CN103596763A - 喷墨头以及具备喷墨头的喷墨描绘装置 - Google Patents

Abstract

喷墨头的头基板具有的致动器利用致动器表面的电极接受来自与头基板对置配置的布线基板的布线的供电，来使压力室内的墨水从喷嘴排出。布线基板侧的第1电极与上述布线基板的布线电连接并向头基板侧突出。致动器侧的第2电极与上述致动器表面的电极电连接并向布线基板侧突出，并且与第1电极电连接。头基板与布线基板经由粘合层被粘合，以便将第1电极以及第2电极所露出的空间封闭。而且，被封闭的空间为真空状态或者在被封闭的空间填充有水分在规定量以下的气体。

Description

喷墨头以及具备喷墨头的喷墨描绘装置

技术领域

本发明涉及对置配置了具有使墨水从压力室排出的致动器的头基板与用于向上述的致动器供电的布线基板的喷墨头和利用该喷墨头进行描绘的喷墨描绘装置。

背景技术

以往开发了通过驱动致动器使压力室内的墨水从喷嘴排出来对被记录材形成描绘（图像形成）的喷墨描绘装置。在这样的喷墨描绘装置中，为了实现进一步的高精度、高精细的描绘，要求喷墨头中的喷嘴的进一步高密度配置。例如，通过对各喷嘴进行多个列配置并对于每一个列错开半节距地配置各喷嘴，能够实现喷嘴的高密度配置来进行高精细的描绘。

这里，在将各喷嘴仅配置了1列的行头中，能够在设置有各喷嘴的基板（头基板）中，向与各喷嘴的排列方向垂直的方向引出用于向与各喷嘴对应的致动器供电的布线。即，能够将上述布线设置在头基板侧。然而，对为了进行高精细的描绘而将各喷嘴配置了多个列的喷墨头而言，由于各喷嘴的高密度配置而对于致动器的布线也需要形成为高密度，难以将上述布线形成在头基板侧。

就该点而言，在例如专利文献1中，如图4所示，将具有用于向各致动器供电的布线202的布线基板201与头基板101对置配置。该布线202经由布线基板201的驱动用电路203以及焊盘部204而与外部布线205的布线206电连接。另外，在布线基板201设置有贯通该布线基板201而与布线202电连接的贯通电极207。另一方面，在头基板101设置有引出了致动器的电极（例如压电体的上部电极）的导线电极102，并且设置有与该导线电极102电连接的焊盘部103。

在该构成中，通过电连接头基板101的焊盘部103与布线基板201的贯通电极207，能够从布线基板201向头基板101的致动器进行供电。即，该情况下，无需将用于向致动器供电的布线设置在头基板101侧，就能够驱动致动器。

专利文献1：日本特开2007－331137号公报（参考权利要求1、段落〔0007〕、〔0026〕、图2以及图3等）

然而，在专利文献1中，用于电连接头基板101与布线基板201的焊盘部103露出在大气中。该构成存在如下问题，即，由于焊盘部103与大气中的水分（水蒸气）反应而劣化，所以反复驱动致动器时，在焊盘部103与贯通电极207的连接部分发生接点不良，头基板101与布线基板201之间的电连接的可靠性降低。

发明内容

本发明是为了解决上述的技术问题而提出的，其目的在于提供一种能够防止头基板与布线基板之间的电连接部分与大气中的水分进行反应而发生劣化、由此即使反复驱动致动器也不会引起头基板与布线基板的电连接的接点不良的具有足够的可靠性的喷墨头以及具备该喷墨头的喷墨描绘装置。

本发明的喷墨头的特征在于，头基板与具有布线的布线基板对置配置，上述头基板具备：收容墨水的压力室；成为上述压力室内的墨水的排出孔的喷嘴；以及利用表面的电极接受来自上述布线基板的上述布线的供电从而使上述压力室内的墨水从上述喷嘴排出的致动器，上述布线基板具有第1电极，上述第1电极与上述布线电连接并向上述头基板侧突出，上述致动器具有与上述电极电连接并向上述布线基板侧突出并且与上述第1电极电连接的第2电极，上述头基板与上述布线基板经由粘合层被粘合，以便将上述第1电极以及上述第2电极所露出的空间封闭，被封闭的上述空间为真空状态或者在被封闭的上述空间填充有水分在规定量以下的气体。

根据上述的构成，头基板的致动器经由第1电极以及第2电极并利用电极接受来自与头基板对置配置的布线基板的布线的供电，使压力室内的墨水从喷嘴排出。

这里，第1电极以及第2电极所露出的空间是通过经由粘合层来粘合头基板与布线基板而被封闭的。而且，该封闭空间为真空状态或者在该封闭空间被填充有水分在规定量以下的气体。由于在封闭空间中，水分（水蒸气）在规定量以下，所以能够防止第1电极、第2电极以及其电连接部分与上述的水分发生反应而劣化。因此，能够抑制由致动器的反复驱动引起在上述的连接部分发生接点不良的现象，能够提高头基板与布线基板之间的电连接的可靠性。

根据本发明，第1电极以及第2电极所露出的空间是通过经由粘合层来粘合头基板与布线基板而被封闭的，该封闭空间为真空状态或者该封闭空间的水分在规定量以下。由此，能够防止第1电极与第2电极之间的电连接部分由于水分而劣化，能够抑制由于致动器的反复驱动而在上述的连接部分发生接点不良的现象，能够提高头基板与布线基板之间的电连接的可靠性。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的喷墨头的概略结构的剖视图。

图2是放大表示上述喷墨头的主要部分的剖视图。

图3是表示安装有上述喷墨头的喷墨描绘装置的概略结构的立体图。

图4是表示以往的喷墨头的主要部分的概略结构的剖视图。

具体实施方式

基于附图对本发明的一实施方式进行说明。

（关于喷墨头）

图1是表示本实施方式的喷墨头1的概略结构的剖视图，图2是放大表示喷墨头1的主要部分的剖视图。喷墨头1经由粘合树脂层30层叠头基板10与布线基板20，将这些形成为一体。在布线基板20的上表面设置有箱型形状的歧管40，其内部在与布线基板20之间构成存积墨水的共用墨水室41。

（关于头基板）

头基板10从下层侧开始具有：由Si（硅）基板形成的喷嘴板11、由玻璃基板形成的中间板12、由SOI（Silicon on Insulator：绝缘体上硅）基板的支承层的Si形成的压力室板13、由SOI基板的活性层的Si形成的振动板14以及致动器15。在喷嘴板11的下面，成为后述的压力室13a内的墨水的排出孔的喷嘴11a得以开口。

在压力室板13形成有多个收容用于排出的墨水的压力室13a。上述的喷嘴11a以及致动器15被设置成分别与多个压力室13a对应。压力室板13的上壁由振动板14构成，下壁由中间板12构成。在中间板12贯通形成有连通压力室13a的内部与喷嘴11a的连通路12a。

致动器15构成为用上部电极15b与下部电极15c夹持由作为致动器主体的薄膜PZT（Pb（Zr，Ti）O₃）构成的压电体15a。即，致动器15构成为顺次层叠下部电极15c、压电体15a以及上部电极15b。

下部电极15c被形成在振动板14的表面，在该下部电极15c上以与压力室13a一对一对应的方式分别独立地层叠有压电体15a与其上面的上部电极15b。在上部电极15b上朝向布线基板20突出形成有熔点为1063℃的金钉头凸块（stud bump）16（第2电极）。金钉头凸块16与上部电极15b电连接。

（关于布线基板）

布线基板20构成为在由Si基板构成的基板主体21的上表面隔着由SiO₂构成的布线保护层22而形成上部布线23。该上部布线23在布线基板20的端部通过ACF（各向异性导电膜）而与安装有驱动IC24的FPC（可挠性印刷电路基板）25电连接。上部布线23被由SiO₂构成的布线保护层26覆盖。

另外，上部布线23的一部分经由形成在基板主体21的贯通孔21a而面对基板主体21的下面，并与形成在该基板主体21的下表面的下部布线27导通。在下部布线27之下形成有由SiO₂构成的布线保护层28，但是下部布线27的一部分经由在与致动器15面对的位置形成的开口部28a而露出在布线保护层28的外部。在开口部28a的位置露出的下部布线27朝向头基板10突出形成有焊料凸块29（第1电极）。焊料凸块29与上述的金钉头凸块16都在头基板10与布线基板20之间的空间露出的状态下相互电连接。

焊料凸块29例如由Sn－Bi系共晶焊料（熔点139℃）构成，并且从下部布线27的露出的表面朝向致动器15而涌成半球状，其前端面（下端面）呈球面形状。

这些头基板10与布线基板20在分别独立地被制成后，经由粘合树脂层30被对置配置。即，使头基板10的致动器15侧的面与布线基板20的布线保护层28侧的面面对，并经由粘合树脂层30进行贴合，由此头基板10、布线基板20以及粘合树脂层30层叠而被一体化。

（关于粘合树脂层）

粘合树脂层30是用于粘合头基板10与布线基板20的粘合层。本实施方式的粘合树脂层30在粘合前的状态具有规定的弹性率（例如0.1～2.5GPa），是在粘合时被加热至规定的固化温度（例如200℃）而固化从而发挥粘合功能的热固化性粘合树脂层，并且例如由热固化性的感光性粘合树脂薄板构成。作为这样的粘合树脂层30，例如能够使用东丽公司（東レ社）制的感光性聚酰亚胺粘合薄板、杜邦公司（デュポン）制PerMX系列（商品名）等。

在头基板10与布线基板20之间，为了确保相当于粘合树脂层30的厚度的间隔，粘合树脂层30被预先粘附在布线基板20的布线保护层28的表面（下表面），然后被与头基板10粘合。粘合树脂层30中，在向布线基板20粘附后在与头基板10层叠前，致动器15以及相当于其周围的区域通过曝光、显影而被除去。由此，在利用粘合树脂层30贴合头基板10与布线基板20时，在头基板10与布线基板20之间，能够确保用于同时收容致动器15（特别是压电体15a以及上部电极15b）、金钉头凸块16以及焊料凸块29的空间31。此外，后面详细说明该空间31。

如上所述，能够通过使用感光性粘合树脂薄板作为粘合树脂层30，将成为致动器15的收容空间的不必要部分通过曝光、显影处理来容易地除去，能够容易地形成所希望图案的层，但除此之外，如果能够在布线基板20与头基板10之间设置必要的空间并且密封，则可以使用其他的树脂、玻璃、金属等任意的材质，以任意的方法进行粘合。

另外，在粘合树脂层30预先通过相同的曝光、显影等形成上下贯通的贯通孔32，其一端（上端）与形成在布线基板20的墨水供给路21b连通，另一端（下端）通过形成在头基板10的振动板14的开口14a而与压力室13a的内部连通。墨水供给路21b在布线基板20的上表面开口，能够使共用墨水室41内的墨水从其开口部26a流入而向压力室13a内供给。

（关于动作）

由于头基板10侧的金钉头凸块16与布线基板20侧的焊料凸块29电连接，所以来自布线基板20的驱动IC24的驱动电压（驱动信号）顺次经由上部布线23、下部布线27、焊料凸块29以及金钉头凸块16被供给至致动器15的上部电极15b。这样，若相对于致动器15的下部电极15c而言，上部电极15b被供给驱动电压，则压电体15a根据压电效果而发生变形，从而使振动板14振动。由此，压力室13a内的墨水被赋予用于排出的压力，墨水通过连通路12a从喷嘴11a作为微小液滴而被排出。

综上所述，可以说致动器15利用表面的上部电极15b接受来自布线基板20的布线（上部布线23，下部布线27）的供电，使压力室13a内的墨水从喷嘴11a排出。

（关于凸块的露出空间）

如上所述，在头基板10与布线基板20之间确保有用于收容压电体15a、上部电极15b、金钉头凸块16以及焊料凸块29的空间31。并且，通过经由粘合树脂层30粘合头基板10与布线基板20，来封闭空间31。在本实施方式中，在上述的空间31被填充有氮（干燥氮气体）作为惰性气体。

为了在空间31封入氮，在干燥氮环境气中利用粘合树脂层30粘合头基板10与布线基板20。即，将带有粘合树脂层30的布线基板20在干燥氮环境气中以粘合树脂层30的粘附面朝向头基板10侧的方式层叠在形成于头基板10的振动板14表面的下部电极15c的上表面。然后，将粘合树脂层30加热至规定的固化温度，并将头基板10与布线基板20压焊，并将它们经由粘合树脂层30粘合。

这样，在金钉头凸块16以及焊料凸块29露出于布线保护层28的外部的空间、即封闭空间31被填充有作为惰性气体的氮。该情况下，由于在金钉头凸块16与焊料凸块29电连接的部分的周围不存在水分（水蒸气），所以上述连接部分不会由于与该水分反应而发生劣化。由此，即使在反复驱动致动器15的情况下，也能够抑制在上述连接部分发生接点不良的现象，能够提高头基板10与布线基板20之间的电连接的可靠性。

另外，由于作为焊料凸块29的材料的焊料是通过加热容易熔融而能够与金钉头凸块16接合的材料，所以能够容易进行这些电连接。

另外，还有通过由与金钉头凸块16相同的材料（Au）的凸块构成焊料凸块29来防止由于与水分之间的反应而发生劣化的现象的方法，但由于这样一来会造成在头基板10以及布线基板20双方的凸块的材料中均使用金（Au），因此凸块乃至喷墨头1的成本上升。另外，Au的熔点为1063℃，即高温，在制造工序中进行加热熔融来接合双方的凸块是非常困难的。因此，在双方的凸块中使用Au的情况下，不进行接合，而是仅通过接触而电连接，由于大气中的水分而附着尘埃，从而容易发生接触不良。

针对该点，在本实施方式中，由于通过封闭金钉头凸块16以及焊料凸块29所露出的空间31并填充氮这样的简单的方法来排除成为劣化的原因的水分，所以能够容易且可靠地抑制上述连接部分的劣化，从而能够容易且可靠地提高电连接的可靠性。并且，由于仅将金钉头凸块16用Au构成，其他的凸块材料未使用Au，所以在成本上也是有利的。

然而，也可以在上述的空间31中代替惰性气体而填充干燥空气。干燥空气是指使空气中的水蒸气量（水蒸气压）显著降低、使湿度在10％以下、优选降低至1％以下的气体。这样，通过在空间31填充干燥空气，也能够抑制金钉头凸块16与焊料凸块29之间的连接部分与周围的水分反应而劣化的现象，能够提高头基板10与布线基板20之间的电连接的可靠性。

此外，例如通过以下的方法（1）～（3）得到上述的干燥空气。

（1）冷却湿润空气使其暂时结露，然后根据需要加热，由此得到干燥空气。

（2）使湿润空气与吸湿剂接触而使其吸收水蒸气，从而得到干燥空气。

（3）通过将湿润空气通过中空丝膜而分离水蒸气，从而得到干燥空气。

另外，也可以在上述的空间31填充氮以外的惰性气体。例如，将氩、氦、氪等稀有气体作为惰性气体来向空间31填充。

由于氮、稀有气体是不与其他物质发生反应的化学性稳定的气体，所以金钉头凸块16与焊料凸块29之间的连接部分不会与填充气体发生任何化学反应而劣化。由此，能够可靠地提高头基板10与布线基板20之间的电连接的可靠性。

另外，上述的空间31也可以为未填充有任何气体的真空状态。即，如果不含有成为凸块彼此的连接劣化或被阻碍的原因的分量的水分，则可以是任意状态。

然而，在本实施方式中，除了金钉头凸块16以及焊料凸块29之外，致动器15的压电体15a以及上部电极15b也位于封闭而排除水分的空间31内（参照图2）。通过这种方式，压电体15a不会由于压电体15a与大气中的水分反应而劣化或者作为压电体15a的构成元素的氧被释放到大气中而劣化，上部电极15b也不会由于水分而劣化。由此，能够避免致动器15的特性（压电特性）的降低。

而且，通过经由粘合树脂层30粘合头基板10与布线基板20，能够容易地实现将金钉头凸块16、焊料凸块29、压电体15a以及上部电极15b全部封闭在空间31内的构成，能够通过这样的简单的构成，同时得到上述的电连接的可靠性提高的效果和确保所希望的压电特性的效果。

另外，在将喷嘴11a以及致动器15分别与多个压力室13a对应配置而进行高精细的描绘的构成中，多数如本实施方式这样，将基板10与布线基板20对置配置来简化头基板10侧的布线构造。因此，能够提高头基板10与布线基板20之间的电连接的可靠性的本实施方式的构成在进行这样的高精细的描绘的喷墨头1中是非常有效的。

另外，金钉头凸块16的熔点（1063℃）高于头基板10以及布线基板20利用粘合树脂层30接合时的固化温度（200℃），但是焊料凸块29的熔点（139℃）在接合时的固化温度（200℃）以下。这样，通过利用具有粘合树脂层30的固化温度（加热温度）以下的熔点的材料构成2个凸块的至少一个，从而在接合时凸块熔融而凸块彼此电接合。由此，能够在用粘合树脂层30接合头基板10与布线基板20的同时对它们进行电连接。

此外，也可以将金钉头凸块16作为第1凸块而设置在布线基板20，将焊料凸块29作为第2凸块而设置在头基板10，并将它们电连接，也可以用焊料构成两个凸块。另外，除此之外，如果是能够电连接的材质，则这些凸块的材质可以是任意的。

（关于喷墨描绘装置）

接下来，对安装有上述构成的喷墨头1的喷墨描绘装置50进行说明。

图3是表示喷墨描绘装置50的概略结构的立体图。喷墨描绘装置50具备用于进行喷墨描绘的喷墨头1和基台51。在基台51上分别设置有工作台52、θ旋转机构53、Y移动机构54以及X移动机构55。其中，将X方向与Y方向设为在水平面上相互正交的方向，将在XY面内的旋转方向设为θ方向。另外，将与X方向以及Y方向正交的方向设为Z方向。

工作台52是在向X方向延伸的X移动机构55上经由θ旋转机构53设置的俯视时为矩形形状的平台，其上表面被设为用于载置被记录材W的水平的载置面，并且被配置为该载置面相对于喷墨头1的喷嘴面成为规定的高度位置。θ旋转机构53在相对于喷墨头1的喷嘴面而言维持平行的状态下，使工作台52向θ方向旋转移动。Y移动机构54使工作台52、θ旋转机构53以及X移动机构55一起向Y方向直线移动。X移动机构55使工作台52以及θ旋转机构53一起向X方向直线移动。

喷墨头1在基台51上的端部附近经由滑块57、Z移动机构58以及θ旋转机构59而以其喷嘴面成为下表面的方式安装在沿X方向架设的架件56，并且被配置成与配置在其下方的工作台52上的被记录材W的表面对置。

在上述的构成中，喷墨头1通过滑块57沿着架件56滑动移动而在X方向进行往返移动，另外，通过Z移动机构58而与θ旋转机构59一起在Z方向进行升降移动，另外，通过θ旋转机构59而以Z方向为轴沿θ方向进行旋转移动。

另一方面，载置有被记录材W的工作台52通过X移动机构55而与θ旋转机构53一起沿X方向进行直线移动。另外，X移动机构55通过Y移动机构54而与θ旋转机构53一起沿Y方向进行直线移动。另外，工作台52通过θ旋转机构53而以Z方向为轴沿θ方向进行旋转移动。由此，工作台52上的被记录材W在X方向以及Y方向进行移动并且在θ方向进行旋转移动。

这样，使喷墨头1与工作台52相对地移动，根据此时的各位置信息，基于规定的排出图案数据来控制来自喷墨头1的液滴（墨水）的排出，并使其在工作台52上的被记录材W的表面着落，从而能够针对被记录材W进行所希望的描绘。

由于上述的喷墨头1能够提高头基板10与布线基板20之间的电连接的可靠性，因此，通过利用从这样的喷墨头1排出的墨水来针对工作台52上的被记录材W进行描绘的构成，能够实现可靠性较高的喷墨描绘装置50。

工业上的可利用性

本发明的喷墨头能够用于喷墨描绘装置。

附图标记说明

1...喷墨头；10...头基板；11a...喷嘴；13a...压力室；15...致动器；15a...压电体；15b...上部电极；15c...下部电极；16...金钉头凸块（第2电极）；20...布线基板；23...上部布线（布线）；27...下部布线（布线）；29...焊料凸块（第1电极）；30...粘合树脂层（粘合层）；31...空间；50...喷墨描绘装置；W...被记录材。

Claims (8)

1.一种喷墨头，其特征在于，

头基板与具有布线的布线基板对置配置，

所述头基板具备：收容墨水的压力室；成为所述压力室内的墨水的排出孔的喷嘴；以及利用表面的电极接受来自所述布线基板的所述布线的供电，来使所述压力室内的墨水从所述喷嘴排出的致动器，

所述布线基板具有第1电极，所述第1电极与所述布线电连接并向所述头基板侧突出，

所述致动器具有第2电极，所述第2电极与所述电极电连接并向所述布线基板侧突出，并且所述第2电极与所述第1电极电连接，

所述头基板与所述布线基板经由粘合层被粘合，以便将所述第1电极以及所述第2电极所露出的空间封闭，

被封闭的所述空间为真空状态或者在被封闭的所述空间填充有水分在规定量以下的气体。

2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，

所述水分在规定量以下的气体是惰性气体，

该惰性气体是氮或者稀有气体。

3.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，

所述水分在规定量以下的气体是干燥空气。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的喷墨头，其特征在于，

所述致动器顺次层叠下部电极、压电体以及上部电极而构成，

接受来自所述布线基板的所述布线的供电的所述电极由所述上部电极构成，

所述压电体以及所述上部电极与所述第1电极以及所述第2电极一起位于被封闭的所述空间内。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的喷墨头，其特征在于，

所述头基板具备多个所述压力室，

所述喷嘴以及所述致动器被设置成与所述多个压力室分别对应。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的喷墨头，其特征在于，

所述粘合层由热固化性粘合树脂层构成，

所述第1电极以及所述第2电极中的一个电极的熔点在所述头基板与所述布线基板利用所述热固化性粘合树脂层接合时的固化温度以下。

7.根据权利要求6所述的喷墨头，其特征在于

相对于所述第1电极以及所述第2电极中所述一个电极的另一个电极的熔点比所述固化温度高。

8.一种喷墨描绘装置，其特征在于，具备：

权利要求1～7中任意一项所述的喷墨头；以及载置有被记录材的工作台，

通过从所述喷墨头排出的墨水针对所述工作台上的所述被记录材进行描绘。

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