JP2011181645A - ドライバーicの実装構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】ドライバーICを基板にフリップチップ実装させてなる実装構造として、コストの低減化を可能にした、ドライバーICの実装構造を提供する。
【解決手段】入力側端子と出力側端子とを有するドライバーIC2を、基板に実装してなる実装構造である。ドライバーIC2の出力側端子に接続する第1基板11と、ドライバーIC2の入力側端子に接続する、第1基板11とは異なる第2基板12と、ドライバーIC2を第1基板11及び第2基板12に固定するモールド樹脂13と、を備えてなる。
【選択図】図2

Description

本発明は、ドライバーICの実装構造に関する。
液滴吐出ヘッドでは、液滴を吐出させるための駆動素子の駆動を制御するため、ドライバーICが用いられている。このドライバーICは、通常はフレキシブル基板(フレキシブルプリント基板;FPC[Flexible printed circuits])にフリップチップ実装された状態で用いられ、前記駆動素子の端子部に対してOLB(Outer Lead Bonding)接続実装されている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、ドライバーICは、通常、入力側端子の数に比べて出力側端子の数の方が多く設けられている。したがって、ドラーバーICの一方の側に入力側端子を配列させ、他方の側に出力側端子を配列させた場合、入力側端子は比較的広い間隔の粗ピッチになるのに対し、出力側端子は狭い間隔の狭ピッチになる。
一方、このようなドライバーICをフリップチップ実装させるフレキシブル基板としては、ドライバーICの入力側端子、出力側端子のいずれにも接続導通させる必要上、特に狭ピッチである出力側端子に対応するべく、これら出力側端子に接続する配線の端子部が狭ピッチで形成されている。
特開2006−68989号公報
したがって、前記のフレキシブル基板は、狭ピッチで形成される端子部(出力側端子に接続する配線の端子部)について十分な加工精度が要求されるため、製造コストが高くなり、高価なものになっている。
また、ドライバーICをフレキシブル基板にフリップチップ実装させてなる実装構造では、例えばドライバーICの入力側と出力側との間の幅が広いと、フレキシブル基板はこの幅分に対応する領域も必要になるため、全体として大面積のものとなる。そのため、ワークサイズからの取り出し個数が減ることにより、従来ではフレキシブ基板の単価がより高価になっている。
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、ドライバーICを基板にフリップチップ実装させてなる実装構造として、コストの低減化を可能にした、ドライバーICの実装構造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ドライバーICの実装構造は、
入力側端子と出力側端子とを有するドライバーICを、基板に実装してなる実装構造であって、
前記ドライバーICの出力側端子に接続する第1基板と、
前記ドライバーICの入力側端子に接続する、前記第1基板とは異なる第2基板と、
前記ドライバーICを前記第1基板及び第2基板に固定するモールド樹脂と、を備えることを特徴としている。
このドライバーICの実装構造によれば、ドライバーICを実装する基板として、ドライバーICの出力側端子に接続する第1基板と、ドライバーICの入力側端子に接続する第2基板とを用いているので、ドライバーICの入力側と出力側との間に、第1基板と第2基板との間の隙間を対向させることで、第1基板と第2基板とを合わせた基板の総面積を、従来の基板に比べて小さくすることができる。したがって、従来に比べて必要な基板の総面積を減らすことができるため、実装構造全体に要する基板の単価を低減化することができる。
また、ドライバーICの出力側端子に接続する第1基板に対して、ドライバーICの入力側端子に接続する第2基板を異なる基板にしているので、例えば狭ピッチの出力側端子に対応して形成される第1基板に対して、第2基板は粗ピッチの入力側端子に対応するため、比較的低い加工精度で形成された製造コストの安い基板を用いることができる。よって、実装構造全体のコストの低減化を図ることができる。
さらに、第1基板に対して第2基板を異なる基板にしているので、実装構造の用途に応じて、第2基板の材質等を適宜に選択し用いることができ、使用に際しての自由度が高いものとなる。
また、前記ドライバーICの実装構造においては、前記出力側端子は狭ピッチで配置され、前記入力側端子は前記出力側端子に比べて粗ピッチで配置されているのが好ましい。
このようにすれば、第2基板として、前記したように第1基板に比べて低い加工精度で形成された、製造コストの安い基板を用いることができる。
また、前記ドライバーICの実装構造においては、前記モールド樹脂が、前記第1基板と第2基板との間にまで充填されているのが好ましい。
このようにすれば、ドライバーICがその駆動に伴って発熱した際、その熱がドライバーICを固定するモールド樹脂を伝って第1基板と第2基板との間に伝わる。したがって、従来では基板の裏面側、すなわちドライバーICの実装面と反対の面側には放熱しにくかったのに対し、この実装構造では、モールド樹脂を介しての裏面側への放熱が容易になる。
また、前記ドライバーICの実装構造においては、前記第1基板はフレキシブル基板であるのが好ましい。
このようにすれば、第1基板を撓ませたり折り曲げたりすることが可能になるため、出力側となる第1基板側での接続が、例えば狭い箇所にも対応可能となるなど、接続対象の自由度が高くなる。
また、前記ドライバーICの実装構造においては、駆動素子を有する液滴吐出ヘッドに備えられ、前記ドライバーICが、前記駆動素子の駆動を制御する駆動回路部として機能するよう構成されていてもよい。
このようにすれば、例えば溝状の狭い箇所に第1基板を差し入れ、前記溝の底面側で第1基板の接続端子を駆動素子の配線に接続し導通させることが、容易になる。
本発明に係るドライバーICの実装構造を示す平面図である。 図1(a)に示したドライバーICの実装構造の側断面図である。 ドライバーICの底面図である。 本発明に係る実装構造を備えた液滴吐出ヘッドの側断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
(ドライバーICの実装構造)
図1(a)、図2は本発明のドライバーICの実装構造の一実施形態を示す図であり、図1(a)はドライバーICの実装構造の平面図、図2は同じく側断面図である。また、図1(b)は比較のために示す図であって、従来のドライバーICの実装構造の一例の平面図である。
図1(b)に示すように従来のドライバーICの実装構造では、フレキシブル基板1上にドライバーIC(integrated circuit)2をフリップ実装させて構成されている。これに対して図1(a)に示す本実施形態のドライバーICの実装構造(以下、実装構造と記す)10では、第1基板11と第2基板12とに跨った状態、すなわちブリッジした状態で、ドライバーIC2がフリップ実装されている。
ドライバーIC2は、内部に高集積化された駆動回路を有したもので、その底面(実装面)に、接続端子を形成配置したものである。これら接続端子は、ドライバーIC2の底面を示す図3に示すように、多数の入力側端子3と多数の出力側端子4とからなっており、矩形状のドライバーIC2の底面の一方の長辺側に入力側端子3が配列させられ、他方の長辺側に出力側端子4が配列させられている。
入力側端子3は、入力する信号の数に対応して多数形成されたものである。ただし、出力側端子4に比較すると、十分に少ない数(例えば半分以下)で形成されている。したがって、図3に示すように入力側端子3は、ドライバーIC2の一方の長辺に沿って、比較的広い間隔の粗ピッチで配列されている。
出力側端子4は、出力する信号の数に対応して多数形成されたもので、入力側端子3に比較して十分に多い数で形成されている。したがって、図3に示すように出力側端子4は、ドライバーIC2の他方の長辺に沿って、狭い間隔の狭ピッチ、すなわち入力側端子3のピッチに比べて十分に狭ピッチで配列されている。なお、図3に示した例では、出力側端子4は千鳥状に配列されており、これによって十分に狭い間隔の狭ピッチに形成されている。
図1(a)に示すように第1基板11は、ドライバーIC2の底面の他方の長辺側に接続されたもので、本実施形態では略矩形状(矩形における二つの角部をカットした六角形状)のフレキシブル基板によって形成されている。ここで、フレキシブル基板は例えば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、銅などの導電性材料からなる導電性の配線パターンが、プリント方式などによって設けられたものである。
この第1基板11は、図2に示すようにドライバーIC2の出力側端子(図示せず)に接続する端子部11aを多数、すなわち出力側端子4の数に対応する数、形成されたものである。これら端子部11aは、第1基板11の内部を通る配線(図示せず)に接続しており、該配線は、図1(a)に示すようにドライバーIC2と反対の側に配置された出力端子11bに接続している。
このように、第1基板11は狭ピッチで配列されている出力側端子3に接続する端子部11aや、これに接続する配線や出力端子11bを有しているので、端子部11a、配線、出力端子11bがいずれも狭ピッチに形成されたものとなっている。したがって、十分に高い加工精度で形成されており、これにより、第1基板11は従来と同様に比較的高価なもの、すなわちコストが高いものとなっている。
なお、図1(b)に示した従来のフレキシブル基板1は、狭ピッチで配列された出力側端子4に接続するように形成されているため、全体として十分に高い加工精度で形成されており、したがってコストが高いものとなっている。特に、この従来のフレキシブル基板1では、ドライバーIC2の入力側端子3にも接続しているため、該入力側端子3に接続する端子や配線についても同様に高い加工精度で形成されている。したがって、よりコストが高いものとなっている。
図1(a)に示すように第2基板12は、ドライバーIC2の一方の長辺側に接続されたもので、本実施形態では第1基板11と同様に、矩形状のフレキシブル基板によって形成されている。この第1基板12は、図2に示すようにドライバーIC2の入力側端子(図示せず)に接続する端子部12aを多数、すなわち入力側端子3の数に対応する数、形成されたものである。これら端子部12aは、第1基板12の内部を通る配線(図示せず)に接続しており、該配線は、図1(a)に示すようにドライバーIC2と反対の側に配置された入力端子12bに接続している。
このように、第2基板12は粗ピッチで配列されている入力側端子4に接続する端子部12aや、これに接続する配線や入力端子12bを有しているので、端子部12a、配線、出力端子12bがいずれも粗ピッチに形成されたものとなる。したがって、狭ピッチの出力側端子4に対応して形成される第1基板11に対して、第2基板12は粗ピッチの入力側端子3に対応するため、比較的低い加工精度で形成することができる。これにより、第2基板12は第1基板11に比べて製造コストが安くなっており、したがって第1基板11より安い基板となっている。
なお、第1基板11の端子部11aとドライバーIC2の出力側端子4との接続、および第2基板12の端子部12aとドライバーIC2の入力側端子3との接続については、従来と同様に例えば異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)等の異方性導電性材料や、導電粒子を含まない熱硬化性樹脂材料、例えば、NCP(Non Conductive Paste)等を用いてなされている。もちろん、はんだを用いた接続も可能である。
また、第1基板11と第2基板12とは、ドライバーIC2に対応した間隔、すなわちドライバーIC2の入力側端子3と出力側端子4との間の間隔に対応した隙間をあけて、それぞれ配置されている。
そして、このように端子部11aと出力側端子4、端子部12aと入力側端子3とが接続された後、図1(a)、図2に示すようにモールド樹脂13が塗布され、硬化させられたことにより、本実施形態の実装構造10が形成されている。モールド樹脂13は、ドライバーIC2の側面から底面(出力側端子4、入力側端子3を形成した側の面)側にかけて配置され、硬化されたもので、これによってドライバーIC2を第1基板11、第2基板12に固定している。
また、モールド樹脂13は、ドライバーIC2の底面側に配置させられたことにより、図2に示すようにその一部は第1基板11と第2基板12との間の隙間にまで入り込み、ここに充填され、硬化させられている。さらに、その一部は第1基板11や第2基板12の裏面側にまで回り込み、これら第1基板11、第2基板12の裏面側にて硬化させられている。なお、必要に応じて、 ドライバーIC2の上面の一部又は全部を、モールド樹脂13で覆ってもよい。
このような構成からなる実装構造10にあっては、ドライバーIC2を実装する基板として第1基板11と第2基板12とを用いているので、ドライバーIC2の入力側と出力側との間に、第1基板11と第2基板12との間の隙間を対向させることで、第1基板11と第2基板12とを合わせた基板の総面積を、従来のフレキシブル基板1に比べて小さくすることができる。したがって、従来に比べて必要な基板の総面積を減らすことができるため、実装構造10全体に要する基板の単価を低減化することができる。
また、狭ピッチの出力側端子4に対応して形成される第1基板11に対して、第2基板12は粗ピッチの入力側端子3に対応するため、製造コストが安くしたがって第1基板11より安い基板となる。よって、実装構造10全体のコストの低減化を図ることができる。すなわち、第1基板11については、従来のフレキシブル基板1に比べて配線方向の長さ(図1(a)中のドライバーIC2側から出力端子11b側までの長さ)が格段に短く(例えば半分以下に)なるため、ワークサイズからの取り出し個数が従来に比べて格段に増えることにより、その単価が十分に(例えば半額以下に)安くなる。また、第2基板12については、前述した理由によって第1基板11より安くなる。したがって、これら第1基板11、第2基板12の合計の単価は、従来のフレキシブル基板1に比べて十分に安くなる。
また、モールド樹脂13が、第1基板11と第2基板12との間の隙間にまで充填され、さらにその一部が該基板11、12の裏面側にまで回り込んでいるので、ドライバーIC2がその駆動に伴って発熱した際、その熱がモールド樹脂13を伝って第1基板11と第2基板12との間に伝わるようになる。したがって、従来ではフレキシブル基板1の裏面側、すなわちドライバーIC2の実装面と反対の面側には放熱しにくかったのに対し、本実施形態の実装構造10では、モールド樹脂13を介しての裏面側に容易に放熱させることができる。
なお、前記実施形態では第1基板11、第2基板12をいずれもフレキシブル基板によって形成したが、例えば第2基板12については、その入力端子12bが接続する側の構造や形状、材質に応じて適宜な材質のものを選択し使用することができる。具体的には、ガラエポ(ガラスエポキシ)基板や、ガラス基板、石英基板など種々のものが使用可能である。
ただし、本発明では、第2基板は第1基板とは異なるものとしているが、「異なる」との意味は、基板の材質が「異なる」ことだけを意味するのではなく、前記実施形態で示したように、加工精度が「異なる」場合も含めている。
また、第1基板11についても、第2基板12と同様にフレキシブル基板以外のものを使用することができるが、この第1基板11についてはフレキシブル基板とするのがより好ましい。第1基板11をフレキシブル基板とすることにより、これを撓ませたり折り曲げたりすることができるようになるため、出力側となる第1基板11側での接続が、例えば狭い箇所での接続にも対応可能となる。したがって、接続対象の自由度が高くなる。
次に、図1(a)、図2に示した実装構造10の用途の具体例を説明する。
図4は、図1(a)、図2に示した実装構造10を備えたものの一例としての、液滴吐出ヘッドを示す図である。
図4に示すように、液滴吐出ヘッド50は、機能液の液滴を吐出するものであって、液滴を吐出するノズル開口部51を形成したノズル基板52と、ノズル基板52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53と、流路形成基板53の上面に接続され、圧電素子(駆動素子)70の駆動によって変位する振動板54と、振動板54の上面に接続され、リザーバ55を形成するためのリザーバ形成基板56と、リザーバ形成基板56の上面側に設けられた前記実装構造10と、を備えている。
前記実装構造10は、その第1基板11の出力端子(図示せず)が圧電素子70の電極部(上電極膜74)に接続されており、これによってドライバーIC2が圧電素子70と電気的に接続している。また、第2基板12は、その入力端子(図示せず)が図示しない外部コントローラに接続されている。これにより、実装構造10のドライバーIC2は外部コントローラからの信号を入力し、駆動信号として圧電素子(駆動素子)70に出力するようになっており、圧電素子70の駆動を制御する駆動回路部として機能するようになっている。
すなわち、液滴吐出装置50の動作は、外部コントローラによって制御されている。また、流路形成基板53と、ノズル基板52と、振動板54とで囲まれた空間によって、ノズル開口部51より吐出される前の機能液が配置される圧力発生室62が形成されている。また、リザーバ形成基板56と流路形成基板53とで囲まれた空間によって、圧力発生室62に供給される前の機能液を予備的に保持するリザーバ55が形成されている。
流路形成基板53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52が流路形成基板53の下面に接続されている。流路形成基板53の下面とノズル基板52とは、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。そのノズル基板52には、液滴を吐出するノズル開口部51が設けられている。ノズル開口部51はノズル基板52に複数設けられている。
流路形成基板53の内側には複数の隔壁63が形成されている。流路形成基板53は、例えばシリコンによって形成されており、複数の隔壁63は、流路形成基板53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によって形成されている。そして、複数の隔壁63を有する流路形成基板53と、ノズル基板52と、振動板54とで囲まれた空間によって、複数の圧力発生室62が形成されている。圧力発生室62は、複数のノズル開口部51に対応するように複数形成されている。
圧力発生室62において、一端は隔壁63によって閉塞されているが、他端はリザーバ55と接続している。リザーバ55は、機能液導入口64より導入され、圧力発生室62に供給される前の機能液を一時的に保持するものであって、リザーバ形成基板56に図4中Y軸方向に延びるように形成されたリザーバ部65と、流路形成基板53にY軸方向に延びるように形成され、リザーバ部65と圧力発生室62とを接続する連通部66とを備えている。機能液導入口64より導入された機能液は、導入路67を経てリザーバ55に流れ込み、供給路68を経て、圧力発生室62に供給されようになっている。
流路形成基板53とリザーバ形成基板56との間に配置された振動板54は、流路形成基板53の上面を覆うように設けられた弾性膜71と、弾性膜71の上面に設けられた下電極膜72とを備えている。弾性膜71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いる。下電極膜72は、例えば厚み0.2μm程度の金属によって構成されている。本例において、下電極膜72は複数の圧電素子70の共通電極となっている。
振動板54を変位させるための圧電素子70は、下電極膜72の上面に設けられた圧電体膜73と、その圧電体膜73の上面に設けられた上電極膜74とを備えている。圧電体膜73は例えば厚み1μm程度、上電極膜74は例えば厚み0.1μm程度で形成されている。なお、圧電素子70の概念としては、圧電体膜73および上電極膜74に加えて、下電極膜72を含むものであってもよい。また、弾性膜71および下電極膜72が振動板54として機能するが、弾性膜71を省略した構造とし、下電極膜72が弾性膜71を兼ねるようにしてもよい。
圧電素子70は、複数のノズル開口部51および圧力発生室62のそれぞれに対応するように複数設けられている。そして、下電極膜72は複数の圧電素子70の共通電極として機能し、上電極膜74は複数の圧電素子70の個別電極として機能する。
リザーバ形成基板56には、封止膜75と固定板76とを有するコンプライアンス基板77が接合されている。封止膜75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75によってリザーバ部65の上部が封止されている。また、固定板76は、金属などの硬質の材料(例えば、厚み30μm程度のステンレス鋼)で形成される。この固定板76のうち、リザーバ55に対応する領域は、厚さ方向(Z軸方向)に完全に除去された開口部78となっているため、リザーバ55の上部は、可撓性を有する封止膜75のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部79となっている。
通常、機能液導入口64からリザーバ55に機能液が供給されると、例えば、圧電素子70の駆動時の機能液の流れ、あるいは、周囲の熱などによってリザーバ55内に圧力変化が生じる。しかしながら、リザーバ55の上部が封止膜75のみによって封止されて可撓部79となっているため、この可撓部79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55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76によって十分な強度に保持されている。
そして、リザーバ55の外側のコンプライアンス基板77上には、リザーバ55に機能液を供給するための機能液導入口64が形成されており、リザーバ形成基板56には、機能液導入口64とリザーバ55の側壁とを連通する導入路67が形成されている。
ここで、リザーバ形成基板56には、Y軸方向に延びる溝部80が形成されている。溝部80においては、流路形成基板53の一部が露出している。
リザーバ形成基板56のうち、圧電素子70に対向する領域には、圧電素子70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81が形成されている。圧電素子保持部81は、圧電素子70を覆う大きさで形成されている。
また、圧電素子70のうち、少なくとも圧電体膜73は、この圧電素子保持部81内に密封されている。
このように、リザーバ形成基板56は圧電素子70を外部環境と遮断して、圧電素子70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56によって圧電素子70を封止することで、水分などの外部環境による圧電素子70の破壊を防止することができる。
また、リザーバ形成基板56は剛体であって、そのリザーバ形成基板56を形成する材料としては、例えば、ガラス、セラミック材料などの流路形成基板53の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板53と同一材料のシリコン単結晶基板が用いられている。
圧電素子保持部81によって封止されている圧電素子70のうち、上電極膜74の溝部80側の端部は、溝部80内に露出するように流路形成基板53上に延設され、接続電極95が形成されている。また、溝部80における流路形成基板53上に下電極膜72が配置されている場合においては、上電極膜74と下電極膜72との間の電気的な接続を防止するための絶縁膜82が、上電極膜74と下電極膜72との間に設けられる。
圧電素子70を駆動するためのドライバーIC2は、前記したように、実装構造10において第1基板11、第2基板12の一方の面に接続されている。第1基板11、第2基板12はフレキシブル基板からなっているため、可撓性を有しており、撓ませたり折り曲げたりすることが可能になっている。
したがって、特に第1基板11がフレキシブル基板からなっているため、これを狭い溝部80内に挿入し、その出力端子11bを溝部80に設けられた上電極膜74の接続電極95に接続し導通させることが、容易になっている。
なお、本発明の技術範囲は前述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造・形状や材料などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
2…ドライバーIC、3…入力側端子部、4…出力側端子部、10…ドライバーICの実装構造、11…第1基板、12…第2基板、13…モールド樹脂、50…液滴吐出ヘッド、70…圧電素子(駆動素子)

Claims (5)

  1. 入力側端子と出力側端子とを有するドライバーICを、基板に実装してなる実装構造であって、
    前記ドライバーICの出力側端子に接続する第1基板と、
    前記ドライバーICの入力側端子に接続する、前記第1基板とは異なる第2基板と、
    前記ドライバーICを前記第1基板及び第2基板に固定するモールド樹脂と、を備えることを特徴とするドライバーICの実装構造。
  2. 前記出力側端子は狭ピッチで配置され、前記入力側端子は前記出力側端子に比べて粗ピッチで配置されていることを特徴とする請求項1記載のドライバーICの実装構造。
  3. 前記モールド樹脂は、前記第1基板と第2基板との間にまで充填されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のドライバーICの実装構造。
  4. 前記第1基板はフレキシブル基板であ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ドライバーICの実装構造。
  5. 駆動素子を有する液滴吐出ヘッドに備えられ、前記ドライバーICが、前記駆動素子の駆動を制御する駆動回路部として機能することを特徴とする請求項4記載のドライバーICの実装構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013071300A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Sii Printek Inc 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

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