JP2004034715A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】 インクジェットプリントヘッドを提供する。
【解決手段】 インクが収容されるインクチャンバと，インクチャンバ内のインクを液滴状態に吐出すノズルとインクチャンバ内の液滴発生のための電気的信号を印加するための多数のパッドを備える基板と，前記各パッドに対応するコンダクタを有し，各コンダクタの先端にボンディング部が備えられているＦＰＣケーブルと，前記パッドとボンディング部とを電気的に連結する連結部材と，を備える。既存のTAB方式でＦＰＣケーブルから露出されたコンダクタを基板上のパッドに個別的に直接１つずつボンディングすることによって，発生するパッドの浮上がり現象による電気的不良を除去してボンディングの信頼性を高める。このような信頼性は別の連結部材を利用するが，特にソルダリングまたは熱間圧接により溶接することによって得られる。
【選択図】 図２
【解決手段】 インクが収容されるインクチャンバと，インクチャンバ内のインクを液滴状態に吐出すノズルとインクチャンバ内の液滴発生のための電気的信号を印加するための多数のパッドを備える基板と，前記各パッドに対応するコンダクタを有し，各コンダクタの先端にボンディング部が備えられているＦＰＣケーブルと，前記パッドとボンディング部とを電気的に連結する連結部材と，を備える。既存のTAB方式でＦＰＣケーブルから露出されたコンダクタを基板上のパッドに個別的に直接１つずつボンディングすることによって，発生するパッドの浮上がり現象による電気的不良を除去してボンディングの信頼性を高める。このような信頼性は別の連結部材を利用するが，特にソルダリングまたは熱間圧接により溶接することによって得られる。
【選択図】 図２
Description
本発明はインクジェットプリントヘッドに関する。
インクを瞬間加熱して得たバブル(気泡)によりインク液滴を吐出す電気-熱変換方式(electro-thermal transducer)のインクジェットヘッドはヒーターとノズルが形成された基板を備える。
また，基板には上記ヒーターに電気的に連結するシグナルラインと，多数のシグナルラインと外部回路との接触のために基板のエッジにインライン状に配される多数の電気的パッドが形成される。
上記パッドは，各々のパッドに対応する多数のコンダクタが平行に配置されているフレキシブル・プリント・サーキットケーブル（ＦＰＣ：flexible printed circuit）に連結される。パッドとコンダクタとの連結はサーモソニックボンディングによって連結される。
上記サーモソニックボンディングは１回に１点ずつ接合する一点ボンディング方式なので，図１に示すように基板１のパッド２にコンダクタ３を接触させた後，サーモソニックボンディングツール４を接触させた状態で，一回のボンディングに１つのパッド２と１つのコンダクタ３を順次に接合しうる（例えば，特許文献１，特許文献２参照）。なお，本願発明に関連する技術文献情報には，次のものがある。
しかしながら，上記従来方法によれば，ボンディングするパッドの数だけ順次に繰り返さねばならず，よって１枚の基板に対するＦＰＣケーブルのボンディングに長時間がかかる。
サーモソニックボンディングの他の弱点は，ボンディング時にボンディングツールが局部的にコンダクタに接触するために超音波による振動エネルギーが集中する接触部分に非正常的な変形を誘発し，よって接合部分の剛性が弱まってパッドからコンダクタが分離されやすい。
本発明は，本発明の目的は，ＦＰＣのコンダクタとパッド間の接合部分での構造的強度を増大させることが可能な，新規かつ改良されたインクジェットプリントヘッドを提供することである。
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，インクが収容されるインクチャンバと，インクチャンバ内のインクを液滴状態に吐出すノズルとインクチャンバ内の液滴発生のための電気的信号を印加するための多数のパッドを備える基板と，前記各パッドに対応するコンダクタを有し，各コンダクタの先端にボンディング部が備えられているＦＰＣケーブルと，前記パッドとボンディング部とを電気的に連結する連結部材と，を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッドを提供する。
上記インクジェットプリントヘッドにおいて，ＦＰＣはコンダクタが保護する保護層を備え，前記保護層には前記ボンディング部が露出される開口部が備えられていることが望ましい。
また，前記基板のパッドと前記連結部材の一端部は熱間圧接またはソルダリングにより相互ボンディングされていることが望ましい。また，前記ＦＰＣのボンディング部と前記連結部材の他端は熱間圧接またはソルダリングにより相互ボンディングされていることが望ましい。
最も望ましくは，前記基板のパッドと前記連結部材の一端部，そして前記ＦＰＣのボンディング部と前記連結部材の他端とが熱間圧接により相互ボンディングされていることが望ましい。
また，上記課題を解決するため，本発明の別の観点によれば，インクジェットプリントヘッドが提供される。上記インクジェットプリントヘッドは，インクを収容するインクチャンバと，インクチャンバ内のインクを液滴状態に吐出すノズルとインクチャンバ内の液滴発生のための電気的信号を印加するための多数のボンディングパッドを備える基板と，各ボンディングパッドに対応するコンダクタを有し，各コンダクタの先端にボンディング部が備えられているフレキシブル・プリント・サーキット（ＦＰＣ）ケーブルと，ボンディングパッドとボンディング部とを電気的に連結する連結部材とを備えることを特徴としている。
本発明によれば，ボンディングツールによる熱間圧接で連結部材とボンディングパッドまたはボンディング部と溶接される。かかる構成により，連結部材とボンディングパッドまたはボンディング部とが非常に強く溶接され，容易に分離されず，また溶接部分の表面は滑らかに溶接されるため，その後の加工処理が効率化され，印刷等の品質を高められる。
ＦＰＣケーブルはコンダクタが保護する保護層を備え，保護層にはボンディング部が露出される開口部が備えられているように構成してもよい。
基板に形成されるボンディングパッドと連結部材の一端部とは，熱間圧接またはソルダリングにより，相互ともボンディングされているように構成してもよい。
ＦＰＣケーブルに形成されるボンディング部と連結部材の他端部とは，熱間圧接またはソルダリングにより，相互ともボンディングされているように構成してもよい。
基板に形成されるボンディングパッドと連結部材の一端部と，およびＦＰＣケーブルのボンディング部と連結部材の他端部とは，熱間圧接により相互ともボンディングされているように構成してもよい。
以上説明したように，本発明によれば，既存のTAB(Tape Automated bonding)方式でＦＰＣケーブルから露出されたコンダクタを基板上のパッドに個別的に直接１ずつボンディングすることによって発生するパッドの浮上がり現象による電気的不良を除去してボンディングの信頼性を高められる。このような信頼性は別の連結部材を用いるが，これを特に熱間圧接により溶接することによって得られる。また，液滴飛越し距離を短縮して印刷品質を高められる。
以下，本発明の好適な実施の形態について，添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお，以下の説明及び添付図面において，略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を付することにより，重複説明を省略する。
なお，以下の説明においてヒーター，インクチャンバ，ノズル板，後述するボンディングパッドに連結されるシグナルラインに関連した本発明に係るインクジェットプリントヘッドの具体的な内部構造については別途に説明しない。
基本的に，本実施の形態では局部的な運動エネルギー（kinetic energy）によりボンディングを行なうサーモソニックボンディング，すなわち熱間超音波溶接法(thermosonic welding)を適用せず，熱間圧接法(hot pressure welding)またはソルダリング（soldering）を利用する。
熱間圧接法またはソルダリングによれば，割れやすい基板に対する振動衝撃が加わらない。このような熱間圧接は微細抵抗による瞬間発熱が可能なボンディングツールによってなされる。ＦＰＣ（flexible printed circuit）とインクジェットプリントヘッドの基板とは別途に準備され，付加されたコンダクタにより電気的に連結される。
図２はＦＰＣケーブル６０及びこれに連結されるインクジェットプリントヘッドの基板１０を示す平面図であり，図３は，基板１０の概略的な構成を示す拡大平面図である。
図２に示すように，ＦＰＣケーブル６０は，大きく分けて，プリンタのヘッド移送機構（headtransfertool）に設けられたコンタクト端子(図示せず)に接触する多数のコンタクトパッド(アルファベットの記録部分)が備えられたパッド領域Ａと，インクジェットプリントヘッドの基板１０に形成されたボンディングパッド２０（図３参照）に電気的に連結されるコンダクタ６１が配列されているボンディング領域Bとを備える。
図２に示す基板１０の右部分に表記された参照番号１１は，図３に示すように，ノズル１２が形成される領域である。また図３に示すように，基板１０の右側の短辺部分に対応する領域Ｃに上記コンダクタ６１の先端部であるボンディング部６２が上下に複数配列されている。
なお，本実施の形態にかかる領域Ｃは，基板１０の４辺うち，一の辺の周辺に該当する領域である場合を例に挙げて説明したが，かかる例に限定されず，基板１０の４辺のうち１又は２以上の辺であり，上下左右側のどの辺であっても実施可能である。
図２及び図３に示すように，インクジェットプリントヘッドの基板１０の周囲を覆い包むようにＦＰＣケーブル６０が配置されている。図３に示すように前記基板１０には２列に配置されたノズル１２を含むノズル下部のインクチャンバ及びヒーター(図示せず)が備えられる。
基板１０の４辺のうち，一の辺の周辺の縁部にはヒーターに内部のシグナルラインを通じて電気的に連結されたボンディングパッド２０が配置されている。ボンディングパッド２０とこれに対応するＦＰＣケーブル６０の各コンダクタ６１のボンディング部６２は，別の連結部材６３により各々連結されている。図面ではノズル１２が２列に配置されているが，１列に配置されてもよく，解像度をさらに高めるために３列以上に配置されても良い。
図４及び図５は，連結部材６３による基板１０のコンダクタ２１の端部に備えられるボンディングパッド２０と前記ＦＰＣケーブル６０のボンディング部６２間の連結構造を示す該当部分の断面図である。
図４および図５に示すように，ＦＰＣケーブル６０のコンダクタ６１は上下の保護層６５により保護されている。上部の保護層６５には前記コンダクタ６１の先端部を露出させるための開口部を有する。
上部の保護層６５の開口部を通じて露出されたコンダクタ６１の先端部は前述したボンディング部６２に該当する。図４は前記連結部材６３が前記基板１０のボンディングパッド２０及びＦＰＣケーブル６０のボンディング部６２自体が溶融により接合されている状態を示し，図５は別の付加的なソルダ（solder：はんだ）６４により，前記基板１０のボンディングパッド２０及びＦＰＣケーブル６０のボンディング部６２がボンディングされた状態を示す。
そして，図６は，ボンディングパッド２０及び連結部材６３の方は，熱間圧接により溶接され，連結部材６３及びボンディング部６２の方は，ソルダ６４によりボンディングされた状態を示す。
連結部材６３は，ＦＰＣケーブル６０に関していわゆるＴＡＢ（tape automated bonding）工程を可能にするためにリボン状に供給される。前記ボンディング部６２及びこれを露出させる開口部は，既に基板１０上に形成されている。上記開口部の加工はエクサイマレーザー（excimer laser）等で形成できる。
ここで，加工面が溶け落ちる事象の発生を最小化するためにレーザーのパルスを変化させて加工し，またパルスの周期を変えるか，あるいはパルスの時間間隔を調節する等の断続的な方式を利用して加工状態を良くする。一方，エクサイマレーザー以外のレーザーの場合には，レーザー光の焦点を容易に合わせられるので，マスクを使用せず，相異なるサイズのフォーカス・スポット・サイズとレーザー光のフルエンス（単位面積当りエネルギーの量）の変化を用いて連結部溝を加工しても良い。また，上記のようなレーザーアブレーション（laser ablation）以外に機械的な微細な穴あけ機，例えば微細穿孔機等を使用して穿孔しても良い。
図７に示すように連結部材６３は１つの絶縁性連結リボン６６により相互平行に固定された状態に供給されうる。前記連結部材６３の幅は１００ミクロン程度，そして連結部材６３の厚さは３０ミクロン程度である。図４及び図５において連結部材６３の両端部が段差状（階段状）に形成されたものと示されている。しかし，このような段差部分（階段部分）は場合に応じては屈曲せず平坦に形成されてもよい。
図７に示すように，本実施の形態にかかる連結部材６３は，相互に平行に固定され，絶縁性連結リボン６６上に載置される。
図５に示すようにソルダ６４により連結部材６３がボンディングパッド２０及びボンディング部６２に結合される場合，一般のクリームソルダ（cream solder）の供給し，連結部材６３の装着し，そしてソルダの溶融及び硬化するなどの過程を経る。
一方，図４に示すように連結部材６３がボンディングパッド２０及びボンディング部６２に直接融着される場合，図8に示すように熱圧着方式のボンディングツール４０が使われる。図8に示すようにボンディングツール４０は切れ目等の所定のギャップを維持する導電性加圧チップ４１と，上記導電性加圧チップ４１の先端部間に備えられる電気的発熱層（electrical heating layer）４２を具備する。
上記導電性加圧チップ４１は，溶接対象物を加圧する機能と，上記導電性加圧チップ４１の先端部間に備わる電気的発熱層４２が電流を供給する通路としての機能とを有する。
図８に示すように，電気的発熱層４２を含む導電性加圧チップ４１の先端部の幅は約２００ミクロン，そして各導電性加圧チップ４１の厚さは約１００ミクロンである。電気的発熱層４２はタングステンなどの高抵抗物質で形成され，例えば０.５ボルト程度の低い電圧下で３００〜５００℃の熱を瞬時に発生する。
上記のようなボンディングツール４０による連結部材６３の溶接は図9に示すように，一般の熱間圧接の方式によって進行される。このような熱間圧接は一回に１つのパッドに対して溶接がなされる。
図１０は，レーザーにより上記開口部が加工されたＦＰＣケーブル６０の平面図であって，４つの写真のうち，左上端の写真から順に，右上の写真，右下の写真，左下の写真のように，次第に倍率を減少させた状態で撮影した写真である。
図１１は，本実施の形態にかかる連結部材６３がＦＰＣケーブル６０のボンディング部６２と基板１０のボンディングパッド２０とに溶接された状態を示す平面図である。ここでは熱間圧接ではないソルダリングにより連結部材がボンディングされたものである。図１１において水平方向に明るい部分が基板１０とＦＰＣケーブル６０間のギャップ（ｇａｐ）を示し，そのギャップよりも下部は基板１０であり，その上部はＦＰＣケーブル６０である。
図１２は，上述した通り，ボンディングツール４０による溶接と，従来のサーモソニック方法により溶接された部分とを示す写真である。図１２に示す写真において上部は本実施の形態にかかる熱間圧接，その下部は従来のサーモソニックによる溶接部分である。
図１２に示すように，上部と下部と２つの連結部材６３は，それぞれ右端から水平方向に伸び，表面が斑状の模様であり，上下に備わる略矩形のボンディング部６２またはボンディングパッド２０に溶接されている。
図１２の下部の写真に示すようにサーモソニックによる溶接部分（ボンディングパッド２０，ボンディング部６２）の周辺に超音波チップにより加えられた痕が残っており，図１２の上側の写真に示す本実施の形態にかかる溶接部分は滑らかな状態をそのまま保持している。溶接部分は滑らかな状態であるため，さらに溶接部分を加工する等の処理が円滑に行える。
図１３は，本実施の形態にかかる熱間圧接による溶接部分と超音波による溶接部分（ボンディングパッド２０，ボンディング部６２）で連結部材６３を強制的に分離させた後の写真である。
図１３に示すように，上部と下部と２つの連結部材６３は，それぞれ左端から水平方向に伸び，表面が斑状の模様である。また，ボンディング部６２またはボンディングパッド２０は，略正方形の形状をしており，上下に２つ備わっている。
図１３に示す写真において上部は本実施の形態の熱間圧接がなされた部分であって非常に強い溶接により連結部材６３の溶接された部分はそのままボンディングパッド２０またはボンディング部６２に付着しており，付着した以外の連結部材６３は，付着部分の後のネック部分が切られた状態を示す。
そして，図１３に示す写真の下部は，従来における超音波による溶接部分であって連結部材６３がボンディングパッド２０またはボンディング部６２から完全に分離された状態を示す。従って，図１３の上側に示す連結部材６３が非常に強力な熱間圧接によって溶接されることが分かる。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例を想定し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は，インクジェット式プリンタに適用可能であり，特にＦＰＣケーブルが使用されるインクジェットプリントヘッドを備えるプリンタに適用可能である。
１０ 基板
１１ ノズル
２０ ボンディングパッド
６０ ＦＰＣ
６１ コンダクタ
１１ ノズル
２０ ボンディングパッド
６０ ＦＰＣ
６１ コンダクタ
Claims (5)
- インクを収容するインクチャンバと，
前記インクチャンバ内のインクを液滴状態に吐出すノズルと前記インクチャンバ内の液滴発生のための電気的信号を印加するための多数のボンディングパッドを備える基板と，
前記各ボンディングパッドに対応するコンダクタを有し，各コンダクタの先端にボンディング部が備えられるフレキシブル・プリント・サーキットケーブルと，
前記ボンディングパッドとボンディング部とを電気的に連結する連結部材とを備えることを特徴とする，インクジェットプリントヘッド。 - 前記フレキシブル・プリント・サーキットケーブルは前記コンダクタが保護する保護層を備え，
前記保護層には前記ボンディング部が露出される開口部が備えられていることを特徴とする，請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 前記ボンディングパッドと前記連結部材の一端部とは，熱間圧接またはソルダリングによりボンディングされていることを特徴とする，請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記フレキシブル・プリント・サーキットケーブルのボンディング部と前記連結部材の他端部とは，熱間圧接またはソルダリングによりボンディングされていることを特徴とする，請求項１，２，または３項のうちいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記ボンディングパッドと前記連結部材の一端部と，前記フレキシブル・プリント・サーキットケーブルのボンディング部と前記連結部材の他端部とは，熱間圧接によりボンディングされていることを特徴とする，請求項１，２，３，または４項のうちいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
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