JP2007062036A - Liquid drop ejection head, liquid drop ejector and process for manufacturing liquid drop ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば機能液を吐出するノズル開口部が形成された液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置並びに液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head, a droplet discharge device, and a method for manufacturing a droplet discharge head in which, for example, nozzle openings for discharging functional liquid are formed.
マイクロデバイスを製造する方法の1つとして液滴吐出法(インクジェット法)がある。この液滴吐出法は、液滴吐出ヘッドに設けられたノズル開口部から、デバイスを形成するための材料を含む機能液を液滴として吐出するものである。このような液滴吐出ヘッドには、駆動素子である圧電素子と、この圧電素子を駆動する駆動回路であるICドライバとが設けられている。また、この圧電素子とICドライバとは、ワイヤボンディング実装により接続されている(例えば、特許文献1参照)。 One method for manufacturing a microdevice is a droplet discharge method (inkjet method). In this droplet discharge method, a functional liquid containing a material for forming a device is discharged as a droplet from a nozzle opening provided in a droplet discharge head. Such a droplet discharge head is provided with a piezoelectric element as a driving element and an IC driver as a driving circuit for driving the piezoelectric element. The piezoelectric element and the IC driver are connected by wire bonding mounting (see, for example, Patent Document 1).
ところで、このような液滴吐出法を用いてマイクロデバイスを製造する際において、マイクロデバイスをより微細とすることが望まれている。そのため、液滴吐出ヘッドに設けられたノズル開口部同士の間隔であるノズルピッチをより小さく(狭く)する必要がある。したがって、このノズルピッチに対応して圧電素子同士の距離も小さくする必要がある。
しかしながら、上記従来の液滴吐出ヘッドには以下の課題がある。すなわち、ワイヤボンディング法を用いた圧電素子とICドライバとの接続では、圧電素子同士の間隔が小さくなると、圧電素子とICドライバとの接続強度が小さくなって歩留まりが向上しないという問題がある。 However, the conventional droplet discharge head has the following problems. That is, in the connection between the piezoelectric element and the IC driver using the wire bonding method, there is a problem that if the distance between the piezoelectric elements is reduced, the connection strength between the piezoelectric element and the IC driver is reduced and the yield is not improved.
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、駆動回路と駆動素子との電気的な接続の強度を十分に確保した液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置並びに液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a droplet discharge head, a droplet discharge device, and a droplet discharge head that have sufficiently secured the strength of electrical connection between a drive circuit and a drive element. It aims to provide a method.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、駆動回路部と該駆動回路部によって駆動される駆動素子とを備える液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動回路部と前記駆動素子とを電気的に接続するフレキシブル基板を有し、該フレキシブル基板の前記駆動素子と電気的に接続する端子部の裏面側に、熱硬化性樹脂層が設けられていることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the droplet discharge head according to the present invention electrically connects the drive circuit unit and the drive element in a droplet discharge head including a drive circuit unit and a drive element driven by the drive circuit unit. The thermosetting resin layer is provided in the back surface side of the terminal part which has a flexible substrate and is electrically connected with the said drive element of this flexible substrate.
この発明では、フレキシブル基板によって駆動回路部と駆動素子との電気的な接続を行っているので、駆動素子の配置間隔が小さくても、駆動素子と駆動回路部との電気的な接続を良好に行うことができる。また、熱硬化性樹脂を設けることで、フレキシブル基板の端子部にパターンやフレキシブル基板の折り曲げなどに起因する凹凸が生じていても、駆動素子の接続部とフレキシブル基板の端子部とが均一に接続されるので、接続強度が増大する。
すなわち、駆動素子の接続部とフレキシブル基板とを接続するには、通常フレキシブル基板の端子部を駆動素子の接続部に接触させた状態で、フレキシブル基板の端子部の裏面側にボンディングツールを当接させて加圧、加熱することで行う。このとき、ボンディングツールによる加圧、加熱時においてボンディングツールの加圧面とフレキシブル基板との間に上述した凹凸による間隙が生じても、熱硬化性樹脂によってこの間隙を埋めることができる。これにより、ボンディングツールによるフレキシブル基板の加圧及び加熱が均一に行われる。そして、加熱により熱硬化性樹脂が硬化することで、フレキシブル基板の加圧、加熱時に、駆動素子の接続部との接続部分におけるフレキシブル基板の変形が抑制される。したがって、フレキシブル基板と駆動素子との電気的な接続が強固となる。
以上より、駆動素子とフレキシブル基板との接続強度が増大するので、フレキシブル基板に例えばズレや引っ張り、ねじれなどの応力が生じても、駆動回路部と駆動素子とのフレキシブル基板を介した電気的接続が維持される。
In this invention, since the drive circuit unit and the drive element are electrically connected by the flexible substrate, the electrical connection between the drive element and the drive circuit unit is excellent even if the arrangement interval of the drive elements is small. It can be carried out. In addition, by providing thermosetting resin, even if there are irregularities due to patterns or bending of the flexible board in the terminal part of the flexible board, the connection part of the drive element and the terminal part of the flexible board are connected uniformly As a result, the connection strength increases.
That is, in order to connect the connecting portion of the driving element and the flexible substrate, the bonding tool is brought into contact with the back surface side of the terminal portion of the flexible substrate in a state where the terminal portion of the flexible substrate is usually in contact with the connecting portion of the driving element. And pressurizing and heating. At this time, even if the gap due to the above-described unevenness is generated between the pressure surface of the bonding tool and the flexible substrate during the pressurization and heating by the bonding tool, the gap can be filled with the thermosetting resin. Thereby, pressurization and heating of a flexible substrate by a bonding tool are performed uniformly. And since a thermosetting resin hardens | cures by heating, a deformation | transformation of the flexible substrate in the connection part with the connection part of a drive element is suppressed at the time of pressurization and a heating of a flexible substrate. Therefore, the electrical connection between the flexible substrate and the driving element is strengthened.
As described above, since the connection strength between the drive element and the flexible board increases, even if stress such as displacement, tension, or twist occurs in the flexible board, the electrical connection between the drive circuit section and the drive element via the flexible board is possible. Is maintained.
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記熱硬化性樹脂層が、前記フレキシブル基板を加圧するボンディングツールに設けられた吸引孔の開口よりも大きく形成されていることが好ましい。
この発明では、端子部の裏面側に設けられた熱硬化性樹脂層に合わせてボンディングツールの吸引孔の開口を端子部の裏面側に当接したときに、吸引孔の開口が熱硬化性樹脂によって覆われる。これにより、吸引孔の開口とフレキシブル基板との間に間隙が生じることを防止し、ボンディングツールによるフレキシブル基板の吸着性能が劣化することを回避する。
In the liquid droplet ejection head according to the present invention, it is preferable that the thermosetting resin layer is formed larger than an opening of a suction hole provided in a bonding tool that pressurizes the flexible substrate.
In this invention, when the opening of the suction hole of the bonding tool is brought into contact with the back surface side of the terminal portion in accordance with the thermosetting resin layer provided on the back surface side of the terminal portion, the opening of the suction hole is the thermosetting resin. Covered by. Thereby, it is possible to prevent a gap from being generated between the opening of the suction hole and the flexible substrate, and to avoid deterioration of the adsorption performance of the flexible substrate by the bonding tool.
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記熱硬化性樹脂層が、前記フレキシブル基板を加圧するボンディングツールの加圧面よりも小さく形成されていることが好ましい。
この発明では、端子部の裏面側に設けられた熱硬化性樹脂層に合わせてボンディングツールの加圧面を端子部の裏面側に当接させて加圧したときに、熱硬化前の熱硬化性樹脂がボンディングツールの加圧面の縁部から側面に回りこみ、熱硬化性樹脂がボンディングツールに付着することを防止する。すなわち、一般に、ボンディングツールは、例えばセラミックスによって形成されており、フレキシブル基板に当接させる加圧面の表面に例えばフッ素系樹脂からなるコーティング膜が形成されている。ここで、熱硬化性樹脂とコーティング膜とはなじみにくいので、加圧面には熱硬化性樹脂が付着しない。しかし、ボンディングツールの側面にはコーティング膜が設けられていないことが多いので、加圧時に熱硬化性樹脂が付着することがある。そこで、熱硬化性樹脂層をボンディングツールの加圧面よりも小さく設けることで、熱硬化性樹脂層が加圧面で覆われ、加圧後に熱硬化性樹脂層がボンディングツールに付着することが回避できる。
In the droplet discharge head according to the present invention, it is preferable that the thermosetting resin layer is formed smaller than a pressing surface of a bonding tool for pressing the flexible substrate.
In this invention, when the pressing surface of the bonding tool is brought into contact with the back surface side of the terminal portion and pressed in accordance with the thermosetting resin layer provided on the back surface side of the terminal portion, the thermosetting property before thermosetting is achieved. This prevents the resin from flowing from the edge of the pressing surface of the bonding tool to the side surface, and the thermosetting resin from adhering to the bonding tool. That is, in general, the bonding tool is made of, for example, ceramics, and a coating film made of, for example, a fluorine-based resin is formed on the surface of the pressure surface that comes into contact with the flexible substrate. Here, since the thermosetting resin and the coating film are hardly compatible, the thermosetting resin does not adhere to the pressure surface. However, since the coating film is often not provided on the side surface of the bonding tool, the thermosetting resin may adhere during pressurization. Therefore, by providing the thermosetting resin layer smaller than the pressing surface of the bonding tool, the thermosetting resin layer is covered with the pressing surface, and the thermosetting resin layer can be prevented from adhering to the bonding tool after pressing. .
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記駆動回路部が、前記フレキシブル基板上に設けられていることが好ましい。
この発明では、フレキシブル基板上に駆動回路部を設けることで、液滴吐出ヘッド全体の省スペース化を図ることができ、また、フレキシブル基板上における駆動回路部の位置決めを容易に行うことができる。
In the droplet discharge head according to the present invention, it is preferable that the drive circuit unit is provided on the flexible substrate.
In the present invention, by providing the drive circuit portion on the flexible substrate, it is possible to save the space of the entire droplet discharge head, and it is possible to easily position the drive circuit portion on the flexible substrate.
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記駆動回路部が、前記フレキシブル基板上にフリップチップ実装されていることが好ましい。
この発明では、駆動回路部をフレキシブル基板にフリップチップ実装することで、フレキシブル基板と駆動回路部との電気的な接続を作業性よく、良好に行うことができる。
In the droplet discharge head according to the present invention, it is preferable that the drive circuit unit is flip-chip mounted on the flexible substrate.
In this invention, the drive circuit unit is flip-chip mounted on the flexible substrate, so that the flexible substrate and the drive circuit unit can be electrically connected with good workability.
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル開口部を有し、前記駆動素子が、前記ノズル開口部に応じて複数設けられており、前記端子部が、前記複数の駆動素子のそれぞれに電気的に接続することが好ましい。
この発明では、ノズルピッチを小さくすることで、駆動素子同士の間隔が小さくなっても、そのノズルピッチに応じて配置された複数の駆動素子の接続部と端子部とのそれぞれの電気的な接続を作業性よく良好に行うことができる。また、駆動素子の接続部と端子部との接続強度が増大しているので、駆動素子の配置間隔をより小さくすることや、端子部を小さくすることができる。
Further, the droplet discharge head according to the present invention has a plurality of nozzle openings for discharging droplets, a plurality of the drive elements are provided according to the nozzle openings, and the terminal portions are It is preferable to electrically connect to each of the plurality of driving elements.
In this invention, even if the interval between the drive elements is reduced by reducing the nozzle pitch, the respective electrical connections between the connection portions and the terminal portions of the plurality of drive elements arranged according to the nozzle pitch. Can be performed satisfactorily with good workability. Further, since the connection strength between the connection portion of the drive element and the terminal portion is increased, the arrangement interval of the drive elements can be further reduced, and the terminal portion can be reduced.
また、本発明にかかる液滴吐出装置は、上記記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
この発明によれば、上述した液滴吐出ヘッドを備えているので、駆動素子とフレキシブル基板との接続強度が増大し、駆動素子の配置間隔をより小さくすることや、端子部を小さくすることができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge device including the droplet discharge head described above.
According to this invention, since the above-described droplet discharge head is provided, the connection strength between the drive element and the flexible substrate is increased, and the arrangement interval of the drive elements can be further reduced and the terminal portion can be reduced. it can.
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドの製造方法は、駆動回路部と該駆動回路部によって駆動される駆動素子とを備える液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記駆動回路部と前記駆動素子とを電気的に接続するためのフレキシブル基板の、前記駆動素子とを電気的に接続する端子部の裏面側に熱硬化性樹脂を設ける工程と、前記端子部を前記駆動素子と電気的に接続状態で、ボンディングツールにより前記熱硬化性樹脂を加熱、加圧して前記フレキシブル基板と前記駆動素子とを電気的に接続すると共に、前記熱硬化性樹脂を硬化させて熱硬化性樹脂層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、端子部の裏面側に熱硬化性樹脂を設けることで、上述と同様に、駆動素子の接続部とフレキシブル基板との接続強度が増大し、フレキシブル基板に応力が生じても、駆動回路部と駆動素子とのフレキシブル基板を介した電気的接続が維持される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge head manufacturing method comprising: a drive circuit unit; and a drive element driven by the drive circuit unit. A step of providing a thermosetting resin on a back surface side of a terminal portion for electrically connecting the driving element of the flexible substrate for electrically connecting the terminal portion, and the terminal portion being electrically connected to the driving element And heating and pressurizing the thermosetting resin with a bonding tool to electrically connect the flexible substrate and the driving element, and curing the thermosetting resin to form a thermosetting resin layer. It is characterized by providing.
According to the present invention, by providing the thermosetting resin on the back surface side of the terminal portion, the connection strength between the connecting portion of the driving element and the flexible substrate increases as described above, and even if stress occurs in the flexible substrate. The electrical connection between the drive circuit unit and the drive element via the flexible substrate is maintained.
以下、本発明による液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、XYZ直交座標系を用い、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軸と直交する方向をY軸方向、X軸及びY軸方向と直交する方向である鉛直方向をZ軸方向とする。また、+Z方向を上方、−Z方向を下方とする。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a droplet discharge head and a droplet discharge device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is used, the predetermined direction in the horizontal plane is the X axis direction, the direction orthogonal to the X axis in the horizontal plane is the Y axis direction, and the direction orthogonal to the X axis and Y axis directions. A certain vertical direction is defined as a Z-axis direction. Further, the + Z direction is the upper side, and the −Z direction is the lower side.
本実施形態における液滴吐出装置1は、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や有機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の機能液の液滴を吐出する装置である。
そして、液滴吐出装置1は、図1に示すように、液滴吐出ヘッド2と、第1及び第2駆動モータ3、4と、駆動軸5と、ガイド軸6と、ステージ7と、クリーニング機構8と、基台9と、ヒータ10と、これらを制御する外部コントローラ11とを備えている。
The droplet discharge device 1 according to the present embodiment forms 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, and a wiring pattern of an electronic circuit. This is a device for discharging droplets of functional liquid such as a wiring pattern forming material.
As shown in FIG. 1, the droplet discharge device 1 includes a
液滴吐出ヘッド2は、機能液を吐出するものであって、図2から図4に示すように、ノズル基板21と、ノズル基板21の上面に設けられた流路形成基板22と、流路形成基板22の上面に設けられて圧電素子(駆動素子)23の駆動により変位する振動板24と、振動板24の上面に設けられたリザーバ形成基板25と、リザーバ形成基板25の上面側に設けられて圧電素子23と駆動回路部26とを電気的に接続するフレキシブル基板27とを備えている。
The
ノズル基板21は、例えばガラスセラミックスによって構成されており、ノズル基板21を貫通する貫通孔であって機能液の液滴を吐出するノズル開口部31が複数(6個)形成されている。そして、Y軸方向に6個ずつ並んで形成されたノズル開口部31によって、第1から第4ノズル開口群31A〜31Dが構成されている。ここで、第1ノズル開口群31Aと第2ノズル開口群31BとはX軸方向に関して対向配置され、第3ノズル開口群31Cと第4ノズル開口群31DとはX軸方向に関して対向配置されている。また、第3ノズル開口群31Cは第1ノズル開口群31Aに対して+Y側に形成され、第4ノズル開口群31Dは第2ノズル開口群31Bに対して+Y側に形成されている。
なお、図3では、第1から第4ノズル開口群31A〜31Dは、それぞれ6個のノズル開口部31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、例えば720個程度のノズル開口部31によって構成されている。
The
In FIG. 3, the first to fourth
流路形成基板22は、例えばシリコンによって構成されており、異方性エッチングによって複数の貫通孔及びこの貫通孔の側壁から内部に向けてそれぞれ突出する隔壁35が複数形成されている。複数の隔壁35は、平面視で櫛歯状に形成されており、この貫通孔を区画している。
また、流路形成基板22の下面には、ノズル基板21がこの貫通孔の下面側の開口を覆うように設けられている。そしてノズル基板21は、例えば接着剤や熱溶着フィルムなどを介して固定されている。また、流路形成基板22の上面には、振動板24が設けられている。
The flow
In addition, a
流路形成基板22に形成された貫通孔は、流路形成基板22とノズル基板21と振動板24とで囲まれることにより4つの圧力発生室36を形成する。この圧力発生室36は、第1から第4ノズル開口群31A〜31Dのそれぞれを構成する複数のノズル開口部31に対応するように、Y軸方向に複数並んで形成されている。
そして、第1ノズル開口群31Aに対応して複数形成された圧力発生室36によって第1圧力発生室群36Aが構成される。同様に、第2ノズル開口群31Bに対応する圧力発生室36により第2圧力発生室群36Bが構成され、第3ノズル開口群31Cに対応する圧力発生室36により第3圧力発生室群36Cが構成され、第4ノズル開口群31Dに対応する圧力発生室36により第4圧力発生室群36Dが構成される。また、第1圧力発生室群36Aと第2圧力発生室群36BとはX軸方向に関して対向配置され、第3圧力発生室群36Cと第4圧力発生室群36DとはX軸方向に関して対向配置されている。
The through holes formed in the flow
A plurality of
第1圧力発生室群36Aを構成する複数の圧力発生室36の+X側の端部は、リザーバ37の一部を構成する供給路38を介して連通部39により互いに連通されている。連通部39は、流路形成基板22に形成された貫通孔であって、後述するリザーバ部51に接続されている。
同様に、第2から第4圧力発生室群36B〜36Dを構成する圧力発生室36の端部も、それぞれ供給路38を介して連通部39によって互いに連通されている。
The + X side ends of the plurality of
Similarly, the end portions of the
振動板24は、流路形成基板22の上面に設けられた弾性膜41と、弾性膜41の上面に設けられた下電極膜42とを備えている。
弾性膜41は、例えば厚さ1〜2μm程度の二酸化シリコンによって形成されている。また、下電極膜42は、例えば厚さ0.2μm程度の白金などによって形成されている。なお、本実施形態において、下電極膜42は、複数の圧電素子23に共通する電極となっている。
The
The
圧電素子23は、下電極膜42の上面に設けられた圧電体膜45と、圧電体膜45の上面に設けられた上電極膜46と、上電極膜46の引出配線であるリード電極(接続部)47とを備えている。
圧電体膜45は、例えば厚さ1μm程度の金属酸化物によって構成されている。また、上電極膜46は、例えば厚さ0.1μm程度の白金などによって構成されている。そして、リード電極47は、例えば厚さ0.1μm程度の金などによって構成されている。なお、リード電極47と下電極膜42との間には、絶縁膜(図示略)が設けられている。
圧電素子23は、複数のノズル開口部31及び圧力発生室36のそれぞれに対応するように複数設けられている。すなわち、圧電素子23は、ノズル開口部31ごと(圧力発生室36ごと)に設けられている。そして、上述のように、下電極膜42が複数の圧電素子23の共通電極として機能し、上電極膜46及びリード電極47が複数の圧電素子23の個別電極として機能する。
The
The
A plurality of
また、第1ノズル開口群31Aを構成する各ノズル開口部31と対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた圧電素子23により、第1圧電素子群23Aが形成される。同様に、第2ノズル開口群31Bと対応する第2圧電素子群23Bが形成され、第3ノズル開口群31Cと対応する第3圧電素子群(図示略)が形成され、第4ノズル開口群31Dと対応する第4圧電素子群(図示略)が形成され、第1圧電素子群23Aと第2圧電素子群23Bとは、X軸方向に関して対向配置されている。また、第3圧電素子群と第4圧電素子群とは、X軸方向に関して対向配置されている。
なお、圧電素子23は、圧電体膜45、上電極膜46及びリード電極47に加えて下電極膜42を含むものであってもよい。すなわち、本実施形態における下電極膜42は、圧電素子23としての機能と振動板24としての機能とを兼ね備える構成としてもよい。また、本実施形態では、弾性膜41及び下電極膜42によって振動板24が構成されているが、弾性膜41を省略して下電極膜42が弾性膜41の機能を兼ね備える構成としてもよい。
In addition, a first
The
リザーバ形成基板25は、例えば流路形成基板22と同一材料であるシリコン単結晶によって形成されている。なお、リザーバ形成基板25としては、流路形成基板22の熱膨張率とほぼ同一の材料によって形成されていることが好ましく、例えばガラスやセラミックス材料などを用いてもよい。
The
リザーバ形成基板25には、連通部39のそれぞれと対応するリザーバ部51がY軸方向に延びるように形成されている。このリザーバ部51と上述した連通部39とによってリザーバ37が構成される。
また、リザーバ形成基板25には、各連通部39の側壁に接続されて各連通部39に機能液を導入する導入路52が形成されている。
The
In addition, the
また、リザーバ形成基板25の上面には、コンプライアンス基板53が接合されている。このコンプライアンス基板53は、封止膜54及び固定板55を有する。
封止膜54は、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のような剛性が低く可撓性を有する材料によって形成されている。そして、封止膜54によってリザーバ部51の上部が封止されている。
また、固定板55は、例えば厚さ30μm程度のステンレス鋼のような金属などの硬質の材料によって形成されている。この固定板55のうち、リザーバ部51に対応する領域は、厚さ方向で完全に除去された開口部56となっている。したがって、リザーバ部51の上部は、可撓性を有する封止膜54のみによって封止されているので、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部57となっている。
また、リザーバ部51の外側のコンプライアンス基板53上には、導入路52に連通してリザーバ部51に機能液を供給するための機能液導入口58が形成されている。
A
The sealing
The fixing
In addition, on the
通常、機能液導入口58からリザーバ部51に機能液が供給されると、例えば圧電素子23の駆動時の機能液の流れや周囲の熱などによってリザーバ部51内に圧力変化が生じる。しかしながら、上述のように、リザーバ部51の上部が封止膜54のみによって封止された可撓部57となっているので、この可撓部57が撓み変形してその圧力変化を吸収する。したがって、リザーバ部51内は一定の圧力に保持される。なお、他の部分は固定板55によって十分な強度に保持されている。
Normally, when the functional liquid is supplied from the functional
また、リザーバ形成基板25のうち、X軸方向における中央部には、Y軸方向に延びる溝部60が形成されている。この溝部60により、リザーバ形成基板25は、第1圧力発生室群36Aに対応する第1圧電素子群23Aを封止する第1封止部61Aと、第2圧力発生室群36Bに対応する第2圧電素子群23Bを封止する第2封止部61Bとに分けられる。
同様に、溝部60によって、リザーバ形成基板25は、第3圧力発生室群36Cに対応する第3圧電素子群を封止する第3封止部(図示略)と、第4圧力発生室群36Dに対応する第4圧電素子群を封止する第4封止部(図示略)とに分けられる。
Further, a
Similarly, by the
すなわち、リザーバ形成基板25のうち、圧電素子23と対向する領域には、圧電素子23の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部62が形成されている。圧電素子保持部62は、第1から第4封止部61A、61Bのそれぞれに形成されており、第1から第4圧電素子群23A〜23Dを覆う大きさで形成されている。また、圧電素子23のうち、少なくとも圧電体膜45は、この圧電素子保持部62内に密封されている。
That is, in the
このように、リザーバ形成基板25は、圧電素子23を外部環境から遮断し、圧電素子23を封止するための封止部材としての機能を有している。リザーバ形成基板25で圧電素子23を封止することにより、水分などの外部環境による圧電素子23の破壊を防止することができる。なお、本実施形態では、圧電素子保持部62の内部を密封した状態としただけであるが、例えば圧電素子保持部62内の空間を真空や、窒素またはアルゴン雰囲気などとすることで圧電素子保持部62内を低湿度に保持することができ、圧電素子23の破壊をより確実に防止することができる。
As described above, the
図4に示すように、第1封止部61Aの圧電素子保持部62によって封止されている圧電素子23のうち、リード電極47の−X側の端部は、第1封止部61Aの外側まで延びており、溝部60において露出した流路形成基板22上に配置されている。
同様に、第2封止部61Bの圧電素子保持部62によって封止される圧電素子23のうち、リード電極47の+X側の端部は、第2封止部61Bの外側まで延びており、溝部60において露出した流路形成基板22上に配置されている。また、第3及び第4封止部の圧電素子保持部62によって封止される圧電素子23のうち、リード電極47の一部が、第3及び第4封止部の外側まで延びており、第3及び第4封止部同士の間に設けられた溝部60において露出した流路形成基板22上に配置されている。
As shown in FIG. 4, in the
Similarly, in the
駆動回路部26は、例えば回路基板や駆動回路を含む半導体集積回路(IC)を有するICドライバであり、第1から第4ノズル開口群31A〜31Dに応じて4つ設けられている。各駆動回路部26は、フレキシブル基板27の下面の所定領域(実装領域)にフリップチップ実装されている。そして、リザーバ形成基板25上に設けられた樹脂65によってモールドされている。
The
フレキシブル基板27は、駆動回路部26と同様に、第1から第4ノズル開口群31A〜31Dに応じて4つ設けられている。そして、図5に示すように、第1フレキシブル基板27Aは、フィルム基材71と、フィルム基材71の一面に形成された配線パターン72と、圧電素子23と接触して接続される端子部73とを備えている。
As with the
フィルム基材71は、例えばポリイミドからなる絶縁性のフィルムであり、表面(一方の面)に端子部73が形成されている。
また、フィルム基材71の裏面(他方の面)には、熱硬化性樹脂層74が形成されている。この熱硬化性樹脂層74は、例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂などで構成されており、後述するボンディングツールTが当接されて加圧、加熱されて熱硬化することにより形成されている。また、熱硬化性樹脂層74は、ボンディングツールTを当接させたときに、符号75で示すバンディングツールTの加圧面Taの加圧位置の内側であって、符号76で示すボンディングツールTの吸引孔Tbの開口の当接位置を覆うように形成されている。
The
A
配線パターン72は、銅などの導電性材料からなり、プリント方式を用いたメッキやエッチングなどの手法を用いて設けられている。そして、配線パターン72の一端は、第1フレキシブル基板27Aの表面の所定領域に設けられた第1駆動回路部26Aに接続されている。また、配線パターン72の他端は、端子部73を介して圧電素子23のリード電極47に接続されている。
The
また、第1フレキシブル基板27Aには、外部コントローラ11と電気的に接続される外部信号入力部77が形成されている。また、第1フレキシブル基板27Aと、フリップチップ実装された第1駆動回路部26Aとは、樹脂78によって固定されている。
そして、第1フレキシブル基板27Aのうち、第1駆動回路部26Aの実装領域と端子部73との間を折り曲げ、端子部73を実装領域に対して下方に撓ませることで、溝部60に配置されているリード電極47と端子部73とが接続されている。
ここで、端子部73とリード電極47とは、例えば異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)のような異方性導電材料79によって接続されている。なお、異方性導電材料79に替えて非導電性フィルム(NCF:Non Conductive Film)や非導電性ペースト(NCP:Non Conductive Paste)、ロウ材を用いてもよい。
また、第2から第4フレキシブル基板27B〜27Dも、第1フレキシブル基板27Aと同様の構成となっている。
Further, an external
The first
Here, the
Further, the second to fourth
第1駆動モータ3は、例えばステッピングモータによって構成されており、駆動軸5に接続されている。そして、第1駆動モータ3は、外部コントローラ11から供給されたY軸方向の駆動信号により駆動軸5を回転させ、液滴吐出ヘッド2をY軸方向に移動させる。
第2駆動モータ4は、第1駆動モータ3と同様に、例えばステッピングモータによって構成されており、ガイド軸6に接続されている。そして、第2駆動モータ4は、外部コントローラ11から供給されたX軸方向の駆動信号によりガイド軸6を回転させ、ステージ7をX軸方向に移動させる。また、ガイド軸6は、基台9に対して固定されている。
ステージ7は、液滴吐出ヘッド2から機能液が吐出される基板Sを支持し、基板Sを基準位置に固定する固定機構(図示略)を備えている。
The first drive motor 3 is constituted by a stepping motor, for example, and is connected to the
Similar to the first drive motor 3, the second drive motor 4 is configured by a stepping motor, for example, and is connected to the guide shaft 6. Then, the second drive motor 4 rotates the guide shaft 6 by the drive signal in the X-axis direction supplied from the
The stage 7 includes a fixing mechanism (not shown) that supports the substrate S on which the functional liquid is discharged from the
クリーニング機構8は、液滴吐出ヘッド2をクリーニングするものであって、駆動モータ(図示略)の駆動によりガイド軸6に沿ってX軸方向に移動する。
ヒータ10は、例えばランプアニールにより基板Sを熱処理するものであって、基板Sに塗布された機能液に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行う。
外部コントローラ11は、第1及び第2駆動モータ3、4に対して駆動信号をそれぞれ供給すると共に、液滴吐出ヘッド2による液滴の吐出制御用の電圧を供給する。
The
The
The
次に、上述した構成の液滴吐出ヘッド2の製造方法について説明する。なお、以下の説明において、駆動回路部26と圧電素子23とを接続する手順について主に説明し、液滴吐出ヘッド2のうち、ノズル基板21、流路形成基板22、リザーバ形成基板25、圧電素子23などの製造及び接続、配置作業はすでに完了しているものとする。
Next, a manufacturing method of the
まず、フィルム基材71の表面に、端子部73を含む配線パターン72を形成する(図6に示すステップST1)。これは、フィルム基材71上に、プリント方式を用いたメッキやエッチングなどの手法を用いて設ける。ここで、端子部73を含む配線パターン72は、ノズル開口部31同士の間隔(ノズルピッチ)、すなわち圧電素子23同士の間隔に応じて精度よく形成されている。
次に、フィルム基材71の裏面に、熱硬化性樹脂を設ける(図6に示すステップST2)。これは、フィルム基材71の端子部73の裏面側に、後述するボンディングツールTを当接させたとき、加圧面Taの加圧位置の内側であって吸引孔Tbの開口の当接位置を覆うように、硬化前の熱硬化性樹脂層74を設ける。
First, the
Next, a thermosetting resin is provided on the back surface of the film base 71 (step ST2 shown in FIG. 6). This is because, when a bonding tool T, which will be described later, is brought into contact with the back surface side of the
そして、第1から第4フレキシブル基板27A〜27Dに、第1から第4駆動回路部26A〜26Dをそれぞれ実装する(図6に示すステップST3)。これは、第1から第4駆動回路部26A〜26Dを、第1から第4フレキシブル基板27A〜27Dのフィルム基材71の表面の実装領域(所定領域)にそれぞれフリップチップ実装する。その後、樹脂78によって第1から第4フレキシブル基板27A〜27Dと第1から第4駆動回路部26A〜26Dとをそれぞれ固定する。
Then, the first to fourth
次に、第1フレキシブル基板27Aに設けられた端子部73を圧電素子23のリード電極47に当接させる(図6に示すステップST4)。これは、まず第1フレキシブル基板27Aのうち第1駆動回路部26Aの実装領域と端子部73との間を折り曲げ、端子部73を実装領域に対して下方に撓ませる。そして、ボンディングツールTを用いて第1フレキシブル基板27Aを吸着し、端子部73のリード電極47に対する位置合わせを行いながら、端子部73をリード電極47に当接させる。このとき、ボンディングツールTの加圧面Taが熱硬化性樹脂全体を覆うと共に、吸引孔Tbの開口全体が熱硬化性樹脂で覆われるようにボンディングツールTを当接させる。また、端子部73の下面またはリード電極47の上面には、異方性導電材料79を設けておく。
Next, the
ここで、図7、図8に示すように、ボンディングツールTは、端子部73の裏面側に当接して第1フレキシブル基板27Aを加圧、加熱する加圧面Taを有している。この加圧面Taの表面には、熱硬化性樹脂層74となじみにくい(接着性が低い)、例えばフッ素系樹脂からなるコーティング膜が形成されている。また、ボンディングツールTには、ポンプ(図示略)などによって内部が負圧となり、第1フレキシブル基板27Aを吸着、保持する吸引孔Tbが形成されている。
また、第1フレキシブル基板27Aのうち第1駆動回路部26Aの実装領域の裏面側に当接して第1フレキシブル基板27Aを吸着、保持する補助ツールUが、ボンディングツールTと併せて用いられている。これは、第1フレキシブル基板27Aには第1駆動回路部26Aが実装されているので、第1駆動回路部26Aの重量によってボンディングツールTによる第1フレキシブル基板27Aの吸着、保持が不安定となるためである。
上述したように、熱硬化性樹脂は、吸引孔Tbの開口の当接位置全体を覆うように設けられている。したがって、吸引時に吸気漏れが生じることを防止し、安定した第1フレキシブル基板27Aの吸着、保持が行われる。
Here, as shown in FIGS. 7 and 8, the bonding tool T has a pressing surface Ta that presses and heats the first
In addition, an auxiliary tool U that is in contact with the back surface side of the mounting region of the first
As described above, the thermosetting resin is provided so as to cover the entire contact position of the opening of the suction hole Tb. Therefore, it is possible to prevent intake air leakage during suction and to stably adsorb and hold the first
そして、ボンディングツールTの加圧面Taで第1フレキシブル基板27Aを加圧、加熱する(図6に示すステップST5)。これは、ボンディングツールTにより、端子部73の裏面側を加圧する。第1フレキシブル基板27Aは、ボンディングツールTで加圧されることにより、下方に向けて撓む。そして、この状態でボンディングツールTにより端子部73を加熱すると、第1フレキシブル基板27Aの端子部73と溝部60で露出している圧電素子23のリード電極47が接続される。また、加熱することで熱硬化性樹脂を硬化させて熱硬化性樹脂層74を形成する。その後、ボンディングツールTを端子部73の裏面側から離間させる。
Then, the first
図8中二点差線で示すように、端子部73の裏面側に熱硬化性樹脂が形成されておらず、したがってボンディングツールTの加圧面Taが第1フレキシブル基板27Aに接する場合には、端子部73の配線パターン72や端子部73におけるフィルム基材71の折れ曲がりなどに起因する凹凸による間隙が端子部73と加圧面Taとの間に生じる。これにより、加圧面Taによる加圧や加熱がこの間隙を介して行われるので、端子部73を均一かつ十分に加圧、加圧することができなくなる。しかし、本実施形態では端子部73の裏面側に形成された熱硬化性樹脂がこの間隙を埋めるので、加圧面Taによる第1フレキシブル基板27Aの加圧や加熱が、熱硬化性樹脂を介して端子部73の全面にわたって均一になされる。そして、熱硬化性樹脂が加熱により硬化して熱硬化性樹脂層74となることで、前記凹凸による間隙などに起因する応力により、第1フレキシブル基板27Aの端子部73が変形してしまうことが抑制される。
As indicated by the two-dot chain line in FIG. 8, when the thermosetting resin is not formed on the back surface side of the
ここで、ボンディングツールTを当接させたときに熱硬化性樹脂が吸引孔Tbの開口全体を覆うように設けられているので、吸引時に吸気漏れが生じることを防止し、安定した第1フレキシブル基板27Aの吸着、保持が行われる。
また、ボンディングツールTを当接させたときに熱硬化性樹脂が加圧面Taで覆われるように設けられているので、ボンディングツールTによる加圧時に熱硬化性樹脂層74が加圧面Taを回りこんでボンディングツールTの側面に付着することが抑制される。したがって、付着した熱硬化性樹脂を除去するためのメンテナンス時における負荷を軽減することができる。なお、加圧面Taの表面には熱硬化性樹脂層74となじみにくいコーティング膜が形成されているので、加圧面Taに熱硬化性樹脂層74が付着することはない。
Here, since the thermosetting resin is provided so as to cover the entire opening of the suction hole Tb when the bonding tool T is brought into contact with the bonding tool T, it is possible to prevent the occurrence of intake air leakage during the suction, and the stable first flexible The
Further, since the thermosetting resin is provided so as to be covered with the pressing surface Ta when the bonding tool T is brought into contact, the
また、端子部73とリード電極47との少なくとも一方に異方性導電材料79があらかじめ設けられているので、異方性導電材料79を介在させた状態でボンディングツールTによる加圧動作を行うことで、容易に端子部73とリード電極47との電気的な接続が行われる。
なお、ロウ材をあらかじめ設けておく場合には、端子部73とリード電極47とのうち、端子部73の下面に設けておくことが好ましい。第1フレキシブル基板27Aには上述したように、配線パターン72がプリント方式を用いたメッキやエッチングなどの手法を用いて形成されているが、その配線パターン72の形成手法と同様の手法によって、第1フレキシブル基板27Aにロウ材を円滑に配置することができるからである。
In addition, since the anisotropic
In the case where the brazing material is provided in advance, it is preferable to provide the brazing material on the lower surface of the
次に、第1駆動回路部26Aを搭載する(図6に示すステップST6)。これは、リザーバ形成基板25の上面に樹脂65を塗布し、この樹脂65上に第1駆動回路部26Aを搭載し、固定する。ここで、端子部73と圧電素子23とが強固に接続されているので、第1駆動回路部26Aを固定するときに第1フレキシブル基板27Aにズレや引っ張り、ねじれなどの応力が生じても、圧電素子23と第1フレキシブル基板27Aとの接続が維持される。
このようにして、第1駆動回路部26Aと圧電素子23とを接続するが、同様の手順により、第2から第4駆動回路部26B〜26Dと圧電素子23とをそれぞれ接続する。以上のように、液滴吐出ヘッド2を製造する。
Next, the first
In this way, the first
以上のように構成された液滴吐出ヘッド2は、液滴吐出装置1に設けられる。そして、外部コントローラ11が液滴の吐出制御用の電圧を印加して機能液導入口58に接続された外部機能液供給装置(図示略)を駆動する。この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58を介してリザーバ部51に供給された後、ノズル開口部31に至るまでの液滴吐出ヘッド2の内部流路を満たす。
The
また、外部コントローラ11は、フレキシブル基板27に設けられた外部信号入力部77を介して、駆動回路部26などに駆動電力や指令信号を送る。外部信号入力部77からの指令信号などは、その配線パターン72を介して駆動回路部26に送られる。そして、駆動回路部26は、外部コントローラ11からの指令に基づいて、端子部73を含む配線パターン72を介して圧力発生室36に対応する各下電極膜42とリード電極47との間に電圧を印加し、弾性膜41、下電極膜42及び圧電体膜45を変位させることにより、各圧力発生室36内の圧力を高めて、ノズル開口部31から液滴を吐出する。
Further, the
また、外部コントローラ11は、第1駆動モータ3に液滴吐出ヘッド2のY軸方向への移動を制御する駆動パルス信号を供給すると共に第2駆動モータ4にステージ7のX軸方向への移動を制御する駆動パルス信号を供給する。そして、液滴吐出ヘッド2と基板Sとを支持するステージ7とを相対的に走査する。
以上のようにして、基板Sにおける所望の位置に液滴を吐出する。その後、基板Sに吐出された液滴は、ヒータ10の熱処理によって乾燥される。
The
As described above, droplets are ejected to a desired position on the substrate S. Thereafter, the droplets discharged onto the substrate S are dried by the heat treatment of the
このように構成された液滴吐出ヘッド2及び液滴吐出装置1並びに液滴吐出ヘッド2の製造方法によれば、フレキシブル基板27を用いているので、圧電素子23の配置間隔が小さくても、複数の圧電素子23のそれぞれと駆動回路部26との電気的な接続を容易に行うことができる。
また、フレキシブル基板27に熱硬化性樹脂層74を設けているので、ボンディングツールTによる加圧、加熱時に、フレキシブル基板27に均一に圧力や熱を伝えることができ、圧電素子23とフレキシブル基板27との接続強度が増大する。これにより、フレキシブル基板27にズレや引っ張り、ねじれなどの応力が発生しても、駆動回路部26と圧電素子23とのフレキシブル基板27を介した電気的接続が維持される。また、端子部73とリード電極47との接続強度が増大しているので、圧電素子23の配置間隔をより小さくすることや、端子部73を小さくすることができる。
According to the manufacturing method of the
In addition, since the
さらに、ボンディングツールTによる加圧、加熱時に、熱硬化性樹脂層74が吸引孔Tbの開口の当接位置を覆い、加圧面Taの加圧位置からはみ出さないように形成されているので、ボンディングツールTによる吸引性能の劣化を回避すると共に、熱硬化性樹脂層74がボンディングツールTに付着することを回避できる。
また、配線パターン72が設けられたフィルム基材71上に駆動回路部26を設けることで、配線パターン72と駆動回路部26との位置決めが容易に行われる。また、駆動回路部26をフレキシブル基板27にフリップチップ実装することで、各駆動回路部26と配線パターン72との電気的な接続が作業性よくかつ良好に行われる。
In addition, since the
Further, by providing the driving
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、熱硬化性樹脂層74が吸引孔Tbの開口の当接位置よりも大きく形成されているが、ボンディングツールTによる吸引性能が劣化しなければ、吸引孔Tbの開口の当接位置よりも小さく形成してもよい。
また、熱硬化性樹脂層74が加圧面Taの加圧位置からはみ出さないように形成されているが、加圧、加熱後にボンディングツールTに熱硬化性樹脂層74が付着しなければ、加圧位置よりも大きく形成してもよい。
また、圧電素子23と各駆動回路部26とが第1から第4フレキシブル基板27A〜27Dによってそれぞれ接続されているが、1枚のフレキシブル基板によって一括して接続されるような構成としてもよい。このようにすることで、圧電素子23と各駆動回路部26との接続工程が簡略化される。
また、圧電素子23の上電極膜46と端子部73とがリード電極47を介して接続されているが、上電極膜46を溝部60において露出させて端子部73と上電極膜46とを直接接続する構成としてもよい。
また、1つの機能液導入口58及び導入路52によってリザーバ37にインクを供給する構成となっているが、所望の機能液の供給量に応じて、複数の機能液導入口58及び導入路52を設ける構成としてもよい。
また、機能液導入口58の開口面積を適宜変更して機能液の供給量を調整してもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above embodiment, the
Further, although the
In addition, the
In addition, the
In addition, the ink is supplied to the
Further, the supply amount of the functional liquid may be adjusted by appropriately changing the opening area of the functional
1 液滴吐出装置、2 液滴吐出ヘッド、23 圧電素子(駆動素子)、26 駆動回路部、27 フレキシブル基板、31 ノズル開口部、73 端子部(接触予定面)、74 熱硬化性樹脂層、T ボンディングツール、Ta 加圧面、Tb 吸引孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Droplet discharge device, 2 Droplet discharge head, 23 Piezoelectric element (drive element), 26 Drive circuit part, 27 Flexible substrate, 31 Nozzle opening part, 73 Terminal part (surface to be contacted), 74 Thermosetting resin layer, T bonding tool, Ta pressure surface, Tb suction hole
Claims (8)
前記駆動回路部と前記駆動素子とを電気的に接続するフレキシブル基板を有し、
該フレキシブル基板の前記駆動素子と電気的に接続する端子部の裏面側に、熱硬化性樹脂層が設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 In a droplet discharge head comprising a drive circuit unit and a drive element driven by the drive circuit unit,
A flexible substrate that electrically connects the drive circuit unit and the drive element;
A droplet discharge head, wherein a thermosetting resin layer is provided on a back surface side of a terminal portion electrically connected to the driving element of the flexible substrate.
前記駆動素子が、前記ノズル開口部に応じて複数設けられており、
前記端子部が、前記複数の駆動素子のそれぞれに電気的に接続することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッド。 Having a plurality of nozzle openings for discharging droplets;
A plurality of the driving elements are provided according to the nozzle opening,
6. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the terminal portion is electrically connected to each of the plurality of driving elements.
前記駆動回路部と前記駆動素子とを電気的に接続するためのフレキシブル基板の、前記駆動素子とを電気的に接続する端子部の裏面側に熱硬化性樹脂を設ける工程と、
前記端子部を前記駆動素子と電気的に接続状態で、ボンディングツールにより前記熱硬化性樹脂を加熱、加圧して前記フレキシブル基板と前記駆動素子とを電気的に接続すると共に、前記熱硬化性樹脂を硬化させて熱硬化性樹脂層を形成する工程とを備えることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
In a method of manufacturing a droplet discharge head comprising a drive circuit unit and a drive element driven by the drive circuit unit,
Providing a thermosetting resin on a back surface side of a terminal portion for electrically connecting the drive element of a flexible substrate for electrically connecting the drive circuit portion and the drive element;
While the terminal portion is electrically connected to the driving element, the thermosetting resin is heated and pressurized by a bonding tool to electrically connect the flexible substrate and the driving element, and the thermosetting resin. And a step of forming a thermosetting resin layer by curing a droplet.
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