JP2006198937A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録素子基板の周囲に樹脂充填剤が塗布されている記録ヘッドにおいて、製造時に硬化前の樹脂充填剤が記録素子基板のフェイス面（吐出口面）上に乗り上がることによる不具合が生じにくい、高信頼性の記録ヘッド等を提供する。
【解決手段】 インクジェット記録ヘッド１は、吐出口群が形成された吐出口面を有する記録素子基板２と、該記録素子基板２を支持する支持部材１１とを有し、記録素子基板２の周囲にはチップ封止剤６が充填されている。記録素子基板２の吐出口面には、硬化前のチップ封止剤６が吐出口面上に乗り上がることを防止するため、撥水剤２０が部分的に塗布されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクを吐出して被記録媒体に記録を行うためのインクジェット記録ヘッド及びその製造方法に関する。

従来、インクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド（単に「記録ヘッド」ともいう）として、図５に示すような構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。図５は、従来のインクジェット記録ヘッドの構成を示す図であり、図５（ａ）は記録ヘッドをインク滴の吐出方向からみた平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。

図５に示すように、インクジェット記録ヘッド１０１は、インク滴を吐出する機能を備えた記録素子基板１０２を複数有しており、各記録素子基板１０２は、支持部材１１１に形成された掘込み部１１１ａ（図５（ｂ）参照）内に配置されている。記録素子基板１０２は、インク滴を吐出するノズル１０３が複数集合した吐出口群を有しており、各吐出口１０３は、記録素子基板１０２の表面であるフェイス面（吐出口面）１０２ａに開口している。

掘込み部１１１ａ内には、記録素子基板１０２の周囲を包囲するようにしてチップ封止剤１０６が充填されている。チップ封止剤１０６は、例えば熱硬化性樹脂からなる充填剤であり、ノズル３からのインクが、記録ヘッド１の所定の構造部（例えば支持部材１１１）に付着するのを防止することを１つの目的として使用されている。

ところで、近年、例えばデジタルカメラで撮影した写真を、塩銀写真の代わりにインクジェット記録装置で出力することも多くなってきており、したがって、インクジェット記録装置に使用されるインクも、耐光性及び耐候性に優れた顔料インクが用いられることが多くなっている。このように顔料インクを用いる場合、記録素子基板１０２のフェイス面１０２ａには、次に述べる理由から、撥水性（撥インク性及び撥油性を含む）を生じさせる材料（以下、「撥水剤」という）は塗布されないのが一般的である。すなわち、顔料インクは、染料インクと比較して高粘度であり、また表面張力も小さいことから、撥水剤の効果がそれほど期待できないためである。また、フェイス面１０２ａ（特にフェイス面１０２ａのうちノズル１０３の近傍）に撥水剤を塗布した場合であっても、経年変化等に起因して撥水性にムラが生じれば、撥水性の低下した部分にインクが集まってしまい、その結果、不吐出やインクの混合といった不具合を発生させる可能性もある。
特開２００２−３３１６６６号公報

ところで、図５に示したような従来の記録ヘッドを製造する場合、チップ封止剤１０６を設ける工程として、記録素子基板１０２が配置された掘込み部１１１ａ内に、液状で流動性のある状態のチップ封止剤１０６を供給し、その後、チップ封止剤１０６を硬化させる工程が必要である。

しかしながら、前述の通り、記録ヘッド１０１のフェイス面１０２ａには撥水処理がなされていないことから、硬化前のチップ封止剤１０６を掘込み部１１１ａ内に供給した際、供給量によっては、チップ封止剤１０６がフェイス面１０２ａ上に乗り上がってしまうおそれがあった。

フェイス面１０２ａ上に乗り上がったチップ封止剤１０６がノズル１０３に達すれば、ノズル１０３が閉塞してしまい不吐出の原因となる。あるいは、ノズル１０３まで達しないとしても、チップ封止材１０６がフェイス面１０２ａ上で硬化すれば、フェイス面１０２ａ上に異物として封止剤１０６が存在することとなる。

その結果、従来一般的に行なわれるフェイス面１０２ａのクリーニング動作、具体的には、ワイパーなどによるフェイス面１０２ａのクリーニング動作が正常に行なわれなくなる可能性がある。また、その他にも、記録ヘッド１に対する回復動作、具体的には、キャッピング部材をフェイス面１０２ａに密着させてノズル１０３内のインクを強制吸引する回復動作が正常に行われなくなる可能性もある。本来、相互に密着すべきフェイス面１０２ａとキャッピング部材との間に封止剤１０６が挟まってしまい、それにより、インクの吸引ができなくなったり、あるいは、フェイス面１０２ａとキャッピング部材との間の隙間からインクが漏れたりするおそれがあるためである。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録素子基板の周囲に樹脂充填剤が塗布されている記録ヘッドにおいて、製造時に硬化前の樹脂充填剤が記録素子基板のフェイス面（吐出口面）上に乗り上がることによる不具合が生じにくい、高信頼性のインクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口群が形成された吐出口面を有すると共に該吐出口面における前記吐出口群の近傍は撥水処理がされていない領域となっている記録素子基板と、前記記録素子基板を少なくとも１つ支持する支持部材とを有し、前記記録素子基板の周囲に樹脂充填剤が充填されているインクジェット記録ヘッドにおいて、前記吐出口面の外周部の少なくとも一部には、撥水処理領域が形成されていることを特徴とする。

また、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクを吐出する吐出口群が形成された吐出口面を有すると共に該吐出口面における前記吐出口群の近傍は撥水処理がされていない領域となっている記録素子基板と、前記記録素子基板を少なくとも１つ支持する支持部材とを有し、前記記録素子基板の周囲に樹脂充填剤が充填されているインクジェット記録ヘッドを製造する方法であって、前記吐出口面の外周部の少なくとも一部に、撥水処理領域を形成する工程と、前記撥水処理領域が形成された前記記録素子基板の周囲に硬化前の樹脂充填剤を供給する工程とを有している。

本発明のインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法によれば、記録素子基板の吐出口面の外周部に撥水領域が形成されているため、製造時に硬化前の樹脂充填剤が記録素子基板のフェイス面（吐出口面）上に乗り上がることが防止され、したがって最終的に完成したインクジェット記録ヘッドの高信頼性化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の記録ヘッドの一実施形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は記録ヘッドをインク滴の吐出方向からみた平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。図２は、図１の記録ヘッドを部分的に拡大した拡大平面図である。図３は、図２の切断線Ｂ−Ｂにおける断面図である。

インクジェット記録ヘッド１は、インク滴を吐出する機能を備えた記録素子基板２が３つずつ配置された吐出構造部１０Ａ、１０Ｂを有している。吐出口構造部１０Ａ、１０Ｂはいずれも同様の構成となっているため、以下、一方の吐出口構造部１０Ａを例に挙げて説明する。なお、図１（ａ）では、説明の都合上、吐出口構造部１０Ａの保護封止剤５の一部は図示されていない。

吐出口構造部１０Ａは、３つの記録素子基板２と、該記録素子基板２を固定支持する支持部材１１（図１（ｂ）参照）と、支持部材１１の表面に接着され各記録素子基板２に所定の電気的信号を供給する配線基板１２とを有している。

各記録素子基板２は、図１（ａ）に示すように、互いに所定の間隔をおいて配置されており、それぞれから異なる色のインクを吐出するように構成されている。記録素子基板２は、インク滴を吐出するノズル３が複数集合した吐出口群を有している。詳細には、吐出口群は、複数のノズル３が千鳥状となるように２列に並べられた構成となっており、また、記録素子基板２は、ノズル３の配列方向を長手方向とする長方形の輪郭形状を有している。また、記録素子基板２は、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板２１とその上に接合されたノズル部材２２とで構成されており、ノズル３は、ノズル部材２２に形成された貫通孔として設けられ、ノズル部材２２の表面であるフェイス面２２ａに開口している。

なお、図示しないが、シリコン基板２１には、各ノズル３にインクを供給するためのインク流路が形成されており、このインク流路は、例えばシリコン基板２１を貫通する構造部として設けられている。また、各ノズル３の内部には、インクに吐出エネルギーを付与するヒータ（不図示）が配置されており、このヒータに電気的信号を与えて駆動することにより、ノズル３内でインクが加熱され、それによりノズル３からインク滴が吐出されるようになっている。

図１（ｂ）に示すように、支持部材１１には、部材表面から所定量だけ掘り込まれた掘込み部１１ａが形成されており、この掘込み部１１ａ内に記録素子基板２が配置されるようになっている。記録素子基板２は、シリコン基板２１の下面と掘込み部１１ａの底面とを接着剤２４によって接着することにより、支持部材１１に固定されている。

次に、図２、図３を参照して、配線基板１２と記録素子基板２との電気的接続について説明する。配線基板１２に形成された開口部１２ａの内周縁からは、複数のリード７が延出しており、各リード７は、記録素子基板２の短辺側端部に形成された電極端子４のそれぞれに接続されるようになっている。リード７と電極端子４とは、図３に示すように、バンプ２５を介して電気的に接続されている。また、リード７と電極端子４とのこの電気的接続部を保護するために、３つの記録素子基板２のそれぞれの短辺側を一括して覆うように保護封止剤５が塗布されている。保護封止剤５が塗布されていることにより、インクの付着による電気的接続部の腐食が防止され、また、外部から作用する力によるリード７の断線が生じないようになっている。

ところで、支持部材１１は、記録素子基板２及び電気配線１２を支持する機能の他にも、記録素子基板２の熱を放熱する放熱部材としての機能も備えている。すなわち、支持部材１１は、例えばアルミニウム又はセラミック等の放熱性のよい材料で構成されており、これにより、動作時に高温となった記録素子基板２の熱が支持部材１１側に伝わり熱が逃げるようになっている。

このように支持部材１１をアルミニウム等で構成することは放熱の観点から有利であるが、これらの材料はインクが付着することにより腐食する可能性もある。したがって、これを防止するために、記録素子基板２の周囲には、インクに対して耐性を有する熱硬化性樹脂からなるチップ封止剤６が掘込み部１１ａを満たすように充填されている。また、このようにチップ封止剤６を充填することにより、配線基板１２の内側面に設けられた配線パターンにもインクが付着しにくくなり、これにより、インク付着に起因した配線パターンの腐食等も起こりにくくなる。

本実施形態の記録ヘッド１では、硬化前のチップ封止剤９を掘込み部１１ａ内に供給する際に不具合が発生するのを防止するため、記録素子基板２の表面には撥水剤２０が部分的に塗布されている。これについて、以下、記録ヘッド１の製造方法と併せて説明する。

まず、ウエハーに複数の記録素子基板２を作製する。撥水剤２０は、ウエハーの状態で塗布するのが好ましく、その塗布には例えばスクリーン印刷を利用可能である。このように、各記録素子基板２をウエハーから切り分ける前に、複数の記録素子基板２に対し一括的に撥水剤２０を塗布することは、製造工程を簡素化できる点で有利である。

本実施形態では、撥水剤２０は、記録素子基板２表面の外周部のうち長辺側の２辺、すなわち、電極端子４が形成されていない側の２つの辺に塗布されている。撥水剤２０が塗布された領域は、撥水処理がなされていない領域よりも表面エネルギーが低い撥水領域となっている。

なお、撥水剤２０の幅寸法（記録素子基板２の短手方向における撥水剤２０の幅寸法をいう）は、チップ封止剤６の粘度等を考慮して適宜設定すればよい。また、撥水剤２０は、フェイス面２２ａの外周部の４辺のうち少なくとも１辺、あるいはその１辺の少なくとも一部に形成されていればよい。

次いで、ダイシング等を用いてウエハーから切り分けた記録素子基板２を、接着剤２４を用いて、支持部材１１の掘込み部１１ａ内に接着する。これにより、記録素子基板２が支持部材１１に固定される。続いて、支持部材１１の表面に配線基板１２を接着する。この状態では、配線基板１２の１つの開口部１２ａ（図２参照）から３つの記録素子基板２が露出した状態となっている。そして、例えばＩＬＢ実装法により、配線基板１２のリード７と記録素子基板２の電極端子４とを、バンプ２５を介して電気的に接続する。

次いで、硬化前のチップ封止剤６を掘込み部１１内に供給する。この供給工程は、例えば樹脂塗布用のニードルを用いて実施可能であり、図２に一例を示すように、矢印Ｃ方向に沿って封止剤を供給した後、矢印Ｄ方向に供給するものであってもよい。すなわち、チップ封止剤６は、３つの記録素子基板２のうち端にある２つの記録素子基板２のそれぞれの外側に２回にわたって供給されるものであって、矢印Ｃ方向への一回目の供給動作の後、今度は逆方向である矢印Ｄ方向にニードルを移動させながら供給される。

供給されたチップ封止剤６は、この段階では未だ流動性を有しているため、掘込み部１１ａ内において、記録素子基板２の各短辺側の隙間に回り込み、さらに、基板２同士の間の隙間にも回り込む。これにより、各記録素子基板２の周囲がチップ封止剤６によって満たされる。その後、チップ封止剤６を加熱し、硬化させる。そして、記録素子基板２の電気的接続部に保護封止剤５を塗布し、硬化させることにより、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１が完成する。

上述したように、本実施形態では、記録素子基板２が配置された掘込み部１１ａ内に流動性のあるチップ封止剤６を供給する場合であっても、記録素子基板２のフェイス面２２ａには撥水剤２０が予め塗布されているため、チップ封止剤６がフェイス面２２ａに乗り上がることが防止される。あるいは、乗り上がったとしても撥水剤２０の撥水作用により、チップ封止剤６はフェイス面２２ａ上からはじかれるため、フェイス面２２ａ上に残留しにくい。したがって、最終的に製造されるインクジェット記録ヘッド１は、フェイス面２２ａ上でのチップ封止剤６の残留が最小限に抑えれられたものとなる。これは、インクジェット記録ヘッド１の高品質化を意味し、あるいは、製造歩留まりが向上することを意味する。

なお、上記の製造方法及び撥水剤２０の塗布位置はあくまで本発明の一例であって、本発明は上記の他にも種々変更可能である。

例えば図４に示すように、撥水剤２０を、記録素子基板２の全外周、厳密にはノズル部材２２（図４（ｂ）参照）の全外周にわたって塗布してもよい。これにより、チップ封止剤６が、電極端子４側からフェイス面２２ａ上に乗り上がってくることが防止される。

特に、先の説明では詳細に述べなかったが、本実施形態の場合、図４（ｂ）に示す通り、電極端子４を露出させるために、ノズル部材２２はシリコン基板２１の図示左側の端部までは形成されていない。また、リード７と電極端子４とを接合する際のマージンの都合上、ノズル部材２２の端部とシリコン基板の端部との間には所定の距離Ｌ₂₁がとられている。したがって、シリコン基板２１及びノズル部材２２は段差状となっており、チップ封止剤６はシリコン基板２１上に乗り上がる。したがって、図４のように、電極端子４側にも撥水剤２０を塗布することは、チップ封止剤６が電極端子４側からフェイス面２２ａ上に乗り上がることを防止できる点でより好ましい。

なお、このように電極端子４の近傍のシリコン基板２１上にチップ封止剤６が乗り上がったとしても、電極端子４とリード７は先の工程で接続されているため、チップ封止剤６が、電極端子４とリード７との間の電気的接続に悪影響を及ぼすことはない。

以上の説明では、撥水剤２０をスクリーン印刷で部分的に塗布することによってフェイス面２２ａの外周部に撥水領域を形成する例を説明したが、撥水領域の形成は他にも次のような方法によるものであってもよい。すなわち、撥水性を持たせたくない領域を予め部分的にレジスト等で保護し、次いで含フッ素雰囲気中でプラズマ処理又はコロナ処理を行い、それにより露出した領域をフッ素化することで撥水性を持たせてもよい。また、撥水剤２０をフェイス面２２ａの全面に塗布した後、プラズマアッシング又はドライエッチング等で部分的に親水化領域を形成してもよい。

本発明の記録ヘッドの一実施形態の構成を示す図である。 図１の記録ヘッドを部分的に拡大した拡大平面図である。 図２の切断線Ｂ−Ｂにおける断面図である。 撥水剤の塗布領域の変更例を説明するための図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。

符号の説明

２ 記録素子基板
３ 吐出口
５ 保護封止剤
６ チップ封止剤
１１ 支持部材
１１ａ 掘り込み部
２０ 撥水剤
２１ シリコン基板
２２ ノズル部材
２２ａ フェイス面

Claims (5)

1. インクを吐出する吐出口群が形成された吐出口面を有すると共に該吐出口面における前記吐出口群の近傍は撥水処理がされていない領域となっている記録素子基板と、前記記録素子基板を少なくとも１つ支持する支持部材とを有し、前記記録素子基板の周囲に樹脂充填剤が充填されているインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記吐出口面の外周部の少なくとも一部には、撥水処理領域が形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記支持部材には、前記記録素子基板を配置するための掘込み部が形成されており、前記樹脂充填剤は前記掘込み部内に充填されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. インクを吐出する吐出口群が形成された吐出口面を有すると共に該吐出口面における前記吐出口群の近傍は撥水処理がされていない領域となっている記録素子基板と、前記記録素子基板を少なくとも１つ支持する支持部材とを有し、前記記録素子基板の周囲に樹脂充填剤が充填されているインクジェット記録ヘッドを製造する方法であって、
   前記吐出口面の外周部の少なくとも一部に、撥水処理領域を形成する工程と、
   前記撥水処理領域が形成された前記記録素子基板の周囲に硬化前の樹脂充填剤を供給する工程とを有する、インクジェット記録ヘッドの製造方法。
4. 前記撥水領域を形成する工程は、前記記録素子基板をウエハーから切り分ける前に、複数の前記記録素子基板に対し一括して前記撥水領域を形成することを含む、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
5. 前記樹脂充填剤を供給する工程は、前記記録素子基板の周囲の少なくとも一部に供給した硬化前の前記樹脂充填剤を流動させることにより、前記樹脂充填材を前記記録素子基板の全外周に供給することを含む、請求項３または４に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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