JP2014208452A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子を備える素子基板と素子基板2とリード線8により電気的に接続された配線基板3と、第1の支持部と第2の支持部16とを備える支持部材4と、を用意する工程と、第2の支持部4に封止材5を塗布する工程と、素子基板2を第1の支持部に載置し、リード線8を第2の支持部16に塗布された封止材5と接触させる工程と、封止材5を硬化させる工程と、を備える。
【選択図】図3
Description
図6は関連する液体吐出ヘッドの斜視図である。図6に示すように、液体吐出ヘッド1は、素子基板2と、リード線を介して素子基板2と電気的に接続された電気配線基板3と、素子基板2および電気配線基板3を支持する支持部材4と、を備える。リード線は封止材5を用いて覆われている。
図6に示された液体吐出ヘッド1の製造方法として、異なる2種類の液状の充填材をリード線の周辺に充填し当該2種類の充填剤を固める工程を含む製造方法が提案されている(特許文献1)。リード線の周辺の2種類の充填剤が固まることによって接続部を覆う封止材5が形成される。
図7(A)に示すように、まず、作業者または製造装置は、素子基板2を固定するためのマウント接着剤6と、電気配線基板3を固定するためのTAB貼り接着剤7とを支持部材4に塗布する。また、作業者または製造装置は、素子基板2と電気配線基板3とをリード線8を介して電気的に接続する。
続いて、図7(B)に示すように、作業者または製造装置は支持部材4上に素子基板2および電気配線基板3を配置する。このとき、素子基板2の周囲に充填剤溜め部9が形成され、充填剤溜め部9の上にリード線8が配置される。その後、作業者または製造装置は第1の充填剤10を充填剤溜め部9に注入する。
第1の充填剤10は、ベアチップ実装に用いられるフリップチップ用アンダーフィル剤等の熱硬化樹脂である。アンダーフィル剤の粘度は常温でおよそ50ポイズであるが、40℃〜70℃で15ポイズ以下である。すなわち、第1の充填剤10の温度が40℃〜70℃の状態では、第1の充填剤10は粘度が比較的小さく流動性が比較的高い。
第1の充填剤10を充填剤溜め部9に注入する際に支持部材4を40℃〜70℃に保っておくことによって、第1の充填剤10は流動性が比較的高い状態に保たれる。そして、40℃〜70℃のまま支持部材4を3分〜10分程度放置することによって、第1の充填剤10は充填剤溜め部9の隅々に行き渡り、リード線8に達する(図7(C)参照)。
その後、作業者または製造装置は第2の充填剤11を第1の充填剤10上に塗布する。第2の充填剤11は、第1の充填剤10とほぼ同じ組成を有するが、第1の充填剤10よりも粘度が高く流動性が低い熱硬化樹脂である。したがって第2の充填剤11は第1の充填剤10上で盛り上がり、リード線8が第1および第2の充填剤10,11で覆われる。第1および第2の充填剤10,11に熱を加えることによって第1および第2の充填剤10,11が固まり、リード線8を覆う封止材5(図6参照)が形成される。
具体的には、特許文献1に開示の製造方法において、第1の充填剤10を充填剤溜め部9へ注入した後の支持部材4の放置時間が十分でない場合、図8に示されるように、第1の充填剤10内に気泡12が混入することがある。気泡12は第1および第2の充填剤10,11の加熱による硬化時に急激に膨張する。その結果、第1および第2の充填剤10,11が飛び散り、リード線8が露出してしまう。このような理由から、第1の充填剤10を充填剤溜め部9に注入した後に支持部材4を3分〜10分程度放置して第1の充填剤10内に起草が混入しないようにする必要があり、製造時間の短縮が困難である。
また、特許文献1に開示の製造方法は、異なる2種類の充填剤10,11を使用しなければならない。したがって、液体吐出ヘッドの製造時における材料の管理が煩雑であり、液体吐出ヘッド製造時の作業の簡易化が困難である。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、液体吐出ヘッドの製造時間の短縮を可能にするとともに、液体吐出ヘッドの製造時における作業の簡易化を可能にすることを目的とする。
また、本発明は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子を備える素子基板と、素子基板とリード線により電気的に接続され、素子基板を駆動するための電気信号を伝達する配線を備える配線基板と、リード線と素子基板との電気接続部を封止する封止材と、素子基板を支持する第1の支持部と、封止材が塗布されている第2の支持部と、を備える支持部材と、を備える液体吐出ヘッドに係る。第2の支持部は凸部の頂面に形成されており、凸部と素子基板との間には、封止材が塗布されない空間部が形成されている。
まず、液体吐出ヘッドの構造を説明する。図1(A)および(B)は本発明を適用可能な液体吐出ヘッドの分解斜視図および外観斜視図である。図1(A)および(B)に示されるように、液体吐出ヘッド1は、素子基板2、電気配線基板(「配線基板」とも呼ばれる)3および支持部材4を備える。
素子基板2は、厚さ0.6mm〜0.8mmのシリコン基板と、シリコン基板の片面(以下、シリコン基板の当該面を「おもて面」と称す)に配された複数の電気熱変換体と、各電気熱変換体と電気的に接続された電気配線と、を含む。電気配線は各電気熱変換体に電力を供給し、各電気熱変換体は電気配線から加えられた電力を用いてインク等の液体に吐出エネルギーを加えて液体を吐出する。電気配線は、例えば成膜技術を用いてシリコン基板に形成される。
また、素子基板2は、前述の電気熱変換体に対応した複数の吐出口(以下、「複数の吐出口」を「吐出口群」とも称す)と、吐出口にそれぞれ連通する複数の液体流路と、当該複数の液体流路に液体を供給するための液体供給路と、を含む。液体供給路は、シリコン基板のおもて面と、該おもて面の反対側の裏面との間を貫通する穴によって形成されている。複数の吐出口および複数の液体流路はフォトリソグラフィー技術によりシリコン基板上に形成される。
なお、電気熱変換体は液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子の一例であり、素子基板2は他の素子を備えていてもよい。
リード線8は封止材5を用いて覆われている。封止材5として、熱硬化性材料や紫外線硬化型材料を用いることができる。
支持部材4は素子基板2および電気配線基板3を支持する。
図1に示される例では、支持部材4は凹部14を有し、凹部14の底部に素子基板2が配置されている。すなわち、支持部材4は、凹部14の底部で素子基板2を支持している。リード線8は、素子基板2と凹部14の少なくとも1つの側面との間の隙間を跨いでいる。
また、支持部材4は、素子基板2を支持する素子基板支持面、すなわち凹部14の底面に液体流路15の開口を有する。素子基板2が凹部14の底部に配置されると、素子基板2の液体供給路は液体流路15と連通する。
さらに、支持部材4は凹部14の底部から前述の隙間に突設された凸部16(第2の支持部)を有する。凸部16は、封止材5を凹部14の底部の側から支持する支持面を有する。当該支持面は、例えば凸部16の先端面(頂面)である。
続いて、マウント接着剤6が凹部14の底部(素子基板を支持する第1の支持部)に塗布され、TAB貼り接着剤7が、支持部材4の、電気配線基板3を支持する部位(配線基板支持部、第3の支持部)に塗布される。そして、硬化前の封止材5が凸部16の頂部(保持部)に塗布される。
その後、素子基板2は凹部14の所定の位置に配置されてマウント接着剤6を用いて固定され、液体流路15と素子基板2の液体供給路とが連通する。電気配線基板3は支持部材4の配線基板支持部に配置されてTAB貼り接着剤7を用いて固定される。そして、リード線8が液状の封止材5内に埋め込まれる。
マウント接着剤6やTAB貼り接着剤7は耐液体性の良好な接着剤が好ましく、例えばエポキシ樹脂を主成分とした紫外線硬化型接着剤を使用することができる。接着剤は、熱硬化性材料からなっていてもよい。マウント接着剤6は、凹部14の底部と素子基板2との間に隙間が形成されないように塗布されることが望ましい。
最後に硬化前の封止材5が固められ、液体吐出ヘッド1の製造が完了する。
以下、図2ないし5を用いて、本発明に関わる第1および第2の実施形態について詳述する。
本発明の第1の実施形態について図2ないし4を参照して説明する。
図2は本実施形態における支持部材4の部分拡大正面図である。支持部材4は、素子基板2を支持固定するための凹部14と、素子基板2の液体供給路に液体を供給するための液体流路15とを有する。凹部14および液体流路15は1つの部材に形成されている。
支持部材4を形成する材料は、樹脂材料、或いはAl2O3に代表されるセラミック材料等、幅広く用いることができる。本実施例では、支持部材4は変性PPE(Polyphenyleneether)を用いて形成されている。
図3は、本実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、図1(B)に示されるB−B面で素子基板2や電気配線基板3、支持部材4を切断したときの拡大断面図である。
硬化前の封止材5が凸部16の先端面に塗布されることで硬化前の封止材5の表面にメニスカスが形成され、封止材5の高さが安定する。硬化前の封止材5の高さをより高くするため、比較的粘度が高い材料を封止材5に用いることがより好ましい。
凸部16の先端面は、凹部14の底面(素子基板支持面)に対して液体流路15の開口の側とは反対側に傾斜していることが望ましい。凸部16の先端面がこのように傾斜していることによって、凸部16の先端面に塗布された硬化前の封止材5が液体流路15の開口へ向かって流れにくくなる。その結果、液体流路15が封止材5で塞がれにくくなる。
続いて、図3(B)に示されるように、支持部材4上に素子基板2および電気配線基板3が載置される。このとき、リード線8が硬化前の封止材5に埋め込まれる。リード線が硬化前の封止材5に埋め込まれることによって、リード線8の、凸部16の側とは反対側(以下、「リード線8の正面側」と称す)へ封止材5がはみ出る。
その後、硬化前の封止材5が硬化することによってリード線8を覆う封止材5が形成される。
また、封止材5を支持する支持面を凸部16の頂面である先端面とすることによって、封止材5を支持する支持面とリード線8との間がより狭くなる。その結果、硬化前の封止材5の量が比較的少なくても封止材5はリード線8を覆うことができる。
このような方法により封止材を塗布することで、凸部16と記録素子基板との間には、封止材が形成されない空間部が存在する。また、凸部16と接着剤7が塗布される第3の支持部との間にも、封止材や接着剤が塗布されない空間部が存在する。このような空間部により、接着剤7が電気配線基板と第3の支持部との間からはみ出した場合の、接着剤の受け部として機能させることが可能となる。また封止材5と接着剤7との接触を抑制することが可能となる。
凸部16の頂面は、素子基板側が相対的に高く、素子基板から遠い側が相対的に低いことがより好ましい。
硬化前の封止材5の、隣り合うリード線8の間の通り抜けやすさは、リード線8の太さ、隣り合うリード線8の間の間隔(以下、「リード線間隔」と称す)、硬化前の封止材5の粘度により決まる。リード線の太さがより小さく、リード線間隔がより大きいほど、硬化前の封止材5は隣り合うリード線8の間を通り抜けやすくなり、リード線8を覆いやすくなる。
本実施形態では、リード線8の太さを40μmとし、リード線間隔を80μmとした。また、硬化前の封止材5として、粘度が20〜250Pa・s(25℃、10回転、B8H型粘度計7番ローターで20rpmの条件で測定)のエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化型樹脂を使用し、封止材5に熱を加えて封止材5を硬化させた。
封止材5およびマウント接着剤6が熱硬化性材料である場合には、加熱雰囲気中に液体吐出ヘッド1を投入することで、封止材5およびマウント接着剤6を硬化させることができる。TAB貼り接着剤7が熱硬化性材料である場合には、加熱雰囲気中に液体吐出ヘッド1を投入することで、TAB貼り接着剤7を硬化させることができる。
本実施形態に係る製造方法は、硬化前の封止材5を凸部16の先端面に塗布した後に支持部材4を放置する工程を必要としない。また、硬化前の封止材5を塗布する工程が1回で済む。したがって、製造時間を短縮することができる。
本実施形態によれば、硬化前の封止材5を凸部16の先端面に塗布した後に支持部材4を放置する必要がない。したがって、支持部材4を放置するためのスペースを製造装置に設ける必要がなく、製造装置を小型化することが可能となる。
さらに、本実施形態によれば、使用される封止材5は1種類であるため、液体吐出ヘッド1の製造時における材料の管理が比較的簡易であり、製造時における作業の簡易化が可能となる。
以上、本発明の実施形態によれば、液体吐出ヘッドの製造時間が短縮されるとともに、液体吐出ヘッドの製造時における作業がより簡易になる。
本発明の第2の実施形態について図5を参照して説明する。
図5は、本実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、図1(B)に示されるB−B面で素子基板2や電気配線基板3、支持部材4を切断したときの拡大断面図である。第1の実施形態と同様に、支持部材4は凹部14や凸部16を含み、変性PPEを用いて形成されている。
本実施形態では、封止材5として、エポキシ樹脂を主成分とした紫外線硬化型樹脂が使用されている。封止材5は紫外線遅延硬化型樹脂であることがより好ましい。紫外線遅延硬化型樹脂は、紫外線を照射することにより硬化反応が開始し、硬化までには数分〜数十分程度かかる樹脂である。
さらに、硬化前の封止材5が凸部16の先端面に塗布される。凸部16の先端面に塗布される硬化前の封止材5の量は、素子基板2および電気配線基板3が支持部材4上に配置される際にリード線8の、凸部16の側とは反対側へ封止材5がはみ出す量である。
凸部16の先端面は、第1の実施形態と同様に傾斜しており、液状の封止材5が液体流路15へ流入しないようになっている。さらに、凸部16と凹部14の開口縁(配線基板支持部)との間には溝19が形成されており、液状の封止材5が配線基板支持部へ流れ込まないようになっている。
硬化前の封止材5が凸部16の先端面に塗布されたところで、紫外線光源17から発せられた紫外線18が硬化前の封止材5に照射される。封止材5は紫外線遅延硬化型樹脂であるため、封止材5は紫外線18の照射直後ではまだ硬化していない。
硬化前の封止材5に紫外線18を照射したところで、図5(B)に示されるように、支持部材4上に素子基板2および電気配線基板3が配置される。このとき、封止材5はまだ硬化していないためリード線8が封止材5に埋め込まれる。
その後、封止材5が硬化し、リード線8を覆う封止材5が形成される。
図5(b)に示される状態でもリード線8は保護されているが、図5(C)に示すように、凸部16の先端面にすでに塗布された封止材5の上に新たな封止材5をさらに塗布してもよい。このようにすれば封止材5の全体の厚みが増し、封止材5の耐液体性が向上し、より確実にリード線8を保護することができる。その結果、ショートなどが生じにくくなる。新たな封止材5を塗布する場合には、図5(D)に示すように紫外線18をさらに照射する必要がある。
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得られる他、封止材5に熱を加えるための炉も必要ないため、製造装置のさらなる小型化が可能になる。
さらに、本実施形態によれば、図5(A)に示される状態、すなわち素子基板2や電気配線基板3が支持部材4上に配置されておらず、リード線8が硬化前の封止材5に埋め込まれていない状態で紫外線18が封止材5に照射される。したがって、素子基板2や電気配線基板3、リード線8の影が封止材5上に形成されることがなく、硬化前の封止材5の全体に紫外線18を照射することが可能になる。その結果、封止材5を万遍なく硬化させることができる。
2 素子基板
3 配線基板
4 支持部材
5 封止材
8 リード線
16 凸部(第2の支持部)
Claims (15)
- 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子を備える素子基板と前記素子基板とリード線により電気的に接続された配線基板と、第1の支持部と第2の支持部とを備える支持部材と、を用意する工程と、
前記第2の支持部に封止材を塗布する工程と、
前記素子基板を前記第1の支持部に載置し、前記リード線を前記第2の支持部に塗布された前記封止材と接触させる工程と、
前記封止材を硬化させる工程と、を備える、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記封止材を硬化させる工程において、前記リード線が前記封止材に埋め込まれた状態で前記封止材を硬化させる、請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記封止材は熱硬化性材料であり、前記封止材を硬化させる工程において、硬化前の封止材に熱を加えて該封止材を硬化させる、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 封止材を硬化させる工程において、前記封止材は紫外線硬化型材料であり、前記封止材と前記リード線とを接触させる前に、前記封止材に紫外線を照射する、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第1の支持部に前記素子基板を載置する前に、前記第1の支持部に接着剤を塗布する、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記封止材及び前記接着剤は熱硬化性材料である、請求項5に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 加熱雰囲気中に前記液体吐出ヘッドを投入することで、前記封止材及び前記接着剤を硬化させる、請求項6の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第2の支持部は凸部の頂面に形成されている、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記凸部の頂面は、前記素子基板側が相対的に高く、前記素子基板から遠い側が相対的に低い、請求項8に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第2の支持部は前記第1の支持部に対して傾斜している、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第2の支持部は、前記素子基板側が相対的に高く、前記素子基板から遠い側が相対的に低い、請求項10の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子を備える素子基板と、
前記素子基板とリード線により電気的に接続され、前記素子基板を駆動するための電気信号を伝達する配線を備える配線基板と、
前記リード線と前記素子基板との電気接続部を封止する封止材と、
前記素子基板を支持する第1の支持部と、前記封止材が塗布されている第2の支持部と、を備える支持部材と、を備え、
前記第2の支持部は凸部の頂面に形成されており、前記凸部と前記素子基板との間には、前記封止材が塗布されない空間部が形成されている、液体吐出ヘッド。 - 前記支持部材には、前記電気配線基板を支持する第3の支持部が形成されている、請求項12に記載の液体吐出ヘッド。
- 第3の支持部には前記配線基板と接触する接着剤が塗布されており、前記凸部と前記第3の支持部との間には、前記封止材及び前記接着剤が塗布されない空間部が形成されている、請求項13に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記凸部の頂面は、前記素子基板側が相対的に高く、前記素子基板から遠い側が相対的に低い、請求項12ないし14のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
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