JP6551010B2 - 圧電デバイス、液体噴射ヘッド、及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１の電極層が形成された第１の基板と第１の電極層に導通する第２の電極層が形成された第２の基板とを備えた圧電デバイス、液体噴射ヘッド、及び圧電デバイスの製造方法に関するものである。

圧電デバイスは、圧電素子を備え、各種の液体噴射装置や振動センサー等に応用されている。例えば、液体噴射装置では、圧電デバイスを利用して液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射（吐出）する。この液体噴射装置としては、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成基板、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧電素子（アクチュエーターの一種）、及び、当該圧電素子に対して間隔を開けて配置された封止板等が積層されている。そして、上記の圧電素子は、駆動ＩＣ（ドライバーＩＣともいう。）から供給される駆動信号により駆動される。このような液体噴射ヘッドとしては、駆動ＩＣ或いは駆動ＩＣが搭載されたＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等が封止板の上面（圧電素子とは反対側の面）側に接続され、封止板の上下の両面に形成された配線、封止板を貫通する貫通孔内に形成された貫通配線、及び、圧力室形成基板側と封止板側とを導通させるバンプ等を介して、駆動ＩＣからの駆動信号を圧電素子に供給するものが開示されている（特許文献１）。

国際公開第２０１２／１７６８７５号

ところで、２つの基板間を導通させるバンプとしては、はんだを用いたはんだバンプや金属（例えば、金等）からなる金属バンプが知られている。しかしながら、はんだバンプは、溶融時の濡れ広がりを制御することが困難であり、微細な電極を形成し難いため、液体噴射ヘッドの小型化に対応できない。このため、溶融させることなく、半導体プロセス（即ち、成膜工程、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程等）により形成できる金属バンプを用いることが考えられている。しかしながら、金属バンプは剛性が高いため、両基板の接合時において金属バンプを確実に導通させるべく基板間に加える圧力が増大し易い。このため、基板が破損する虞があった。特に、封止板は、貫通配線を形成するための貫通孔が形成されているため、破損し易い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１の電極層が形成された第１の基板と第１の電極層に導通する第２の電極層が形成された第２の基板とを接合する際に、これらの基板が破損することを抑制できる圧電デバイス、液体噴射ヘッド、及び圧電デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明の圧電デバイスは、上記目的を達成するために提案されたものであり、一の面に圧電素子が形成された第１の基板と、
板厚方向に貫通した貫通孔及び当該貫通孔の内部に形成された導体部からなる貫通配線が形成された第２の基板と、を備え、
前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板の他方の基板に対向する面には、前記他方の基板に向けて突設された弾性体からなる樹脂部と、当該樹脂部の前記他方の基板側の表面に沿って形成された第１の電極層と、が設けられ、
前記他方の基板の前記一方の基板に対向する面には、第１の電極層と導通する第２の電極層が設けられ、
前記第１の電極層と前記第２の電極層とが当接した状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とが接合されたことを特徴とする。

この構成によれば、第１の電極層が弾性を有する樹脂部の表面に形成されているため、第１の基板と第２の基板とを接合する際に、樹脂部の弾性変形により第１の電極層と第２の電極層との接合面積を確保して両者をより確実に導通させることができる。これにより、第１の電極層と第２の電極層との導通に必要な、第１の基板と第２の基板との間に加える圧力（荷重）を低減することが可能となる。その結果、基板の破損を抑制することができる。

また、上記構成において、前記樹脂部及び前記第１の電極層の前記他方の基板側の表面には、円弧状に湾曲した部分を含む曲面が形成されたことが望ましい。

この構成によれば、第１の基板と第２の基板との間に加える圧力を一層低減できる。

さらに、上記各構成において、前記樹脂部及び前記第１の電極層は、前記第１の基板に設けられ、
前記第２の電極層は、前記第２の基板に設けられたことが望ましい。

この構成によれば、樹脂部の形成時に熱を加えたとしても、この熱は第１の基板に伝わるため、第２の基板と貫通配線の導体部との線膨張率の違いにより第２の基板が破損することを抑制することができる。

また、本発明の液体噴射ヘッドは、上記各構成の圧電デバイスを備えたことを特徴とする。

さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、一の面に圧電素子が形成された第１の基板と、
板厚方向に貫通した貫通孔及び当該貫通孔の内部に形成された導体部からなる貫通配線が形成された第２の基板と、が接合された圧電デバイスの製造方法であって、
前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板の表面に、弾性体からなる樹脂部を突設する樹脂部形成工程と、
前記樹脂部の前記一方の基板とは反対側の表面に沿って第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、
前記他方の基板の前記第１の電極層に対応する領域に、第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層とが当接した状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する基板接合工程と、
を含むことを特徴とする。

この方法によれば、第１の電極層が弾性を有する樹脂部の表面に形成されるため、基板接合工程において、樹脂部の弾性変形により第１の電極層と第２の電極層との接合面積を確保して両者を導通させることができる。これにより、第１の電極層と第２の電極層との導通に必要な、第１の基板と第２の基板との間に加える圧力を低減することができる。

また、上記方法において、前記樹脂部形成工程は、前記樹脂部の前記一方の基板とは反対側の表面に、円弧状に湾曲した部分を含む曲面を形成する工程を含むことが望ましい。

この構成によれば、基板接合工程において、第１の基板と第２の基板との間に加える圧力を一層抑制できる。

さらに、上記方法において、前記樹脂部及び前記第１の電極層は、前記第１の基板に形成され、
前記第２の電極層は、前記第２の基板に形成されたことが望ましい。

この方法によれば、樹脂部形成工程において樹脂部に熱を加えたとしても、この熱は第１の基板に伝わるため、第２の基板と貫通配線の導体部との線膨張率の違いにより第２の基板が破損することを抑制することができる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 樹脂コアバンプの製造工程を説明する模式図である。 第２の実施形態における記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明に係る圧電デバイスを備えた液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）、及び、これを搭載した液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対してインク（液体の一種）を噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）によって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。

次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の構成を説明する断面図である。図３は、記録ヘッド３の要部を拡大した断面図であり、樹脂コアバンプ４０の接合部を説明する断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、圧電デバイス１４及び流路ユニット１５が積層された状態でヘッドケース１６に取り付けられている。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。

ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には後述する共通液室２５にインクを供給する液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、共通液室２５と共に、複数並設された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間である。本実施形態では、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２つ形成されている。また、２つの液体導入路１８の間には、ヘッドケース１６の下面側からヘッドケース１６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空間１７が形成されている。この収容空間１７内には、連通基板２４上に積層された圧電デバイス１４（圧力室形成基板２９、封止板３３等）が収容されている。

ヘッドケース１６の下面に接合された流路ユニット１５は、連通基板２４及びノズルプレート２１を有している。連通基板２４は、シリコン製の板材であり、本実施形態では、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この連通基板２４には、図２に示すように、液体導入路１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される共通液室２５と、この共通液室２５を介して液体導入路１８からのインクを各圧力室３０に個別に供給する個別連通路２６とが、エッチングにより形成されている。共通液室２５は、ノズル列方向に沿った長尺な空部であり、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２列形成されている。この共通液室２５は、連通基板２４の板厚方向を貫通した第１液室２５ａと、連通基板２４の下面側から上面側に向けて当該連通基板２４の板厚方向の途中まで窪ませ、上面側に薄板部を残した状態で形成された第２液室２５ｂと、から構成される。個別連通路２６は、第２液室２５ｂの薄板部において、圧力室３０に対応して当該圧力室３０の並設方向に沿って複数形成されている。この個別連通路２６は、連通基板２４と圧力室形成基板２９とが接合された状態で、対応する圧力室３０の長手方向における一側の端部と連通する。

また、連通基板２４の各ノズル２２に対応する位置には、連通基板２４の板厚方向を貫通したノズル連通路２７が形成されている。すなわち、ノズル連通路２７は、ノズル列に対応して当該ノズル列方向に沿って複数形成されている。このノズル連通路２７によって、圧力室３０とノズル２２とが連通する。本実施形態のノズル連通路２７は、連通基板２４と圧力室形成基板２９とが接合された状態で、対応する圧力室３０の長手方向における他側（個別連通路２６とは反対側）の端部と連通する。

ノズルプレート２１は、連通基板２４の下面（圧力室形成基板２９とは反対側の面）に接合されたシリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。本実施形態では、このノズルプレート２１により、共通液室２５となる空間の下面側の開口が封止されている。また、ノズルプレート２１には、複数のノズル２２が直線状（列状）に開設されている。本実施形態では、２列に形成された圧力室３０の列に対応して、ノズル列が２列形成されている。この並設された複数のノズル２２（ノズル列）は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチ（例えば６００ｄｐｉ）で、主走査方向に直交する副走査方向に沿って等間隔に設けられている。なお、ノズルプレートを連通基板における共通液室から内側に外れた領域に接合し、共通液室となる空間の下面側の開口を例えば可撓性を有するコンプライアンスシート等の部材で封止することもできる。このようにすれば、ノズルプレートを可及的に小さくできる。

本実施形態の圧電デバイス１４は、図２に示すように、圧力室形成基板２９、振動板３１、圧電素子３２、封止板３３及び駆動ＩＣ３４が積層されてユニット化され、収容空間１７内に収容されている。

圧力室形成基板２９は、シリコン製の硬質な板材であり、本実施形態では、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板２９には、エッチングにより一部が板厚方向に完全に除去されて、圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数並設されている。この空間は、下方が連通基板２４により区画され、上方が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。また、この空間、すなわち圧力室３０は、２列に形成されたノズル列に対応して２列に形成されている。各圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺に形成され、長手方向の一側の端部に個別連通路２６が連通すると共に、他側の端部にノズル連通路２７が連通する。

振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室形成基板２９の上面（連通基板２４側とは反対側の面）に積層されている。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、振動板３１によって、圧力室３０の上面が区画されている。この振動板３１における圧力室３０（詳しくは、圧力室３０の上部開口）に対応する部分は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。すなわち、振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する領域が、撓み変形が許容される駆動領域となる。この駆動領域（変位部）の変形（変位）により、圧力室の容積は変化する。一方、振動板３１における圧力室３０の上部開口から外れた領域が、撓み変形が阻害される非駆動領域となる。

なお、振動板３１は、例えば、圧力室形成基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、から成る。そして、この絶縁膜上（振動板３１の圧力室形成基板２９側とは反対側の面）における各圧力室３０に対応する領域（すなわち駆動領域）に圧電素子３２がそれぞれ積層されている。各圧電素子３２は、ノズル列方向に沿って２列に並設された圧力室３０に対応して、当該ノズル列方向に沿って２列に形成されている。なお、圧力室形成基板２９及びこれに積層された振動板３１が本発明における第１の基板に相当する。

本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、例えば、振動板３１上に、下電極層、圧電体層及び上電極層が順次積層されてなる。このように構成された圧電素子３２は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。各圧電素子３２からは、図２に示すように、駆動配線３７（本発明における第２の電極層に相当）が圧電素子３２より外側（すなわち、非駆動領域）まで引き回されている。すなわち、振動板３１の封止板３３に対向する面には、駆動配線３７が形成されている。この駆動配線３７は、圧電素子３２を駆動するための駆動信号を当該圧電素子３２に供給する配線であり、圧電素子３２からノズル列方向（すなわち、圧電素子３２の並設方向）に直交する方向に沿って振動板３１の端部まで延設されている。なお、駆動配線３７は、金属、例えば、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、又は、これらの合金等からなる。

封止板３３（本発明における第２の基板に相当）は、図２に示すように、振動板３１（或いは、圧電素子３２）に対して間隔をあけて配置された平板状の基板である。本実施形態では、表面（上面及び下面）の結晶面方位を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この封止板３３の上面（圧電素子３２側とは反対側の面）には、圧電素子３２を駆動するための駆動信号を出力する駆動ＩＣ３４が配置されている。また、封止板３３の下面（圧電素子３２側の面）には、駆動ＩＣ３４からの駆動信号を圧電素子３２側に出力する複数の樹脂コアバンプ４０が形成されている。この樹脂コアバンプ４０は、図２に示すように、一方の圧電素子３２の列から延設された一方の駆動配線３７に対応する位置、及び、他方の圧電素子３２の列から延設された他方の駆動配線３７に対応する位置に、それぞれノズル列方向に沿って複数形成されている。そして、各樹脂コアバンプ４０は、それぞれ対応する駆動配線３７に接続されている。

本実施形態における樹脂コアバンプ４０は、弾性を有しており、封止板３３の駆動配線３７に対向する領域において振動板３１側に向けて突設されている。具体的には、図３に示すように、樹脂コアバンプ４０は、振動板３１側に向けて突設された弾性体からなる樹脂部４０ａと、当該樹脂部４０ａの振動板３１側の表面に沿って形成された電極層４０ｂ（本発明における第１の電極層に相当）と、を備えている。本実施形態における樹脂部４０ａは、封止板３３の下面においてノズル列方向に沿って突条に形成されている。また、電極層４０ｂは、ノズル列方向に沿って並設された圧電素子３２に対応して、当該ノズル列方向に沿って複数形成されている。すなわち、樹脂コアバンプ４０は、圧電素子３２に対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。そして、樹脂部４０ａ及び電極層４０ｂの駆動配線３７に対向する側の面（樹脂コアバンプ４０の下面）は、ノズル列方向に直交する方向における断面視で圧力室形成基板２９側に向けて円弧状に湾曲して形成されている。このような樹脂コアバンプ４０は、その下面の円弧状の部分が対応する駆動配線３７に押し当てられて弾性変形することで、駆動配線３７と導通する。

なお、樹脂部４０ａとしては、例えば、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等からなる弾性を有する樹脂が用いられる。また、電極層４０ｂとしては、例えば、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、又は、これらの合金等からなる金属が用いられる。なお、各電極層４０ｂは、封止板３３の下面において、樹脂部４０ａ上からノズル列方向に直交する方向に沿って内側（圧電素子３２側）に外れて延設され、下面側配線４７となる。この下面側配線４７は、樹脂コアバンプ４０と貫通配線４５（後述）とを接続する配線であり、樹脂部４０ａ上の電極層４０ｂとなる位置から貫通配線４５に対応する位置まで延設されている。換言すると、封止板３３の下面に形成された下面側配線４７の一部は、貫通配線４５に対応する位置からノズル列方向に直交する方向に沿って樹脂部４０ａ上まで延設されて、樹脂コアバンプ４０の電極層４０ｂを形成する。

また、図２に示すように、封止板３３の上面における中央部（樹脂コアバンプ４０に対応する領域から外れた領域）には、駆動ＩＣ３４に電源電圧等（例えば、ＶＤＤ１（低電圧回路の電源）、ＶＤＤ２（高電圧回路の電源）、ＶＳＳ１（低電圧回路の電源）、ＶＳＳ２（高電圧回路の電源））を供給する電源配線５３が複数（本実施形態では４つ）形成されている。この電源配線５３は、封止板３３の上面に埋め込まれた上面側埋設配線５０と、当該上面側埋設配線５０を覆うように積層された上面側配線４６とからなる。この電源配線５３の上面側配線４６上に、対応する駆動ＩＣ３４の電源バンプ電極５６が電気的に接続される。なお、上面側埋設配線５０は、銅（Ｃｕ）等の金属からなる。

さらに、封止板３３の上面における両端側の領域（詳しくは、電源配線５３が形成された領域から外側に外れた領域であって、樹脂コアバンプ４０に対応する領域）には、図２に示すように、駆動ＩＣ３４の駆動バンプ電極５７が接続されて、当該駆動ＩＣ３４からの信号が入力される接続端子５４が形成されている。この接続端子５４は、圧電素子３２に対応して、ノズル列方向に沿って複数形成されている。各接続端子５４からは、内側（圧電素子３２側）に向けて上面側配線４６が延設されている。この上面側配線４６の接続端子５４側とは反対側の端部は、貫通配線４５を介して、対応する下面側配線４７と接続されている。

貫通配線４５は、図２に示すように、封止板３３の下面と上面との間を中継する配線であり、封止板３３を板厚方向に貫通した貫通孔４５ａ、及び、当該貫通孔４５ａの内部に形成された金属等の導体からなる導体部４５ｂとからなる。本実施形態の導体部４５ｂは、銅（Ｃｕ）等の金属からなり、貫通孔４５ａ内に充填されている。この導体部４５ｂのうち貫通孔４５ａの下面側の開口部に露出した部分は、対応する下面側配線４７により被覆される。一方、導体部４５ｂのうち貫通孔４５ａの上面側の開口部に露出した部分は、対応する上面側配線４６により被覆される。この貫通配線４５により、接続端子５４から延設された上面側配線４６と、これに対応する樹脂コアバンプ４０から延設された下面側配線４７とが電気的に接続される。すなわち、上面側配線４６、貫通配線４５及び下面側配線４７からなる一連の配線により、接続端子５４とこれに対応する樹脂コアバンプ４０とが接続される。なお、貫通配線４５の導体部４５ｂは、貫通孔４５ａ内に充填される必要は無く、少なくとも貫通孔４５ａ内の一部に形成されていればよい。

このような封止板３３と圧力室形成基板２９（詳しくは、振動板３１が積層された圧力室形成基板２９）とは、図２及び図３に示すように、樹脂コアバンプ４０を介在させた状態で、熱硬化性及び感光性の両方の特性を有する感光性接着剤４３により接合されている。本実施形態では、ノズル列方向に対して直交する方向における各樹脂コアバンプ４０の両側、及び圧力室３０の列間に対応する位置に、感光性接着剤４３が形成されている。また、各感光性接着剤４３は、樹脂コアバンプ４０に対して離間した状態でノズル列方向に沿って帯状に形成されている。なお、感光性接着剤４３としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂等を主成分に含む樹脂が好適に用いられる。

封止板３３上に配置される駆動ＩＣ３４は、圧電素子３２を駆動するための信号を出力するＩＣチップであり、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等の接着剤５９を介して封止板３３の圧電素子３２側とは反対側の面上に積層されている。図２に示すように、この駆動ＩＣ３４の封止板３３側の面には、電源配線５３に接続される電源バンプ電極５６及び接続端子５４に接続される駆動バンプ電極５７が、ノズル列方向に沿って複数並設されている。電源バンプ電極５６は、電源配線５３からの電圧（電力）を駆動ＩＣ３４内の回路に取り込む端子である。また、駆動バンプ電極５７は、各圧電素子３２を駆動する信号を出力する端子である。本実施形態の駆動バンプ電極５７は、２列に並設された圧電素子３２の列に対応して、電源バンプ電極５６の両側に２列形成されている。

そして、上記のように形成された記録ヘッド３は、インクカートリッジ７からのインクを液体導入路１８、共通液室２５及び個別連通路２６を介して圧力室３０に導入する。この状態で、駆動ＩＣ３４からの駆動信号を、封止板３３に形成された各配線を介して圧電素子３２に供給することで、圧電素子３２を駆動させて圧力室３０に圧力変動を生じさせる。この圧力変動を利用することで、記録ヘッド３はノズル連通路２７を介してノズル２２からインク滴を噴射する。

なお、圧電デバイス１４の構成は、本実施形態のように封止板３３に駆動ＩＣ３４が積層された構成に限られない。例えば、封止板に駆動ＩＣが積層されず、封止板の表面に直接駆動回路を形成した構成を採用することもできる。換言すると、駆動回路が形成された駆動ＩＣを、封止板として用いることができる。その他、駆動ＩＣが搭載されたＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等を、封止板の上面に接続する構成を採用することもできる。

次に、上記した記録ヘッド３の製造方法、特に圧電デバイス１４の製造方法について、図４を用いて説明する。まず、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′では、ドライエッチング等により上面側埋設配線５０を形成するための凹部及び貫通孔４５ａを形成する。そして、電解めっき法により、凹部及び貫通孔４５ａ内に導電材料を形成し、上面側埋設配線５０及び導体部４５ｂ（すなわち貫通配線４５）を形成する。なお、電解めっき法により、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′には、導電材料が余分に析出するが、これらはＣＭＰ（化学機械研磨）法等を用いて除去される。

次に、樹脂コアバンプ４０を形成する。まず、樹脂部形成工程において、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′の下面に弾性体からなる樹脂部４０ａを突設する。具体的には、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′の下面に樹脂膜を製膜し、エッチング等により樹脂部４０ａとなる位置に樹脂をパターニングする。これにより、図４（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板３３′の下面に、ノズル列方向に直交する方向における断面視で略矩形状となる樹脂部４０ａが突設される。その後、加熱工程により、シリコン単結晶基板３３′と共に樹脂部４０ａを、例えば、約４００度に加熱し、その角を丸めて先端部が湾曲した樹脂部４０ａを形成する。すなわち、図４（ｂ）に示すように、下面（シリコン単結晶基板３３′とは反対側の面）が外側に向けて円弧状に湾曲した樹脂部４０ａが形成される。その後、下面側配線形成工程（本発明における第１の電極層形成工程に相当）において、半導体プロセスにより、シリコン単結晶基板３３′の下面に下面側配線４７を形成すると共に、樹脂部４０ａの表面に沿って電極層４０ｂを形成する。これにより、ノズル列方向に直交する方向における断面視で下面が円弧状に湾曲した樹脂コアバンプ４０が形成される。また、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′の上面において、上面側埋設配線５０を被覆する領域等に上面側配線４６を形成する。その結果、図２に示す封止板３３が作成される。

一方、圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板では、まず、上面（封止板３３と対向する側の面）に振動板３１を積層する。次に、圧電素子形成工程において、半導体プロセスにより、下電極層、圧電体層及び上電極層等を順次パターニングし、圧電素子３２を形成すると共に、樹脂コアバンプ４０の電極層４０ｂに対応する領域に駆動配線３７を形成する。すなわち、圧電素子形成工程内に含まれる駆動配線形成工程（本発明における第２の電極層形成工程に相当）において、半導体プロセスにより、駆動配線３７を形成する。そして、圧電素子３２及び駆動配線３７等が形成されたならば、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′と圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板とを接合する基板接合工程に移行する。

基板接合工程では、まず、圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板の上面（封止板３３と対向する側の面）に感光性接着剤層を製膜し、露光及び現像することで、所定の位置に感光性接着剤４３を形成する。なお、感光性接着剤は、封止板３３となるシリコン単結晶基板の下面の所定の位置に形成することもできる。感光性接着剤４３が形成されたならば、駆動配線３７と対応する樹脂コアバンプ４０の電極層４０ｂとが当接した状態で、封止板３３となるシリコン単結晶基板３３′と圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板とを接合する。具体的には、何れか一方のシリコン単結晶基板を他方のシリコン単結晶基板側に向けて相対的に移動させて、感光性接着剤４３を両シリコン単結晶基板の間に挟んで張り合わせる。この状態で、樹脂コアバンプ４０の弾性復元力に抗して、両シリコン単結晶基板を上下方向から加圧する。これにより、樹脂コアバンプ４０が押し潰される（弾性変形する）ことで、電極層４０ｂと駆動配線３７との接合面積が増加し、これにより、圧力室形成基板２９側の駆動配線３７と確実に導通をとることができる。そして、加圧しながら、感光性接着剤４３の硬化温度、例えば、約２００度まで加熱する。その結果、樹脂コアバンプ４０が押し潰され弾性変形した状態で、感光性接着剤４３が硬化し、両シリコン単結晶基板が貼り合わされる。

両シリコン単結晶基板が接合されたならば、圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板を下面側（封止板３３とは反対側）から研磨し、当該圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板を薄くする。その後、エッチング等により、薄くなった圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板に圧力室３０を形成する。これにより、図２に示す圧力室形成基板２９が作成されると共に、圧力室形成基板２９と封止板３３とが貼り合わされた接合構造体が作成される。このような接合構造体が作成されたならば、封止板３３の上面（圧力室形成基板２９とは反対側の面）に、接着剤５９を用いて駆動ＩＣ３４を接合する。これにより、圧電デバイス１４が作成される。なお、接着剤５９は、ＡＣＦ等の導電性接着剤であり、駆動ＩＣ３４が封止板３３に位置決めした状態で接合されると、電源バンプ電極５６と電源配線５３とが電気的に接続されると共に、駆動バンプ電極５７と接続端子５４とが電気的に接続される。

そして、上記のように作成された圧電デバイス１４は、接着剤等を用いて流路ユニット１５（連通基板２４）に位置決めされて固定される。そして、圧電デバイス１４をヘッドケース１６の収容空間１７に収容した状態で、ヘッドケース１６と流路ユニット１５とを接合することで、上記の記録ヘッド３が製造される。

このように、駆動配線３７に接続されるバンプを樹脂部４０ａ及び電極層４０ｂからなる樹脂コアバンプ４０で形成し、樹脂部４０ａを弾性変形させてこれらを接続したので、金属からなる金属バンプを駆動配線３７に接続する場合と比較して、圧力室形成基板２９と封止板３３との間に加える圧力を小さくしても駆動配線３７と電極層４０ｂとをより確実に導通させることができる。これにより、駆動配線３７と樹脂コアバンプ４０とを接合する際に、圧力室形成基板２９と封止板３３との間に加える圧力を低減することができる。その結果、圧力室形成基板２９又は封止板３３に割れやクラックが発生すること（すなわち、破損）を抑制できる。特に、貫通配線４５が形成されて比較的強度が低下し易い封止板３３の破損を抑制できる。また、樹脂部４０ａ及び電極層４０ｂの圧力室形成基板２９側の表面は、当該圧力室形成基板２９側に向けて円弧状に湾曲して形成されたので、樹脂コアバンプ４０がより弾性変形し易くなる。これにより、圧力室形成基板２９と封止板３３との間に加える圧力を一層低減できる。

ところで、上記した第１の実施形態では、樹脂コアバンプ４０を封止板３３側に形成したが、これには限られない。例えば、図５に示す第２の実施形態では、封止板３３側に樹脂コアバンプが形成されずに、圧力室形成基板２９側に樹脂コアバンプ４０′が形成されている。すなわち、第２の実施形態における封止板３３においては、樹脂部が形成されず、下面側配線４７′が当該封止板３３の下面に沿って形成されている。そして、下面側配線４７′は、貫通配線４５に対応する位置から圧力室形成基板２９側の樹脂コアバンプ４０′に対応する位置まで延設されて、樹脂コアバンプ４０′が当接される端子となっている。一方、圧力室形成基板２９においては、圧電素子３２より外側の非駆動領域に樹脂部４０ａ′が形成されている。圧電素子３２から延在された駆動配線３７は、この樹脂部４０ａ′と重なる位置まで延在され、樹脂コアバンプ４０′を構成する。すなわち、駆動配線３７が樹脂部４０ａ′の上面（封止板３３側の面）に沿って形成されて電極層４０ｂ′を形成する。なお、本実施形態では、駆動配線３７′により形成された電極層４０ｂ′が本発明における第１の電極層に相当し、これに対応する下面側配線４７′が、本発明における第２の電極層に相当する。また、その他の構成は上記した第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

次に、本実施形態における圧電デバイス１４の製造方法について説明する。まず、第１の実施形態と同様の方法で、封止板３３となるシリコン単結晶基板に凹部及び貫通孔４５ａを形成し、その後、上面側埋設配線５０及び導体部４５ｂ（すなわち貫通配線４５）を形成する。次に、下面側配線形成工程（本実施形態では、本発明における第２の電極層形成工程に相当）において、半導体プロセスにより、封止板３３となるシリコン単結晶基板の下面に下面側配線４７′を形成する。また、封止板３３となるシリコン単結晶基板の上面に上面側配線４６を形成する。これにより、封止板３３が作成される。

一方、圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板では、まず、上面（封止板３３と対向する側の面）に振動板３１を積層する。次に、樹脂部形成工程において、圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板の上面に、樹脂部４０ａ′を突設する。すなわち、第１の実施形態と同様の方法で、ノズル列方向に直交する方向における断面視で略矩形状となる樹脂部４０ａ′を突設する。その後、加熱工程により、その角を丸めて先端部が湾曲した樹脂部４０ａ′を形成する。すなわち、上面が外側に向けて円弧状に湾曲した樹脂部４０ａ′が形成される。樹脂部４０ａ′が形成されたならば、圧電素子形成工程において、半導体プロセスにより、下電極層、圧電体層及び上電極層等を順次パターニングし、圧電素子３２を形成すると共に、駆動配線３７′及び電極層４０ｂ′を形成する。すなわち、圧電素子形成工程内に含まれる駆動配線形成工程（本実施形態では、本発明における第１の電極層形成工程に相当）において、半導体プロセスにより、駆動配線３７′及び電極層４０ｂ′を形成する。これにより、樹脂コアバンプ４０′が形成され、図５に示す、圧力室形成基板２９が作成される。

その後の基板接合工程では、まず、封止板３３となるシリコン単結晶基板の下面の所定の位置に、第１の実施形態と同様の方法で感光性接着剤４３を形成する。なお、感光性接着剤は、圧力室形成基板となるシリコン単結晶基板の上面の所定の位置に形成することもできる。その後、第１の実施形態と同様に、下面側配線４７′と対応する樹脂コアバンプ４０′の電極層４０ｂ′とが当接した状態で、封止板３３となるシリコン単結晶基板と圧力室形成基板２９となるシリコン単結晶基板とを接合する。両シリコン単結晶基板が接合されたならば、第１の実施形態と同様の方法で、圧力室形成基板２９側のシリコン単結晶基板を研磨し、圧力室３０を形成する。そして、封止板３３の上面に、駆動ＩＣ３４を接合する。これにより、本実施形態における圧電デバイス１４が作成される。

このように、本実施形態では、樹脂コアバンプ４０′が圧力室形成基板２９に形成されるため、樹脂部形成工程に含まれる加熱工程において、圧力室形成基板２９側に熱を加えたとしても、当該圧力室形成基板２９には封止板３３に形成されるような貫通配線が形成されていないため、加熱によって圧力室形成基板２９が破損することがない。すなわち、封止板３３（封止板３３となるシリコン単結晶基板）側に熱を加える場合、封止板３３に形成された貫通配線４５の導体部４５ｂと当該封止板３３との線膨張率の違いにより、封止板３３が破損することが考えられる。このため、加熱工程において、加熱時間を長くすることで加熱温度を抑えたり、導体部４５ｂに用いられる材料を封止板３３と線膨張率の近い材料に限定したりする対策も考えられる。しかしながら、本実施形態では、封止板３３側に樹脂コアバンプ、すなわち樹脂部が形成されていないため、加熱工程において、封止板３３側に高温の熱が加わらず、このような破損を抑制できる。そして、このような破損を抑制すべく、加熱工程において加熱温度を抑えたり、導体部に用いられる材料を封止板と線膨張率の近い材料に限定したりする必要もない。その結果、圧電デバイス１４の製造が容易になる。

また、上記した各実施形態では、樹脂コアバンプ４０、４０′（樹脂部４０ａ、４０ａ′及び電極層４０ｂ、４０ｂ′）の表面は、円弧状に湾曲して形成されたが、これには限られない。要するに、この表面の少なくとも一部が円弧状に湾曲した部分を含む曲面であって、少なくとも一部が弾性変形した状態で対応する電極に接続できれば、どのような形状であっても良い。

そして、以上では、本発明の圧電デバイスとして、記録ヘッド３に組み込まれた圧電デバイス１４を例に挙げて説明したが、本発明は、その他の電子機器に設けられ圧電デバイスにも適用することができる。例えば、圧電素子をセンサーとして機能させる圧電デバイスにも適用することができる。また、液体噴射ヘッドとしては、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材吐出ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…圧電デバイス，１５…流路ユニット，１６…ヘッドケース，１７…収容空間，１８…液体導入路，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２４…連通基板，２５…共通液室，２６…個別連通路，２７…ノズル連通路，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３４…駆動ＩＣ，３７…駆動配線，４０…樹脂コアバンプ，４３…感光性接着剤，４５…貫通配線，４６…上面側配線，４７…下面側配線，５０…上面側埋設配線，５３…電源配線，５４…接続端子，５６…電源バンプ電極，５７…駆動バンプ電極，５９…接着剤

Claims (5)

1. 一の面に圧電素子が形成された第１の基板と、
   板厚方向に貫通した貫通孔及び当該貫通孔の内部に形成された導体部からなる貫通配線が形成された第２の基板と、を備え、
   前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板の他方の基板に対向する面には、前記他方の基板に向けて突設された弾性体からなる樹脂部と、当該樹脂部の前記他方の基板側の表面に沿って形成された第１の電極層と、が設けられ、
   前記他方の基板の前記一方の基板に対向する面には、第１の電極層と導通する第２の電極層が設けられ、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層とが当接した状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とが接合され、
   前記樹脂部及び前記第１の電極層は、前記第１の基板に設けられ、
   前記第２の電極層は、前記第２の基板に設けられたことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記樹脂部及び前記第１の電極層の前記他方の基板側の表面には、円弧状に湾曲した部分を含む曲面が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイスを備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 一の面に圧電素子が形成された第１の基板と、
   板厚方向に貫通した貫通孔及び当該貫通孔の内部に形成された導体部からなる貫通配線が形成された第２の基板と、が接合された圧電デバイスの製造方法であって、
   前記第１の基板又は前記第２の基板の何れか一方の基板の表面に、弾性体からなる樹脂部を突設する樹脂部形成工程と、
   前記樹脂部の前記一方の基板とは反対側の表面に沿って第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、
   前記第１の基板又は前記第２の基板における前記一方の基板ではない他方の基板の前記第１の電極層に対応する領域に、第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層とが当接した状態で、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する基板接合工程とを含み、
   前記樹脂部及び前記第１の電極層は、前記第１の基板に形成され、
   前記第２の電極層は、前記第２の基板に形成されたことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
5. 前記樹脂部形成工程は、前記樹脂部の前記一方の基板とは反対側の表面に、円弧状に湾曲した部分を含む曲面を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイスの製造方法。

Images