JP2005219238A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法、並びに、インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画質やメンテナンス性能に優れたルーフ型のインクジェット記録ヘッド及びその製造方法、並びに、それを備えたインクジェット記録装置を提供すること。
【解決手段】 ヘッドチップ１０がインク吐出方向とは反対方向側の面からＣＯＦ用フィルム１２に搭載した状態で、ヘッドチップ１０のパッド１８は、ＣＯＦ用フィルム１２におけるリード２４に接続させる。そして、リード２４は、デバイスホール２２に突出しておらず、その全体がフレキシブル基板２０に支持固定されると共に、そのパッド１８との接続部が封止剤２６により封止されている。このような構成にすることで、封止剤２６がインク吐出方向に突出することがなくなる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、サーマルインクジェットプリンターの印字ヘッドに利用されるインクジェット記録ヘッドに関し、特に液滴を液体噴射素子の形成面に対して直交方向へ吐出するルーフ型の液体噴射素子基板と、噴射素子に駆動信号及び電力を供給するための外部配線基板とを接続したインクジェット記録ヘッドに関する。

従来、インクジェット記録ヘッドは、例えば、リールｔｏリール搬送可能なように、ＴＡＢ用フィルムにヘッドチップを搭載して、プリンターに装着されている。

このＴＡＢ用フィルムは、プリンター本体からヘッドチップに駆動信号、電源を供給できるような配線（リード）が施されているものであり、ヘッドチップを搭載する際には、当該配線とヘッドチップのパッド或いはバンプ（通電電極）とが接続されることとなる（特許文献１及び２参照）。

ここで、従来の記録ヘッドをその製造過程と共に説明する。まず、図１０（Ａ）に示すように、インクジェット記録ヘッドチップ１００（噴射素子基板）と、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープ１１２（外部配線基板）、とを準備する。なお、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）におけるＴＡＢ用フィルム１１２を９０°回転させた斜視図である

ヘッドチップ１００は、上面には樹脂天板１１４によって形成された２列のノズル列１１６とが設けられている。該ノズル列１１６からは、直下に設けられた図示しない発熱抵抗体の発熱によって発生した気泡の圧力で発熱抵抗体形成面に対して直交方向にインク滴が吐出され、記録媒体に着弾してインク画像を形成する。そして、同じくチップ上面の両端部にはＴＡＢ用フィルム１１２のリードと接続する為のパッド１１８（通電電極）が設けられている。

一方、ＴＡＢ用フィルム１１２は、折り曲げが可能なフレキシブル基板１２０（ベースフィルム）に、ヘッドチップ１００のノズル列１１６を露出するためのデバイスホール１２２と、フレキシブル基板１２０に支持固定されたリード１２４で構成されている。リード１２４の一端（パッド１１８との接続部１２４ａ）は、デバイスホール１２２に突出している。

次に、図１１に示すように、ヘッドチップ１００はデバイスホール１２２にノズル列１１６を露出させてＴＡＢ用フィルム１１２搭載される。この際、ヘッドチップ１００のパッド１１８と、ＴＡＢ用フィルム１１２のリード１２４（接続部１２４ａ）と、は金属接合（接続）される。

次に、図１２に示すように、ヘッドチップ１００のパッド１１８と、ＴＡＢ用フィルム１１２のリード１２４との接続部を含め、デバイスホール２２に突出したリード１２４全体を、封止剤１２６により封止する。

この接合（接続）から封止までの様子を図１３に示す。まず、図１３（Ａ）に示すように、ＴＡＢ用フィルム１１２を、デバイスホール１２２に突出したリード１２４（接続部１２４ａ）がヘッドチップ１００のパッド１１８上にくるように配置する。次に、図１３（Ｂ）に示すように、ボンディングツール１２８により、ＴＡＢ用フィルム１１２のリード１２４（接続部１２４ａ）と、は金属接合（接続）する。そして、図１３（Ｃ）に示すように、パッド１１８とリード１２４との接続部を含め、デバイスホール２２に突出したリード１２４全体を、封止剤２６により封止する。

このようにして、ヘッドチップ１００をＴＡＢ用フィルム１１２に搭載する。
特開平１０−００７７６号公報（図２、第３頁〜第４頁） 特許２８３４４５１号公報（図１、第２頁〜第４頁）

しかしながら、ヘッドチップ１００のパッド１１８は、ノズル列１１６と同一方向側の面に存在する（理由：インク滴をヒータ（発熱抵抗体）と略直交方向へ吐出する事と、噴射素子がＬＳＩ技術でシリコンウエハ上に形成されるため、ヒータとパッドは同一面になる）ため、従来のＴＡＢ用フィルム１１２のように、デバイスホール１２２に突出したリード１２４との接続では、当該接続部を絶縁保護する封止剤１２６がインクを吐出する方向にも盛り上がる。

特に、リード１２４はデバイスホール１２２に突出しており、ヘッドチップ１００を搭載した際には、インク吐出方向側に露出している。インク吐出方向側の面は、インクに触れる面であり、ワイパーによって繰り返し払拭される面でもあり、ピンホールや隙間の発生は致命的であるので、パッド１１８との接続部、デバイスホール１２２におけるＴＡＢ用フィルム１１２の段差部を含め、突出したリードを確実に保護しなければならない。このため、粘度のある封止剤１２６により、該当部分を全て封止しなければならず、インク吐出方向に盛り上がり易い。

この封止剤１２６がインク吐出方向に盛り上がっていると、封止剤１２６が記録媒体に接触して画質を低下させたり、ヘッドチップ１００におけるノズル列１１６形成面をクリーニングする際に封止剤１２６が邪魔になったりして、画質やメンテナンス性能に影響してしまう。

従って、本発明の目的は、画質やメンテナンス性能に優れたルーフ型のインクジェット記録ヘッド及びその製造方法、並びに、それを備えたインクジェット記録装置を提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明のインクジェット記録ヘッドは、
発熱抵抗体が設けられた液体噴射素子、前記液体噴射素子と導通すると共に表面に露出した通電電極、及び、前記発熱抵抗体の形成面に対して直交方向に液滴を吐出するインク吐出口を有する液体噴射素子基板と、
ベースフィルム、前記通電電極と接続されるリード部、及び前記インク吐出口を露出するための開口部を有する外部配線基板と、
を備え、
前記外部配線基板のリード部は、前記ベースフィルムの第１主面に設けられると共に、少なくとも前記通電電極との接続部が前記ベースフィルムに支持固定されてなり、
前記液体噴射素子基板は、前記ベースフィルムの第１の主面側から、前記通電電極を前記リード部と接続させると共に当該接続部を封止剤により封止され、前記インク吐出口を前記開口部から露出して、前記外部配線基板に搭載されてなる、
ことを特徴としている。

上記構成の発明では、液体噴射素子基板をインク吐出方向とは反対方向側の面から外部素子基板に搭載されている。この状態で、液体噴射素子基板の通電電極は、外部素子基板におけるリード部とが接続されている。そして、リード部は、少なくとも通電電極との接続部がベースフィルムに支持固定されると共に、通電電極との接続部が封止剤により封止されている。このため、当該接続部は、封止剤によりインク吐出方向に盛り上がることがなく封止されている。従って、液体噴射素子の発熱抵抗体体の形成面に対して直交方向に液滴を吐出するルーフ型のインクジェット記録ヘッドにおいて、封止剤が記録媒体に接触して画質を低下させたり、液体噴射素子基板におけるインク吐出口が設けられた面をクリーニングする際に封止剤が邪魔になったりすることがない。

本発明のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記通電電極は、無電解メッキが施された金メッキ電極、又は金ボール電極であることが好適である。

上記構成の発明では、通電電極の接続部に金材料を用いることで、外部配線基板のリード部と、良好な電気的接続が図れる。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、
発熱抵抗体が設けられた液体噴射素子、前記液体噴射素子と導通すると共に表面に露出した通電電極、及び、前記発熱抵抗体の形成面に対して直交方向に液滴を吐出するインク吐出口を有する液体噴射素子基板と、
ベースフィルム、前記ベースフィルムの第１主面に設けられると共に前記通電電極との接続部が前記ベースフィルムに支持固定されたリード部、及び前記インク吐出口を露出するための開口部を有する外部配線基板と、
を備えるインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記噴射素子基板を、前記ベースフィルムの第１の主面側から、前記通電電極をリード部と接触させると共に前記インク吐出口を前記開口部から露出して、前記外部配線基板に配置する第１工程と、
前記噴射素子基板の前記通電電極と前記外部配線基板のリード部とを、接続する第２工程と、
前記噴射素子基板の前記通電電極と前記外部配線基板のリード部との接続部を、封止剤により封止する第３工程と、
を有することを特徴としている。

上記構成の発明では、本発明のインクジェット記録ヘッドで説明したように、封止剤は、インク吐出方向には盛り上がることなく、接続部を封止している。従って、封止剤が記録媒体に接触して画質を低下させたり、噴射素子基板におけるインク吐出口が設けられた面をクリーニングする際に封止剤が邪魔になったりすることがない。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法においては、前記第２工程では、加熱・加圧すると共に、超音波を併用して接続が行われることが好適である。

上記構成の発明では、加熱・加圧に加えて、超音波を併用することで、良好な接続が行われる。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法においては、上記超音波は、前記外部配線基板における前記ベースフィルムの第１主面側から照射することがよい。

上記構成の発明では、リード部と通電電極との接続部がベースフィルムの第１主面側であるので、超音波も当該ベースフィルムの第１主面側から照射することで、効率よく接続部に超音波が照射され、良好な接続が行われる。

本発明のインクジェット記録装置は、上記本発明のインクジェット記録ヘッドを備えることを特徴とする。

上記構成の発明では、噴射素子基板におけるインク吐出口が設けられた面を良好にクリーニングされると共に、封止剤が記録媒体へ接触せずに良好に画像が形成できる。

以上、本発明によれば、画質やメンテナンス性能に優れたルーフ型のインクジェット記録ヘッド及びその製造方法、並びに、それを備えたインクジェット記録装置を提供することができる。

以下、本発明について、図面を参照しつつ説明する。なお、実質的に同一の機能を有する部材は、全図面通して、同じ符号を付与して説明する。

以下、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを、その製造過程に従って説明する。図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヘッドチップ及びＣＯＦ用フィルムを示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるＣＯＦフィルムにヘッドチップを搭載した様子を示す斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。

まず、図１（Ａ）に示すように、インクジェット記録ヘッドチップ１０（噴射素子基板）と、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）用フィルム１２（外部配線基板）、とを準備する。なお、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＣＯＦ用フィルム１２を９０°回転させた斜視図である

ヘッドチップ１０は、シリコンウエハ上に所謂ＬＳＩプロセスによって複数個形成するものであり、その後個別に切断し、チップとして成型する。

ヘッドチップ１０の上面には樹脂天板１４によって形成された２列のノズル列１６が設けられている。該ノズル列１６からは、直下に設けられた図示しない発熱抵抗体の発熱によって発生した気泡の圧力で発熱抵抗体形成面に対して直交方向にインク滴が吐出され、記録媒体に着弾してインク画像を形成する。同じくチップ上面の両端部にはＣＯＦ用フィルム１２のリードと接続する為のパッド１８（通電電極）が設けられている。このパッド１８には、無電解メッキによる金メッキが施されている。また、これに限られず、通電電極として、パッド１８上に金ボールなどのバンプを設けた構成でもよい。このような、通電電極に金材料を用いることで、リードとの良好な電気的接続が図れる。

ヘッドチップ１０は、図４に示すように、発熱抵抗体と、発熱抵抗体に対し発熱に必要な電力を電源より供給するために必要なドライブ回路、出力画像に応じてドライブ回路を任意に動作させるロジック回路、ドライブ回路並びにロジック回路にヘッドチップ１０の外部より電力と制御信号を供給する為のＣＯＦ用フィルム１２のリードと接続するパッド１８が配置されている。なお、図４には概略の形成位置のみを示しており、各形成部はそれぞれが動作可能なように図示しない配線接続がされている。また、ヘッドチップ１０中央付近には発熱抵抗体にインクを供給する貫通口が形成される。

一方、ＣＯＦ用フィルム１２は、例えばポリイミドフィルム（ＰＩフィルム）などの折り曲げが可能なフレキシブル基板２０（ベースフィルム）に、ヘッドチップ１０のノズル列１６を露出するためのデバイスホール２２と、フレキシブル基板２０に支持固定されたリード２４（配線）が設けられている。

ＣＯＦ用フィルム１２は、リールｔｏリール搬送が可能であり、リード２４とフレキシブル基板２０と間に接着剤を用いない為、超音波が効率良く伝わる特徴がある。本実施形態では、特にメタライズ法と呼ばれるＰＩフィルムにスパッタ＆メッキでリードを形成する方法が、ＰＩを塗布して製膜するキャスティング法よりもＰＩ膜の性能的に優れている。デバイスホール２２周囲に配設するリード２４は、デバイスホール２２の打ち抜きと同時に加工することもできる。

リード２４はデバイスホール２２の周囲からフレキシブル基板２０の一端まで、その全体がフレキシブル基板２０に支持固定されおり、一端がデバイスホール２２内に突出していない。また、リード２４のデバイスホール２２側の一端には、ヘッドチップ１０のパッド１８との接続のための接続部２４ａを有し、他端には図示しないプリンター本体との接続用端子２４ｂを有し、ヘッドチップ１０へ駆動信号、電源を供給できるようになっている。接続部２４ａには金メッキ、もしくは錫メッキが施されている。

リード２４は、フレキシブル基板２０のインク吐出方向とは反対側の面（第１主面）に設けられており、接続部２４ａ及び接続用端子２４ｂ以外の場所はソルダーレジスト膜によって保護されている。例えば、ソルダーレジスト膜には、ＮＰＲ−９０（塗布型）、ユーピレックスカバーレイＵＰ（ＰＩ）／ＥＰ（ＰＥＴ）２５ｕｍ厚（両方とも宇部興産製）などが適している。

なお、ＣＯＦ用フィルム１２に限られず、外部配線基板としては、ＴＡＢテープ、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）なども使用可能である。

次に、図２に示すように、ヘッドチップ１０は、デバイスホール２２にノズル列１６を露出させると共にフレキシブル基板２０のリード２４形成面側から、ＣＯＦ用フィルム１２に搭載される。この際、図５に示すように、ヘッドチップ１０のパッドとＣＯＦ用フィルム１２のリード２４（接続部２４ａ）とは金属接合（接続）される。

この接続は、図６に示すようにに行われる。まず、ヘッドチップ１０を反転させ、ボンディングツール２８に吸着して移動/位置合わせを行う。ＣＯＦ用フィルム１２はリード２４形成面とは反対の面（インク吐出方向の面）がステージ３０側になるようにセットされる。

ボンディングツール２８は、その先端から超音波を照射すると共に、一群のリード２４／パッド１８を一括して接続するギャングボンディング方式のものである。

ステージ３０は、ヘッドチップ１０のノズル列１６が設けられた樹脂天板１４に対応する位置に凹部３０ａが設けられており、ノズル列１６形成面がステージ３０に当たらず、パッド１８部分のみに圧力が架かる構成となっている。

そして、ＣＯＦ用フィルム１２は、図示していないリールｔｏリール搬送系によって、例えば１５０℃まで昇温されているステージ３０上の所定の位置まで送られる。位置合わせの後、ボンディングツール２８により加熱及び圧力と共に、超音波を付与して、パッド１８とリード２４の接続部２４ａとを金属接合させる。加熱及び加圧に加え、超音波を併用することで、良好な、金属接合が図れる。また、超音波は、ＣＯＦ用フィルム１２のリード２４形成面側から照射することがよい。これにより、効率よく接続部に超音波が照射され、良好な金属接合が行われる。

このような、接続に用いられる接続装置としては、例えば日本アビオニクス社製の超音波式フリップチップボンダー「ＮＡＷ−１２６０」を用いると効率が良い。

なお、ボンディングツール２８は、上記形態に限られず、図７に示すように、ヘッドチップ１０に両端に設けられた一群のパッド１８のうち、一端のパッド１８郡を一括して接続する形態でもよい。この場合、２回に分けて接続が行われる。ヘッドチップ１０の４辺に一群のパッド１８が設けられている場合、４回に分けて接続が行われる。また、ボンディングツール２８は、個々のパッド１８を接続するシングルボンデング方式でもよい。これらの形態は、上記形態に比べ、接続部に与える超音波の照射効率が良くなるため、より弱い超音波による接続が可能となる。

また、ステージ３０は、上記形態に限らず、図８に示すように、ヘッドチップ１０のパッド１８に対応する部分のみ突出した突出部３０ｂを設けた形態でもよい。この形態でも、ノズル列１６形成面がステージ３０に当たらず、パッド１８部分のみに圧力が架かる構成となる。

次に、図３に示すように、ヘッドチップ１０のパッド１８と、ＣＯＦ用フィルム１２のリード２４との接続部２４ａを、封止剤２６により封止する。この際、図９に示すように、ヘッドチップ１０のノズル列１６を上向きに反転させて（図８上側）、図示しないヘッド筐体上にくみ上げた後、ヘッドチップ１０とＣＯＦ用フィルム１２（或いはデバイスホール２２）との間隙に、封止剤２６を注入して封止する。

封止剤２６としては、例えば、パナソニック ファクトリーソリューションズ（株）のフリップチップ用アンダーフィル剤「ＣＣＮ８００Ｄ」などのような低粘度な封止剤を用いることができる。低粘度な封止剤を使用することで、ヘッドチップ１０のノズル列１６形成面側に封止剤２６が盛り上がらない封止を容易に実現できる。また、封止剤２６の量は、ヘッドチップ１０とＣＯＦ用フィルム１２（或いはデバイスホール２２）との間隙を完全に埋めなくてもよく、接続部が露出しなければ問題とならない。

このようにして、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを得る。得られた、インクジェット記録ヘッドは、インクジェット装置へ装着される。インクジェット記録装置としては、特に限定されるものはなく、公知の構成である。

以上、説明したように、本実施形態では、ヘッドチップ１０がインク吐出方向とは反対方向側の面からＣＯＦ用フィルム１２に搭載されている。この状態で、ヘッドチップ１０のパッド１８は、ＣＯＦ用フィルム１２におけるリード２４に接続されている。そして、リード２４は、デバイスホール２２に突出しておらず、その全体がフレキシブル基板２０に支持固定されると共に、そのパッド１８との接続部が封止剤２６により封止されている。

このため、封止剤２６は、インク吐出方向には盛り上がることはなく封止している。従って、ヘッドチップ１０の発熱抵抗体の形成面に対して直交方向に液滴を吐出するルーフ型のインクジェット記録ヘッドにおいて、封止剤２６が記録媒体に接触して画質を低下させたり、噴射素子基板におけるインク吐出口が設けられた面をクリーニングする際に封止剤が邪魔になったりすることがない。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヘッドチップ及びＣＯＦ用フィルムを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるＣＯＦフィルムにヘッドチップを搭載した様子を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヘッドチップの内部構造を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるＣＯＦフィルムにヘッドチップを搭載した様子を示す部分側面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるＣＯＦフィルムのリードとヘッドチップのパッドとの接合装置を示す概略構成図である。 接合装置の他の例を示す概略構成図である。 接合装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す部分側面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドにおけるヘッドチップ及びＴＡＢ用フィルムを示す斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドにおけるＴＡＢ用フィルムにヘッドチップを搭載した様子を示す斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドを示す斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドにおけるヘッドチップのパッドとＴＡＢ用フィルムのリードとの接続から封止までを説明するための説明図である。

符号の説明

１０ ヘッドチップ
１２ ＣＯＦ用フィルム（外部配線基板）
１４ 樹脂天板
１６ ノズル列（インク吐出口の列）
１８ パッド（通電電極）
２０ フレキシブル基板（ベース基板）
２２ デバイスホール（開口部）
２４ リード（リード部）
２６ 封止剤

Claims (7)

1. 発熱抵抗体が設けられた液体噴射素子、前記液体噴射素子と導通すると共に表面に露出した通電電極、及び、前記発熱抵抗体の形成面に対して直交方向に液滴を吐出するインク吐出口を有する液体噴射素子基板と、
   ベースフィルム、前記通電電極と接続されるリード部、及び前記インク吐出口を露出するための開口部を有する外部配線基板と、
   を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
   前記外部配線基板のリード部は、前記ベースフィルムの第１主面に設けられると共に、少なくとも前記通電電極との接続部が前記ベースフィルムに支持固定されてなり、
   前記液体噴射素子基板は、前記ベースフィルムの第１の主面側から、前記通電電極を前記リード部と接続させると共に当該接続部を封止剤により封止され、前記インク吐出口を前記開口部から露出して、前記外部配線基板に搭載されてなる、
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記通電電極は、無電解メッキが施された金メッキ電極であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記通電電極は、金ボール電極であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 発熱抵抗体が設けられた液体噴射素子、前記液体噴射素子と導通すると共に表面に露出した通電電極、及び、前記発熱抵抗体の形成面に対して直交方向に液滴を吐出するインク吐出口を有する液体噴射素子基板と、
   ベースフィルム、前記ベースフィルムの第１主面に設けられると共に前記通電電極との接続部が前記ベースフィルムに支持固定されたリード部、及び前記インク吐出口を露出するための開口部を有する外部配線基板と、
   を備えるインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   前記噴射素子基板を、前記ベースフィルムの第１の主面側から、前記通電電極をリード部と接触させると共に前記インク吐出口を前記開口部から露出して、前記外部配線基板に配置する第１工程と、
   前記噴射素子基板の前記通電電極と前記外部配線基板のリード部とを、接続する第２工程と、
   前記噴射素子基板の前記通電電極と前記外部配線基板のリード部との接続部を、封止剤により封止する第３工程と、
   を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
5. 前記第２工程では、加熱・加圧すると共に、超音波を併用して接続が行われることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
6. 前記超音波は、前記外部配線基板における前記ベースフィルムの第１主面側から照射することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
7. 請求項１乃至請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置。

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