CN102259496B - 液体喷射头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供液体喷射头及其制备方法，其包括：具有液体喷射压力产生元件和用于将该液体喷射压力产生元件与外部电连接的电极端子的片材，具有与该电极端子电连接的引线配线的电配线板，和用于将该电极端子与该引线配线之间的电连接部覆盖的引线密封材料。该引线密封材料含有：每分子平均官能团数大于2且25℃下为固体的环氧树脂(a)、具有聚丁二烯骨架的酸酐固化剂(b)、固化促进剂(c)和无机填料(d)。
Description
技术领域
本发明涉及喷射液体的液体喷射头和该液体喷射头的制备方法，特别地，涉及将墨喷射到记录介质上以进行记录的喷墨记录头和该喷墨记录头的制备方法。
背景技术
喷射液体的液体喷射头的具体实例为均应用于喷墨记录系统的喷墨记录头，根据该喷墨记录系统将墨喷射到记录介质上以致进行记录。
日本专利申请公开No.2004-351754具有以下有关喷墨记录头的制备的记载。首先，硅基板上设置有多个喷射压力产生元件和用于将该元件与外部电连接的电极端子。然后，将抗蚀剂图案化以占据用作墨流路的部分。此外，在该抗蚀剂上设置有墨流路壁部件，然后将墨喷射口图案化。接下来，将墨流路壁部件固化，然后对产物进行打孔，该孔用于将墨从硅基板的背表面侧供给到喷射元件部。然后，将抗蚀剂除去。这样，完成了墨流路和墨喷射口。然后，通过将该硅基板切割为具有喷墨记录头所需尺寸的片状而得到的记录元件(片材(chip，切片))粘附于支持部件。然后，为了将从该头的外部向墨喷射压力产生元件等供给电力的电配线板(electrical wiring board)接合，在衬垫(pad)上进行镀敷或者形成球凸点(bump)。然后，将具有引线配线(lead wiring)的电配线板接合，并且从该电配线板上方施涂将电连接部密封的引线密封材料。要求引线密封材料不仅将电连接部密封而且即使通过使用例如刮刀或擦净器(wiper)进行摩擦或者通过由塞纸引起的与纸等的接触，也不会产生剥离，该刮刀或擦净器设置在打印机中以清洁头基板的最上表面的设置有墨喷射口的表面。因此，引线密封材料优选为高硬度材料。
同时，日本专利申请公开No.H11-348290记载了如下方法，其包括为了长时期维持硅基板与墨流路壁部件之间的粘合，通过由聚醚酰胺树脂形成的接触层将由环氧树脂组合物形成的墨流路壁部件与硅基板接合。
但是，施涂于通过日本专利申请公开No.H11-348290中记载的方法形成的喷墨记录头的电连接部的引线密封材料可能与墨流路壁部件与接触层之间的界面部接触。由于引线密封材料通常为热固化性，进行用于固化的加热时，该引线密封材料浸入(penetrate)墨流路壁部件与接触层之间的界面，结果，有时墨流路壁部件剥离。这可能是由于以下原因。通常，墨流路壁部件和引线密封材料均由环氧树脂组合物形成，因此具有相近的溶解度参数值(SP值)。即，上述浸入发生可能是因为墨流路壁部件与引线密封材料之间的亲和性高于墨流路壁部件与接触层之间的亲和性。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的目的在于提供液体喷射头，其已解决了上述问题并且用高硬度、高可靠性引线密封材料密封。
实现上述目的的本发明提供液体喷射头，其包括：具有液体喷射压力产生元件和用于将该液体喷射压力产生元件与外部电连接的电极端子的片材，具有与该电极端子电连接的引线配线的电配线板，和用于将该电极端子与该引线配线之间的电连接部覆盖的引线密封材料；其中该引线密封材料含有每分子平均官能团数大于2且25℃下为固体的环氧树脂(a)、具有聚丁二烯骨架的酸酐固化剂(b)、固化促进剂(c)和无机填料(d)。
进而，本发明提供液体喷射头的制备方法，该方法包括将引线密封材料施涂于电极端子与引线配线之间的电连接部以使该引线密封材料围绕该引线配线的周围移动。
根据本发明，提供用高硬度、高可靠性的引线密封材料密封的液体喷射头。
由以下参照附图对示例性实施方案的说明，本发明进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1是表示根据本发明的喷墨记录头的结构的实例的上面示意图。
图2A是表示根据本发明的喷墨记录头的制备方法的实例的截面示意图。
图2B是表示根据本发明的喷墨记录头的制备方法的实例的截面示意图。
图2C是表示根据本发明的喷墨记录头的制备方法的实例的截面示意图。
图2D是表示根据本发明的喷墨记录头的制备方法的实例的截面示意图。
图2E是表示根据本发明的喷墨记录头的制备方法的实例的截面示意图。
具体实施方式
参照附图对根据本发明的液体喷射头的密封步骤进行说明。
图1表示作为根据本发明的液体喷射头的喷墨记录头的结构的实例。图2A-2E表示图1的截面2-2中作为根据本发明的液体喷射头的喷墨记录头的制备方法的实例。
如图2A中所示，支持体6保持着由硅基板5、用作液体流路壁部件的墨流路壁部件8和配置在该基板与该部件之间的接触层9形成的片材。在硅基板5上形成有液体喷射压力产生元件和用作用于将该液体喷射压力产生元件与外部电连接的电极端子的凸点7。此外，与支持体6一体化的支持部件4保持着电配线板。该电配线板是包括引线配线2、电配线板基膜1和用于保护该引线配线2的电配线板覆盖膜3的层合体，条件是在凸点7与引线配线2之间的连接部，没有设置电配线板基膜1和电配线板覆盖膜3，并且在暴露的状态下将引线配线2与凸点7电连接。
这种状态下，如图2B中所示，从位于凸点7与引线配线2之间的电连接部的上方的分配器11施涂引线密封材料10以将该电连接部覆盖。然后，如图2C中所示，施涂的引线密封材料10的一部分围绕引线配线2的周围移动。于是，使引线配线2的上部和下部两者均成为用引线密封材料10将它们密封的状态。然后，进行加热以使引线密封材料10的热固化进行。结果，如图2D中所示，完成了用引线密封材料10将凸点7与引线配线2之间的电连接部密封的喷墨记录头。
其中，引线密封材料10可能与墨流路壁部件8与接触层9之间的界面的一部分接触。由于引线密封材料10通常为热固化性，如图2E中所示，进行用于固化的加热时，观察到引线密封材料10向墨流路壁部件8与接触层9之间的界面中的浸入12，结果，在一些情况下墨流路壁部件8剥离。但是，本发明中使用的引线密封材料10几乎不浸入墨流路壁部件8与接触层9之间的界面，因此获得用具有高硬度和高可靠性的引线密封材料10密封的喷墨记录头。
该墨流路壁部件通常由含有环氧树脂(x1)和光酸发生剂(x2)的环氧树脂组合物(x)形成。能够将各种现有已知的环氧树脂中的任何一种用作环氧树脂(x1)。该树脂的实例包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂和脂环式环氧树脂。能够将芳香族碘
盐、芳香族锍盐等用作光酸发生剂(x2)。从图案化的观点出发，相对于100重量份的环氧树脂(x1)，优选以0.1-10重量份的量将光酸发生剂(x2)共混。环氧树脂组合物(x)通常具有19-22(J/cm3)1/2的SP值。
接触层通常由聚醚酰胺树脂(y)形成。聚醚酰胺树脂(y)通常具有19-23(J/cm3)1/2的SP值。
引线密封材料含有每分子平均官能团数大于2且在常温下为固体的环氧树脂(a)。本文中使用的术语“在常温下为固体”意指该树脂在25℃下为固体。尽管对环氧树脂(a)的每分子平均官能团数并无特别限制，只要该数大于2，但从固化物的高弹性模量的观点出发，该数优选为3以上。平均官能团数小于2时，变得难以充分地使引线密封材料固化。
能够将酚醛清漆型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂等用作环氧树脂(a)。酚醛清漆型环氧树脂的具体实例包括由下式(a1)表示的环氧树脂。双环戊二烯型环氧树脂的具体实例包括由下式(a2)表示的环氧树脂。其中，从固化物的高弹性模量的观点出发，优选使用由下式(a1)表示的环氧树脂。
n＝1～5 (a2)
环氧树脂(a)的使用使交联密度增加，因此能够获得高硬度引线密封材料。结果，即使通过使用例如刮刀或擦净器进行摩擦或者通过由塞纸引起的与纸等的接触，引线密封材料也几乎不剥离，该刮刀或擦净器用于清洁头基板的最上表面的设置有墨喷射口的表面。此外，环氧树脂(a)在常温下为固体，因此单独地几乎不浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面。
为了例如粘合性的改善、粘度的调节和反应性的调节，引线密封材料可含有任何其他的环氧树脂(e)。平均官能团数大于2且常温下为液体的环氧树脂、平均官能团数为2且常温下为固体或液体的环氧树脂、平均官能团数小于2且常温下为液体的环氧树脂等能够用作其他环氧树脂(e)。平均官能团数大于2且常温下为液体的环氧树脂的具体实例包括苯酚酚醛清漆型环氧树脂和季戊四醇多缩水甘油醚。平均官能团数为2且常温下为固体的环氧树脂具体地为例如联苯型环氧树脂。平均官能团数为2且常温下为液体的环氧树脂的具体实例包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和聚乙二醇二缩水甘油醚。
应指出的是，优选使用平均官能团数小于2且常温下为液体的环氧树脂，原因在于考虑其在引线密封材料中的使用，需要使该树脂在常温下为液态。特别地，优选使用由下式(e11)或下式(e12)表示的单官能环氧树脂(e1)。每分子平均官能团数大于2且常温下为固体的环氧树脂(a)能够在常温下溶解在该单官能环氧树脂(e1)中。
R：C11、C13和C15烃基的混合物
任何这样的单官能环氧树脂(e1)优选在常温下具有约0.1-100mPa·s的低粘度。此外，任何这样的单官能环氧树脂(e1)的由Small推算法计算的SP值接近17(J/cm3)1/2。单官能环氧树脂(e1)单独几乎不浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面，原因在于这样的SP值低于通常用于墨流路壁部件的环氧树脂组合物的SP值或者通常用于接触层的聚醚酰胺树脂的SP值。
对各环氧树脂组分的共混比并无特别限制，并且只需根据需要适当确定。相对于引线密封材料中的环氧树脂的合计100重量份，优选以25-40重量份的范围内的量将环氧树脂(a)共混。
引线密封材料含有具有聚丁二烯骨架的酸酐固化剂(b)。酸酐固化剂(b)只需具有通过将1，4-丁二烯或1，2-丁二烯聚合而得到的结构和酸酐结构，并且能够使用例如通过将马来酸酐结构引入聚丁二烯的骨架而得到的酸酐固化剂。酸酐固化剂(b)的具体实例包括由下式(b1)或(b2)表示的酸酐固化剂。其中，从固化物的高弹性模量的观点出发，优选使用由下式(b1)表示的酸酐固化剂。
X’＝1～2，X+X’＝17～24 (b1)
X’＝1～12，Y＝2～12，X+X’Y＝10～30 (b2)
由Small推算法计算的酸酐固化剂(b)的SP值接近15(J/cm3)1/2。酸酐固化剂(b)单独几乎不浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面，原因在于这样的SP值低于通常用于墨流路壁部件的环氧树脂组合物的SP值或通常用于接触层的聚醚酰胺树脂的SP值。此外，酸酐固化剂(b)具有约500-2,000的酸酐当量，而通用的酸酐固化剂具有约200以下的酸酐当量。因此，酸酐固化剂(b)与环氧树脂的当量比增加，并且共混到引线密封材料中的酸酐固化剂(b)的比例也增加。因此，引线密封材料的SP值减小。结果，引线密封材料对于通常在墨流路壁部件中使用的环氧树脂或者对于通常在接触层中使用的聚醚酰胺树脂的亲和性降低，因此引线密封材料几乎不浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面。
对酸酐固化剂(b)的共混量并无特别限制，相对于引线密封材料中的环氧树脂的合计100重量份，优选在100-125重量份的范围内。
为了例如粘合性的改善、粘度的调节和反应性的调节，引线密封材料可含有任何其他的固化剂(f)。其他固化剂(f)的实例包括不具有聚丁二烯骨架的酸酐固化剂，例如十二烷基琥珀酸酐(DDSA)和甲基六氢邻苯二甲酸酐(MeHHPA)；多胺；和酰胺。
引线密封材料含有固化促进剂(c)。作为固化促进剂(c)，可使用叔胺例如苄基二甲基胺、三(二甲基氨基甲基)苯酚和DBU；季盐例如四氢溴化
；季铵盐；咪唑化合物例如2-乙基-4-甲基咪唑和1-苄基-2-苯基咪唑；和潜固化催化剂例如咪唑系加成物。其中，从低温固化性和长贮存期的观点出发，优选使用咪唑系加成物。对固化促进剂(c)的共混量并无特别限制，但优选为1-50重量份，相对于环氧树脂的合计100重量份。
引线密封材料含有无机填料(d)。可将二氧化硅、氮化铝等用作无机填料(d)。其中，从耐墨性的观点出发，优选使用二氧化硅。对无机填料(d)的共混量并无特别限制，但优选落在500-1000重量份的范围内，相对于引线密封材料中环氧树脂的合计100重量份。
为了例如粘合性的改善、粘度的调节和反应性的调节，引线密封材料可含有醇类、酚类、硅烷偶联剂、氧杂环丁烷、乙烯基醚等。此外，固化剂具有丁二烯骨架，因此当引线密封材料含有已通常使用的防老剂时，其有效地发挥作用以抑制氧化降解。结果，能够改善液体喷射头的长期可靠性。例如，“NOCRAC TNP”和“NOCRAC NS-6”(均为商品名并且由OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO.，LTD.制造)均能够用作防老剂。
以下通过实施例更具体地对本发明进行说明。
实施例1-10和比较例1-5中，提供均根据表1中所示的配方制备的密封树脂组合物作为引线密封材料，并且均对以下项目进行评价。应指出的是，表1中所示的数字表示重量比并且将用作主要组分的环氧树脂的合计设定为100重量份。表1汇总示出各评价的结果。
弹性模量的评价：
将2g的各组合物放到由四氟乙烯制成的反应皿上，然后用烘箱在100℃下加热1小时以使其固化。然后，测定得到的固化物的弹性模量。用nanoindenter(由Fischer Instruments Co.制造)进行该测定。
评价标准
AA：弹性模量为1GPa以上。
A：弹性模量为500MPa以上且小于1GPa。
B：弹性模量小于500MPa。
低温固化性的评价：
将2g的各组合物放到由四氟乙烯制成的反应皿上，然后用烘箱在100℃下加热1小时以使其固化。然后，通过指触对得到的产物评价粘性(粘合性)。
评价标准
A：无粘性。
B：有粘性。
对有无浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面的评价：
通过以下方法制备喷墨记录头用片材。首先，在硅基板的前表面上形成用作接触层的聚醚酰胺树脂(由Hitachi Chemical Company，Ltd.制造，商品名：HIMAL-1200)。进而，设置占据用作墨流路的部分的模具，然后将下述用于形成墨流路壁的树脂组合物(1)或(2)施涂到模具上。然后，用热板在80℃下将得到的产物烘烤3分钟。于是，形成具有80μm的厚度的树脂层。接下来，用MPA1500(商品名，由Canon Inc.制造)进行图案化。于是，形成也用作喷射口部件的墨流路壁部件。接下来，形成从硅基板的背表面侧向前表面贯通的墨供给口。然后，将占据用作墨流路的部分的模具除去，然后将该硅基板切割为具有喷墨记录头所需的尺寸的片状。于是，得到喷墨记录头用片材。
<用于形成墨流路壁的树脂组合物(1)>
环氧树脂(由Daicel Chemical Industries Limited.制造，商品名：EHPE-3150)：100重量份
光酸发生剂(由ADEKA CORPORATION制造，商品名：AdekaoptomerSP-170)：
2重量份
<用于形成墨流路壁的树脂组合物(2)>
环氧树脂(由Shell Chemicals制造，商品名：SU-8)：
100重量份
光酸发生剂(由ADEKA CORPORATION制造，商品名：AdekaoptomerSP-170)：2重量份
将实施例1-10和比较例1-5的各密封树脂组合物施涂到该片材上的接触层与墨流路壁部件之间的界面部，然后用烘箱在100℃使其固化1小时。然后，观察该界面部。
评价标准
A：没有观察到密封树脂组合物浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面。
B：观察到密封树脂组合物浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面。
“157S70”：商品名，由Japan Epoxy Resins Co.，Ltd.制造，式(a1)所示的酚醛清漆型环氧树脂，平均官能团数：8
“157S65”：商品名，由Japan Epoxy Resins Co.，Ltd.制造，式(a1)所示的酚醛清漆型环氧树脂，平均官能团数：8
“HP 7200H”：商品名，由DIC Corporation制造，式(2a)所示的双环戊二烯型环氧树脂，平均官能团数：3
“HP7200HH”：商品名，由DIC Corporation制造，式(2a)所示的双环戊二烯型环氧树脂，平均官能团数：3
“EX411”：商品名，由Nagase ChemteX Corporation制造，季戊四醇多缩水甘油醚，平均官能团数：4，粘度：800mPa·s (25℃)
“YX4000”：商品名，由Japan Epoxy Resins Co.，Ltd.制造，联苯型环氧树脂，平均官能团数：2
“EX841”：商品名，由Nagase ChemteX Corporation制造，聚乙二醇二缩水甘油醚，平均官能团数：2，粘度：110mPa·s(25℃)
“EX121”：商品名，由Nagase ChemteX Corporation制造，式(e11)所示的2-乙基己基缩水甘油基醚，平均官能团数：1，粘度：4mPa·s(25℃)
“EX192”：商品名，由Nagase ChemteX Corporation制造，式(e12)所示的缩水甘油醚混合物，平均官能团数：1，粘度：8mPa·s(25℃)
“BN1015”：商品名，由Nippon Soda Co.，Ltd.制造，式(b1)所示的酸酐固化剂
“Ricon131MA17”：商品名，由Sartomer Company，Inc.制造，式(b2)所示的酸酐固化剂
“HN5500”：商品名，由Hitachi Kasei Kogyo Co.，Ltd.制造，甲基六氢邻苯二甲酸酐
“PN23”：商品名，由Ajinomoto Fine-Techno Co.，Inc.制造
“FB940”：商品名，由DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA制造
由表1的结果可以看到，在实施例1-10中制备的各喷墨记录头中，密封树脂组合物具有高弹性模量，并且没有观察到浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面。认为由于实施例1-10中均使用了每分子平均官能团数大于2且常温下为固体的环氧树脂(a)作为主要组分并且均使用了具有聚丁二烯骨架的酸酐固化剂(b)，因此同时实现了这两个特征。
与之相比，均使用了常温下为液体的环氧树脂或者每分子平均官能团数为2以下的环氧树脂的比较例1-3中制备的各喷墨记录头中，密封树脂组合物具有低弹性模量，或者观察到浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面。比较例4中，使用了通用的酸酐固化剂，并且其SP值接近20(J/cm3)1/2。因此，产生了浸入墨流路壁部件与接触层之间的界面。比较例5中，没有使用固化促进剂。因此，在100℃下固化1小时几乎没有产生交联密度的增加，因此弹性模量低。
尽管已参照示例性实施方案对本发明进行了说明，但应理解本发明并不限于所公开的示例性实施方案。下述权利要求的范围应给予最宽泛的解释以包括所有这样的变形以及等同的结构和功能。
Claims (5)
1.液体喷射头，包括：
具有液体喷射压力产生元件和用于将该液体喷射压力产生元件与外部电连接的电极端子的片材，
具有与该电极端子电连接的引线配线的电配线板，和
用于将该电极端子与该引线配线之间的电连接部覆盖的引线密封材料；
其中该引线密封材料含有：
每分子平均官能团数大于2且25℃下为固体的环氧树脂、
具有聚丁二烯骨架的酸酐固化剂、
固化促进剂、和
无机填料。
2.根据权利要求1的液体喷射头，其中该片材包括：
其上已形成了该液体喷射压力产生元件和该电极端子的硅基板，
液体流路壁部件，和
配置在该硅基板与该液体流路壁部件之间的接触层；并且
其中该引线密封材料与该液体流路壁部件和该接触层之间的界面的一部分接触。
3.根据权利要求2的液体喷射头，其中该液体流路壁部件由环氧树脂组合物形成，并且该接触层由聚醚酰胺树脂形成。
4.根据权利要求1的液体喷射头，其中该环氧树脂是由下式(a1)表示的环氧树脂，和该酸酐固化剂是由下式(b1)表示的酸酐固化剂：
5.根据权利要求1的液体喷射头的制备方法，该方法包括将引线密封材料施涂于电极端子与引线配线之间的电连接部以使该引线密封材料围绕该引线配线的周围移动。
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