JP2007062313A - 可撓性基板、可撓性基板の接続方法、可撓性基板の接続構造、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置 - Google Patents

可撓性基板、可撓性基板の接続方法、可撓性基板の接続構造、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 可撓性基板の接続強度を確保し、配線パターンと駆動素子との電気的接続を容易にした、可撓性基板、可撓性基板の接続方法、可撓性基板の接続構造、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】 基体280に形成された凹部250の底面部に設けられた第1導電接続部81と、凹部250の外側に設けられる第2導電接続部とを電気的に接続する可撓性基板500である。第1導電接続部81及び第2導電接続部にそれぞれ接続するよう構成された配線パターン510が複数設けられている。基体280における凹部250の外側に設けられた基体側位置合わせ部285に対して、これに位置合わせすることで、凹部250の底面部における第1導電接続部81に対する配線パターン510の位置合わせを可能にする、基板側位置合わせ部515を有している。
【選択図】 図7

Description

本発明は、可撓性基板の接続構造、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置に関する。
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)が提案されている。この液滴吐出法は、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する方法である。下記特許文献1、2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。これら特許文献に開示されている液滴吐出ヘッドでは、駆動素子(圧電素子)が、駆動デバイス(ドライバIC)にワイヤボンディングで接続された構造となっている。
特開2003−159800号公報 特開2004−284176号公報
ところで、液滴吐出法に基づいてマイクロデバイスを製造する際、マイクロデバイスの更なる微細化の要求に応えるために、液滴吐出ヘッドに設けられたノズル開口部どうしの間の距離(ノズルピッチ)を、できるだけ小さく(狭く)することが望まれている。しかし、前記圧電素子はノズル開口部に対応して複数設けられるため、ノズルピッチを小さくすると、そのノズルピッチに対応して圧電素子どうしの間の距離も小さく(短く)なる。ところが、圧電素子どうしの間の距離を小さく(短く)すると、これら複数の圧電素子それぞれとドライバICとをワイヤボンディングで接続するのは、ワイヤ間で短絡が起こり易くなることから非常に難しくなり、作業性が著しく損なわれてしまう。
そこで、このようなワイヤボンディングによる接続に起因する問題を解消するため、予め配線パターンを形成した可撓性基板(フレキシブル基板)を用いることで、短絡等の不都合を生じさせることなく、駆動素子(圧電素子)と駆動デバイス(ドライバIC)との間の電気的接続を行うことが考えられる。
しかし、前記したような液滴吐出ヘッドでは、通常は基体に形成された凹部の底面側に駆動素子が配され、凹部の外側に駆動デバイスが配されることから、前述したような可撓性基板を用いて電気的接続を行おうとした場合に、剥離等を起こすことなく十分な強度で可撓性基板を基体に接続することが必要となる。
また、可撓性基板に形成した配線パターンと凹部の底面側に配された駆動素子との電気的接続を、凹部内で行う必要があることから、その位置合わせが非常に難しく、したがって位置合わせを容易にできる技術も必要である。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、駆動デバイス(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、ノズルピッチの狭小化を可能にするとともに、可撓性基板の接続強度を確保し、さらには、可撓性基板に形成した配線パターンと凹部の底面側に配された駆動素子との電気的接続を容易にした、可撓性基板、及びこの可撓性基板を用いた可撓性基板の接続方法、可撓性基板の接続構造、さらには液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明の可撓性基板は、基体に形成された凹部の底面部に設けられた第1導電接続部と、前記凹部の外側に設けられる第2導電接続部とを電気的に接続する可撓性基板であって、
前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲するように、少なくとも一方の側の端縁と他方の側の端縁との間の距離が、前記凹部の底面部における両側間の幅と、前記一対の側壁面のそれぞれの高さとの合計の長さより長く形成され、
前記凹部の内面側に向く面には、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、少なくとも前記凹部の底面部にまで延びる長さに形成されて、前記第1導電接続部及び第2導電接続部にそれぞれ接続するよう構成された配線パターンが、複数設けられ、
前記基体における前記凹部の外側に設けられた基体側位置合わせ部に対して、これに位置合わせすることで、前記の凹部の底面部における第1導電接続部に対する前記配線パターンの位置合わせを可能にする、基板側位置合わせ部を有したことを特徴としている。
この可撓性基板によれば、第1導電接続部と第2導電接続部とを、形成した複数の配線パターンによって電気的に接続するので、例えば第1導電接続部間のピッチが小さく(狭く)なったとしても、これら第1導電接続部と第2導電接続部との接続を、接続する際の作業性を損なうことなく容易に行うことができる。
また、基板側位置合わせ部を有しているので、この可撓性基板を基体上に接続する際に、前記基板側位置合わせ部を基体側位置合わせ部に対して位置合わせすることで、前記配線パターンを、凹部の底面部における第1導電接続部に対して位置合わせすることが可能になる。したがって、配線パターンと駆動素子との電気的接続を容易に行うことができる。
さらに、側面視略J字状又は略U字状に屈曲するように、少なくとも一方の側の端縁と他方の側の端縁との間の距離を、前記凹部の底面部における両側間の幅と、前記一対の側壁面のそれぞれの高さとの合計の長さより長く形成しているので、例えばこの屈曲した部分における前記凹部の内面側に向く面を、異方性導電材料によって該凹部内に貼着すれば、前記凹部における底面部と一方の側壁面だけでなく、他方の側壁面にも可撓性基板を貼着することができ、したがってその接続強度を高くし、十分な接続強度を確保することができる。
また、前記可撓性基板においては、前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンに連続して形成されているのが好ましい。
このようにすれば、例えば配線パターンを電解メッキで形成する場合に、この配線パターンの形成と同時に基板側位置合わせ部を電解メッキで形成することができる。
また、前記可撓性基板においては、前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンが前記第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部に配設されているのが好ましい。
第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部は、第2導電接続部はもちろん、第1導電接続部とも接続する部位とはならないことから、これら第1導電接続部や第2導電接続部との接続のために位置等が規制されることなく、したがってこの基板側位置合わせ部の形成位置等についての設計自由度が高くなる。
また、前記可撓性基板においては、前記配線パターンは、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、前記凹部の底面部を通り、前記一対の側壁面のうちの他方の側における凹部の外側にまで延びる長さに形成されているのが好ましい。
このようにすれば、この可撓性基板を例えば異方性導電材料によって凹部内に接続した際、異方性導電材料中の導電粒子の一部が配線パターン間に形成される溝に沿って凹部の外側にまで排出される。すなわち、異方性導電材料の溶融時に、該異方性導電材料の一部が凹部の外側にまで流れ出ることにより、異方性導電材料中の導電粒子が凹部内に滞留し、複数の配線パターン間でこれらを連続させるように凝集することにより、これら複数の配線パターン間を短絡させてしまうといったことが回避される。
また、前記可撓性基板においては、第2導電接続部は、デバイスの接続端子であるのが好ましい。
このようにすれば、可撓性基板に直接デバイスが実装されることにより、この可撓性基板を用いた接続構造のコンパクト化が図られる。また、この接続構造の形成時に、予め可撓性基板にデバイスを実装しておき、その後この可撓性基板を凹部内に貼着することにより、デバイス実装を含む工程全体の作業性をより容易にすることが可能になる。
本発明の可撓性基板の接続方法は、凹部を形成した基体上に可撓性基板を配し、前記凹部の底面部に設けられた第1導電接続部と、前記凹部の外側に設けられる第2導電接続部とを電気的に接続する、可撓性基板の接続方法であって、
前記可撓性基板として、前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲するように、少なくとも一方の側の端縁と他方の側の端縁との間の距離が、前記凹部の底面部における両側間の幅と、前記一対の側壁面のそれぞれの高さとの合計の長さより長く形成され、前記凹部の内面側に向く面には、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、少なくとも前記凹部の底面部にまで延びる長さに形成されて、前記第1導電接続部及び第2導電接続部にそれぞれ接続するよう構成された配線パターンが、複数設けられ、前記基体における前記凹部の外側に設けられた基体側位置合わせ部に対して、これに位置合わせすることで、前記の凹部の底面部における第1導電接続部に対する前記配線パターンの位置合わせを可能にする、基板側位置合わせ部を有したものを用意し、
前記可撓性基板を、該可撓性基板と前記基体との間に異方性導電材料を介在させ、かつ前記凹部を覆った状態で前記基体上に載置するとともに、その基板側位置合わせ部を基体側位置合わせ部に対して位置合わせし、
次いで、前記可撓性基板における前記凹部の直上部を、該凹部に対応した形状の加圧加熱具で押圧し、該可撓性基板の一部を凹部内に押し入れることにより、該可撓性基板の一部を、側面視略J字状又は略U字状に屈曲させるとともに、前記加圧加熱具による加熱によって前記異方性導電材料を溶融硬化させることにより、該異方性導電材料を介して前記配線パターンを前記第2導電部に電気的に接続することを特徴としている。
この可撓性基板の接続方法によれば、第1導電接続部と第2導電接続部とを、配線パターンを複数形成した可撓性基板によって電気的に接続するので、例えば第1導電接続部間のピッチが小さく(狭く)なったとしても、これら第1導電接続部と第2導電接続部との接続を、接続する際の作業性を損なうことなく容易に行うことができる。
また、可撓性基板として基板側位置合わせ部を有したものを用いるので、この可撓性基板を基体上に接続する際に、前記基板側位置合わせ部を基体側位置合わせ部に対して位置合わせすることで、前記配線パターンを、凹部の底面部における第1導電接続部に対して位置合わせすることが可能になる。したがって、配線パターンと駆動素子との電気的接続を容易にすることができる。
さらに、可撓性基板の一部を側面視略J字状又は略U字状に屈曲させるとともに、異方性導電材料を溶融硬化させることにより、該異方性導電材料を介して前記配線パターンを前記第2導電部に電気的に接続するので、可撓性基板を、前記凹部における底面部と一方の側壁面だけでなく、他方の側壁面にも貼着することができ、したがってその接続強度を高くし、十分な接続強度を確保することができる。
また、前記可撓性基板の接続方法においては、前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンに連続して形成されているのが好ましい。
このようにすれば、例えば配線パターンを電解メッキで形成する場合に、この配線パターンの形成と同時に基板側位置合わせ部を電解メッキで形成することができる。
また、前記可撓性基板の接続方法においては、前記可撓性基板においてその基板側位置合わせ部が、前記配線パターンが前記第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部に配設されているのが好ましい。
第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部は、第2導電接続部はもちろん、第1導電接続部とも接続する部位とはならないことから、これら第1導電接続部や第2導電接続部との接続のために位置等が規制されることがない。したがって、用いる可撓性基板に関して、基板側位置合わせ部の形成位置等についての設計自由度が高くなる。
また、前記可撓性基板の接続方法においては、前記可撓性基板においてその配線パターンが、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、前記凹部の底面部を通り、前記一対の側壁面のうちの他方の側における凹部の外側にまで延びる長さに形成されているのが好ましい。
このようにすれば、この可撓性基板を異方性導電材料によって凹部内に接続した際、異方性導電材料中の導電粒子の一部が配線パターン間に形成される溝に沿って凹部の外側にまで排出される。すなわち、異方性導電材料の溶融時に、該異方性導電材料の一部が凹部の外側にまで流れ出ることにより、異方性導電材料中の導電粒子が凹部内に滞留し、複数の配線パターン間でこれらを連続させるように凝集することにより、これら複数の配線パターン間を短絡させてしまうといったことが回避される。
また、前記可撓性基板の接続方法においては、第2導電接続部が、デバイスの接続端子であるのが好ましい。
このようにすれば、可撓性基板に直接デバイスを実装することにより、この可撓性基板を用いた接続構造のコンパクト化を図ることができる。また、予め可撓性基板にデバイスを実装しておき、その後この可撓性基板を凹部内に貼着することにより、デバイス実装を含む工程全体の作業性をより容易にすることができる。
また、前記可撓性基板の接続方法においては、前記加圧加熱具の加熱による前記異方性導電材料の溶融硬化を、前記可撓性基板の一部を凹部内に押し入れ、該可撓性基板の一部を、側面視略J字状又は略U字状に屈曲させた後に、行うのが好ましい。
異方性導電材料として例えば異方性導電膜を用い、この異方性導電膜を予め可撓性基板に貼着しておく場合に、加圧加熱具による加熱を、可撓性基板の一部を凹部内に押し入れる際の当初より行うと、可撓性基板が側面視略J字状又は略U字状に屈曲する前に、異方性導電膜中の熱硬化樹脂の溶融・硬化が開始してしまい、可撓性基板が良好に屈曲せず、したがって凹部内への貼着が良好になされないおそれがある。そこで、可撓性基板の一部を凹部内に押し入れ、該可撓性基板の一部を、側面視略J字状又は略U字状に屈曲させた後に、加圧加熱具の加熱による前記異方性導電材料の溶融硬化を行うことにより、可撓性基板を凹部内に良好にかつ確実に貼着することができる。
本発明の可撓性基板の接続構造は、基体に形成された凹部の底面部に設けられた第1導電接続部と、前記凹部の外側に設けられる第2導電接続部とを電気的に接続する可撓性基板の、前記基体への接続構造であって、
前記可撓性基板には、前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲してなる屈曲部が形成され、
前記可撓性基板における、前記凹部の内面側に向く面には、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、少なくとも前記凹部の底面部側にまで延びる配線パターンが複数形成され、
前記可撓性基板は、前記屈曲部における前記凹部の内面側に向く面が異方性導電材料によって該凹部内に貼着され、
前記配線パターンは、前記凹部の底面部にて前記異方性導電材料を介して前記第1導電接続部に導通させられ、かつ、前記一対の側壁のうちの一方の側における凹部の外側にて、前記第2導電接続部に導通させられてなり、
前記可撓性基板には、前記基体に対する位置合わせ用の基板側位置合わせ部が設けられていることを特徴としている。
この可撓性基板の接続構造によれば、第1導電接続部と第2導電接続部とが、配線パターンを複数形成した可撓性基板によって電気的に接続されているので、例えば第1導電接続部間のピッチが小さく(狭く)なったとしても、これら第1導電接続部と第2導電接続部との接続が、接続する際の作業性が損なわれることなく容易になされるようになる。
また、可撓性基板として基板側位置合わせ部を有したものが用いられているので、この可撓性基板を基体上に接続する際に、前記基板側位置合わせ部を基体側の位置合わせ部に対して位置合わせすることで、前記配線パターンを、凹部の底面部における第1導電接続部に対して位置合わせすることが可能になる。したがって、配線パターンと駆動素子との電気的接続を容易にすることができる。
さらに、可撓性基板の一部が側面視略J字状又は略U字状に屈曲してなる屈曲部に形成されるとともに、該屈曲部が異方性導電材料によって該凹部内に貼着されているので、可撓性基板が、前記凹部における底面部と一方の側壁面だけでなく、他方の側壁面にも貼着することにより、その接続強度が高くなり、十分な接続強度が確保される。
本発明の液滴吐出ヘッドは、デバイスと、該デバイスにより駆動される駆動素子と、凹部を形成してなる基体とを備え、前記凹部の底面部に前記駆動素子またはこれに接続する導電接続部が設けられ、前記凹部の外側に前記デバイスが配された液滴吐出ヘッドにおいて、
前記基体に、前記デバイスと前記駆動素子またはこれに接続する導電接続部とを電気的に接続する可撓性基板が設けられ、
前記可撓性基板には、前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲してなる屈曲部が形成され、
前記可撓性基板における、前記凹部の内面側に向く面には、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、少なくとも前記凹部の底面部側にまで延びる配線パターンが複数形成され、
前記可撓性基板は、前記屈曲部における前記凹部の内面側に向く面が異方性導電材料によって該凹部内に貼着され、
前記配線パターンは、前記凹部の底面部にて前記異方性導電材料を介して前記駆動素子またはこれに接続する導電接続部に導通させられ、かつ、前記一対の側壁のうちの一方の側における凹部の外側にて、前記デバイスに直接的にあるいは間接的に導通させられてなり、
前記可撓性基板には、前記基体に対する位置合わせ用の基板側位置合わせ部が設けられていることを特徴としている。
この液滴吐出ヘッドによれば、駆動素子またはこれに接続する導電接続部とデバイスとを、配線パターンを複数形成した可撓性基板によって電気的に接続するので、例えば駆動素子またはこれに接続する導電接続部間のピッチを小さく(狭く)しても、これら駆動素子またはこれに接続する導電接続部とデバイスとの接続を、接続する際の作業性を損なうことなく容易に行うことができる。したがって、ノズルピッチの狭小化を図ることができる。
また、可撓性基板として基板側位置合わせ部を有したものが用いられているので、この可撓性基板を基体上に接続する際に、前記基板側位置合わせ部を基体側の位置合わせ部に対して位置合わせすることで、前記配線パターンを、凹部の底面部における第1導電接続部に対して位置合わせすることが可能になる。したがって、配線パターンと駆動素子との電気的接続を容易にすることができる。
さらに、基体に形成された凹部に対し、可撓性基板に、前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲してなる屈曲部を形成し、該屈曲部における前記凹部の内面側に向く面を、異方性導電材料によって該凹部内に貼着しているので、前記凹部における底面部と一方の側壁面だけでなく、他方の側壁面にも可撓性基板を貼着することで、その接続強度を高くし、十分な接続強度を確保することができる。
前記液滴吐出ヘッドにおいては、前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンに連続して形成されているのが好ましい。
このようにすれば、例えば配線パターンを電解メッキで形成する場合に、この配線パターンの形成と同時に基板側位置合わせ部を電解メッキで形成することができる。
前記液滴吐出ヘッドにおいては、前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンが前記第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部に配設されているのが好ましい。
第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部は、第2導電接続部はもちろん、第1導電接続部とも接続する部位とはならないことから、これら第1導電接続部や第2導電接続部との接続のために位置等が規制されることがない。したがって、用いる可撓性基板に関して、基板側位置合わせ部の形成位置等についての設計自由度が高くなる。
本発明の液滴吐出装置は、前記の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴としている。
この液滴吐出装置によれば、駆動素子またはこれに接続する導電接続部とデバイスとの接続を容易に行うことができ、したがってノズルピッチの狭小化が可能な液滴吐出ヘッドを備えているので、各種の装置やパターンなどの形成に適用された場合に、これらの更なる微細化の要求に応えることが可能になる。
また、可撓性基板として基板側位置合わせ部を有したものが用いられているので、配線パターンと駆動素子との電気的接続が容易になっており、したがって生産性が向上した液滴吐出ヘッドを備えていることから、この液滴吐出装置自体も生産性が向上したものとなる。
さらに、凹部に対する可撓性基板の接続強度が十分に高い液滴吐出ヘッドを備えているので、液滴吐出装置自体としても、長期に亘る信頼性が確保されたものとなる。
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。そして、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。
<液滴吐出ヘッド>
本発明の液滴吐出ヘッドの一実施形態について、図1〜図4を参照しながら説明する。図1は液滴吐出ヘッドの一実施形態を示す外観斜視図、図2は液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視図の一部破断図、図3は図1のA−A線矢視断面図、図4は可撓性基板の斜視図である。
液滴吐出ヘッド1は、本発明の可撓性基板、及びこの可撓性基板の接続構造が適用されたもので、ドライバIC(デバイス)200と、該ドライバIC200により駆動される圧電素子(駆動素子)300と、凹部250を形成してなる基体とを備え、機能液の液滴を吐出するよう構成されたものである。
この液滴吐出ヘッド1は、図3に示すように液滴が吐出されるノズル開口部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、液滴が流れる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、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、リザーバ100を形成するためのリザーバ形成基板20と、リザーバ形成基板20の上面側に設けられた可撓性を有する可撓性基板(フレキシブル基板)500と、可撓性基板500の下面500Aに設けられ、圧電素子300を駆動するためのドライバIC(デバイス)200と、可撓性基板500の下面500Aに設けられ、ドライバIC200と圧電素子300とを電気的に接続する配線パターン510と、を備えて構成されたものである。なお、本実施形態では、流路形成基板10とこれの上に配置されたリザーバ形成基板20等により、前記の凹部250を形成してなる基体が構成されている。
液滴吐出ヘッド1の動作は、外部コントローラCT(図1参照)によって制御される。そして、流路形成基板10と、ノズル基板16と、振動板400とで囲まれた空間によって、ノズル開口部15より吐出される前の機能液が配置される圧力発生室12が形成されている。また、リザーバ形成基板20と流路形成基板10とで囲まれた空間によって、圧力発生室12に供給される前の機能液を予備的に保持するリザーバ100が形成されている。
流路形成基板10の下面側は開口しており、その開口を覆うようにノズル基板16が流路形成基板10の下面に貼着されている。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着されている。このノズル基板16には、図2に示すように液滴を吐出するノズル開口部15が、複数整列した状態で形成されている。すなわち、ノズル開口部15は、ノズル基板16においてY軸方向に複数配列されており、これによって第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を、それぞれ形成している。
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個のノズル開口部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、例えば240個〜720個程度のノズル開口部15によって構成されている。
流路形成基板10には、前記開口内に複数の隔壁11が形成されている。流路形成基板10は、剛体であるシリコン単結晶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が異方性エッチングされたことで形成されている。そして、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とで囲まれた空間により、複数の圧力発生室12が形成されている。圧力発生室12は、複数のノズル開口部15に対応するように複数形成されている。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部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によって第1圧力発生室群12Aが構成され、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によって第2圧力発生室群12Bが構成され、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によって第3圧力発生室群12Cが構成され、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によって第4圧力発生室群12Dが構成されている。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、これらは、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。
第1圧力発生室群12Aを形成する複数の圧力発生室12のうち、−X側の端部は前述した隔壁10Kによって閉塞させられているが、+X側の端部は互いに連通せしめられており、図3に示すようにリザーバ100に接続させられている。リザーバ100は、機能液導入口25より導入され、圧力発生室12に供給される前の機能液を、一時的に保持するもので、リザーバ形成基板20において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においてY軸方向に延びるように形成され、リザーバ部21と各圧力発生室12のそれぞれとを連通させる連通部13と、を備えて形成されたものである。
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。そして、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。なお、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も、前述と同様のリザーバ100にそれぞれが連通している。
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の上面を覆うように設けられた弾性膜50と、弾性膜50の上面に設けられた下電極膜60とからなっている。弾性膜50は、例えば厚み1〜2μm程度の二酸化シリコンによって形成されており、下電極膜60は、例えば厚み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60は、複数の圧電素子300の共通電極となっている。
振動板400を変位させるための圧電素子300、すなわち本発明における駆動素子は、下電極膜60の上面に設けられた圧電体膜70と、この圧電体膜70の上面に設けられた上電極膜80とを備えて構成されたものである。圧電体膜70は、例えば厚み1μm程度、上電極膜80は、例えば厚み0.1μm程度に形成されたものである。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。すなわち、本実施形態における下電極膜60は、圧電素子300としての機能と、振動板400としての機能とを兼ね備えている。また、本実施形態では、弾性膜50及び下電極膜60が振動板400として機能するが、弾性膜50を省略した構造とし、下電極膜60が弾性膜(50)を兼ねるようにしてもよい。
前記圧電素子300は、その上電極膜80がリザーバ形成基板20に形成された凹部250の底面部にまで延びて形成されており、この底面部上にて露出した部分が、本発明の第1導電接続部となる導電接続部81となっている。
また、圧電素子300は、複数のノズル開口部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。すなわち、圧電体膜70及び上電極膜80からなる圧電素子300は、各ノズル開口部15毎(圧力発生室12毎)に設けられている。そして、前述したように下電極膜60は複数の圧電素子300の共通電極として機能し、上電極膜80は複数の圧電素子300の個別電極として機能するよう構成されている。
なお、これら圧電素子300は、その一部が前記第1ノズル開口群15Aを構成するノズル開口部15のそれぞれに対応してY軸方向に複数並列させられ、これによって第1圧電素子群300Aが構成されている。同様に、その一部が前記第2ノズル開口群15Bを構成するノズル開口部15のそれぞれに対応してY軸方向に複数並列させられ、これによって第2圧電素子群300Bが構成されている。これら第1圧電素子群300Aと第2圧電素子群300B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。さらに、第3、第4ノズル開口群15C、15Dを構成するノズル開口部15のそれぞれに対応するように、第3、第4圧電素子群(図示せず)が構成されており、これら第3、第4圧電素子群どうしは、X軸方向に関して対向するように配置されている。
リザーバ形成基板20には、封止膜31と固定板32とを有するコンプライアンス基板30が接合されている。封止膜31は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚み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。また、固定板32は、金属等の硬質の材料(例えば、厚み30μm程度のステンレス鋼)で形成されている。この固定板32のうち、リザーバ100に対応する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部33となっている。このような構成のもとにリザーバ100の上部は、可撓性を有する封止膜31のみで封止されたものとなっており、したがって、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。
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が形成されている。通常、この機能液導入口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の駆動時における機能液の流れ、あるいは周囲の熱などにより、リザーバ100内に圧力変化が生じる。しかしながら、前述したようにリザーバ100の上部が封止膜31のみよって封止された可撓部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。
リザーバ形成基板20には、前記機能液導入口25とリザーバ100の側壁部とを連通させる導入路26が設けられている。
また、リザーバ形成基板20のうち、X軸方向に関して中央部には、Y軸方向に延びる凹溝700が形成されている。この凹溝700によってリザーバ形成基板20では、第1圧力発生室群12Aに対応して設けられた第1圧電素子群300Aを封止する第1封止部20Aと、第2圧力発生室群12Bに対応して設けられた第2圧電素子群300Bを封止する第2封止部20Bとが分けられている。同様に、第3圧力発生室群12Cに対応して設けられた第3圧電素子群(図示せず)を封止する第3封止部(図示せず)と、第4圧力発生室群12Dに対応して設けられた第4圧電素子群(図示せず)を封止する第4封止部(図示せず)とが、凹溝700によって分けられる。
また、この凹溝700内には、その長さ方向に沿って隔壁710が形成されている。この隔壁710は、リザーバ形成基板20に直接形成されたものである。そして、前記凹溝700は、隔壁710によってこれの両側に分割されており、これら分割された部位のそれぞれが、前記凹部250となっている。すなわち、本実施形態では、凹溝700が隔壁710によって仕切られることで、該凹溝700内に二つの凹部250が形成されている。そして、これら凹部250においては、流路形成基板10(隔壁10K)側の一部が露出しており、この露出した部位が凹部250における底面部となっている。
一方、リザーバ形成基板20のうち、圧電素子300に対向する領域には、圧電素子300の動作に干渉しない閉空間が確保されており、この閉空間が圧電素子保持部24となっている。圧電素子保持部24は、第1〜第4封止部20A〜20D(図示せず)のそれぞれに形成されており、第1〜第4圧電素子群300A〜300D(図示せず)を覆う大きさに形成されている。また、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。
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、圧電素子300を封止するための封止部材としても機能している。すなわち、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の劣化や破壊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となる閉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ことができ、圧電素子300の劣化や破壊をさらに確実に防止することができる。
なお、リザーバ形成基板20は剛体であって、そのリザーバ形成基板20を形成する材料としては、例えば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましい。本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板が用いられている。
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、前述したように第1封止部20Aの外側まで延びて凹部250の底面部上で露出し、導電接続部(第1導電接続部)81となっている。なお、本実施形態では、凹部250における底面部上、すなわち流路形成基板10の上に、下電極膜60の一部が延出して形成されている。したがって、この下電極膜60と導電接続部81(上電極膜80)との間の導通を防止するため、絶縁膜600が、下電極膜60と導電接続部81との間に形成されている。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側の端部も、第2封止部20Bの外側まで延びて導電接続部81となっている。さらに、図示しないものの、第3、第4封止部20C、20D(図示せず)で封止されている圧電素子300についても、その上電極膜80の一部が、第3、第4封止部20C、20Dの外側まで延びて凹部250の底面部上で露出し、導電接続部81となっている。
圧電素子300を駆動するためのドライバIC200は、例えば回路基板や駆動回路を含む半導体集積回路(IC)によって構成されたデバイスであり、本実施形態では可撓性基板500の下面500Aに接続されている。
可撓性基板500は、可撓性を有したフレキシブル回路基板からなるもので、例えば厚さ25μm程度のポリイミドからなる絶縁性のフィルム状部材によって構成されたものである。この可撓性基板500は、その一方の側が第1封止部20A(20B)上にまで延び、ここで前記のドライバIC200を接続するとともに、該ドライバIC200を第1封止部20A(20B)上に固定している。
また、この可撓性基板500の他方の側は、屈曲されて前記凹部250内に収容され固定されている。すなわち、この可撓性基板500には、図5の模式図に示すように、前記凹部250の前記底面部250aと、該底面部250aの両側に位置する側壁面250b、250c、つまりこれら側壁面のうち一方の側となるリザーバ形成基板20の側壁面250bと、他方の側となる隔壁710の側壁面250cとに沿って、側面視略J字状(又は略U字状)に屈曲してなる屈曲部505が形成されている。そして、この屈曲部505が、異方性導電材料507によって凹部250内に貼着されている。
ここで、この可撓性基板500の下面500A、すなわち、前記屈曲部505において前記凹部250の内面側に向く面には、図4に示すように該可撓性基板500の一方の側から他方の側の端縁にまで延びる配線パターン510が、複数並列して形成されている。これら配線パターン510は、前記圧電素子300の数に対応して複数が並列して形成されたもので、銅などの導電性材料が、プリント方式やメッキ、エッチングなどの手法によって形成され、さらにその最表層に、電解メッキ法によって金メッキがなされたものである。なお、図4では簡略化して記載しているものの、配線パターン510はその幅が60μm程度に形成され、配線パターン510間の間隔も60μm程度に形成されている。
そして、これら配線パターン510は、図3に示したように可撓性基板500の一方の側にて、前記ドライバIC200の接続端子(図示せず)、すなわち本発明における第2導電接続部に、例えば異方性導電材料507を介して直接的に接続され導通させられるようになっている。すなわち、可撓性基板500の一方の側には、図5に示すようにその下面500Aの所定位置にドライバIC200がフリップチップ実装され、これによって配線パターン510とドライバIC200の接続端子とが電気的に接続されているのである。また、可撓性基板500の他方の側は、前記凹部250内にて、前記圧電素子300の上電極膜80が延出して形成された導電接続部81に、異方性導電材料507を介して導通させられている。このような構成のもとに図3に示した圧電素子300は、これを駆動の制御するドライバIC200に電気的に接続されたものとなっている。
なお、図5においては、可撓性基板500の一方の側を凹部250の外側に立ち上げ、その状態でこの凹部250の外側にてドライバIC200を接続し実装させた状態としているが、このように実装させた後、可撓性基板500を屈曲させ、図3に示したようにドライバICを接着剤等によって第1封止部20A(第2封止部20B)上に固定する。ただし、図5に示した状態のまま、第1封止部20A(第2封止部20B)から分離させておいてもよい。
また、可撓性基板500の他方の側については、その屈曲部505の前記隔壁710に沿って立ち上がる側506の端部が、凹部250の外側に0.2mm程度立ち上がり、延出している。したがって、可撓性基板500の下面500Aに形成された配線パターン510も、隔壁710側において0.2mm程度立ち上がり、凹部250の外側に延出したものとなっている。そして、屈曲部505と凹部250の内面との間に設けられて可撓性基板500を凹部250内に貼着している異方性導電材料507は、隔壁710と可撓性基板500との間において、一部が隔壁710上にまで流れ出て固着している。同様に、第1封止部20A(第2封止部20B)上にも一部が流れ出て固着している。
したがって、可撓性基板500は、特に凹部250内においては屈曲部505が凹部250の内面全体に貼着されていることから、例えば底面部と一方の側壁面とにのみ貼着している場合に比べ、より強固に貼着されたものとなっている。なお、前記の異方性導電材料507の流れ出しは、後述するように、主に前記配線パターン510間に形成される溝に沿って起こっている。
ここで、可撓性基板500には、図4に示すように基板側位置合わせ部515が設けられている。この基板側位置合わせ部515は、前記凹部250の外側に設けられた基体側位置合わせ部(図示せず)に対して位置合わせされるもので、本実施形態では配線パターン510の一部に連続して可撓性基板500の下面500A側に形成され、かつ、ドライバIC200が実装される側と反対の側、すなわち図5に示す隔壁710側に形成されたものである。
この基板側位置合わせ部515の形状や大きさについては、特に限定されることなく、種々の形状や大きさのものが採用可能である。具体的には、図4では十字状としたが、○形状や△形状、□形状など、種々のものを用いることができる。
また、本実施形態では、基板側位置合わせ部515は配線パターン510に連続して形成されており、したがって、配線パターン510と同じ電解メッキなどの工程で形成されたものとなっている。
また、基板側位置合わせ部515は、ドライバIC200が実装される側と反対の側に形成されていることから、この基板側位置合わせ部515の形成位置等についての設計自由度が高いものとなっている。すなわち、ドライバIC200が実装される側と反対の側は、ドライバIC200はもちろん、導電接続部81とも接続する部位とはならないことから、これらドライバIC200や導電接続部81との接続のために位置等が規制されないからである。したがって、図4では基板側位置合わせ部515を、ドライバIC200が実装される側と反対の側の両端部にそれぞれ設けたが、スペース的に余裕がある場合などでは、例えば両端部でなく中央部に設けるようにしてもよい。
なお、基板側位置合わせ部515については、必ずしも配線パターン510に連続させ、これと同じ工程で形成する必要はなく、例えば可撓性基板500を貫通する抜きパターンにより、配線パターン510からは独立して形成するようにしてもよい。
また、本実施形態では、基板側位置合わせ部515を可撓性基板500の下面500A側に形成しており、したがってこの基板側位置合わせ部515は、後述する可撓性基板500の接続時に、下側を向くことになる。しかし、本実施形態では可撓性基板500が透明材料からなり、またその厚さが十分に薄いことなどから、この可撓性基板500の上側、すなわち基板側位置合わせ部515が形成された面と反対の面側からも、基板側位置合わせ部515を目視で、あるいはカメラ等の光学手段によって認識できるようになっている。
また、可撓性基板500には、図4中二点鎖線で示す二本の折曲線B、Bに挟まれた範囲、すなわち、前記屈曲部505における底部となって、後述するように凹部250の底面部に当接する部位Cに、配線パターン510の一部によって端子部512が構成されている。ここで、二本の折曲線B、Bは、後述する可撓性基板500の接続工程において、この可撓性基板500に屈曲部505を形成するための折り曲げ用の線であり、これら折曲線B、Bによって可撓性基板500を折曲することにより、前記の部位Cを底面部とする、側面視J字状又はU字状の屈曲部505が形成されるようになっている。また、前記の端子部512は、前記凹部250内の底面部に対向させられ、前記部位Cが異方性導電材料507を介して凹部250の底面部に貼着されたことにより、前記導電接続部81に導通されたものとなる。
なお、この可撓性基板500に設けられた複数の端子部512は、図3に示した、第1圧電素子群300Aを構成する複数の圧電素子300(上電極膜80)のそれぞれに接続するものであって、第1圧電素子群300Aを構成する複数の圧電素子300に対応するように、Y軸方向に複数(例えば720個)並んで設けられており、第1端子群512Aを構成している。したがって、端子部512と圧電素子300とが接続することで、その端子部512を含む配線パターン510を介して、ドライバIC200と圧電素子300とが電気的に接続されるようになっている。
同様に、同じ構成を有する他の可撓性基板500の端子部は、第2圧電素子群300Bを構成する複数の圧電素子300に対応するようにY軸方向に複数(例えば720個)並んで設けられた端子部512からなる第2端子群512Bが設けられている。これら第1端子群512Bと第2端子群512B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。
そして、可撓性基板500の下面500Aと、圧電素子300とが対向させられ、凹部250の外側に設けられた基体側位置合わせ部(図示せず)に前記の基板側位置合わせ部515が重ね合わされることなどによって位置合わせされ、その後、後述するように前記の図4中に示した部位Cが凹部250内に押し入れられることにより、対応する各配線パターン510における端子部512と導電接続部81とが異方性導電材料507を介して電気的に接続される。
ここで、第1圧電素子群300Aは、前記部位Cに形成された第1端子群512Aに対応するように配置されており、第2圧電素子群300Bは、前記部位Cに形成された第2端子群512Bに対応するように配置されている。したがって、第1圧電素子群300Aを構成する複数の圧電素子300(導電接続部81)と、第1端子群512Aを構成する複数の端子部512とがそれぞれ良好に接続され、また、第2圧電素子群300Bを構成する複数の圧電素子300(導電接続部81)と、第2端子群512Bを構成する複数の端子部512とがそれぞれ良好に接続される。
ここで、可撓性基板500の屈曲部505と凹部250の内面とは、前述したように異方性導電材料507、すなわち異方性導電膜(ACF:anisotropic conductive film)あるいは異方性導電ペースト(ACP:anisotropic conductive paste)によって接続されており、したがって配線パターン510における端子部512と導電接続部81とは、図5に示したように異方性導電材料507中に含有される導電粒子508によって電気的に接続されている。
なお、図3に示したように、可撓性基板500の一方の側とリザーバ形成基板20との間には樹脂202が配置されており、これによって可撓性基板500とリザーバ形成基板20とは、その樹脂202による樹脂モールドによって固定されている。さらに、この樹脂202は、凹溝700の内側にも隔壁710を覆って配置されており、端子部512と導電接続部81との接続部が樹脂モールドされている。
次に、前述した構成を有する液滴吐出ヘッド1の動作について説明する。液滴吐出ヘッド1から機能液(インク)の液滴を吐出するために、図1に示した外部コントローラCTは、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、ノズル開口部15に至るまでの液滴吐出ヘッド1の内部流路を満たす。また、外部コントローラCTは、可撓性基板500に接続された外部信号入力部580を介して、ドライバIC200等に駆動電力や指令信号を送る。可撓性基板500には、前記配線パターンとは異なる配線パターン(図示せず)が設けられており、外部信号入力部580からの指令信号等は、その配線パターンを介してドライバIC200に送られる。ドライバIC200は、外部コントローラCTからの指令に基づいて、端子部512を含む配線パターン510を介して、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との間に電圧を印加し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体膜70を変位させることにより、各圧力発生室12内の圧力を高めて、ノズル開口部15より液滴を吐出させる。
<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6、図7を参照しながら説明する。なお、以下では、可撓性基板500を凹部250に接続することによる、ドライバIC200と圧電素子300とを電気的に導通させる手順について主に説明し、液滴吐出ヘッド1のうち、ノズル基板16、流路形成基板10、リザーバ形成基板20、圧電素子300等の製造及び接続・配置作業は既に完了しているものとする。
まず、ポリイミド等からなる可撓性を有する可撓性基板500の下面500Aに、銅などの導電性材料からなる端子部512を含む配線パターン510を、プリント方式やメッキ、エッチングなどの手法によって設け、その最表層に電解メッキ法で金メッキ層を形成する。また、この配線パターン510に連続して図4に示す基板側位置合わせ部515を、配線パターン510と同一の工程で形成する。このとき、基板側位置合わせ部515を配線パターン510に連続して形成するので、特に電解メッキ法で最表層に金メッキ層を形成する際、その下地が連続していることから、同じ電解メッキ処理によって配線パターン510と同時に基板側位置合わせ部515の最表層についても金メッキすることができる。また、このようなプリント方式等による形成法を採用することで、端子部512を含む配線パターン510を、隣り合う圧電素子300間、すなわち導電接続部81間の距離に対応させて精度良く形成することができる。
次に、このような可撓性基板500の前記屈曲部505となる部分、すなわち図4に示した部位C及びその前後の部位と、凹部250との間に、異方性導電材料507が配されるようにする。具体的には、異方性導電材料507として異方性導電膜を用いる場合、この異方性導電膜を、予め前記部位C及びその前後の部位の下面、すなわち凹部250の内面側に向く面に貼着しておく。また、異方性導電材料507として異方性導電ペーストを用いる場合には、予めこれを凹部250の内面に塗布しておく。なお、本実施形態では、異方性導電材料507として異方性導電膜を用い、したがってこの異方性導電膜507を、予め前記部位C及びその前後の部位の下面に貼着しておく。前記部位C及びその前後の部位の具体的な長さ、すなわち貼着する異方性導電膜507の長さについては、前記凹部250の底面部における両側間の幅と、両側壁面のそれぞれの高さとの合計の長さと同じか、これより少し短い長さとする。
次いで、前記可撓性基板500を、図6(a)に示すように凹部250を形成した基体280の上方に配し、基体280の、凹部250の近傍に形成した基体側位置合わせ部285に、可撓性基板500の基板側位置合わせ部515を重ね合わせるべく、位置合わせする。ここで、図6(a)、(b)においては、基体280を模式的に示しているが、この基体280は、前述したように、流路形成基板10とこれの上に配置されたリザーバ形成基板20等によって構成されている。また、このような基体280に設けられる基体側位置合わせ部285については、例えばリザーバ形成基板20の上面に設けられる封止膜31の一部が切り欠かれ、あるいは適宜な材料が所定位置に配されることなどにより、形成される。なお、この基体側位置合わせ部285についても、その形状や大きさについては特に制限されないものの、本実施形態では、図6(a)に示したように基板側位置合わせ部515と同一の形状・大きさに形成されたものとなっている。
ここで、前記基板側位置合わせ部515は、図6(b)に示すようにこれらを基体側位置合わせ285の上に重ね合わせると、凹部250の溝状の開口における両側の縁部上に、図4に示した可撓性基板500の折曲線B、Bが配置されるように形成されている。したがって、このように位置合わせすることで、折曲線B、Bに挟まれた部位Cが、凹部250の開口にピッタリと合うようになっている。なお、基体側位置合わせ285への基板側位置合わせ部515の位置合わせ(重ね合わせ)については、前述したように可撓性基板500が透明性を有していることにより、目視やカメラ等の光学手段によって行えるようになっている。
次いで、図7(a)に示すように可撓性基板500の一方の側、すなわちドライバICを接続する側を、押さえ部材840、860によって挟み込み、これを保持する。ただし、これら押さえ部材840、860による保持は、単に可撓性基板500が撓んだりするのを防ぐためのもので、可撓性基板500は、この保持力に抗してこれら押さえ部材840、860間を容易に摺動できるようになっている。
続いて、前記可撓性基板500における前記凹部250の直上部、すなわち、前記折曲線B、Bに挟まれた部位Cを、加圧加熱具800で押圧し、図7(b)に示すように該可撓性基板500の一部を凹部250内に押し入れる。すると、可撓性基板500は前記折曲線B、Bで折れ曲がり、全体が側面視J字状に屈曲し始める。加圧加熱具800としては、その底面形状が前記凹部250の底面形状と同じで、その大きさが凹部250より一回り小さい直方体状のものが用いられる。また、その角部(縁部)については、角が丸められてアールが付けられたものが好適に用いられる。
また、このとき、押さえ部材840、860によって可撓性基板500の一方の側を保持しているため、加圧加熱具800によって可撓性基板500を凹部250内に押し入れた際、可撓性基板500が撓んだりすることがなく、したがって配線パターン510と導電接続部81との間で位置ずれを起こすことなく、基板側位置合わせ部515によって位置決めされた通りに前記の部位Cが凹部250の底面部上に押圧されるようになる。
なお、このようにして可撓性基板500の前記部位Cを加圧加熱具800で押圧し、凹部250内に押し入れる際には、加圧加熱具800による加熱は行わないようにする。なぜなら、加圧加熱具800を当初より高温にして加熱状態にしておくと、この加圧加熱具800を前記部位Cに押し当てると同時に異方性導電膜507中の熱硬化樹脂の溶融・硬化が開始してしまい、これにより可撓性基板500が良好に屈曲せず、凹部250内への貼着を良好に行うことができなくなるおそれがあるからである。
このように、非加熱の状態で加圧加熱具800により可撓性基板500を押圧し、図7(c)に示すようにその一部を凹部250内に押し入れ、前記の部位Cを、異方性導電膜507を介して凹部250の底面部に押し当てたら、さらに適宜な加圧力、例えば2MPa〜3MPa程度で加圧(押圧)しつつ、例えば140℃から230℃程度で20秒から5秒程度加熱する。
すると、可撓性基板500は前記折曲線B、Bでほぼ直角に折れ曲がり、その状態で異方性導電膜507中の熱硬化性樹脂が溶融・硬化することにより、凹部250内に収容された部位が、側面視J字状の屈曲部505となってこの状態に固定される。
また、このようにして異方性導電材料507中の熱硬化性樹脂を溶融・硬化させると、この異方性導電材料507中の導電粒子508が端子部512と導電接続部81との間にて圧縮され、変形することでこれらの間に介在させられ、これによってこれら端子部512と導電接続部81とが電気的に接続する。また、熱硬化性樹脂の硬化によってその状態が保持されることにより、これら端子部512と導電接続部81とは機械的にも接続する。
また、このように可撓性基板500を基体280に接続することにより、配線パターン510と圧電素子300との電気的接続を容易に行うことができる。すなわち、可撓性基板500として基板側位置合わせ部515を有したものを用いるので、この基板側位置合わせ部515を基体側位置合わせ部285に対して位置合わせすることにより、前記配線パターン510を、凹部250の底面部における導電接続部81に対して容易に位置合わせすることができる。よって、配線パターン510と導電接続部81との電気的接続を凹部250内に行うことから、これらの間を直接位置合わせするのは非常に難しいものの、予め設けた基板側位置合わせ部515を凹部250の外側に設けた基体側位置合わせ部285に対して位置合わせすることで、前述したように配線パターン510と圧電素子300との電気的接続を容易に行うことができるのである。
また、屈曲部505を形成する可撓性基板500について、特にドライバIC200を実装する側と反対の側についても、凹部250の外側にまで立ち上がって延出するようにし、さらに配線パターン510をこの延出する端縁にまで形成することにより、異方性導電材料507中の導電粒子508が凹部250内に滞留し、隣り合う配線パターン510、510間でこれらを連続させるように凝集してしまうことで、これら隣り合う配線パターン510、510間が短絡してしまうといったことが回避される。
すなわち、隣り合う配線パターン510、510間に形成される溝状の隙間に存在する導電粒子810は、熱硬化性樹脂の溶融による流動により、この樹脂と共に主に凹部250の外側に押し流され、その後、樹脂の硬化によって固定される。
このときの導電粒子508は、主に樹脂の流動の先端部によって押し流され、その後固定されることから、例えば屈曲部505が側面視L字状で、ドライバIC200を実装する側と反対の側が凹部250の側壁面に沿って立ち上がっていない場合では、樹脂の流動路が短くなり、隣り合う配線パターン510(端子部512)間で導電粒子が並んだ状態に凝集し易くなってしまう。したがって、このように凝集した状態で固定されてしまうと、前述したように配線パターン510(端子部512)間の短絡が引き起こされ易くなってしまうのである。
しかし、本実施形態では、屈曲部505及び配線パターン510を凹部250の外側に延出させているので、流動した樹脂の一部を、配線パターン510、510間の溝状の隙間に沿わせて凹部250の外にまで排出させることができる。このように凹部250の外にまで樹脂を排出させると、凹部250の外側では樹脂の流速が弱まり、流動圧力も開放されることで、ここに保持されて硬化する。そして、このような樹脂の排出に伴われて導電粒子もその一部が凹部250の外側にまで流れ出ることにより、隣り合う配線パターン510(端子部512)間に並んだ状態で凝集し、硬化することで、配線パターン510(端子部512)間を短絡してしまうといったことが回避されるのである。
さらに、凹部250からはみ出して硬化した樹脂は、配線パターン510と隔壁710の上面とを固定することから、可撓性基板500の凹部250への固定をより強固にし、可撓性基板500の剥離などを確実に防止することができる。
また、側面視略J字状(又は略U字状)となるように屈曲部505を形成し、ドライバIC200を実装する側と反対の側についても、凹部250の側壁面に沿って立ち上がらせ、その間を異方性導電材料507で貼着しているので、該凹部250への可撓性基板500の貼着面積を大とし、その接続強度(貼着強度)を十分に高くすることができる。
また、可撓性基板500上に、ノズルピッチに応じた端子部512を含む配線パターン510をプリント技術によって精度良く設けておくことで、ノズルピッチを小さくすることにより、圧電素子300どうしの間のY軸方向に関する距離が小さく(狭く)なっても、そのノズルピッチに応じて設けられた複数の圧電素子300(導電接続部81)のそれぞれと端子部512との電気的な接続を作業性良くかつ良好に行うことができる。
このようにして可撓性基板500を凹部250内に押し入れ、加圧加熱具800によって適宜時間加圧加熱したら、凹部250内から加圧加熱具800を引き出す。そして、可撓性基板500の下面500Aの一方の側における所定領域(実装領域)に対して、図5に示したようにドライバIC200をフリップチップ実装する。続いて、樹脂201によって可撓性基板500とドライバIC200とを固定する。
このように、配線パターン510が設けられた可撓性基板500上にドライバIC(デバイス)200を設けることで、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、また配線パターン510とドライバIC200との位置決めを容易に行うこともできる。また、ドライバIC200を可撓性基板500にフリップチップ実装することで、ドライバIC200と配線パターン510との電気的な接続を、作業性良く、かつ良好に行うことができる。
また、加圧加熱具800によって上方より下方に向かって押圧するとき、本実施形態においては、端子部512及び導電接続部81の下側には、剛体である隔壁10K(流路形成基板10)が配置されている。すなわち、端子部512、異方性導電膜507、及び導電接続部81は、剛体である加圧加熱具800と剛体である隔壁10Kとの間に挟まれた状態になる。したがって、押圧部材800を隔壁10Kに向けて押圧することで、端子部512と導電接続部81とを良好に接続することができる。また、接続された後の可撓性基板500上の端子部512及び導電接続部81を、剛体である隔壁10Kで良好に支持することができる。
なお、前述した、可撓性基板500の屈曲部505を凹部250に押し込むことによる端子部512と導電接続部81との接続は、隔壁710によって分割された凹溝700の、二つの凹部250に対してそれぞれに行う。このように凹溝700を隔壁710によって分割しておき、一つの凹溝700内に二つの凹部250を形成しておくことにより、凹溝700の両側にそれぞれ可撓性基板500の屈曲部505を実装することができ、したがって、実装効率を高めて高集積化を図ることができる。
また、可撓性基板500の屈曲部505における端子部512と凹部250内の導電接合部81との接続を、異方性導電材料507を用いて行っているので、例えばろう材を用いた金属接合を採用する場合に比べて低温で処理を行うことができ、したがって、配線パターン510の狭ピッチ化への対応がより容易になる。
以上のようにして端子部512と導電接続部81との接続作業が完了した後、樹脂202により可撓性基板500とリザーバ形成基板20とを固定するとともに、端子部512と導電接続部81との接続部を覆う。これにより、可撓性基板500の位置を固定することができるとともに、可撓性基板500自体を樹脂202によって補強することができる。さらには、樹脂202によって端子部512と導電接続部81との接続部を保護することもできる。
また、特に隔壁710側にて、凹部250より立ち上がり、外側に延出する可撓性基板50の端縁部については、これを切断し、他の部分に接触してしまうのを防止するようにしてもよい。
このような液滴吐出ヘッド1の製造方法にあっては、圧電素子(駆動素子)300の導電接続部81とドライバIC(デバイス)200とを、配線パターン510を複数形成した可撓性基板500によって電気的に接続するので、例えば圧電素子300間のピッチを小さく(狭く)しても、これら圧電素子300に接続する導電接続部81とドライバIC200との接続を、接続する際の作業性を損なうことなく容易に行うことができる。したがって、得られる液滴吐出ヘッド1にあっては、ノズルピッチの狭小化が容易になり、また狭小化が十分に図られたものとなる。
<液滴吐出装置>
次に、前述した液滴吐出ヘッド1を備えた本発明の液滴吐出装置IJの一例について、図8を参照しながら説明する。図8は液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
図8において液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と、駆動軸4と、ガイド軸5と、コントローラCTと、ステージ7と、クリーニング機構8と、基台9と、ヒータ6とを備えている。ステージ7は、液滴吐出ヘッド1によって機能液が吐出される基板Pを支持するもので、基板Pを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えたものである。液滴吐出ヘッド1のノズル開口部からは、ステージ7に支持されている基板Pに対し、機能液が吐出されるようになっている。
駆動軸4には駆動モータ2が接続されている。駆動モータ2はステッピングモータ等からなるもので、コントローラCTからY軸方向の駆動信号が供給されると、駆動軸4を回転させるようになっている。駆動軸4が回転すると、液滴吐出ヘッド1はY軸方向に移動する。ガイド軸5は基台9に対して動かないように固定されている。ステージ7は、駆動モータ3を備えている。駆動モータ3はステッピングモータ等からなるもので、コントローラCTからX軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ7をX軸方向に移動するようになっている。
コントローラCTは、液滴吐出ヘッド1に対して液滴吐出を制御するための電圧を供給する。さらに、コントローラCTは、駆動モータ2に対して液滴吐出ヘッド1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ともに、駆動モータ3に対してステージ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。
クリーニング機構8は液滴吐出ヘッド1をクリーニングするものであって、図示しない駆動モータを備えている。この駆動モータの駆動により、クリーニング機構8はガイド軸5に沿ってX軸方向に移動する。クリーニング機構8の移動もコントローラCTにより制御される。ヒータ6は、ここではランプアニールにより基板Pを熱処理する手段であり、基板P上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ようになっている。このヒータ6の電源の投入及び遮断も、コントローラCTによって制御されるようになっている。
そして、液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と基板Pを支持するステージ7とを相対的に走査しつつ基板Pに対して液滴を吐出する。
このような液滴吐出装置IJにあっては、前述したように圧電素子(駆動素子)300の導電接続部81とドライバIC(デバイス)200との接続を容易に行うことができ、したがってノズルピッチの狭小化が可能な液滴吐出ヘッド1を備えているので、この液滴吐出ヘッド1を用いて各種装置やパターンなどの形成を行う場合に、これら装置やパターンなどの更なる微細化の要求に応えることができる。
また、可撓性基板500として基板側位置合わせ部515を有したものが用いられているので、配線パターン510と圧電素子(駆動素子)300との電気的接続が容易になっており、したがって生産性が向上した液滴吐出ヘッド1を備えていることから、この液滴吐出装置IJ自体も生産性が向上したものとなる。
さらに、凹部250に対する可撓性基板500の接続強度が十分に高い前記液滴吐出ヘッド1を備えているので、この液滴吐出装置IJ自体としても、長期に亘る信頼性が確保されたものとなる。
なお、前述した実施形態において、液滴吐出ヘッド1より吐出される機能液としては、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、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とする。これにより、液滴吐出装置IJは、液滴吐出法に基づいて吐出した機能液によって、前記各デバイスを製造することができる。
本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの外観斜視図である。 液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視図である。 図1のA−A線矢視断面図である。 可撓性基板の斜視図である。 液滴吐出ヘッドの要部を示す図である。 (a)、(b)は液滴吐出ヘッドの製造工程を説明するための図である。 (a)〜(c)は液滴吐出ヘッドの製造工程を説明するための図である。 液滴吐出装置の一例を示す外観斜視図である。
符号の説明
1…液滴吐出ヘッド、15…ノズル開口部、15A〜15D…ノズル開口群、20…リザーバ形成基板(封止部材)、81…導電接続部(第1導電接続部)、200…ドライバIC(デバイス;第2導電接続部)、250…凹部、280…基体、285…基体側位置合わせ部、300…圧電素子(駆動素子)、500…可撓性基板、505…屈曲部、507…異方性導電材料(異方性導電膜)、508…導電粒子、510…配線パターン、512…端子部、515…基板側位置合わせ部、700…凹溝、710…隔壁、IJ…液滴吐出装置

Claims (16)

  1. 基体に形成された凹部の底面部に設けられた第1導電接続部と、前記凹部の外側に設けられる第2導電接続部とを電気的に接続する可撓性基板であって、
    前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲するように、少なくとも一方の側の端縁と他方の側の端縁との間の距離が、前記凹部の底面部における両側間の幅と、前記一対の側壁面のそれぞれの高さとの合計の長さより長く形成され、
    前記凹部の内面側に向く面には、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、少なくとも前記凹部の底面部にまで延びる長さに形成されて、前記第1導電接続部及び第2導電接続部にそれぞれ接続するよう構成された配線パターンが、複数設けられ、
    前記基体における前記凹部の外側に設けられた基体側位置合わせ部に対して、これに位置合わせすることで、前記の凹部の底面部における第1導電接続部に対する前記配線パターンの位置合わせを可能にする、基板側位置合わせ部を有したことを特徴とする可撓性基板。
  2. 前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンに連続して形成されていることを特徴とする請求項1記載の可撓性基板。
  3. 前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンが前記第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部に配設されていることを特徴とする請求項1又は2記載の可撓性基板。
  4. 前記配線パターンは、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、前記凹部の底面部を通り、前記一対の側壁面のうちの他方の側における凹部の外側にまで延びる長さに形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の可撓性基板。
  5. 第2導電接続部は、デバイスの接続端子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の可撓性基板。
  6. 凹部を形成した基体上に可撓性基板を配し、前記凹部の底面部に設けられた第1導電接続部と、前記凹部の外側に設けられる第2導電接続部とを電気的に接続する、可撓性基板の接続方法であって、
    前記可撓性基板として、前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲するように、少なくとも一方の側の端縁と他方の側の端縁との間の距離が、前記凹部の底面部における両側間の幅と、前記一対の側壁面のそれぞれの高さとの合計の長さより長く形成され、前記凹部の内面側に向く面には、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、少なくとも前記凹部の底面部にまで延びる長さに形成されて、前記第1導電接続部及び第2導電接続部にそれぞれ接続するよう構成された配線パターンが、複数設けられ、前記基体における前記凹部の外側に設けられた基体側位置合わせ部に対して、これに位置合わせすることで、前記の凹部の底面部における第1導電接続部に対する前記配線パターンの位置合わせを可能にする、基板側位置合わせ部を有したものを用意し、
    前記可撓性基板を、該可撓性基板と前記基体との間に異方性導電材料を介在させ、かつ前記凹部を覆った状態で前記基体上に載置するとともに、その基板側位置合わせ部を基体側位置合わせ部に対して位置合わせし、
    次いで、前記可撓性基板における前記凹部の直上部を、該凹部に対応した形状の加圧加熱具で押圧し、該可撓性基板の一部を凹部内に押し入れることにより、該可撓性基板の一部を、側面視略J字状又は略U字状に屈曲させるとともに、前記加圧加熱具による加熱によって前記異方性導電材料を溶融硬化させることにより、該異方性導電材料を介して前記配線パターンを前記第2導電部に電気的に接続することを特徴とする可撓性基板の接続方法。
  7. 前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンに連続して形成されていることを特徴とする請求項6記載の可撓性基板の接続方法。
  8. 前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンが前記第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部に配設されていることを特徴とする請求項6又は7記載の可撓性基板の接続方法。
  9. 前記配線パターンは、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、前記凹部の底面部を通り、前記一対の側壁面のうちの他方の側における凹部の外側にまで延びる長さに形成されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の可撓性基板の接続方法。
  10. 第2導電接続部は、デバイスの接続端子であることを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の可撓性基板の接続方法。
  11. 前記加圧加熱具の加熱による前記異方性導電材料の溶融硬化は、前記可撓性基板の一部を凹部内に押し入れ、該可撓性基板の一部を、側面視略J字状又は略U字状に屈曲させた後に、行うことを特徴とする請求項6〜10のいずれか一項に記載の可撓性基板の接続方法。
  12. 基体に形成された凹部の底面部に設けられた第1導電接続部と、前記凹部の外側に設けられる第2導電接続部とを電気的に接続する可撓性基板の、前記基体への接続構造であって、
    前記可撓性基板には、前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲してなる屈曲部が形成され、
    前記可撓性基板における、前記凹部の内面側に向く面には、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、少なくとも前記凹部の底面部側にまで延びる配線パターンが複数形成され、
    前記可撓性基板は、前記屈曲部における前記凹部の内面側に向く面が異方性導電材料によって該凹部内に貼着され、
    前記配線パターンは、前記凹部の底面部にて前記異方性導電材料を介して前記第1導電接続部に導通させられ、かつ、前記一対の側壁のうちの一方の側における凹部の外側にて、前記第2導電接続部に導通させられてなり、
    前記可撓性基板には、前記基体に対する位置合わせ用の基板側位置合わせ部が設けられていることを特徴とする可撓性基板の接続構造。
  13. デバイスと、該デバイスにより駆動される駆動素子と、凹部を形成してなる基体とを備え、前記凹部の底面部に前記駆動素子またはこれに接続する導電接続部が設けられ、前記凹部の外側に前記デバイスが配された液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記基体に、前記デバイスと前記駆動素子またはこれに接続する導電接続部とを電気的に接続する可撓性基板が設けられ、
    前記可撓性基板には、前記凹部の前記底面部と、該底面部の両側からそれぞれ前記基体の表面にまで立ち上がってなる相対向する一対の側壁面と、に沿って、側面視略J字状又は略U字状に屈曲してなる屈曲部が形成され、
    前記可撓性基板における、前記凹部の内面側に向く面には、前記相対向する一対の側壁面のうちの一方の側における凹部の外側から、少なくとも前記凹部の底面部側にまで延びる配線パターンが複数形成され、
    前記可撓性基板は、前記屈曲部における前記凹部の内面側に向く面が異方性導電材料によって該凹部内に貼着され、
    前記配線パターンは、前記凹部の底面部にて前記異方性導電材料を介して前記駆動素子またはこれに接続する導電接続部に導通させられ、かつ、前記一対の側壁のうちの一方の側における凹部の外側にて、前記デバイスに直接的にあるいは間接的に導通させられてなり、
    前記可撓性基板には、前記基体に対する位置合わせ用の基板側位置合わせ部が設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  14. 前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンに連続して形成されていることを特徴とする請求項13記載の液滴吐出ヘッド。
  15. 前記基板側位置合わせ部は、前記配線パターンが前記第2導電接続部に接続する側と反対の側の端部に配設されていることを特徴とする請求項13又は14記載の液滴吐出ヘッド。
  16. 請求項13〜15のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

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