专利名称：喷墨头的制造方法
技术领域：
本发明涉及通过对油墨等液体施加能量从而喷出液体的喷墨头的制造方法。
现有技术作为个人计算机的印刷装置，使用喷墨记录装置的打印机，由于其打字性能良好、成本低而得到广泛利用。这种喷墨记录装置中，利用热能量使油墨中产生气泡、利用这些气泡导致的压力波喷出墨滴的装置，利用静电力吸引喷出墨滴的装置，以及利用压电元件之类的振子产生的压力波的装置等已经得到开发。
上述喷墨记录装置之中，使用压电元件的装置具有与喷墨出口连通的油墨流路、与该油墨流路的压电元件对应的压力发生室、与该压力发生室对应设置的例如薄膜的压电元件、与该压电薄膜接合的振动板膜。其构成是，如果对压电薄膜施加预定的电压，则通过压电薄膜的伸缩，使压电薄膜和振动板膜成为一体，产生振动，压缩压力发生室内的油墨，由此从喷墨出口喷出油墨液滴。
但是，近年来，就喷墨记录装置而言，要求提高其打字性能，特别是高分辨率和高速打字。为此，必须减少一次的喷墨量，并且进行高速驱动。为了实现这些要求，特开平9-123448号公报公开了一种方法，为了减少压力发生室的压力损失，缩小压力发生室的容积。
并且，出于不同目的，专利3168713号公报公开了一种喷墨头，使用Si{110}作为基片，将Si{111}晶面用于油墨压力发生室侧面。而且，特开2000-246898号公报公开了一种头，在与硅基片上设置的空腔对置的区域配置压电元件，确保各压力发生室间的隔壁刚性，防止串扰。
但是，以往的技术中，难以简易且高密度、高精度地形成设置压电元件的头整体的强度比较大、并且容积较小强度也较小的压力发生室。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种喷墨头的制造方法，能够简易且高密度、高精度地形成设置压电元件的头整体的强度较大、并且容积较小强度也较小的压力发生室。
本发明的另一个目的在于提供一种喷墨头的制造方法，在基片上设置用于从喷出口喷出油墨的压电元件，以及与该压电元件对应地连通到所述喷出口的油墨流路，其特征在于按以下顺序包括下列工序在所述基片上设置与所述油墨流路对应的型材；设置覆盖所述型材的所述油墨流路的壁材；通过去除与所述基片的所述压电元件对应的部分，在所述基片形成空间；去除所述型材形成所述油墨流路。
根据本发明，可以通过型材的尺寸精度来控制容积较小的压力发生室的尺寸精度。而且，由于是在基片上设置型材的状态，实施对基片的加工(去除与压电元件对应的部分)，所以通过该加工能够防止、降低强度较弱的壁材受到影响。由此，可以高精度地形成压力发生室。
而且，根据本发明，由于是通过去除与基片的压电元件对应的部分，在基片形成空间，所以压电元件的机械位移的自由度高。由此，可以使压电元件产生的较小位移与效率良好的油墨喷出相结合。而且，由于用强度较强的基片支撑发生机械位移的压电元件，所以设置压电元件的头整体的强度较大。
据此，本发明是将优先要求高精度的油墨流路、优先要求机械位移自由度的压电元件、和优先要求机械强度的基片完美地复合组合起来。
因此，根据本发明，可以提供一种喷墨头的制造方法，能够简易且高密度、高精度地形成设置压电元件的头整体的强度较大、并且容积较小强度较小的压力发生室。由此，可以利用简易的工艺，制造合格率高、高密度的压电元件驱动型喷墨头。结果，能够提供液体种类适用性高、可以高品位印字的喷墨头。
根据本发明的实施例，通过各向异性腐蚀晶面方位是{110}的硅基片，在基片的振动板背面侧形成空间，由此可以实现振动板的薄膜化和细微化。而且，通过各向异性腐蚀晶面方位是{110}的硅基片，与形成空间同时形成液体供给口，可以使工序缩短。
在进行各向异性腐蚀之前，利用感光性树脂形成液体流路和液体喷出口，可以使喷出口间距细微化和缩短工序。
通过使在基片形成的空间的侧壁，与形成空间之前的该基片的主面基本垂直(与硅的{111}晶面平行)，可以高密度地配设多个压力发生室，获得基片空间彼此之间的部分的强度较强的头。
通过电镀处理形成油墨流路的壁材，可以简易、高合格率并且高精度地形成油墨流路。
图1是采用根据本发明的制造方法制造的喷墨头的一个例子的示意性剖面图。
图2是采用根据本发明的制造方法制造的喷墨头的一个例子的示意性俯视图。
图3是采用根据本发明的制造方法制造的喷墨头的一个例子的示意性仰视图。
图4A-4D是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图5A-5D是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图6A-6C是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图7A-7C是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图8A-8C是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图9是根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图10A-10C是说明根据本发明的喷墨头的压力发生室的制造方法的另一制造流程图。
图11是采用根据本发明的制造方法制造的喷墨头的又一例子的示意性剖面图。
图12是采用根据本发明的制造方法制造的喷墨头的又一例子的示意性俯视图。
图13是采用根据本发明的制造方法制造的喷墨头的又一例子的示意性仰视图。
图14是采用根据本发明的制造方法制造的喷墨头的又一例子的示意性仰视图。
图15A-15G是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图16A-16E是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图17A-17C是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
图18A-18C是说明根据本发明的喷墨头的制造方法的制造流程图。
具体实施例方式
实施例1图1是采用根据本发明实施方式的制造方法制造的喷墨头的一个例子的示意性剖面图。使用硅{110}晶片作为基片。为了在基片上形成振动板的背面空间，通过各向异性腐蚀来开出孔102。同时再开出用于从背面提供液体的贯通孔103。在硅基片中的孔102的上部，形成振动板104、压电薄膜105、上电极106、下电极107和保护膜108等。
在基片上形成单个的压力发生室109。作为压力发生室的材质，可以采用树脂、感光性树脂、金属、陶瓷等。在压力发生室的右端开出连通孔110，与共通液室连接。在单个的压力发生室的左端形成液体喷出口111，由振动板的形变压出的液体，经过112这样的路径喷出，在介质上印字。
这里，使振动板作用于多个单个的压力发生室在构成上是可能的，但是为了更细微地表现喷墨记录，希望能够针对每个喷嘴独立地调节是否喷出液体。因此，应该对每个压力发生室独立地构成振动板。
图2是采用根据本发明的制造方法制造的喷墨头的示意性俯视图(省略了电极等)。在与硅{111}晶面垂直的方向，并列配置邻接的压力发生室。图3是其示意性背面图。通过蚀刻形成振动板背面空间102和液体供给口103，使其平行于硅{111}晶面，沿着平行四边形的长边。
以下，将使用图4A～图9顺序说明根据本发明的喷墨头的制造工艺。
(1)在基片晶面方位{110}的硅基片201上，通过例如热氧化或CVD法等形成绝缘膜202，采用光刻技术形成设置振动板后背部的空间和油墨供给口所需要的图形203，如图4A所示。(图4A)(2)采用钨、钼等耐高温金属，淀积金属进行布图，这些金属对TMAH(四甲基铵氢化物)等各响异性蚀刻用腐蚀剂的腐蚀速度大，形成牺牲层204。蚀刻牺牲层是指，如果从背面进行蚀刻，腐蚀剂到达牺牲层，则由于腐蚀速率特别迅速，所以在短时间内就腐蚀到硅晶片，可以开出与牺牲层图形对应的开口部。此时的图形，是垂直于基片开放的腐蚀孔，从上面看构成如图9所示的具有70.5度锐角的平行四边形，平行四边形的长边和短边配置成与{111}等效的晶面平行。(图4B)此时，牺牲层的膜厚一般在200nm(＝2000)以下，在150nm(＝1500)以下更好，在100nm(1000)以下最佳。
(3)采用LPCVD法，在基片表面上淀积SiN膜作为腐蚀终止层205。腐蚀终止层也可以是用于调整膜应力的两种以上膜的叠层。(图4C)叠层的腐蚀终止膜的总膜厚一般在200nm～2μm，在300～1500nm更好，在400～1300nm最佳。而且，层叠的腐蚀终止膜的总应力一般在2×10-10Pa以下，在1.8×10-10Pa以下更好，在1.5×10-10Pa以下最佳。
(4)采用等离子体CVD或者热CVD等，淀积SiOx膜，作为保护膜206。(图4D)(5)采用Pt/Ti等耐高温金属形成下层电极207，与形成振动板后背部的牺牲层一致。(图5A)(6)采用溅射等方法，在该电极上淀积锆钛酸铅(PZT)等薄膜，进行布图，形成压电体部208，为了确保压电性，在700左右的高温进行退火。(图5B)(7)采用Pt等耐高温金属，在压电体部上形成上层电极209。作为上部电极。(图5C)(8)使用等离子体CVD等，在形成的压电元件部上淀积SiOx膜，作为振动板210。(图5D)(9)为了提高树脂制成的喷嘴的密封性，并且为了保护背面不接触碱性腐蚀剂，形成耐腐蚀性高的树脂膜211。(图6A)(10)为了确保压力发生室和液体流路，采用可被强碱和有机溶剂等溶解的树脂，形成图形212。通过取决于印刷法和感光树脂的布图等，形成该图形。该流路形成树脂的厚度一般在15～80μm，在20～70μm较好，在25～65μm最佳。(图6B)(11)在液体流路的图形上形成被覆树脂层213。由于该被覆树脂层要形成细微图形，所以最好是感光性抗蚀剂，并且必须具有在去除形成流路的树脂层之时的碱和溶剂等的作用下不产生变形变质的性质。(图6C)然后对流路的被覆树脂层进行布图，形成液体喷出口214和电极的外部连接部。之后，通过光或热等使被覆树脂层固化。
(12)为了保护基片的喷嘴形成面，采用抗蚀剂形成保护膜215。(图7A)(13)对背面的SiN或者SiO2等使用光刻技术，去除背面的振动板后背部和液体供给口的图形部分，露出晶片面。该图形的形状形成为与图3所示的牺牲层成为镜象关系。(图7B)然后，在背面的平行四边形的锐角附近部位(背面的平面图9)，开出腐蚀先导孔216。一般而言，采用激光加工等，也可以采用放电加工、喷射等。
该先导孔不限于开在腐蚀终止层附近。先导孔的深度一般在基片厚度的60％以上，在70％以上更好，在80％以上最佳。而且，不能贯通基片。利用该先导孔，在各向异性腐蚀时可以抑制从平行四边形的锐角发生的偏斜的{111}晶面。
由于也存在腐蚀时难以控制开口部的宽度的情况，所以该先导孔不是必须的。
(14)如果将该基片浸在碱系腐蚀剂(KOH、TMAH、肼等)中，进行各向异性腐蚀，露出{111}，则形成硅贯通部，构成平面形状是平行四边形的振动板背面空间217和液体供给口218。(图7C)(15)采用氢氟酸等药液或者干蚀剂，去除部分的腐蚀终止层205的SiN等膜，开出液体供给口。(图8A)(16)去除保护抗蚀剂。(图8B)(17)去除液体流路形成材210，确保液体的流路221。(图8C)在上述工艺中，对基片的加工顺序没有特别的限定，可以任意地选择。
而且，按照上述工艺，通过被覆树脂的布图来形成液体喷出口，但是也可以将具有其它方式加工的液体喷出口的部件粘合在形成了该压电元件的基片上。
结果，采用图1说明所得的平面图的一个例子。图1是展示根据本发明的实施例的平面图的剖面示意图。使用厚635μm的硅{110}晶片作为基片。为了在基片上形成振动板的背面空间，通过各向异性腐蚀开出孔102。并且，同时还开出用于从背面提供液体的贯通孔103。
在硅基片中的孔102的上部，淀积并布图厚4μm的SiO2，作为振动板。淀积极并布图厚度为3μm的PZT，作为压电体薄膜105。淀积并布图200nm(2000)的Pt，形成上电极106。淀积并布图200/100nm(2000/1000)的Pt/Ti叠层膜，形成下电极107。淀积并布图厚度为200nm(2000)的SiO2，作为保护膜108。
在基片上形成单个的压力发生室109。作为压力发生室的材质，使用表1所示的感光性树脂。压力发生室的内壁高度为50μm，壁厚为10μm。在压力发生室的端部设置连通孔110，与共通液室103连接。
在单个的压力发生室的相反端形成直径为Φ26μm的液体喷出口111，由振动板的形变压出的液体，经过112这样的路径喷出，在介质上打字。
图2是基片的上面图。在与硅{111}晶面垂直的方向并列配置150个邻接的压力发生室(省略了电极等)。喷嘴的配列间距为84.7μm。
图3是背面图。通过蚀刻形成振动板背面空间102和液体供给口103，使其平行于硅{111}晶面，沿着平行四边形的长边。振动板背面空间的长边方向的长度为700μm，液体供给口的长边方向的长度为500μm。
使用这样的头，采用粘度为2mPa s(＝2cP)的水性油墨，以25KHz获得12pl的液滴、宽度12.5的无不喷出的高品位打字物。
实施例2以下，将使用图4A～图9顺序说明根据本发明的喷墨头的制造工艺的另一个例子。
(1)在外径为Φ150mm、厚630μm、基片晶面方位为{110}的硅基片201上，采用热氧化法形成600nm(6000)的SiO2膜202，采用光刻技术形成设置如图4A所示的振动板后背部的空间和油墨供给口所需要的图形203。(图4A)(2)采用LPCVD法淀积并布图300nm(＝3000)的多晶硅，形成牺牲层204。用于形成振动板后背部的空间的牺牲层长度为700μm，宽度为60μm，按84.7μm的间距并列150个。用于形成液体供给口的牺牲层长度为500μm，其它与前述的牺牲层相同。(图4B)为了垂直于基片开出腐蚀孔，配置该布图，使其成为从上面看为图9那样的锐度70.5度的平行四边形，与平行四边形的长边和短边等价的面平行。
(3)采用LPCVD法，在基片表面上淀积800nm(＝8000)的SiN膜，作为腐蚀终止层205。(图4C)(4)采用减压CVD法，淀积150nm(＝1500)的SiOx膜，作为保护膜206。(图4D)(5)淀积并布图200/100nm(2000/1000)的Pt/Ti叠层膜，形成下层电极207。(图5A)(6)采用溅射等方法，在该电极上淀积并布图2μm的锆钛酸铅(PZT)等薄膜，形成压电体部208。(图5B)(7)作为上部电极，在压电体部上淀积并布图200nm(＝2000)的Pt，形成上层电极209。(图5C)(8)使用等离子体CVD，在压电元件部上淀积3μm的SiOx膜，形成振动板210。(图5D)(9)涂敷烧结形成2μm的耐碱性膜(HIMAL日立化成制造)211。(图6A)(10)涂敷布图30μm的聚甲基异丙烯基甲酮(东京应化ODUR-1010)作为感光性树脂，形成液体流路型材212。(图6B)(11)再涂敷布图12μm的表1所示的感光性树脂层213，形成压力发生室和液体喷出口214。(图6C)(12)为了保护喷嘴形成面侧，采用橡胶系抗蚀剂(东京应化OBC)形成保护膜215。(图7A)(13)对喷嘴背面侧的HIMAL膜和SiO2进行布图，形成背面液体供给口。该图形是与表面的牺牲层为镜象关系的平行四边形。(图7B)接着，在背面平行四边形的锐角附近部分(背面的平面图9)，用YSG激光的2倍高频开出非贯通的腐蚀先导孔216。此时的孔径为25-30μm，深度为500-580μm。
(14)将该基片浸在21％的TMAH水溶液中，进行各向异性腐蚀。腐蚀温度为83，腐蚀时间为7小时20分钟。相对于基片恰好腐蚀厚度为63μm的基片的时间，采取10％的过腐蚀的时间。(图7C)腐蚀进行到如图所示的牺牲层，停止在腐蚀终止层之前。此时，腐蚀终止层无龟裂，未见腐蚀液向流路形成树脂层和喷嘴部的浸入。
(15)之后，通过CDE法去除腐蚀终止层的SiN。腐蚀条件是，CF4/O2＝300/250ml(标称)/分钟，RF800W，压力33.33Pa(＝250毫乇)。(图8A)(16)在甲基异丁基甲酮中浸渍后，在二甲苯中施加超声波，去除保护膜。(图8B)
(17)最后，在乳酸甲基中施加超声波，去除流路形成树脂，形成液体流路221，完成喷墨头。(图8C)使用该喷墨头，采用粘度为2mPa s(＝2cP)的水性油墨，以24KHz获得12pl的液滴、宽度12.5mm的无不喷出的高品位打字物。
实施例3说明根据本发明的其它实施例的制造工序。
采用与实施例2相同的工序，按图4A～图6B进行，制做在硅{110}晶片的表面上形成压电元件的基片。
涂敷布图30μm的聚甲基异丙烯基甲酮(东京应化ODUR-1010)作为感光性树脂，形成液体流路型材212。
如图10A所示，涂敷钯胶体并进行烧结，形成籽晶层301。
如图10B所示，采用抗蚀剂(PMER P-LA 900东京应化制造)302，形成镀层部分的图形。
如图10C所示，采用无电解镀液(エンプレ一トNI-426メルテツクス制造)，形成压力发生室303。
在此之后的工序与实施例2的相同，制作喷墨头。
使用该喷墨头，采用粘度为3mPas(＝3cP)的以甲苯溶剂为主要成分的油墨，以10KHz获得10pl的液滴、宽度12.5mm的无不喷出的高品位打字物。
表1
实施例4图11是将根据本发明的制造方法制造的液体喷出头应用于喷墨记录头时的实施例的示意性剖面图。
在基片1101开出振动板的背面自由空间1108。在自由空间的上部，形成振动板1104、压电体薄膜1105、上电极1106、下电极1107等。在其上再形成压力发生室1102。在图11的压力发生室左端形成喷出口1103。利用与压电体薄膜接合的振动板的形变产生的压力，从喷出口喷出油墨，在介质上印字。在压力发生室的右端开出用于提供油墨的连通孔(油墨供给口)1109，与油墨罐连通。
使振动板作用于多个压力发生室在构成上是可能的，但是为了更细微地进行描画，希望能够针对每个喷嘴独立地调节是否喷出液体。因此，应该对每个压力发生室独立地构成振动板。
以下，利用附图对本实施例予以说明。图15A～图17C是本实施例的喷墨记录头的制造方法的示意性工序图。以下说明各工序。并且，以下的工序(1)～(15)对应于图15A～图17C。
(1)制备基片1101。在本发明中，作为基片，可以使用硅基片或玻璃基片、塑料基片等，但是从易于制作采用细微加工技术的高集成度·高密度的驱动电路的这一点来看，或者从易于氧化形成质优的绝缘膜这一点来看，最好使用硅基片。作为在硅基片上形成自由空间的方法，可以是RIE DeepRIE(ICP)等干法腐蚀或者是由TMAH(四甲基铵氢化物)·KOH(氢氧化钾)产生的各向异性腐蚀、喷沙等方法，但是从容易进行细微加工并且一次可以处理多个基片出发，各向异性腐蚀是适用的。而且就硅基片而言，是{100}、{110}等晶面方位的基片，但是最好使用能够进行垂直的各向异性腐蚀的晶面方位{110}基片。由此，能够制作高集成化的头。(图15A)通过热氧化或CVD法等，在晶面方位{110}的硅基片1101上形成SiN或SiO2。图12是基片的表面示意图。利用光刻技术，在表背面形成用来设置如图12所示自由空间1108和油墨供给口1109所期望的腐蚀终止层1110和1111。平行于晶面方位{110}并列配置邻接的腐蚀终止层的图形。而且，为了与基片垂直地形成自由空间和油墨供给口，与后述的牺牲层相同地，形成具有70.5度的锐角的平行四边形，并且平行四边形的长边和短边平行于与{111}等同的晶面。图13是基片的背面示意图。形成与表面的图形对应的图形。
在此，基片表面代表形成振动板，半导体薄膜等驱动电路的面，基片背面代表与其相反的面。
(2)对相对于后述的各向异性腐蚀用腐蚀剂腐蚀速度大的材料进行成膜、布图，形成牺牲层1118。最好使用W、Mo、Al、多晶硅等。如果进行腐蚀，到达牺牲层，则由于牺牲层的腐蚀速度比硅基片更快，所以可以在短时间内正确地形成与牺牲层图形对应的自由空间。在腐蚀掩模层的图形内侧形成牺牲层的图形。(图15B)(3)采用CVD法等，在基片表面上成膜用于构成腐蚀终止层1112的SiN或SiO2。腐蚀终止层的形成目的在于不使腐蚀剂侵入驱动电路。为了提高膜应力的调整或密封性，也可以层叠两种以上的膜。(图15C)(4)使用CVD法等成膜SiOx等。本工序的SiOx层1113的目的在于，在后工序通过腐蚀去除前工序所形成腐蚀终止层之时，防止损坏驱动电路。也可以再形成厚的SiOx层，使本工序中形成的SiOx层具有后述的振动板的作用。(图15D)(5)采用铂或钛等金属形成下层电极1107。而且，采用一般的半导体技术形成图中未示出的、但是直到工序(8)的其它驱动电路。(图15E)(6)采用溅射等，在下层电极上成膜钛锆酸铅(PZT)等的压电材料，进行布图，形成压电体薄膜1105。(图15F)(7)采用铂或钛等耐高温金属，在压电体薄膜上形成上层电极1106。(图15G)(8)使用CVD法等，在形成电极压电体薄膜的部分，成膜SiOx，构成振动板1104。即使在将前述的SiOx层作为振动板的情形，也最好通过本工序形成SiOx层等，用于保护压电体元件或驱动电路不受油墨损坏。(图16A)(9)通过后续的去除，形成构成型材的第一图形1114，该型材用于形成压力发生室等。作为形成方法，可以利用印刷技术或光刻技术，但是利用感光性树脂的光刻技术是优选的，因为能够形成细微图形。作为型材最好是可以进行厚膜的布图，然后能够利用碱溶液或有机溶剂进行去除。作为型材，可以使用THB系列(JSR制造)或者PMER系列(东京应化业制造)等。在下述的实施例中，当然可以使用PMER HM-3000，对此没有限制。作为膜厚，通过一次涂敷，在60μm以下，即使多次涂敷，在90μm以下，从膜厚分布或者布图性的观点来看是优选的(图16B)。
(10)在第一图形上通过溅射等成膜导电层1115。作为导电层，可以使用铂、金、铜、镍、钛等。由于树脂和导电层的密封性达不到某种良好程度，就不能形成细微的图形，所以也可以在成膜其它的金属膜之后成膜铂、金、铜、镍等。由于之后必须能够通过去除型材的工序，去除与喷出口对应的部分的导电层，所以导电层的厚度最好在1500以下，在1000以下最佳。如果比1500更厚，则存在通过去除型材的工序不能完全去除与喷出口对应部分的导电层的情形。(图16C)(11)在形成导电层的第一图形上，通过后续的去除，形成构成喷出口的第二图形1116。作为型材，可以使用THB系列(JSR制造)或者PMER系列(东京应化业制造)等。在本实施例中，当然可以使用PMER LA-900PM，对此没有限制，最好是可以进行厚膜的布图，然后能够利用碱溶液或有机溶剂进行去除。就膜厚而言，布图的精度必须比第一图形更高，应在30μm以下。即就第一图形和第二图形的合计而言，应在120μm以下。(图16D)为了有效地将压力发生室产生的力利用为喷出力，第一图形、第二图形最好同时构成为上面小于下面的锥形。可以利用模拟等求出最佳的形状。就锥形的形成方法而言有各种各样的，但是在接近型曝光机的情形，基片与掩模之间的距离(间距)可以拉开。而且也可以利用灰度标掩模等。当然如果利用1/5或1/10等的缩小曝光，则容易形成微小的喷出口。如果进一步利用灰度标掩模，不仅单纯的锥形形状，而且螺旋状等复杂形状也容易形成。
(12)通过镀敷处理，形成包含压力发生室喷出口的流路结构体。镀敷的种类有电镀或无电解镀等，适时灵活运用。电镀在处理液廉价这一点上、在废液处理简易这一点上是有利的。无电解镀在回转良好这一点上、在能够形成均匀膜这一点上、镀被膜有硬的耐磨性这一点上是优异的。作为灵活运用的例子，有首先通过电镀形成厚的镍层，之后通过无电解镀形成薄的Ni-PTFE复合镀敷层这样的方法。在这种方法的情形，在能够廉价地形成具有期望特性的被膜的镀敷层这一点上是有利的。(图16E)作为镀敷的种类，可以列举出铜、镍、铬、锌、锡、银、金等单体金属镀敷、合金镀敷、析出PTFE等的复合镀敷等。从耐药品性、强度来看，镍是适用的。而且如前所述，就向镀敷膜提供拒水性而言，形成Ni-PTFE复合镀敷等。
(13)为了保护通过前述工序制作的基片表面侧不被腐蚀，在基片表面涂敷树脂，该树脂以后可以采用具有耐碱性的有机溶剂等去除，将基片装配在夹具上，仅使背面侧可以接触腐蚀剂。(图17A)也可以在背面的平行四边形的锐角附近部分(背面的平面图参见图14)，利用激光加工等开出先导孔1401。由此，在进行各向异性腐蚀时，可以抑制从平行四边形的锐角发生的斜的{111}晶面。该先导孔不限于腐蚀终止层，可以开至附近。先导孔的深度一般在基片厚度的60％以上，在70％以上更好，在80％以上最佳。当然不能贯通基片。
将基片浸渍在腐蚀剂中，如果进行各向异性腐蚀以便露出{111]晶面，则平面形状可以形成平行四边形的自由空间和油墨供给口。作为碱系腐蚀剂，有KOH、TMAH等，但是从环境的层面来看，最好使用TMAH。
腐蚀之后，在利用耐碱性的保护膜的情形，使用有机溶剂等将其去除。在使用夹具的情形，将基片从夹具卸下。
(14)通过干腐蚀等去除腐蚀终止层的SiN。(图17B)(15)利用碱溶液或有机溶剂，去除构成包含压力发生室喷出口的流路结构体的型材的第一图形和第二图形。利用直接通道(ダイレクトパス)(荒川化学工业制造)，可以容易地去除在与喷出口对应的部分形成的导电层。此时，可以使用松α系列(パインアルフアシリ一ズ)(荒川化学工业株式会社制造)作为溶剂。(图17C)图16B-16E的工序并不限于此，可以用图18A-18C的工序置换。图18A-18C是在形成导电层之后，形成第一图形和第二图形的制造方法。由于各种制造方法各有优点和缺点，所以应适时灵活运用。
图15A-图17C的制造方法的优点是可以形成均匀镀敷。图18的制造方法的优点是简易。
通过以上，完成适用于液体喷出头的喷墨记录头的主要制造工序。
利用图15A-图17C说明比本实施例更具体的实施例的制造方法。使用厚635μm的具有晶面方位{110}的6英寸硅基片作为基片1101。通过热氧化，在基片的表背面形成厚6μm的SiO2层。利用光刻技术，形成用于设置自由空间和油墨供给口所要求的腐蚀掩模层1110、1111。利用LPCVD法成膜多晶硅层，进行布图，形成厚1000的牺牲层1118。此时，与{111}晶面相对，沿着平行四边形的长边形成。通过CVD法，形成厚1μm的SiN层、厚2000的SiO2层，构成腐蚀终止层。通过溅射，成膜并布图形成厚1500的铂下电极1107、厚3μm的PZT压电体薄膜、厚1500的铂上电极1106。通过CVD法成膜并布图4μm厚的SiO2，作为振动板1104。其它的驱动电路的制造方法可通过一般的半导体技术制作，所以予以省略。
在基片上通过旋涂，形成60μm的PMER HM-3000PM(东京应化工业制造)，构成压力发生室等的型材1114，干燥后进行布图。从型材的表面侧看的尺寸，短边是92μm，长边是3mm。而且，型材按127μm的间距在短边方向平行并列。如图11所示，在油墨供给口适当地重叠型材进行制作，控制实际的油墨供给口的大小。这样，可以控制喷出口侧和油墨供给口侧的惯性平衡。通过溅射，成膜并布图分别厚250/750的Ti/Cu，构成导电层1116。成膜Ti的目的在于针对铜基片提高密封性和导电性。通过旋涂形成25μm的构成喷出口型材的PMER LA-900PM(东京应化工业株式会社制作)，干燥后进行布图。就型材的曝光而言，使用接近型(プロキシミテイタイプ)曝光机，掩模和基片的间距为120μm，成为锥状。
然后，通过电镀形成18μm的镍层，之后通过无电解镀形成3μm的Ni-PTFE复合镀层。
然后，为了保护基片表面侧，涂敷环化橡胶系树脂的OBC(东京应化工业制作)。之后，在背面的平行四边形的锐角附近部分，通过激光加工开出先导孔。先导孔的深度为基片厚度的80％。采用TMAH22wt％，在80对基片进行预定时间的各向异性腐蚀。各向异性腐蚀之后，利用二甲苯去除OBC，之后通过干腐蚀去除作为腐蚀终止层1112的SiN层。最后，使用直接通道(ダイレクトパス)(荒川化学工业制造)去除型材。此时，作为溶剂，使用松αST-380(パインアルフアst-380)(荒川化学工业株式会社制造)。
制得的头的喷出口上面为15μm，下面为30μm。压力发生室的隔壁为21μm。形成的自由空间的长边方向的长度是700μm，油墨供给口的长边方向的长度是500μm。
使用该喷墨头，采用粘度为2mPa s(＝2cP)的水性油墨，以25KHz获得12pl液滴的无不喷出的高品位打字物。
实施例5图18A-18C是实施例5的制造方法的示意图。与实施例4同样地制作，直到在具有晶面方位{110}的6英寸硅基片上形成驱动电路。通过溅射，在制成的基片上成膜并布图分别厚250/750的Ti/Cu，构成导电层1116(图18A)。在基片上滴下以后构成第一图形1114和第二图形1115的抗蚀剂PMERHM-3000PM，按预定的旋转数进行旋转，在预定温度烘焙，反复进行3次这样的处理，形成85μm(3次涂敷)。之后，首先利用第一图形(压力发生室和流路)的掩模进行曝光，接着利用第二图形(喷出口)的掩模进行二次曝光，之后进行显象(图18B)。通过调整曝光量，可使第一图形厚60μm，第二图形厚25μm。就型材1115的曝光而言，使用接近型曝光机，掩模与基片的间距为120μm，构成锥状。从型材表面侧看的尺寸，短边是92μm，长边是3mm。而且型材按127μm的间距在短边方向平行地并列。
然后，通过电镀形成60μm的镍层，之后通过无电解镀形成21μm的Ni-PTFE复合镀层(图18C)。
以后的工序与实施例4相同。
制成的头的喷出口上面是15μm，下面是30μm。压力发生室的隔壁是35μm。形成的自由空间的长边方向的长度是700μm，油墨供给口的长边方向的长度是500μm。
使用该喷墨头，采用粘度为2mPa s(＝2cP)的水性油墨，以25KHz获得12pl液滴的无不喷出的高品位打字物。
权利要求
1.一种喷墨头的制造方法，该喷墨头在基片上设置用于从喷出口喷出油墨的压电元件、以及与该压电元件对应地连通到所述喷出口的油墨流路，其特征在于按以下顺序包括下列工序在所述基片上设置与所述油墨流路对应的型材；设置覆盖所述型材的所述油墨流路的壁材；通过去除与所述基片的所述压电元件对应的部分，在所述基片形成空间；去除所述型材，形成所述油墨流路。
2.根据权利要求1的喷墨头的制造方法，其中，使用晶面方位为{110}的硅结晶作为所述基片。
3.根据权利要求2的喷墨头的制造方法，其中，所述硅结晶的所述空间的侧壁的晶面方位是{111}。
4.根据权利要求1的喷墨头的制造方法，其中，在所述基片形成的所述空间的侧壁，与形成所述空间前的该基片的主面基本垂直。
5.根据权利要求2的喷墨头的制造方法，其中，所述油墨流路相对于所述硅结晶的晶面方位是{111}的面，纵向成分平行地形成。
6.根据权利要求2的喷墨头的制造方法，其中，在与所述硅结晶的晶面方位是{111}的面垂直的方向，形成多个所述油墨流路。
7.根据权利要求1的喷墨头的制造方法，其中，在所述基片形成空间的工序中，与所述空间的形成并行地，在所述基片形成与所述油墨流路连通的连通孔。
8.根据权利要求1的喷墨头的制造方法，其中，在设置所述型材的工序之前，包含以下工序在所述基片上设置可选择地腐蚀的牺牲层；形成耐腐蚀型的腐蚀终止层，被覆该牺牲层；在该腐蚀终止层上形成所述压电元件的膜；在该压电元件的膜上形成振动板。
9.根据权利要求1的喷墨头的制造方法，其中，在所述基片形成空间的工序，对所述基片进行结晶轴各向异性腐蚀，直至从所述基片的背侧去除所述牺牲层，之后去除所述腐蚀终止层。
10.根据权利要求1的喷墨头的制造方法，其中，在设置所述流路的壁材的工序与在所述基片形成空间的工序之间，还包含在所述油墨流路的型材上设置所述喷出口的型材的工序。
11.根据权利要求1的喷墨头的制造方法，其中，通过镀敷处理形成所述油墨流路的壁材。
12.一种采用权利要求1所述的喷墨头制造方法制造的喷墨头。
全文摘要
一种喷墨头的制造方法，在基片上设置用于从喷出口喷出油墨的压电元件，以及与该压电元件对应地连通到所述喷出口的油墨流路，其特征在于按以下顺序包括下列工序在所述基片上设置与所述油墨流路对应的型材；设置覆盖所述型材的所述油墨流路的壁材；通过去除与所述基片的所述压电元件对应的部分，在所述基片形成空间；去除所述型材，形成所述油墨流路。
文档编号B41J2/045GK1521000SQ2004100313
公开日2004年8月18日 申请日期2004年2月6日 优先权日2003年2月7日
发明者德永博之, 鹿目修, 西田武人, 人 申请人:佳能株式会社