JP2000343712A - 基板又はサーマルインクジェットヘッドの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バンプ接続用の半田ボールの設定が容易なチッ
プ基板の加工方法を提供する。 【解決手段】チップ基板２５に形成されたＬＳＩ、電子
回路等の接続部２７の上に、隔壁、間隔保持部材２６等
を積層し、パターニングの際には接続部２７の部分に半
田ボール３２の直径よりも小さい径の孔２６−１を形成
する。更にその上に例えばオリフィス板１７等を積層し
てノズルをエッチングする際に、小さい径の孔２６−１
の位置に、これよりも大きな孔、すなわち半田ボール３
２の直径と略同じ径の孔を端子コンタクト孔２４として
形成する。容器３１に多数収容されている半田ボール３
２の中に、チップ基板２５の端子コンタクト孔２４が形
成されている端部を挿入し引き出すと、端子コンタクト
孔２４内に半田ボール３２が設定されている。この上に
配線の形成された親基板、例えばフレキシブルプリント
配線基板（ＦＰＣ）を熱圧着して、チップ基板２５と親
基板との端子接続を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田ボールの仮固
定が容易な基板又は半田ボールの位置設定が容易なイン
クジェットヘッドの加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子機器の小型化と高速化の
要望に応えるべく、プリント配線基板に搭載される電子
部品のＬＳＩ集積度は高まる一方である。そのような電
子部品のＬＳＩ集積度が高くなるほど、その電子部品外
側に配設される入出力端子と接続するための電子部品内
部のＬＳＩ基板に形成される入出力端子は微細ピッチに
なる。

【０００３】このような微細ピッチのＬＳＩ基板の入出
力端子を電子部品の外部端子に接続する方法としては、
ワイヤーボンディングとバンプ接続のいずれかの方法が
用いられている。ワイヤーボンディングはＬＳＩ基板の
入出力端子の接続方法として一般的な方法であるが、ワ
イヤーを介して入出力端子を外部端子と１本づつ接続す
るため、接続時間を短縮できない、つまり作業能率を上
げることができないという問題がある。また、ワイヤー
ボンディングのワイヤーには高価な金（Ａｕ）線を用い
るので製造コストを安価にすることができないという問
題も有している。

【０００４】これに対してバンプ接続は、安価な半田ボ
ールをＬＳＩ基板の入出力端子に接着した後、その半田
ボール部分を外部端子に重ね合わせて加熱することによ
り半田ボールを溶融して外部端子と接続する。これによ
り、電子部品内部におけるＬＳＩ基板と外部端子との接
続や、あるいはＬＳＩ基板が裸のものであれば親基板の
端子パターンとの接続が出来る。このバンプ接続は、一
度に多くの入出力端子を接続することができるという点
で優れている。また半田という安価な材料を使用するた
め製造コストが安価になるという利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従釆の
方法では、半田ボールをＬＳＩ基板の入出力端子に接着
する方法として、紫外線硬化タイプの半液状の接着剤を
用い、この接着剤をＬＳＩ基板の入出力端子に塗布した
後、そこに半田ボールを接着し、その後に紫外線を照射
して接着剤を硬化させて入出力端子部に半田ボールを仮
固定するというウェットの工程をとる。このように入出
力端子への接着剤の塗布ではウェットの工程をとるた
め、接着剤のはみ出し塗布がしばしば発生する。このよ
うなはみ出し塗布が発生すると、ＬＳＩ基板、或はイン
クジェットヘッドが搭載されているような基板では、微
細構造で隣接する他の部分に無用な接着剤が付着し、こ
れが紫外線照射で固化してその接着剤が付着した部分の
機能が阻害されて不良発生の要因となる。したがって、
ＬＳＩ基板やインクジェットヘッドが搭載されている基
板では、安価で加工能率が良いと言われるバンプ接続で
はあるが、決して最適な方法とはいえないものであっ
た。

【０００６】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
バンプ接続の半田ボールの設定が容易な基板又は半田ボ
ールの設定が容易なインクジェットヘッドの加工方法を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】先ず、請求項１記載の発
明の基板は、基板上に設けられた配線電極と、該配線電
極に積層された第１の積層部材と、該第１の積層部材に
更に積層された第２の積層部材と、上記第１の積層部材
に設けられた第１の径の孔と、上記第２の積層部材に設
けられ上記第１の径の孔よりも大きい第２の径の孔とを
有し、上記第１の径の孔及び上記第２の径の孔に半田ボ
ールを挿入して該半田ボールにより外部基板と接続する
接続端子を備えて構成される。

【０００８】次に、請求項２記載の発明のサーマルイン
クジェットヘッドの加工方法は、複数条の発熱素子と該
発熱素子に積層された電極とをアレー状に形成された基
板と、上記発熱素子に対応する開口部が設けられたオリ
フィス板と、上記基板と上記オリフィス板との間に形成
されたインク流路と、上記基板と上記オリフィス板との
間隔を一定に保持する間隔保持部材とを有するサーマル
インクジェットヘッドの加工方法であって、電極を外部
に接続する接続部を設け、上記間隔保持部材の加工工程
において上記接続部の間隔保持部材に第１の孔を形成
し、次いで上記オリフィス板の加工工程において上記オ
リフィス板の上記接続部に対応する位置に上記第１の孔
よりも大きい第２の孔を形成するように構成される。

【０００９】これにより、ウエットの工程を用いる接着
剤の助けを借りること無く、半田ボールを所定の箇所に
容易に仮固定することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１(a),(b),(c),(d) は、一
実施の形態におけるサーマルインクジェットヘッドの製
造方法を工程順に説明する図であり、それぞれ一連の工
程において、シリコンチップの基板上に形成されていく
概略の平面図を模式的に示している。尚、同図(d) には
２１個の大きなインク吐出用のノズル（オリフィス）を
示しているが、実際には６４個、１２８個又は２５６個
等の多数のノズルが一列に形成されているものである。

【００１１】図２(a) は、上段に図１(b)を模式的に拡
大して示し、中段に上段のＡ−Ａ′断面矢視図を示し、
下段に上段のＢ−Ｂ′断面矢視図を示している。また、
図２(b) は、図２(a) に続く工程を示しており、その上
段、中段及び下段に示される部位は、図２(a) の上段、
中段及び下段に示す部位に対応している。そして、図２
(c) は、上段に図１(d) を模式的に拡大して示してい
る。この図２(c) の上段、中段及び下段に示される部位
は、図２(a) の上段、中段及び下段に対応する部位であ
る。尚、これらの図２(a),(b),(c) には、図示する上で
の便宜上、多数示すべきノズルを、５個のノズルで代表
させて示している。

【００１２】先ず、工程１として、図１(a) 及び図２
(a) に示すように、ＬＳＩ形成処理により電極配線を備
える駆動回路１とその電極配線端子２（図１(a) 参照）
を基板３の表面に形成する。続いて、酸化膜４（図１
(a) 参照）を形成し、その上に薄膜形成技術を用いて、
Ｔａ−Ｓｉ−Ｏなどからなる発熱抵抗体膜をスパッタ技
術などにより例えば４０００Åの厚みで成膜し、更に図
１(b) に示すように、電極膜５を形成する。この電極膜
５は、Ｗ−Ａｌ（又はＷ−Ｔｉ、Ｗ−Ｓｉ）などからな
るバリアメタル膜に、Ａｕによる電極膜を積層した多層
構造とすることが好ましい。

【００１３】次に、工程２として、フォトリソグラフィ
ー技術によって上記電極膜５に配線部分のパターン、す
なわち共通電極６（６ａ、６ｂ）と個別配線電極７（図
２(a) 参照）及び共通電極給電端子８（図１(b) 参照）
を形成し、発熱抵抗体膜には例えばほぼ正方形の露出部
を形成して、この露出部による微細な発熱部９（図２
(a) 参照）を形成する。この工程で発熱部９の位置が決
められる。また、このようにして、発熱部９とその両端
に接続された共通電極６ｂ及び個別配線電極７とからな
る所定数条（図２(a) では５条で代表）の発熱素子が形
成される。

【００１４】続いて、工程３として（以下、図２(b) 参
照）、感光性ポリイミドなどの有機材料からなる隔壁部
材をコーティングにより高さ２０μｍ程度の層に形成す
る。そして、これをパターン化して個々の発熱部９に対
応するインク加圧室を形成するための区画隔壁１１と、
インクを外部から封止するための一方のシーリング部と
なるシール隔壁１２とを形成する。更に他方のシーリン
グ部となるシール隔壁１３を共通電極６ａ上に形成した
後、３０分〜６０分、場合によって２時間、３００℃〜
４００℃の熱を加えるキュア（乾燥硬化、焼成）を行
う。これにより、キュア後の高さ１０μｍの上記感光性
ポリイミドによる各隔壁（区画隔壁１１、シール隔壁１
２、１３）が基板３上に形成・固着される。

【００１５】このとき同時に、図１(b) 又は同図(d) に
示す駆動回路１の電極配線端子２及び共通電極給電端子
８が配置されている基板３の周辺部にも、ここでは図示
しないが詳しくは後述する隔壁が形成され、電極配線端
子２及び共通電極給電端子８が露出するようにその隔壁
がパターン化（孔空け）される。この部分の隔壁は、イ
ンクのシーリングには関係がなく、後述するオリフィス
板を基板３の面から適正な高さで保持するための間隔保
持部材として機能している。

【００１６】更に、工程４として、ウェットエッチング
またはサンドブラスト法などにより上記基板３の面に溝
状の共通インク供給路１４を形成し、更にこの共通イン
ク供給路１４に連通し基板３の下面に開口するインク給
送孔１５を形成する。

【００１７】この後、工程５として、裏面に接着剤とし
ての熱可塑性ポリイミド１６（図２(c) の中段及び下段
参照）を極薄に例えば厚さ２〜５μｍにコーテングした
ポリイミドからなる厚さ１０〜４０μｍのフィルムのオ
リフィス板１７を、上述までの構造の最上層、つまり各
隔壁（１１、１２、１３）の上に張り付けて、２００〜
３００℃で加熱しながら加圧してオリフィス板１７を固
着させる（図１(c) 参照）。

【００１８】これにより、基板３とオリフィス板１７と
の間に隔壁（１１、１２、１３）の厚さに相当する高さ
のインク流路１８が、共通インク供給路１４と区画隔壁
１１によって区画形成されたインク加圧室内の加熱部９
との間に形成される。

【００１９】この後、一般に上記の熱可塑性ポリイミド
１６はオリフィス板１７の裏面ばかりでなく表面にも加
工されているので、工程６において、このオリフィス板
１７の表面の熱可塑性ポリイミドを簡便なレジストアッ
シヤーのような酸素プラズマ雰囲気での通常の有機膜の
エッチング装置を用いて除去する。

【００２０】その後、工程７において、そのオリフィス
板１７の露出した表面に、図１(c)に示すように、Ｎ
ｉ、Ｃｕ又はＡｌなどの厚さ０．５〜１μｍ程度の金属
膜１９を形成し、その金属膜１９をパターン化して、ポ
リイミドを選択的にエッチングする為のマスクを形成す
る。

【００２１】これにより、図１(d) に示すように、駆動
回路１の電極配線端子２及び共通電極給電端子８に対応
するエッチングパターン２１と発熱部９に対応するエッ
チングパターン２２を備えた金属膜１９のマスクが出来
上がる。

【００２２】続いて、工程８において、オリフィス板１
７をへリコン波エッチング装置などにより、一方では、
上記の金属膜マスクのエッチングパターン２２に従って
２０μｍφ〜６０μｍφの孔空けをして、図２(c) に示
すように、多数のオリフィス、つまりノズル２３を一括
形成すると共に、他方では、エッチングパターン２１
（図１(ｄ)参照）に従って孔空けをして、駆動回路１の
電極配線端子２や共通電極給電端子８に対応する端子コ
ンタクト孔２４も一括形成する。

【００２３】このようにして、１列のノズル２３を備え
たヘッドチップ２５が完成する。このヘッドチップ２５
は、モノカラー用のヘッドチップであるが、フルカラー
用のヘッドチップの場合は、図(c) の構成を４つ連続さ
せたものをシリコンウエハ上に形成して４列のノズル列
を備えたフルカラー用のヘッドチップを作成する。ここ
までの工程はシリコンウエハの状態での処理され、この
後は工程９において、ダイシングソーなどでカッテング
してヘッドチップ２５毎に個別に分割する。

【００２４】通常は、この後、工捏１０において、ワイ
アボンデングにより端子接続を親基板などの接続端子に
電気接続し、これをプリンタに装着して、プリンタのサ
ーマルインクジェットヘッドとして完成するが、本実施
の形態では、上記のようにして作成したモノクロ又はフ
ルカラーのサーマルインクジェットヘッドに対し、ワイ
アボンデングを用いず、本発明のバンプ接続によってヘ
ッドチップ２５の端子を親基板の接続端子に接続する。

【００２５】この本発明の特徴であるバンプ接続を行う
前工程となる半田ボール仮固定の工程を、以下に説明す
る。先ず半田ボールの安定した仮固定を実現するための
半田ボール設定用穴の製法について説明する。

【００２６】図３(a),(c),(d),(e) は、上記の図２(c)
に示す完成したヘッドチップ２５の図１(d) に示す端子
コンタクト孔２４部分を、加工工程順に示す図１(d) の
Ｄ−Ｄ′断面矢視拡大図であり、図３(b) は同図(a) の
平面図、同図(f) は同図(e)の平面図である。

【００２７】上述した工程３においては、感光性ポリイ
ミドなどの隔壁部材をコーティングし、キュアして、隔
壁（１１、１２、１３）を形成すると同時に同一工程
で、図３(a),(b) に示すように、基板３の端部に形成さ
れている共通電極給電端子８（駆動回路１の電極配線端
子２も同様）の上に、隔壁部材を間隔保持部材２６とし
て積層し、パターニングして、小さい径の孔２６−１を
形成する。これにより、その小さい径の孔２６−１の中
に共通電極給電端子８が円形に露出して外部接点と接続
するための接続部２７を形成する。

【００２８】上記の配線電極パターン（共通電極給電端
子８又は電極配線端子２）が面積１００μｍ×１００μ
ｍのボンデングパットであるとし、これに直径１００μ
ｍφの半田ボールを使用するものとすると、上記の小さ
い径の孔２６−１は、３０〜６０μｍφの丸孔であるこ
とが好ましい。

【００２９】次に、上述した工程５において、図３(c)
に示すように、オリフィス板１７を間隔保持部材２６や
隔壁（１１、１２、１３）の上に積層する。そして、工
程７において、図３(d) に示すように、金属膜１９を形
成し、これをパターン化して上記間隔保持部材２６が形
成している小さい径の孔２６−１よりも大きい径の孔１
９−１を形成する。これによりオリフィス板１７がマス
クされる。

【００３０】そして、工程８において、図３(e),(f) に
示すように、オリフィス板１７を金属膜１９のパター
ン、つまり大きい径の孔１９−１に従ってエッチングし
て、この大きい径の孔１９−１と同じ径の端子コンタク
ト孔２４を形成した後、これら端子コンタクト孔２４周
辺の金属膜マスクをエッチングで削除する。または端子
コンタクト孔２４をレジストなどで絶縁化処理する。

【００３１】上記のオリフィス板１７は前述したように
厚さ１５μｍ〜４０μｍのフィルム状部材であるが、例
えば４０μｍのフィルムを用いる場合は、これに空ける
端子コンタクト孔２４の大きさは上記の半田ボールの直
径１００μｍφと略同じ孔を空けるとよい。

【００３２】この１００μｍφの端子コンタクト孔２４
の内部には、間隔保持部材２６が端子コンタクト孔２４
の径１００μｍφよりも小さな径３０〜６０μｍφの小
さい径の孔２６−１を形成してパターン化されており、
その小さな径３０〜６０μｍφの小さい径の孔２６−１
の中に、接続部２７が露出している。

【００３３】これにより、同図(e) に示すように、オリ
フィス１７の表面（実際は金属膜１９の表面）から接続
部２７の面までに、オリフィス１７により形成される大
きい径１００μｍφの孔（端子コンタクト孔２４）と間
隔保持部材２６により形成されるより小さな径３０〜６
０μｍφの小さい径の孔２６−１とによる段差のついた
半田ボール設定用の穴２９が形成される。このように作
成されてシリコンウエハ上に完成したヘッドチップ２５
は、スクライブラインに沿ってカッティングして個々に
分割してシリコンウエハから取り出される。

【００３４】図４(a) は、上記のように個々に取り出さ
れたヘッドチップ２５に、半田ボールを取り付ける工程
を示す図であり、同図(b) は半田ボールを取り付けたヘ
ッドチップ２５を模式的に示す平面図とその半田ボール
部分の拡大図、同図(c) は同図(b) の側断面図である。

【００３５】同図(a) の両方向矢印Ｅに示すように、各
ヘッドチップ２５を、容器３１の中に収容された多数の
半田ボール３２の中に挿入して引き出すと、ヘッドチッ
プ２５の各接続部２７には、同図(b) に示すように端子
コンタクト孔２４に捕捉された半田ボール３２が、大き
い径１００μｍφの孔（端子コンタクト孔２４）と小さ
な径３０〜６０μｍφの小さい径の孔２６−１とによる
段差のついた穴２９により、安定した状態で接続部２７
の位置に仮固定されている。

【００３６】このように、単にヘッドチップ２５を多数
の半田ボール３２の中に挿入して引き出すだけで、電極
配線端子２の接続部２７に半田ボール３２を乗せて仮固
定することが容易に出来るようになる。このヘッドチッ
プ２５の上に、配線の形成された親基板、例えばフレキ
シブルプリント配線基板（ＦＰＣ）を熱圧着することに
よってヘッドチップ２５と親基板との端子接続が完成す
る。

【００３７】このように、本実施の形態においては、隔
壁の加工時とオリフィス板の加工時に微小な径の半田ボ
ールを位置決めするような円形の段差付きの穴をＬＳＩ
と電子部品とが一体なヘッドチップの端子に加工するこ
とにより、半田ボールを一括で配置し、端子加工された
フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に熱圧着で一括接
続して実用デバイスとしてのサーマルインクジェットヘ
ッドを製造するものである。

【００３８】尚、上述したヘッドチップ２５の製造方法
は、少なくとも４インチ以上の大きさのシリコンウエハ
上で例えば９０個以上のヘッドチップをー括で作成でき
るので生産性の高い実用性のある製造方法である。近年
のようにシリコンウエハの加工技術が発達し、単にＬＳ
Ｉだけでなく、ＬＳＩのパシベーション工程後に別のラ
インでマイクロマシン技術を用いて圧カセンサ、加速セ
ンサ、デジタルマイクロミラー、サーマルインクジェッ
トヘッド等のデバイスを完成させることが行われつつあ
る。つまり、単にＬＳＩだけでなく、これと一体な上記
のデバイス等にも上述した本発明の技術を適用できるこ
とは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、各接続用端子上に半田ボールの直径に合わせた段
差付きの深い丸穴を形成するので、チップ基板を多数の
半田ボールの中に挿入して引き出すだけで丸穴に半田ボ
ールを捕捉して接続端子上に容易に挿入ができ、これに
より、ワイヤーボンディングによる接続端子毎の接続で
なく半田ボールによる一括バンプ接続が実現でき、ルー
フシュータ型のサーマルインクジェットへツド等の親基
板への実装性能が良くなって作業能率が向上する。

【００４０】また、ワイヤーボンディングを用いないの
で、へツドチップを親基板に取り付けた後の完成デバイ
スを小型に纏めることができ、近年の電子機器の小型化
の市場の要望に対処することができる。

【００４１】また、隔壁やノズルのような他の構造部の
形成と同一工程で半田ボールの捕捉穴を形成することが
できるので、工数を増加させることなくバンプ接続を容
易に行うことのできるチップ基板を製造することができ
て便利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a),(b),(c),(d) は一実施の形態におけるサー
マルインクジェットヘッドの製造方法を工程順に示す平
面図である。

【図２】(a),(b),(c) はそれぞれ上段に工程順のサーマ
ルインクジェットヘッドの平面図を模式的に拡大して示
し、中段に上段のＡ−Ａ′矢視断面、下段に上段のＢ−
Ｂ′矢視断面を示す図である。

【図３】(a),(c),(d),(e) はヘッドチップの端子コンタ
クト孔部分を加工工程順に示す拡大断面図、(b) は(a)
の平面図、(f) は(e) の平面図である。

【図４】(a) はヘッドチップに半田ボールを取り付ける
工程を示す図、(b) は半田ボールを取り付けたヘッドチ
ップを模式的に示す平面図とその半田ボール部分の拡大
図、(c) は(b) の側断面図である。

【符号の説明】

１ 駆動回路 ２ 電極配線端子 ３ 基板 ４ 酸化膜 ５ 電極膜 ６（６ａ、６ｂ） 共通電極 ７ 個別配線電極 ８ 共通電極給電端子 ９ 発熱部 １１ 区画隔壁 １２、１３ シール隔壁 １４ 共通インク供給路 １５ インク給送孔 １６ 熱可塑性ポリイミド １７ オリフィス板 １８ インク流路 １９ 金属膜 １９−１ 大きい径の孔 ２１、２２ エッチングパターン ２３ ノズル ２４ 端子コンタクト孔 ２５ ヘッドチップ ２６ 間隔保持部材 ２６−１ 小さい径の孔 ２７ 接続部 ２９ 半田ボール設定用の穴 ３１ 容器 ３２ 半田ボール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 稔 東京都青梅市今井３丁目10番６号 カシオ 計算機株式会社青梅事業所内 Ｆターム(参考） 2C057 AF35 AF93 AG12 AG84 AG94 AP02 AP14 BA04 BA13

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた配線電極と、該配線
   電極に積層された第１の積層部材と、該第１の積層部材
   に更に積層された第２の積層部材と、前記第１の積層部
   材に設けられた第１の径の孔と、前記第２の積層部材に
   設けられ前記第１の径の孔よりも大きい第２の径の孔と
   を有し、 前記第１の径の孔及び前記第２の径の孔に半田ボールを
   挿入して該半田ボールにより外部基板と接続する接続端
   子を備えたことを特徴とする基板。
2. 【請求項２】 複数条の発熱素子と該発熱素子に積層さ
   れた電極とをアレー状に形成された基板と、前記発熱素
   子に対応する開口部が設けられたオリフィス板と、前記
   基板と前記オリフィス板との間に形成されたインク流路
   と、前記基板と前記オリフィス板との間隔を一定に保持
   する間隔保持部材とを有するサーマルインクジェットヘ
   ッドの加工方法であって、 電極を外部に接続する接続部を設け、前記間隔保持部材
   の加工工程において前記接続部の間隔保持部材に第１の
   孔を形成し、次いで前記オリフィス板の加工工程におい
   て該オリフィス板の前記接続部に対応する位置に前記第
   １の孔よりも大きい第２の孔を形成するサーマルインク
   ジェットヘッドの加工方法。