JP4654522B2 - Printer head and printer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタヘッド及びプリンタに関し、例えばサーマル方式のインクジェットプリンタに適用することができる。本発明は、隔壁を構成する樹脂材料と基板との間に、隔壁に沿って延長する断面階段形状による凸部を配置することにより、従来に比して格段的に信頼性を向上することができるようにする。
【0002】
【従来の技術】
従来、サーマル方式によりインクジェットプリンタにおいては、ヒーターを配置してなる半導体基板上に、感光性エポキシ等の樹脂材料を用いてインク液室、インク流路、ノズル等を形成してプリンタヘッドが作成されるようになされている(例えば特開平61−154947号公報、特開平3−184868号公報、特開平6−286149号公報、特開平7−214783号公報等)。
【0003】
このように樹脂材料によりインク液室等を作成するプリンタヘッドにおいては、半導体基板上にインク液室等の型を形成した後、インク液室の壁面等を構成する樹脂材料を配置し、その後、インク液室等の型を取り除くことにより、インク液室等を作成する方法が提案されている。また半導体基板上に感光性樹脂層を形成した後、複数種類のマスクを用いてこの感光性樹脂膜を繰り返し露光し、現像することにより、インク液室等を作成する方法が提案されるようになされている(特開平4−216951号公報、特開平4−216952号公報、特開平5−124205号公報、特開平11−53372号公報等)。
【0004】
しかしながらこれらの方法においては、何れも、半導体基板上に樹脂材料によりインク液室の壁面等を配置してインク液室を作成するものであることにより、半導体基板とこの種の樹脂材料との間で充分な密着強度を確保することが困難な欠点がある。これにより一般的に使用される弱アルカリ性のインクに長期に接していると、半導体基板と樹脂材料との接合部分に、浸食、膨潤による部分的な剥離が発生し、最悪の場合には隣接するインク流路が接合部の剥離によって連通するようになる。なおこのようになるとプリンタヘッドにおいては、インクのクロストークが発生し、綺麗な印刷結果を得ることが困難になる。
【0005】
このためプリンタヘッドにおいては、密着強度を増大させる目的で、半導体基板と樹脂材料との間に中間層を配置する方法(例えば特開平5−96734号公報、特開平7−137263号公報、特開平9−24613号公報、特開平11−348290号公報)が提案されるようになされている。また特開平11−348291号公報においては、溶着により半導体基板にインク液室等の樹脂製構造物を配置して密着力を増大させる方法が提案されており、特開平9−277539号公報においては、インク液室の壁面を所定の構造物により挟み込んで密着力を増大させる方法が提案されるようになされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれらの方法においては、実用上充分に密着力を確保し得ず、これにより従来のプリンタヘッドにおいては、信頼性の点で未だ不十分な問題があった。
【0007】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比して格段的に信頼性を向上することができるプリンタヘッド及びプリンタを提案しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項1の発明においては、プリンタヘッドに適用して、少なくともインク液室の隔壁に沿って延長し、断面形状が階段形状である凸部が、隔壁が作成される部位の全部又は一部に、基板に密着して形成され、この凸部が隔壁に埋め込まれてなるようにする。
【0009】
また請求項8の発明においては、プリンタヘッドに適用して、プリンタヘッドは、少なくともインク液室の隔壁に沿って延長し、断面形状が階段形状である凸部が、隔壁が作成される部位の全部又は一部に、基板に密着して形成され、この凸部が隔壁に埋め込まれてなるようにする。
【0010】
請求項1の構成によれば、断面形状が階段形状である凸部が、隔壁が作成される部位の全部又は一部に、基板に密着して形成され、この凸部が隔壁に埋め込まれてなることにより、隔壁を構成する材料とこの凸部との間では、断面形状を階段形状とした分、接触面積を広くすることができ、その分、密着性を向上することができる。また基板と凸部との間については、充分な密着力を有する材料により凸部を形成して、充分な密着性を確保することができる。これらにより隔壁を構成する部材を基板に強固に保持することができ、従来に比して格段的に信頼性を向上することができる。
【0011】
これにより請求項8の構成によれば、従来に比して格段的に信頼性を向上してなるプリンタを得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【0013】
(1)第1の実施の形態
(1−1)第1の実施の形態の構成
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るプリンタヘッドを示す断面図である。このプリンタヘッド1は、サーマル方式のプリンタに適用され、半導体基板2上に作成されたヒーター3でインク液室13のインクを加熱してノズル11からインクを飛び出させるようになされている。
【0014】
このプリンタヘッド1は、インク液室13、インク流路の隔壁の中に、インク液室13、インク流路の隔壁に沿って延長する断面形状が階段形状であり、この階段形状による先端が隔壁側である凸部10が形成され、この凸部10を介して半導体基板2に隔壁を配置することにより、従来に比して高い密着力を確保するようになされている。
【0015】
ここでこの半導体基板2は、図1との対比により図2(A)に示すように、ヒーター3、ヒーター3の保護層、ヒーター3を駆動する駆動回路等が所定の半導体製造工程により作成される。なおここでこの実施の形態において、半導体基板2は、5インチシリコン基板である。
【0016】
凸部10は、半導体基板2にスピンコーターにて感光性樹脂4を塗布した後(図2(B))、プリベークし、所定のパターンマスク5を用いた露光処理(図3(C))、現像処理(図3(D))、乾燥処理、硬化処理(図3(E))により、始めに、この凸部10の土台側の部分6が作成される。ここでこの土台6は、乾燥時、膜厚約4〔μm〕により形成され、硬化後、膜厚約3.5〔μm〕であった。
【0017】
ここで感光性樹脂4は、半導体基板2に対して高い密着力を有する材料であり、引張弾性率が10〔MPa〕〜5〔GPa〕の樹脂材料が適用される。具体的に、この実施の形態では、ZCOAT1000(日本ゼオン社製)をこの感光性樹脂4に適用した。
【0018】
なお感光性樹脂4をスピンコートする条件は、回転速度3000〔rpm〕、主回転数維持時間30〔秒〕であった。またプリベークは、ホットプレートを用いて90〔度〕、120〔秒〕により、露光処理は、120〔mJ/cm2 〕の光量により実行した。また現像処理は、専用の現像液(ZCOAT−D0l 日本ゼオン社製)により静止状態で70秒間現像した後、ウエハを回転速度1000〔rpm〕により回転させた20秒間のパドル現像により実行した。またこの実施の形態では、続いて専用リンス液(ZCOAT−R0l 日本ゼオン社製)を用いて、ウエハを回転速度1000〔rpm〕で回転させた15秒間のパドルリンスを実行し、その後、回転速度2500〔rpm〕による15秒間のスピン乾燥を実行した。また硬化処理は、充分に窒素置換したクリーンオーブンにより、300度、1時間で実行した。
【0019】
この露光、現像、硬化に係る一連の処理により、この実施の形態では、インク液室13、インク流路を囲むように、インク液室等の隔壁を形成する部位のほぼ中央部分に、半導体基板2と密着性の良い材料により、壁面の厚さより幅狭で、壁状に連続する凸部6を形成するようになされている。
【0020】
凸部10は、この土台を構成する凸部6の上に、幅狭の凸部9を作成して形成される。すなわち凸部10は、さらに半導体基板2にスピンコーターにて感光性樹脂7を塗布した後(図3(F))、プリベークし、パターンマスク8を用いた露光処理(図4(G))、現像処理(図4(H))、乾燥処理により、先端側の凸部9が形成される。
【0021】
ここでこの感光性樹脂7は、感光性樹脂4と同一の材料であり、回転速度1200〔rpm〕、主回転数維持時間30〔秒〕により膜厚10〔μm〕によりスピンコートした。なお凸部6が、充分にキュアされている場合には、このような感光性樹脂7を改めて塗布した場合でも、この感光性樹脂7の有機溶剤による凸部6の溶解を確実に防止することができる。またプリベーク、露光処理は、感光性樹脂4の場合と同一の条件により実行した。また現像の処理は、上述した専用の現像液を用いて静止状態で150秒間現像した後、回転速度1000〔rpm〕、30秒間のパドル現像により実行し、続いて専用リンス液を用いた回転速度1000〔rpm〕、30秒間のパドルリンスを実行した。また乾燥の処理は、感光性樹脂4の場合と同一の条件により実行した。
【0022】
凸部10は、この先端側の凸部6を作成して乾燥した後、DUV照射機を用いて全面に紫外線を照射し、これにより凸部6及び9間の密着性を向上させた。なおこの紫外線の照射は、波長365〔nm〕、光量150〔mJ/cm2 〕により実行した。
【0023】
続いてこの実施の形態では、凸部6の場合と同一の条件によりキュアし、これにより硬化処理して凸部10を硬化させた(図4(I))。この処理により凸部9は、膜厚約10〔μm〕となり、凸部10全体として高さ約13〔μm〕となった。
【0024】
これら一連の処理により、この実施の形態では、壁状に連続する凸部6に対して、この凸部6のほぼ中央部分にて、凸部6に沿ってさらなる凸部9を形成するようになされ、この凸部6及び9によりインク液室等の隔壁のほぼ中央の部位に、階段形状による凸部10を形成するようになされている。
【0025】
これに対してインク流路、インク液室13、ノズル11は、従来と同一の工程により、樹脂材料を用いて作成される(図1)。このインク液室13等を形成する隔壁12は、凸部10を完全に埋め込むように形成される。これによりこの実施の形態では、半導体基板2上に形成された凸部10が大きな面積により隔壁12を形成する部材と密着するように、隔壁12等を形成する。
【0026】
プリンタヘッド1は、ダイシングソーにより、半導体基板2が各チップに分割され、このチップが所定のアタッチメントに接続され、またワイヤボンディングにより半導体基板の各パッドが所定の部位に接続されて組み立てを完了する。
【0027】
(1−2)第1の実施の形態の動作
以上の構成において、このプリンタヘッド1は、半導体基板2上に、断面階段形状による凸部10がインク液室13等を形成する隔壁12のほぼ中央の部位に、インク液室13等を囲んで連続するように形成され、この凸部10を介して半導体基板2に隔壁12等の樹脂材料が配置される。
【0028】
このようにして配置される凸部10においては、半導体基板2との間では、充分な密着力を有し、また断面階段形状により形成されていることにより、隔壁12を構成する樹脂材料と従来に比して広い面積により密着し、これによりこの隔壁12を構成する樹脂材料とも充分な密着力を確保することができる。これによりプリンタヘッド1では、隔壁12と半導体基板2とを充分に密着させて、充分な信頼性を確保することが可能となる。
【0029】
すなわち図5は、他の樹脂材料との比較により、このプリンタヘッド1の凸部10に適用した感光性樹脂4、7の特性を示す図表である。この図表は、半導体基板2に対する密着性、耐インク性、耐溶剤性を試験した結果であり、CRC−8300(住友ベークライト社製)は、ポジ型の感光性樹脂である。またProbimide−7500(オーリン社製)は、ネガ型の感光性樹脂であり、Probimer(チバガイギー社製)は、UV露光による感光基架橋反応と加熱によるエポキシ基の硬化剤との反応の2段階硬化機能を併せ持ったエポキシ樹脂である。この図5に示す樹脂材料は、何れも10〔MPa〕〜5〔GPa〕の引張弾性率を有する材料である。
【0030】
ここで密着性は、所定の試験用基板に各樹脂材料で試験片を配置し、プレッシャークッカーテストの後、剥離テストした結果である。ここで試験用基板は、5インチシリコン基板上に、プラズマCVDによりSiN膜を1〔μm〕形成したものと、5インチシリコン基板上に、スパッタリングによりTa膜を0.5〔μm〕形成したものとを使用した。なおこれらSiN膜及びTa膜は、半導体基板2上において保護層及びヒーター3を形成する膜であり、これにより半導体基板2に対する密着性を判断できるようになされている。
【0031】
また試験片は、図5に示す条件によるスピンコートにより各感光性樹脂を膜厚5〔μm〕で試験用基板に塗布し、JIS−D−0202に基づく基盤目テスト用パターンを作成して形成した。なおここでスピンコートによる回転時間は、30〔秒〕である。また基盤目テスト用パターンは、投影露光装置により露光した後、各樹脂専用の現像液を用いて石英製の容器中でディップ現像し、各樹脂に専用のリンス液、超純水によりリンス、脱イオン処理し、その後スピンドライヤーを用いて窒素雰囲気で回転乾燥し、キュアした。
【0032】
プレッシャークッカーテストは、温度125度、圧力2気圧、湿度100%の環境にこのようにして作成した試料を100時間放置して実行した。剥離テストは、テープを密着させた後、このテープを引き剥がして実行した(いわゆるテープ剥離テストである)。
【0033】
この剥離テストの結果は、試験対象の個数を分母により、何ら異常の発生しなかった個数を分子により図5に示す。この試験結果によれば、何れの材料を使用して凸部10を作成した場合でも、半導体基板2との間で充分な密着力を確保できることが判る。
【0034】
また耐インク性は、同様にして作成した試料を純水、エチレングリコール、染料等からなる試験用インクの溶液に、温度60度で2200時間以上漬け込み、膜厚の変化を判断した。
【0035】
ここでこの試験においては、密着性のテストの場合と同一の条件により試料を作成した。但し、露光の処理においては、20〔μm〕のライン&スペースパターンをベースとしたフォトマスクを使用した。なおこのフォトマスクにはポジ・ネガ両タイプのライン&スペースが基板全面にほほ均一になるようにレイアウトされており、1枚のフォトマスクでポジ・ネガ両タイプの感光性樹脂について評価できるように考慮されているものである。
【0036】
この耐インク性の試験による膜厚減少を図5に示した。この試験によれば、一部の感光性樹脂に若干の膜減りが見うけられるものの、各種のインクを長期間使用しても、充分な信頼性を確保できることが判った。
【0037】
また耐溶剤性は、密着性の試験に使用した硬化前の試料を、30度に保持した各有機溶剤に72時間浸漬し、膜厚の変化を判断したものである。なおこれらの有機溶剤については、インク液室等の隔壁を構成する樹脂材料に含まれている溶剤である。膜厚の変化は、試料を窒素雰囲気、常温下で乾燥し、段差式膜厚計で段差部の膜厚を測定し、浸漬前との膜厚変化を膜減り率として算出した。
【0038】
図5に示すように、何れの場合でも、膜減り率は5〔%〕以下であることから、各感光性樹脂のキュア後の耐溶剤性は、充分であることが判る。
【0039】
(1−3)第1の実施の形態の効果
以上の構成によれば、隔壁等を構成する樹脂材料と半導体基板との間に、隔壁に沿って延長する断面階段形状による凸部を配置することにより、この樹脂材料と凸部との間の接触面積を従来の中間層に比して格段的に増大でき、その分、従来に比して密着性を向上して、格段的に信頼性を向上することができる。
【0040】
またこのとき、引張弾性率が10〔MPa〕〜5〔GPa〕の材料により凸部を形成することにより、半導体基板との間でも充分な密着力を確保することができる。
【0041】
また感光性樹脂を露光処理して凸部を形成することにより、半導体製造プロセスを適用して凸部を形成することができ、その分、高い精度で、簡易にプリンタヘッドを作成することができる。
【0042】
また感光性樹脂を塗布して露光する処理の繰り返しにより、この凸部を形成して、このような階段形状の凸部を簡易に作成することができる。
【0043】
(2)第2の実施の形態
この実施の形態においては、1回の感光性樹脂の塗布に対する露光処理の繰り返しにより、第1の実施の形態に係るプリンタヘッド1と同様の凸部を形成し、この凸部によりプリンタヘッドの信頼性を向上する。なお以下の説明において、第1の実施の形態のプリンタヘッド1と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【0044】
すなわちこの実施の形態のプリンタヘッド21は、図6(A)に示すように、第1の実施の形態に係るプリンタヘッド1と同一の半導体基板2上に、スピンコートにより感光性樹脂24が配置される。ここでこの感光性樹脂24は、ポジ型のレジスト、CRC−8300(住友ベークライト社製)であり、感光性樹脂24をスピンコートする条件は、回転速度1200〔rpm〕、主回転数維持時間30〔秒〕であった。感光性樹脂24は、スピンコートの後、ホットプレート上にて120度で4分間プリベーク処理される。
【0045】
プリンタヘッド21は、その後、パターンマスク28を用いて露光処理(図6(B)、現像処理される(図6(C))。この露光の処理において、プリンタヘッド21は、凸部の先端部分が未露光領域となるように処理される。また露光する領域においては、所定膜厚により未露光の部分が残るように、露光の条件等が設定される。これによりこの実施の形態では、これら露光、現像の処理により、凸部の土台部分の膜厚により感光性樹脂24が基板2上に取り残され、さらにこの取り残された感光性樹脂24に、凸部の先端部分29を形成するようになされている。なお先端部分29は、膜厚約10〔μm〕により形成した。
【0046】
なおこの露光の処理においては、175〔mJ/cm2 〕の光量により実行した。また現像の処理は、アルカリ現像液(NMD−3 東京応化社製)にて静止状態で20秒間、続いて回転速度800〔rpm〕による20秒間のパドル現像により実行し、その後、超純水にて回転速度800〔rpm〕による10秒間のパドルリンスを行い、続いて回転速度2000〔rpm〕による30秒間のスピン乾燥を行った。
【0047】
プリンタヘッド21は、続いて同様の露光、現像の処理により、凸部30の土台部分36が形成される(図7(D)及び(E))。ここでこの露光の処理は、土台部分36が未露光領域となるように、所定のパターンマスク25を用いて、光量110〔mJ/cm2 〕により実行した。なお現像は、先端部分29の場合と同一の条件により実行した。また同様に、先端部分29と同一の条件により、リンス、乾燥の処理を実行した。因みに、このようにして作成した凸部30は、全体として高さが約14〔μm〕であった。
【0048】
プリンタヘッド21は、続いてクリーンオーブンにより約310度で1時間のベーク処理を実行してキュアされ(図7(F))、凸部30を完成した。なおここでこのようにしてキュアした後において、凸部30は、全体としての高さが約9.5〔μm〕であった。プリンタヘッド21は、このようにして凸部30が形成された後、第1の実施の形態と同一の工程により作成される。
【0049】
この実施の形態によれば、露光の都度の現像処理を実行して、1回の感光性樹脂の塗布に対する露光処理の繰り返しにより凸部を形成することにより、第1の実施の形態に比して少ない工程数により、第1の実施の形態と同一の効果を得ることができる。
【0050】
(3)第3の実施の形態
この実施の形態においては、第2の実施の形態について説明した凸部30の先端部分29を露光処理した後の、現像、リンス、乾燥の処理を省略し、土台部分36の現像、リンス、乾燥の処理により全体をまとめて現像、リンス、乾燥する。なおこのまとめた処理である現像、リンス、乾燥の処理においては、上述した第2の実施の形態における土台部分36の対応する処理と同一の条件により実行できた。
【0051】
この実施の形態によれば、露光の都度の現像を省略して、1回の感光性樹脂の塗布に対する露光処理の繰り返しにより凸部を形成することにより、第1の実施の形態に比してさらに一段と少ない工程数により、第1の実施の形態と同一の効果を得ることができる。
【0052】
(4)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、1種類の感光性樹脂により凸部を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、複数種類の組み合わせにより、例えば根元側と先端側とで異なる樹脂により凸部を形成してもよい。なおこのようにして、樹脂の選定によりさらに密着力を向上することも考えられる。
【0053】
また上述の実施の形態においては、単に露光、現像の処理の繰り返しにより凸部を形成することにより、側面の壁面が平坦な面となるように凸部を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図8に示すように、側面の壁面が凹形状となるように、また図9に示すように、先端の凸部が逆テーパー形状となるように作成してもよい。この場合、例えばUV露光による感光基架橋反応と、加熱によるエポキシ基の硬化剤との反応の2段階硬化機能を併せ持ったエポキシ樹脂(例えばチバガイギー社製Probimer)を使用して凸部を形成することにより、図8に示す断面形状の凸部を形成することができる。また露光後に、PEB(Post−Exposure−Bake)の処理を適宜、実行することにより、図9に示す逆テーパ型に凸部を形成することができる。
【0054】
また上述の実施の形態においては、2段構造により凸部を作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、3段以上の複数段により凸部を形成するようにしてもよい。
【0055】
また上述の実施の形態においては、土台のほぼ中央部分に、先端側の凸部を形成することにより、対称形状に凸部を作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、非対称形状に作成してもよい。なおこの場合、例えば一方の側のみ階段形状とし、他方の側は、平坦な壁面としてもよい。
【0056】
また上述の実施の形態においては、インク液室及びインク流路の隔壁に凸部を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらの隔壁の中で、充分な膜厚を確保できない部位等に選択的に凸部を形成してもよい。
【0057】
また上述の実施の形態においては、引張弾性率が10〔MPa〕〜5〔GPa〕である、所定のレジストにより凸部を作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて種々の樹脂材料を広く適用することができる。
【0058】
また上述の実施の形態においては、ヒーターの加熱によりインク液滴を飛び出させる構成のプリンタヘッドに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば静電アクチュエータ等、種々の素子の駆動によりインク液滴を飛び出させる構成のプリンタヘッド、このプリンタヘッドを用いたプリンタに広く適用することができる。
【0059】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、隔壁を構成する樹脂材料と基板との間に、隔壁に沿って延長する断面階段形状による凸部を配置することにより、従来に比して格段的に信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るプリンタヘッドを示す断面図である。
【図2】図1のプリンタヘッドの作成工程の説明に供する断面図である。
【図3】図2の続きの工程の説明に供する断面図である。
【図4】図3の続きの工程の説明に供する断面図である。
【図5】図1のプリンタヘッドにおける凸部についての各種試験結果を示す図表である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係るプリンタヘッドの作成工程の説明に供する断面図である。
【図7】図6の続きの工程の説明に供する断面図である。
【図8】他の実施の形態に係るプリンタヘッドに適用される凸部を示す断面図である。
【図9】先端を逆テーパー形状とした凸部を示す断面図である。
【符号の説明】
1、21……プリンタヘッド、2……半導体基板、3……ヒーター、4、7、24……感光性樹脂、6、9、10、29、30、36……凸部、11……ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a printer head and a printer, and can be applied to, for example, a thermal ink jet printer. In the present invention, by arranging a convex portion having a cross-sectional step shape extending along the partition wall between the resin material constituting the partition wall and the substrate, the reliability can be significantly improved as compared with the conventional case. It can be so.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an inkjet printer using a thermal method, an ink liquid chamber, an ink flow path, a nozzle, and the like are formed on a semiconductor substrate on which a heater is arranged using a resin material such as photosensitive epoxy, and a printer head is created. (For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-154947, 3-184868, 6-286149, and 7-214783).
[0003]
In a printer head that creates an ink liquid chamber or the like with a resin material in this manner, after forming a mold such as an ink liquid chamber on a semiconductor substrate, a resin material that constitutes the wall surface of the ink liquid chamber is disposed, and then A method for creating an ink liquid chamber or the like by removing a mold such as an ink liquid chamber or the like has been proposed. Also, a method for creating an ink liquid chamber or the like is proposed by forming a photosensitive resin layer on a semiconductor substrate, then repeatedly exposing and developing the photosensitive resin film using a plurality of types of masks. (Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-216951, 4-216925, 5-124205, 11-53372, etc.).
[0004]
However, in any of these methods, the ink liquid chamber is formed by arranging the wall surface of the ink liquid chamber on the semiconductor substrate with a resin material, so that the gap between the semiconductor substrate and this type of resin material is obtained. However, there is a drawback that it is difficult to ensure sufficient adhesion strength. As a result, when it is in contact with a weakly alkaline ink that is generally used for a long time, a partial peeling due to erosion or swelling occurs at the joint between the semiconductor substrate and the resin material, and in the worst case, it is adjacent. The ink flow path is communicated by peeling of the joint portion. In this case, ink crosstalk occurs in the printer head, making it difficult to obtain a beautiful print result.
[0005]
Therefore, in the printer head, for the purpose of increasing the adhesion strength, a method of arranging an intermediate layer between the semiconductor substrate and the resin material (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-96734, 7-137263, and 9-24613, JP-A-11-348290) are proposed. Japanese Patent Laid-Open No. 11-348291 proposes a method of increasing the adhesion by arranging a resin structure such as an ink liquid chamber on a semiconductor substrate by welding, and in Japanese Patent Laid-Open No. 9-277539. There has been proposed a method of increasing the adhesion by sandwiching the wall surface of the ink liquid chamber with a predetermined structure.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these methods, it is not possible to ensure a sufficient adhesion force practically, and thus the conventional printer head still has an insufficient problem in terms of reliability.
[0007]
The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to propose a printer head and a printer that can remarkably improve the reliability as compared with the prior art.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention according to
[0009]
In the invention of
[0010]
According to the configuration of
[0011]
Thus, according to the configuration of the eighth aspect, it is possible to obtain a printer that has remarkably improved reliability as compared with the conventional one.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[0013]
(1) First Embodiment (1-1) Configuration of the First Embodiment FIG. 1 is a sectional view showing a printer head according to the first embodiment of the present invention. The
[0014]
The
[0015]
Here, as shown in FIG. 2A, the
[0016]
The
[0017]
Here, the photosensitive resin 4 is a material having high adhesion to the
[0018]
The conditions for spin coating the photosensitive resin 4 were a rotational speed of 3000 [rpm] and a main rotational speed maintaining time of 30 [seconds]. The pre-baking was performed using a hot plate at 90 degrees and 120 seconds, and the exposure process was performed with a light amount of 120 mJ / cm 2 . The development process was performed by developing for 70 seconds in a static state with a dedicated developer (ZCOAT-D01 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), and then performing paddle development for 20 seconds by rotating the wafer at a rotation speed of 1000 [rpm]. In this embodiment, a paddle rinse for 15 seconds in which the wafer is rotated at a rotational speed of 1000 [rpm] is subsequently performed using a dedicated rinsing solution (ZCOAT-R01 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.). Spin drying was performed at 2500 [rpm] for 15 seconds. The curing process was performed at 300 ° C. for 1 hour in a clean oven sufficiently substituted with nitrogen.
[0019]
By this series of processes related to exposure, development, and curing, in this embodiment, the semiconductor substrate is formed at the substantially central portion of the portion where the partition such as the ink liquid chamber is formed so as to surround the
[0020]
The
[0021]
Here, the
[0022]
After the
[0023]
Subsequently, in this embodiment, curing was performed under the same conditions as in the case of the
[0024]
With this series of processes, in this embodiment, with respect to the
[0025]
On the other hand, the ink flow path, the
[0026]
In the
[0027]
(1-2) Operation of the First Embodiment In the above-described configuration, the
[0028]
The
[0029]
That is, FIG. 5 is a chart showing the characteristics of the
[0030]
Here, the adhesion is a result of placing a test piece of each resin material on a predetermined test substrate and performing a peel test after a pressure cooker test. Here, the test substrate has a SiN film formed by 1 [μm] on a 5-inch silicon substrate by plasma CVD, and a Ta film formed by 0.5 [μm] by sputtering on a 5-inch silicon substrate. And used. The SiN film and the Ta film are films that form the protective layer and the
[0031]
The test piece is formed by applying each photosensitive resin to a test substrate with a film thickness of 5 [μm] by spin coating under the conditions shown in FIG. 5 and creating a base test pattern based on JIS-D-0202. did. Here, the rotation time by spin coating is 30 [seconds]. In addition, the substrate test pattern is exposed by a projection exposure apparatus, then dip-developed in a quartz container using a developer solution dedicated to each resin, and rinsed and removed with a dedicated rinse solution or ultrapure water for each resin. Ion treatment was performed, followed by spin drying in a nitrogen atmosphere using a spin dryer and curing.
[0032]
The pressure cooker test was performed by leaving the sample thus prepared in an environment of a temperature of 125 degrees, a pressure of 2 atmospheres, and a humidity of 100% for 100 hours. The peeling test was carried out by bringing the tape into close contact and then peeling it off (so-called tape peeling test).
[0033]
The results of this peel test are shown in FIG. 5 by using the denominator for the number of test objects and the numerator for the number where no abnormality occurred. According to this test result, it can be seen that a sufficient adhesion with the
[0034]
The ink resistance was determined by immersing a sample prepared in the same manner into a test ink solution composed of pure water, ethylene glycol, dye, etc. at a temperature of 60 ° C. for 2200 hours or more, and determining the change in film thickness.
[0035]
Here, in this test, a sample was prepared under the same conditions as in the adhesion test. However, in the exposure process, a photomask based on a 20 μm line & space pattern was used. This photomask is laid out so that both positive and negative types of lines and spaces are almost uniform on the entire surface of the substrate, so that a single photomask can evaluate both positive and negative types of photosensitive resin. This is what is being considered.
[0036]
The decrease in film thickness due to this ink resistance test is shown in FIG. According to this test, it was found that although some film loss was observed in some photosensitive resins, sufficient reliability could be secured even when various inks were used for a long period of time.
[0037]
The solvent resistance is determined by immersing the uncured sample used for the adhesion test in each organic solvent held at 30 degrees for 72 hours, and determining the change in film thickness. In addition, about these organic solvents, it is a solvent contained in the resin material which comprises partition walls, such as an ink liquid chamber. The change in film thickness was obtained by drying the sample in a nitrogen atmosphere at room temperature, measuring the film thickness of the stepped portion with a step-type film thickness meter, and calculating the film thickness change before immersion as the film reduction rate.
[0038]
As shown in FIG. 5, in any case, since the film reduction rate is 5% or less, it can be seen that the solvent resistance of each photosensitive resin after curing is sufficient.
[0039]
(1-3) Effects of First Embodiment According to the above configuration, the convex portion having the cross-sectional step shape extending along the partition is disposed between the resin material forming the partition and the semiconductor substrate. As a result, the contact area between the resin material and the convex portion can be greatly increased as compared with the conventional intermediate layer, and the adhesiveness is improved compared with the conventional one, and the reliability is greatly improved. Can be improved.
[0040]
At this time, by forming the convex portion with a material having a tensile elastic modulus of 10 [MPa] to 5 [GPa], sufficient adhesion can be secured even with the semiconductor substrate.
[0041]
Further, by forming a convex portion by exposing the photosensitive resin, the convex portion can be formed by applying a semiconductor manufacturing process, and a printer head can be easily created with high accuracy accordingly. .
[0042]
In addition, by repeating the process of applying and exposing a photosensitive resin, this convex portion can be formed, and such a step-shaped convex portion can be easily created.
[0043]
(2) Second Embodiment In this embodiment, a convex portion similar to the
[0044]
That is, in the
[0045]
The
[0046]
The exposure process was performed with a light amount of 175 [mJ / cm 2 ]. Further, the development process is carried out with an alkaline developer (NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) for 20 seconds in a stationary state, followed by paddle development for 20 seconds at a rotation speed of 800 [rpm]. Then, paddle rinsing was performed for 10 seconds at a rotational speed of 800 [rpm], followed by spin drying for 30 seconds at a rotational speed of 2000 [rpm].
[0047]
In the
[0048]
The
[0049]
According to this embodiment, the development processing is executed for each exposure, and the convex portions are formed by repeating the exposure processing for one application of the photosensitive resin, thereby comparing with the first embodiment. Thus, the same effects as those of the first embodiment can be obtained with a small number of steps.
[0050]
(3) Third Embodiment In this embodiment, the development, rinsing and drying processes after the exposure of the
[0051]
According to this embodiment, the development at each exposure is omitted, and the convex portion is formed by repeating the exposure process for one application of the photosensitive resin, compared with the first embodiment. Further, the same effect as that of the first embodiment can be obtained with a much smaller number of steps.
[0052]
(4) Other Embodiments In the above-described embodiment, the case where the convex portion is formed by one type of photosensitive resin has been described. However, the present invention is not limited to this, and by combining a plurality of types, for example, The convex portions may be formed of different resins on the base side and the tip side. In this way, it is conceivable to further improve the adhesion by selecting the resin.
[0053]
Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which the convex portion is formed by simply repeating the exposure and development processes so that the side wall surface becomes a flat surface. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 8, the side wall surface may be formed in a concave shape, and as shown in FIG. 9, the tip convex portion may be formed in a reverse tapered shape. In this case, for example, a convex portion is formed by using an epoxy resin (for example, Ciba Geigy's Probimer) having a two-step curing function of photosensitive group crosslinking reaction by UV exposure and reaction with an epoxy group curing agent by heating. Thus, the convex portion having the cross-sectional shape shown in FIG. 8 can be formed. Further, by appropriately performing a PEB (Post-Exposure-Bake) process after exposure, a convex portion can be formed in the reverse taper type shown in FIG.
[0054]
In the above-described embodiment, the case where the convex portion is created by the two-stage structure has been described. However, the present invention is not limited to this, and the convex portion may be formed by a plurality of three or more stages.
[0055]
Moreover, in the above-described embodiment, the case where the convex portion is created in a symmetrical shape by forming the convex portion on the front end side in the substantially central portion of the base has been described. However, the present invention is not limited to this and is asymmetrical. You may create a shape. In this case, for example, only one side may have a staircase shape, and the other side may have a flat wall surface.
[0056]
In the above-described embodiment, the case where the convex portions are formed in the partition walls of the ink liquid chamber and the ink flow path has been described. However, the present invention is not limited to this, and a sufficient film thickness is formed in these partition walls. You may selectively form a convex part in the site | part etc. which cannot be ensured.
[0057]
Moreover, in the above-described embodiment, the case where the convex portion is created by a predetermined resist having a tensile elastic modulus of 10 [MPa] to 5 [GPa] has been described, but the present invention is not limited to this and is necessary. Accordingly, various resin materials can be widely applied.
[0058]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a printer head configured to eject ink droplets by heating with a heater has been described. However, the present invention is not limited to this, and various types such as an electrostatic actuator can be used. The present invention can be widely applied to printer heads configured to eject ink droplets by driving these elements, and printers using this printer head.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a protrusion having a cross-sectional staircase shape extending along the partition wall is arranged between the resin material constituting the partition wall and the substrate, so that it is remarkably more reliable than conventional ones. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a printer head according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a production process of the printer head of FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a step subsequent to FIG. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a step subsequent to FIG. 3;
FIG. 5 is a chart showing various test results for convex portions in the printer head of FIG. 1;
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a printer head manufacturing process according to a second embodiment of the invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a step subsequent to FIG. 6;
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a convex portion applied to a printer head according to another embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a convex portion whose tip is reverse tapered.
[Explanation of symbols]
1,2 ... Printer head, 2 ... Semiconductor substrate, 3 ... Heater, 4, 7, 24 ... Photosensitive resin, 6, 9, 10, 29, 30, 36 ... Projection, 11 ... Nozzle
Claims (7)
少なくとも前記インク液室の隔壁に沿って延長し、土台部と先端部を有し前記土台部と前記先端部の間に段差が設けられた凸部が、前記隔壁が作成される部位の全部又は一部に、前記基板に密着して形成され、
前記凸部が前記隔壁内に埋め込まれて前記隔壁と密着し、
前記凸部を形成する樹脂材料の前記基板に対する密着力は、前記隔壁を形成する樹脂材料の前記基板に対する密着力よりも大きい
ことを特徴とするプリンタヘッド。On a substrate of a driving element of the ink held in the ink chamber is protruded from the nozzle, the ink liquid chamber by a resin material, the ink flow path, the printer head comprising forming a nozzle,
A convex portion extending at least along the partition wall of the ink liquid chamber and having a base portion and a tip portion and having a step between the base portion and the tip portion is the entire portion where the partition wall is created or In part, formed in close contact with the substrate,
The convex portion is embedded in the partition wall in close contact with said partition wall,
The printer head according to claim 1, wherein an adhesion force of the resin material forming the convex portion to the substrate is larger than an adhesion force of the resin material forming the partition wall to the substrate .
ことを特徴とする請求項1に記載のプリンタヘッド。The printer head according to claim 1, wherein the convex portion is formed by exposing a photosensitive resin.
ことを特徴とする請求項1に記載のプリンタヘッド。The printer head according to claim 1, wherein the convex portion is formed by repeating a process of applying and exposing a photosensitive resin.
ことを特徴とする請求項4に記載のプリンタヘッド。The printer head according to claim 4, wherein the photosensitive resin that is repeatedly applied is a different resin.
ことを特徴とする請求項1に記載のプリンタヘッド。The printer head according to claim 1, wherein the convex portion is formed by repeating exposure for one application of the photosensitive resin.
ことを特徴とする請求項5に記載のプリンタヘッド。The printer head according to claim 5 , wherein a development process is executed in each of the repeated exposures.
前記プリンタヘッドは、
少なくとも前記インク液室の隔壁に沿って延長し、土台部と先端部を有し前記土台部と前記先端部の間に段差が設けられた凸部が、前記隔壁が作成される部位の全部又は一部に、前記基板に密着して形成され、
前記凸部が前記隔壁内に埋め込まれて前記隔壁と密着し、
前記凸部を形成する樹脂材料の前記基板に対する密着力は、前記隔壁を形成する樹脂材料の前記基板に対する密着力よりも大きい
ことを特徴とするプリンタ。On a substrate of the ink held in the ink chamber has a driving element which protruded from the nozzle, the ink liquid chamber by a resin material, the ink flow path in the printer by the printer head that is produced by forming a nozzle,
The printer head is
A convex portion extending at least along the partition wall of the ink liquid chamber and having a base portion and a tip portion and having a step between the base portion and the tip portion is the entire portion where the partition wall is created or In part, formed in close contact with the substrate,
The convex portion is embedded in the partition wall in close contact with said partition wall,
The printer is characterized in that the adhesive force of the resin material forming the convex portion to the substrate is larger than the adhesive force of the resin material forming the partition wall to the substrate .
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