JP2007307833A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 ボンディングにより配線基板と接続されたインクジェットヘッドの実装部の封止構造において、より高い信頼性を確保する。また、部品点数を少なくし、製造コストを下げる。
【解決手段】 ボンディングにより配線基板と接続されたインクジェットヘッドの実装部の封止構造であって、配線基板のベースフィルムが、配線基板のインナーリードを完全に被覆した。
【選択図】 図６

Description

本発明は、吐出口から記録液体を吐出して記録を行なうインクジェットヘッド、およびその製造方法に関する。

従来よりの記録方式のうち、吐出口からインクを吐出させて被記録媒体上に記録を行うインクジェット記録方式は、静かで、高密度かつ高速の記録動作が可能であるため、近年では広く採用されている。

この方式を採る一般的な記録装置は、被記録媒体への画像記録のためにインクを吐出するインクジェットヘッドと、被記録媒体の搬送装置とを備えている。

インクジェットヘッドは、吐出口からインク滴を吐出させるために吐出口と連通するノズル内に、ピエゾ素子等の電気機械変換体素子を用いたもの、発熱抵抗体等の電気熱変換体素子を用いたもの、あるいは電波やレーザの電磁波機械変換体素子，電磁波熱変換体素子を用いたもの等がある。その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録装置は、ノズルを高密度に配列させることができるため高解像度の記録を行うことが可能である。

特に、電気熱変換体素子を熱エネルギー発生素子として用いたインクジェットヘッドは、電気機械変換体素子を用いたものよりも小型化が容易であり、更には、最近の半導体製造分野において進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術を応用して、その長所を十分に活用することにより高密度実装化が容易でかつ低コストにて提供可能となる。

このような変換体の変換部が設けられたヒーターボード（以下ＨＢ）に記録装置本体から送られてくる電気信号を伝達するための、基材がガラス／エポキシ等からなる配線基板がインクジェットヘッドの一部として配設されている。この配線基板には、記録装置本体のフレキシブル配線基板と接触して電気的に接続されるコンタクトパッドが配設されている。ＨＢと配線基板とは、その間に、インナーリードからアウターリードまでを配線されたＴＡＢテープを介して接続されている。具体的には、ＨＢとＴＡＢテープの接続は、ＨＢのパッド上に形成された金バンプとＴＡＢテープに形成されたインナーリードとをボンディングによって接続される。また、ＴＡＢテープと配線基板の接続には、それぞれのパッド間にＡＣＦテープを挟み込んで、ＡＣＦによる熱荷重工程を経て接続される。

また、それぞれの電気的接続部分には、外部からのインク等による腐食、およびショート等を防ぐためにカバー封止が必須であり、封止部分の材質や用途によって封止剤を使い分ける必要がある。

前述のインクジェットヘッドの、ＨＢとＴＡＢテープの接続部分に用いられる封止技術としては、インナーリードを境にして上下に、性質の異なる２つの封止剤を用いるというものであった。

また、封止工程も複雑で、下封止剤を塗布後に熱キュアをかけて硬化させ、その後、上封止剤を塗布後に再度熱キュアをかけて完成させる、というものであった。

従来例としては、例えば特許文献１をあげることが出来る。
特開２００４−３５１７５４号公報

なぜこのような複雑な封止工程を行なっているのか下記に理由を説明する。

下封止においては、「粘度が低く、硬化後も弾性を持たせたい」という項目が要求される。これは、前述したようにＨＢを複数配列しているが、その配列の隙間は非常に小さいため、粘度の低いタイプでないと毛管力で流れ込んでいかないために要求されている。また、ＨＢはシリコンから形成されているため、熱衝撃に非常に弱い性格を持っており、熱硬化後も弾性を持っている性質の封止剤でなければならない。

一方、上封止においては「粘度が高く、硬化後は弾性を持たせたくない」という項目が要求される。これは、インナーリード部の上だけに封止剤を塗布しなければならないため、粘度が低いと余計なところまで流れ出してしまう可能性がある。また、記録本体に備えられた、ノズル付近に付着したインクを除去するためのブレードに対して、耐久性を持たせるためには、硬化後はなるべく弾力性を持たない封止剤でなければならない。

このような双方の理由から、相反する性質をもつ２種類の封止剤を用いているが、前述のように封止工程は複雑になり、また、性質の異なる封止剤を連続して使いこなすために、熱キュア条件等も非常にシビアである。また、硬化状態が不安定な場合は、２種類の封止剤が互いに相溶し合うことで完全に硬化しない可能性があり、時として、外部からのインク等の浸入による電気ショートに至る場合もあり、硬化条件等では回避できない問題もあるため、代替技術が望まれている。

そこで本発明の目的は、上記のような問題に鑑み、インナーリード部を確実にカバー封止でき、かつ環境変化による電気的接続部への影響もなく、さらには封止工程も簡略化できることで生産性向上へもつながるという、それぞれの課題に対してすべてを満たす、信頼性の高い封止構造、および封止手段を提供するものである。

上記目的を達成するために本発明の第１の態様は、液滴を吐出する開口に連通するノズルと、前記ノズルに供給する液体を貯留するための液体貯留部と、外部より前記液体貯留部に液体を導入する液体導入部と、を有するインクジェットヘッドにおける実装部の封止構造であって、前記インクジェットの構成が、アルミナ製のチッププレートに複数のＨＢを位置決めして配列した後に、インナーリードを備えたＴＡＢを前記ＨＢに対して位置決めして貼り合わせを行ない、あらかじめＨＢ上に設けられたパッド上のバンプに対して、ＴＡＢのインナーリードを１対１でボンディングして導通を行なうインクジェット記録ヘッドにおいて、ＴＡＢのベースフィルムがインナーリード上部を完全に被覆している、インナーリードボンディング部分の封止構造が好ましい。

また、上記目的を達成するために本発明の第２の態様は、前記前記ベースフィルムの下部に封止剤を充填してなることが好ましい。

また、上記目的を達成するために本発明の第３の態様は、前記前記ベースフィルムはポリイミド樹脂であることが好ましい。

また、上記目的を達成するために本発明の第５の態様は、液滴を吐出する開口に連通するノズルと、前記ノズルに供給する液体を貯留するための液体貯留部と、外部より前記液体貯留部に液体を導入する液体導入部と、を有するインクジェットヘッドにおける実装部の封止構造であって、前記インクジェットの構成が、アルミナ製のチッププレートに複数のＨＢを位置決めして配列した後に、インナーリードを備えたＴＡＢを前記ＨＢに対して位置決めして貼り合わせを行ない、あらかじめＨＢ上に設けられたパッド上のバンプに対して、ＴＡＢのインナーリードを１対１でボンディングして導通を行なうインクジェット記録ヘッドにおいて、ＴＡＢのベースフィルムがインナーリード上部を完全に被覆している、インナーリードボンディング部分の封止方法を特徴とする、インクジェットヘッドの製造方法が好ましい。

以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドの封止構造、および封止方法によれば、従来のインナーリードを境にして上下に組成の違う２種類の封止剤を用いる技術に比べて、インナーリードを一種類の封止剤で完全に覆うことが可能であり、外部からのインク等の浸入に対する信頼性が飛躍的に向上する。

また、従来のインナーリード上に塗布される封止剤では、硬化時にヒビが入ったり、本体のブレードによって削れたり磨耗したりすることがあったが、本発明のカバー部材を用いることで、強度の観点からも本体のブレードに対する信頼性が向上する。

また、高い粘度の封止剤を使わず、ＴＡＢのベースフィルムを用いるため、フェイス面の凸部が発生せず、紙とヘッドの間隔を近づけることができ、インク滴の着弾に有利である。また本体のブレードによる拭き残しも発生しない。

また、コストの面でも、ＴＡＢのベースフィルムを使用することで部品点数を低減し、工程においても、封止剤塗布、および熱キュアがそれぞれ１回ずつで済むため、タクトが短縮でき、コストダウンとなる。

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。

まず、本発明のヘッドを適用する、一例のインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置の例を述べる。

図１は、本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。

図１に示すインクジェット記録装置は、インクジェットヘッド２０１の往復移動（主走査）と、一般記録紙、特殊紙、ＯＨＰフィルム等の記録用シートＳの所定ピッチごとの搬送（副走査）とを繰り返しつつ、これらの動きと同期させながらインクジェットヘッド２０１から選択的にインクを吐出させ、記録用シートＳに付着させることで、文字や記号、画像等を形成するシリアル型のインクジェットプリンタである。

図１において、インクジェットヘッド２０１は、２本のガイドレールに摺動自在に支持され不図示のモータ等の駆動手段によりガイドレールに沿って往復移動されるキャリッジ２０２に着脱可能に搭載されている。記録用シートＳは、搬送ローラ２０３により、インクジェットヘッド２０１のインク吐出面に対面し、かつ、インク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ２０２の移動方向と交差する方向（例えば、直交する方向である矢印Ａ方向）に搬送される。

インクジェットヘッド２０１は、それぞれ異なる色のインクを吐出するための複数のノズル列を有する。インクジェットヘッド２０１から吐出されるインクの色に対応して、複数の独立したメインタンク２０４が、インク供給ユニット２０５に着脱可能に装着される。インク供給ユニット２０５とインクジェットヘッド２０１とは、それぞれインクの色に対応した複数のインク供給チューブ２０６によって接続され、メインタンク２０４をインク供給ユニット２０５に装着することで、メインタンク２０４内に収納された各色のインクを、インクジェットヘッド２０１の各ノズル列に独立して供給することが可能となる。

インクジェットヘッド２０１の往復移動範囲内で、かつ、記録用シートＳの通過範囲外の領域である非記録領域には、回復ユニット２０７が、インクジェットヘッド２０１のインク吐出面と対面するように配置されている。

また、上述したインク供給方式に用いるインクジェットヘッド２０１の外観は例えば図２に示すものとなる。図２はインクジェットヘッド２０１を斜め下側から見た外観図を示している。また、図２はノズルを複数配設されたインクジェットヘッド２０１を示しており、吐出口２１０はノズル２０１ｇの開口であり、複数個の吐出口で構成した列がキャリッジ移動方向Ｂに対して平行に複数配設されている。

次に、このインクジェットヘッドの詳細な構成について、図３および図４を参照しながら、各工程に沿って説明する。

まず、図３−ａは、マクラ貼付け工程である。

アルミナ製のチッププレート２２１に対して、接着剤２２３を塗布した後、同じくアルミナ製のマクラ２２２を位置決めして貼り付け、上から熱をかけて接着剤を硬化させて完成する。

続いて、図３−ｂは、チップマウント工程である。

先に完成したチッププレート結合に対して、ＨＢ２２４を複数位置決めして貼り付ける。ここでは、ＨＢ２２４を４枚を１枚と３枚に分けて貼り付けることにする。この場合の接着剤２２５は、あらかじめＨＢ２２４の裏面に転写方法で塗布しておく。

続いて、図３−ｃは、ＴＡＢ接合工程とボンディング工程である。

先に完成したチップマウントユニットに対して、接着剤２２７を塗布した後、ＴＡＢ２２６を位置決めして貼り付け、上から熱をかけて接着剤２２７を硬化させて完成する。

その後、あらかじめＨＢ２２４上の各端子のパッドに設けられた金バンプ（不図示）に対して、ＴＡＢ２２６のインナーリード（不図示）を１対１でボンディングを行なう。

続いて、図３−ｄは、ボンディング部分のカバー封止工程である。

これは、外力や外部からのインク等の浸入を防ぐために行なうものである。

まず、封止剤(1)２２８を注入する。この場合、先程、複数配列したＨＢ２２４の周囲に確実に回り込むようにしなければならない。特に、ＨＢ２２４同士の隙間は非常に小さいので、より流れ性のよい封止剤が好ましい。注入が完全に終わった後、熱キュアをかけて封止剤(1)２２８を硬化させる。

次に、封止剤(2)２２９をインナーリードの上から塗布する。この場合、余計なところまで流れ出しては困るため、より粘度の高い封止剤が好ましい。塗布が完全に終わった後、再度熱キュアをかけて封止剤(2)２２９を硬化させ、チップユニット２２０が完成する。

続いて、図４−ａは、チップユニット接合工程である。

モールド製のサブタンクユニット２３２に対して、接着剤を塗布した後、先に完成したチップユニット２２０を位置決めして貼り付け、熱キュアをかけて接着剤を硬化させて完成する。

続いて、図４−ｂは、ＰＷＢ接合工程である。

ここでは、本体から送られる電気信号をヘッドに受けるための配線基板（以下ＰＷＢ）２３１をＴＡＢ２２６に対して電気接続させる。ＴＡＢ２２６とＰＷＢ２３１の双方には接続用のパッドが同形状で設けられており、本発明ではＡＣＦテープを介して、熱圧着によって接続を行なっている。

その後、ＰＷＢ２３１を持ち上げてサブタンクユニット２３２に対して熱加締め等により固定され、前述のインクジェットヘッド２０１が完成する。

以上、従来のヘッドの構成を詳細に説明したが、次に、本発明を最もよく表す図５、６について説明する。図５は、本発明で用いるＴＡＢの構成、図６は、前記ＴＡＢを使用した、先に説明した図３−ｃ、ｄのボンディング工程、カバー封止工程に対応する代替工程である。

まず、ＴＡＢ２２６について説明する。ベースフィルム２２６ａでインナーリード２２６ｄを完全に被覆した状態とする。続いて、ベースフィルム２２６ａとインナーリード２２６ｄとの接着面を、溶剤、または鋭利な刃物等で剥離する。剥離部分はカバーフィルム２２６ｃまでとする。上記の工程を経て、図５に示したＴＡＢ２２６が形成できる。

次に、先に説明した図３−ｃ、ｄのボンディング工程、カバー封止工程に対応する代替工程を示した図６について説明する。

まず、図６-ａに示したとおり、ＴＡＢ２２６のベースフィルム２２６ａをボンディングの際、使用するキャビラリ２４０と干渉しないように押さえ冶具２４１で固定する。次にインナーリード２２６ａをボンディングし、押さえの固定２４１を解除する。ベースフィルム２２６ａは弾性でもとの形状に戻り、インナーリード２２６ａ上を覆う。

次に、図６-ｂに示したとおり、ベースフィルム２２６ａの内側を含めて、ＨＢ２２４の周囲全体に流れ性のよい封止剤を流し込む。ここでは、従来使用してきた下封止用の封止剤(1)２２８を用いることが可能である。

他にも、流れ性のよい封止剤があれば、この限りではない。

流れ性のよい封止剤は、ベースフィルム２２６ａとＨＢ２２４の内側を毛管力で瞬時に流れていき、ＨＢ周囲とリード部分を一種類の封止剤で完全に埋めることが可能になる。この状態において熱キュアをかけて、チップユニット２２０が完成する。

本発明では、従来技術とは異なり、インナーリード２２６ａに対して一種類の封止剤のみで完全に覆うことが可能となり、外部からのインク等の浸入に対する信頼性も向上する。

また、封止剤塗布工程、および熱キュア工程がそれぞれ１回ずつで済むため、工程におけるタクトアップにも貢献する。

本発明のインクジェット記録装置の概略的な構成図である。 本発明のインクジェット記録装置のインクジェットヘッドの外観図である。 従来例におけるインクジェットヘッドの実装工程を説明した概略的な模式図である。 インクジェットヘッドの組み立て工程を説明した概略的な模式図である。 本発明のＴＡＢの概略的な構成図である。 本発明のインクジェットヘッド実装工程の一部を説明した概略的な模式図である。

符号の説明

２０１ インクジェットヘッド
２０１ａ コネクタ挿入口
２０２ キャリッジ
２０３ 搬送ローラ
２０４ メインタンク
２０５ インク供給ユニット
２０６ インク供給チューブ
２０７ 回復ユニット
２１０ 吐出口
２１３ 保護キャップ位置決め用ボス
２１５ 引っ掛け部
２２０ チップユニット
２２１ チッププレート
２２２ マクラ
２２３ 接着剤
２２４ ＨＢ
２２５ 接着剤
２２６ ＴＡＢ
２２６ａ ベースフィルム
２２６ｂ 接着剤
２２６ｃ カバーフィルム
２２６ｄ インナーリード
２２７ 接着剤
２２８ 封止剤(1)
２２９ 封止剤(2)
２３１ ＰＷＢ
２３２ サブタンクユニット
２４０ キャピラリ
２４１ 押さえ治具
２４２ スタッドバンプ

Claims (4)

1. 液滴を吐出する開口に連通するノズルと、前記ノズルに供給する液体を貯留するための液体貯留部と、外部より前記液体貯留部に液体を導入する液体導入部と、を有するインクジェットヘッドにおける実装部の封止構造であって、
   前記インクジェットの構成が、アルミナ製のチッププレートに複数のＨＢを位置決めして配列した後に、インナーリードを備えたＴＡＢを前記ＨＢに対して位置決めして貼り合わせを行ない、あらかじめＨＢ上に設けられたパッド上のバンプに対して、ＴＡＢのインナーリードを１対１でボンディングして導通を行なうインクジェット記録ヘッドにおいて、
   ＴＡＢのベースフィルムがインナーリード上部を完全に被覆している、インナーリードボンディング部分の封止構造を特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記ベースフィルムの下部封止剤を充填してなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記ベースフィルムはポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項１、および２に記載のインクジェットヘッド。
4. 液滴を吐出する開口に連通するノズルと、前記ノズルに供給する液体を貯留するための液体貯留部と、外部より前記液体貯留部に液体を導入する液体導入部と、を有するインクジェットヘッドにおける実装部の封止構造であって、
   前記インクジェットの構成が、アルミナ製のチッププレートに複数のＨＢを位置決めして配列した後に、インナーリードを備えたＴＡＢを前記ＨＢに対して位置決めして貼り合わせを行ない、あらかじめＨＢ上に設けられたパッド上のバンプに対して、ＴＡＢのインナーリードを１対１でボンディングして導通を行なうインクジェット記録ヘッドにおいて、
   ＴＡＢのベースフィルムがインナーリード上部を完全に被覆している、インナーリードボンディング部分の封止方法を特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

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