液滴喷头及其制造方法、液滴喷出装置及其制造方法

专利名称：液滴喷头及其制造方法、液滴喷出装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及液滴喷头、液滴喷出装置、液滴喷头的制造方法以及液滴 喷出装置的制造方法。
背景技术：
作为用于喷出液滴的液滴喷头，已知的例如是装载于喷墨记录装置的 喷墨头。喷墨头通常具备形成有用于喷出墨滴的多个喷嘴孔的喷嘴基板、 在和与该喷嘴基板接合的喷嘴基板之间形成有与所述喷嘴孔相连通的喷 出室、贮存室等墨水流路的腔基板，其用驱动器对喷出室加压，由此自所 选择的喷嘴孔喷出墨滴。作为驱动装置，有利用静电力的方式、基于压电 元件的压电方式、利用放热元件的方式等。在这种喷墨头中，以印刷速度的高速化以及真彩色化为目的，寻求具 有多个喷嘴列的构造的喷墨头。尤其是近年来，喷嘴密度高密度化，并且 长尺寸化(每一列喷嘴数的增加)，喷墨头内的驱动器数逐渐增加。在喷墨头中，因为设有与各喷出室共用连通的贮存室，所以随着喷嘴 密度的高密度化，喷出室的压力也传到贮存室，该压力的影响也会波及到 其它喷出室和与之连通的喷嘴孔。例如，当驱动驱动器，由此对贮存室施 加正压力时，从本来应喷出墨滴的喷嘴孔(驱动喷嘴)以外的非驱动喷嘴 也漏出墨滴，或者相反，当对贮存室施加负压力时，应从驱动喷嘴喷出的 墨滴的喷出量减少，致使印字品质劣化。为了防止这样的喷嘴间的压力干涉，提出了如下技术将具备隔膜部 的被称为墨水分配板的组件安装到形成有喷嘴的部件上(例如参照专利文 献l)。但是，在专利文献l所述的技术中，由于将墨水分配板另行安装到形 成有喷嘴的部件上，所以难以使喷墨头小型化、薄型化。因此，提出了如下喷墨头在喷嘴基板上设有用于缓冲贮存室的压力
变动的隔膜部(例如参照专利文献2)。专利文献1:日本特公平2—59769号公报(第1页、第1图一第2图)专利文献2:日本特开平11—115179号公报(第2页、图1一图2) 在专利文献2所述的喷墨头中，由于贮存室形成于和喷出室相同的基 板(腔基板)上，所以从确保贮存室的体积的观点来看，难以将隔膜部设 置在和jC:存室相同的基板上。因此，虽然隔膜部形成于喷嘴基板上，但是， 若是该构造则由于强度低的部位露出在外部，所以在使隔膜部变薄上也有 限度，另外需要另行设置保护罩等。发明内容本发明的目的在于提供一种能够使喷嘴高密度化并且能够防止喷嘴 间的压力干涉的液滴喷头、液滴喷出装置、液滴喷头的制造方法以及液滴 喷出装置的制造方法。本发明提供一种液滴喷头，其至少具备喷嘴基板，其具有多个喷嘴 孔；腔基板，其具有与各喷嘴孔连通，使室内产生压力并从喷嘴孔喷出液 滴的多个独立的喷出室；贮存室基板，其具有作为相对喷出室共用连通的 贮存室的贮存室凹部，且设置于喷嘴基板和腔基板之间，所述液滴喷头的 特征在于，具有树脂薄膜，树脂薄膜不是形成在贮存室基板与喷嘴基板或 者腔基板的各粘接面上，而是通过成膜形成在贮存室凹部的内面整体上， 贮存室凹部的底面是由树脂薄膜构成的缓冲压力变动的隔膜部。由于隔膜部和喷出室设置于各基板(贮存室基板和腔基板)上，故能 够确保贮存室的体积，并且可在贮存室的内部设置隔膜部。因此，可使喷 嘴高密度化，并且降低贮存室的动柔度(^^7°，^7^7)，抑制贮存 室内的压力变动，防止墨水喷出时产生的喷嘴间的压力干涉，由此能够得 到良好的喷出特性。另外，通过将贮存室的底部整个面设为隔膜，能够增加隔膜部的面积， 从而能够增大隔膜部的压力缓冲效果。另外，由于树脂薄膜不形成于贮存室基板与喷嘴基板或者腔基板的各 粘接面上，所以能够防止因树脂薄膜夹在该粘接面而引起的与喷嘴基板或
者腔基板的粘接强度的降低。另外，由于树脂薄膜形成于贮存室凹部的内面整体，所以能够充分确 保树脂薄膜和贮存室基板的接触面积，能够确保足够的密接性。另外，本发明的液滴喷头中，在贮存室基板中与构成贮存室凹部的底 面的树脂薄膜部分的贮存室凹部相反侧为从与贮存室凹部的形成面相反 侧的表面掘入至隔膜部而形成的空间部。由于是隔膜部设置于贮存室基板内的构造，所以隔膜部被喷嘴基板和 腔基板夹持而存在，不会直接受到外力。因此，能够使隔膜部薄，且不需 要保护罩等之类的特别的保护部件，从而能够提高喷头组件抗外力的强 度。由于隔膜部的两面为空间部，所以在该空间部内可进行隔膜部的振动 位移。另外，不需要在腔基板或者喷嘴基板上加工用于隔膜部变形的空间 部，所以能够消除对腔基板或者喷嘴基板的设计以及加工的影响。另外，本发明的液滴喷头中，树脂薄膜由聚对亚苯基二甲基(parylene) 构成。由此，能够构成没有微小缺陷且被覆性优异、而且耐热性、耐药品性 及耐湿性高的树脂薄膜。另外，由于柔软性比硅薄膜高，故可发挥高的压 力吸收效果。另外，本发明的液滴喷头中，在树脂薄膜的基底形成有金属薄膜。 另外，该金属薄膜为铂膜。由此，可提高聚对亚苯基二甲基和贮存室基体材料表面的密接性。 另外，本发明的液滴喷头中，将空间部设置在贮存室基板与腔基板的 粘接面侧。由于将用于隔膜部变形的空间部设置在与腔基板的粘接面侧，因此， 贮存室基板的贮存室凹部位于喷嘴基板侧，所述贮存室与腔基板的喷出室 立体重叠，从而可将头面积小型化。另外，本发明的液滴喷头中，将空间部设置在贮存室基板与喷嘴基板 的粘接面侧。由于将用于隔膜部变形的空间部设置在与喷嘴基板的粘接面侧，因
此，贮存室基板的贮存室凹部位于腔基板侧，可通过从腔基板侧的单面加 工完成贮存室基板的所有加工。另外，本发明提供一种液滴喷出装置，其具备所述任意一种液滴喷头。能够得到具备液滴喷头的液滴喷出装置，所述液滴喷头防止液滴喷出 时产生的喷嘴间的压力干涉且喷出特性良好。另外，本发明提供一种液滴喷头的制造方法，该液滴喷头至少具备 喷嘴基板，其具有多个喷嘴孔；腔基板，其具有与各喷嘴孔连通，使室内 产生压力并从喷嘴孔喷出液滴的多个独立的喷出室；贮存室基板，其具有 相对喷出室共用连通的贮存室，且设置于喷嘴基板和腔基板之间，且在贮 存室的底面设有具备缓冲压力变动的树脂薄膜的隔膜部，所述液滴喷头的 制造方法的特征在于，包括从构成贮存室基板的硅基体材料的一个面利 用湿式蚀刻形成作为贮存室的贮存室凹部的工序；将硅基体材料的一个面 和与该一个面相反侧的面中贮存室凹部的开口部以外的表面用掩模部件 覆盖，并对贮存室凹部的内面整体形成树脂薄膜的工序；除去掩模部件的 工序；利用干式蚀刻从相反侧的面除去硅基体材料直至树脂薄膜露出，从 而形成隔膜部的工序。根据该方法，由于在形成隔膜部时，直接利用成膜于贮存室基板表面 上的树脂薄膜的一部分作为隔膜部，还由于不需要局部除去树脂薄膜或局 部形成树脂薄膜的工序，因而制造工序简单。另外，由于树脂薄膜只形成于贮存室凹部的内面，所以能够防止因树 脂薄膜夹在贮存室基板与喷嘴基板或腔基板的粘接面上而造成的粘接强 度的降低。另外，本发明的液滴喷头的制造方法中，形成树脂薄膜的工序为蒸镀 聚对亚苯基二甲基的工序。由此，能够在所期望的部分以良好的被覆性可靠地形成无微小缺陷且 耐热性、耐药品性及耐透湿性高的树脂薄膜。另外，由于柔软性比例如硅 薄膜高，所以能够制造具有高的压力吸收效果的液滴喷头。另外，本发明的液滴喷头的制造方法中，覆盖硅基体材料的一个面侧 的掩模部件只在与贮存室凹部的开口部对置的位置具有开口，该开口比贮 存室凹部的开口部小。
由此，即使在掩模部件相对于贮存室基板的定位上产生错位，也能够 用掩模部件可靠地保护贮存室基板与喷嘴基板的粘接面，且可靠地防止在 粘接面形成树脂薄膜。由此，能够确保贮存室基板和喷嘴基板的粘接强度。另外，本发明的液滴喷头的制造方法中，在将聚对亚苯基二甲基成膜 之前，形成金属薄膜作为基底膜。另外，该金属薄膜为铂膜。由此，可提高聚对亚苯基二甲基和贮存室基体材料表面的密接性。 另外，本发明的液滴喷头的制造方法中，用氧等离子体对聚对亚苯基 二甲基薄膜的表面进行亲水化处理。由此，能够容易地确保液滴流路的亲水性。另外，本发明的液滴喷头的制造方法中，在形成隔膜部时的硅的干式蚀刻中，使用SF6等离子体。由此，能够将赋予树脂薄膜的损伤抑制到最小限度来进行硅的干式蚀刻。另外，本发明提供一种液滴喷出装置的制造方法，其应用所述任意一 种液滴喷头的制造方法来制造液滴喷出装置。能够得到具备喷出特性良好的液滴喷头的液滴喷出装置。


图1是表示本发明实施方式1的喷墨头的概略构成的分解立体图； 图2是表示图1的喷墨头的组装状态的剖面图； 图3是表示隔膜部的比较例的图；图4是实施方式1的喷墨头的贮存室基板的制造工序的剖面图；图5是接着图4的贮存室基板的制造工序的剖面图；图6是接着图5的贮存室基板的制造工序的剖面图；图7是电极基板和腔基板的制造工序的剖面图；图8是接着图7的制造工序的剖面图；图9是接着图8的制造工序的剖面图；图10是接着图9的制造工序的剖面图；图11是表示本发明实施方式2的喷墨头的概略构成的分解立体图12是表示图11的喷墨头的组装状态的剖面图；图13是表示实施方式2的喷墨头的贮存室基板的制造工序的剖面图;图14是接着图13的贮存室基板的制造工序的剖面图；图15是表示本发明的喷墨打印机的立体图。符号说明h喷嘴基板，2:贮存室基板，3;腔基板，4:电极基板，10:喷墨 头，11:喷嘴孔，21:喷嘴连通孔，22:供给口 ， 23:贮存室，23a:贮 存室凹部，23b:贮存室的底壁，27、 35、 45:墨水供给孔，28:第二凹部，31:喷出室，32:振动板，33:第一凹部，41:独立电极，42:凹部， 100:隔膜部，110:空间部，111:树脂薄膜，200:贮存室基体材料，203、204、 206:保护薄膜，204a:开口， 205:铂膜，C:与腔基板的粘接面(C面)，N:与喷嘴基板的粘接面(N面)。具体实施方式

下面，说明应用了本发明的液滴喷头的实施方式。在此，作为液滴喷 头之一例，对从设置于喷嘴基板表面上的喷嘴孔喷出墨滴的表面喷出式喷 墨头进行说明。需要说明的是，本发明并非局限于如下面的图所示的构造、 形状，其能够同样应用于从设置于基板端部上的喷嘴孔喷出墨滴的边缘喷 出式液滴喷头。另外，驱动器虽然用静电驱动方式表示，但也可以为其它 的驱动方式。实施方式1图1是表示本发明实施方式1的喷墨头的概略构成的分解立体图，图2是表示图1所示的喷墨头的组装状态的纵剖面图。在图1及图2中，与通常使用的状态相反而表示上下。在图1、图2中，喷墨头(液滴喷头之一例)10，并不像现有的通常 的静电驱动方式的喷墨头那样为将喷嘴基板、腔基板、电极基板这3个基 板贴合的三层构造，而由按照顺序将喷嘴基板1、贮存室基板2、腔基板3、 电极基板4这四个基板贴合的四层构造构成。即，喷出室和贮存室设于不 同的基板上。下面详细叙述各基板的构成。喷嘴基板1例如是由厚度约50阿的硅材料制作而成的。在喷嘴基板
l上按规定的间隔设置有多个喷嘴孔ll。但是，在图l上为了简明起见，表示一列5个喷嘴孔11。另外，喷嘴列也可以为多列。各喷嘴孔11由相对于基板面垂直且在同轴上的小孔的喷射口部分lla 和直径比喷射口部分lla大的导入口部分lib构成。贮存室基板2例如厚度约为180nm，由面方位(100)的硅材料制作。 在该贮存室基板2上设置有喷嘴连通孔21 ，该喷嘴连通孔21垂直贯通贮 存室基板2，具有与各喷嘴孔11独立连通的稍大直径(与导入口部分llb 的直径相同或者比其略大的直径)。另外，相对于各喷嘴连通孔21以及各 喷嘴孔11，形成有经由各供给口 22连通的作为共用贮存室(共用墨水室) 23的贮存室凹部23a。该贮存室凹部23a呈在与喷嘴基板1的粘接面(下面也称N面)侧扩 径开放的剖面大致倒梯形。而且，贮存室凹部23a的底壁23b的腔基板3 侧是贯通至贮存室基板2和腔基板3的粘接面(下面，也称C面)的空间 部110。另外，在基板2中除去与腔基板3的粘接面和喷嘴连通孔21的内周 的贮存室基板2的贮存室凹部形成侧的整个面(下面称为贮存室凹部23a 的内面整体)上形成有树脂薄膜111。该树脂薄膜中与空间部110对置的 树脂薄膜部分构成贮存室凹部23a底面的一部分，成为压力变动缓冲部即 隔膜部IOO。即，与空间部100对置的部分的树脂薄膜111成为在空间部 110和贮存室凹部23a之间浮在空中的状态，通过该空间部110容许树脂 薄膜lll挠曲。需要说明的是，该树脂薄膜111是在贮存室基板2的制造过程中通过 成膜而形成的，例如使用聚对亚苯基二甲基形成。在贮存室凹部23a的底壁23b上，在回避隔膜部100的位置贯通形成 有所述供给口 22和用于从外部向贮存室23供给墨水的墨水供给孔27。另外，在贮存室基板2的C面形成有构成喷出室31的一部分的细槽 状的第二凹部28。第二凹部28是为了防止因减薄腔基板3而造成的在喷 出室31中的流路阻力的增加而设置的，也可以省略第二凹部28。另外，在此处省略图示，但在贮存室基板2的贮存室凹部23a的内面 整体形成有金属薄膜作为树脂薄膜lll的基底。该金属薄膜在本实施方式
中使用铂膜，通过在树脂薄膜111的基底预先形成该金属薄膜，能够提高 树脂薄膜111和贮存室基板2 (硅表面)的密接性。贯通储存基板2的喷嘴连通孔21和喷嘴基板1的喷嘴孔11同轴设置， 所以得到墨滴喷出的直进性，因此可格外提高喷出特性。尤其由于能够使 微小的墨滴精确地喷落，所以能够不产生色差等而忠实地再现微妙的灰度 变化，能够实现更鲜明且高品质的画质。腔基板3例如由厚度约30pm硅材料制作。在该腔基板3上设置有第 一凹部33，该第一凹部33为与各喷嘴连通孔21独立连通的喷出室31。 而且，利用该第一凹部33和所述的第二凹部28划分形成各喷出室31。另 外，喷出室31 (第一凹部33)的底壁构成振动板32。振动板32可以由通 过将高浓度的硼在硅中扩散而形成的硼扩散层构成。通过将振动板32形 成为硼扩散层，可使湿式蚀刻中的蚀刻止点(etching stop)充分地发挥作 用，因此，能够高精度地调整振动板32的厚度及表面粗糙。在腔基板3的至少下面，例如通过以TEOS (Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane:四乙氧基硅烷、硅酸乙酯)为原料的等离子体CVD (Chemical Vapor Deposition:化学气相生长法)，例如以0.1 u m的厚度形 成由Si02膜构成的绝缘膜(未图示)。该绝缘膜是为了防止驱动喷墨头时 的绝缘膜破坏及短路而设置的。在腔基板3的上面形成有与贮存室基板2 相同的墨水保护膜(未图示)。另外，在腔基板3上设置有与贮存室基板2 的墨水供给孔27相连通的墨水供给孔35。电极基板4由例如厚度约lmm的玻璃材料制成。其中，使用热膨胀 系数与腔基板3的硅材料相近的硼硅酸类耐热硬质玻璃较为合适。通过使 用硼硅酸类耐热硬质玻璃，将电极基板4和腔基板3阳极接合时，由于两 基板的热膨胀系数相近，所以能够降低电极基板4和腔基板3之间产生的 应力，其结果是，不会产生剥离等问题，能够牢固地接合电极基板4和腔 基板3。在电极基板4上，在与腔基板3的各振动板32对置的表面位置分别 设置有凹部42。各凹部42通过蚀刻形成约0.3pm的深度。而且，在各凹 部42的底面，通常由ITO (Indium Tin Oxide:铟锡氧化物)构成的独立 电极41例如以0.1)am的厚度溅射形成。因此，形成于振动板32和独立电
极41之间的气隙G (空隙)取决于该凹部42的深度、覆盖独立电极41 及振动板32的绝缘膜的厚度。该气隙G对喷墨头10的喷出特性有很大的 影响。在本实施方式1的情况下，气隙G为0.2pm。该气隙G的开放端部 被由环氧粘接剂等组成的密封材料43气密性密封。由此，可防止异物及 湿气等进入气隙G，能够高度保持喷墨头的可靠性。另外，独立电极41的材料并非只局限于ITO，也可以使用IZO(Indium Zinc Oxide)或者金、铜等金属。但是，出于ITO因为透明所有易于进行 振动板的抵接情况的确认等理由，通常使用ITO。另外，独立电极41的端子部41a在贮存室基板2以及腔基板3的端 部开口的电极取出部44露出，在电极取出部44，例如搭载有驱动器IC等 驱动控制电路5的挠性配线基板(未图示)与独立电极41的端子部41a 和设置于腔基板3端部的共用电极36相连接。在电极基板4上设置有与墨盒(未图示)连接的墨水供给孔45。墨水 供给孔45通过设置于腔基板3的墨水供给孔35以及设置于贮存室基板2 的墨水供给孔27与贮存室23连通。在此，对如上所述构成的喷墨头IO的动作进行说明。在喷墨头10上，外部的墨盒(未图示)内的墨水通过墨水供给孔45、 35、 27供给到贮存室23内，另外，墨水从各供给口22经由各喷出室31、 喷嘴连通孔21而充满喷嘴孔11的前端。另外，用于控制该喷墨头10的 动作的驱动器IC等驱动控制电路5连接在各独立电极41和设置于腔基板 3的共用电极36之间。因此，当由该驱动控制电路5向独立电极41供给驱动信号(脉冲电 压)时，从驱动控制电路5向独立电极41施加脉冲电压，使独立电极41 带正电，另一方面，与此对应的振动板32带负电。此时，由于在独立电 极41和振动板32间产生静电力(库仑力)，所以利用该静电力将振动板 32向独立电极41侧拉近而使其挠曲。由此，喷出室31的容积增大。然后， 若关闭脉冲电压，则所述静电力消失，振动板32靠其弹力复原，此时， 由于喷出室31的容积急剧减小，故利用此时的压力使喷出室31内的一部 分墨水通过喷嘴连通孔21，作为墨滴从喷嘴孔11喷出。然后再施加脉冲 电压，使振动板32向独立电极41侧挠曲，由此将墨水从贮存室23通过
供给口22补充到喷出室31内。根据本实施方式1的喷墨头10，在驱动时喷出室31的压力也传到贮 存室23。此时，由于在贮存室23的底壁23b设置有具备树脂薄膜111的 隔壁部100，所以若贮存室23变为正压，则树脂薄膜111向空间部110的 下方挠曲，相反，若贮存室23变为负压，则由于树脂薄膜lll向空间部 110的上方挠曲，因此，能够缓冲贮存室23内的压力变动，能够防止喷嘴 孔11间的压力干涉。因此，能够消除从驱动喷嘴以外的非驱动喷嘴漏出 墨水，或从驱动喷嘴喷出所需要的喷出量减少之类的不利情况。另外，由于树脂薄膜lll设置于贮存室23的底壁23b，所以能够使隔 膜部100的面积变大，因而能够提高压力缓冲效果。另外，树脂薄膜lll形成于贮存室凹部23a的内面整体，相对于贮存 室23的底壁23b的表面、供给口 22的周壁的一部分以及墨水供给孔27 的周壁的一部分，作为隔膜部100的树脂薄膜111部分一样成膜，所以例 如如图3所示，与形成于空间部110的侧面110a情况相比，与贮存室基 板2的接触面积增加，能够确保足够的密接性。另外，由于隔膜部100设置于贮存室基板2内，C面侧由腔基板3覆 盖，不露出在外部，所以能够可靠地保护具备树脂薄膜lll的隔膜部免受 外力影响，且完全不需要保护罩等特别的保护部件。因此，可实现喷墨头 IO的小型化以及成本降低。另外，由于隔膜部IOO具有如上所述的宽面积，所以在空间部110内 也能够可靠地变位(振动)。另外，根据需要，也可以将从外部与空间部 IIO连通的小的通气孔(未图示)设置于腔基板3或者电极基板4上。下面，使用附图4 图IO来说明实施方式I的喷墨头10的制造方法。 需要说明的是，如下面所示的基板厚度及蚀刻深度、温度、压力等值只代 表一例，本发明是不受这些值限制的。首先，参照图4 图6说明贮存室基板2的制造方法。(a) 如图4 (a)所示，准备由面方位(100)、厚度180^的硅材料 构成的贮存室基体材料200，在该基体材料200的外面形成热氧化膜201。(b) 接着，如图4 (b)所示，利用光刻法在与腔基板3相粘接的侧 的面(C面)图案形成成为喷嘴连通孔21、第二凹部28、供给口22、隔
膜部IOO、墨水供给孔27的部分的外缘的各21a、 28a、 22a、 100a、 27a。 此时，C面的各部分21a、 28a、.22a、 100a、 27a的热氧化膜201的剩余膜厚按照如下关系进行蚀刻。成为喷嘴连通孔21的部分的边缘21a二(X成为供给口 22的部分22a =成为墨水供给孔27的部分27a〈成为第二凹部28的部分28&=成为隔 膜部100的部分層a(c) 然后，如图4 (c)所示，将C面的成为喷嘴连通孔21的部分 21a用ICP干式蚀刻150(im左右。(d) 然后，如图4 (d)所示，适量蚀刻热氧化膜201，使成为供给 口 22的部分22a、成为墨水供给孔27的部分的边缘27a形成开口 ，其后， 用ICP干式蚀刻15nm左右。(e) 然后，如图4 (e)所示，适量蚀刻热氧化膜201，使成为第二 凹部28的部分28a以及成为隔膜部100的部分100a开口，其后，用ICP 干式蚀刻25pm左右。此时，成为喷嘴连通孔21的部分21a也被干式蚀刻， 贯通至N面。(f) 然后，在除去了热氧化膜201之后，如图4 (f)所示，再次形 成1.0,的热氧化膜201，在与喷嘴基板1相粘接的侧的面(N面)，利用 光刻法使成为贮存室凹部23a的部分230开口 。(g) 然后，如图5 (g)所示，用KOH湿式蚀刻150pm左右，形成 贮存室凹部23a。在此，成为墨水供给孔27的部分的硅构件200a成为通 过外缘27a从硅基体材料(贮存室基体材料)200分离的形态。(h) 如图5 (h)所示，在除去热氧化膜201后，再次形成0.2pm的 热氧化膜201a。(i) 在C面覆盖只是成为隔膜部100的部分100a开口的金属制或者 硅制掩模202，进行干式蚀刻，除去成为隔膜部100的部分100a的热氧化 膜201a。(j)然后，用保护薄膜203保护贮存室基体材料200的整个C面， 并且，用具有比贮存室凹部23a的开口部小的开口 204a的保护薄膜(掩 模部件)204保护贮存室基体材料200的N面，在此状态下，在贮存室凹 部23a的内面整体形成0.1 pm的铂膜205。
在此，之所以将保护薄膜204的开口 204a做得比贮存室凹部23a的 开口部小，是因为假使保护薄膜204相对于贮存室基体材料200的定位产 生了错位，也会利用保护薄膜204保护贮存室基体材料200与喷嘴基板1 的粘接面(N面)，能够可靠防止树脂薄膜111成膜在粘接面上。这是因 为，若树脂薄膜111成膜在贮存室基体材料200与喷嘴基板1的粘接面上， 则得不到与喷嘴基板i的足够的粘接强度，从而成为剥离的原因。(k)将C面的保护薄膜203更换成新的保护薄膜206 (用来除去供 给口22及墨水供给孔27的铂膜205)，以该状态置于真空室内，在整个表 面形成l.Opm的由聚对亚苯基二甲基构成的树脂薄膜111。该聚对亚苯基 二甲基通过使二对亚二甲苯基(二聚物)升华进行热分解而成膜。在此， 由于与硅薄膜相比该聚对亚苯基二甲基具有柔软的性质，所以与例如由硅 薄膜形成该部分的情况相比，能够发挥100倍至1000倍的压力吸收效果。这样，树脂薄膜111在贮存室基板2的制造过程中通过成膜而形成。 (1)然后，剥离N面及C面的保护薄膜204、 206。在此，树脂薄膜 111通过作为基底膜形成的铂膜25的作用而相对于贮存室凹部23a的表面 高密接性地成膜，因此，在剥离保护薄膜204时，不会发生贮存室凹部23a 的内面部分的树脂薄膜lll也一起被剥离这种不良情况。而且，从C面侧 用氧等离子体除去供给口 22及墨水供给孔27的树脂薄膜111，从N面侧 用氧等离子体以不除去聚对亚苯基二甲基的程度对表面进行亲水化处理。 (m)从C面用SF6等离子体除去成为空间部110的部分的硅。其结 果是，树脂薄膜lll露出。隔膜部100完成。如上制作贮存室基板2。其次，参照附图7 图9说明电极基板4和腔基板3的制造工序，参 照图IO说明直至喷墨头完成的制造工序。首先，电极基板4如下制造。 (a)如图7 (a)所示，在由硼硅酸玻璃等构成的厚度约lmm的玻璃 基体材料400上，通过使用金、铬的蚀刻掩模用氟酸进行蚀刻而形成凹部 42。另外，该凹部42为比独立电极41的形状稍大的槽状，按独立电极41 而形成多个。然后，在凹部42的内部进行溅射和构图，由此形成由ITO(IndiumTin
Oxide)构成的独立电极41。其后，用喷射来形成成为墨水供给孔45的部分45a，由此制作电极基 板4。(b) 然后，如图7 (b)所示，准备厚度约22(Him、在与电极基板4 接合的E面形成所需要的厚度的硼惨杂层(未图示)的由硅材料构成的腔 基体材料300，在该腔基体材料300的E面，例如通过以TEOS为原料的 等离子体CVD (Chemical Vapor Deposition),形成由厚度0.1pm的氧化膜 构成的绝缘膜34。绝缘膜34的形成例如是在下述条件下进行的，g卩，温 度360"C、高频输出250W、压力66.7Pa (0.5Torr)、气体流量的TEOS流 量为100cmVmin (100sccm)、氧流量为1000cm3 / min (1000sccm)。另 外，腔基体材料300优选使用具有所需要的厚度的硼掺杂层(未图示)的 材料。(c) 接着，如图7 (c)所示，将腔基体材料300 (图7 (b))和制作 了独立电极41的电极基板4 (图7 (a))经由绝缘膜34进行阳极接合。 阳极接合是将腔基体材料300和电极基板4加热到36(TC之后，在电极基 板4上连接负极、在腔基体材料300上连接正极，施加800V的电压来进 行阳极接合的。(d) 然后，如图7 (d)所示，用反向研磨机或抛光机对进行了阳极 接合的所述腔基体材料300的表面进行磨削加工，再用氢氧化钾水溶液蚀 刻表面10 20pm而除去加工变质层，使厚度减薄到30pm。(e) 然后，如图8 (e)所示，在薄板化后的腔基体材料300的表面， 利用等离子体CVD形成厚度约l.Onm的作为蚀刻掩模的TEOS氧化膜 301。(f) 然后，在TEOS氧化膜301的表面上涂敷抗蚀剂(未图示)，利 用光刻法对抗蚀剂进行构图，对TEOS氧化膜301进行蚀刻，由此如图8(f)所示，使成为喷出室31的第一凹部33的部分33a、成为墨水供给孔 35的部分35a以及成为电极取出部44的部分44a开口。然后，在开口后 剥离抗蚀剂。(g) 接着，如图8 (g)所示，通过用氢氧化钾水溶液对已进行了该 阳极接合的基体材料进行蚀刻，在薄板化后的腔基体材料300上形成成为 喷出室31的第一凹部33的部分33a和成为墨水供给孔35的贯通孔35a。 此时，成为电极取出部44的部分44a由于形成有硼掺杂层，所以以与成 为振动板32的部分32a相同的厚度残留。另外，虽然在贯通孔35a也形 成有硼掺杂层，但是也暴露于自墨水供给孔45侵入的氢氧化钾水溶液中， 所以在蚀刻中消失。另外，在该蚀刻工序中，最初使用浓度为35wt。/。的氢氧化钾水溶液， 进行蚀刻直至腔基体材料300的剩余厚度例如为5^im，接着，切换为浓度 为3wt。/。的氢氧化钾水溶液进行蚀刻。由此，由于蚀刻止点充分地发挥作 用，所以能够防止成为振动板32的部分32a的表面粗糙，且能够使其厚 度形成为0.80±0.05pm的高精度厚度。所谓蚀刻止点，其定义为从蚀刻面 产生的气泡停止的状态，在实际的湿式蚀刻中，以停止产生气泡作为判断 蚀刻停止的依据。(h) 如图8 (h)所示，在腔基体材料300的蚀刻结束之后，通过用 氟酸水溶液进行蚀刻，除去形成于腔基体材料300的上面的TEOS氧化膜 301。(i) 然后，如图9 (i)所示，在成为腔基体材料300的第一凹部33 的部分33a的表面，利用等离子体CVD形成厚度0.1 y m的由TEOS膜构 成的墨水保护膜37。(j)其后，如图9 (j)所示，利用R正(Reactive Ion Etching)等使 成为电极取出部44的部分44a开口。另外，振动板32和独立电极41之 间的气隙G的开放端部用环氧树脂等密封材料43进行气密性密封。另外， 由Pt (铂)等金属构成的共用电极36利用溅射法形成于腔基体材料300 表面的端部。如上所述，由与电极基板4接合的状态的腔基板300制作腔基板3。 (k)然后，如图10 (k)所示，利用粘接剂在该腔基板3上粘接所述 制作了喷嘴连通孔21、供给口22、贮存室凹部23a、隔膜部100等的贮存 室基板2。(1)最后，如图10 (1)所示，将预先形成有喷嘴孔11的喷嘴基板1 通过粘接剂粘接在贮存室基板2上。(m)然后，如图10 (m)所示，若通过切割而分离为各喷头，则制
作出如图2所示的喷墨头10的主体部。如上所述，实施方式1的喷墨头中，将隔膜部100和喷出室31设置 在不同的基板(贮存室基板2和腔基板3)上，因此，能够确保贮存室23 的体积。因此，能够实现喷嘴ll的高密度化，并且能够减少贮存室23的 动柔度从而抑制贮存室23内的压力变动。因此，能够防止墨水喷出时产 生的喷嘴间的压力干涉，因而能够得到良好的喷出特性。另外，由于在IG存室基板2的内部设置隔膜部100，隔膜部100被头 基片内包，所以直接外力不施加于其上，能够使隔膜部100薄，且不需要 保护罩之类的特别的保护构件，从而能够提高头组件抵抗外力的强度。另外，由于贮存室基板2的隔膜部100位于贮存室23的底面，所以 通过将忙存室23的底部整个面形成为隔膜，能够增大隔膜部100的面积， 能够提高隔膜部100的压力缓冲效果。另外，隔膜部100由于通过形成树脂薄膜111而形成，因而能够在晶 片上一并形成隔膜部100，从而生产率良好。另外，在形成隔膜部100时，由于在用具有开口 204a的保护薄膜204 保护贮存室基板2的N面侧的状态下形成树脂薄膜111，然后，剥离该保 护薄膜204而形成，换言之，由于原封不动地将形成于贮存室凹部23a的 内面整体的树脂薄膜lll的一部分作为隔膜部100使用，因此，不需要局 部除去树脂薄膜lll或局部形成树脂薄膜lll的工序，因此，制造工序简 单，能够提高成品率和生产率。另外，用于隔膜部100变形的空间部110是利用蚀刻掘入与贮存室23 的形成面相反侧的面而形成的，因此，在设置空间部110时，不需要对腔 基板3或者喷嘴基板1进行加工，从而不会对腔基板3或者喷嘴基板1的 设计及加工赋予影响。另外，由于树脂薄膜lll使用了聚对亚苯基二甲基，所以能够构成无 微小缺陷、被覆性优异且耐热性、耐药品性以及耐透湿性高的树脂薄膜。 另外，与隔膜部100的薄膜部分例如是用硅薄膜形成的情况相比，能够发 挥100倍 1000倍的压力吸收效果。另外，在形成树脂薄膜111时，使保护N面的保护薄膜204的开口 204a比贮存室凹部23a的开口部小，因此，假使保护薄膜204相对于贮存
室基板2的定位产生错位，也能够用保护薄膜204可靠地保护贮存室基板 2与喷嘴基板1的粘接面(N面)，能够可靠地防止树脂薄膜111形成在粘 接面上。由此，能够确保贮存室基板2和喷嘴基板1的粘接强度。另外， 由于贮存室基板2的C面侧也同样受保护薄膜206保护，所以能够确保贮 存室基板2和腔基板3的粘接强度。另外，在形成树脂薄膜lll之前，先形成铂膜205作为基底膜，因此， 能够提高树脂薄膜111和硅表面的密接性。由于用氧等离子体对树脂薄膜111的表面进行亲水化处理，所以能够 容易地确保液滴流路的亲水性。另夕卜，由于形成隔膜部100时的硅的干式蚀刻使用SF6等离子体，所 以能够将对树脂薄膜111造成的损伤抑制到最小限度来进行硅的干式蚀 刻。另外，由于将空间部110设在贮存室基板2与腔基板3的粘接面侧， 换言之，将喷出室31和贮存室23在贮存室基板2上形成于相互相反侧的 面上，所以能够使贮存室23与腔基板3的喷出室31立体重叠，从而可以 实现喷头面积的小型化。实施方式2图11是表示本发明实施方式2的喷墨头的概略构成的分解立体图， 图12是表示如图ll所示的喷墨头的组装状态的纵剖面图。另外，对于与 实施方式l相同的部分标注相同的符号，省略其说明。实施方式2的喷墨头10与实施方式1相反，将设置于贮存室基板2 上的隔膜部IOO设置在与喷嘴基板1的粘接面侧(N面侧)。在本实施方式2中，贮存室基板2以外的喷嘴基板1、腔基板3以及 电极基板4与实施方式1是相同的构成。在实施方式2的贮存室基板2上， 同样形成有与喷嘴基板1的喷嘴孔11相连通的圆筒状的喷嘴连通孔21。 另外，在实施方式l中，构成各喷出室31的一部分的第二凹部28和作为 jC存室23的忙存室凹部23a在贮存室基板2上形成于相互相反面，但在 本实施方式2中，其形成于同一面(C面)。而且，在贮存室基板2的C 面上，还形成有连通第二凹部28和贮存室凹部23a的细槽状的供给口 220。 另外，设置于腔基板3上的墨水供给孔35在贮存室凹部23a的开口面开□。贮存室基板2的贮存室凹部23a呈在与腔基板3的粘接面(C面)侧 扩径并开放的剖面大致梯形。而且在贮存室凹部23a的上部(N面侧)形 成有长方体状的空间部110。在该空间部110形成树脂薄膜111，构成作 为压力变动缓冲部的隔膜部100。在此，树脂薄膜111不仅在空间部110的C面侧形成，而且还在第二 凹部28、供给口 220以及贮存室凹部23a的内面形成。而且，与空间部 110对置的部分的树脂薄膜111在空间部110和贮存室凹部23a之间成为 浮在空中的状态，利用该空间部IIO容许树脂薄膜111的挠曲。另外，与所述实施方式l相同，该树脂薄膜lll例如用聚对亚苯基二 甲基形成。另外，与所述实施方式l相同，树脂薄膜111在贮存室基板2上未形 成于作为与其它基板的粘接面的面(此处指C面)上，从而确保了与腔基 板3的粘接强度。本实施方式2的喷墨头10，在其驱动时，设置于贮存室23的N面侧 上的隔膜部100的树脂薄膜111具有大的面积而在上下方向振动，因此， 具有与实施方式1同样的效果，能够防止喷嘴11间的压力干涉。另外，隔膜部100形成于贮存室基板2的内部，N面侧被喷嘴基板l 覆盖而未露出在外部，因此，能够可靠地保护具备有树脂薄膜lll的隔膜 部100免受外力影响，且完全不需要保护罩等特别的保护构件。因此，可 实现喷墨头10的小型化以及成本降低。下面，使用图13、图14来说明用于制造实施方式2的喷墨头的贮存 室基板的制造方法。(a) 首先，如图13 (a)所示，准备面方位(100)、厚度18(Him的 由硅材料构成的贮存室基体材料200，在该贮存室基体材料200的外面形 成l.(Him的热氧化膜201。(b) 然后，如图13 (b)所示，利用光刻法在C面上将成为喷嘴连 通孔21的部分21a开口。(c) 接着，如图13 (c)所示，对C面的成为喷嘴连通孔21的部分 21a用ICP进行干式蚀刻直至贯通。(d) 接着，剥离热氧化膜201，然后，如图13 (d)所示，再次形成 热氧化膜201 。然后，在C面上图案形成分别成为贮存室23a和供给口 220 以及第二凹部28的部分230、 22a、 28a。其中，根据蚀刻深度，图案宽度 遵循下面的关系。成为贮存室凹部23a的部分230〉成为第二凹部28的部分28a〉成为 供给口 220的部分22a(e) 接着，如图13 (e)所示，利用基于KOH的湿式蚀刻将C面蚀 刻150^im而形成贮存室凹部23a。此时，虽然也同时形成供给口 220和第 二凹部28，但是以与各基于热氧化膜201的图案部分的开口幅度相对应的 深度停止蚀刻。各部的深度满足下面的关系。贮存室凹部23a〉第二凹部28〉供给口 220(f) 接着，剥离热氧化膜201，然后，如图14 (f)所示，再次形成 热氧化膜201a，在N面覆盖只是成为隔膜部100的部分100a开口的金属 制或者硅制掩模202，进行干式蚀刻，除去成为隔膜部100的部分100a的 热氧化膜201a。(g) 然后，如图14 (g)所示，用保护薄膜203遮掩贮存室基体材料 200的整个N面，并且用具有比第二凹部28、供给口 220以及贮存室凹部 23a的开口部小的开口 204a的保护薄膜204保护贮存室基体材料200的C 面，在该状态下，在第二凹部28、供给口 220以及贮存室凹部23a的内面 整体形成0.1pm的铂膜205。(h) 在由保护薄膜203、204保护N面以及C面的状态下，形成l.Opm 的由聚对亚苯基二甲基构成的树脂薄膜111。聚对亚苯基二甲基的成膜与 在所述实施方式1作了说明的方法相同，在将保护薄膜203、 204安装在 贮存室基体材料200上的状态下置于真空室内，使二对亚二甲苯基(二聚 物)升华而进行热分解，由此在整个表面上堆积并成膜。由此，树脂薄膜111在贮存室基板2的制造过程中通过成膜而形成。(i) 然后，如图14 (i)所示，剥离N面以及C面的保护薄膜203、 204。此时，与实施方式1相同，树脂薄膜111因铂膜25的作用而相对于 第二凹部28、供给口 220以及贮存室凹部23a的表面粘接性高地成膜，因 此，在剥离C面侧的保护薄膜204时，不会产生树脂薄膜111也一起被剥
离这种不良情况。而且，用氧等离子体从c面侧以聚对亚苯基二甲基不被除去的程度对表面进行亲水化处理。(j)从N面用SF6等离子体除去成为空间部110的部分的硅。其结 果是，树脂薄膜lll露出，隔膜部100完成。 如上制作贮存室基板2。然后，使用如上制作的贮存室基板2，如实施方式1的图7 图10说 明所述进行制造，能够制造实施方式2的喷墨头10。实施方式2的喷墨头10能得到与实施方式1几乎同样的效果，并且 将用于隔膜部IOO变形的空间部IIO设置于和喷嘴基板1的粘接面侧，换 言之，贮存室23及其它各部在贮存室基板2上形成于同一面侧，因此， 可通过从腔基板3侧的单面加工结束贮存室基板2的全部的加工，因此， 能够提高成品率和生产率。另外，在所述各实施方式l中，例示了使用聚对亚苯基二甲基作为树 脂薄膜lll的例子，但此外也可以使用例如寸Y卜、7 7° (注册商标， 一种 氟树脂)。在所述实施方式1和2中，对静电驱动方式的喷墨头及其制造方法进 行了说明，但本发明并非局限于所述的实施方式，可在本发明的技术思想 的范围内进行各种变更。例如，对于静电驱动方式以外的驱动方式的喷墨 头也能够应用本发明。在压电方式的情况下，代替电极基板，只要将压电 元件粘接在各喷出室的底部即可，在发泡方式的情况下，只要将放热元件 设于各喷出室的内部即可。另外，所述各实施方式的喷墨头10除图15所 示的喷墨打印机之外，通过将液滴进行各种变更，还能够应用于液晶显示 器的滤色器的制造、有机EL显示装置的发光部分的形成、用印制电路布 线基板制造装置制造的布线基板的布线部分的形成、生物液体的喷出(蛋 白质芯片及DNA芯片的制造)等各种用途的液滴喷出装置。另外，具备 所述实施方式1及2的喷墨头(液滴喷头)的液滴喷出装置可以形成为具 备防止在液滴喷出时产生的喷嘴间的压力干涉且喷出特性优良的液滴喷 头的液滴喷出装置。
权利要求
1、一种液滴喷头，其至少具备喷嘴基板，其具有多个喷嘴孔；腔基板，其具有与所述各喷嘴孔连通，使室内产生压力并从所述喷嘴孔喷出液滴的多个独立的喷出室；贮存室基板，其具有作为相对所述喷出室共用连通的贮存室的贮存室凹部，且设置于所述喷嘴基板和所述腔基板之间，所述液滴喷头的特征在于，具有树脂薄膜，所述树脂薄膜不是形成在所述贮存室基板与所述喷嘴基板或者所述腔基板的各粘接面上，而是通过成膜形成在所述贮存室凹部的内面整体上，所述贮存室凹部的底面是由所述树脂薄膜构成的缓冲压力变动的隔膜部。
2、 如权利要求1所述的液滴喷头，其特征在于，在所述贮存室基板 中与构成所述贮存室凹部的底面的所述树脂薄膜部分的所述贮存室凹部 相反侧为从与所述贮存室凹部的形成面相反侧的表面掘入至隔膜部而形 成的空间部。
3、 如权利要求1或2所述的液滴喷头，其特征在于，所述树脂薄膜 由聚对亚苯基二甲基构成。
4、 如权利要求2或3所述的液滴喷头，其特征在于，在所述树脂薄 膜的基底形成有金属薄膜。
5、 如权利要求4所述的液滴喷头，其特征在于，所述金属薄膜为铂膜。
6、 如权利要求2 5中任一项所述的液滴喷头，其特征在于，所述空 间部设置在所述贮存室基板与所述腔基板的粘接面侧。
7、 如权利要求2 5中任一项所述的液滴喷头，其特征在于，所述空 间部设置在所述贮存室基板与所述喷嘴基板的粘接面侧。
8、 一种液滴喷出装置，其特征在于，具备权利要求1 7中任一项所 述的液滴喷头。
9、 一种液滴喷头的制造方法，该液滴喷头至少具备喷嘴基板，其 具有多个喷嘴孔；腔基板，其具有与所述各喷嘴孔连通，使室内产生压力 并从所述喷嘴孔喷出液滴的多个独立的喷出室；贮存室基板，其具有相对 所述喷出室共用连通的贮存室，且设置于所述喷嘴基板和所述腔基板之 间，且在所述]t存室的底面设有具备缓冲压力变动的树脂薄膜的隔膜部， 所述液滴喷头的制造方法的特征在于，包括从构成所述贮存室基板的硅基体材料的一个面利用湿式蚀刻形碎作 为所述C存室的贮存室凹部的工序；将所述硅基体材料的一个面和与该一个面相反侧的面中所述贮存室 凹部的开口部以外的表面用掩模部件覆盖，并对所述贮存室凹部的内面整体形成树脂薄膜的工序；除去所述掩模部件的工序；利用干式蚀刻从所述相反侧的面除去所述硅基体材料直至所述树脂 薄膜露出，从而形成所述隔膜部的工序。
10、 如权利要求9所述的液滴喷头的制造方法，其特征在于，形成所 述树脂薄膜的工序为蒸镀聚对亚苯基二甲基的工序。
11、 如权利要求10所述的液滴喷头的制造方法，其特征在于，覆盖 所述硅基体材料的所述一个面侧的掩模部件只在与所述贮存室凹部的开 口部对置的位置具有开口，该开口比所述贮存室凹部的开口部小。
12、 如权利要求10或11所述的液滴喷头的制造方法，其特征在于， 在将所述聚对亚苯基二甲基成膜之前，形成金属薄膜作为基底膜。
13、 如权利要求12所述的液滴喷头的制造方法，其特征在于，形成 所述金属薄膜的工序为溅射铂的工序。
14、 如权利要求10 13中任一项所述的液滴喷头的制造方法，其特 征在于，用氧等离子体对所述聚对亚苯基二甲基薄膜的表面进行亲水化处 理。
15、 如权利要求10 14中任一项所述的液滴喷头的制造方法，其特 征在于，在形成所述隔膜部时的所述干式蚀刻中，使用SF5等离子体。
16、 一种液滴喷出装置的制造方法，其特征在于，应用权利要求9 15中任一项所述的液滴喷头的制造方法来制造液滴喷出装置。
全文摘要
本发明提供一种可使喷嘴高密度化且能够防止喷嘴间的压力干涉的液滴喷头、液滴喷头的制造方法等。液滴喷头(10)至少具备喷嘴基板(1)、具有喷出室(31)的腔基板(3)、具有作为贮存室(23)的贮存室凹部(23a)的贮存室基板(2)，该液滴喷头(10)具有树脂薄膜(111)，所述树脂薄膜(111)不是形成在贮存室基板(2)与喷嘴基板(1)或者腔基板(3)的各粘接面上，而是通过成膜形成在贮存室凹部(23a)的内面整体上，贮存室凹部(23a)的底面的一部分是由树脂薄膜(111)构成的缓冲压力变动的隔膜部(100)。
文档编号B41J2/16GK101125480SQ200710141079
公开日2008年2月20日 申请日期2007年8月16日 优先权日2006年8月18日
发明者大谷和史, 荒川克治 申请人:精工爱普生株式会社