JP2010240850A - Liquid droplet ejection head, method for manufacturing the liquid droplet ejection head, and liquid droplet ejection device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a droplet discharge head, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus.
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)。
A droplet discharge method (inkjet method) has been proposed as one method for manufacturing a microdevice. This droplet discharge method is a method in which a functional liquid containing a material for forming a device is formed into droplets and discharged from a droplet discharge head.
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。 By the way, when manufacturing a microdevice based on the droplet discharge method, in order to meet the demand for further miniaturization of the microdevice, the distance between nozzle openings provided in the droplet discharge head (nozzle pitch) Is desired to be as small (narrow) as possible. Since a plurality of drive elements are provided corresponding to the nozzle openings, if the nozzle pitch is reduced, the distance between the drive elements needs to be reduced (shortened) corresponding to the nozzle pitch.
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。 However, if the distance between the drive elements is narrowed, when connecting each of the plurality of drive elements and the driver IC by wire bonding, the number of wires is large, so that a short circuit occurs between adjacent wires (wirings). Since it tends to occur, wiring (mounting) becomes very difficult to perform wire bonding, and workability is significantly reduced. Further, in such wire bonding mounting, there is a problem that the strength of the connecting portion is weak and the yield is not improved. In addition, since the number of wires is large, wire bonding mounting takes a long time.
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)。 Therefore, in order to solve the problem caused by the connection by such wire bonding, an outer lead bonding (OLB) is used by using a flexible substrate (flexible substrate) in which a wiring pattern functioning as an outer lead is formed in advance. ) It is considered that electrical connection is made between the drive element (piezoelectric element) and the drive device (drive circuit unit) without causing inconvenience such as short-circuiting of the wires by the connection (for example, Patent Document 2).
ところで、このようなOLB接続に用いられるフレキシブル基板は折り曲げ加工により形成されている。そのため、例えば曲げ半径の小さい加工を行った場合、基材上に形成されている配線が伸びてしまい、配線の断面積が減少して配線抵抗が増加する可能性がある。このように伸びた配線は断線し易く、OLB接続部における導通信頼性を低下させる要因となっていた。 By the way, the flexible substrate used for such OLB connection is formed by bending. For this reason, for example, when processing with a small bending radius is performed, the wiring formed on the base material may be extended, and the cross-sectional area of the wiring may be reduced and the wiring resistance may be increased. The wiring extended in this way is easy to break, which has been a factor of reducing the conduction reliability in the OLB connection portion.
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、フレキシブル基板の折り曲げ加工による配線の伸びを防止することでOLB接続部における接続信頼性を向上させた、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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a droplet discharge head, a droplet, and the like, which have improved connection reliability in an OLB connection portion by preventing the wiring from being stretched by bending a flexible substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a discharge head and a droplet discharge device.
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、一端を折り曲げてなる接続部が前記第2基板の貫通孔内に挿入されることにより前記貫通孔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、を備え、前記フレキシブル基板は、基材と、該基材上に設けられて前記駆動素子の前記端子部に電気的に接続される配線とを有し、前記接続部をなす折り曲げ部において内側の前記基材が前記配線から離間していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a droplet discharge head of the present invention includes a first substrate, a drive element provided on the first substrate, and a second element provided on the drive element side of the first substrate. A board and a flexible board connected to the terminal part of the drive element exposed at the bottom of the through hole by inserting a connection part formed by bending one end into the through hole of the second board; The flexible substrate has a base material and a wiring provided on the base material and electrically connected to the terminal portion of the drive element, and the base material inside the bent portion forming the connection portion Is separated from the wiring.
本発明の液滴吐出ヘッドによれば、折り曲げ部において基材と配線とが離間しているため、フレキシブル基板の折り曲げ加工時に配線の伸びることが防止されている。よって、フレキシブル基板に折り曲げ加工を施した際においても配線の伸びに起因して生じる配線の断面積の減少或いは配線の内部抵抗の増加が防止される。したがって、折り曲げに起因する不具合が防止された信頼性の高いフレキシブル基板が駆動素子に接続されてなる液滴吐出ヘッドとなる。 According to the droplet discharge head of the present invention, since the base material and the wiring are separated from each other in the bent portion, the wiring is prevented from extending when the flexible substrate is bent. Therefore, even when the flexible substrate is bent, a reduction in the cross-sectional area of the wiring or an increase in the internal resistance of the wiring caused by the elongation of the wiring is prevented. Therefore, a droplet discharge head is obtained in which a flexible substrate with high reliability in which problems due to bending are prevented is connected to the drive element.
また、上記液滴吐出ヘッドにおいては、前記配線が銅からなる配線パターンに金めっきを施したものであるのが好ましい。
この構成によれば、銅からなる配線パターンに金めっきを施した配線が基材上に形成されており、ニッケルめっきなどの硬い材料が含まれていない。よって、フレキシブル基板の折り曲げ時に配線が断線するリスクを低減できる。
In the droplet discharge head, it is preferable that the wiring is formed by applying a gold plating to a wiring pattern made of copper.
According to this structure, the wiring which plated the wiring pattern which consists of copper on the base material is formed on the base material, and hard materials, such as nickel plating, are not contained. Therefore, it is possible to reduce the risk of disconnection of the wiring when the flexible substrate is bent.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、基材上に配線が形成されてなるフレキシブル基板を用い、所定の位置において前記配線を前記基材から剥離させる剥離工程と、前記剥離工程後、前記所定の位置を基準として前記基材が内側となるように前記フレキシブル基板を折り曲げて当該フレキシブル基板の一端に接続部を設けるとともに折り曲げ部にて前記基材を前記配線から離間させる折り曲げ工程と、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有した第2基板を積層する積層工程と、前記フレキシブル基板の前記接続部を前記開口部内に挿入し、前記フレキシブル基板の前記接続部と前記駆動素子の端子部とを導電性接着材を介して接合する接合工程と、を備える特徴とする。 The manufacturing method of the droplet discharge head of the present invention uses a flexible substrate in which wiring is formed on a base material, a peeling step of peeling the wiring from the base material at a predetermined position, and after the peeling step, A bending step of bending the flexible substrate so that the base material is inside with respect to a predetermined position to provide a connection portion at one end of the flexible substrate and separating the base material from the wiring at the bending portion; and driving A laminating step of laminating a second substrate having an opening that exposes a terminal portion of the driving element on a first substrate provided with an element; and inserting the connecting portion of the flexible substrate into the opening; A bonding step of bonding the connection portion of the substrate and the terminal portion of the driving element via a conductive adhesive.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、基材と配線とが剥離した部分が折り曲げられるので、折り曲げ部において配線が伸びることが防止される。よって、配線の伸びに起因して生じる配線の断面積の減少或いは配線の内部抵抗の増加が防止される。よって、折り曲げに起因する不具合が防止された信頼性の高いフレキシブル基板が駆動素子に接続されてなる液滴吐出ヘッドを製造することができる。 According to the manufacturing method of the droplet discharge head of the present invention, the portion where the substrate and the wiring are separated is bent, so that the wiring is prevented from extending at the bent portion. Therefore, a reduction in the cross-sectional area of the wiring or an increase in the internal resistance of the wiring caused by the extension of the wiring is prevented. Therefore, it is possible to manufacture a droplet discharge head in which a flexible substrate with high reliability in which problems due to bending are prevented is connected to the drive element.
また、上記液滴吐出ヘッドの製造方法においては、前記剥離工程において、前記所定の位置を通る基準軸によって規定される前記フレキシブル基板の一方面側と他方面側とを対向させるように当該フレキシブル基板を屈曲させるのが好ましい。
この構成によれば、基材と配線とを所定の位置で簡便且つ確実に剥離させることができる。
Further, in the method for manufacturing the droplet discharge head, in the peeling step, the flexible substrate is configured such that one surface side and the other surface side of the flexible substrate defined by a reference axis passing through the predetermined position are opposed to each other. Is preferably bent.
According to this structure, a base material and wiring can be peeled easily and reliably in a predetermined position.
また、上記液滴吐出ヘッドの製造方法においては、前記剥離工程において、前記所定の位置を選択的に加熱した状態で前記フレキシブル基板を屈曲させるのが好ましい。
この構成によれば、配線と基材との界面を加熱することで、基材から配線を容易に剥離させることができる。
In the method of manufacturing the droplet discharge head, it is preferable that the flexible substrate is bent in the peeling step in a state where the predetermined position is selectively heated.
According to this configuration, the wiring can be easily peeled off from the substrate by heating the interface between the wiring and the substrate.
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。 A droplet discharge apparatus according to the present invention includes the droplet discharge head or the droplet discharge head manufactured by the manufacturing method.
本発明の液滴吐出装置によれば、信頼性の高いフレキシブル基板が駆動素子に接続された液滴吐出ヘッドを備えるので、この液滴吐出装置自体も信頼性の高いものとなる。 According to the droplet discharge device of the present invention, since the highly reliable flexible substrate includes the droplet discharge head connected to the driving element, the droplet discharge device itself is also highly reliable.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. Then, the short side direction (nozzle arrangement direction) of the droplet discharge head is the X axis direction, the long direction (direction perpendicular to the X axis direction) of the droplet discharge head is the Y axis direction, and the thickness direction of the droplet discharge head. A direction (that is, a direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction) is defined as a Z-axis direction.
<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。
<Droplet ejection head>
An embodiment of a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an external perspective view showing a configuration according to an embodiment of a droplet discharge head, FIG. 2 is an exploded perspective view of the droplet discharge head, and FIG. 3 is a perspective view of the droplet discharge head viewed from the nozzle opening side. FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1, FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a connecting portion of the flexible substrate, and FIG. 6 is a plan view of the flexible substrate.
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
In FIG. 3, the first to fourth
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。
The flow
In addition, a
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。
A
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。
A first pressure
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。
One end portions of the plurality of
Similarly, the end portions of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
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。
Further, a first
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。
The
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。
The
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軸方向に伸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。
As shown in FIG. 4, the
In addition, the
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。
A
The sealing
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。
The fixing
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。
In addition, the
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軸方向に伸びる溝状の開口部(貫通孔)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軸方向に伸びる壁部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。
A groove-like opening (through hole) 60 extending in the Y-axis direction is formed in the central portion of the
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。
In the
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。
As described above, the
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の外側まで伸びており、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の外側まで伸びており、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封止部の外側まで伸びており、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。
In addition, among the
Similarly, in the
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に示されるようにドライバーIC26の保持領域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。
In addition, an
Hereinafter, the openings formed by the
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(実装領域)にフリップチップ実装されている。そして、ケース部材101に形成された上記開口部102の保持領域103の内側面102aに放熱性樹脂65によってモールドされている(図3参照)。
The
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に形成された貫通開口部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。
As shown in FIG. 2, the
具体的には、フレキシブル基板27は、ドライバーIC26の実装領域と一端部との間を折り曲げることで構成される接続部27bを貫通開口部150(図4,5)内に挿入することで、貫通開口部150に配置されているリード電極47と第1配線72とを接続している。第1配線72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、第1配線72とリード電極47との接続構造をOLB接続部100と称す。
Specifically, the
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72、第2配線74、及びグランド配線76をそれぞれ備えている。フレキシブル基板の一端側が同図中O線で示される折り曲げ部91によって折り曲げられており、この折り曲げ部91によって生じた一端部に配置された第1配線72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。
As shown in FIG. 6, the
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72、第2配線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。具体的に本実施形態では、第1配線72、第2配線74、およびグランド配線76は、銅からなる配線パターンに金めっきを施したものから構成される。
The
本実施形態のフレキシブル基板27は、前記折り曲げ部91においてフィルム基材71が第1配線72から離間した状態に形成されている。すなわち、フィルム基材71は、折り曲げ部91において第1配線72の表面に対して突出する凸状部72aを有している。このように折り曲げ部91においてフィルム基材71が第1配線72から離間されているため、後述のフレキシブル基板27を製造する際の折り曲げ加工時における第1配線72の伸びが防止されている。よって、第1配線72は、伸びに起因する断面積の減少や内部抵抗の増加が防止されたものとなっている。
The
フレキシブル基板27の下面27aの所定領域(実装部)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72、第2配線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)。
A
また、フレキシブル基板27には、外部コントローラ(不図示)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。
Further, the
(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、フレキシブル基板の製造工程を示す図である。図8は、液滴吐出ヘッドの製造工程の一部(OLB接続工程)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、ケース部材101、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。
(Method for manufacturing droplet discharge head)
Next, a method for manufacturing the
まず、フレキシブル基板27を用意する。
図6に示したように、フィルム基材71の表面に、第1配線72、第2配線74、グランド配線76など、各種配線を形成する。これらは、フィルム基材71上に、プリント方式を用いた電解メッキやエッチングなどの手法を用いて形成する。ここで、接続部27bを構成する第1配線72は、ノズル開口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る。
First, the
As shown in FIG. 6, various wirings such as a
そして、フレキシブル基板27にドライバーIC26を実装する。これは、ドライバーIC26を、フレキシブル基板27のフィルム基材71の一面(フレキシブル基板27の下面27a)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によってフレキシブル基板27とドライバーIC26とをそれぞれ固定する。
Then, the
続いて、ドライバーIC26を実装したフレキシブル基板27に対し、図6に示した一点鎖線Oに対応する位置にてフィルム基材71が内側となるように折り曲げ加工(例えば、プレス加工)を施し、一端に接続部27bを形成する。
Subsequently, the
ところで、このような折り曲げ加工を小径(例えば、半径100μm程度)で行うと、外側に配置される第1配線72が伸びることで配線断面積が減少して配線抵抗が上がる可能性がある。また、第1配線72が伸びることで断線のリスクが高まる可能性がある。
By the way, when such a bending process is performed with a small diameter (for example, a radius of about 100 μm), there is a possibility that the wiring cross section is reduced and the wiring resistance is increased due to the extension of the
そこで、本実施形態ではフレキシブル基板27に折り曲げ加工を施すに先立ち、後述する剥離工程を行うようにしている。剥離工程は、所定の位置において第1配線72をフィルム基材71から剥離させるものである。ここで、所定の位置とは折り曲げ部91に対応する位置(図6中1点鎖線Oで示される位置)である。
Therefore, in the present embodiment, prior to bending the
具体的に本実施形態では、図7(a)に示すように、フレキシブル基板27の両端部をそれぞれ上下一対からなるクランプ90で挟む。そして、一方のクランプ90を固定するとともに他方のクランプ90を上下方向に稼動する。これにより、所定の位置を通る基準軸Cに対する一方側と他方側とを対向させるようにフレキシブル基板27を屈曲させる。
Specifically, in this embodiment, as shown in FIG. 7A, both end portions of the
本実施形態では、レーザ光源装置92を用いて基準軸Cのフィルム基材71に選択的にレーザ光を照射して加熱した状態でフレキシブル基板27を屈曲させるようにした。このように部分的に加熱されたフィルム基材71は、第1配線72との界面において密着性が低下する。そのため、上述の屈曲動作により、図7(b)に示されるようにフィルム基材72は所定の位置(基準軸C)において第1配線72から剥離した状態となる。
In this embodiment, the
続いて、フレキシブル基板27における上記剥離が生じた所定の位置を基準として、フィルム基材71が内側となるようにフレキシブル基板27を折り曲げる。このとき、図7(c)に示すようにフレキシブル基板27を成形用型93に押し付けることで折り曲げる。折り曲げ角度θとしては、例えば30°とした。
Subsequently, the
成形用型93の先端部には、剥離した状態となっているフィルム基材71に接触しないような逃げ部93aが設けられている。そのため、フレキシブル基板27は、成形用型93に押し付けた際にフィルム基材71が逃げ部93aに入り込むように屈曲する。これにより、フィルム基材72を第1配線71の表面から大きく剥離させてフィルム基材71に凸状部72aを形成することができる。
An
本実施形態では、第1配線72がフィルム基材71から剥離した位置において折り曲げ加工が施されるので、折り曲げ時に第1配線72が引っ張られることがなく、伸びによる配線断面積の低下や配線抵抗の増加が生じることが防止される。また、第1配線72に加わる負荷が低減されるため、折り曲げ加工による強度の低下を少なくすることができ、第1配線72に断線が生じるリスクを低減することができる。さらに、本実施形態の第1配線72は、上述のようにニッケルめっき等の硬い材料を含まないため、折り曲げ加工時において第1配線72が断線するリスクをより低減されたものとなる。
In the present embodiment, since the
続いて、成形用型93から折り曲げ加工後のフレキシブル基板27を取り外す。すると、フレキシブル基板27は、折り曲げ方向と反対方向に復元することで、最終的には図7(d)に示すように略90°折り曲げられた状態となる。以上の工程により、フレキシブル基板27に接続部27bを構成する折曲加工が終了する。
Subsequently, the
次に、フレキシブル基板27を貫通開口部150内に実装する。図8に示すように、接続部27bの第1配線72を圧電素子23のリード電極47に当接させ、仮接合する。なお、予め、接続部27b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
実装には、図8に示されるように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、第1配線72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を押圧して第1配線72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、第1配線72とリード電極47との位置合わせに用いることもできる。
For mounting, the
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、第1配線72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、容易に第1配線72とリード電極47との電気的な接続が行われる。また、軟化した異方性導電材料79は、第1配線72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。
Then, the connecting
また、本実施形態では、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との電気的接続を行うのと同時に、フレキシブル基板27に設けられているドライバーIC26をケース部材101に固定する。
In the present embodiment, the
具体的には、異方性導電材料79と同じように、予めケース部材101の保持領域103の内側面102aに放熱性樹脂65を塗布し、この放熱性樹脂65にドライバーIC26をケース部材101に固定する。なお、放熱性樹脂65は、フレキシブル基板27の接続部27bが圧電素子23のリード電極47に確実に接続されるまでは硬化させないでおく。これによって、第1配線72とリード電極47とを良好に接続することができる。
Specifically, similar to the anisotropic
その後、ボンディングツールTをフレキシブル基板27から離間させ、所定時間放置することによってOLB接続部100の本接合を行う。同様にして全てのフレキシブル基板27を貫通開口部150内に実装する。以上のようにして、液滴吐出ヘッド1を製造する。
Thereafter, the bonding tool T is separated from the
本実施形態によれば、折り曲げ部91に対応する位置においてフィルム基材71と第1配線72とが離間するため、フレキシブル基板27の折り曲げ加工時において第1配線72が伸びてしまうのを防止できる。よって、フレキシブル基板27に折り曲げ加工を施した際においても第1配線72の断面積の減少、或いは第1配線72の内部抵抗の増加が防止される。したがって、折り曲げ加工に起因するOLB接続部100における導通不良などの不具合が防止された信頼性の高い液滴吐出ヘッド1となる。
According to the present embodiment, since the
<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9を参照しながら説明する。図9は液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
<Droplet ejection device>
Next, an example of the droplet discharge apparatus IJ of the present invention provided with the above-described
図9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。
In FIG. 9, the droplet discharge device IJ includes a
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。
A
外部コントローラは、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。
The external controller supplies a voltage for controlling droplet ejection to the
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。
The
The droplet discharge device IJ discharges droplets onto the substrate P while relatively scanning the
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。
Since such a droplet discharge device IJ includes the
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。
In the above-described embodiment, the functional liquid discharged from the
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。 The preferred embodiments according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples, and the above embodiments may be combined. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to.
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、接続部27bをリード電極47と接合した後、ドライバーIC26をフレキシブル基板27に実装するようにしてもよい。
For example, in the above embodiment, the case where the
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、27b…接続部、47…リード電極(端子部)、71…フィルム基材、72…第1配線、72a…凸状部、79…導電性接着材、91…折り曲げ部、100…OLB接続部、101…ケース部材、102…開口部、150…貫通開口部、IJ…液滴吐出装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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、
一端を折り曲げてなる接続部が前記第2基板の貫通孔内に挿入されることにより前記貫通孔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、を備え、
前記フレキシブル基板は、基材と、該基材上に設けられて前記駆動素子の前記端子部に電気的に接続される配線とを有し、前記接続部をなす折り曲げ部において内側の前記基材が前記配線から離間していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A first substrate;
A driving element provided on the first substrate;
A second substrate provided on the drive element side of the first substrate;
A connecting portion formed by bending one end is inserted into the through hole of the second substrate, and is connected to the terminal portion of the driving element exposed at the bottom surface of the through hole; and
The flexible substrate has a base material and a wiring provided on the base material and electrically connected to the terminal portion of the drive element, and the base material inside the bent portion forming the connection portion Is a liquid droplet ejection head characterized by being spaced apart from the wiring.
前記剥離工程後、前記所定の位置を基準として前記基材が内側となるように前記フレキシブル基板を折り曲げて当該フレキシブル基板の一端に接続部を設けるとともに折り曲げ部にて前記基材を前記配線から離間させる折り曲げ工程と、
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有した第2基板を積層する積層工程と、
前記フレキシブル基板の前記接続部を前記開口部内に挿入し、前記フレキシブル基板の前記接続部と前記駆動素子の端子部とを導電性接着材を介して接合する接合工程と、を備える特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 Using a flexible substrate in which wiring is formed on a base material, a peeling step of peeling the wiring from the base material at a predetermined position;
After the peeling step, the flexible substrate is bent so that the base material is inside with respect to the predetermined position, and a connection portion is provided at one end of the flexible substrate, and the base material is separated from the wiring at the bending portion. Bending process,
A laminating step of laminating a second substrate having an opening exposing the terminal portion of the driving element on the first substrate provided with the driving element;
A bonding step of inserting the connection portion of the flexible substrate into the opening and bonding the connection portion of the flexible substrate and the terminal portion of the driving element via a conductive adhesive. A method for manufacturing a droplet discharge head.
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JP2015066746A (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | コニカミノルタ株式会社 | Inkjet head and manufacturing method for the same |
-
2009
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