JP2010227760A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】OLB接続部における接続信頼性を向上させることができる、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】第1基板22と、駆動素子23と、第2基板25と、ケース部材101と、実装部27A及び接続部27bを有し、接続部27bが第2基板25及びケース部材101の開口部150に挿入された状態で開口部150の底面に露出する駆動素子23の端子部47と接続されるフレキシブル基板27と、フレキシブル基板27における駆動素子23の端子部47に対する接続強度を補強する補強材81と、を備えた液滴吐出ヘッドである。補強材81は、開口部150の内壁面28aにフレキシブル基板27の幅方向における少なくとも一方の端部に対向するように設けられる凸状部材80とフレキシブル基板27との間に入り込んだ状態で設けられている。
【選択図】図5
【解決手段】第1基板22と、駆動素子23と、第2基板25と、ケース部材101と、実装部27A及び接続部27bを有し、接続部27bが第2基板25及びケース部材101の開口部150に挿入された状態で開口部150の底面に露出する駆動素子23の端子部47と接続されるフレキシブル基板27と、フレキシブル基板27における駆動素子23の端子部47に対する接続強度を補強する補強材81と、を備えた液滴吐出ヘッドである。補強材81は、開口部150の内壁面28aにフレキシブル基板27の幅方向における少なくとも一方の端部に対向するように設けられる凸状部材80とフレキシブル基板27との間に入り込んだ状態で設けられている。
【選択図】図5
Description
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置に関するものである。
マイクロデバイスを製造する方法の一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1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(ドライバー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(例えば、特許文献1)。
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)することが望まれている。駆動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駆動素子同士の間の距離も小さく(短く)する必要がある。
しかしながら、駆動素子同士の間隔を狭くすると、これら複数の駆動素子のそれぞれとドライバーICとをワイヤボンディングによって接続する際に、ワイヤの本数が大量であるため、隣接するワイヤ(配線)間で短絡が生じ易くなることからワイヤボンディングを行うためには配線(実装)が非常に難しくなり、作業性が著しく低下してしまう。また、このようなワイヤボンディング実装では接続部の強度が弱く、歩留まりが向上しないという問題がある。また、ワイヤの本数が大量であるため、ワイヤボンディング実装に長時間を要することになる。
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、アウターリードとして機能する配線パターンを予め形成したフレキシブル基板(可撓性基板)を用いて、アウターリードボンディング(OLB:Outer Lead Bonding)接続を行うことでワイヤ同士の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(駆動回路部)との間の電気的接続を行うことが考えられている(例えば、特許文献2)。
ところで、このようなOLB接続においては、例えばフレキシブル基板に曲げ力や引張力などが働くとOLB接続部に応力が加わり、OLB接続部が剥離することで導通不良が生じ、動作不良が生じる可能性がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、OLB接続部における接続信頼性を向上させることができる、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の液滴吐出ヘッドは、第1基板と、該第1基板上に設けられた駆動素子と、前記第1基板の前記駆動素子側に設けられた第2基板と、該第2基板の前記第1基板と反対側に設けられたケース部材と、駆動回路部が実装される実装部及び該実装部に電気的に接続される接続部を有し、前記接続部が前記第2基板及び前記ケース部材の開口部に挿入された状態で前記開口部の底面に露出する前記駆動素子の端子部と接続されるフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板における前記駆動素子の端子部に対する接続強度を補強する補強材と、を備え、前記補強材は、前記開口部の内壁面に前記フレキシブル基板の幅方向における少なくとも一方の端部に対向するように設けられる凸状部材と前記フレキシブル基板との間に入り込んだ状態で設けられていることを特徴とする。また、前記凸状部材が前記ケース部材に設けられているのが好ましい。
本発明の液滴吐出ヘッドによれば、補強材の配置時に凸状部材がガイドとして機能することで、毛細管力によりケース部材の開口部の側面を這い上がった補強材が凸状部材及びフレキシブル基板間に入り込んだ状態とされている。よって、例えば曲げ力等の外力が働いた場合に応力が集中するフレキシブル基板の端部の少なくとも一方がケース部材に確実に固定されるので、高い接合強度を備えたものとなる。したがって、フレキシブル基板の接続部と駆動素子の端子部との接合部における接続信頼性が高い液滴吐出ヘッドを提供できる。
また、上記液滴吐出ヘッドにおいては、前記凸状部材が前記フレキシブル基板の幅方向における両端部に対向するように設けられているのが好ましい。
この構成によれば、フレキシブル基板の両端部に対向する凸状部材を備えるので、フレキシブル基板の接合強度をより向上させることができる。
この構成によれば、フレキシブル基板の両端部に対向する凸状部材を備えるので、フレキシブル基板の接合強度をより向上させることができる。
また、上記液滴吐出ヘッドにおいては、前記凸状部材は、前記開口部の深さ方向に沿って延在しているのが好ましい。
この構成によれば、フレキシブル基板の延在方向に亘って補強材が配置されるので、フレキシブル基板の接合強度をより向上させることができる。
この構成によれば、フレキシブル基板の延在方向に亘って補強材が配置されるので、フレキシブル基板の接合強度をより向上させることができる。
また、上記液滴吐出ヘッドにおいては、前記凸状部材は、前記深さ方向における上方に向かって前記フレキシブル基板との隙間が漸次小さくなっているのが好ましい。
この構成によれば、フレキシブル基板と凸状部材との隙間が深さ方向の上方において狭まっているため、毛細管力の働きにより凸状部材の上端まで補強材を確実に這い上がらせることができる。
この構成によれば、フレキシブル基板と凸状部材との隙間が深さ方向の上方において狭まっているため、毛細管力の働きにより凸状部材の上端まで補強材を確実に這い上がらせることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、駆動素子が設けられた第1基板に前記駆動素子の端子部を露出させる開口部をそれぞれ有した第2基板及びケース部材を順次接合する接合工程と、
フレキシブル基板の接続部を前記開口部内に挿入し、前記開口部の底面に露出している前記駆動素子の端子部と前記接続部とを接続する接続工程と、
前記開口部内に前記フレキシブル基板の接続強度を補強する補強材を配置する配置工程と、を備え、
前記配置工程においては、前記フレキシブル基板と、該フレキシブル基板の幅方向における少なくとも一方の端部に対向するように前記開口部の内壁面に設けられた凸状部材と、の間に前記補強材を入り込ませて、前記フレキシブル基板と前記凸状部材とを固定することを特徴とする。また、前記凸状部材が形成された前記ケース部材を用いるのが好ましい。
フレキシブル基板の接続部を前記開口部内に挿入し、前記開口部の底面に露出している前記駆動素子の端子部と前記接続部とを接続する接続工程と、
前記開口部内に前記フレキシブル基板の接続強度を補強する補強材を配置する配置工程と、を備え、
前記配置工程においては、前記フレキシブル基板と、該フレキシブル基板の幅方向における少なくとも一方の端部に対向するように前記開口部の内壁面に設けられた凸状部材と、の間に前記補強材を入り込ませて、前記フレキシブル基板と前記凸状部材とを固定することを特徴とする。また、前記凸状部材が形成された前記ケース部材を用いるのが好ましい。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、補強材の塗布時に凸状部材がガイドとして機能し、第2基板及びケース部材の開口部の側面に沿って補強材が毛細管力によって這い上がり、凸状部材及びフレキシブル基板間に入り込んだ状態となる。よって、例えば曲げ力等の外力が働いた場合に応力が集中するフレキシブル基板の端部の少なくとも一方がケース部材に確実に固定されることで高い接合強度を備えた実装構造を得ることができる。したがって、フレキシブル基板の接続部と駆動素子の端子部との接合部において高い接続信頼性を備えた液滴吐出ヘッドを製造することができる。
また、上記液滴吐出ヘッドの製造方法においては、前記ケース部材として、前記凸状部材が前記フレキシブル基板の幅方向における両端部に対向するように設けられたものを用いるのが好ましい。
この構成によれば、フレキシブル基板の両端部に対向する凸状部材を備えるので、フレキシブル基板の接合強度をより向上させることができる。
この構成によれば、フレキシブル基板の両端部に対向する凸状部材を備えるので、フレキシブル基板の接合強度をより向上させることができる。
本発明の液滴吐出装置は、上記液滴吐出ヘッド又は上記製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
本発明の液滴吐出装置によれば、上述のように接続部における接続信頼性が高い液滴吐出ヘッドを備えているので、この液滴吐出装置自体も、フレキシブル基板の接続不良の発生が防止された信頼性の高いものとなる。
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、液滴吐出ヘッドの短手方向(ノズルの配列方向)をX軸方向、液滴吐出ヘッドの長手方向(X軸方向と直交する方向)をY軸方向、液滴吐出ヘッドの厚さ方向(すなわちX軸方向及びY軸方向のそれぞれに直交する方向)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6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に係る構成を示す外観斜視図、図2は液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図3は液滴吐出ヘッドをノズル開口側から見た斜視図の一部破断図、図4は図1のA−A線矢視断面図、図5はフレキシブル基板の接続部を拡大して示す断面図、図6はフレキシブル基板の平面図である。
本発明の液滴吐出ヘッドの一実施形態について、図1〜図6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に係る構成を示す外観斜視図、図2は液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図3は液滴吐出ヘッドをノズル開口側から見た斜視図の一部破断図、図4は図1のA−A線矢視断面図、図5はフレキシブル基板の接続部を拡大して示す断面図、図6はフレキシブル基板の平面図である。
液滴吐出ヘッド1は、図1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(第1基板)と、流路形成基板22の上面に設けられて圧電素子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ー形成基板25(第2基板)と、リザーバー形成基板25の上面側に設けられるケース部材101と、圧電素子(駆動素子)23とドライバーIC(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とを備えた基体1Aを主体に構成されている。なお、本実施形態においては、一つの基体1Aにより液滴吐出ヘッドを構成しているが、複数の基体1Aをユニット化することで液滴吐出ヘッドを構成するようにしてもよい。
ケース部材101は、例えばプラスチックによって構成されている。このケース部材は、液滴吐出ヘッド1を後述するような液滴吐出装置に搭載する際の取付け部材として利用されるものである。
図3に示されるように、ノズル基板21は、例えばステンレスやガラスセラミックスやプラスチックやシリコン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31が複数形成されている。そして、Y軸方向に複数並んで形成されたノズル開口31によって、第1から第4のノズル開口群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軸方向で隣り合うように形成され、第4ノズル開口群31Dは第2ノズル開口群31Bに対してY軸方向で隣り合うように形成されている。
なお、図3では、第1から第4のノズル開口群31A〜31Dがそれぞれ6個のノズル開口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31が形成されている。
流路形成基板22は、例えば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35は、流路形成基板22の母材であるシリコン単結晶基板を異方性エッチングすることで形成されている。
また、流路形成基板22の下面には例えば接着材や熱溶着フィルムなどを介してノズル基板21が固定されている一方、流路形成基板22の上面には振動板24が設けられている。
また、流路形成基板22の下面には例えば接着材や熱溶着フィルムなどを介してノズル基板21が固定されている一方、流路形成基板22の上面には振動板24が設けられている。
そして、複数の隔壁35を有する流路形成基板22と、ノズル基板21と、振動板24とで囲まれた空間によって、ノズル開口31より吐出される機能液が配置される圧力発生室36が形成されている。この圧力発生室36は、第1から第4のノズル開口群31A〜31Dのそれぞれを構成する複数のノズル開口31に対応するようにして、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に対応して形成された複数の圧力発生室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に対応する複数の圧力発生室36によって第2圧力発生室群36Bが構成され、第3ノズル開口群31Cに対応する複数の圧力発生室36によって第3圧力発生室群36Cが構成され、第4ノズル開口群31Dに対応する複数の圧力発生室36によって第4圧力発生室群36Dが構成されている。第1圧力発生室群36Aと第2圧力発生室群36BとはX軸方向に関して互いに対向するように配置され、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36Aを構成する複数の圧力発生室36の一方の端部は、リザーバー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、後述するリザーバー部51に接続されている。
同様に、第2〜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。
同様に、第2〜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。
流路形成基板22とリザーバー形成基板25との間に配置された振動板24は、流路形成基板22の上面を覆うよう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おり、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。
振動板24を変位させるための圧電素子23、すなわち駆動素子は、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47(端子部)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、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。
また、第1ノズル開口群31Aを構成する各ノズル開口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)が形成されている。これら第1圧電素子群23Aと第2圧電素子群23Bとは、X軸方向において互いに対向するように配置されている。また、第3圧電素子群と第4圧電素子群とは、X軸方向において互いに対向するように配置されている。
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。
リザーバー形成基板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をエッチングすることで形成されている。また、リザーバー形成基板25は、例えば熱酸化により表面に絶縁膜が形成された状態となっている。なお、リザーバー形成基板25としては、流路形成基板22の熱膨張率とほぼ同一の熱膨張率を有する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。
リザーバー形成基板25には、図4に示すように、連通部39のそれぞれと対応するリザーバー部51がY軸方向に延びるように形成されている。このリザーバー部51と上述した連通部39とによってリザーバー37が構成される。
また、リザーバー形成基板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。
また、リザーバー形成基板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。
また、リザーバー形成基板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によってリザーバー部51の上部が封止されている。
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によってリザーバー部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、リザーバー部51に対応する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部56となっている。したがって、リザーバー部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57となっている。また、コンプライアンス基板53上には、上記ケース部材101が設けられている。
また、リザーバー部51の外側のコンプライアンス基板53及びケース部材101には、導入路52に連通してリザーバー部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。通常、機能液導入口58からリザーバー部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ー部51内に圧力変化が生じる。しかしながら、上述のように、リザーバー部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、リザーバー部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。また、ケース部材101は、可撓部57の変形を損なわないように可撓部57に非接触状態で設けられている。
リザーバー形成基板25のX軸方向における中央部には、Y軸方向に延びる溝状の開口部60が形成されている。これらの開口部60は、X軸方向に並んだ2つずつの開口部60がY軸方向に延びる壁部25Aにより仕切られており、それぞれの開口部60からX軸方向外側の領域に、第1から第4圧電素子群23A〜23Dを振動板24との間で封止する第1および第2封止部61A,61Bと、第3および第4封止部とが形成されている。より詳しくは、第1封止部61Aは、第1圧力発生室群36Aに対応する第1圧電素子群23Aを振動板24との間で封止し、第2封止部61Bは第2圧電素子群23Bを封止している。第3封止部および第4封止部は、図4には記載されていないが、第3および第4圧電素子群を封止している。
リザーバー形成基板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が確保されており、こ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および第2封止部61A,61Bと、第3および第4封止部のそれぞれに形成されており、第1から第4の圧電素子群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。
このように、リザーバー形成基板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。リザーバー形成基板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。
また、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の一方の端部は、第1封止部61Aの外側まで延びており、開口部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の他方の端部は、第2封止部61Bの外側まで延びており、開口部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開口部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の他方の端部は、第2封止部61Bの外側まで延びており、開口部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開口部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、ケース部材101のX軸方向における中央部には、Y軸方向に沿って形成される開口部102が形成されている。この開口部102は、少なくとも上記リザーバー形成基板25に形成された開口部60の開口領域を含む大きさとされており、図1、2に示されるようにフレキシブル基板27の保持領域(内壁面)103が切欠状に形成されている。以下、リザーバー形成基板25の開口部60及びフレキシブル基板27の開口部により構成される開口を総称して、貫通開口部(開口部)150と呼ぶ。
具体的に保持領域103にはフレキシブル基板27における対向するドライバーIC26の実装面側に対向する凸状部材80がそれぞれ設けられている。凸状部材80はフレキシブル基板27の幅方向(図1,2で示されるY軸方向)における両方の端部に対向するように設けられている。なお、凸状部材80はケース部材101と同一材料から構成されていてもよいし、別部材から構成されていてもよい。
ドライバーIC26は、例えば回路基板や駆動回路を含む半導体集積回路(IC)を有するドライバーICであり、第1から第4のノズル開口群31A〜31Dに応じて4つ設けられている。各ドライバーIC26は、フレキシブル基板27の一方の面の所定領域(実装部)27Aにフリップチップ実装されている。
このようなドライバーIC26が実装されたフレキシブル基板24は、図2に示されるようにケース部材101及びリザーバー形成基板25の貫通開口部150内に一端側が挿入された状態とされている。フレキシブル基板24は、貫通開口部150の底面に露出する圧電素子23のリード電極47とドライバーIC26とを電気的に接続している。
具体的には、フレキシブル基板27は、ドライバーIC26の実装領域と端子部73との間を折り曲げて、端子部73側の端部すなわち接続部27bを貫通開口部150(図4,5)内に挿入させることで、貫通開口部150に配置されているリード電極47と端子部73とを接続している。端子部73とリード電極47とは、例えば異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などの導電性接着材79によって接続されている。以下、端子部73とリード電極47との接続構造をOLB接続部100と称す。
フレキシブル基板27は、図6に示すようにフィルム基材71と、フィルム基材71の一面に形成された第1配線パターン72、第2配線パターン74、グランド配線76、圧電素子23と接触して接続される端子部73をそれぞれ備えている。フレキシブル基板の端子部73側が同図中O線で折り曲げられており、この折り曲げ部が圧電素子23のリード電極47に接続される接続部27bを構成している。
フィルム基材71は、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であって、その下面27aに、銅などの導電性材料からなる上記第1配線パターン72、第2配線パターン74、およびグランド配線76が、プリント方式により電解メッキやエッチングなどの手法によって形成されている。また、下面27aの所定領域には端子部73が形成されており、第1配線パターン72の一端に接続されている。
フレキシブル基板27の下面27aの所定領域(実装部)27Aには、圧電素子23を駆動するためのドライバーIC26がそれぞれ配置されており、フレキシブル基板27の各下面27aにフリップチップ実装されることにより、対応する第1配線パターン72、第2配線パターン74、及びグランド配線76に接続されている。また、ドライバーIC26とフレキシブル基板27との間には、接続強度を高めるための樹脂(接着材)78が設けられている(図5参照)。ドライバーIC26の中心は、フレキシブル基板27が圧電素子23に接続された状態で、複数の駆動素子23からなる駆動素子列の中央(具体的には、開口部60の中央)と一致している。
また、フレキシブル基板27には、外部コントローラCTと電気的に接続される外部信号入力部77が形成されており、ドライバーIC26に接続する第2配線パターン74とグランド配線76によって構成されている。外部信号入力部77から入力された外部信号は、第2配線パターン74を介してドライバーIC26へと入力される。
ところで、フレキシブル基板27は、図1に示されるように外部信号入力部77側が折り曲げられた状態で外部コントローラCTに接続される。そのため、OLB接続部100には、フレキシブル基板27に働く曲げ応力や引張力によって負荷が加わった状態となる。
フレキシブル基板27に曲げ力や引張力が働くと、フレキシブル基板27の幅方向における端部に応力が集中する。また、OLB接続部100を構成する接続部27bにおいては、同様に幅方向における端部に応力が集中するため接合強度が低下するおそれがある。これに対し、本実施形態では、フレキシブル基板27における駆動素子23のリード電極47との接続強度、すなわちOLB接続部100の接続強度を補強すべく、例えば接着材などからなる補強材81を介してフレキシブル基板27を貫通開口部150の内壁面28aに固定している。
具体的には、図4,5に示すように、補強材81は、凸状部材80とフレキシブル基板27との間に入り込んだ状態で設けられている。凸状部材80はフレキシブル基板27の幅方向における両端部に対向する位置に設けられ、貫通開口部150の深さ方向(図中Z方向)に沿って延在し、さらに深さ方向における上方に向かってフレキシブル基板27との隙間が漸次小さくなっている。そのため、後述のように補強材81を塗布した際、毛細管力の働きによりフレキシブル基板27と凸状部材80との間に補強材81を入り込んだ状態となっている。
凸状部材80はフレキシブル基板27の幅方向における両端部に対向する位置に設けられていることから、フレキシブル基板27の両端部が補強材81を介して貫通開口部150の内壁面28aに固定されたものとなっている。
したがって、フレキシブル基板27に曲げ力や引張力が働いた際、応力が集中するフレキシブル基板27の端部が補強材81によって貫通開口部150の内壁面に固定されているので、OLB接続部100における接続強度を大幅に向上させることができる。
本実施形態によれば、補強材81によってOLB接続部100における接続信頼性が高い液滴吐出ヘッド1を備えたものとなる。よって、ドライバーIC26と圧電素子23との間において安定した電気的接続を得ることができ、信頼性の高い液滴吐出動作を行うことができる。
(液滴吐出ヘッドの製造方法)
次に、上述した構成の液滴吐出ヘッド1の製造方法について説明する。図7は、液滴吐出ヘッドの製造工程の一部(OLB実装工程)を示す断面図である。なお、以下の説明において、ドライバーIC26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1のうち、ノズル基板21、流路形成基板22、リザーバー形成基板25、圧電素子23、フレキシブル基板27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。
次に、上述した構成の液滴吐出ヘッド1の製造方法について説明する。図7は、液滴吐出ヘッドの製造工程の一部(OLB実装工程)を示す断面図である。なお、以下の説明において、ドライバーIC26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1のうち、ノズル基板21、流路形成基板22、リザーバー形成基板25、圧電素子23、フレキシブル基板27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。
ノズル基板21、圧電素子23を形成した流路形成基板22、及びリザーバー形成基板25を順次接合する(接合工程)。次に、フレキシブル基板27をリザーバー形成基板25及びケース部材101の対応する貫通開口部150内(開口部60)に実装する。図7に示すように、貫通開口部150内に接続部27bを挿入するとともに、実装部27Aに実装されたドライバーIC27を突出させた状態で、フレキシブル基板27の接続部27bに設けられた各端子部73と圧電素子23の各リード電極47とを位置合わせした状態で当接させ、仮接合する。なお、予め、端子部73の下面またはリード電極47の上面には、導電性接着材79を設けておく。
実装には、ボンディングツールTを用いてフレキシブル基板27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、接続部27bを押圧して端子部73をリード電極47に当接させる。なお、フレキシブル基板27の接続部27bにアライメントマーク(不図示)を設ける事で、フレキシブル基板27に対するボンディングツールTの位置合わせを行うようにしてもよいし、端子部73とリード電極47との位置合わせに用いることもできる。
そして、フレキシブル基板27の接続部27bと圧電素子23のリード電極47とを対向させた状態で、ボンディングツールTで接続部27bを押圧及び加熱する。
このとき、端子部73とリード電極47との少なくとも一方には異方性導電材料79が予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による押圧及び加熱を行うことで、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(接続工程)。
また、軟化した異方性導電材料79は、端子部73とリード電極47との隙間を埋めるようにして拡がることから、フレキシブル基板27の接続部27bと圧電素子23のリード電極47とを強固に接続することが可能となる。これにより、端子部73とリード電極47との接続構造としてのOLB接続部100を構成することができる。
このとき、端子部73とリード電極47との少なくとも一方には異方性導電材料79が予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による押圧及び加熱を行うことで、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(接続工程)。
また、軟化した異方性導電材料79は、端子部73とリード電極47との隙間を埋めるようにして拡がることから、フレキシブル基板27の接続部27bと圧電素子23のリード電極47とを強固に接続することが可能となる。これにより、端子部73とリード電極47との接続構造としてのOLB接続部100を構成することができる。
続いて、ニードルNを用いて貫通開口部150内に補強材81を塗布する(補強工程)。このとき、ニードルNは図8に示されるようにフレキシブル基板27の前面側(ドライバーIC26の実装面側)に挿入される。ニードルNから塗布された補強材81は、図9に示すようにフレキシブル基板27の接続部27b(OLB接続部100)を覆うとともに、フレキシブル基板27の背面側(ドライバーIC26の実装面側)に回り込む。
本実施形態では、凸状部材80において貫通開口部150の内壁面とフレキシブル基板27との距離が狭まった状態となっているため、補強材81は図9に示すように凸状部材80とフレキシブル基板27との間に毛細管力によって入り込むようになる。すなわち、補強材81の塗布時において凸状部材80がガイドとして機能することで貫通開口部150の内壁面に沿って補強材81を這い上がらせることができる。
また、凸状部材80は、図9に示したように貫通開口部150の深さ方向に沿って延在するとともに上方に向かってフレキシブル基板27との隙間が漸次小さくなっているので、補強材81を上方に向かわせる毛細管力を強めている。よって、毛細管力の働きにより凸状部材80とフレキシブル基板27との間に補強材81を確実に入り込ませることができる。よって、フレキシブル基板27は、幅方向における両端部が補強材81によって貫通開口部150の内壁面に接合されたものとなる。同様にして全てのフレキシブル基板27を貫通開口部150(開口部60)内に実装するとともに補強材81を塗布する。以上のようにして、液滴吐出ヘッド1を製造する。
本実施形態によれば、毛細管力を利用して凸状部材80とフレキシブル基板27との隙間に補強材81を確実に入り込ませることができる。これにより、フレキシブル基板27に曲げ力や引張力が働いた際、応力が集中するフレキシブル基板27の端部を確実に保持することができ、OLB接続部100における接続強度を大幅に向上させることができる。
<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10を参照しながら説明する。図10は液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
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10を参照しながら説明する。図10は液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
図10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、外部コントローラ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。なお、液滴吐出ヘッド1は、不図示のキャッリッジにケース部材101を介して液滴吐出装置IJに取付けられている。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、外部コントローラ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、外部コントローラ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。
外部コントローラ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、外部コントローラ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の移動も外部コントローラ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、外部コントローラ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。
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、上述のようにフレキシブル基板27のOLB接続部100における接続信頼性が高い液滴吐出ヘッド1を備えているので、この液滴吐出装置IJ自体も、OLB接続部100における導通不良が防止された信頼性の高いものとなる。
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。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、ドライバーIC26を実装したフレキシブル基板27を圧電素子23のリード電極47に接合する場合について説明したが、実装部27Aを開口部内から突出させた状態でフレキシブル基板27をリード電極47と接合した後、実装部27Aに対してドライバーIC26を実装するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、各保持領域103にフレキシブル基板27の幅方向における両方の端部に対向するように凸状部材80を設ける場合について説明したが、少なくとも一方の端部に対向するように凸状部材80を設けるようにしてもよい。
1…液滴吐出ヘッド、22…流路形成基板(第1基板)、23…圧電素子(駆動素子)、25…リザーバー形成基板(第2基板)、26…ドライバーIC(駆動回路部)、27…フレキシブル基板、27A…実装部、27b…接続部、28a…内壁面、47…リード電極(端子部)、60…開口部、80…凸状部材、81…補強材、101…ケース部材、102…開口部、150…貫通開口部(開口部)、IJ…液滴吐出装置
Claims (9)
- 第1基板と、
該第1基板上に設けられた駆動素子と、
前記第1基板の前記駆動素子側に設けられた第2基板と、
該第2基板の前記第1基板と反対側に設けられたケース部材と、
駆動回路部が実装される実装部及び該実装部に電気的に接続される接続部を有し、前記接続部が前記第2基板及び前記ケース部材の開口部に挿入された状態で前記開口部の底面に露出する前記駆動素子の端子部と接続されるフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板における前記駆動素子の端子部に対する接続強度を補強する補強材と、を備え、
前記補強材は、前記開口部の内壁面に前記フレキシブル基板の幅方向における少なくとも一方の端部に対向するように設けられる凸状部材と前記フレキシブル基板との間に入り込んだ状態で設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 前記凸状部材が前記ケース部材に設けら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。
- 前記凸状部材が前記フレキシブル基板の幅方向における両端部に対向するように設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記凸状部材は、前記開口部の深さ方向に沿って延在し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液滴吐出ヘッド。
- 前記凸状部材は、前記深さ方向における上方に向かって前記フレキシブル基板との隙間が漸次小さくなっていることを特徴とする請求項4に記載の液滴吐出ヘッド。
- 駆動素子が設けられた第1基板に前記駆動素子の端子部を露出させる開口部をそれぞれ有した第2基板及びケース部材を順次接合する接合工程と、
フレキシブル基板の接続部を前記開口部内に挿入し、前記開口部の底面に露出している前記駆動素子の端子部と前記接続部とを接続する接続工程と、
前記開口部内に前記フレキシブル基板の接続強度を補強する補強材を配置する配置工程と、を備え、
前記配置工程においては、前記フレキシブル基板と、該フレキシブル基板の幅方向における少なくとも一方の端部に対向するように前記開口部の内壁面に設けられた凸状部材と、の間に前記補強材を入り込ませて、前記フレキシブル基板と前記凸状部材とを固定することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 前記凸状部材が形成された前記ケース部材を用いることを特徴とする請求項6に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記ケース部材として、前記凸状部材が前記フレキシブル基板の幅方向における両端部に対向するように設けられたものを用いることを特徴とする請求項6又は7に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド又は請求項6〜8のいずれか一項に記載の製造方法により製造された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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JP2009075896A JP2010227760A (ja) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | 液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置 |
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JP2013199000A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Brother Industries Ltd | 液滴吐出装置及びその製造方法 |
-
2009
- 2009-03-26 JP JP2009075896A patent/JP2010227760A/ja active Pending
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