate for inkjet heads of this 3rd embodiment and the above-mentioned evaluation was performed similarly, the same effect as a 1st embodiment was obtained more satisfactorily.
（第４の実施形態）
図７に示すように、第４の実施形態のインクジェットヘッド用基板は、１つの発泡室２５内に設けられる発熱領域が、第１および第２の発熱領域２７ａ，２７ｂからなる。このインクジェットヘッド用基板には、発熱抵抗体の各発熱領域２７ａ，２７ｂの下方に、第３の実施形態と同様に、第１および第２の層間絶縁膜４，６の内部に伝熱層１６，１７がそれぞれ設けられている構成以外、第１の実施形態と同様に構成されている。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 7, in the ink jet head substrate of the fourth embodiment, the heat generation area provided in one foaming chamber 25 is composed of first and second
そして、この第４の実施形態のインクジェットヘッド用基板を用いて、インクジェットヘッドを作製し、上述の評価を同様に行ったところ、第１の実施形態と同様の効果が得られた。 And when the inkjet head was produced using the substrate for inkjet heads of this 4th embodiment and the above-mentioned evaluation was performed similarly, the same effect as a 1st embodiment was acquired.
（第５の実施形態）
第５の実施形態のインクジェットヘッド用基板は、図８（ａ）に示すように、第２の層間絶縁膜６の内部に、下部配線５として用いられないＡｌパターンからなる、複数の伝熱領域１８ａ〜１８ｃを有する伝熱層１８が設けられている構成、あるいは図８（ｂ）に示すように、第１の層間絶縁膜４の内部に、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜からなる、複数の伝熱領域１９ａ〜１９ｃを有する伝熱層１９が設けられている構成以外、第１の実施形態と同様に構成されている。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 8A, the substrate for an ink jet head according to the fifth embodiment has a plurality of heat transfer regions made of an Al pattern that is not used as the
伝熱層１８は、第２の層間絶縁膜６の内部に、各伝熱領域１８ａ〜１８ｃが互いに所定の間隔をあけて配設されており、各伝熱領域１８ａ〜１８ｃからなる全伝熱領域が、発熱領域７ａよりも大きく形成されている。同様に、伝熱層１９は、第１の層間絶縁膜４の内部に、各伝熱領域１９ａ〜１９ｃが互いに所定の間隔をあけて配設されており、各伝熱領域１９ａ〜１９ｃからなる全伝熱領域が、発熱領域７ａよりも大きく形成されている。
In the heat transfer layer 18, the heat transfer regions 18a to 18c are arranged in the second
そして、この第５の実施形態のインクジェットヘッド用基板を用いて、インクジェットヘッドを作製し、上述の評価を同様に行ったところ、第１の実施形態と同様の効果が得られた。 And when the inkjet head was produced using the substrate for inkjet heads of this 5th embodiment and the above-mentioned evaluation was performed similarly, the same effect as a 1st embodiment was acquired.
（第６の実施形態）
図９に示すように、第６の実施形態のインクジェットヘッド用基板を示す断面図である。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 9, it is sectional drawing which shows the board | substrate for inkjet heads of 6th Embodiment.
本実施形態では、インクへの熱伝達を向上するために、保護膜９を非常に薄く形成できる構成を示している。すなわち、個別電極配線層８と第２の層間絶縁膜６が形成された面は、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）加工によって非常に平坦に加工され、この平坦化された面上に発熱抵抗体７およびその保護膜９が形成される。このような工程を施すことによって、個別電極配線層８による段差が存在しなくなるので、保護膜９を極めて薄く形成することができる。
In the present embodiment, a configuration is shown in which the protective film 9 can be formed very thin in order to improve heat transfer to the ink. That is, the surface on which the individual
ただし、このような工程を施すことで、ＣＭＰ加工によって支持基板１全面にわたって均一に平坦化されるため、支持基板１からの層厚が最も厚い部分に揃えられる。従来の工程では、駆動回路部分が多層配線であることで各配線層を絶縁する層間絶縁膜を設ける必要があるため、単層配線である発熱抵抗体部に比べて層厚が厚くなってしまう。加えて、この工程では、発熱抵抗体部も駆動回路部と同じ層厚に形成されるので、絶縁膜の膜厚みが厚くなり、支持基板１への熱伝達が低下してしまう不都合があった。
However, by performing such a step, the entire surface of the
一方で、本実施形態のインクジェットヘッド用基板は、図９に示すように、発熱抵抗体の発熱領域７ａに隣接して下方に、Ａｌ膜からなる伝熱層２０が設けられている。また、このインクジェットヘッド用基板には、第１の実施形態と同様に、第２の層間絶縁膜６の内部に、伝熱層１５が設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the ink jet head substrate of the present embodiment is provided with a heat transfer layer 20 made of an Al film below and adjacent to the
このように伝熱層２０，１５を備えることで、本実施形態のインクジェットヘッド用基板は、発熱抵抗体から支持基板１への熱伝達を低下させること無く放熱し、個別電極配線層の段差を無くした構成によって保護膜９が比較的薄く形成されることでインクへの熱伝達が向上するので、エネルギー効率の向上と、耐久性の向上とを両立することができる。
By providing the heat transfer layers 20 and 15 in this manner, the inkjet head substrate of the present embodiment dissipates heat without reducing heat transfer from the heating resistor to the
１ 支持基板（Ｓｉ）
２ 蓄熱層（熱酸化膜）
３ 配線
４ 第１の層間絶縁膜（ＳｉＯ2膜）
５ 下部配線
６ 第２の層間絶縁膜（ＳｉＯ2膜）
７ 発熱抵抗層
７ａ 発熱領域
８ 個別電極配線
９ 保護膜（ＳｉＮ膜）
１０ 耐キャビテーション膜（Ｔａ膜）
１５ 伝熱層（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜）
１５ａ 伝熱領域
１６ 伝熱層（Ａｌ膜）
２１ インクジェットヘッド用基板
２２ ノズル基板
２３ インク
1 Support substrate (Si)
2 Thermal storage layer (thermal oxide film)
3 Wiring 4 First interlayer insulating film (SiO 2 film)
5
7 Heat
10 Anti-cavitation film (Ta film)
15 Heat transfer layer (poly-Si film)
15a
21 Substrate for
Claims (12)
前記蓄熱層の内部には、前記蓄熱層よりも熱伝導率が大きい伝熱層が設けられ、前記発熱領域に対向した前記伝熱層の伝熱領域が前記発熱領域よりも大きく形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド用基板。 In order to electrically insulate between the support substrate, the heating resistor for heating the ink, the wiring electrically connected to the heating resistor, and the heating region of the heating resistor and the support substrate And an insulating layer provided so as to cover the heating resistor and the wiring, and a protective film for protecting the heating resistor and the wiring, wherein the insulating layer has a lower thermal conductivity than the support substrate. An ink jet head substrate that forms a heat storage layer,
A heat transfer layer having a higher thermal conductivity than the heat storage layer is provided inside the heat storage layer, and the heat transfer region of the heat transfer layer facing the heat generation region is formed larger than the heat generation region. An ink-jet head substrate.
前記伝熱層を形成する工程と、
前記伝熱層の前記伝熱領域内に対応する位置に前記発熱抵抗体の前記発熱領域を形成する工程と
を有することを特徴とするインクジェットヘッド用基板の製造方法。 In order to electrically insulate between the support substrate, the heating resistor for heating the ink, the wiring electrically connected to the heating resistor, and the heating region of the heating resistor and the support substrate And an insulating layer provided so as to cover the heating resistor and the wiring, and a protective film for protecting the heating resistor and the wiring, wherein the insulating layer has a lower thermal conductivity than the support substrate. A heat storage layer is provided, and a heat transfer layer having a higher thermal conductivity than the heat storage layer is provided inside the heat storage layer, and a heat transfer region of the heat transfer layer facing the heat generation region is larger than the heat generation region. A method for manufacturing a formed inkjet head substrate, comprising:
Forming the heat transfer layer;
Forming the heat generation region of the heat generating resistor at a position corresponding to the heat transfer region of the heat transfer layer.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2004
- 2004-03-30 JP JP2004099292A patent/JP2005280179A/en active Pending
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