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：
本发明涉及用于喷出墨或其它液体的液滴喷头、液滴喷出装置、液滴 喷头的制造方法及液滴喷出装置的制造方法，尤其涉及没有电不合适现象 的稳定且小型的液滴喷头、液滴喷出装置、液滴喷头的制造方法及液滴喷 出装置的制造方法。
背景技术：
作为喷出液滴的装置，例如已知有搭载在喷墨记录装置上的喷墨头。 一般，这种喷墨头具备形成有用于喷出墨滴的多个喷嘴孔的喷嘴衬底、和 形成有与该喷嘴衬底接合并与喷嘴孔连通的喷出室、或贮存器等的墨流路 的空腔衬底，形成通过向喷出室施加压力从选择的喷嘴孔喷出墨滴的构 成。作为如此喷出墨滴的方式，有利用静电力的静电驱动方式、或利用压 电元件的压电方式、利用发热元件的吹泡(登录商标)方式等。其中，在静电驱动方式的喷墨头中，形成使以喷出室的底部作为振动 片的空腔衬底、和形成有经由规定的间隙与该振动片对置的分立电极的电 极衬底接合的构成。在喷出墨滴时，对分立电极施加驱动电压，使其带正 电，向对应的振动片施加驱动电压，使其带负电。结果，振动片通过此时 产生的静电引力向分立电极弹性变形。而且，如果断开该驱动电压，振动 片就复原。此时，喷出室内部的压力急剧上升，喷出室内的墨的一部分以 墨滴从喷嘴孔喷出。近年来，在静电驱动方式的喷墨头中，以高清晰度图像的高速印刷及 多色印刷为目的，进行了喷嘴密度的高密度化及多列化，随之增加每一列 的喷嘴及喷出室的数量，加长喷嘴列尺寸。随之，喷墨头内的驱动器数量 越发增加。此外，以喷墨头的小型化为目的，还提出了在喷墨头内埋入驱动器控制用IC的结构的喷墨头。
作为这样的喷墨头，提出了"一种喷墨头，其具备喷出墨滴的一个或 多个喷嘴孔、与该喷嘴孔各自连结的喷出室、构成该喷出室的至少一方的 壁的振动片、和使该振动片产生变形的驱动机构，该驱动机构由通过静电 力使所述振动片变形的分立电极构成，其特征在于形成所述振动片的第 l衬底是单晶硅衬底，形成所述分立电极的第2衬底是玻璃衬底，作为在 所述振动片和所述分立电极之间保持对置间隔的方法，在通过在所述第1 衬底上形成Si02膜的间隙隔离或在所述第2衬底上掘入凹部，在使所述振 动片和所述分立电极对置地阳极接合所述第1衬底和所述第2衬底后，在 通过蚀刻将所述振动片形成所希望的厚度时，同时在进行了将与配置有多 个所述分立电极的各分立电极用施加电压端子部的面积对置的所述第1衬 底中的包括所述面积以上的尺寸的区域，蚀刻成与所述振动片相同的厚度的工序后，具有通过干刻使残存于该接头部的Si开口的工序的喷墨头的制造方法中，至少在与所述接头部对置的所述分立电极用外部电极上，形成具有抗Si干刻性的，相对于所述电极可有选择地除去的蚀刻保护膜，用如此的制造方法制造"(例如，参照专利文献l)。专利文献l:特开2001-63072号公报(第5页及图1) 专利文献1所述的喷墨头，为了防止贯通孔的开口蚀刻对电极等造成 的损伤及防止电极间的漏电电流，作为蚀刻保护膜在分立电极侧成膜有绝 缘性高、抗蚀刻性强的绝缘膜。但是，存在需要预先在布线有分立电极的 衬底上成膜、图案形成蚀刻保护膜，及除去多余的蚀刻保护膜，增加制造 工序的问题。此外，存在不能根据材质加工，即材质选定受到限制的问题。 另外，作为其它的对策，可考虑在用干刻使硅衬底的任意地方开口后 成膜绝缘膜。但是，其后必须除去成膜在与驱动CI安装部及FPC安装部 对应的部分上的绝缘膜，原状残留成膜在硅衬底的开口部分的壁面上的绝 缘膜，很难只除去成膜在与驱动CI安装部及FPC安装部对应的部分上的 绝缘膜，出现新的问题。发明内容本发明是为解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种不使结构复 杂地有效防止电不合适现象的液滴喷头、液滴喷出装置、液滴喷头的制造
方法及液滴喷出装置制造方法。本发明的液滴喷头，其特征是，具备空腔衬底，其形成有喷出室， 喷出室的底壁成为振动片；电极衬底，其与振动片相隔间隙而对置，形成 有用于驱动振动片的分立电极，搭载有与分立电极连接的用于向分立电极 施加电压的驱动器IC，在空腔衬底上贯通形成有用于收容驱动器IC的第 l开口，在第l开口的壁面上形成了绝缘膜。因此，通过在空腔衬底上不存在露出硅的部分(尤其，第l开口的壁 面)，能够防止电极衬底的输入布线和空腔衬底的硅之间的短路。即，能 够不将液滴喷头形成复杂结构地，有效地防止电不合适现象。此外，由于 在输入布线和硅之间不发生短路，因此也不破坏输入布线。本发明的液滴喷头，其特征是在电极衬底上形成有FPC安装部，用 于安装挠性印刷衬底，挠性印刷衬底供给用于驱动分立电极的信号，在空腔衬底上形成有与FPC安装部对应的第2开口，将绝缘膜也形成于第2开口的壁面上。因此，通过在空腔衬底上不存在露出硅的部分(尤其，第2开口的壁面)，能够防止电极衬底的输入布线和空腔衬底的硅之间的短路。本发明的液滴喷头，其特征是在空腔衬底上形成密封孔，在所述密 封孔中封入用于形成密封部的密封材，该密封部使形成于分立电极和振动 片之间的间隙与外部气体隔离，在密封孔的壁面上也形成了绝缘膜。因此， 通过在空腔衬底上不存在露出硅的部分(尤其，密封孔的壁面)，能够防 止电极衬底的输入布线和空腔衬底的硅之间的短路。本发明的液滴喷头，其特征是绝缘膜是氧化硅膜。即，能够不将绝 缘膜形成特别构成地，有效地防止电不合适现象。此外，本发明液滴喷出 装置，其特征是搭载有上述的液滴喷头。因此，都具有上述的液滴喷头 的效果。本发明的液滴喷头的制造方法，在形成有喷出室且喷出室的底壁成为 振动片且形成有与喷出室连通的液体流路的硅衬底上，接合与振动片相隔 间隙而对置并形成有用于驱动振动片的分立电极的电极衬底，然后在硅衬 底上形成液体流路，其特征是在硅衬底的一个面上形成第1凹部和第2 凹部，第1凹部用于收容被搭载在电极衬底上且与分立电极连接而向分立
电极施加电压的驱动器IC，第2凹部与形成在电极衬底上的FPC安装部 对应，FPC安装部安装用于供给驱动分立电极的信号的挠性印刷衬底，然 后，在硅衬底的形成有第1凹部及第2凹部的一侧的面上形成了绝缘膜后， 阳极接合硅衬底和电极衬底。
因此，通过在空腔衬底上不存在露出硅的部分(尤其，第1凹部的壁 面及第2凹部的壁面)，能够防止电极衬底的输入布线和空腔衬底的硅之 间的短路。即，能够不将液滴喷头形成复杂结构地，有效地防止电不合适 现象。此外，由于在输入布线和硅之间不发生短路，因此也不破坏输入布 线。
本发明的液滴喷头的制造方法，在阳极接合了硅衬底和电极衬底后， 在硅衬底上形成密封孔，在所述密封孔中封入用于形成密封部的密封材， 密封部使形成于分立电极和振动片之间的间隙与外部气体隔离。因此，能 够在形成液体流路前的阶段密封间隙，从而能够确实密封间隙内。此外， 由于能够不需要特别机构地制造液滴喷头，所以能够降低制造所需的工时 及费用。
本发明的液滴喷头的制造方法，其特征是在密封了密封孔后，研磨 硅衬底到规定的厚度，使第1凹部及第2凹部开口。因此，由于确实密封 了密封孔，所以研磨硅衬底产生的研磨水等不会侵入间隙内。即，能够制 造喷出性能优良的可靠性高的液滴喷头。
本发明的液滴喷头的制造方法，其特征是包含上述的液滴喷头的制造方法。因此，都具有上述液滴喷头的制造方法的效果。


图1是表示分解实施方式的液滴喷头的状态的分解立体图。图2是表示液滴喷头的断面构成的纵剖视图。图3是表示搭载有液滴喷头的液滴喷出装置的控制系统的简要方块图。图4是表示驱动器IC及COM产生电路的一例内部构成的简要方块图。图5是表示空腔衬底的一例制造工序的纵剖视图。 图6是表示空腔衬底的一例制造工序的纵剖视图。图7是表示搭载有液滴喷头的一例液滴喷出装置的立体图。 图中l一喷嘴衬底，2—贮存器衬底，3 —空腔衬底，3a—硅衬底，4 —电极衬底，5 —喷嘴孔，6 —喷嘴连通孔，7 —喷出室，8 —振动片，9一 供给口， 10—贮存器，ll一供墨孔，12 —凹部，13—FPC安装部，13a— 第2凹部(第2开口)， 14一密封部，14a—密封孔，15—驱动器IC， 16 一共用电极端子，17—分立电极，18 —间隙，20—输入布线，24—贯通孔 (第l开口)， 24a—第1凹部，25 —贯通孔，26 —收容部，30—FPC, 41 —驱动控制装置，42 —控制部，42a—CPU， 43 —外部装置，44a—ROM， 44b—RAM， 44c一字符发生器，45 —理论门阵列，46 —驱动脉冲产生电路， 46a—COM产生电路，47—连接器，52—信息转移通路，53 —内部信息转 移通路，61 —移位寄存器，62 —闩锁电路，63 —反转电路，64—电平移位 器，65 — SEG驱动器，66—COM驱动器，70—电源电路，81—硼扩散层， 82 — Si。2膜，83 —Si。2膜，84 —Si。2膜，85 —Si。2膜，86 —墨保护膜，100 一液滴喷头，100a—液滴喷头，150—液滴喷出装置。具体实施方式

以下，参照

本发明的实施方式。图1是表示分解本发明的实施方式的液滴喷头100的状态的分解立体 图。参照图1说明液滴喷头100的构成。此外，表示包括用于向驱动器IC15 供给驱动信号的FPC (Flexible Printed Circuit) 30的一部。该液滴喷头100，作为由静电力驱动的静电驱动方式的静电驱动器的 代表，表示从设于喷嘴衬底的表面侧的喷嘴孔喷出液滴的面喷出式的液滴 喷头。另外，包括图1，在以下的附图中各构成部件的尺寸关系有时与实 际尺寸不同。此外，以图的上侧为上，以下侧为下进行说明。如图1所示，该液滴喷头100，其特征在于，具有依次叠层、接合电 极衬底4、空腔衬底3、贮存器衬底2及喷嘴衬底1这4个衬底的4层结 构。在贮存器衬底2的一个面(上面)上接合有喷嘴衬底l，在贮存器衬 底2的另一个面(下面)上接合有空腔衬底3。此外，在空腔衬底3的接 合了贮存器衬底2的一面的相反面上接合有电极衬底4。即，按电极衬底
4、空腔衬底3、贮存器衬底2及喷嘴衬底1的顺序接合。另外，在液滴喷 头100上设有用于向分立电极17供给驱动信号的驱动器IC15。 [电极衬底4]电极衬底4，例如，最好以厚lmm的硼硅酸盐玻璃等玻璃作为主要材 料形成。这里，例示用硼硅酸盐玻璃形成电极衬底4，但是，例如也可以 用单晶硅形成电极衬底4。在该电极衬底4的表面上，形成有形状与后述 的空腔衬底3的喷出室7—致的凹部(玻璃槽)12。该凹部12,例如最好 通过蚀刻形成深0.3pm。此外，在该凹部12的内部(尤其底部)，以具有一定间隔地与后述的 空腔衬底3的各喷出室7 (振动片8)对置的方式制作了成为固定电极的 分立电极17。另外，凹部12，为了其一部能够安装分立电极17,图案形 成类似于它们形状的尺寸稍大的形状。该分立电极17，例如最好通过以 0.1^im厚溅射ITO (Indium Tin Oxide:铟锡氧化物)来制作。如果如此用ITO制作分立电极17，具有透明、容易确认是否放电的 优点。另外，分立电极17，其一端(电极衬底4的中心侧)与驱动器IC15 连接，可从该驱动器IC15向分立电极17供给驱动信号。该驱动器IC15， 被安装在分立电极17的2个电极列之间(电极衬底4的中心)的凹部12 上，可连接在双方的电极列上。因而，能够从驱动器IC15向2个电极列 供给驱动信号，容易进行电极列的多列化。此外，在电极衬底4的凹部12上，形成有用于安装FPC30的FPC安 装部13。在FPC安装部13上，形成有用于从FPC30供给驱动驱动器IC15 的输入信号的输入布线20，可连接FPC30和驱动器IC15。另外，在接合 了电极衬底4和空腔衬底3后，最好形成密封部14，以便密封形成于电极 衬底4和空腔衬底3之间的规定的空隙即间隙18。在此实施方式中，例示 了在1个液滴喷头100上搭载2个驱动器IC15的例子，但也不限定于此。如果通过接合电极衬底4和空腔衬底3形成叠层体，能够在振动片8 和分立电极17之间，通过电极衬底4的凹部12形成可使振动片8挠曲(变 位)的一定的间隙(空隙)18。该间隙18，例如最好形成深0.2pm。该间 隙18，可根据凹部12的深度、分立电极17及振动片8的厚度确定。该间 隙18，由于对液滴喷头100的喷出特性有较大影响，所以要求严格的精度
管理。另外，振动片8，由于用静电力驱动，因此作为驱动器发挥作用。该间隙18，以具有细长的固定深度的方式形成于与各振动片8对置的 位置上。另外，间隙18，除在电极衬底4上形成凹部12以外，还可在成 为空腔衬底3的硅衬底上形成凹部，或夹着间隔地设置。此外，分立电极 17，具有固定间隔的间隙地与振动片8对置，沿着间隙18的底面延伸到 电极衬底4的末端。并且，在此末端可与驱动器IC15连接。该液滴喷头100，形成多个分立电极17具有长边和短边的长方形状， 该分立电极17以相互的长边平行的方式配置。另外，在图1中，示出向 分立电极17的短边方向延伸的1个电极列。而且，在相对于长边倾斜地 形成分立电极17的短边，分立电极17形成细长的平行四边形状的情况下， 可以形成向与长边方向呈直角的方向延伸的电极列。另外，在电极衬底4上设有供墨孔11，其成为从省略图示的外部墨盒 引入供给的液体的流路。该供墨孔11贯通电极衬底4。此外，例示了用ITO 制作分立电极17时的例子，但也不限定于此，也可以用铬等金属制作。 另外，此处所示的凹部12的深度或间隙18的长度、分立电极17的厚度 只是一例，并不限定于此处所示的值。[空腔衬底3]空腔衬底3，例如以大约厚50pm (微米)的(110)面方位的硅单晶 衬底(以下，只称为硅衬底)为主要材料构成。通过对该硅衬底进行干刻 或各向异性湿刻中的任何一方或双方，形成了底壁具有可挠性的成为振动 片8的多个喷出室(或压力室)7。该喷出室7，与分立电极17对应地形 成，可保持墨等液滴，可施加喷出压。此外，喷出室7，设定为从纸面前侧到里侧平行排列地形成。而且， 在空腔衬底3的中央部，形成有与凹部12的形状对应的第1开口即贯通 孔24。此外，在空腔衬底3的与形成于电极衬底4上的FPC安装部13对 应的部分上，形成有与FPC安装部13的形状对应的第2开口即第2凹部 13a。另外，在空腔衬底3的下面(与电极衬底4对置的面)，采用等离子 CVD (也称为Chemical Vapor Deposition:TEOS-pCVD)法，按0.1nm厚成 膜TEOS膜(此处，称为采用Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane:四
乙氧基硅烷(硅酸乙酯)形成的绝缘膜)，用于电绝缘振动片8和分立电极17之间。这是为了防止驱动振动片8时的绝缘破坏及短路，并防止墨 等液滴蚀刻空腔衬底3。此处，表示Si02膜83是TEOS膜，但也不局限于此，只要是可提高 绝缘性能的物质就行。例如，也可以采用Al203 (氧化铝)。此外，最好也 在空腔衬底3的上面，利用等离子CVD法或溅射法成膜成为墨保护膜66 (参照图6)的Si02膜(包括TEOS膜)。因为通过成膜墨保护膜66可防 止墨滴腐蚀流路。通过使该墨保护膜66的应力和Si02膜83的应力相抵， 还具有可减小振动片8的翘曲的效果。在此实施方式中，规定，&02膜83不仅可成膜在空腔衬底3的上面 及下面，也成膜在形成了贯通孔24的部分的壁面上、电极衬底4的与FPC 安装部13对应的第2开口即第2凹部13a的壁面及用于形成密封部14的 密封孔14a的壁面上。通过如此成膜，可消除空腔衬底3的露出硅的部分， 防止发生在形成于电极衬底4上的输入布线20和露出硅之间的短路，不 会破坏输入布线20。另外，振动片8，也可以由高浓度的硼渗杂层形成。用氢氧化钾水溶 液(KOH水溶液)等碱溶液蚀刻单晶硅时的蚀刻率，在掺杂剂是硼时， 在大约5X10"atoms/cr^以上的高浓度区域非常小。因此，在将振动片8 的部分设定为高浓度的硼渗杂层，通过用碱溶液进行各向异性蚀刻形成喷 出室7时，硼渗杂层露出，蚀刻率非常低，通过采用所谓的蚀刻中止技术， 能够按所希望的厚度形成振动片8。此外，在空腔衬底3上还设有供墨孔11 (可与设在电极衬底4上的供 墨孔ll连通)。另外，在空腔衬底3上形成有作为外部电极端子的共用电 极端子16。该共用电极端子16，成为从省略图示的外部的振荡电路等向 振动片8供给极性与分立电极17相反的电荷时的端子。[贮存器衬底2]贮存器衬底2，例如以单晶硅作为主要材料，与各喷出室7共用地形 成贮存器10，用于向各喷出室7供给墨等液体。在该贮存器10的底面上， 与各喷出室7的位置一致地形成供给口 9,用于从贮存器10向喷出室7 移送液滴。此外，在贮存器10的底面上还形成有贯通贮存器10的底面的
供墨孔ll。该供墨孔11、形成于空腔衬底3上的供墨孔11和形成于电极衬底4上的供墨孔ll，在接合了贮存器衬底2、空腔衬底3及电极衬底4的状态 下相互连通，可从外部的墨盒供给液滴。另外，与各喷嘴孔5—致地形成 有多个喷嘴连通孔6，其成为各喷出室7和设于喷嘴衬底1上的喷嘴孔5 之间的流路，和向喷嘴孔5移送被喷出室7加压的墨滴的流路。另外，在 贮存器衬底2的中央部，形成有与贯通孔24的形状对应的贯通孔25。 [喷嘴衬底1]喷嘴衬底1，例如以厚10pm的硅衬底为主要材料，形成有与各个喷 嘴连通孔6连通的多个喷嘴孔5。而且，各喷嘴孔5能够向外部喷出从各 喷嘴连通孔6移送的液滴。另外，如果多段形成喷嘴孔5，可期待提高喷 出液滴时的直进性。此处，以具有喷嘴孔5的喷嘴衬底1作为上面，以电 极衬底4作为下面说明，但在实际应用时，喷嘴衬底1多在电极衬底4的 下面。另外，在接合电极衬底4、空腔衬底3、贮存器衬底2及喷嘴衬底1 时，在接合由硅构成的衬底和由硼硅酸盐玻璃构成的衬底时(在接合电极 衬底4和空腔衬底3时)，可通过阳极接合进行接合，在接合由硅构成的 衬底相互间时(空腔衬底3和贮存器衬底2、贮存器衬底2和喷嘴衬底1)， 可通过直接接合进行接合。此外，也可以采用粘合剂接合由硅构成的衬底 相互间。图2是表示液滴喷头100的断面构成的纵剖视图。该图是表示组装了 液滴喷头100的状态的B-B断面(参照图l)的纵剖视图。下面，参照图 2说明组装了液滴喷头100的状态的构成及工作。如图2所示，液滴喷头 100，由于使与空腔衬底3接合的电极衬底4的各分立电极17的端部露出， 因此通过开口空腔衬底3的中央部，形成了贯通孔24。可在该贯通孔24 上安装驱动器IC15。而且，成为分立电极17的电力(电荷)供给机构的驱动器IC15，在 贯通孔24中与各分立电极17电连接，可向选择的分立电极17供给电荷。 即，在该液滴喷头100中，驱动器IC15被收容在液滴喷头100的内部， 可通过喷嘴衬底1封闭上面，通过贮存器衬底2及空腔衬底3封闭侧面，
通过电极衬底4封闭下面。g卩，可用空腔衬底3的贯通孔24和贮存器衬 底2的贯通孔25形成收容部26，可在该收容部26中收容驱动器IC15。 另外，收容部26最好封闭，以保护驱动器IC15不受液滴或外部气体侵蚀。此外，为了封闭在接合了电极衬底4和空腔衬底3时形成的间隙18， 可在贯通孔24—侧形成密封部14。即，可通过密封图1所示的密封孔14a， 形成密封部14。这样一来，能够气密性地密封间隙18。另外，不特别限 定密封部14所使用的材料，只要是能气密性地密封间隙18的材料就行。 例如，最好用水分透过性低的氧化硅(Si02)、或氧化铝(A1203)、氮氧化 硅(SiON)、氮化硅(SiN)、聚对二甲苯等形成密封部14。下面，简要地说明液滴喷头100的工作。经由供墨孔ll，从外部向贮 存器10供给墨等液体。此外，经由供给口9，从贮存器10向喷出室7供 给液滴。经由FPC30从液滴喷出装置的省略图示的控制部，向驱动器IC15 发送驱动信号(脉冲电压)。然后，向由驱动器IC15选择的分立电极17 施加0V 40V程度的脉冲电压，使那个分立电极17带正电。此时，经由共用电极端子16，从外部的振荡电路等向空腔衬底3供给 具有负极性的电荷，相对地使与带正电的分立电极17对应的振动片8带 负电。因此，可在选择的分立电极17和振动片8之间产生静电力。结果， 振动片8因被静电力拉向分立电极17侧而挠曲。从而扩大喷出室7的容 积。接着，如果停止向分立电极17供给脉冲电压，振动片8和分立电极 17间的静电力消失，振动片8复原到原来的状态。此时，喷出室7的内部 的压力急剧上升，喷出室7内的液滴可通过喷嘴连通孔6，从喷嘴孔5喷 出。该液滴，例如可通过弹落在记录纸上进行印刷等。然后，液滴从贮存 器10通过供给口9，补给喷出室7内，回到初期状态。如此的方法被称为 拉打法，但也有采用弹簧等喷出液滴的称为压打的方法。另外，向液滴喷头100的贮存器10的液滴供给，例如通过连接在供 墨孔11上的省略图示的液滴供给管进行。此外，FPC30以FPC30的纵向 与形成电极列的分立电极17的短边方向平行的方式与驱动器IC15连接。 例如，在分立电极17的短边相对于长边倾斜，分立电极17形成细长的平 行四边形状的情况下，只要在与分立电极17的长边呈直角的方向连接
FPC30就可以。因而，能够紧凑地连接具有多个电极列的液滴喷头IOO和 FPC30。图3是表示搭载有液滴喷头100的液滴喷出装置的控制系统的简要方 块图。另外，例示该液滴喷出装置是普通的喷墨打印机的例子。参照附图 说明搭载有液滴喷头100的液滴喷出装置的控制系统。但是，搭载有液滴 喷头100的液滴喷出装置的控制系统并不局限于此处所示的构成。喷墨打印机，装备有用于驱动控制液滴喷头100的驱动控制装置41。 该驱动控制装置41具备以CPU (中央处理装置)42a为中心构成的控制 部42。 CPU42a可从个人计算机或远隔控制装置(遥控)等外部装置43 输入印刷信息。该印刷信息可经由信息转移通路52输入，或用红外线信 号等无线信号输入。此外，在CPU42a，经由内部信息转移通路53连接 ROM44a、 RAM44b及字符发生器44c。在控制部42中，将RAM44b内的存储区域用作作业区域，执行保存 在ROM44a内的控制程序，基于从字符发生器44c发生的字符信息，生成 用于驱动液滴喷头100的控制信号。控制信号经由理论门阵列45及驱动 脉冲产生电路46，成为与印刷信息对应的驱动控制信号，除经由连接器 47供给内设在液滴喷头100中的驱动器IC15夕卜，还供给COM产生电路 46a。此外，还可向驱动器IC15供给印字用的驱动脉冲信号V3、控制信 号LP、极性反转控制信号REV等(参照图4)。另外，COM产生电路46a， 例如最好由用于发生驱动脉冲的省略图示的共用电极IC构成。在COM产生电路46a，基于供给的上述各信号，从该省略图示的共 用输出端子COM输出要施加给液滴喷头100的共用电极端子16，即各振 动片8的驱动信号(驱动电压脉冲)。此外，在驱动器IC15，基于供给的 上述各信号及从电源电路70供给的驱动电压Vp，可从与各分立电极17 对应的单个的个别输出端子SEG输出要施加给各分立电极17的驱动信号 (驱动电压脉冲)。而且，共用输出端子COM的输出和个别输出端子SEG 的输出的电位差，可施加给各振动片8和与其对置的分立电极17之间。 在振动片8的驱动时(液滴的喷出时)提供指定朝向的驱动电位波形，在 非驱动时不提供驱动电位差。图4是表示驱动器IC15及COM产生电路46a的一例内部构成的简要
方块图。另外，驱动器IC15及COM产生电路46a，设定为1组向64个 分立电极17及振动片8供给驱动信号。此外，例示了驱动器IC15是通过 从电源电路70供给高电压系的驱动电压Vp及理论电压系的驱动电压 Vcc，而工作的CMOS的64位输出的高耐压驱动的构成。驱动器IC15,根据供给的驱动控制信号，向分立电极17施加驱动电 压脉冲和GND电位的一方。驱动器IC15具有64位的移位寄存器61，移 位寄存器61上移以串行数据从理论门阵列45发送的64位长的DI信号输 入，通过与DI信号同步的基本同步脉冲即XSCL脉冲信号输入上移数据， 成为移位寄存器61内的保存在寄存器的静态移位寄存器。DI信号，是通 过开通/断开表示用于选择64个分立电极17中的每个的选择信号的控制 信号，该信号以串行数据发送。此外，驱动器IC15具有64位的闩锁电路62，闩锁电路62是通过控 制信号(闩锁脉冲)LP闩锁保存在移位寄存器61内的64位数据，储存 数据，向64位的反转电路63信号输出储存的数据的静态闩锁。在闩锁电 路62，串行数据的DI信号被变换成64位的并行信号，用于进行64分段 输出，以于驱动各振动片8。在反转电路63，向电平移位器64输出从闩锁电路62输入的信号和 REV信号的"异"门。电平移位器64是电平接口电路，用于将来自反转 电路63的信号的电平，从逻辑系的电平(5V电平或3.3V电平)变换成 喷头驱动系的电平(0 45V电平)。SEG驱动器65为64沟道的传输门输 出，通过电平移位器64的输入，相对于SEG1 SEG64的分段输出，输出 驱动电压脉冲输入或GND输入中的任何一个。内设在COM产生电路46a 中的COM驱动器66，相对于REV输入，向COM输出驱动电压脉冲或 GND输入中的任何一个。XSCL、 DI、 LP及REV各信号，是逻辑系电平的信号，是从理论门 阵列45发送给驱动器IC15的信号。如此，通过构成驱动器IC15及COM 产生电路64a，即使在驱动的分段数(振动片8的数量)增加时，也能容 易切换驱动液滴喷头100的振动片8的驱动脉冲和GND。另外，上述各信号，可经由形成于电极衬底4上的输入布线20供给 驱动器IC15。如果有露出空腔衬底3上的硅的部分，有时在输入布线20
和空腔衬底3之间发生断路，破坏输入布线20。此外，即使在从驱动器IC15 供给分立电极17的各信号中，同样也有时在分立电极17和空腔衬底3之 间发生断路，破坏分立电极17。结果，降低稳定性及可靠性的可能性加大。 因此，在本实施方式中，通过去掉空腔衬底3上的露出硅的部分，防止了 输入布线20及分立电极17的破坏。下面，说明液滴喷头100的制造工序。图5及图6是表示本实施方式 的特征部分即空腔衬底3的一例制造工序的纵剖视图。参照图5及图6说 明构成液滴喷头100的空腔衬底3的制造工序。另外，此处只示出空腔衬 底3的一例制造工序，但并不局限于此。此外，实际中，以芯片单位同时 形成多个液滴喷头IOO的部件，但图5及图6只示出其一部分。图5及图 6是表示液滴喷头100的组装了电极衬底4和空腔衬底3的状态的A-A断 面(参照图1)的纵剖视图。但是，在图6 (f) 图6 (j)中，表示液滴 喷头100的组装了电极衬底4和空腔衬底3的状态的B-B断面。准备成为空腔衬底3的(110)面方位的硅衬底3a。该硅衬底3a为以 (110)作为面方位的硅衬底，镜面研磨成为与电极衬底4的接合面侧的 面，达到14(Him厚。将该硅衬底3a的成为振动片8的形成硼扩散层81 的面，与以B203为主成分的固体的扩散源对置地，放置在石英舟中。然 后，将石英舟放置到纵型炉中，使炉内形成氮气氛，将温度上升到1050 °C，保温7小时，使硼向硅衬底3a的单面侧扩散，形成硼扩散层81 (参 照图5 (a))。在硼扩散层81的形成工序中，将向炉中投入硅衬底3a (石英舟)的 温度规定为800'C，取出硅衬底3a的温度也规定为80(TC。由此，由于能 够飞快地通过硅衬底3a内氧造成的氧缺陷的成长速度快的区域(600°C SOO。C)，所以能够抑制氧缺陷的发生。此时，在硼扩散层81的表面上可 形成省略图示的硼化合物，但通过在氧及水蒸气气氛中，在600'C的条件 下氧化1小时30分钟，能够使其化学变化成可用氟酸水溶液蚀刻的B203 + Si02。然后，如果将硅衬底3a在氟酸水溶液中浸渍10分钟，可蚀刻除 去硼扩散部的B203+Si02膜。接着，为了在硅衬底3a的形成了硼扩散层81的面上，形成成为贯通 孔24的第1凹部24a及第2凹部13a，通过TEOS-CVD或热氧化等形成SiCb膜82。在是由TEOS构成的Si02膜82时，按成膜时的处理温度为360 °C、高频输出功率为250W、压力为66.7Pa (0.5Torr)、气体流量为TEOS 流量100cm3 / min (100sccm)、氧流量1000cm3 / min (1000sccm)的条件， 成膜0.1jim。然后，在形成了的Si02膜82的表面上涂布省略图示的抗蚀剂，实施 抗蚀剂图案形成，以在硅衬底3a上刻入成为贯通孔24的第1凹部24a及 与FPC安装部13对应的第2凹部13a。另外，此时，也可以同时制作用 于形成密封部14的密封孔14a。然后，用氟酸水溶液进行湿刻，图案形成 Si02膜82。其后，全部剥离抗蚀剂(参照图5 (b))。以该Si02膜82作为掩模，通过ICP (Inductively Coupled Plasma)或 RIE (Reactive Ion Etching)等的干刻(各向异性干刻)，按深度40nm形 成成为贯通孔24的第1凹部24a及与FPC安装部13对应的第2凹部13a (参照图5 (c))，用于安装驱动器IC15。用于该干刻的RIE，例如，最好 在RF功率为200W、压力为40Pa (0.3Torr)、 CF4流量为30cm3 / min (30sccm)的条件下，采用硅掩模，对所希望的地方暴露等离子60分钟 左右，进行开口。另外，规定第l凹部24a及第2凹部13a具有完成空腔 衬底3时的厚度以上的深度。然后，在用氟酸水溶液全部剥离Si02膜82后，再次通过TEOS-CVD 等，在形成硼扩散层81的面上，大约lOOnm厚成膜Si02膜83 (图5 (d))。 在硅衬底3a上制作了第1凹部24a及第2凹部13a后，在校准了该硅衬底 3a和形成了分立电极17的图形或供墨孔11的电极衬底4后，进行阳极接 合(图5 (e))。该阳极接合，在将硅衬底3a和电极衬底4加热到360°C 后，通过在电极衬底4上连接负极，在硅衬底3a上连接正极，施加800V 的电压来进行。通过如此进行，能够以原子级接合硅衬底3a和电极衬底4。在阳极接合了硅衬底3a和电极衬底4后，形成用于形成密封部14的 密封孔14a (图6 (f))。这可通过在硅衬底3a的表面上，通过TEOS-CVD 等成膜省略图示的Si02膜，采用省略图示的抗蚀剂，干刻与密封孔14a 对应的部分的Si02膜来进行。此时的Si02膜的厚度，可根据干刻时的蚀 刻气体的选择比决定。即，实施抗蚀剂模式加工，用氟酸水溶液剥离与密 封孔14a对应的部分的抗蚀剂，通过ICP或RIE干刻贯通开口密封孔14a。如果在硅衬底3a上开口 了密封孔14a，就通过TEOS-CVD等在硅衬 底3a的整面上成膜、密封大约3,厚的Si02膜84 (图6 (g))。此时， Si02膜84也被成膜在密封孔14a内，成为密封部14。然后，研磨、抛光 硅衬底3a，加工到规定的厚度(此处，例如大约35pm)(图6 (h))。在 该工序中，可开口形成用于安装驱动器IC15的第1凹部24a及第2凹部 13a。 gp，开口第l凹部24a，成为贯通孔24。
然后，在硅衬底3a上形成墨等的液滴的流路(图6 (i))。在硅衬底 3a的整面上，通过TEOS-CVD等成膜大约10nm厚的SiO2膜85。另夕卜， 此时，在贯通部24及第2凹部13a上也能同样成膜Si02膜85。此时的Si02 膜85的厚度，可根据以后的蚀刻硅衬底3a时的蚀刻液的选择比决定。艮P， Si02膜85，按能够抵抗使用的蚀刻液(例如，KOH水溶液)的膜厚设定。 但是，最好以Si02膜85的膜厚不达到在开口形成于硅衬底3a上的部分的 侧面上成膜的Si02膜83的膜厚以上的方式，选择蚀刻液等(例如，通过 添加Ca等提高选择比)。
如果形成了 Si02膜85，就采用喷雾器等涂布省略图示的抗蚀剂。然 后，图案形成Si02膜85，在剥离了抗蚀剂后，采用KOH水溶液进行硅衬 底3a的蚀刻，形成供墨孔11或喷出室7等的流路。然后，通过RIE干刻 等，除去形成于贯通部24及与FPC安装部13对应的第2凹部13a上的 10nm左右的Si02膜85。此时，也可以同时除去残留在硅衬底3a表面上 的Si02膜85。
然后，采用只硅衬底3a的流路的省略图示的硅掩模等，通过 TEOS-CVD等成膜大约100nm左右的墨保护膜66 (例如，Si02膜)(图6 (j))。如此可制造空腔衬底3。然后，例如用环氧树脂类粘合剂将预先在 另外工序中制作的贮存器衬底2接合在空腔衬底3上。此外，通过各向异 性导电粘合剂将驱动器IC15安装在收容部26内。另外，对于在另外工序 中制作的喷嘴衬底1也同样，例如通过环氧树脂类粘合剂粘接在已接合的 贮存器衬底2侧。然后，沿着划线进行切割，切断成各个液滴喷头100， 完成液滴喷头100。
通过如此制造液滴喷头100，可消除空腔衬底3上的露出硅钓部分(尤 其，贯通部24的壁面及第2凹部13a的壁面)，可防止发生在形成于电极
衬底4上的输入布线20和硅之间的短路。因此，不会电破坏形成于电极 衬底4上的输入布线20。 g卩，能够不使液滴喷头100结构复杂地，有效防 止电不合适现象。在实施方式中，举例说明了通过叠层电极衬底4、空腔衬底3、贮存 器衬底2及喷嘴衬底1这4个衬底，构成液滴喷头100的情况，但也不限 定于此。例如，也能适用于通过在同一衬底上形成喷出室7和贮存器10， 叠层3个衬底构成的液滴喷头。另外，此处所示的液滴喷头100的制造工 序只是一例，因此其中使用的温度或压力、时间、厚度等各条件，并不局 限于以上说明的条件。图7是表示搭载有上述液滴喷头100的一例液滴喷出装置150的立体 图。图7所示的液滴喷出装置150是普通的喷墨打印机。另外，该液滴喷 出装置150可用众所周知的方法制造。此外，液滴喷头IOO，除图7所示 的液滴喷出装置150外，也能够通过多种变更液滴，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、生物液体的喷出等。例如，在将液滴喷头100作为分配器，用于向生物分子的微阵列衬底 喷出的用途时，也可以使含有DNA (Deoxyribo Nucleic Acids:脱氧核糖 核酸)、其它核酸(例如，Ribo Nucleic Acids:核糖核酸、Peptide Nucleic Acids:肽核酸等)蛋白质等附加液的液体喷出。另外，本发明的实施方式的液滴喷头、液滴喷出装置、液滴喷头的制 造方法及液滴喷出装置的制造方法，并不限定于在上述实施方式中说明的 内容，能够在本发明的思想范围内变更。例如，.湿刻所使用的蚀刻液的选 择比或干刻所使用的蚀刻气体的选择比等，可根据蚀刻的深度或要蚀刻的 材料的厚度等条件适宜变更。
权利要求
1.一种液滴喷头，其特征是，具备空腔衬底，其形成有喷出室，所述喷出室的底壁成为振动片；电极衬底，其与所述振动片相隔间隙而对置，形成有用于驱动所述振动片的分立电极，搭载有与所述分立电极连接的用于向所述分立电极施加电压的驱动器IC，在所述空腔衬底上贯通形成有用于收容所述驱动器IC的第1开口，在所述第1开口的壁面上形成了绝缘膜。
2. 如权利要求1所述的液滴喷头，其特征是-在所述电极衬底上形成有FPC安装部，用于安装挠性印刷衬底，所述 挠性印刷衬底供给用于驱动所述分立电极的信号，在所述空腔衬底上形成有与所述FPC安装部对应的第2开口 ， 将所述绝缘膜也形成于所述第2开口的壁面上。
3. 如权利要求1或2所述的液滴喷头，其特征是 在所述空腔衬底上形成有密封孔，在所述密封孔中封入用于形成密封部的密封材，所述密封部使在所述分立电极和所述振动片之间形成的间隙 与外部气体隔离，在所述密封孔的壁面上也形成有绝缘膜。
4. 如权利要求1 3中任意一项所述的液滴喷头，其特征是 所述绝缘膜是氧化硅膜。
5. —种液滴喷出装置，其特征是搭载了所述权利要求1 4中任意 一项所述的液滴喷头。
6. —种液滴喷头的制造方法，在形成有喷出室且所述喷出室的底壁成 为振动片且形成有与所述喷出室连通的液体流路的硅衬底上，接合与所述 振动片相隔间隙而对置并形成有用于驱动所述振动片的分立电极的电极衬底，然后在所述硅衬底上形成所述液体流路，其特征是在所述硅衬底的一个面上形成第1凹部和第2凹部，所述第1凹部用于收容被搭载在所述电极衬底上且与所述分立电极连接而向所述分立电极施加电压的驱动器IC，所述第2凹部与形成在所述电极衬底上的FPC 安装部对应，所述FPC安装部用于安装供给驱动所述分立电极的信号的挠 性印刷衬底，然后，在所述硅衬底的形成有所述第1凹部及所述第2凹部的一侧的 面上形成了绝缘膜后，阳极接合所述硅衬底和所述电极衬底。
7. 如权利要求6所述的液滴喷头的制造方法，其特征是 在阳极接合所述硅衬底和所述电极衬底后，在所述硅衬底上形成密封孔，在所述密封孔中封入用于形成密封部的 密封材，所述密封部使形成于所述分立电极和所述振动片之间的间隙与外 部气体隔离。
8. 如权利要求7所述的液滴喷头的制造方法，其特征是 在密封所述密封孔后，将所述硅衬底研磨至规定厚度，使所述第1凹部及所述第2凹部开口。
9. 如权利要求8所述的液滴喷头的制造方法，其特征是 在使所述硅衬底的所述第1凹部及所述第2凹部开口后， 在该硅衬底的表面上形成绝缘膜，然后，在所述硅衬底上形成所述液体流路。
10. —种液滴喷出装置的制造方法，其特征是包含所述权利要求6 9中的任意一项所述的液滴喷头的制造方法。
全文摘要
本发明提供一种不使结构复杂地有效防止电不合适现象的液滴喷头、液滴喷出装置、液滴喷头的制造方法及液滴喷出装置的制造方法。液滴喷头(100)，具备空腔衬底(3)，其底壁形成振动片(8)，并形成有用于贮存液滴并使其喷出的喷出室(7)；和电极衬底(4)，其与振动片(8)相隔间隙(18)地对置，形成有用于驱动振动片(8)的分立电极(17)，搭载有与分立电极(17)连接的用于向分立电极(17)施加电压的驱动器IC(15)。在空腔衬底(3)上，贯通地形成用于收容驱动器IC(15)的第1开口(贯通孔24)，在第1开口的壁面上形成了SiO₂膜(83)。
文档编号B41J2/14GK101157301SQ200710162
公开日2008年4月9日 申请日期2007年9月29日 优先权日2006年10月2日
发明者坂下友树, 小松洋 申请人:精工爱普生株式会社