JP2013169742A - Liquid discharge head, method for manufacturing the same, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリンタ、複写装置、ファクシミリ装置等に用いられる液体吐出ヘッド及びその製造方法、それを備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head used in a printer, a copying machine, a facsimile machine, and the like, a manufacturing method thereof, and an image forming apparatus including the same.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ/ファクシミリ/複写機の複合機などの各種画像形成装置において、記録液を吐出する液体吐出ヘッドを搭載し、被記録媒体に画像を形成する液体吐出装置を備えたものが知られている。
なお、液体吐出装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体(記録媒体、転写紙、用紙などとも称され、これらは材質にかかわらず、同義語として使用する)に液体を吐出する装置を意味し、また、「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を被記録媒体に付与することをも意味し、画像形成、印写、印字、印刷も同義語で使用する。
液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドとしては、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段として圧電体を薄膜状に形成し、ノズル高密度化を実現した薄膜圧電素子ヘッドが知られている。
この薄膜圧電素子を用いたインクジェットヘッドの特徴としては、高密度化が可能であるとともにまた、インクの選択範囲も広い特徴を持っている。
In various image forming apparatuses such as printers, facsimiles, copiers, plotters, printer / facsimile / copier multifunction machines, etc., a liquid ejecting apparatus that mounts a liquid ejecting head for ejecting a recording liquid and forms an image on a recording medium is provided. What you have is known.
The liquid discharge device is also called a recording medium (recording medium, transfer paper, paper, etc.) such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, etc., regardless of the material. Used as a synonym) means a device that ejects liquid, and “recording” not only applies an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium, but also a pattern, etc. This also means that an image having no meaning is given to a recording medium, and image formation, printing, printing, and printing are also used synonymously.
As an ink jet head as a liquid discharge head, a thin film piezoelectric element head in which a piezoelectric body is formed in a thin film shape as a pressure generating means for generating pressure to pressurize ink, which is a liquid in a liquid chamber, and nozzle density is increased It has been known.
The ink jet head using the thin film piezoelectric element has a feature that the density can be increased and the ink selection range is wide.
ところで、従来のインクジェットヘッドにおいては、圧電体を駆動するためのドライバーICからの引き出し電極にFPC等の外部配線を接合する際に発生するアクチュエータ基板等へのストレスに起因して、基板が割れたり変形することで歩留まりが低下したり、FPC等を引き出し電極に接合した接合部が剥がれてしまうという問題があった。
それに対し、例えば、特許文献1では、圧電素子を駆動するための引き出し配線の接続端子と外部配線ケーブルとを、レーザ光により溶融された金属を介して確実に接合する技術が提案されている。
また、特許文献2では、ドライバーIC等の駆動回路、駆動配線、外部配線端子をフレーム基板上に形成し、接合時に流路形成基板等に割れが生じることを防止している。
By the way, in the conventional ink jet head, the substrate may be cracked due to stress on the actuator substrate or the like generated when an external wiring such as FPC is joined to the lead electrode from the driver IC for driving the piezoelectric body. There is a problem that the yield decreases due to the deformation, and the joint portion where the FPC or the like is joined to the extraction electrode is peeled off.
On the other hand, for example,
In Patent Document 2, a drive circuit such as a driver IC, drive wiring, and external wiring terminals are formed on a frame substrate to prevent a flow path forming substrate and the like from being cracked during bonding.
しかしながら、特許文献1においては、はんだ接合のみで接合強度を確保しており、FPCのハンドリング時に接合部のはがれ等の不具合が発生してしまう。
また、補強として樹脂補強をしても、接合部と同一部での補強となり、接合部に剥離方向のストレスが加わってしまうという問題がある。
また、特許文献2においては、フレーム基板側にドライバーIC等を実装するため、ヘッドサイズが大きくなり、コストアップを招いていた。
However, in
Further, even if resin reinforcement is used as reinforcement, there is a problem in that the same part as the joint is reinforced, and stress in the peeling direction is applied to the joint.
Further, in Patent Document 2, since a driver IC or the like is mounted on the frame substrate side, the head size is increased, resulting in an increase in cost.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、FPC等外部配線接合時のストレスによる歩留り低下を防止し、且つFPCの接合部が剥離しないようすることを可能とした液滴吐出ヘッドおよびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to prevent a drop in yield due to stress at the time of joining an external wiring such as an FPC and to prevent a joint portion of the FPC from peeling off. An object is to provide a head and an image forming apparatus including the head.
上記の課題を解決するために、請求項1の発明は、少なくとも、液体を吐出する複数のノズルを備えたノズル基板と、該ノズル基板上に順次積層した、各ノズルが個別に連通する圧力室を形成した液室基板と、該液室基板側に開口した少なくとも一つの空所を形成したフレーム基板と、備え、前記液室基板側であって前記空所内に相当する位置に、前記圧力室内の液体を加圧する圧力を発生させるアクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動手段と、配線部材を介して前記駆動手段に外部信号を供給する電極と、を備え、前記フレーム基板には、前記配線部材を外部から前記空所内に導入するための間隙部を設け、前記液室基板側電極と、前記間隙部から導入した前記配線部材側電極と、を電気的に接合したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
上記のように構成することにより、本発明によれば、フレーム基板と液室基板との間にギャップを形成し、FPCをそのギャップを通して、液室基板に実装していることから、FPC接合後にFPCをハンドリングする際にも、構造上、FPC接合部に対して剥離方向のストレスが加わることがなく、接合端子方向に対するせん断方向のストレスになるため、FPC接合部および液室基板の破損を防止することが出来る。 By configuring as described above, according to the present invention, a gap is formed between the frame substrate and the liquid chamber substrate, and the FPC is mounted on the liquid chamber substrate through the gap. When handling an FPC, there is no structural stress in the peeling direction on the FPC joint, and shear stress on the joint terminal direction prevents damage to the FPC joint and the liquid chamber substrate. I can do it.
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
まず、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例について図1及び図2を参照して説明する。
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド101とガイドレール102とでキャリッジ103を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ104で駆動プーリ106Aと従動プーリ106B間に架け渡したタイミングベルト105を介して矢示方向(主走査方向)に移動走査する。
このキャリッジ103には、例えば、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の記録液の液滴(インク滴)を吐出する独立した4個の本発明に係る液体吐出ヘッド1k、1c、1m、1yで構成した記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)1を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する1又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。
キャリッジ103には、記録ヘッド1に各色のインクを供給するための各色のサブタンク108を搭載している。このサブタンク108にはインク供給チューブ109を介して図示しないメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
First, an example of an image forming apparatus provided with a liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In this image forming apparatus, a
For example, four independent ink jet recording liquid droplets (ink droplets) of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) are recorded on the
The
一方、給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上に積載した被記録媒体(用紙)112を給紙するための給紙部として、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙ローラ)113及び給紙ローラ113に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド114を備え、この分離パッド114は給紙ローラ113側に付勢されている。
そして、この給紙部から給紙された用紙112を記録ヘッド1の下方側で搬送するための搬送部として、用紙112を静電吸着して搬送するための搬送ベルト121と、給紙部からガイド115を介して送られる用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ122と、略鉛直上方に送られる用紙112を略90°方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるための搬送ガイド123と、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢された加圧コロ125A及び先端加圧コロ125Bとを備えている。また、搬送ベルト121表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ126を備えている。
On the other hand, as a sheet feeding unit for feeding a recording medium (sheet) 112 loaded on a sheet stacking unit (pressure plate) 111 such as a
As a transport unit for transporting the
ここで、搬送ベルト121は、無端状ベルトであり、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されて、副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転されることで、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。なお、搬送ベルト121の裏面側には記録ヘッド1による画像形成領域に対応してガイド部材129を配置している。
帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各2.5Nをかけている。
さらに、記録ヘッド1で記録された用紙112を排紙するための排紙部として、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とを備えている。
Here, the
The
Further, as a paper discharge unit for discharging the
また、背部には両面給紙ユニット155が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット155は搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。
さらに、図2に示すように、キャリッジ103の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド1のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構156を配置している。
この維持回復機156は、記録ヘッド1の各ノズル面をキャピングするための各キャップ157と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード158と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け159などを備えている。
このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙112が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125で搬送ベルト121に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
A double-sided
Further, as shown in FIG. 2, a maintenance / recovery mechanism 156 for maintaining and recovering the state of the nozzles of the
The maintenance / recovery machine 156 includes a
In the image forming apparatus configured as described above, the
このとき、図示しない制御回路によってACバイアス供給部から帯電ローラ126に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト121が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ103を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド1を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙112の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙112を排紙トレイ154に排紙する。
At this time, a positive voltage output and a negative output are alternately repeated from the AC bias supply unit to the
Therefore, by driving the
また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112を両面給紙ユニット155内に送り込み、用紙112を反転させて(裏面が印刷面となる状態にして)再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル121上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ154に排紙する。
また、印字(記録)待機中にはキャリッジ103は維持回復機構155側に移動されて、キャップ157で記録ヘッド1のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ157で記録ヘッド1をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し(「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。)し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド1のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード158でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド1の安定した吐出性能を維持する。
In the case of double-sided printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the
Further, during printing (recording) standby, the
このようにこの画像形成装置においては本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備えるので、小型化、低コスト化を図るとともに吐出ヘッドサイズが同等で吐出可能なノズル数を増やせることから、更なる高速印刷も可能となる。なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ/ファックス/コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。
下記に説明する本実施形態の記録ヘッドを適用することで、高画質、低コスト化を実現できる画像形成装置を提供することが出来る。また、高密度で噴射性能の安定した積層型圧電素子をアクチュエータとする吐出ヘッドを搭載することで高速、高画質液体吐出装置を実現することが出来る。
As described above, the image forming apparatus includes the recording head constituted by the liquid ejection head according to the present invention, so that the size and cost can be reduced and the number of ejectable nozzles can be increased with the same ejection head size. Further high-speed printing is possible. In the above embodiment, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to an image forming apparatus having a printer configuration. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to an image forming apparatus such as a printer / fax / copier multifunction machine. it can. Further, the present invention can be applied to an image forming apparatus using a recording liquid or a fixing processing liquid that is a liquid other than ink.
By applying the recording head of this embodiment described below, it is possible to provide an image forming apparatus that can realize high image quality and low cost. In addition, a high-speed, high-quality liquid discharge apparatus can be realized by mounting a discharge head using a multilayer piezoelectric element with high density and stable ejection performance as an actuator.
図3は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドの一例を示す斜視図である。
本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの特徴的な構成は、図4以降で詳細に説明するが、図3を使用して、その概要を説明する。
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル基板10、液室基板(アクチュエータ基板)20、フレーム基板50、バッキングプレート60と、を順次積層(接合)した構成を備えている。
バッキングプレート60には、キャリッジ103内部のサブタンク108から液体(インク)を供給するインク供給口61を備えており、このインク供給口61からフレーム基板50に設けた図示しない共通液室にインクを供給する。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of an ink jet recording head as a droplet discharge head according to the present embodiment.
A characteristic configuration of the ink jet recording head according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 4 and subsequent figures, and an outline thereof will be described with reference to FIG.
The droplet discharge head according to the present embodiment has a configuration in which a
The
[液滴吐出ヘッドの構造]
図4は液室基板20を中心とした液滴吐出ヘッドの平面図であり、図5は、液室基板20を中心とした液滴吐出ヘッドの断面図である。
なお、図5の断面図は、図3のA−A線における断面図であり、インク供給口や共通液室については図示を省略している。
図3においても説明したが、図4、図5に示すように、液滴吐出ヘッド1は、液滴を吐出する複数列のノズル11を備えたノズル基板10と、各ノズル11が連通する圧力発生室としての個別液室21を画成した液室基板20と、フレーム基板50と、バッキングプレート60を順次接合して備えている。
[Structure of droplet discharge head]
4 is a plan view of the droplet discharge head centered on the
The cross-sectional view of FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3, and illustration of the ink supply port and the common liquid chamber is omitted.
As described with reference to FIG. 3, as shown in FIGS. 4 and 5, the
また、液室基板20の一方面側(ノズル基板10とは反対側、且つフレーム基板50側)には振動板22を備え、振動板22上には電圧が印加されることにより変形して振動板30をも変形させることにより圧力発生室21内に圧力変化を生じさせるアクチュエータとしての圧電素子40と、圧電素子40を駆動するための駆動手段としてのドライバーIC(以下DrICと表記する)70と、画像形成装置本体から延出されるFPC(Flexible Printed Circuits)72の電極72aと電気的に接続してDrIC70に信号を供給するための電極71と、を備えている。
フレーム基板50には、ハーフエッチングにより貫通加工及び段溝加工が施され、液室基板20にフレーム基板50を接合することにより、圧電素子40の変位領域、FPC実装挿入部およびDrIC70の実装領域が形成されている。
すなわち、圧電素子40、DrIC70、電極71は、それぞれ、液室基板20まで貫通するようにフレーム基板50に形成された空所51乃至54内に収容されている。
Further, a
The
That is, the
さらに、電極71が収容されるFPC実装挿入部としての空所54と隣接するフレーム基板50にはハーフエッチングにより段溝加工が施されており、液室基板20との間に間隙部55が形成されている。この間隙部55は、空所54と連通しており、画像形成装置本体から、空所54内にFPC72を導入(挿入)するための間隙となっている。
また、図5に示すように、FPC72は、空所54内において、FPC接合部73において電極71と接合されており、間隙部55内においてFPC補強部74により接合を補強されている。FPC補強部74については後に詳述する。
Further, the
Further, as shown in FIG. 5, the
[液滴吐出ヘッドの製造過程]
かかる構成を備えた液滴吐出ヘッドの製造過程の一例を説明する。
液室基板20は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、通常400μm程度の厚さのものが用いられる。
この液室基板20に対して、振動板22として機能する機能膜を厚さ1〜2μmで形成し、その上に圧電素子40および上下電極等を形成する。
ここで、電極形成に関して、DrIC70の実装性を向上する目的でニッケル、金メッキを施すことが望ましい。
[Manufacturing process of droplet discharge head]
An example of a manufacturing process of a droplet discharge head having such a configuration will be described.
In this embodiment, the
A functional film functioning as the
Here, regarding the electrode formation, it is desirable to perform nickel and gold plating for the purpose of improving the mountability of the
次にフレーム基板となるシリコン単結晶基板に対して、所定のパターンで貫通加工により貫通穴(空所51乃至54)を形成し、ハーフエッチングにより段溝加工を施して間隙部55を形成する。加工方法はICP(誘導結合プラズマ)等のドライエッチングやKOH(水酸化カリウム)等によるエッチングが対応可能である。
なお、間隙部55は、液室基板20にまたがって形成するようにしても良い。ただし、液室基板20にも、ハーフエッチングによる段溝加工が必要である。
フレーム基板50のハーフエッチングは個別液室21の圧電素子変位に対応して形成されているとともに、FPC72をフレーム基板50と液室基板20との間を通すことが出来る構成としている。
さらに、液室基板20とフレーム基板50とをウェハ状態で接着接合する。
フレーム基板50を接合後、液室基板20を、個別液室21の液室高さに相当する厚みまで、研磨加工を施す。シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁により区画された圧力発生室が幅方向に並設される。
液室基板20の長手方向外側は、後述するフレーム基板50に連通して各圧力発生室の共通のインク室となる、フレーム基板50等に形成された図示しない共通液室に連通されている。
個別液室21は振動板層22を残してエッチング加工されている。
Next, through holes (voids 51 to 54) are formed in a predetermined pattern by a through process in the silicon single crystal substrate to be a frame substrate, and a step groove process is performed by half etching to form a
The
Half etching of the
Further, the
After joining the
The outer side in the longitudinal direction of the
The individual
なお図5に示すように、FPC72挿入側の液室基板20の外形をフレーム基板50の外形よりも小さくするように事前にエッチング加工を施しておくと、以降のFPC挿入工程の作業性を向上でき、コスト低減とともに、品質を向上することが出来る。
この接着接合後、Auスタッドバンプを形成したDrIC70上を超音波フリップチップ接合等の方法により実装する。超音波フリップチップ実装により、液室基板20加熱を低温化することが可能で、熱ストレスによるダメージを与えることなく、低コストで実装できる。
As shown in FIG. 5, if the etching process is performed in advance so that the outer shape of the
After this adhesive bonding, the surface of the
さらに、アンダーフィル樹脂により、フリップチップ実装部を封止し硬化させる。DrIC70をフリップチップ実装することにより、液室基板20の小型化が可能となり、ヘッドモジュールの低コスト化が可能となる。
なお、アンダーフィル樹脂によりDrIC70を封止する際には、空所52と空所54との間に残されたフレーム基板が、アンダーフィル樹脂が空所54側に流れないようするための封止材用ダム56として機能する。
また、DrIC70がフリップチップ実装された液室基板20には、外部配線(FPC72)と接合するための電極71が形成されている。
その後、ダイシング加工により、個別ヘッドサイズに分断する。
Further, the flip chip mounting portion is sealed and cured with an underfill resin. By flip-chip mounting the
When the
In addition, the
Thereafter, it is divided into individual head sizes by dicing.
なお、事前にFPC接合側の液室基板20をエッチング加工しておくことで、フレーム基板50を貼り付けた状態でダイシングすることにより、FPC72を挿入する部位の液室基板20端部が引き込んだ構造となるため、間隙部55からFPC72を容易に挿入することが出来るようになる。
FPC72の電極71との接合端子には、Sn(シリコン)/Bi(ビスマス)等のはんだめっきを施してある。
このFPC72をフレーム基板50/液室基板20の間に設けた間隙部55から通し、FPC電極72aを液室基板20の外部接続端子(電極71)と位置あわせしたのち、パルスヒートあるいはレーザ照射等の加熱手段により、はんだ接合が可能である(FPC接合部73)。
ここでは、液室基板20側を100℃で予備加熱を行い、パルスヒート方式にてはんだ接合を行った。
ただし、本構成ははんだ接合のみならず、Au/Sn共晶接合等の金属拡散接合も適合可能である。
本構成によれば、FPC接合後にFPC72をハンドリングする際にも、構造上、FPC接合部73に対して剥離方向のストレスが加わることがなく、接合端子方向に対するせん断方向のストレスになるため、FPC接合部73および薄い液室基板20の破損を防止することが出来る。
The
Solder plating such as Sn (silicon) / Bi (bismuth) is applied to the junction terminal of the
The
Here, the
However, this configuration can be applied not only to solder bonding but also to metal diffusion bonding such as Au / Sn eutectic bonding.
According to this configuration, when the
また、接着剤をFPC72/液室基板20の界面およびFPC72/フレーム基板50界面に浸透させ、硬化接着することにより、FPC接合部73に対しては外部応力が加わらない構造とすることが出来る(FPC補強部74)。
FPC実装後、ノズル基板10を接着接合することで個別液室部の組立が完了する。
なお、ノズル基板接合は、FPC接合前に実施することも可能である。
このようにしたことで、FPC実装後のハンドリング時においても、コストアップを避け且つFPC接合部73に機械的なストレスが加わらない実装構成とすることが出来る。
つまり、FPC接合部73の外側で補強接着していることから、FPCハンドリング時においてもFPC接合部へストレスが加わることがなくなり、歩留り向上および液室基板20へのストレスを低減できる。
このように、ヘッド構成部材であるフレーム基板50と液室基板20との間にFPCを通す領域を設け、FPC接合部と接着補強部とを分離することで接合信頼性を確保するが出来る。
Further, by allowing the adhesive to permeate the interface of the
After the FPC is mounted, the assembly of the individual liquid chambers is completed by adhesively bonding the
The nozzle substrate bonding can be performed before the FPC bonding.
By doing in this way, even when handling after FPC mounting, it is possible to avoid a cost increase and to make a mounting configuration in which mechanical stress is not applied to the FPC joint 73.
That is, since the reinforcing bonding is performed outside the FPC joint 73, stress is not applied to the FPC joint even during FPC handling, and yield can be improved and stress on the
As described above, by providing a region through which the FPC passes between the
[FPC接合部の説明]
図6は、液室基板に対するFPC接合部の平面図である。
液室基板20上のAu電極に対して、FPC電極上のはんだにて接合するに際し、レーザ加熱手段を採用した。
レーザは940nmの半導体レーザを使用し、ベースフィルムであるポリイミドを透過し、Cu電極を加熱することではんだを溶融させ接合する。
しかし、液室基板20への熱伝達が大きく、溶融した「はんだ」の濡れ広がりを確保することが困難であった。
本実施形態では、はんだ接合時のレーザパワーを高め、ベースフィルムであるポリイミドを部分的に溶融させ、直接Cu電極部をレーザ加熱することで基板側へのはんだ濡れ広がりを確保できることを検証した。
当初からFPCベースを打抜いた構成も考えられるが、配線パターンピッチが狭くFPC配線強度を確保できないため、採用することが出来ない。
はんだ接合状態でレーザ照射し、所定の領域のみベースフィルムを溶融させることが出来るため、上記課題を解決した上、はんだ濡れ性を確保することが出来ることから、接合の信頼性を向上できる。
また、レーザによりFPCのベースフィルムを部分的に溶融させ、直接レーザによる電極部の加熱を可能とすることで、熱伝達の大きい液室基板20の電極71に対しても、はんだ濡れ性を確保することが出来、接合信頼性を向上できる。
[Description of FPC joint]
FIG. 6 is a plan view of the FPC bonding portion with respect to the liquid chamber substrate.
When joining the Au electrode on the
The laser uses a 940 nm semiconductor laser, passes through the base polyimide film, and heats the Cu electrode to melt and bond the solder.
However, heat transfer to the
In the present embodiment, it was verified that the solder power spread to the substrate side can be secured by increasing the laser power at the time of soldering, partially melting the base film polyimide, and directly heating the Cu electrode portion with laser.
Although a configuration in which the FPC base is punched out from the beginning is also conceivable, the wiring pattern pitch is narrow and the FPC wiring strength cannot be secured, so that it cannot be adopted.
Since the base film can be melted only in a predetermined region by laser irradiation in the solder joint state, the above problems can be solved and solder wettability can be ensured, so that the joint reliability can be improved.
Also, solder wettability is ensured for the
[液室基板に対するFPC接合の変形例]
図7は、液室基板20に対するFPC接合の変形例を示す断面図である。
FPC72の接合前までは上記の実施例と同様のため、説明を省略する。
FPC72の電極72aの構成としては、Auワイヤボンディングにて結線するため、Ni/Auめっきを施した。
図7に示すように、FPC72の電極(72a)面を上にして、フレーム基板50/液室基板20の間を所定長さ分だけ、FPC72を通す。
FPC72と液室基板20の界面に接着剤を供給し、浸透圧を利用して、FPC72/液室基板20の界面部を接着剤で埋め、加熱硬化する(FPC接着部74A)。
そして、液室基板20の外部接続端子71とFPC電極72aとをAuワイヤボンディング75にて結線した。ボンディング条件としては、接合時の超音波出力を高くすることが出来るため、常温での接合も可能であった。
[Modification of FPC bonding to liquid chamber substrate]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modification of FPC bonding to the
Since it is the same as that of the said Example until before joining of FPC72, description is abbreviate | omitted.
As the configuration of the
As shown in FIG. 7, the
An adhesive is supplied to the interface between the
Then, the
さらに、エポキシ系の封止剤76を塗布し、70℃、50minで硬化させた。
このように、ワイヤボンディング工法を可能とし、エレキ接合部とFPC接着部と機能分離を可能としたことにより低温で接合できるため、液室基板20へのストレスを大幅に低減できた。また、FPC補強機能を分離できたことで、信頼性を向上できる。すなわち、入力端子部の電気的な接続機能と機械的な接着機能を分離することで、低コストで高信頼性を確保することが出来る。
また、FPC貼付工程を簡略化でき、ワイヤボンディング工法にて液室基板20との結成を可能とする製造プロセスを提供することで、製造コストを低減できるとともに、低温での接合が可能となるため、液室基板20へのストレスを低減でき、信頼性を向上させることが出来る。
Further, an
As described above, since the wire bonding method can be performed and the electric bonding portion and the FPC bonding portion can be separated from each other, the bonding to the
In addition, since the FPC pasting process can be simplified and a manufacturing process that enables formation with the
1 液滴吐出ヘッド、10 ノズル基板、11 ノズル、20 液室基板、21 圧力発生室、22 振動板、40 圧電素子、50 フレーム基板、51 空所、52 空所、54 空所、55 間隙部、56 封止材用ダム、60 バッキングプレート、61 インク供給口、70 DrIC、71 外部接続端子、72 FPC、72a FPC電極、73 FPC接合部、74 FPC補強部、74A FPC接着部、75 Auワイヤボンディング、76 封止剤 1 droplet discharge head, 10 nozzle substrate, 11 nozzle, 20 liquid chamber substrate, 21 pressure generating chamber, 22 diaphragm, 40 piezoelectric element, 50 frame substrate, 51 void, 52 void, 54 void, 55 gap , 56 Sealing material dam, 60 Backing plate, 61 Ink supply port, 70 DrIC, 71 External connection terminal, 72 FPC, 72a FPC electrode, 73 FPC joint, 74 FPC reinforcing part, 74A FPC bonding part, 75 Au wire Bonding, 76 Sealant
Claims (5)
前記液室基板側であって前記空所内に相当する位置に、前記圧力室内の液体を加圧する圧力を発生させるアクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動手段と、配線部材を介して前記駆動手段に外部信号を供給する電極と、を備え、
前記フレーム基板には、前記配線部材を外部から前記空所内に導入するための間隙部を設け、
前記液室基板側電極と、前記間隙部から導入した前記配線部材側電極と、を電気的に接合したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 At least a nozzle substrate having a plurality of nozzles for discharging liquid, a liquid chamber substrate that is sequentially stacked on the nozzle substrate, and that has a pressure chamber in which each nozzle communicates with each other, and an opening on the liquid chamber substrate side A frame substrate having at least one void formed therein,
An actuator for generating a pressure for pressurizing the liquid in the pressure chamber at a position corresponding to the liquid chamber substrate side and in the space, a driving means for driving the actuator, and a driving member via the wiring member. An electrode for supplying an external signal,
The frame board is provided with a gap for introducing the wiring member into the space from the outside,
A liquid droplet ejection head, wherein the liquid chamber substrate side electrode and the wiring member side electrode introduced from the gap are electrically joined.
前記液室基板側電極と、前記配線部材側電極とが、はんだ接合あるいは金属拡散接合されており、少なくとも前記間隙部内にて前記液室基板と前記配線部材とが接着材により接着補強されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1,
The liquid chamber substrate side electrode and the wiring member side electrode are soldered or metal diffusion bonded, and the liquid chamber substrate and the wiring member are bonded and reinforced by an adhesive at least in the gap. A droplet discharge head characterized by that.
前記液室基板の上面に、前記アクチュエータと、前記駆動手段と、前記液室基板側電極を実装するステップと、
前記液室基板の下面に、前記圧力室を形成するステップと、
前記液室基板の下面に、前記圧力室と連通したノズルを備えたノズル基板を接合するステップと、
少なくとも前記液室基板側電極を収容可能な空所と、該空所内に前記配線部材を導入可能な前記間隙部となる段差部を形成した前記フレーム基板を、前記液室基板の上面に接合するステップと、
前記液室基板と前記フレーム基板との間に形成された前記間隙部から、前記空所内に前記配線部材を導入するステップと、
前記液室基板と前記配線部材との界面部に接着剤を塗布して硬化させるステップと、
前記液室基板側電極と前記配線部材側電極とを接合又は結線するステップと、
を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A method for manufacturing a droplet discharge head according to any one of claims 1 to 3,
Mounting the actuator, the driving means, and the liquid chamber substrate side electrode on the upper surface of the liquid chamber substrate;
Forming the pressure chamber on the lower surface of the liquid chamber substrate;
Bonding a nozzle substrate having a nozzle communicating with the pressure chamber to a lower surface of the liquid chamber substrate;
The frame substrate having at least a space capable of accommodating the liquid chamber substrate side electrode and a step portion serving as the gap portion into which the wiring member can be introduced in the space is bonded to the upper surface of the liquid chamber substrate. Steps,
Introducing the wiring member into the space from the gap formed between the liquid chamber substrate and the frame substrate;
Applying and curing an adhesive on the interface between the liquid chamber substrate and the wiring member;
Bonding or connecting the liquid chamber substrate side electrode and the wiring member side electrode;
A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:
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