CN102285228B - 液体排出头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液体排出头及其制造方法，该液体排出头包括：记录元件基板，该记录元件基板包括用于产生用于排出液体的能量的能量产生元件、和电连接到该能量产生元件的端子；和电气布线板，该电气布线板包括电极，该电极通过导线电连接到该端子以将从外部提供的电信号传输给该能量产生元件；其中该端子的面积是该端子和该导线之间的接触面积的两倍或更多倍，并且该电极的面积是该电极和该导线之间的接触面积的两倍或更多倍。

Description

液体排出头及其制造方法
技术领域
本发明涉及通过向诸如记录纸的被记录介质排出诸如墨的液体来执行记录操作的液体排出头、和用于制造该液体排出头的方法。
背景技术
在常规的液体排出头中，在记录元件基板和诸如柔性布线板的电气布线板之间的电连接技术中使用对于带式自动接合(TAB)膜的凸块接合或导线接合。另外，作为一种形式的液体排出头，已知包括具有与打印宽度相当的宽度的液体排出头的整行式液体排出头。
应用于整行式液体排出头的柔性布线板被用于从外部给记录元件基板施加用于排出墨的电信号。柔性布线板包括对应于记录元件基板的电极的电极端子、以及位于布线边缘的用于从记录装置主体接收电信号的外部信号输入端子。柔性布线板和记录元件基板通过使用金线等的导线接合技术电连接。记录元件基板的电极、柔性布线板的电极端子和金线被密封剂密封，并且被保护以免受墨腐蚀或外部冲击。
通常使用球接合作为导线接合技术。导线接合之后的导线的形状一般是山形，其中导线从导线开始边缘上升，并且在到达导线结束边缘之前通过弯曲点。然而，近年来，已经开发了各种低环路形成技术以便抑制导线高度，导致了导线形状的多样化。
在常用导线接合连接中在导线接合之后发生的不良导通或缺陷形状作为喷墨头制造处理中的故障被处理。然而，对于其中布置有多个记录元件基板的整行式液体排出头，安装许多记录元件基板，并且要连接的导线的数目增加，从而在导线接合中发生不良连接的可能性可能增加。因此，液体排出头的制造产量可能降低，并且制造成本可能增加。日本专利申请特开No.08-187860讨论了一种配置，其中多个导线被堆叠并且连接到通过一条导线连接的电连接部以便减少由于导线接合导致的故障。如果使用该配置，即使在导线接合之后通过测试发现了导致不良导通的不合规格导线，仍可通过连接到相同连接部的另一条导线建立连接，从而可防止液体排出头的制造产量由于有缺陷的导线而降低。
然而，如果将该配置用于喷墨头，则发现将会出现下列问题。更具体地，根据日本专利申请特开No.08-187860讨论的配置，具有不同高度的多个导线被连接到相同连接部。因此，最终形成的导线高度根据连接到相同连接部的导线数目而增加，并且因此，即使使用低环路形成技术，位于最高位置处的导线的高度也将相对高。
提高喷墨记录装置的打印质量的一个有效因素是使得头到纸的距离更小。头到纸的距离是在其上形成用于排出墨滴的排出端口的排出端口表面与接收被排出的墨滴的记录纸之间的间距。如果头到纸的距离大，由于墨点撞击记录纸的较低精度或变形的点形状导致打印质量劣化。头到纸的距离增加的一个原因是导线接合的导线以及覆盖导线的密封剂的高度。密封剂的高度几乎与导线的高度相同，并且因此，使得导线接合的导线高度尽可能低对于使头到纸的距离更小是有效的。
发明内容
本发明针对一种包括如下这样的导线接合配置的液体排出头，该导线接合配置可减少由于导线接合中的缺陷导线导致的缺陷头的出现，并且抑制导线高度的增加。
根据本发明的一个方面，一种液体排出头包括：记录元件基板，所述记录元件基板包括用于产生用于排出液体的能量的能量产生元件、和电连接到所述能量产生元件的端子；和电气布线板，所述电气布线板包括电极，所述电极通过导线电连接到所述端子以将从外部提供的电信号传输给所述能量产生元件；其中所述端子的面积是所述端子和所述导线之间的接触面积的两倍或更多倍，并且所述电极的面积是所述电极和所述导线之间的接触面积的两倍或更多倍。
从下文参考附图对示例实施例的详细描述，本发明的其它特征和方面将变得清晰。
附图说明
合并在说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例实施例、特征和方面，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是示出了液体排出头的示例实施例的示意性透视图。
图2是示例实施例中的液体排出头的导线接合部的放大视图。
图3A和3B示出了导线连接部的截面图，图3A是第一示例实施例中的连接形式的截面图，并且图3B是第二示例实施例中的连接形式的截面图。
图4是示出了导线接合处理的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的各种示例实施例、特征和方面。
图1是示出了具有第一示例实施例的导线接合结构的液体排出头H1000以及容纳被提供给液体排出头H1000的墨的墨盒H1800的透视图。图2示出了图1所示的液体排出头的导线接合部的放大视图，并且示出了导线接合部被密封剂密封之前的状态。
记录元件基板H1100包括由硅(Si)制成的板H1102和在板H1102上形成的流路部件H1103(见图3A和3B)。板H1102包括用于产生用于排出液体的能量的能量产生元件、该能量产生元件的驱动电路和接合焊盘H1101，该接合焊盘H1101是用于给驱动电路提供驱动信号和电力的电极端子。在本示例实施例中，由加热元件(加热器)形成能量产生元件。
在构成记录元件基板H1100的板H1102中形成对应于各能量产生元件的用于供给墨的供给端口。在流路部件H1103中形成排出端口H1104，通过排出端口H1104排出墨。多个记录元件基板H1100被布置在由氧化铝(Al2O3)制成的支撑基板H1200上。包括器件孔H1302的柔性电气布线板H1300被布置在支撑基板H1200上，器件孔H1302是容纳记录元件基板H1100的开口。
在记录元件基板H1100的边缘处形成的接合焊盘H1101和作为从电气布线板H1300延伸的导线的引线H1303通过导线H1400电连接。
从布置在电气布线板H1300上的连接器H1301输入驱动信号和电力，驱动信号被从液体排出头外部(喷墨记录装置的主体)传输到液体排出头、并且是用于驱动液体排出头的电信号。然后，驱动信号和电力通过电气布线板H1300内的电路布线到达作为电气布线板H1300的电极端子的引线H1303，然后通过导线被供给记录元件基板H1100。
在记录元件基板H1100的导线接合部中，用作电极端子的多个接合焊盘H1101沿着记录元件基板H1100的边缘的一侧布置成一行。接合焊盘H1101具有矩形形状，并且被以这样的方式布置，即其短侧边在沿着记录元件基板H1100的所述边缘的一侧的方向上，并且其长侧边彼此相邻。
在另一方面，在电气布线板H1300的导线接合部中形成用作电极端子的多个引线H1303。引线H1303面对布置在器件孔H1302内的记录元件基板H1100的接合焊盘H1101，并且沿着器件孔H1302的开口侧布置成一行。引线H1303具有矩形形状并且被以这种方式布置，即其短侧边在沿着器件孔H1302的开口的一侧的方向上，并且其长侧边彼此相邻。
在本示例实施例中，在记录元件基板H1100上形成的接合焊盘H1101中的每一个具有矩形形状，并且沿其纵向方向具有与多个导线的数目对应的用于导线接合的接合区域。接合焊盘H1101在暴露该焊盘的暴露区域中具有空间，在该空间中可以沿着接合焊盘的纵向方向布置两个或多个区域，该两个或更多个区域中的每个区域是一个(一次)焊接所必需的。换言之，接合焊盘H1101的面积是导线和接合焊盘的连接部的接触面积的两倍或更多倍。
例如，如果球接合的开始边缘被接合，沿着纵向方向设置多个(两个或更多个)比压接球(crimping ball)H1401的接地区域大的区域是足够的。如图2所示，本示例实施例中的接合焊盘H1101具有两个区域(第一区域和第三区域)，它们中的每一个大于压接球H1401的接地区域并且被沿着接合焊盘的纵向方向形成。更具体地，接合焊盘H1101的大小被设为220×110μm，这允许其压接直径大约为的用于球接合的两个压接球H1401在接合焊盘的纵向方向上被接地。
电气布线板H1300的各引线H1303具有矩形形状，并且沿着其纵向方向具有用于接合导线的多个接合区域。如图2所示，形成在其中两个接合焊针(capillary)可被接地的区域(第二区域和第四区域)。更具体地，引线H1303的大小被设为230×120μm，这允许将其焊针接地直径大约为的两个焊针被接地以便接合。
图3A和3B示出了作为沿着图2中的线FF′的截面图的一部分的、在其中接合焊盘H1101和引线H1303通过导线连接的配置的截面图。在图3A中，假设设置在记录元件基板H1100上的接合焊盘中的球接合的开始边缘是在其中确保用于两个接合部的区域的第一区域和第三区域中的在记录元件基板的边缘侧(电气布线板侧)的第一区域。假设设置在电气布线板H1300上的引线H1303中的球接合结束边缘H1403是在其中确保用于两个接合部的区域的、相对于引线H1303(电极)的中心处于记录元件基板侧的相对侧的第二区域。另外，假设导线H1400具有这样的形状，即在该形状中主弯曲点被设置在三个位置处。
导线H1400从接合焊盘H1101的球接合的开始边缘上升，并且在弯曲点1(H1410)处相对于垂直于记录元件基板表面的方向以90度或更大的角度弯曲，该记录元件基板表面是导线连接表面。换言之，在从开始边缘沿远离支撑基板H1200的方向(向上)延伸之后，导线通过弯曲点向着支撑基板侧(向下)延伸。接下来，从弯曲点1(H1410)延伸的导线通过弯曲点2(H1411)进一步沿远离支撑基板H1200的方向(向上)延伸。然后，导线从弯曲点2(H1411)通过弯曲点3(H1412)再次向着支撑基板H1200侧(向下)延伸。最后，导线通过弯曲点3延伸到球接合结束边缘H1403。
将描述如图3A所示的记录元件基板H1100的接合焊盘H1101被布置在比电气布线板H1300的引线H1303高的位置时的情况。在这种情况下，必须确保大的边缘间隙E，以便在抑制导线的最大高度的同时防止导线与记录元件基板接触。出于这个目的，以弯曲点1(H1410)成为导线的最高点的方式调整导线形状。与具有一个弯曲点的导线形状相比，可以采用图3A所示的三个弯曲点，这是因为如果导线变形，则每个弯曲点位移或变形，从而可以抑制导线的最大高度的增加并且可以确保头到纸的距离。换言之，由于当导线变形时，每个弯曲部和弯曲部之间的区域可以吸收变形量，因此可以采用许多弯曲点。
如果选择上述配置中的每个电极端子的第一区域或第二区域，在通过导线接合连接电极之后，在每个电极端子区域中剩余可用于导线接合的第三区域和第四区域。在本示例实施例中，在连接区域的记录元件基板H1100边缘侧(第一区域)设置导线接合的开始边缘，在接合焊盘H1101中设置多于一个的连接区域。这种配置是优选的，因为可以在用于电极之间的连接的导线H1400容易与记录元件基板H1100接触的板边缘处确保大的边缘间隙E，边缘间隙E是导线和板表面之间的距离。
在本示例实施例中假设存在两个可用于导线接合的区域，然而，仅需要确保两个或更多个区域。关于连接区域之间的距离，第一区域和第二区域之间的间距以及第三区域和第四区域之间的间距可以不同。另外，连接区域的组合不限于第一区域和第二区域之间的连接以及第三区域和第四区域之间的连接。还可以使用第一区域和第四区域之间的连接以及第二区域和第三区域之间的连接，只要导线的最大高度以及边缘间隙两者落在所希望的范围内即可。另外，电极端子之间的导线接合方法不限于球接合，并且还可以使用楔接合。
在第二示例实施例中，描述了如下这样的配置，其中当通过导线接合之后的测试发现引起不良导通的不合规格导线以及在电极之间发生不良电连接时，通过在两个电极中剩余的并且可用于导线接合的区域中重新形成导线来电连接两个电极。在本示例实施例中，在第一示例实施例描述的导线接合处理结束之后，执行液体排出头的电气特性测试以检查导线接合部分中的任何缺陷的发生。图4示出了导线接合制造处理的流程图。
首先，如第一示例实施例中所述，通过导线接合连接每个电极的第一区域和第二区域(第一连接步骤：402)。接着，在步骤403中，执行导线的电气特性测试。
如果测试结果良好(步骤403内的“良好”)，处理进入下一处理(步骤409)。如果测试结果被确定为不好(步骤403中的“不好”)，则然后在步骤404中，确定其原因是否是特定导线故障。如果作为分析结果该原因是特定导线故障(步骤404中的“是”)，则再次执行导线接合。如果原因是另一种故障(步骤404中的“否”)，则如果必要的话，在步骤406中单独进行测量。
图3B示出了再次执行导线接合时的配置，并且图4示出了其流程。当再次执行导线接合时，使用电极端子中剩余的作为空闲区域的第三区域和第四区域。然而，在对于第三区域和第四区域执行导线接合之前，必须去除在第一区域和第二区域之间形成的特定缺陷导线(步骤405)。
作为去除导线的方法，可以应用通过由镊子剥离强度测试装置执行的导线夹钳操作和剥离强度测试操作进行的拔除或通过微型机械手进行的拔除。如果相邻导线之间的距离相对大，可以通过使用镊子的手工操作拔除导线。在所有情况下，必须以相邻正常导线不变形或受损的方式去除缺陷导线。
在拔除缺陷导线之后，必须防止在接合焊盘H1101的第一区域中剩余的压接球H1401的部分在对于与第一区域相邻的第三区域再次执行导线接合时施加影响，例如与焊针形成接触。因此，需要从接合焊盘H1101完全去除压接球H1401而没有任何残余，或将压接球H1401薄化处理到不干扰重新形成的导线H1400的程度(作为部分H1402)。
处理方法可包括凸块拔除测试的通过镊子从板上剥离、使用剪切强度测量装置的剪切工具剥离或剪切、以及通过倒装接合机的压扁法。在这种情况下，同样，可以使用不使相邻正常导线变形或受损的方法(图4中的步骤405)。
在其中对于如上所述的导线的一部分再次执行导线接合(第二连接步骤：407)的液体排出头中，混合多种类型的导线接合。换言之，连接接合焊盘H1101的第一区域和引线H1303的第二区域的导线(第一导线)以及连接接合焊盘H1101的第三区域和引线H1303的第四区域的导线(第二导线)被混合。
图3B示出了接合焊盘H1101的第三区域和引线H1303的第四区域被以导线连接的配置。到接合焊盘H1101的球接合的开始边缘是第三区域，并且到引线H1303的球接合结束边缘H1403是第四区域。在该情况下，导线H1400具有不同于上文所述图3A中的配置的形状，并且包括设置在两个位置处的弯曲点。导线从接合焊盘H1101的球接合的开始边缘上升，并且具有弯曲点4(H1413)，导线在弯曲点4(H1413)处相对于垂直于记录元件基板的表面的方向以90度或更大角度弯曲，记录元件基板的表面是导线连接表面。换言之，在从球接合的开始边缘沿远离支撑基板H1200的方向(向上)延伸之后，导线通过弯曲点4(H1413)向着支撑基板侧(向下)延伸。
接着，导线通过在弯曲点4(H1413)之后的弯曲点5(H1414)再次向着支撑基板H1200(向下)延伸，并且进一步向着球接合结束边缘H1403延伸。如果记录元件基板H1100的接合焊盘H1101被布置在高于电气布线板H1300的引线H1303的位置处，可以采用下面描述的配置。更具体地，为了在抑制导线的最大高度的同时确保大的边缘间隙E′，从弯曲点4到弯曲点5的导线可在沿着记录元件基板的表面的方向上延伸，优选地大致平行于该表面延伸。
可以采用这种导线形状，这是因为即使当使用其的板边缘远离记录元件基板中的用于连接的接合区域的第三区域时也可以确保大的边缘间隙E′。另外，通过采用这种配置，可以防止在去除缺陷导线之后在第一区域中剩余的球残余与导线接触。
因此，即使当再次执行导线接合时，可使得导线的最大高度与正常导线接合的导线最大高度相当。换言之，如果记录元件基板高于电气布线板，则优选地，可对于初始电连接通过导线连接第一区域和第二区域，并且当在故障之后再次建立电连接时通过导线连接第三区域和第四区域。
用于连接第三区域和第四区域的导线(第二导线)的长度基本等于用于连接第一区域和第二区域的导线(第一导线)的长度，从而在各区域之间形成的导线的长度可以基本相等。因此，由于温度改变引起的导线膨胀和收缩在导线之中变得基本相同，并且因此还可以抑制导线接合的连接可靠性的差异。
在步骤408，在再次执行导线接合之后，执行导线接合部的电气测试。如果未发现故障，则在步骤409，处理进入下一处理。
在上面描述的本示例实施例中，首先通过导线接合连接第一区域和第二区域，并且对于缺陷部分连接第三区域和第四区域。本发明不限于上面的例子，并且可以采用相反方式的连接。然而，如果考虑边缘接触的影响，优选地首先连接距离支撑基板H1200相对较高的一侧，即更靠近记录元件基板H1100的边缘的第一区域。因此，与使用第三区域的情况相比，可以减少由于边缘接触引起的故障的发生。
虽然已经参考示例实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于公开的示例实施例。下面的权利要求的范围应被给予最宽泛的解释，以便包括所有修改、等同结构和功能。

Claims (9)

1.一种液体排出头，包括：
记录元件基板，所述记录元件基板包括用于产生用于排出液体的能量的能量产生元件、和电连接到所述能量产生元件的端子；和
电气布线板，所述电气布线板包括电极，所述电极通过导线电连接到所述端子以将从外部提供的电信号传输给所述能量产生元件；
其中所述端子的面积是所述端子和所述导线之间的接触面积的两倍或更多倍，并且所述电极的面积是所述电极和所述导线之间的接触面积的两倍或更多倍。
2.如权利要求1所述的液体排出头，还包括连接所述端子的在纵向方向上相对于所述端子的中心在电气布线板侧的第一区域和所述电极的在纵向方向上相对于所述电极的中心在记录元件基板侧的相对侧的第二区域的导线。
3.如权利要求1所述的液体排出头，还包括：
第一导线，所述第一导线连接所述端子的在纵向方向上相对于所述端子的中心在电气布线板侧的第一区域和所述电极的在纵向方向上相对于所述电极的中心在记录元件基板侧的相对侧的第二区域；以及
第二导线，所述第二导线连接所述端子的在纵向方向上相对于所述端子的所述中心在所述电气布线板侧的相对侧的第三区域和所述电极的在纵向方向上相对于所述电极的所述中心在所述记录元件基板侧的第四区域。
4.如权利要求3所述的液体排出头，其中所述第一导线的弯曲部的数目大于所述第二导线的弯曲部的数目。
5.如权利要求3所述的液体排出头，其中所述第一区域和所述第二区域之间的间距等于所述第三区域和所述第四区域之间的间距。
6.如权利要求1所述的液体排出头，还包括被配置用于支撑所述记录元件基板和所述电气布线板的支撑基板，其中所述端子和所述支撑基板之间的间距大于所述电极和所述支撑基板之间的间距。
7.一种用于制造液体排出头的方法，包括：
用于制备记录元件基板和电气布线板的步骤，所述记录元件基板包括用于产生用于排出液体的能量的能量产生元件和电连接到所述能量产生元件的端子，所述电气布线板包括电气布线和连接到所述电气布线的电极；
第一连接步骤，用于通过第一导线连接所述端子的第一区域和所述电极的第二区域；
检查步骤，用于检查通过所述第一导线连接的部分的电气导通；
去除步骤，用于去除在所述检查步骤中被确定为有缺陷的第一导线；和
第二连接步骤，用于通过第二导线连接已被去除所述第一导线的端子中的不同于所述第一区域的第三区域和已被去除所述第一导线的电极的不同于所述第二区域的第四区域。
8.如权利要求7所述的制造液体排出头的方法，其中所述第一区域是所述端子的在纵向方向上相对于所述端子的中心在电气布线板侧的区域，并且所述第二区域是所述电极的在纵向方向上相对于所述电极的中心在记录元件基板侧的相对侧的区域，所述第三区域是所述端子的在纵向方向上相对于所述端子的所述中心在所述电气布线板侧的相对侧的区域，并且所述第四区域是所述电极的在纵向方向上相对于所述电极的所述中心在所述记录元件基板侧的区域。
9.如权利要求7所述的制造液体排出头的方法，其中在所述第一连接步骤中在所述第一导线中形成多个弯曲部，并且在所述第二连接步骤中在第二导线中形成数目少于所述第一导线的弯曲点的数目的弯曲部。
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