JP2005209757A - ボンディング方法、液体吐出装置および半導体デバイス - Google Patents

ボンディング方法、液体吐出装置および半導体デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】ヒーターボードの電源ラインの電流容量を増大させ、かつ電力供給の信頼性を向上させる。
【解決手段】液体吐出ヘッドのヒーターボード１は複数のヒーター１１に対して個別に電流を供給する電源ライン１３を有し、スイッチ１２によってヒーター１１を選択することで、ノズル２からのインク等液体の吐出を制御する。隣接する電源ライン１３間をバンプ等の接続配線１５によって短絡させたうえで、ワイヤーボンディング１６またはＴＡＢフィルム５を介して外部配線基板３に接続する。複数の電源ライン１３が実質的に共通配線となるため、一部がオープンになっても、液体吐出ヘッドの駆動が阻害されることはない。
【選択図】図１

Description

本発明は、高電流を用いるインクジェットプリンタ等の液体吐出ヘッドや半導体デバイス等の電極パッドと、外部配線基板のリード部とをワイヤー等によって接続するボンディング方法、液体吐出装置および半導体デバイスに関するものである。
従来、インクジェット記録装置等の液体吐出装置において、液滴を吐出させる熱エネルギーを印加するヒーターを内包したヒーターボードと、ヒーターボードに駆動電流を供給する外部配線基板とを電気接続させるために、ワイヤーボンディング法等が用いられる。
液滴を吐出させる熱エネルギーを印加する複数のヒーターはＳｉ基板上に配置され、その上に、各ヒーターに対応してインク等液体を供給する供給口や液滴を吐出するノズルを有するノズル層が配置されている。液体吐出装置の本体から液体吐出ヘッドへの駆動信号は、外部配線基板（ＰＷＢ）に配置された接触パッドを介して、ＴＡＢフィルムの配線（ＩＬＢ）や、ワイヤーボンディングによってヒーターボードに伝えられる。ＴＡＢフィルムの代わりにフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）等が使われる場合もある。
図７は一従来例を示すもので、ヒーターボード１０１には複数のヒーター１１１とそれに付随したスイッチ１１２が配置され、各ヒーター１１１を駆動するための電源ライン１１３となる配線が接続されており、吐出のタイミングや場所を指定する信号線１１４でスイッチ１１２の開閉が制御されている。
近年、従来のインクジェット記録装置に比べて記録速度の向上のためにノズル数が増加し、同時に駆動されるヒーター数が増え、電源ラインの抵抗値を低くすることが求められている。また、吐出の高精度化のためにも電源ラインの抵抗値を低くすることが求められている。数多くのヒーターに対してヒーターボード上に１本の共通電源が配設されていると、電源ラインが大面積になり、その結果、ヒーターボードの配線作成時に電源ラインに帯電した電荷が配線形成のエッチング工程に影響を及ぼすことがあるため、この対策として、各ヒーター１１１ごとに電源ライン１１３を分離して個別配線を作成することで、１つの配線の面積を小さく抑え、電荷の影響を低減することを行っている。また、電源ライン１１３を分離することで、ヒーターボード１０１単体の電気検査でより多くの項目を検査する場合もある。図８に示すように、実際の接続には個別分離した電源ライン１１３と外部配線基板１０３のリード部１０３ａとをワイヤーボンディング１１６で接続するが、電源ライン１１３と外部配線との接合部であるパッド１１３ａは、ヒーターボード１０１の面積の制限により１箇所もしくは数箇所に配置される。
特開平８−１８７８６０号公報
しかしながら、インクジェットプリンタ等のコストダウンのために、工程のタクトや使用ワイヤー長さを考慮するとボンディング箇所を増やすのは好ましくなく、一つの電源ラインに配置できるパッド数は制限されている。他方、一つの電源ラインにパッドが１個のみの場合、電源ラインに流れる電流がワイヤー１本のみで供給されるため、その部分での電気抵抗の大きさが問題になってくる。また、ワイヤーボンディングの信頼性が十分でない場合、ワイヤー１本が外れるとそれにつながる電源ラインのヒーターが駆動不良となってしまうため、液体吐出ヘッドの製品歩留まりにも影響を及ぼす場合がある。
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、ヒーターボードのパッド数を増大させることなく、配線形成時には分離・独立した電源ラインを互に短絡させて外部配線基板と接続し、必要な電流容量と信頼性を同時に確保することのできるボンディング方法、液体吐出装置および半導体デバイスを提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため、本発明のボンディング方法は、複数の素子部を有する素子基板に、電力を供給するための外部配線手段を接続するボンディング方法であって、素子基板上に各素子部のために個別に設けられた電源接続用の複数のパッド間に、隣接するパッドを互に接続して短絡させるためのバンプまたはウェッジボンディングを形成する工程と、素子基板上の電源接続用の複数のパッドをワイヤーボンディングによってそれぞれ外部配線手段に接続する工程と、を有することを特徴とする。
また、複数の素子部を有する素子基板に、電力を供給するための外部配線手段を接続するボンディング方法であって、素子基板上に各素子部のために個別に設けられた電源接続用の複数のパッド間に、隣接するパッドを互に接続して短絡させるためのバンプまたはウェッジボンディングを形成する工程と、パッド間のバンプをリードによって外部配線手段に接続する工程と、を有することを特徴とするボンディング方法でもよい。
また、複数の素子部を有する素子基板に、電力を供給するための外部配線手段を接続するボンディング方法であって、素子基板上に各素子部のために個別に設けられた電源接続用の複数のパッドの間を互に接続して短絡させるように、外部配線手段に接続されるワイヤーボンディングのボールを溶着する工程を有することを特徴とするボンディング方法でもよい。
本発明の液体吐出装置は、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する複数の発熱素子および各発熱素子に個別に接続された電力供給用の複数のパッドを有するヒーターボードと、前記パッドを介して前記ヒーターボードに電力を供給する外部配線手段と、前記外部配線手段を前記ヒーターボードの各パッドに接続するためのボンディング手段と、前記ヒーターボード上で前記複数のパッド間を短絡させる接続配線とを有することを特徴とする。
また、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する複数の発熱素子および各発熱素子に個別に接続された電力供給用の複数のパッドを有するヒーターボードと、前記パッドを介して前記ヒーターボードに電力を供給する外部配線手段と、前記外部配線手段を前記ヒーターボードの各パッドに接続するためのボンディング手段とを備えており、前記ボンディング手段が、前記複数のパッドの間に溶着されたボールを有し、前記ボールによって前記パッドを短絡させたワイヤーボンディングであることを特徴とする液体吐出装置でもよい。
液体吐出ヘッドのヒーターボード等の素子基板上で分離・独立して配設される複数の電源ラインのパッド間を、バンプやウェッジボンディングあるいはワイヤーボンディングのボールによって互に接続し、短絡させることで、全ての電源ラインを実質的に共通配線とする。
各電源ラインが外部配線手段と並列接続され、しかも隣接する電源ラインが短絡した共通配線であるため、外部配線手段から供給される電流を個々の電源ラインに分散させることで電流容量を増大させて、帯電によるトラブルを回避すると同時に、ワイヤー等が一部破断した場合でもヒーター（発熱素子）による吐出駆動が阻害されることなく、信頼性の高い液体吐出装置を実現できる。
図１の（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド１０は、液滴を吐出させる熱エネルギーを印加する複数の発熱素子（素子部）であるヒーター１１が、Ｓｉ基板からなる素子基板であるヒーターボード１に配置され、その上に、各ヒーター１１に対応して、インク等液体を供給する供給口と、液滴を吐出する吐出口であるノズル２を有するノズル層が配置されている。インクジェット記録装置等の液体吐出装置の本体７から液体吐出ヘッド１０への駆動信号は、外部配線手段である外部配線基板（ＰＷＢ）３に配置された接触パッド４を介して、ボンディング手段であるＴＡＢフィルム５の内部配線や、図１の（ｂ）に示すワイヤーボンディング１６でヒーターボード１に伝えられる。
ヒーターボード１の両端の接続部は保護のため封止材６でカバーされている。またＴＡＢフィルムの代わりにフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）等が使われる場合もある。
図１の（ｂ）に示すように、ヒーターボード１には複数のヒーター１１とそれに付随したスイッチ１２が配置され、各スイッチ１２にはヒーター１１を駆動するための電源ライン１３となる個別配線がそれぞれに独立して接続されており、吐出のタイミングや場所を指定する信号線１４でスイッチ１２の開閉が制御される。そして、ヒーターボード１上で接続配線１５によって隣接する電源ライン１３同士が接続され、外部配線基板３上の配線ともそれぞれＴＡＢフィルム５またはワイヤーボンディング１６によって接続する構成となっている。
各ヒーター１１に供給される電流は、接続配線１５を流れることで、複数の電源ライン１３に分散されるため、接続部の一部がオープンとなったとしても、駆動が阻害されることはない。
図２に示すように、ヒーターボード１上の複数のヒーター１１にそれぞれ個別に接続する複数の電源ライン１３のパッド１３ａを外部配線基板３上の個別配線のリード部３ａにそれぞれワイヤーボンディング１６によって接続する構成において、各電源ライン１３は分離・独立しており、それぞれにパッド１３ａが１つずつ設けられており、かつ、隣接するパッド１３ａの間を中心に接続配線１５を構成するバンプが溶着され、これによって各電源ライン１３は電気的に短絡している。各ワイヤーボンディング１６のヒーターボード側のボールは電源ライン１３のパッド１３ａに溶着され、他端は外部配線基板３のリード部３ａに接続されている。
図３に示すように、ヒーターボード２１上の複数の電源ライン２３のパッド２３ａを外部配線基板３上の個別配線のリード部３ａにそれぞれワイヤーボンディング１６によって接続する構成において、各電源ライン２３は分離・独立しており、それぞれにパッド２３ａが１つずつ繋がっている。ワイヤーボンディング１６のヒーターボード側のボールは隣接するパッド２３ａの間を中心に溶着され、これによって各電源ライン２３は電気的に短絡している。ワイヤーボンディング１６の他端側は外部配線基板３のリード部３ａに接続されている。
接続されるワイヤーボンディング１６の数はヒーターボード１のパッド２３ａの数より１本少ない数となってしまい、全てのパッド２３ａにワイヤーを接続する場合に比べてワイヤー全数合計の電流容量は減ってしまうが、通常パッドの数は図示したより多くの数を接続するため、ワイヤーの数が１本減っても実質的に影響はない。
実施例１と比べて、パッドの短絡用のバンプを打つ手間が省けるため、タクトの向上やワイヤーの消費量が低減する等の利点がある。
図４に示すように、ヒーターボード３１上の複数の電源ライン３３のパッド３３ａを外部配線基板３上の個別配線のリード部３ａにそれぞれワイヤーボンディング１６によって接続する構成において、各電源ライン３３は分離・独立しており、それぞれにパッド３３ａが１つずつ繋がっており、隣接するパッド３３ａ間はウェッジボンドのワイヤーからなる接続配線３５によって接続され、これによって各電源ライン３３は電気的に短絡している。
上記実施例１、２では、バンプやパッドで隣接する電源ラインを短絡させる構成であるが、パッドの間隔がバンプサイズ等で限定されるため、実質的に近接したパッドのみに有効な手段であった。本実施例では回路の都合などでパッドの配置が離れた場合にもパッド同士を接続することができるため、回路設計の自由度が向上する。
図５に示すように、ヒーターボード４１上の複数の電源ライン４３のパッド４３ａを外部配線基板３上のリード部３ａにワイヤーボンディング１６によって接続する構成において、隣接するパッド４３ａの間を中心に接続配線４５を構成するバンプが溶着され、これによって各電源ライン４３は電気的に短絡されている。ワイヤーボンディング１６のヒーターボード側のボールは１つおきのパッド４３に溶着され、他端は外部配線基板３のリード部３ａに接続されている。このリード部３ａは、実施例１のリード部を拡張した共通リード部であり、複数のワイヤーが接続される構成となっている。
外部配線基板側の一つのリード部に対して複数のワイヤーを接続することで、ワイヤーボンド時の接合位置の自由度を大きく取ることができる。また、リード形状が微細化しないため、外部配線基板の製造が容易となる。
同様に、実施例２、３においても外部配線基板側の一つのリード部に複数のワイヤーを接続させる構成とすることができる。
図６に示すように、ヒーターボード５１上の複数の電源ライン５３のパッド５３ａをＴＡＢフィルム５のリード５６にそれぞれワイヤーボンディング１６によって接続する構成において、ヒーターボード５１上の隣接するパッド５３ａの間を中心に接続配線５５となるバンプが溶着され、これによってすべての電源ライン５３は電気的に短絡している。ＴＡＢフィルム５のリード５６は、このバンプを介してパッド５３ａに接続されている。
液体吐出装置のヒーターボードの接続に限定されることなく、素子基板を備えたあらゆる半導体デバイスの実装、接続に適用できる。
一実施の形態による液体吐出ヘッドを示すもので、（ａ）はその模式斜視図、（ｂ）はヒーターボードの配線を示す回路図である。 実施例１によるヒーターボードの接続部を示す斜視図である。 実施例２によるヒーターボードの接続部を示す斜視図である。 実施例３によるヒーターボードの接続部を示す斜視図である。 実施例４によるヒーターボードの接続部を示す斜視図である。 実施例５によるヒーターボードの接続部を示す斜視図である。 一従来例によるヒーターボードの配線を示す回路図である。 図７のヒーターボードの接続部を示す斜視図である。
符号の説明
１、２１、３１、４１、５１ ヒーターボード
３ 外部配線基板
１１ ヒーター
１２ スイッチ
１３、２３、３３、４３、５３ 電源ライン
１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ、５３ａ パッド
１５、３５、４５、５５ 接続配線
１６ ワイヤーボンディング
５６ リード

Claims (6)

  1. 複数の素子部を有する素子基板に、電力を供給するための外部配線手段を接続するボンディング方法であって、
    素子基板上に各素子部のために個別に設けられた電源接続用の複数のパッド間に、隣接するパッドを互に接続して短絡させるためのバンプまたはウェッジボンディングを形成する工程と、
    素子基板上の電源接続用の複数のパッドをワイヤーボンディングによってそれぞれ外部配線手段に接続する工程と、を有することを特徴とするボンディング方法。
  2. 複数の素子部を有する素子基板に、電力を供給するための外部配線手段を接続するボンディング方法であって、
    素子基板上に各素子部のために個別に設けられた電源接続用の複数のパッド間に、隣接するパッドを互に接続して短絡させるためのバンプまたはウェッジボンディングを形成する工程と、
    パッド間のバンプをリードによって外部配線手段に接続する工程と、を有することを特徴とするボンディング方法。
  3. 複数の素子部を有する素子基板に、電力を供給するための外部配線手段を接続するボンディング方法であって、
    素子基板上に各素子部のために個別に設けられた電源接続用の複数のパッドの間を互に接続して短絡させるように、外部配線手段に接続されるワイヤーボンディングのボールを溶着する工程を有することを特徴とするボンディング方法。
  4. 請求項１ないし３いずれか１項記載のボンディング方法によって素子基板を外部配線手段に接続したことを特徴とする半導体デバイス。
  5. 液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する複数の発熱素子および各発熱素子に個別に接続された電力供給用の複数のパッドを有するヒーターボードと、前記パッドを介して前記ヒーターボードに電力を供給する外部配線手段と、前記外部配線手段を前記ヒーターボードの各パッドに接続するためのボンディング手段と、前記ヒーターボード上で前記複数のパッド間を短絡させる接続配線とを有することを特徴とする液体吐出装置。
  6. 液体を吐出するための吐出エネルギーを発生する複数の発熱素子および各発熱素子に個別に接続された電力供給用の複数のパッドを有するヒーターボードと、前記パッドを介して前記ヒーターボードに電力を供給する外部配線手段と、前記外部配線手段を前記ヒーターボードの各パッドに接続するためのボンディング手段とを備えており、前記ボンディング手段が、前記複数のパッドの間に溶着されたボールを有し、前記ボールによって前記パッドを短絡させたワイヤーディングであることを特徴とする液体吐出装置。
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