JP2006159831A - フレキシブル配線基板とその製造方法、およびインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インクに対する撥水性を確保しつつ、フレキシブル配線基板と記録素子基板との電気的接続部を確実に封止する。
【解決手段】フレキシブル配線基板１０３は、基材１０３２と、基材１０３２の一方の面に設けられ、一方の端部が、記録液を吐出する吐出口を備える記録素子基板１０１との電気接続部１１１を形成する導電体１０３１とを有し、電気接続部１１１、および、基材１０３２の他方の面の電気接続部１１１に隣接する縁部が、封止剤１０９，１１０によって封止されている。フレキシブル配線基板１０３は、基材１０３２の他方の面の縁部が、封止剤１０９と基材１０３２との接着性を向上させる表面改質部１０３５を有している
【選択図】 図２

Description

本発明は、インクジェット記録装置のインクジェット記録ヘッドに関し、特に、フレキシブル配線基板およびその製造方法に関する。

インクジェット記録ヘッドは、記録液（以下、インクという。）を吐出する吐出口を備える記録素子基板に、記録装置本体からの電気信号を伝える、フレキシブル配線基板を備えている。フレキシブル配線基板と記録素子基板との電気的接続部は封止剤によって封止されていることが多い（特許文献１参照）。以下、図面を参照して、フレキシブル配線基板、およびフレキシブル配線基板と記録素子基板との電気的接続部の構造を説明する。図６は、フレキシブル配線基板および電気的接続部を中心とした、インクジェット記録ヘッドの一部を示す斜視図である。図７は、図６に示す電気的接合部の拡大断面図である。図８は、フレキシブル配線基板の上面図、側面図、および下面図である。なお、図６では、一部の封止剤１１０の図示を省略し、リード電極１０６を図示している。

インクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出する吐出口１０４を有する記録素子基板１０１と、記録素子基板１０１およびフレキシブル配線基板１０３を支持する支持部材１０２と、記録素子基板１０１に記録装置本体からの電気信号を伝えるフレキシブル配線基板１０３とを有している。

フレキシブル配線基板１０３は、図８に示すように、基材（ベースフィルム）１０３２と、導電体１０３１と、保護層１０３３とが積層されて構成されている。フレキシブル配線基板１０３の内側には、記録素子基板１０１が挿入されるデバイスホールＤＨが設けられている。

フレキシブル配線基板１０３は、実装工程や封止／接着工程で高温にさらされるため、耐熱性が要求され、また、インクに直接触れるため、耐インク性と撥水性（インクが付着しにくい性質）とが要求される。これらの要求を満たすため、基材１０３２は、ポリイミドフィルムで形成されることが多い。

導電体１０３１の一端はリード電極１０６を、他端は電極パッド１０３４を形成している。リード電極１０６は、記録素子基板１０１に設けられた電極１０７に接続されている。電極１０７は、例えば、記録素子基板１０１上に設けられたバンプを熱超音波圧着法で電気接合することによって形成される（特許文献１参照）。リード電極１０６および電極１０７は封止剤１０９、１１０で封止されている。

フレキシブル配線基板１０３は、以下の手順で製作される。すなわち、（１）テープ状の基材１０３２であるポリイミドフィルム上にデバイスホールＤＨを形成し、（２）基材１０３２上に銅箔を接着し、銅箔をパターニングすることで、導電体１０３１と、デバイスホールＤＨ内に突出したリード電極１０６と、電極パット１０３４とを形成し、（３）導電体１０３１を保護層１０３３で覆い、（４）リード電極１０６および電極パット１０３４の露出した部分に金メッキを施し、（５）最後にフレキシブル配線基板１０３の外形を打ち抜く、という方法により製造される。一般に最後の外形の打ち抜きは、インクジェット記録ヘッドの製造工程で行なわれる。
特開平１０−７７６号公報

しかしながら、上述したインクジェット記録ヘッドには以下のような問題がある。基材であるポリイミドフィルムは、その特徴である化学的安定性のため、一般に封止剤との接着性はあまり良好とはいえず、封止剤も、耐インク性や硬化条件、硬度等の条件によって、その種類がある程度制約される。また、インクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子を用いた高デューティーや長時間の連続記録により、ヘッド温度が６０℃程度に上昇し、その後低下するといった、昇温と冷却の繰り返しが多く発生したり、使用するインクによっては、封止部が常に濡れた状態におかれるなど、封止剤のシール性が阻害されやすい使用環境にある。

したがって、インクジェット記録ヘッドの製造工程においては、封止剤塗布条件の管理や、塗布領域の表面状態の管理に十分な注意が払われている。しかし、管理が不十分であると、封止剤とフレキシブル配線基板の基材表面との間で剥離が発生して、その隙間にインクが侵入し、場合によってはリード電極部で電気ショートが発生するという最悪の事態も考えられる。

封止剤のフレキシブル配線基板との接着性を改善するためには、フレキシブル配線基板の基材表面を改質処理することが考えられるが、改質処理をおこなうと、インクに対する撥水性がなくなることがある。撥水性がなくなると、使用時にインクジェット記録ヘッドの表面がインクで濡れ、インク溜まりが発生して、記録に悪影響を与えるおそれがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、インクに対する撥水性を確保しつつ、フレキシブル配線基板と記録素子基板との電気的接続部を確実に封止することのできるフレキシブル配線基板およびその製法等を提供することを目的とする。

本発明のフレキシブル配線基板は、基材と、基材の一方の面に設けられ、一方の端部が、記録液を吐出する吐出口を備える記録素子基板との電気接続部を形成する導電体とを有し、電気接続部、および、基材の他方の面の電気接続部に隣接する縁部が、封止剤によって封止されている。フレキシブル配線基板は、基材の他方の面の縁部が、封止剤と基材との接着性を向上させる表面改質部を有していることを特徴としている。

以上説明したとおり、本発明のフレキシブル配線基板等によれば、封止剤は表面改質部を介してフレキシブル配線基板と接触するので、封止剤と基材との接着性能が向上し、封止材は導電体が形成されていない面の縁部に形成されるので、封止材によるフレキシブル配線基板の撥水性の低下を抑えることができる。これにより、インクに対する撥水性を確保しつつ、フレキシブル配線基板と記録素子基板との電気的接続部を確実に封止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、フレキシブル配線基板および電気的接続部を中心とした、本発明の第１の実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドの一部を示す斜視図である。図２は、図１の電気的接合部の断面図である。図３は、フレキシブル配線基板の上面図、側面図、および下面図である。

インクジェット記録ヘッドは、シリコン基板からなる記録素子基板１０１と、記録素子基板１０１およびフレキシブル配線基板１０３を接着固定して支持する支持部材１０２と、記録素子基板１０１に記録装置本体からの電気信号（吐出口１０４からインクを吐出させるための電気信号）を伝えるフレキシブル配線基板１０３とを有している。インクジェット記録ヘッドは、インクタンク（図示せず）と一体となって記録ヘッドカートリッジを構成しているが、インクタンクは一体固定式、分離式のいずれであってもよい。

記録素子基板１０１は、インク滴を吐出する吐出口１０４と、吐出口１０４にインクを供給する共通液室１０５とを有している。記録素子基板１０１は、熱エネルギーにより生じる気泡の発生に基づく圧力によって記録液を吐出する方式のものであるが、他の原理に基づくものでもかまわない。共通液室１０５は、記録素子基板１０１に、異方性エッチングまたはブラスト加工により形成される。

支持部材１０２は、共通液室１０５にインクを供給するインク流路１０２１を有している。

フレキシブル配線基板１０３は、図３に示すように、基材（ベースフィルム）１０３２と、基材１０３２の一方の面に形成された導電体１０３１と、導電体１０３１を保護する保護層１０３３とが積層されて構成されている。基材１０３２は背景技術の欄で説明した理由により、ポリイミドフィルムで形成される。フレキシブル配線基板１０３の内側には、記録素子基板１０１が挿入されるデバイスホールＤＨが設けられている。

記録素子基板１０１、支持部材１０２、およびフレキシブル配線基板１０３を組み立てる場合は、まず、記録素子基板１０１の裏面側が、支持部材１０２に、数〜数十μｍの誤差で、高精度に接着固定される。次に、フレキシブル配線基板１０３が、デバイスホールＤＨ内の所定の位置に記録素子基板１０１が挿入されるよう位置を調整されて、支持部材１０２に接着される。

導電体１０３１は吐出口１０４の数だけ設けられ、各端部はデバイスホールＤＨの中に延びて、リード電極１０６を形成し、他端は電極パッド１０３４を形成している。リード電極１０６および電極パット１０３４の露出した部分は金メッキされている。リード電極１０６は、記録素子基板１０１に設けられた電極１０７に接続されている。電極１０７は、吐出口１０４列と直角方向に設けられている。図３では電極１０７は数個しか示してないが、実際の製品では数十〜数百個設けられている。電極１０７は、スタッドバンプまたはメッキバンプにより形成される金バンプである。電極パッド１０３４には、記録装置本体側から記録情報などの電気信号が与えられる。

このようにして、記録装置本体側から与えられた電気信号は、フレキシブル配線基板１０３の導電体１０３１を通って、記録素子基板１０１に伝達される。

デバイスホールＤＨ部の内側縁部に沿った、リード電極１０６に隣接する部位には、基材１０３２の表面がコロナ放電により改質処理された表面改質部１０３５が形成されている。

フレキシブル配線基板１０３と記録素子基板１０１との電気接続部１１１、すなわちリード電極１０６と電極１０７は、下部を封止剤１０９で、上部を封止剤１１０で覆われて保護されている。表面改質部１０３５は、封止剤１０９、１１０と基材１０３２との接着性を向上させるので、インクが、封止剤１１０と基材１０３２との境界部１０３８から封止剤１１０の内部に向けて進入しても、表面改質部１０３５のある部分でインクの流れは阻止される。したがって、インクが電気接続部１１１に到達するおそれは小さくなり、電気接続部１１１の信頼性が向上する。

封止剤１０９、１１０としては、インクに対して耐性があり、かつ拭き操作に耐えうる硬度のあるエポキシ系樹脂が使用される。封止剤１１０は表面改質部１０３５を完全に覆っている。このため、表面改質部１０３５の撥水性が、表面改質処理を受ける前の基材１０３２より悪くても、吐出口１０４にインク溜まりが発生するおそれは少ない。リード電極１０６および電極１０７が、図１に示すようにデバイスホールＤＨの両側縁部に形成されている場合には、当該両側縁部だけが封止剤１０９、１１０に覆われる。より一般的には、表面改質部１０３５は、少なくともデバイスホールＤＨの、導電体１０３１の端部に隣接する内側縁部に形成されていれば十分である。

次に、図４の製造工程のステップ図を参照して、フレキシブル配線基板１０３の製造方法について述べる。まず、同図（ａ）に示すように、テープ状の基材１０３２を用意する。

次に、同図（ｂ）に示すように、大気中にてコロナ放電処理をおこない、表面改質部１０３５を形成する。この時マスキングにより表面改質処理領域を限定する。表面改質処理をおこなう範囲は、前述の通り、リード電極１０６が存在する領域で、かつ、封止剤１１０によって全て覆われる程度の最低限度の範囲で十分である。

次に、同図（ｃ）に示すように、デバイスホールＤＨおよび複数の位置決め穴１０４０を抜き加工により形成する。デバイスホールＤＨを形成するときは、表面改質処理領域に切断線があるようにすることが重要である。これによって、デバイスホールＤＨの内側縁部に沿って、リード電極１０６の根元近傍まで、表面改質部１０３５を形成することができる。

次に、同図（ｄ）に示すように、基材１０３２の表面改質部１０３５の形成されていない面（図中裏面側）に銅箔を接着しエッチング処理をおこない、リード電極１０６、導電体１０３１、および電極パット１０３４（図示せず）を形成する。ここで、同図（ｄ）では、導電体１０３１を透視図として示している。

次に、同図（ｅ）に示すように、図中裏面側にレジストを塗布し、導電体１０３１を保護層１０３３で覆い、リード電極１０６および電極パット１０３４の露出した部分を金メッキする。通常はこの状態でリールに巻かれ、インクジェット記録ヘッドの製造ラインまで運ばれ、そこで同図（ｆ）に示すように外形が抜かれる。以上の工程により、リード電極１０６の根元近傍まで表面改質部１０３５を形成することができる。

以上説明したように、本インクジェット記録ヘッドは、フレキシブル配線基板に表面改質部を設け、表面改質部上に封止剤を形成しているので、前述したような過酷な使用環境下においても封止部の剥離は発生せず、封止効果が高まる。また、表面改質部の全面を封止材で覆っているので、インクジェット記録ヘッドの完成時には表面改質部が露出することがなく、フレキシブル配線基板の撥水性が阻害されることがない。したがって、吐出口１０４付近に好ましくないインク溜まりが発生するおそれが減少し、記録品質の改善が可能となる。

フレキシブル配線基板１０３の製造工程において、デバイスホールＤＨおよび複数の位置決め穴１０４０を抜き加工により形成した後、デバイスホールＤＨの内側縁部に沿って、リード電極１０６と隣接する部分に表面改質部１０３５を形成し、その後、リード電極１０６、導電体１０３１および電極パット１０３４を形成してもよい。

また、表面改質部１０３５は、コロナ放電処理のほか、酸素雰囲気中の真空プラズマ処理でもよく、より安定した表面改質が行なわれ、同様の効果が得られる。さらに、表面改質部１０３５は、コーティング処理によって形成してもよい。具体的には、表面改質部１０３５を、例えば、銅箔の接着に用いられる接着剤を薄く塗布し、乾燥させることによって形成しても、同様の効果が得られる。
（第２の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドについて説明する。図５はインクジェット記録ヘッド電気接続部の断面図である。本実施形態は、第１の実施形態と基本的に同じ構成であり、表面改質部の構成だけが異なる。したがって、他の部分についての説明は第１の実施形態の説明と同様である。

図５において、表面改質部１０３５ａは、樹脂フィルム１０３６が接着剤１０３７で接着されて構成されている。樹脂フィルム１０３６は、デバイスホールＤＨの加工性が良好であることや、電気伝導性のないことから、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の樹脂フィルムが好ましい。樹脂フィルム１０３６の代わりに金属性フィルムやセラミックスの薄板等を用いても接着性は向上するが、上記の点から樹脂フィルムのほうが好ましい。接着剤１０３７は銅箔の接着に用いるのと同じものである。

本フレキシブル配線基板の製造工程は第１の実施形態で示した手順と基本的には同じである。すなわち、図４（ｂ）のステップにおいて、抜き加工によるデバイスホールＤＨの形成前に、第１の実施形態と同程度の範囲の表面改質処理領域に、樹脂フィルム１０３６を接着剤１０３７で接着することで、リード電極１０６の根元近傍まで表面改質部１０３５を形成することができる。また、導電体１０３１の保護は、第１の実施形態と同様、保護フィルム１０３３を接着することで行なっている。

本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を奏する。また、第１の実施形態と異なり、放電による熱歪の発生がないため、フレキシブル配線基板の残留歪が抑えられ、また、樹脂フィルムを貼付するため、表面改質部の範囲を正確に制御できるといったメリットが生じる。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの部分斜視図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドの電気接続部の拡大断面図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドのフレキシブル配線基板の外形図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドのフレキシブル配線基板の製造方法を示すステップ図である。 本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの電気接続部の拡大断面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの部分斜視図である。 図６に示すインクジェット記録ヘッドの電気接続部の拡大断面図である。 図６に示すインクジェット記録ヘッドのフレキシブル配線基板の外形図である。

符号の説明

１０１ 記録素子基板
１０３ フレキシブル配線基板
１０４ 吐出口
１０６ リード電極
１０７ 電極
１０９，１１０ 封止剤
１１１ 電気接続部
１０３１ 導電体
１０３２ 基材
１０３５ 表面改質部
ＤＨ デバイスホール

Claims (19)

1. 基材と、
   該基材の一方の面に設けられ、一方の端部が、記録液を吐出する吐出口を備える記録素子基板との電気接続部を形成する導電体とを有し、
   前記電気接続部、および、前記基材の他方の面の該電気接続部に隣接する縁部が、封止剤によって封止されるフレキシブル配線基板において、
   前記基材の前記他方の面の前記縁部が、前記封止剤と該基材との接着性を向上させる表面改質部を有していることを特徴とする、フレキシブル配線基板。
2. 前記表面改質部はコロナ放電処理、プラズマ処理、またはコーティング処理による表面改質部である、請求項１に記載のフレキシブル配線基板。
3. 前記コーティング処理による表面改質部は、前記縁部に塗布され、乾燥させられた接着剤である、請求項２に記載のフレキシブル配線基板。
4. 前記表面改質部は、前記縁部に接着剤によって接着された樹脂フィルムである、請求項１に記載のフレキシブル配線基板。
5. 前記接着剤は、前記導電体を前記基材に接着する接着剤と同一である、請求項４に記載のフレキシブル配線基板。
6. 前記フレキシブル配線基板は、該フレキシブル配線基板の内側に形成された開口であるデバイスホールを有し、
   前記縁部は、前記デバイスホールの内側縁部であり、
   前記導電体の端部は、前記デバイスホール内に突き出るように形成され、
   前記表面改質部は、前記デバイスホールの、前記導電体の端部に隣接する前記内側縁部に形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のフレキシブル配線基板。
7. 基材と、該基材の一方の面に設けられ、一方の端部が、記録液を吐出する吐出口を備える記録素子基板との電気接続部を形成する導電体とを有し、該電気接続部、および、該基材の他方の面の、該基材の該電気接続部に隣接する縁部が、封止剤によって封止されるフレキシブル配線基板の製造方法であって、
   前記基材の前記他方の面の前記縁部に、前記封止剤と該基材との接着性を向上させる表面改質部を形成する表面処理ステップと、
   次に、前記基材の前記一方の面に前記導電体を形成する導電体形成ステップと
   を有する、フレキシブル配線基板の製造方法。
8. 前記表面処理ステップは、コロナ放電処理、プラズマ処理、またはコーティング処理による表面処理を含む、請求項７に記載のフレキシブル配線基板の製造方法。
9. 前記コーティング処理による表面処理は、接着剤を前記縁部に塗布し、乾燥させる処理を含む、請求項８に記載のフレキシブル配線基板の製造方法。
10. 前記表面処理ステップは、前記縁部に樹脂フィルムを接着剤によって接着する処理を含む、請求項７に記載のフレキシブル配線基板の製造方法。
11. 前記接着剤は、前記導電体を前記基材に接着する接着剤と同一である、請求項１０に記載のフレキシブル配線基板の製造方法。
12. 前記表面処理ステップと前記導電体形成ステップとの間に、前記フレキシブル配線基板の内側にデバイスホールを形成するデバイスホール形成ステップを有し、
    前記表面処理ステップは、前記デバイスホールの内側縁部となるべき部分であって、かつ前記導電体の端部に隣接すべき部分に表面処理をおこなうことを含み、
    前記デバイスホール形成ステップは、前記表面処理がおこなわれた部分が前記デバイスホールの前記内側縁部に沿って残るように、前記デバイスホールを形成することを含み、
    前記導電体形成ステップは、前記導電体を、形成された前記デバイスホール内に突き出すように形成することを含む、
    請求項７から１１のいずれか１項に記載のフレキシブル配線基板の製造方法。
13. 前記表面処理ステップの前に、前記フレキシブル配線基板の内側にデバイスホールを形成するデバイスホール形成ステップを有し、
    前記表面処理ステップは、形成された前記デバイスホールの内側縁部で、かつ前記導電体の端部に隣接すべき部分に表面処理をおこなうことを含み、
    前記導電体形成ステップは、前記導電体を、形成された前記デバイスホール内に突き出すように形成することを含む、
    請求項７から１１のいずれか１項に記載のフレキシブル配線基板の製造方法。
14. 請求項１から６のいずれか１項に記載のフレキシブル配線基板を有し、
    電気接続部および前記縁部が前記封止剤で覆われている、
    インクジェット記録ヘッド。
15. 前記封止剤は前記表面改質部の全面を覆っている、請求項１４に記載のインクジェット記録ヘッド。
16. 前記インクジェット記録ヘッドは、熱エネルギーにより生じる気泡の発生に基づく圧力によって記録液を吐出する記録素子基板を有する、請求項１４または１５に記載のインクジェット記録ヘッド。
17. 請求項１４から１６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを有し、
    前記吐出口に供給するインクを保有するインクタンクを備え、または備えることのできる
    記録ヘッドカートリッジ。
18. 請求項７から１３のいずれか１項に記載の方法によってフレキシブル配線基板を製造するステップと、
    次に、前記導電体と前記記録素子基板との前記電気接続部を形成するステップと、
    次に、前記電気接続部と、前記表面改質部を含む前記縁部とを前記封止剤で覆うステップと
    を有する、インクジェット記録ヘッドの製造方法。
19. 前記封止剤で覆うステップは、前記封止剤で前記表面改質部の全面を覆うことを含む、請求項１８に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

Images