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JP2006168141A - Ink jet recording head and manufacturing method thereof. - Google Patents

Ink jet recording head and manufacturing method thereof. Download PDF

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JP2006168141A
JP2006168141A JP2004362797A JP2004362797A JP2006168141A JP 2006168141 A JP2006168141 A JP 2006168141A JP 2004362797 A JP2004362797 A JP 2004362797A JP 2004362797 A JP2004362797 A JP 2004362797A JP 2006168141 A JP2006168141 A JP 2006168141A
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JP
Japan
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ink
recording head
jet recording
substrate
etching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2004362797A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Fujii
謙児 藤井
Shuji Koyama
修司 小山
Shingo Nagata
真吾 永田
Jun Yamamuro
純 山室
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】 ノズル等へのゴミ、異物等の進入を防止することのできるフィルターをインク供給部と同時に形成することのできる、安価で良好な歩留りを得られるインクジェット記録ヘッド、及びその製造方法の提供。
【解決手段】 インク吐出口へのゴミや異物の進入を防止するため、シリコン基板にインク供給部を異方性エッチングによって形成する際に、シリコン基板の裏面に設けた耐エッチングマスクと耐エッチングマスクを保護する保護膜で構成されるフィルターを、該エッチングと同時に形成することを特徴とする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head capable of forming a filter capable of preventing entry of dust, foreign matter, etc. into a nozzle or the like at the same time as an ink supply part and obtaining a good yield at low cost, and a method for manufacturing the same. .
An etching resistant mask and an etching resistant mask provided on the back surface of a silicon substrate when an ink supply portion is formed on the silicon substrate by anisotropic etching in order to prevent dust and foreign matter from entering the ink discharge port. A filter comprising a protective film for protecting the film is formed simultaneously with the etching.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、インクジェット記録方式に用いるインクジェット記録ヘッド、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an ink jet recording head used in an ink jet recording system and a method for manufacturing the same.

一般的なインクジェット記録ヘッドとして、インクを吐出するための吐出圧エネルギー発生素子面に対してインク吐出が垂直方向に吐出するインクジェット記録ヘッドを例に述べると近年インクジェット記録ヘッドは小型化、高密度化に対し、基板内に半導体製造技術を用いて、インク吐出圧発生素子を駆動するための電気制御回路を内蔵した方法が提案されている。前記する高機能なインクジェット記録ヘッドは複数のインク吐出口(ノズル)にインクを供給する方法として基板裏面より基板を貫通させて各ノズルに対し、共通のインク供給口より各々のノズルにインクを供給する構造になっている。又、前記するようなインクジェット記録ヘッドの基板としてSi基板を用いる場合には、特許文献1にも開示されているように、前記するインク供給口の形成にSi異方性エッチング技術を用いて形成することが可能である。   As an example of a general inkjet recording head, an inkjet recording head that ejects ink in a direction perpendicular to the surface of an ejection pressure energy generating element for ejecting ink will be described as an example. On the other hand, a method in which an electric control circuit for driving an ink discharge pressure generating element is built in a substrate by using a semiconductor manufacturing technique has been proposed. The high-performance inkjet recording head described above supplies ink to a plurality of ink discharge ports (nozzles) by penetrating the substrate from the back of the substrate and supplying ink to each nozzle from a common ink supply port. It has a structure to do. Further, when a Si substrate is used as the substrate of the ink jet recording head as described above, as disclosed in Patent Document 1, the ink supply port is formed by using the Si anisotropic etching technique. Is possible.

ここで、インクジェット記録ヘッドに求められる信頼性の1つにノズル詰まりに不吐出(目的のノズルよりインクが出ない)と呼ばれる印字不良が懸念されている。原因としては、インクが固化して吐出出来ない場合やノズル内にゴミが進入して、ノズル内へのインク供給が遮断される等が一般的に言われている。前者の原因に対しては、保護機能を具備、或いは固化した場合の回復機構の具備が行なわれている。更に後者の原因の詳細を大きく分類すると次のようなことが上げられる。   Here, one of the reliability required for the ink jet recording head is concerned about a printing defect called non-ejection (no ink is ejected from the target nozzle) due to nozzle clogging. As a cause, it is generally said that the ink is solidified and cannot be discharged, or dust enters the nozzle and the ink supply to the nozzle is interrupted. For the former cause, a protection function is provided or a recovery mechanism is provided when solidified. Furthermore, the details of the latter cause can be broadly classified as follows.

1.インクジェット記録ヘッドの製造過程でゴミ、異物が進入する
2.インクジェット記録ヘッドの外部よりゴミ、異物が進入する
こと等によって、ノズル内にゴミが進入して、ノズル内へのインク供給が遮断され、印字不良が発生する。
1. 1. Dust and foreign matter enter during the manufacturing process of the ink jet recording head. When dust or foreign matter enters from the outside of the ink jet recording head, dust enters the nozzle, the ink supply to the nozzle is shut off, and printing failure occurs.

特に前記2.で懸念されることとして、インクの供給をインクジェット記録ヘッドと分離可能な構造とする場合には、その接続部で問題となる可能性が高い。このような原因に対する対策としては、従来においては前記1.に関しては製造工程中の管理、製造環境対策等を行い、前記2.に関してはインクジェット記録ヘッドのインク供給口の近傍にフィルターを設ける等の工夫がなされている。しかしながら、前記2.の対策のようにインク供給口にフィルターを設けるに際して、インクジェット記録ヘッドと別なフィルターを別の部品として製造、実装する従来のものでは、製造コスト、部品コスト、品質管理、或いは、部品同士の接続信頼性等に関して、必ずしも満足のいくものではなく、更なる改善が望まれている。   In particular, 2. As a matter of concern, in the case where the ink supply is structured to be separable from the ink jet recording head, there is a high possibility that the connection portion will cause a problem. Conventionally, as a countermeasure against such a cause, the above-described 1. As for the above-mentioned 2. For example, a filter is provided in the vicinity of the ink supply port of the ink jet recording head. However, 2. In the case of providing a filter at the ink supply port as a countermeasure of the above, in the conventional one that manufactures and mounts a separate filter from the inkjet recording head as a separate component, the manufacturing cost, component cost, quality control, or connection between components Regarding reliability and the like, it is not always satisfactory, and further improvement is desired.

これらの課題を解決するための発明として特許文献2が開示されている。図5(A)に従来技術によるフィルター構造を有するインクジェット記録ヘッドを示す。このインクジェット記録ヘッドでは、Si基板1の裏面にSiOやSiN等の耐エッチングマスク3を設け、異方性エッチングによってインク供給部11を形成する際に、耐エッチングマスク3でフィルター構造を形成する方法が報告されている。
特開昭9−11479号公報 特開2000−94700号公報
Patent Document 2 is disclosed as an invention for solving these problems. FIG. 5A shows an ink jet recording head having a filter structure according to the prior art. In this ink jet recording head, an etching resistant mask 3 such as SiO 2 or SiN is provided on the back surface of the Si substrate 1, and a filter structure is formed with the etching resistant mask 3 when forming the ink supply unit 11 by anisotropic etching. A method has been reported.
JP-A-9-11479 JP 2000-94700 A

しかしながら、前記発明では、耐エッチングマスク材としてSiO2やSiN膜等の絶縁膜を用いているが、これらの膜は、通常スパッタやCVDといった堆積膜として形成されるため、これらの膜を無欠陥で形成するのは、困難である。また、インク吐出圧発生素子を形成する後工程で様々な液体にさらされる、及び半導体製造装置内での搬送等の原因による微小なキズも入るため、これらの膜を無欠陥にすることは非常に困難である。   However, in the above invention, an insulating film such as SiO2 or SiN film is used as an etching-resistant mask material. However, these films are usually formed as a deposited film such as sputtering or CVD. It is difficult to form. In addition, it is very difficult to make these films defect-free because they are exposed to various liquids in the post-process for forming the ink discharge pressure generating element, and there are also minor scratches due to transport in the semiconductor manufacturing apparatus. It is difficult to.

そのために、図5(B)に示すように、規定のインク供給口幅寸法Xに対して、この欠陥部(ピンホール)14に起因して、インク供給口幅Yのように、規定寸法以上に大きくなる不良になることがあった。そのため、インクの吐出特性に影響を与えてしまう。また、図5(C)に示すように、インクジェット記録ヘッドの高画質化に伴い、吐出口の微細加工化が進み、この欠陥部(ピンホール)14に起因したフィルターの微小な破損が無視できない状況にある。以上のような理由から良好な歩留りが得られないという課題がある。そのため、ヘッド製造等のマイクロマシン技術においては、無欠陥のエッチングマスクの形成が大きな要請となっている。   For this reason, as shown in FIG. 5B, the specified ink supply port width dimension X is larger than the specified dimension, such as the ink supply port width Y, due to this defective portion (pinhole) 14. In some cases, the defect becomes larger. Therefore, the ink ejection characteristics are affected. Further, as shown in FIG. 5C, as the image quality of the ink jet recording head is improved, the fineness of the discharge port is advanced, and the minute breakage of the filter due to the defective portion (pinhole) 14 cannot be ignored. Is in the situation. For the reasons described above, there is a problem that a good yield cannot be obtained. Therefore, formation of a defect-free etching mask is a great demand in micromachine technology such as head manufacturing.

そこで、本発明は、上記従来のものにおける課題を解決し、製造に関して、ノズル等へのゴミ、異物等の進入を防止することのできるフィルターをインク供給部と同時に形成することのできる、安価で良好な歩留りを得られるインクジェット記録ヘッド、及びその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-described problems in the conventional ones, and can be formed at the same time as an ink supply unit with a filter that can prevent the entry of dust, foreign matter, etc. into nozzles and the like. An object of the present invention is to provide an ink jet recording head capable of obtaining a good yield and a method for manufacturing the same.

本発明は、上記課題を解決するために、インクジェット記録ヘッド、及びその製造方法をつぎのように構成したことを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that an ink jet recording head and a manufacturing method thereof are configured as follows.

すなわち、Si基板を用い、該基板にインク供給圧発生素子と、インク吐出口にインクを供給するインク供給部とを形成するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記Si基板に耐エッチングマスクを設け、該Si基板に前記インク供給部を異方性エッチングによって形成する際に、耐エッチングマスクと耐エッチングマスクを保護する保護膜で構成されるフィルターを、該インク供給部と同時に形成することを特徴とする。また、前記フィルターの口径をAとし、インク吐出口径をBとする時、A≦Bの関係が成り立つことを特徴とする。また、前記Si基板は、エッチングを開始する面の結晶面方位が<100>面、又は<110>面であることを特徴とする。また、前記耐エッチングマスクを保護する保護膜は、感光性樹脂、もしくは熱可塑性樹脂で作られることを特徴とする。   That is, in an inkjet recording head using an Si substrate and forming an ink supply pressure generating element and an ink supply unit for supplying ink to an ink discharge port on the substrate, an etching-resistant mask is provided on the Si substrate, and the Si substrate In addition, when the ink supply unit is formed by anisotropic etching, a filter composed of an anti-etching mask and a protective film for protecting the anti-etching mask is formed simultaneously with the ink supply unit. Further, when the diameter of the filter is A and the diameter of the ink ejection port is B, the relationship of A ≦ B is established. Further, the Si substrate is characterized in that a crystal plane orientation of a surface where etching is started is a <100> plane or a <110> plane. In addition, the protective film for protecting the etching resistant mask is made of a photosensitive resin or a thermoplastic resin.

本発明者らは、前記Si基板に前記インク供給部を異方性エッチングによって形成する際に、耐エッチングマスクに存在する欠陥(ピンホール)によるフィルター破損の発生を押さえ込むため、耐エッチング層のパターニングマスクの役割を兼ね備え、且つ、耐エッチング層の欠陥を保護する保護膜を利用してフィルター構造を形成する方法を見出した。   When the ink supply part is formed on the Si substrate by anisotropic etching, the inventors of the present invention are able to suppress the occurrence of filter breakage due to defects (pinholes) existing in the etching resistant mask. The present inventors have found a method of forming a filter structure using a protective film that also serves as a mask and protects defects in the etching resistant layer.

上記構成により、耐エッチングマスクに存在する欠陥(ピンホール)によるフィルター破損の発生を最小限に押さえ込むことができ、フィルター形成工程の歩留りを向上させることが可能となる。さらに、実際のインクジェット記録ヘッドを完成させるためには、後工程での、多数個配列された基板からここの素子を分離するための切断、あるいは機能素子を駆動させる上で必要な外部より電気信号を送るための接続やインクを供給するための構造部材の組み立てが必要であるが、本発明ではインクジェット記録ヘッドの機能素子部分(一般的にデバイスとも言う)でフィルター構造が作りこまれていることから、歩留りのよいインクジェット記録ヘッドが製造可能である。   With the above configuration, the occurrence of filter breakage due to defects (pinholes) present in the etching resistant mask can be suppressed to the minimum, and the yield of the filter forming process can be improved. Furthermore, in order to complete an actual ink jet recording head, an electrical signal is supplied from the outside necessary for driving the functional element or cutting for separating the element from a substrate arranged in a large number in a later process. In this invention, a filter structure is built in the functional element portion (generally also referred to as a device) of the ink jet recording head. Therefore, an ink jet recording head with a high yield can be manufactured.

本発明によれば、Si基板に前記インク供給部を異方性エッチングによって形成する際に、耐エッチングマスクと耐エッチングマスクを保護する保護膜を利用して、ゴミや異物等の進入を防止するフィルターを、該インク供給部と同時に形成することが可能となる。それにより、耐エッチングマスクに存在する欠陥(ピンホール)によるフィルター破損の発生を最小限に押さえ込むことができ、フィルター形成工程の歩留りを向上させることが可能となる。   According to the present invention, when the ink supply part is formed on the Si substrate by anisotropic etching, the anti-etching mask and the protective film that protects the anti-etching mask are used to prevent entry of dust, foreign matter, and the like. The filter can be formed simultaneously with the ink supply unit. Thereby, the occurrence of filter breakage due to defects (pinholes) existing in the etching resistant mask can be suppressed to the minimum, and the yield of the filter forming process can be improved.

さらには、インクジェット記録ヘッドを完成させるためには、後工程での、多数個配列された基板から個々の素子を分離するための切断、或いは機能素子を駆動させる上で必要な電気信号を送るための接続(電気実装とも言う)や、インクを供給するための構造部材の組み立てが必要であるが、本発明は、インクジェット記録ヘッドの機能素子部分(一般にデバイスとも言う)でフィルター構造を作りこむことができ、前記した製造後工程中に発生するゴミが進入することもなく、歩留りのよいインクジェット記録ヘッドが製造可能になる。   Further, in order to complete the ink jet recording head, in order to send an electrical signal necessary for separating individual elements from a large number of substrates arranged in a later process or driving functional elements. Connection (also referred to as electrical mounting) and assembly of a structural member for supplying ink is required. In the present invention, a filter structure is formed by a functional element portion (generally also referred to as a device) of an ink jet recording head. This makes it possible to manufacture an ink jet recording head with a high yield without introducing dust generated during the post-manufacturing process.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図4に、本実施形態において製造するインクジェット記録ヘッドの模式図を示す。このインクジェット記録ヘッド(液体吐出ヘッド)は、インク吐出圧発生素子(液体吐出圧発生素子)2が所定のピッチで2列並んで形成されたSi基板1を有している。Si基板1には、SiO膜3をマスクとしてSiの異方性エッチングによって形成されたインク供給口(液体供給口)11が、インク吐出圧発生素子2の2つの列の間に開口されている。Si基板1上には、オリフィスプレート材9によって、各インク吐出圧発生素子2の上方に開口するインク吐出口(液体吐出口)7と、インク供給口11から各インク吐出口7に連通するインク流路(液体流路)が形成されている。 FIG. 4 is a schematic diagram of an ink jet recording head manufactured in the present embodiment. This ink jet recording head (liquid discharge head) has a Si substrate 1 on which ink discharge pressure generating elements (liquid discharge pressure generating elements) 2 are formed in two rows at a predetermined pitch. In the Si substrate 1, an ink supply port (liquid supply port) 11 formed by anisotropic etching of Si using the SiO 2 film 3 as a mask is opened between two rows of ink discharge pressure generating elements 2. Yes. On the Si substrate 1, an ink ejection port (liquid ejection port) 7 opened above each ink ejection pressure generating element 2 and an ink communicating from the ink supply port 11 to each ink ejection port 7 by an orifice plate material 9. A flow path (liquid flow path) is formed.

このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口11が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そしてこのインクジェット記録ヘッドは、インク供給口11を介してインク流路内に充填されたインク(液体)に、インク吐出圧発生素子12によって発生する圧力を加えることによって、インク吐出口7からインク液滴を吐出させ、被記録媒体に付着させることによって記録を行う。   This ink jet recording head is arranged so that the surface on which the ink supply port 11 is formed faces the recording surface of the recording medium. The ink jet recording head applies an ink liquid from the ink discharge port 7 by applying a pressure generated by the ink discharge pressure generating element 12 to the ink (liquid) filled in the ink flow path via the ink supply port 11. Recording is performed by discharging droplets and attaching them to a recording medium.

このインクジェット記録ヘッドは、プリンタ,複写機,通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、このインクジェット記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。なお、本発明において、『記録』とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。   The ink jet recording head can be mounted on an apparatus such as a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, a word processor having a printer unit, or an industrial recording apparatus combined with various processing apparatuses. By using this ink jet recording head, recording can be performed on various recording media such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics. In the present invention, “recording” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium but also giving an image having no meaning such as a pattern. .

特に、このインクジェット記録ヘッドのインク供給口形成においては、耐エッチングマスク3としてSiOやSiN膜等の絶縁膜を用いるのが一般的であるが、これらの膜は、通常スパッタやCVDといった体積膜として形成されるため、これらの膜を無欠陥に形成するのは困難である。そのために、この欠陥部(ピンホール)に起因してフィルターが不良になることがある。 In particular, in forming the ink supply port of this ink jet recording head, it is common to use an insulating film such as a SiO 2 or SiN film as the etching resistant mask 3, but these films are usually volume films such as sputtering and CVD. Therefore, it is difficult to form these films without defects. Therefore, the filter may be defective due to the defective portion (pinhole).

そこで、本発明では、耐エッチングマスクに存在する欠陥(ピンホール)によるフィルター破損の発生を押さえ込むため、耐エッチング層のパターニングマスクの役割を兼ね備え、且つ、耐エッチング層の欠陥を保護する保護膜を利用してフィルター構造を形成する方法を見出した。   Therefore, in the present invention, in order to suppress the occurrence of filter breakage due to defects (pinholes) present in the etching resistant mask, a protective film that also serves as a patterning mask for the etching resistant layer and protects the defects in the etching resistant layer is provided. A method for forming a filter structure by using it was found.

以下に、インクジェット記録ヘッドを実施例に示す。   Examples of the ink jet recording head are shown below.

図1(A)〜(F)は、本発明のインクジェット記録ヘッドの基本的な製造工程を示す模式的断面図である。図1は、図5のA−A’部を切断した断面にあたる。   1A to 1F are schematic cross-sectional views showing a basic manufacturing process of the ink jet recording head of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 5.

図1(A)に示されるシリコン基板1は結晶方位が<100>面である。このシリコン基板上には、発熱抵抗体等のインク吐出圧発生素子2が複数個配置されている。また、前記基板1の裏面はSiO膜3を含め、ポリシリコン膜4で全面覆われている。この前記基板1の表面にポジ型レジストをスピンコート等により塗布、乾燥し、図1(B)示すように、前記基板1の裏面のシリコン面に接する前記SiO膜以外のポリシリコン膜層4をドライエッチング等により除去し、前記ポジ型レジストを剥離する。このSiO膜3が異方性エッチングの際のエッチングマスクとなる。 The silicon substrate 1 shown in FIG. 1A has a crystal orientation of <100> plane. On this silicon substrate, a plurality of ink discharge pressure generating elements 2 such as heating resistors are arranged. Further, the back surface of the substrate 1 including the SiO 2 film 3 is entirely covered with a polysilicon film 4. A positive resist is applied to the surface of the substrate 1 by spin coating or the like, dried, and a polysilicon film layer 4 other than the SiO 2 film is in contact with the silicon surface on the back surface of the substrate 1 as shown in FIG. Is removed by dry etching or the like, and the positive resist is peeled off. This SiO 2 film 3 serves as an etching mask for anisotropic etching.

次に図1(C)に示すように、前記SiO膜3に密着するポリエーテルアミド樹脂で作られるSiO膜パターニングマスク層6を形成した。本発明の一実施形態では、ポリエーテルアミド樹脂層として熱可塑性ポリエーテルアミド(日立化成工業(株)製、商品名:HL−1200)を用いた。上記の熱可塑性ポリエーテルアミドは溶剤に溶解した溶液として市販されている。これが前記SiO膜3をパターニングする際のパターニングマスクとなる。また、前記SiO膜3の欠陥(ピンホール)を保護する役割も果たす。前記SiO膜パターニングマスク層6は、前記SiO膜3上にスピンコート等によりSiO膜パターニングマスク層を全面塗布、熱硬化した後、さらにポジ型レジストをスピンコート等により塗布、乾燥し、紫外線、Deep UV光等による露光、現像を行い、前記ポジ型レジストのパターンをマスクとして、露出した前記SiO膜パターニングマスク層をドライエッチング等により除去し、前記ポジ型レジストを剥離して形成される。 Next, as shown in FIG. 1C, a SiO 2 film patterning mask layer 6 made of a polyether amide resin in close contact with the SiO 2 film 3 was formed. In one embodiment of the present invention, a thermoplastic polyether amide (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name: HL-1200) was used as the polyether amide resin layer. The above thermoplastic polyether amide is commercially available as a solution in a solvent. This becomes a patterning mask for patterning the SiO 2 film 3. Also, it plays a role of protecting defects (pinholes) of the SiO 2 film 3. The SiO 2 film patterning mask layer 6 is formed by coating the SiO 2 film patterning mask layer on the entire surface of the SiO 2 film 3 by spin coating or the like, thermally curing, and then applying and drying a positive resist by spin coating or the like. It is formed by performing exposure and development using ultraviolet light, deep UV light, etc., removing the exposed SiO 2 film patterning mask layer by dry etching or the like, using the positive resist pattern as a mask, and peeling the positive resist. The

今回、このパターニングマスク層6には、図2に示すフィルター構造となるパターンを形成した。この穴12が実際のインクを通過させる穴になる。従って、穴径はできるだけ小さく、細かく配置することが、フィルターとしての性能が高いということはいうまでもない。一方、フィルター部で圧損(流抵抗)が起こり、インクの流れが悪くなることからインク吐出速度に悪影響を与えるため、むやみに細かいサイズのフィルターを形成することは好ましくない。従って、このフィルターの性能と流抵抗の間にはトレードオフの関係がなりたつ。そこで、本発明では、穴径として5μとなるようなサイズに設計し、前記する穴を図2のように隣り合う穴との間隔も5μとする等間隔で配置した。ここで、配列した穴の最外周から、サイドエッチ量を加えた寸法がインク供給口13のサイズとなる。   This patterning mask layer 6 was formed with a pattern having a filter structure shown in FIG. This hole 12 becomes a hole through which actual ink passes. Therefore, it is needless to say that the hole diameter is as small as possible and that the filter performance is high when it is arranged finely. On the other hand, since pressure loss (flow resistance) occurs in the filter portion and the ink flow becomes worse, the ink discharge speed is adversely affected. Therefore, it is not preferable to form a filter with a fine size unnecessarily. Therefore, there is a trade-off between the filter performance and the flow resistance. Therefore, in the present invention, the hole diameter is designed to be 5 μm, and the holes described above are arranged at equal intervals so that the distance between adjacent holes is also 5 μm as shown in FIG. Here, from the outermost periphery of the arranged holes, the dimension obtained by adding the side etch amount is the size of the ink supply port 13.

本発明においては、前記したようにフィルター穴径5μで隣り合う穴との間隔も5μとする例を挙げたが、個々のインクジェットプリントヘッドに適した、つまり、前記トレードオフの関係を両立させうるフィルター穴径、配列間隔に適宜、調整することが望ましい。但し、サイドエッチング量を超えて隣り合うフィルター穴の間隔を設定してはならない。   In the present invention, as described above, an example in which the filter hole diameter is 5 μm and the interval between adjacent holes is also 5 μm has been described. However, it is suitable for each ink jet print head, that is, the above trade-off relationship can be achieved. It is desirable to appropriately adjust the filter hole diameter and the arrangement interval. However, the interval between adjacent filter holes should not be set beyond the side etching amount.

次いでインク吐出圧発生素子2を含む基板1上に、溶解可能な樹脂層でインク流路部となるパターン5を形成する。前記溶解可能な樹脂層5(ODUR:東京応化製)は、スピンコート等による塗布の後、紫外線やDeep UV光等による露光、現像を行ってパターン形成する。   Next, a pattern 5 serving as an ink flow path portion is formed of a soluble resin layer on the substrate 1 including the ink discharge pressure generating element 2. The dissolvable resin layer 5 (ODUR: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied with spin coating or the like, followed by exposure and development with ultraviolet light or deep UV light, etc., to form a pattern.

次に図1(D)に示すように、前記溶解可能な樹脂層5上に被覆樹脂層9(CR)をスピンコート等により形成する。前記被覆樹脂層9上には撥水層8がドライフィルムのラミネート等により形成されている。インク吐出口7は、紫外線やDeep UV光等による露光、現像を行って形成する。   Next, as shown in FIG. 1D, a coating resin layer 9 (CR) is formed on the soluble resin layer 5 by spin coating or the like. A water repellent layer 8 is formed on the coating resin layer 9 by laminating a dry film or the like. The ink discharge port 7 is formed by performing exposure and development using ultraviolet rays, deep UV light, or the like.

次に図1(E)に示すように、前記溶解可能な樹脂層5および前記被覆樹脂層9等がパターン形成されている前記基板1の表面および側面をスピンコート等による塗布を行い、保護材10で覆う。前記保護材10は異方性エッチングを行う際に使用する強アルカリ溶液に十分耐えうる材料であり、そのため、異方性エッチングを行うことによる前記撥水層8等の劣化等を防ぐことが可能となる。 前記基板1の裏面のSiO膜3は、前記SiO膜パターニングマスク層6をマスクとしてウェットエッチング等によりパターニングされ、異方性エッチングの開始面となるシリコン面が露出される。 Next, as shown in FIG. 1E, the surface and side surfaces of the substrate 1 on which the dissolvable resin layer 5 and the covering resin layer 9 are patterned are applied by spin coating or the like, Cover with 10. The protective material 10 is a material that can sufficiently withstand a strong alkaline solution used when performing anisotropic etching, and therefore, it is possible to prevent deterioration of the water-repellent layer 8 and the like due to anisotropic etching. It becomes. The SiO 2 film 3 on the back surface of the substrate 1 is patterned by wet etching or the like using the SiO 2 film patterning mask layer 6 as a mask to expose the silicon surface that is the starting surface for anisotropic etching.

次に前記基板1にインク供給口11を設ける。このインク供給口11は、基板を化学的にエッチング、例えばTMAHやKOHの強アルカリ溶液による異方性エッチングにより形成する。形成方法を順序良く説明していく。   Next, an ink supply port 11 is provided in the substrate 1. The ink supply port 11 is formed by chemically etching the substrate, for example, anisotropic etching with a strong alkaline solution of TMAH or KOH. The forming method will be described in order.

Si基板の厚さ方向に貫通させるインク供給口の形成メカニズムを図3(A)〜図3(D)を参照して説明すると図3(A)ではエッチング開始の比較的初期の段階を表しているが、個々のフィルター穴径(本実施例では5μm)に対してほぼ忠実にSiが異方性エッチングされている。図3(B)では、エッチングを進行するとサイドエッチングが起こり実際の穴径よりSi基板の方は穴径が広がる。図3(C)では図3(B)よりさらにエッチングが進行した時の模様である。図3(D)は最終的にエッチングが完了したところである。   The formation mechanism of the ink supply port penetrating in the thickness direction of the Si substrate will be described with reference to FIGS. 3A to 3D. FIG. 3A shows a relatively early stage of the etching start. However, Si is anisotropically etched almost faithfully to each filter hole diameter (5 μm in this embodiment). In FIG. 3B, side etching occurs as etching progresses, and the hole diameter of the Si substrate is wider than the actual hole diameter. FIG. 3C shows a pattern when etching further proceeds than in FIG. 3B. FIG. 3D shows a state where etching is finally completed.

以上のように、本発明の特徴は、前記するサイドエッチングを利用して、フィルターとSi基板を貫通させるインク供給口を同時に形成する方法である。   As described above, a feature of the present invention is a method of simultaneously forming an ink supply port that penetrates the filter and the Si substrate using the side etching described above.

続いて図1(F)に示すように、前記保護材10を除去する。さらに前記溶解可能な樹脂層5を、前記インク吐出口7および前記インク供給口11から溶出させることにより、インク流路および発泡室が形成される。前記溶解可能な樹脂層5の除去は、Deep UV光による全面露光を行った後、現像、乾燥を行えばよく、必要に応じて現像の際、超音波浸漬すれば十分である。   Subsequently, as shown in FIG. 1 (F), the protective material 10 is removed. Further, the soluble resin layer 5 is eluted from the ink discharge port 7 and the ink supply port 11 to form an ink flow path and a foaming chamber. The soluble resin layer 5 can be removed by developing and drying the whole surface with deep UV light, followed by development and drying. If necessary, ultrasonic immersion is sufficient.

以上の工程によりノズル部が形成された基板1を、ダイシングソー等により分離切断、チップ化し、インク吐出圧発生素子2を駆動させるための電気的接合を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドとしての主たる製造工程が完成する。   The substrate 1 on which the nozzle portion has been formed by the above steps is separated, cut, and chipped by a dicing saw or the like, and electrical joining for driving the ink discharge pressure generating element 2 is performed, and then a chip tank for supplying ink The main manufacturing process as an ink jet recording head is completed by connecting the members.

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法においては、以上の製造方法、材料等に限定されることなく、他の製造方法、材料等を用いても一向にさしつかえない。しかしながら、基板にSi基板を用いること、インクジェット記録素子等の機能素子が形成される面のSi基板の結晶方位が<100>面であること、また、インクジェット記録ヘッドのオリフィスプレート9、インク吐出口7が形成されたSi基板の裏面(インクジェット記録ヘッドの機能素子が形成されている面の反対側)からSi異方性エッチング技術によりインク供給口11を形成すること等は、本発明を構成する上で重要な構成となる。   In the manufacturing method of the ink jet recording head of the present invention, the manufacturing method is not limited to the above-described manufacturing methods and materials, and other manufacturing methods and materials can be used. However, the Si substrate is used as the substrate, the crystal orientation of the Si substrate on which the functional element such as the inkjet recording element is formed is the <100> plane, the orifice plate 9 of the inkjet recording head, the ink discharge port Forming the ink supply port 11 by the Si anisotropic etching technique from the back surface of the Si substrate on which 7 is formed (opposite the surface on which the functional elements of the inkjet recording head are formed) constitutes the present invention. It becomes an important structure above.

他の実施例として、フィルターにポリエーテルアミド樹脂層を一実施例として述べたが、他の実施例としてはCR(感光性樹脂)9を用いることも可能である。前記することの理由としては、耐インク性があることと、また、フィルターが大面積であっても、ポリ―エーテルアミド樹脂と同等の平滑で、強度のあるフィルター構造が形成可能である。   As another embodiment, the polyether amide resin layer is described as one embodiment of the filter. However, as another embodiment, CR (photosensitive resin) 9 can be used. The reason for this is that it has ink resistance, and even if the filter has a large area, a smooth and strong filter structure equivalent to that of the poly-ether amide resin can be formed.

本発明の実施例1に係わるインクジェット記録ヘッドの基本的な製造工程を示す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a basic manufacturing process of the ink jet recording head according to Example 1 of the invention. フィルター部を表すインクジェット記録ヘッドの裏面から見た模式図である。It is the schematic diagram seen from the back surface of the inkjet recording head showing a filter part. 本発明の実施例1に係わるインクジェット記録ヘッドの異方性エッチングによるフィルター形成方法を説明する模式的断面図である。It is a typical sectional view explaining the filter formation method by anisotropic etching of the ink jet recording head concerning Example 1 of the present invention. 本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッドの一部を破断して示す模式的斜視図である。1 is a schematic perspective view showing a part of an inkjet recording head according to an embodiment of the present invention in a broken state. 本発明の従来技術に係わるインクジェット記録ヘッドの模式的断面図を示す。1 is a schematic cross-sectional view of an ink jet recording head according to the prior art of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 Si基板
2 インク吐出圧発生素子
3 耐エッチングマスク(SiO
4 ポリシリコン
5 溶解可能な樹脂層(ODUR:東京応化製)
6 SiO2膜パターニングマスク層及びフィルター材
7 インク吐出口
8 撥水層
9 被覆感光性樹脂層(CR)
10 保護材
11 インク供給口
12 フィルター穴
13 フィルター
14 耐エッチングマスクの欠陥
1 Si substrate 2 Ink discharge pressure generating element 3 Anti-etching mask (SiO 2 )
4 Polysilicon 5 Dissolvable resin layer (ODUR: manufactured by Tokyo Ohka)
6 SiO2 film patterning mask layer and filter material 7 Ink discharge port 8 Water repellent layer 9 Covered photosensitive resin layer (CR)
10 Protective Material 11 Ink Supply Port 12 Filter Hole 13 Filter 14 Etching-resistant Mask Defect

Claims (8)

Si基板を用い、該基板にインク供給圧発生素子と、インク吐出口にインクを供給するインク供給部とを形成するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記Si基板に耐エッチングマスクを設け、該Si基板に前記インク供給部を異方性エッチングによって形成する際に、耐エッチングマスクと耐エッチングマスクを保護する保護膜で構成されるフィルターを、該インク供給部と同時に形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
In an inkjet recording head that uses a Si substrate and forms an ink supply pressure generating element on the substrate and an ink supply unit that supplies ink to an ink discharge port.
An etching resistant mask is provided on the Si substrate, and when the ink supply portion is formed on the Si substrate by anisotropic etching, a filter composed of the etching resistant mask and a protective film that protects the etching resistant mask is provided with the ink. An ink jet recording head formed simultaneously with a supply unit.
前記フィルターの口径をAとし、インク吐出口径をBとする時、A≦Bの関係が成り立つことを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。   2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein when the aperture of the filter is A and the ink ejection aperture is B, a relationship of A ≦ B is established. 前記Si基板は、エッチングを開始する面の結晶面方位が<100>面、又は<110>面であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド。   3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the Si substrate has a <100> plane or a <110> plane as a crystal plane orientation of a plane where etching is started. 前記耐エッチングマスクを保護する保護膜は、感光性樹脂、もしくは熱可塑性樹脂で作られることを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。   4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the protective film for protecting the etching resistant mask is made of a photosensitive resin or a thermoplastic resin. Si基板を用い、該基板にインク供給圧発生素子と、インク吐出口にインクを供給するインク供給部とを形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記Si基板に耐エッチングマスクを設け、該Si基板に前記インク供給部を異方性エッチングによって形成する際に、耐エッチングマスクと耐エッチングマスクを保護する保護膜で構成されるフィルターを、該インク供給部と同時に形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
In a method of manufacturing an ink jet recording head using an Si substrate and forming an ink supply pressure generating element on the substrate and an ink supply unit for supplying ink to an ink discharge port,
An etching resistant mask is provided on the Si substrate, and when the ink supply portion is formed on the Si substrate by anisotropic etching, a filter composed of the etching resistant mask and a protective film that protects the etching resistant mask is provided with the ink. A method of manufacturing an ink jet recording head, wherein the ink jet recording head is formed simultaneously with a supply unit.
前記フィルターの口径をAとし、インク吐出口径をBとする時、A≦Bの関係が成り立つことを特徴とする請求項5に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   6. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 5, wherein the relationship of A ≦ B is established when the aperture of the filter is A and the ink ejection aperture is B. 前記Si基板は、エッチングを開始する面の結晶面方位が<100>面、又は<110>面であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   7. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 5, wherein the Si substrate has a <100> plane or a <110> plane as a crystal plane orientation of an etching start surface. 前記耐エッチングマスクを保護する保護膜は、感光性樹脂、もしくは熱可塑性樹脂で作られることを特徴とする請求項5乃至請求項7いずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。   8. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 5, wherein the protective film for protecting the etching resistant mask is made of a photosensitive resin or a thermoplastic resin.
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