JP2006192685A - Droplet ejection head, its manufacturing method, and droplet ejector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに液滴吐出装置に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge head, a manufacturing method thereof, and a droplet discharge apparatus.
画像の形成やマイクロデバイスの製造に際して液滴吐出法(インクジェット法)が提案されている。この液滴吐出法は、画像形成のためのインクやデバイスを形成するための材料を含む機能液を液滴状にして液滴吐出ヘッドより吐出して基体上に所望のパターンを形成する方法である。
下記特許文献には、液滴吐出ヘッド(インクジェット式記録ヘッド)に関する技術の一例が開示されている。この特許文献に開示されている液滴吐出ヘッドにおいては、駆動回路部(ドライバIC)と駆動素子(圧電素子)とがワイヤボンディングの手法によって接続されている。
The following patent document discloses an example of a technique related to a droplet discharge head (inkjet recording head). In the droplet discharge head disclosed in this patent document, a drive circuit unit (driver IC) and a drive element (piezoelectric element) are connected by a wire bonding technique.
ところで、液滴吐出法に基づいて画像形成やマイクロデバイス製造を行う方法にあっては、画像の高精細化やマイクロデバイスの微細化を実現するために、液滴吐出ヘッドに設けられたノズル開口部同士の間の距離(ノズルピッチ)をできるだけ小さく(狭く)することが好ましい。上記圧電素子はノズル開口部に対応して複数形成されるため、ノズルピッチを小さくすると、そのノズルピッチに応じて圧電素子同士の間の距離も小さくする必要がある。ところが、圧電素子同士の間の距離が小さくなると、それら複数の圧電素子のそれぞれとドライバICとをワイヤボンディングの手法によって接続することが困難となる。 By the way, in the method of forming an image and manufacturing a micro device based on the droplet discharge method, a nozzle opening provided in the droplet discharge head is used in order to realize high definition of the image and miniaturization of the micro device. It is preferable to make the distance (nozzle pitch) between the portions as small as possible (narrow). Since a plurality of the piezoelectric elements are formed corresponding to the nozzle openings, when the nozzle pitch is reduced, it is necessary to reduce the distance between the piezoelectric elements in accordance with the nozzle pitch. However, when the distance between the piezoelectric elements becomes small, it becomes difficult to connect each of the plurality of piezoelectric elements and the driver IC by a wire bonding technique.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ノズルピッチを小さくしても、駆動回路部(ドライバIC)と駆動素子(圧電素子)とを接続する際の作業性を低下させることなく接続作業を行うことができ、優れた信頼性を有し、かつ歩留まりよく製造できる液滴吐出ヘッドとその製造方法を提供することを目的としている。また本発明は、上記液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances. Even if the nozzle pitch is reduced, the connection work is performed without reducing the workability when the drive circuit unit (driver IC) and the drive element (piezoelectric element) are connected. An object of the present invention is to provide a droplet discharge head that can perform the above-described process, have excellent reliability, and can be manufactured with high yield, and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a droplet discharge device including the droplet discharge head.
本発明は、上記課題を解決するために、液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室の外側に配設されて該圧力発生室に圧力変化を生じさせる駆動素子と、該駆動素子を挟んで前記圧力発生室と反対側に設けられた保護基板とを備え、前記保護基板を挟んで前記駆動素子と反対側に、前記駆動素子に電気信号を供給する駆動回路部が設けられており、前記駆動回路部と前記駆動素子の回路接続部とを電気的に接続するための導電部材が、前記保護基板を厚さ方向に貫通する接続孔内に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
この構成によれば、前記保護基板を挟んで両側にそれぞれ設けられた駆動回路部と駆動素子とを、保護基板を貫通する接続孔内に設けた導電部材により電気的に接続するので、ノズル開口の狭小化により駆動素子が狭小化され、ワイヤボンディングでは接続が極めて困難になった場合にも、前記接続孔の狭小化を容易に行うことができ、駆動素子と駆動回路部とを高い接続信頼性をもって容易に接続することができるため、高精細の液滴吐出ヘッドを提供することができる。
また、ワイヤボンディングにより両者を接続する構造では必須のワイヤを引き回すための空間が不要であり、液滴吐出ヘッドを薄型化することができる。さらに、駆動回路部が保護基板上に実装されている構造を採ることができるため、駆動回路部を含めた液滴吐出ヘッド全体の薄型化、コンパクト化に有利な構成となっている。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a pressure generation chamber that communicates with a nozzle opening that discharges droplets, and a drive element that is disposed outside the pressure generation chamber and causes a pressure change in the pressure generation chamber. And a protective substrate provided on the opposite side of the pressure generating chamber across the drive element, and a drive circuit for supplying an electrical signal to the drive element on the opposite side of the drive element across the protective substrate A conductive member for electrically connecting the drive circuit portion and the circuit connection portion of the drive element is provided in a connection hole penetrating the protective substrate in the thickness direction. A droplet discharge head is provided.
According to this configuration, the drive circuit portions and the drive elements respectively provided on both sides of the protective substrate are electrically connected by the conductive member provided in the connection hole penetrating the protective substrate. Even if the drive element is narrowed due to the narrowing of the width and the connection becomes extremely difficult by wire bonding, the connection hole can be easily narrowed, and the drive element and the drive circuit section can be connected with high reliability. Therefore, it is possible to provide a high-definition droplet discharge head.
Further, in the structure in which both are connected by wire bonding, a space for routing an indispensable wire is unnecessary, and the droplet discharge head can be thinned. Furthermore, since the drive circuit unit can be mounted on the protective substrate, the entire droplet discharge head including the drive circuit unit can be advantageously reduced in thickness and size.
本発明の液滴吐出ヘッドでは、複数の前記ノズル開口と、前記各ノズル開口に対応する前記圧力発生室及び前記駆動素子を備え、前記保護基板に、前記各駆動素子に対応する複数の前記接続孔が設けられており、前記各接続孔内に配された導電部材を介して前記駆動回路部と前記各駆動素子とが電気的に接続されている構成とすることができる。すなわち本発明は、複数のノズル開口が配列形成され、各ノズル開口に対応して圧力発生室及び駆動素子が配列形成されている液滴吐出ヘッドに特に好適に用いることができる。 The droplet discharge head of the present invention includes a plurality of the nozzle openings, the pressure generating chambers corresponding to the nozzle openings, and the driving elements, and the protection substrate includes a plurality of the connections corresponding to the driving elements. A hole is provided, and the drive circuit unit and each drive element can be electrically connected via a conductive member disposed in each connection hole. That is, the present invention can be particularly suitably used for a droplet discharge head in which a plurality of nozzle openings are arranged and pressure generating chambers and driving elements are arranged corresponding to the nozzle openings.
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記保護基板の前記駆動素子側に、当該駆動素子を収容するとともに前記圧力発生室との間に密閉する凹形状の素子保持部が形成されている構成とすることができる。
このような構成とすることで、駆動素子を保護基板と圧力発生室との間に密閉することができるため、外部環境に起因する駆動素子の劣化等を防止して信頼性に優れた液滴吐出ヘッドとすることができる。
In the liquid droplet ejection head of the present invention, a concave element holding portion that accommodates the drive element and seals between the pressure generation chamber is formed on the drive element side of the protective substrate. be able to.
With this configuration, the driving element can be sealed between the protective substrate and the pressure generation chamber, so that the liquid droplets have excellent reliability by preventing deterioration of the driving element due to the external environment. An ejection head can be obtained.
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記駆動素子が、前記素子保持部から一部外側へ延出して配置されており、当該延出部位が前記回路接続部とされて前記導電部材と電気的に接続されている構成とすることもできる。
この構成によれば、駆動素子の全体を素子保持部内に密閉することができるため、より効果的に駆動素子の劣化や破壊等を防止することができ、さらに優れた信頼性を有する液滴吐出ヘッドを提供することができる。
In the liquid droplet ejection head according to the aspect of the invention, the driving element is disposed so as to partially extend outward from the element holding portion, and the extension portion serves as the circuit connection portion and is electrically connected to the conductive member. A connected configuration can also be adopted.
According to this configuration, since the entire drive element can be sealed in the element holding portion, it is possible to more effectively prevent the drive element from being deteriorated or destroyed, and the liquid droplet discharge having further excellent reliability. A head can be provided.
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記導電部材の前記駆動素子側の端部と、前記駆動素子の回路接続部とが、ろう材又は導電性接着剤を介して電気的に接続されている構成とすることができる。この構成によれば、駆動素子と導電部材との接続信頼性を容易に確保することができる。前記導電性接着剤としては、異方性導電材料(異方性導電フィルムや異方性導電ペースト等)からなるものを用いることが好ましい。異方性導電材料を介した電気的接続は狭ピッチで設けられた端子間の電気的接続に好適であり、また優れた接続信頼性を得られるからである。 In the droplet discharge head of the present invention, the end of the conductive member on the drive element side and the circuit connection portion of the drive element are electrically connected via a brazing material or a conductive adhesive It can be. According to this configuration, the connection reliability between the drive element and the conductive member can be easily ensured. As the conductive adhesive, an adhesive made of an anisotropic conductive material (an anisotropic conductive film, an anisotropic conductive paste, etc.) is preferably used. This is because electrical connection via an anisotropic conductive material is suitable for electrical connection between terminals provided at a narrow pitch, and excellent connection reliability can be obtained.
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記導電部材が、ろう材又は導電性樹脂材からなることが好ましい。ろう材や導電性樹脂材のような液状体でハンドリング可能な材料を用いることで、狭小な接続孔に対して確実にかつ容易に前記液状体を注入することができるので、導電部材を効率よく形成することができ、製造容易性に優れた液滴吐出ヘッドとすることができる。 In the droplet discharge head of the present invention, it is preferable that the conductive member is made of a brazing material or a conductive resin material. By using a material that can be handled by a liquid material such as a brazing material or a conductive resin material, the liquid material can be reliably and easily injected into a narrow connection hole. It can be formed, and a droplet discharge head excellent in manufacturability can be obtained.
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記導電部材の前記駆動回路部側の端部に、前記保護基板上に形成された配線パターンが電気的に接続されており、前記配線パターン上に前記駆動回路部が実装されている構成とすることが好ましい。
この構成によれば、保護基板上に駆動回路部が実装され、全体的に薄型化、コンパクト化された液滴吐出ヘッドを提供することができる。また駆動回路部と導電部材との間に配線パターンを介しているので、駆動素子のピッチに合わせて形成される導電部材のピッチに駆動回路部の端子ピッチを合わせる必要が無くなり、駆動回路部の低コスト化を図ることができる。
In the liquid droplet ejection head according to the present invention, a wiring pattern formed on the protective substrate is electrically connected to an end of the conductive member on the side of the driving circuit, and the driving circuit is formed on the wiring pattern. It is preferable that the portion is mounted.
According to this configuration, it is possible to provide a droplet discharge head in which the drive circuit unit is mounted on the protective substrate, and is made thin and compact as a whole. In addition, since the wiring pattern is interposed between the drive circuit unit and the conductive member, it is not necessary to match the terminal pitch of the drive circuit unit with the pitch of the conductive member formed in accordance with the pitch of the drive element. Cost reduction can be achieved.
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記配線パターン上に、前記駆動回路部がフリップチップ実装されていることが好ましい。この構成によれば、駆動回路部と配線パターンとの電気的接続を作業性よく良好に行うことができる。またフリップチップ実装は狭ピッチの配線パターンに対する実装に好適である。 In the liquid droplet ejection head according to the aspect of the invention, it is preferable that the drive circuit unit is flip-chip mounted on the wiring pattern. According to this configuration, electrical connection between the drive circuit unit and the wiring pattern can be performed with good workability. Further, flip chip mounting is suitable for mounting on a narrow pitch wiring pattern.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室の外側に配設されて該圧力発生室に圧力変化を生じさせる駆動素子と、該駆動素子を挟んで前記圧力発生室と反対側に設けられた保護基板と、該保護基板を挟んで前記駆動素子と反対側に設けられて前記駆動素子に電気信号を供給する駆動回路部とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記保護基板に、該保護基板を貫通する接続孔を形成する工程と、前記接続孔の内部に導電部材を設ける工程と、を含むことを特徴とする。
この製造方法によれば、前記駆動素子と駆動回路部とを、保護基板の接続孔に埋設した導電部材を介して接続した構造を具備した液滴吐出ヘッドを製造することができる。前記保護基板に接続孔を設ける構成とすれば、ワイヤボンディングのように駆動素子の近傍でツールを動作させる必要もないため、駆動素子が狭小化されてワイヤボンディングが困難な場合にも駆動素子と駆動回路部との電気的接続を作業性よく良好に行うことができる。
A method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for discharging droplets, and a drive element that is disposed outside the pressure generation chamber and causes a pressure change in the pressure generation chamber. A protective substrate provided on the opposite side of the pressure generating chamber across the drive element, and a drive circuit provided on the opposite side of the drive element across the protective substrate to supply an electrical signal to the drive element And a step of forming a connection hole penetrating the protection substrate in the protection substrate, and a step of providing a conductive member inside the connection hole. It is characterized by that.
According to this manufacturing method, it is possible to manufacture a droplet discharge head having a structure in which the drive element and the drive circuit unit are connected via the conductive member embedded in the connection hole of the protective substrate. If the protective substrate is provided with a connection hole, there is no need to operate a tool in the vicinity of the driving element as in wire bonding, so that the driving element can be reduced even when the driving element is narrowed and wire bonding is difficult. Electrical connection with the drive circuit unit can be performed with good workability.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記接続孔をドライエッチング法により形成することが好ましい。ドライエッチング法により形成することで、接続孔の開口端における平面積を抑えつつ深い貫通孔を形成することが可能になり、ノズル開口の狭ピッチ化に伴う駆動素子の狭ピッチ化への対応が容易になる。 In the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, it is preferable that the connection hole is formed by a dry etching method. By forming by dry etching method, it becomes possible to form deep through-holes while suppressing the flat area at the opening end of the connection hole, and it is possible to cope with the narrowing of the drive element accompanying the narrowing of the pitch of the nozzle openings. It becomes easy.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記導電部材を設けるに際して、前記開口部に対し液状のろう材又は導電性樹脂材を注入することが好ましい。この製造方法によれば、保護基板の厚さが数μm程度もある場合にも効率よく確実に接続孔内に導電部材を形成することができ、もって信頼性に優れた液滴吐出ヘッドを製造することができる。 In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, it is preferable to inject a liquid brazing material or a conductive resin material into the opening when the conductive member is provided. According to this manufacturing method, even when the thickness of the protective substrate is about several μm, it is possible to efficiently and surely form the conductive member in the connection hole, thereby manufacturing a highly reliable droplet discharge head. can do.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、板状の基材を部分的に除去することで複数の前記圧力発生室と、該複数の圧力発生室に連通されたリザーバとを有する流路形成基板を作製する工程と、前記流路形成基板上の前記圧力発生室に対応する位置に前記駆動素子を配設する工程と、前記駆動素子を覆うように前記流路形成基板上に前記保護基板を接合する工程と、を含み、前記流路形成基板と前記保護基板とを接合するに際して、前記保護基板に設けられた導電部材の一端側、又は前記流路形成基板上に配設された駆動素子の回路接続部に、ろう材又は導電性接着剤からなる接合材を配置し、当該接合材を介して前記導電部材と前記駆動素子とを電気的に接続することもできる。
この製造方法によれば、複数の圧力発生室が区画形成された流路形成基板上に駆動素子を形成し、この駆動素子が形成された流路形成基板に対して、導電部材が埋設された保護基板を接合して液滴吐出ヘッドを得るので、駆動素子と導電部材との接続を作業性よく確実に行うことができ、電気的信頼性に優れた液滴吐出ヘッドを効率よく製造することができる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, a flow path is formed having a plurality of the pressure generation chambers and reservoirs communicated with the plurality of pressure generation chambers by partially removing the plate-like substrate. A step of producing a substrate, a step of disposing the driving element at a position corresponding to the pressure generating chamber on the flow path forming substrate, and the protective substrate on the flow path forming substrate so as to cover the driving element. A step of joining the flow path forming substrate and the protective substrate to one end side of a conductive member provided on the protective substrate or on the flow path forming substrate. It is also possible to arrange a bonding material made of a brazing material or a conductive adhesive in the circuit connection portion of the element, and to electrically connect the conductive member and the driving element via the bonding material.
According to this manufacturing method, the drive element is formed on the flow path forming substrate in which a plurality of pressure generating chambers are defined, and the conductive member is embedded in the flow path forming substrate on which the drive element is formed. Since the droplet discharge head is obtained by bonding the protective substrate, the connection between the drive element and the conductive member can be reliably performed with good workability, and the droplet discharge head excellent in electrical reliability can be efficiently manufactured. Can do.
本発明の液滴吐出装置は、先に記載の本発明の液滴吐出ヘッドを具備したことを特徴とする。この構成によれば、狭ノズルピッチの液滴吐出ヘッドを具備し、高精細の画像形成やマイクロデバイス形成を液滴吐出法により良好に行うことができる液滴吐出装置を提供することができる。 The liquid droplet ejection apparatus of the present invention is characterized by including the above-described liquid droplet ejection head of the present invention. According to this configuration, it is possible to provide a droplet discharge device that includes a droplet discharge head with a narrow nozzle pitch and can perform high-definition image formation and microdevice formation satisfactorily by the droplet discharge method.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内における所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. A predetermined direction in the horizontal plane is defined as the X-axis direction, a direction orthogonal to the X-axis direction in the horizontal plane is defined as the Y-axis direction, and a direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction (that is, the vertical direction) is defined as the Z-axis direction.
<液滴吐出ヘッド>
液滴吐出ヘッドの一実施形態について図1から図3を参照しつつ説明する。図1は液滴吐出ヘッドの一実施形態を示す斜視構成図、図2は液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視構成図の一部破断図、図3は図1のA−A線に沿う断面構成図である。
<Droplet ejection head>
An embodiment of a droplet discharge head will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective configuration diagram showing an embodiment of a droplet discharge head, FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the droplet discharge head viewed from below, and FIG. 3 is taken along line AA in FIG. FIG.
本実施形態の液滴吐出ヘッド1は、機能液を液滴状にしてノズルから吐出するものである。図1から図3に示すように、液滴吐出ヘッド1は、液滴が吐出されるノズル開口15を備えたノズル基板16と、ノズル基板16の上面に接続されてインク流路を形成する流路形成基板10と、流路形成基板10の上面に接続されて圧電素子(駆動素子)300の駆動によって変位する振動板400と、振動板400の上面に接続されてリザーバ100を形成するリザーバ形成基板(保護基板)20と、リザーバ形成基板20上に設けられた前記圧電素子300を駆動するための4個の駆動回路部(ドライバIC)200A〜200Dと、駆動回路部200A〜200Dと圧電素子300とを電気的に接続するための配線パターン(導電パターン)34とを備えて構成されている。
The
液滴吐出ヘッド1の動作は、駆動回路部200A〜200Dに接続された図示略の外部コントローラによって制御される。図2に示す流路形成基板10には、複数の平面視略櫛歯状の開口領域が区画形成されており、これらの開口領域のうち、X軸方向に延びて形成された部分が、ノズル基板16と振動板400とにより囲まれて圧力発生室12を形成する。液滴吐出ヘッド1の動作時には圧力発生室12に機能液を収容し、圧力発生室12に印加される圧力によってノズル開口15から機能液を吐出するようになっている。
また、上記平面視略櫛歯状の開口領域のうち、図示Y方向に延びて形成された部分が、リザーバ形成基板20と流路形成基板10とにより囲まれてリザーバ100を形成している。リザーバ100は、圧力発生室12に供給するための機能液を予備的に保持するものである。
The operation of the
In addition, a portion extending in the Y direction in the figure in the substantially comb-shaped opening region in plan view is surrounded by the
図2及び図3に示すように、流路形成基板10の図示下面側(−Z側)は開口しており、その開口を覆うようにノズル基板16が流路形成基板10の下面に接続されている。流路形成基板10の下面とノズル基板16とは、例えば接着剤や熱溶着フィルム等を介して固定されている。ノズル基板16には、液滴を吐出する複数のノズル開口15が設けられている。
具体的には、ノズル基板16に設けられた複数のノズル開口15はY軸方向に配列されており、本実施形態では、ノズル基板16上の複数の領域に配列された一群のノズル開口15を、それぞれ第1ノズル開口群15A、第2ノズル開口群15B、第3ノズル開口群15C、及び第4ノズル開口群15Dと称する。
2 and 3, the lower surface side (−Z side) of the flow
Specifically, the plurality of
第1ノズル開口群15Aと第2ノズル開口群15BとはX軸方向に関して互いに対向するように配置されている。第3ノズル開口群15Cは第1ノズル開口群15Aの+Y側に設けられており、第4ノズル開口群15Dは第2ノズル開口群15Bの+Y側に設けられている。これら第3ノズル開口群15Cと第4ノズル開口群15DとはX軸方向に関して互いに対向するように配置されている。
なお、図2では各ノズル開口群15A〜15Dのそれぞれは6個のノズル開口15によって構成されているように示されているが、実際には、各ノズル開口群は例えば720個程度のノズル開口15によって構成されるものである。
The first
In FIG. 2, each of the
流路形成基板10の内側には、その中央部からX方向に延びる複数の隔壁11が形成されている。本実施形態の場合、流路形成基板10はシリコンによって形成されており、複数の隔壁11は、流路形成基板10の母材であるシリコン単結晶基板を異方性エッチングにより部分的に除去して形成されたものである。複数の隔壁11を有する流路形成基板10と、ノズル基板16と、振動板400とにより区画された複数の空間が圧力発生室12である。
A plurality of partition walls 11 extending in the X direction from the center portion are formed inside the flow
各圧力発生室12は、複数のノズル開口15に対応して設けられている。すなわち、圧力発生室12は、第1〜第4ノズル開口群15A〜15Dのそれぞれを構成する複数のノズル開口15に対応するように、Y軸方向に複数並んで設けられている。そして、第1ノズル開口群15Aに対応して複数形成された圧力発生室12が第1圧力発生室群12Aを構成し、第2ノズル開口群15Bに対応して複数形成された圧力発生室12が第2圧力発生室群12Bを構成し、第3ノズル開口群15Cに対応して複数形成された圧力発生室12が第3圧力発生室群12Cを構成し、第4ノズル開口群15Dに対応して複数形成された圧力発生室12が第4圧力発生室群12Dを構成している。
第1圧力発生室群12Aと第2圧力発生室群12BとはX軸方向に関して互いに対向するように配置されており、それらの間には隔壁10Kが形成されている。同様に、第3圧力発生室群12Cと第4圧力発生室群12Dとの間にも隔壁10Kが形成されており、それらはX軸方向に関して互いに対向するように配置されている。
Each
The first pressure
第1圧力発生室群12Aを形成する複数の圧力発生室12の基板中央部側(−X側)の端部は上述した隔壁10Kによって閉塞されているが、基板外縁部側(+X側)の端部は互いに接続するように集合され、リザーバ100と接続されている。リザーバ100は、図1及び図3に示す機能液導入口25と圧力発生室12との間で機能液を一時的に保持するものであって、リザーバ形成基板20にY軸方向に延びるように形成されたリザーバ部21と、流路形成基板10にY軸方向に延びるように形成されてリザーバ部21と各圧力発生室12のそれぞれとを接続する連通部13とから構成されている。すなわち、リザーバ100は、第1圧力発生室群12Aを構成する複数の圧力発生室12の共通の機能液保持室(インク室)となっている。図3に示す機能液の経路をみると、機能液導入口25より導入された機能液は、導入路26を経てリザーバ100に流れ込み、供給路14を経て、第1圧力発生室群12Aを構成する複数の圧力発生室12のそれぞれに供給されるようになっている。
The ends of the plurality of
また、第2、第3、第4圧力発生室群12B、12C、12Dのそれぞれを構成する圧力発生室12のそれぞれにも、上述と同様のリザーバ100が接続されており、それぞれ供給路14を介して連通された圧力発生室群12B〜12Dに供給される機能液の一時貯留部を構成している。
In addition, a
流路形成基板10とリザーバ形成基板20との間に配置された振動板400は、流路形成基板10側から順に弾性膜50と、下電極膜60とを積層した構造を備えている。流路形成基板10側に配される弾性膜50は、例えば1〜2μm程度の厚さの酸化シリコン膜からなるものであり、下電極膜60は、例えば0.2μm程度の厚さの金属膜からなるものである。本実施形態において、下電極膜60は、流路形成基板10とリザーバ形成基板20との間に配される複数の圧電素子300の共通電極として機能するものとなっている。
The
振動板400を変形させるための圧電素子300は、図3に示すように、下電極膜60側から順に圧電体膜70と、上電極膜80とを積層した構造を備えている。圧電体膜70の厚さは例えば1μm程度、上電極膜80の厚さは例えば0.1μm程度である。
なお、圧電素子300の概念としては、圧電体膜70及び上電極膜80に加えて、下電極膜60を含むものであってもよい。下電極膜60は圧電素子300として機能する一方、振動板400としても機能するものとなっているからである。本実施形態では、弾性膜50及び下電極膜60が振動板400として機能する構成を採用しているが、弾性膜50を省略して下電極膜60が弾性膜(50)を兼ねる構成とすることもできる。
As shown in FIG. 3, the
The concept of the
圧電素子300(圧電体膜70及び上電極膜80)は、複数のノズル開口15及び圧力発生室12のそれぞれに対応するように複数設けられている。
本実施形態では、便宜的に、第1ノズル開口群15Aを構成するノズル開口15のそれぞれに対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた一群の圧電素子300を第1圧電素子群と呼ぶこととする。また同様に、第2ノズル開口群15Bを構成するノズル開口15のそれぞれに対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた一群の圧電素子300を第2圧電素子群と呼ぶこととする。さらに、第3ノズル開口群15Cに対応する一群の圧電素子300を第3圧電素子群と呼び、第4ノズル開口群15Dに対応する一群の圧電素子300を第4圧電素子群と呼ぶこととする。
A plurality of piezoelectric elements 300 (the
In the present embodiment, for the sake of convenience, a group of
上記第1圧電素子群と第2圧電素子群とは、X軸方向に関して互いに対向するように配置されている。同様に、第3、第4ノズル開口群15C、15Dにそれぞれ対応する第3、第4圧電素子群は、X軸方向に関して互いに対向するように配置されている。
The first piezoelectric element group and the second piezoelectric element group are arranged to face each other in the X-axis direction. Similarly, the third and fourth piezoelectric element groups respectively corresponding to the third and fourth
図1及び図3に示すリザーバ形成基板20の外側(流路形成基板10と反対側)には、封止膜31と固定板32とを積層した構造のコンプライアンス基板30が接合されている。このコンプライアンス基板30において、内側に配される封止膜31は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さ6μm程度のポリフェニレンスルフィドフィルム)からなり、この封止膜31によってリザーバ部21の上部が封止されている。他方、外側に配される固定板32は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さ30μm程度のステンレス鋼)からなる板状部材である。この固定板32には、リザーバ100に対応する平面領域を切り欠いてなる開口部33が形成されており、この構成によりリザーバ100の上部は、可撓性を有する封止膜31のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部22となっている。
A
通常、機能液導入口25からリザーバ100に機能液が供給されると、例えば、圧電素子300の駆動時の機能液の流れ、あるいは、周囲の熱などによってリザーバ100内に圧力変化が生じる。しかしながら、上述のように、リザーバ100の上部が封止膜31のみよって封止されて可撓部22となっているため、この可撓部22が撓み変形してその圧力変化を吸収する。したがって、リザーバ100内は常に一定の圧力に保持される。なお、その他の部分は固定板32によって十分な強度に保持されている。そして、リザーバ100の外側のコンプライアンス基板30上には、リザーバ100に機能液を供給するための機能液導入口25が形成されており、リザーバ形成基板20には、機能液導入口25とリザーバ100の側壁とを連通する導入路26が設けられている。
Normally, when the functional liquid is supplied to the
図1に示すように、リザーバ形成基板20上には4個の駆動回路部200A〜200Dが配設されている。駆動回路部200A〜200Dは、例えば回路基板あるいは駆動回路を含む半導体集積回路(IC)を含んで構成されている。
各駆動回路部200A〜200Dは、リザーバ形成基板20上に形成された複数の配線パターン34に対して実装されており、その長手方向がY軸方向に沿うように配置されている。各駆動回路部200A〜200Dと電気的に接続されている配線パターン34は、いずれも駆動回路部200A〜200Dの内側の端部からX軸方向に延びており、そのX軸方向中央部側の端部において、リザーバ形成基板20の表面に形成されたパッド35に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, four drive circuit units 200 </ b> A to 200 </ b> D are disposed on the
Each of the
配線パターン34は、図3に示すように、リザーバ形成基板20に埋設された導電部材35を介して圧電素子300に電気的に接続されている。本実施形態の場合、第1ノズル開口群15Aに対応する第1圧電素子群の圧電素子300に対して電気的に接続される一群(図示では6本)の配線パターン34が第1配線群34Aを構成しており、第2ノズル開口群15Bに対応する第2圧電素子群の圧電素子300に対して電気的に接続される一群の配線パターン34が第2配線群34Bを構成している。また同様に、第3、第4圧電素子群の圧電素子300に対して電気的接続される一群の配線パターン34が、それぞれ第3配線群34C、第4配線群34Dを構成している。
As shown in FIG. 3, the
第1配線群34Aに接続された複数のパッド35と、第2配線群34Bに接続された複数のパッド35とは、X軸方向に関し中央部で互いに対向して配置されている。また第3配線群34Cに接続された複数のパッド35と、第4配線群34Dに接続された複数のパッド35とは、X軸方向に関し中央部で互いに対向して配置されている。
The plurality of
第1配線群34Aを構成する一群の配線パターン34は駆動回路部200Aに接続され、第2配線群34Bを構成する一群の配線パターン34は駆動回路部200Bに接続され、第3配線群34Cを構成する一群の配線パターン34は駆動回路部200Cに接続され、第4配線群34Dを構成する一群の配線パターン34は駆動回路部200Dに接続されている。すなわち、本実施形態の液滴吐出ヘッド1では、第1ノズル開口群15A〜第4ノズル開口群15Dにそれぞれ対応する第1圧電素子群〜第4圧電素子群を、それぞれ異なる駆動回路部200A〜200Dにより駆動する構成が採用されている。
A group of
すなわち、本実施形態の液滴吐出ヘッド1では、1個のノズル開口15に対して、それぞれ1個ずつの圧力発生室12、圧電素子300、配線パターン34(パッド35)が設けられている。また、Y軸方向に並んで配列された一群のノズル開口15からなるノズル開口群15Aに対応して、それぞれ1個ずつのリザーバ100と、駆動回路部200Aとが設けられている。
That is, in the
なお図1では、各配線群につき6本の配線パターン34を有する構成としているが、これは図2に示したノズル開口15の数、及び圧力発生室12の数に合わせて図示したものに過ぎず、先に記載のように各配線群34A〜34Dに含まれる配線パターン34は、各々対応する圧電素子300に接続されるものであるから、ノズル開口群15A〜15Dに含まれるノズル開口15の数が例えば720個であれば、1つの配線群を構成する配線パターン34の数も720本である。
In FIG. 1, each wiring group has six
リザーバ形成基板20のうち、回路駆動部200Aと接続される複数の圧電素子300を封止している部分を第1封止部20Aとし、駆動回路部200Bと接続される複数の圧電素子300を封止ししている部分を第2封止部20Bとすると、図3に示すように、第1封止部20A及び第2封止部20Bには、それぞれ圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を確保するとともに、その空間を密封する圧電素子保持部(素子保持部)24が設けられている。圧電素子300のうち、少なくとも圧電体膜70は、この圧電素子保持部24内に密封されている。
A portion of the
また同様に、リザーバ形成基板20のうち、回路駆動部200Cと接続される複数の圧電素子300を封止している部分を第3封止部、駆動回路200Dと接続される複数の圧電素子300を封止している部分を第4封止部とすると、これら第3封止部及び第4封止部にも、それぞれ圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を確保してその空間を密封する圧電素子保持部が設けられている。
Similarly, a portion of the
本実施形態の場合、上記第1〜第4封止部にそれぞれ設けられている圧電素子保持部(24)は、各圧電素子群に含まれる圧電素子300の全体を封止できる寸法とされ、図3の紙面垂直方向に延びる平面視略矩形状の凹部を成している。上記圧電素子保持部は、各圧電素子300毎に区画されていてもよい。
In the case of this embodiment, the piezoelectric element holding part (24) provided in each of the first to fourth sealing parts is dimensioned to seal the entire
このように、リザーバ形成基板20は、圧電素子300を外部環境と遮断して圧電素子300を封止する封止部材としての機能を有している。リザーバ形成基板20によって圧電素子300を封止することで、水分等の外部環境による圧電素子300の特性劣化等を防止することができる。また本実施形態では、圧電素子保持部24の内部を密封状態にしただけであるが、例えば、圧電素子保持部24内の空間を真空にしたり、あるいは窒素又はアルゴン雰囲気等とすることにより、圧電素子保持部24内を低湿度に保持する構成も採用でき、これらの構成により圧電素子300の劣化をさらに効果的に防止することができる。
As described above, the
リザーバ形成基板20は、流路形成基板10とともに液滴吐出ヘッド1の基体を成す部材であるから剛体とすることが好ましく、リザーバ形成基板20を形成する材料として流路形成基板10と略同一の熱膨張率を有する材料を用いることがより好ましい。
本実施形態の場合、流路形成基板10がシリコンからなるものであるから、それと同一材料のシリコン単結晶基板が好適に用られる。シリコン基板を用いた場合、異方性エッチングにより容易に高精度の加工を施すことが可能であるため、圧電素子保持部24等を容易に形成できるという利点が得られる。その他、流路形成基板10と同様、ガラス、セラミック材料等を用いてリザーバ形成基板20を作製することもできる。
Since the
In the present embodiment, since the flow
図3に示すように、第1封止部20Aの圧電素子保持部24によって封止されている圧電素子300のうち、上電極膜80の−X側の端部は、図示中央部まで延びている。また図3に示すように、流路形成基板10上に概略ベタ状に下電極膜60の一部が配置されている場合においては、圧電素子保持部24の外側に延びた上電極膜80と下電極膜60と間に、両者の短絡を防止するための絶縁膜600が介挿されている。
As shown in FIG. 3, in the
同様に、第2封止部20Bの圧電素子保持部24によって封止されている圧電素子300のうち、上電極膜80の+X側の端部が、圧電素子保持部24から図示中央部側へ延びており、圧電素子保持部24の外側の領域に位置する上電極膜80と下電極膜60との間に絶縁膜600が介挿されている。さらに不図示ではあるが、第3、第4封止部で封止されている圧電素子300についても、それらの上電極膜80の一部が、それぞれ圧電素子保持部の外側に延出されている。
Similarly, in the
第1封止部20A及び第2封止部20Bのそれぞれから延びて形成された上電極膜80の先端部と平面的に重なる位置には、それぞれリザーバ形成基板20を厚さ方向に貫通する2つの接続孔20aが設けられている。これらの接続孔20a内には、導電部材36がそれぞれ形成されており、導電部材36の−Z側(流路形成基板10側)の端部は上電極膜80に電気的に接続されいる。また導電部材36の+Z側の端部には、リザーバ形成基板20上に形成されたパッド35が接続されており、かかるパッド35を介して配線パターン34と導電部材36とが電気的に接続されている。配線パターン34は、パッド35との接続部位から図示外側(X軸方向)に延びており、その上に駆動回路部200A又は駆動回路部200Bがフリップチップ実装されている。
2 which penetrates the
このような構成のもと、駆動回路部200A〜200Dと、それぞれの駆動回路部に対応する複数の圧電素子300とが電気的に接続されて、各駆動回路部200A〜200Dにより圧電素子300が駆動されるようになっている。
なお、本実施形態の場合、圧電素子300における導電部材36との接続部を成す上電極膜80の一部が、圧電素子300の回路接続部となっている。本実施形態の構成では、圧電素子300の一部を成す上電極膜80の一部が圧電素子保持部24の外側まで延びて上記回路接続部を形成しているが、上電極膜80と電気的に接続された電極配線を流路形成基板10上に形成し、この電極配線を圧電素子保持部24の外側に引き出して前記導電部材36と電気的に接続することもできる。この場合は、上電極膜80と電気的に接続された電極配線が圧電素子300の回路接続部となる。
With such a configuration, the
In the case of the present embodiment, a part of the
ここで、導電部材36の一端と圧電素子300(上電極膜80)との導電接続構造は、ろう材、又は異方性導電膜(ACF:anisotropic conductive film)や異方性導電ペースト(ACP:anisotropic conductive paste)を含む異方性導電材料を用いたものとすることができる。ろう材や異方性導電材料を用いた導電接続構造とすれば、流路形成基板10とリザーバ形成基板20とを接着する際に、上記導電部材36と圧電素子300との導電接続を同時に行うことができる。
Here, the conductive connection structure between one end of the
このように、本実施形態の液滴吐出ヘッド1では、リザーバ形成基板20の所定位置にリザーバ形成基板20を厚さ方向に貫通する接続孔20aを設けるとともにその内部に導電部材36を形成している。そして、リザーバ形成基板20の内面側(流路形成基板10側)にあっては、圧電素子保持部24から延出された圧電素子300の回路接続部(上電極膜80)を導電部材36の一端に電気的に接続し、リザーバ形成基板20の外面側にあっては、導電部材36の他端にパッド35を介して接続された配線パターン34に駆動回路部200A〜200Dを実装するようになっている。これにより、本実施形態の液滴吐出ヘッド1では、ワイヤボンディングにより駆動回路部と圧電素子とを接続する構造のようなワイヤを引き回す空間が不要となり、液滴吐出ヘッド1の薄型化を実現できるものとなっている。
As described above, in the liquid
また、導電部材36を埋設するための接続孔20aは、フォトリソグラフィ法により正確にリザーバ形成基板20に形成することができるため、ノズル開口15を狭ピッチ化した場合にも、それに伴い狭ピッチで配列される圧電素子300に対して正確に位置合わせ可能に導電部材36を形成することができ、高精細の画像形成や機能膜のパターン形成が可能な液滴吐出ヘッド1を得ることができる。
Further, since the connection holes 20a for embedding the
上述した構成を有する液滴吐出ヘッド1により機能液の液滴を吐出するには、当該液滴吐出ヘッド1に接続された外部コントローラ(図示略)によって機能液導入口25に接続された不図示の外部機能液供給装置を駆動する。外部機能液供給装置から送出された機能液は、機能液導入口25を介してリザーバ100に供給された後、ノズル開口15に至るまでの液滴吐出ヘッド1の内部流路を満たす。
In order to eject droplets of the functional liquid by the
また外部コントローラは、リザーバ形成基板20上に実装された駆動回路部200A等に駆動電力や指令信号を送信する。指令信号等を受信した駆動回路部200A〜200Dは、外部コントローラからの指令に基づく駆動信号を、配線パターン34、パッド35、導電部材36等を介して導電接続された各圧電素子300に送信する。
すると、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧が印加される結果、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体膜70に変位が生じ、この変位によって各圧力発生室12の容積が変化して内部圧力が高まり、ノズル開口15より液滴が吐出される。
Further, the external controller transmits drive power and a command signal to the
Then, as a result of applying a voltage between the
<液滴吐出ヘッドの製造方法>
次に、液滴吐出ヘッド1の製造方法について図4のフローチャート図、及び図5、図6の断面工程図を参照して説明する。
<Method for manufacturing droplet discharge head>
Next, a method for manufacturing the
まず、液滴吐出ヘッド1の製造工程の概略について、図4を参照して説明する。
液滴吐出ヘッド1を製造するには、シリコン単結晶基板に異方性エッチングを施すことで、図3に示す圧力発生室12や供給路14、連通部13等を形成して流路形成基板10を作製する(ステップSA1)。その後、流路形成基板10上に、弾性膜50と下電極膜60とを積層形成し、次いで下電極膜60上に圧電体膜70及び上電極膜80をパターン形成することで圧電素子300を形成する(ステップSA2)。
First, the outline of the manufacturing process of the
In order to manufacture the
また、ステップSA1、SA2とは別工程で、シリコン単結晶基板に異方性エッチングを施すことで圧電素子24や導入路36を形成し、ドライエッチング法を用いて接続孔20a及びリザーバ部21を形成することでリザーバ形成基板20を作製する(ステップSA3)。次いで、リザーバ形成基板20の接続孔20a内に導電部材36を形成し、リザーバ形成基板20上にコンプライアンス基板30を接合し、配線パターン34を形成する(ステップSA4)。
Further, in a step different from steps SA1 and SA2, anisotropic etching is performed on the silicon single crystal substrate to form the
次に、ステップSA2を経た流路形成基板10上の圧電素子300を覆う位置に、ステップSA4を経たリザーバ形成基板20を位置合わせし(ステップSA5)、その後、流路形成基板10とリザーバ形成基板20を接着するとともに、圧電素子300の上電極膜80(回路接続部)と導電部材36とを接続する(ステップSA6)。次に、リザーバ形成基板20上の配線パターン34に対して駆動回路部200A〜200Dをフリップチップ実装する(ステップSA7)。
以上の工程により、液滴吐出ヘッド1を製造することができる。
Next, the
Through the above steps, the
次に、図5を参照してリザーバ形成基板20の製造工程(ステップSA3)について詳細に説明する。なお、図5に示す各図は、図1のA−A線に沿う概略断面構成に対応する図である。
まず、図5(a)に示すように、シリコン単結晶基板120を用意し、熱CVD法を用いてシリコン単結晶基板120の表面に酸化シリコン膜121を形成する。
Next, the manufacturing process (step SA3) of the
First, as shown in FIG. 5A, a silicon
次に、図5(b)に示すように、シリコン単結晶基板120の図示下面(−Z側面)を異方性エッチングにより一部除去して圧電素子保持部24を形成する。具体的には、異方性エッチングに先立って、酸化シリコン膜121上に除去する領域に対応する開口部を具備したマスク材(図示略)を形成し、フッ酸等を用いたウェットエッチングにより上記開口部に対応する領域の酸化シリコン膜121を除去する。その後、酸化シリコン膜121の除去により露出されたシリコン単結晶基板120表面に対して、35重量%程度の水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いて異方性エッチングを行う。圧電素子保持部24の形成に用いたマスク材は除去しておく。
Next, as illustrated in FIG. 5B, the lower surface (−Z side surface) of the silicon
次に、図5(c)に示すように、後段の工程で接続孔20a及びリザーバ部21を形成するためのエッチングマスク123((d)図参照)となるマスク膜122をシリコン単結晶基板120の図示上面(+Z側面)に形成する。このマスク膜122としては、シリコンのエッチングに際して高選択比の得られるアルミニウム等の金属材料の膜を用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 5C, a
次に、図5(c)に示したマスク膜122をフォトリソグラフィ法により部分的に除去して図5(d)に示すエッチングマスク123を形成する。エッチングマスク123には、シリコン単結晶基板120にリザーバ部21を形成するための開口部123a、123b、及び接続孔20aを形成するための開口部123c、123dが形成されている。
リザーバ部21は図1から図3に示したように、圧力発生室群12A〜12D毎に1つずつ設けられているから、開口部123a、123bはY軸方向に延びる平面視矩形状に形成されており、エッチングマスク123には、これらの開口部123a、123bと同様の形状の開口部が、さらに2つ形成されている。また、接続孔20aは、圧電素子300とリザーバ形成基板20の上面に形成される配線パターン34とを電気的に接続するために用いられるものであるから、流路形成基板10上に形成される各圧電素子300に対応して複数設けられており、Y軸方向に複数並んで形成されている。
Next, the
As shown in FIGS. 1 to 3, one
次に、図5(e)に示すように、エッチングマスク123を介したドライエッチングにより、シリコン単結晶基板120を厚さ方向(Z軸方向)に貫通する接続孔20a及びリザーバ部21を形成する。シリコン単結晶基板120は、通常、厚さが600μm程度もあるため、高アスペクト比の貫通孔を形成できるSi高速エッチング法(例えば、特開2002−93776号公報に記載されている。)やボッシュプロセス法(例えば、米国特許5501893号明細書に記載されている。)を用いて上記接続孔20a及びリザーバ部21を形成することが好ましい。これらのエッチング方法によれば、20μm/分以上の高速なエッチングが可能であり、深い貫通孔であっても迅速に形成することができる。
なお、このドライエッチングでは、シリコン単結晶基板120の図示下面に形成されている酸化シリコン膜121がエッチストッパーとして機能し、エッチングはシリコン単結晶基板120を貫通したところで停止する。
Next, as illustrated in FIG. 5E, the
In this dry etching, the
次に、図5(f)に示すように、エッチングマスク123と、酸化シリコン膜121とをシリコン単結晶基板120から除去し、その後図5(g)に示すように、接続孔20a及びリザーバ部21の表面を含むシリコン単結晶基板120の表面を熱酸化させ、表面に酸化シリコンからなる絶縁膜124を形成する。この絶縁膜124は、特に接続孔20aの内面を絶縁して配線パターン等が短絡するのを防止するために設けられるものである。
Next, as shown in FIG. 5F, the
次に、図5(h)に示すように、絶縁膜124が形成された接続孔20a内に導電性材料を注入して導電部材36を形成する。この導電部材36の形成方法としては、例えば導電性樹脂材料やろう材(はんだ等)を真空注入法により接続孔20a内に注入する方法を用いることができる。上記導電部材36を形成したならば、次に、導電部材36の上下端(Z軸方向端部)と電気的に接続されたパッド35,37をフォトリソグラフィ法を用いてパターン形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (h), a
以上の工程により、上下面にそれぞれ設けられたパッド35,37が導電部材36を介して電気的に接続されたリザーバ形成基板20を作製することができる。なお、図3に示した液滴吐出ヘッド1の断面構成においては、リザーバ部21の外側にリザーバ部21と連通する導入路26が表示されているが、図5ではその表示を省略している。上記導入路26は、リザーバ形成基板20を厚さ方向に貫通する貫通孔であるので、リザーバ部21及び接続孔20aと同時に形成することが好ましい。
Through the above steps, the
本実施形態に係る製造方法では、リザーバ形成基板20の上下面間の導通をとるためにシリコン単結晶基板120を貫通する接続孔20aを形成することとしているが、この接続孔20aは、リザーバ部21とともに先の高速エッチング法により形成されるので、工数を節約して効率的に形成することが可能である。また、リザーバ部21をウェット処理による異方性エッチングにより形成すると、その内壁面がテーパー状になるため、シリコン単結晶基板120の板厚が大きくなるとリザーバ部21の平面積が大きくなるのを避けられないが、本実施形態のようにドライエッチングによってリザーバ部21を形成すれば、シリコン単結晶基板120の板厚によらずリザーバ部21の平面積を一定とすることができる。したがって本実施形態の製造方法によれば、リザーバ形成基板20の平面寸法を小さくでき、小型の液滴吐出ヘッド1の製造に好適な方法となっている。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the
次に、図5に示した工程で作製したリザーバ形成基板20と、別途作製した流路形成基板10とを接合する工程(ステップSA5)以降の工程について図6を参照しつつ説明する。図6に示す部分断面構造は、図3に示した液滴吐出ヘッド1のうち、第1封止部20Aの図示中央部側に相当する断面構造である。
Next, the steps after the step of joining the
まず、以下に説明する接合工程(ステップSA5)に先立ち、図5(h)に示したリザーバ形成基板20の図示上面に、コンプライアンス基板30(図3に示す封止膜31と固定板32)を接合するとともに、パッド35に電気的に接続された配線パターン34を形成する。また、流路形成基板10上に形成された圧電素子300とパッド37とを電気的に接続するために、パッド37上にろう材や異方性導電材料からなる導電性接着剤39を塗布し、またこの導電性接着剤39以外のリザーバ形成基板20の下面に、流路形成基板10と接合するための基板接合剤38を塗布する。基板接合剤38には熱硬化性の樹脂材料等を用いることができ、圧電素子保持部24を密閉するために水分等を透過しにくいものとすることが好ましい。
First, prior to the bonding step (step SA5) described below, the compliance substrate 30 (the sealing
そして、図5に示したリザーバ形成基板20の作製とは別の工程(ステップSA1、SA2)で作製した流路形成基板を用意する。流路形成基板10には、図6(a)に示すように、圧力発生室12が形成されており、その図示下面側には複数のノズル開口15が穿設されたノズル基板16が接合され、図示上面側には、振動板400(弾性膜50、下電極膜60)が接合され、振動板400上に、圧力発生室12に対応する圧電素子300(圧電体膜70、上電極膜80)がパターン形成されている。
Then, a flow path forming substrate prepared in a process (steps SA1 and SA2) different from the manufacturing of the
上記リザーバ形成基板20と流路形成基板10とを用意したならば、図6(a)に示すように、リザーバ形成基板20の圧電素子保持部24と、流路形成基板10の圧電素子300とが対向するように位置合わせして配置する。
次に、図6(b)に示すように、流路形成基板10とリザーバ形成基板20とを接合する。これにより、リザーバ形成基板20上に設けられた接合剤38により流路形成基板10とリザーバ形成基板20とが一体に接合され、圧電素子保持部24は接合剤38により密閉される。
When the
Next, as shown in FIG. 6B, the flow
また、パッド37上に設けた導電性接着剤39により、パッド37と流路形成基板10側の上電極膜80とが電気的に接続される(ステップSA6)。導電性接着剤39として異方性導電材料を用いている場合、図6(b)に示すように、接着剤中に分散された導電粒子が接合の押圧力により基板厚さ方向で接触するようになり、パッド37と上電極膜80とを電気的に接続する。このようにして、圧電素子300の上電極膜80と、リザーバ形成基板20上に形成された配線パターン34とが、パッド35、導電部材36、パッド37を介して電気的に接続される。
Further, the
次に、図6(c)に示すように、リザーバ形成基板20上の配線パターン34に、駆動回路部200Aをフリップチップ実装する(ステップSA7)。これにより、駆動回路部200Aと圧電素子300とが電気的に接続され、駆動回路部200Aから供給される電気信号により圧電素子300を振動させることが可能になる。このように、配線パターン34が設けられたリザーバ形成基板20上に駆動回路部200Aを実装することで、液滴吐出ヘッド1全体のコンパクト化を図ることができ、また実装時に配線パターン34に対する駆動回路部200Aの位置決めが容易になるという利点もある。
Next, as shown in FIG. 6C, the
以上説明した液滴吐出ヘッド1の製造方法によれば、圧力発生室12に対応して設けられる圧電素子300と駆動回路部200A〜200Dとの接続を、ドライエッチングを用いて形成した接続孔20a内に設けた導電部材36を介して行うので、ノズルピッチを小さくすることにより圧電素子300同士の間のY軸方向に関する距離が小さく(狭く)なった場合にも、上記接続孔20aは圧電素子300のピッチに合わせて小径化、狭ピッチ化することが容易であり、形成する画像の高精細化や機能膜パターンの微細化に対応した液滴吐出ヘッド1を容易に製造することが可能である。
According to the manufacturing method of the
また本実施形態の製造方法では、上記接続孔20aを、圧力発生室12に連通するリザーバ部21と同工程で同時に形成するので、接続孔20aの形成を効率よく行うことができる。さらに、同時に形成されるリザーバ部21にあっては、ウェット処理による異方性エッチングのように開口部の内壁がテーパ形状になることがなくなり、基板面における開口面積を小さくすることができるので、液滴吐出ヘッド1全体のコンパクト化を図ることができる。
Moreover, in the manufacturing method of this embodiment, since the said
<液滴吐出装置>
次に、上述した液滴吐出ヘッド1を備えた液滴吐出装置の一例について図7を参照しながら説明する。本例では、その一例として、前述の液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット式記録装置について説明する。
<Droplet ejection device>
Next, an example of a droplet discharge device including the above-described
液滴吐出ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載されている。図7に示すように、液滴吐出ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bには、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられており、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3が、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に取り付けられている。
The droplet discharge head constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 7, the
記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3がキャリッジ軸5に沿って移動するようになっている。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上に搬送されるようになっている。上記構成を具備したインクジェット式記録装置は、前述の液滴吐出ヘッドを備えているので、小型で信頼性が高く、更に低コストなインクジェット式記録装置となっている。
The
なお、図7では、本発明の液滴吐出装置の一例としてプリンタ単体としてのインクジェット式記録装置を示したが、本発明はこれに限らず、係る液滴吐出ヘッドを組み込むことによって実現されるプリンタユニットに適用することも可能である。このようなプリンタユニットは、例えば、テレビ等の表示デバイスやホワイトボード等の入力デバイスに装着され、該表示デバイス又は入力デバイスによって表示若しくは入力された画像を印刷するために使用される。 In FIG. 7, an ink jet recording apparatus as a single printer is shown as an example of the droplet discharge apparatus of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and a printer realized by incorporating such a droplet discharge head. It can also be applied to units. Such a printer unit is attached to a display device such as a television or an input device such as a whiteboard, and is used to print an image displayed or input by the display device or the input device.
また上記液滴吐出ヘッドは、液相法により各種デバイスを形成するための液滴吐出装置にも適用することができる。この形態においては、液滴吐出ヘッドより吐出される機能液として、液晶表示デバイスを形成するための液晶表示デバイス形成用材料、有機EL表示デバイスを形成するための有機EL形成用材料、電子回路の配線パターンを形成するための配線パターン形成用材料などを含むものが用いられる。これらの機能液を液滴吐出装置により基体上に選択配置する製造プロセスによれば、フォトリソグラフィ工程を経ることなく機能材料のパターン配置が可能であるため、液晶表示装置や有機EL装置、回路基板等を安価に製造することができる。 The droplet discharge head can also be applied to a droplet discharge apparatus for forming various devices by a liquid phase method. In this embodiment, as the functional liquid discharged from the droplet discharge head, a liquid crystal display device forming material for forming a liquid crystal display device, an organic EL forming material for forming an organic EL display device, an electronic circuit A material including a wiring pattern forming material for forming a wiring pattern is used. According to the manufacturing process in which these functional liquids are selectively arranged on a substrate by a droplet discharge device, the pattern arrangement of the functional material is possible without going through a photolithography process, so a liquid crystal display device, an organic EL device, a circuit board Etc. can be manufactured at low cost.
1…液滴吐出ヘッド、15…ノズル開口、15A〜15D…ノズル開口群、20…リザーバ形成基板(保護基板)、20a…接続孔、21…リザーバ部(リザーバ)、24…圧電素子保持部(素子保持部)、34…配線パターン、34A〜34D…配線群、35,37…パッド、36…導電部材、70…圧電体膜、80…上電極膜(回路接続部)、200A〜200D…駆動回路部、300…圧電素子(駆動素子)
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記保護基板を挟んで前記駆動素子と反対側に、前記駆動素子に電気信号を供給する駆動回路部が設けられており、
前記駆動回路部と前記駆動素子の回路接続部とを電気的に接続するための導電部材が、前記保護基板を厚さ方向に貫通する接続孔内に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging droplets; a driving element disposed outside the pressure generating chamber to cause a pressure change in the pressure generating chamber; and the pressure generating chamber sandwiching the driving element And a protective substrate provided on the opposite side,
A drive circuit unit that supplies an electric signal to the drive element is provided on the opposite side of the drive element across the protective substrate,
A droplet characterized in that a conductive member for electrically connecting the drive circuit portion and the circuit connection portion of the drive element is provided in a connection hole penetrating the protective substrate in the thickness direction. Discharge head.
前記保護基板に、前記各駆動素子に対応する複数の前記接続孔が設けられており、
前記各接続孔内に配された導電部材を介して前記駆動回路部と前記各駆動素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。 A plurality of the nozzle openings, and the pressure generating chambers and the driving elements corresponding to the nozzle openings,
The protective substrate is provided with a plurality of the connection holes corresponding to the drive elements,
2. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the drive circuit unit and each drive element are electrically connected via a conductive member disposed in each connection hole.
前記配線パターン上に前記駆動回路部が実装されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッド。 A wiring pattern formed on the protective substrate is electrically connected to an end of the conductive member on the drive circuit unit side,
The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the drive circuit unit is mounted on the wiring pattern.
前記保護基板に、該保護基板を貫通する接続孔を形成する工程と、
前記接続孔の内部に導電部材を設ける工程と、
を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging droplets; a driving element disposed outside the pressure generating chamber to cause a pressure change in the pressure generating chamber; and the pressure generating chamber sandwiching the driving element Manufacturing method of a droplet discharge head comprising: a protective substrate provided on the opposite side of the drive substrate; and a drive circuit unit provided on the opposite side of the drive element across the protective substrate and supplying an electric signal to the drive element Because
Forming a connection hole penetrating the protective substrate in the protective substrate;
Providing a conductive member inside the connection hole;
A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:
前記流路形成基板上の前記圧力発生室に対応する位置に前記駆動素子を配設する工程と、
前記駆動素子を覆うように前記流路形成基板上に前記保護基板を接合する工程と、を含み、
前記流路形成基板と前記保護基板とを接合するに際して、
前記保護基板に設けられた導電部材の一端側、又は前記流路形成基板上に配設された駆動素子の回路接続部に、ろう材又は導電性接着剤からなる接合材を配置し、当該接合材を介して前記導電部材と前記駆動素子とを電気的に接続することを特徴とする請求項9から11のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 Producing a flow path forming substrate having a plurality of the pressure generation chambers by partially removing a plate-like base material and a reservoir communicated with the plurality of pressure generation chambers;
Disposing the drive element at a position corresponding to the pressure generating chamber on the flow path forming substrate;
Bonding the protective substrate on the flow path forming substrate so as to cover the drive element,
When joining the flow path forming substrate and the protective substrate,
A bonding material made of a brazing material or a conductive adhesive is disposed on one end side of the conductive member provided on the protective substrate or on the circuit connection portion of the driving element disposed on the flow path forming substrate, and the bonding is performed. The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 9, wherein the conductive member and the drive element are electrically connected via a material.
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