JP2015093408A - 液体吐出ヘッドおよび配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】素子基板の接続端子と電気配線基板のリード端子との接続部の被覆性を安定させ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子と電気的に接続された複数の接続端子と、を有する素子基板と、複数のエネルギー発生素子に電気信号を印加するための複数のリード端子を有する配線基板と、を備え、リード端子は撓みを持って接続端子と接続されており、複数のリード端子のうちの少なくとも１つは、複数のリード端子のうちの他のリード端子よりも幅が広く形成された幅広部を、基端部と末端部との間の中間部の位置に有する液体吐出ヘッド。【選択図】図１

Description

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッド、およびそのための配線基板に関する。

インクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドのような液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する素子基板と、素子基板の接続端子に接続されるリード端子を有する電気配線基板と、を備えている。素子基板に設けられた接続端子と電気配線基板からせり出したリード端子との接続部は、吐出させる液体による腐食や外力による断線などの接続不良を防止するために、封止材で封止されている。詳細には、素子基板の外周に封止材を塗布してリード端子の下方を含む素子基板外周を埋め、次いでリード端子の上部を覆うように封止材を塗布して接続部を被覆することによって封止が行われている。

リード端子は、一般に、電気配線基板の縁部に複数が一列に並ぶように配列されている。配列方向の両端部のリード端子の配列方向外側や、隣接するリード端子間の間隔が広い箇所において、塗布した封止材の上面の高さがリード端子の上面よりも下方に落ち込む、いわゆる「落ち込み」の現象が生じやすい。落ち込みが生じると、落ち込んだ部分の近傍のリード端子は封止材から露出しやすくなる。

落ち込みによるリード端子の露出を防止するための手法の１つとして、特許文献１は、隣接するリード端子との間の間隔が広いリード端子を、他のリード端子と比べて幅広に形成することを提案している。

特開２０１０−２３４９１号公報

しかしながら、一部のリード端子を他のリード端子と比べて幅広に形成する構成において、素子基板の接続端子と電気配線基板のリード端子との接続部の被覆性に問題を生じる場合がある。

図６を参照してこれを説明する。図６（ａ）は、一部のリード端子の基端部を幅広に形成した場合の、素子基板の接続端子と電気配線基板のリード端子との接続状態を示す平面図であり、（ｂ）はその接続部の断面を示す。電気配線基板のリード端子は、一般に、液体吐出ヘッドの製造工程における加熱に伴う構成部材の熱膨張および熱収縮の影響を受けにくいように、素子基板の接続端子に対して撓みを有して接続される。

リード端子群２３０を構成するリード端子のうち、基端部が幅広に形成された幅広リード端子２１２は、基端部の幅がそれよりも狭い他のリード端子２１０と比べて、撓ませるときに必要な力が大きく、また、撓ませたときに元の形状に戻ろうとする力が強い。そのため、幅広リード端子２１２は、接続端子に接続されたときに、電気配線基板を上方向に持ち上げようとする力が大きく、基端部近傍の構成を変形させ、他のリード端子２１０とは異なる撓み形状を示す場合がある。このような場合、リード端子群２３０の表面に凹凸ができてしまい、リード端子群２３０を被覆する封止材による被覆厚を均一にすることができず、また、接続部が露出する恐れがある。

本発明の目的は、素子基板の接続端子と配線基板のリード端子との接続部の封止材による被覆性を安定させ、信頼性の高い液体吐出ヘッド、およびそのための配線基板を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の液体吐出ヘッドは：液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子と電気的に接続された複数の接続端子と、を有する素子基板と；複数のエネルギー発生素子に電気信号を印加するための複数のリード端子を有する配線基板と、を備え、リード端子は撓みを持って接続端子と接続されており、複数のリード端子のうちの少なくとも１つは、複数のリード端子のうちの他のリード端子よりも幅が広く形成された幅広部を、基端部と末端部との間の中間部の位置に有することを特徴とする。

本発明の構成によれば、素子基板の接続端子と配線基板のリード端子との接続部の封止材による被覆性を安定させ、信頼性の高い液体吐出ヘッド、およびそのための配線基板を提供することが可能となる。

第１の実施形態の液体吐出ヘッドの素子基板と電気配線基板との接続部を示す図である。 第１の実施形態の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 第１の実施形態の液体吐出ヘッドの斜視図である。 第２の実施形態の液体吐出ヘッドの素子基板と電気配線基板との接続部を示す図である。 第３の実施形態の液体吐出ヘッドの素子基板と電気配線基板との接続部を示す図である。 一部のリード端子の基端部が幅広に形成された場合の、液体吐出ヘッドの素子基板と電気配線基板との接続部の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを説明する分解斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１は、主に、素子基板１００、電気配線基板２００、および支持部材３００から構成されている。

素子基板１００はシリコン基板を含み、その一方の面に、液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子としての電気熱変換素子と、電気熱変換素子に電力を供給するための電気配線と、を備える。素子基板１００には、同じ面に、電気熱変換素子に対応した液体流路および吐出口が形成されており、また、液体流路に液体を供給するための液体供給口が、裏面に開口するように形成されている。また、素子基板１００は、素子基板１００が備える電気配線を電気配線基板２００と電気的に接続するための接続端子を有する。

電気配線基板２００は、液体を吐出するための電気信号を素子基板１００に印加するための部材である。電気配線基板２００は、素子基板１００を露出して配置するための開口が形成されており、素子基板１００の接続端子に対応するリード端子（リード電極）と、液体吐出装置から駆動信号および駆動電力を受け取るための外部信号入力端子と、を有している。

支持部材３００は、素子基板１００を接合してこれを支持および固定するための部材であり、素子基板１００を支持および固定するための接合部と素子基板１００に液体を供給するための液体流路３１０とが一体的に形成されている。支持部材を構成する材料として、樹脂材料や、Ａｌ_２Ｏ_３に代表されるセラミック材料等を、幅広く用いることができる。本例では、支持部材の剛性向上を目的として、ガラスフィラーが３５％程度含有された変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）を用いている。

素子基板の接続端子と電気配線基板のリード端子とは、接続可能な範囲で位置決めされ、次いでＴＡＢ（Tape Automated Bonding）実装技術によって電気的に接続される。素子基板は、素子基板の液体供給口と支持部材の液体流路とが連通するように、支持部材の接合部に接着剤を用いて接合される。電気配線基板もまた、支持部材に接着剤を用いて接合される。ここで用いられる接着剤は、吐出させる液体に対する耐性の良好なものが好ましく、例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性接着剤を使用することができる。リード端子群の下部、および素子基板の接続端子と電気配線基板のリード端子との接続部を、封止材で封止し、硬化させる工程を経て、液体吐出ヘッドを形成する。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける素子基板と電気配線基板との接続部の構成を示す平面図であり、（ｂ）はその接続部近傍の断面図である。電気配線基板２００の開口２５０内側には、複数のリード端子２１０、２１２からなるリード端子群２３０が設けられている。リード端子群２３０の両端に位置するリード端子２１２は、リード端子の長さ方向における基端部と先端部との間の中間部が部分的に幅広に形成されている。本実施形態において、他のリード端子２１０は長さ方向にわたって同一幅を有するように形成されており、リード端子２１２の基端部および先端部の幅は、この幅と、略同一の寸法に形成されている。リード端子２１２の中間部に位置する幅広に形成された幅広部２４０の存在によって、リード端子群２３０を封止材で被覆したときのリード端子群２３０の両端外側における封止材の落ち込みを低減させることができる。

リード端子群２３０の各リード端子２１０、２１２と、素子基板１００の接続端子１２０とは、ＴＡＢ実装技術によって各リード端子を撓ませることによって電気的に接続されている。リード端子群２３０の全てのリード端子２１０および２１２の基端部は、幅が略同一となるように形成されているため、曲げに対して同様の挙動を示し、各リード端子２１０、２１２の撓み形状は略同一となっている。したがって、リード端子群２３０の上面に凹凸は生じにくく、リード端子群２３０の上部を被覆する封止材５１０の被覆厚を均一にすることが可能となる。

本発明では、電気配線基板および素子基板の実装において、リード端子群を構成する各リード端子が曲げに関して同様の挙動を示すことが、所望の効果を得るために重要である。そのために、本実施形態においては、リード端子２１０および２１２の基端部の幅を略同一に形成している。また、本発明の本来の効果である落ち込みの防止のために、リード端子２１２が基端部と末端部との間の中間部に幅広部２４０を有することを要する。一方、リード端子２１２の末端部の幅は、素子基板１００内の配線に当接してこれを損傷またはショートさせる可能性のない寸法であれば特に制限はなく、例えば、接続端子１２０よりも狭いものであればよく、また、基端部と略同一であってもよい。

ここで、幅広部２４０を有するリード端子２１２において、リード端子２１２の長さ方向における幅広部２４０の位置は、リード端子２１２の基端、すなわち電気配線基板２００の開口２５０の縁部から、所定の範囲内に設定することが好ましい。具体的には、電気配線基板２００の開口２５０の縁部から幅広部２４０の端部までの間隔は、上部に塗布された封止材の落ち込みの量（最も高い部分からの窪み量）が所望の範囲内に保たれるような小さい間隔に設定する。この間隔は封止材の特性によっても異なるものであり、例えば、封止材の粘度が低い場合には、封止材の落ち込み傾向は大きくなるので、この間隔は小さくなる。本例では、開口２５０の端部から幅広部２４０の端部までの間隔が１００μm以下になるように、幅広部２４０の位置を設定した。

（第２の実施形態）
図４（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける素子基板と電気配線基板との接続部の構成を示す平面図であり、（ｂ）はその接続部近傍の断面図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、図中同様の符号を用いて示し、重複する説明を省略する。

第２の実施形態は、第１の実施形態と、リード端子群２３０の両端に位置するリード端子２１２に設けられた幅広部２４０の形状の点で異なる。詳細には、第１の実施形態においては、各リード端子２１２は、リード端子の長さ方向において単一の幅広部２４０を有していたのに対し、第２の実施形態では、複数（本例では２つ）の幅広部２４０を有する。

この構成においても、リード端子２１２の基端部と末端部との間の中間部に位置する幅広部２４０の存在によって、リード端子群２３０を封止材で被覆したときのリード端子群２３０の両端外側における封止材の落ち込みを低減させることができる。このとき、リード端子の長さ方向における複数の幅広部同士の間隔を、上部に塗布される封止材の落ち込みの量が所望の範囲内に保たれるような小さい間隔に設定することが好ましい。本例では、幅広部２４０同士の間隔が１００μｍ以下になるように、幅広部２４０の位置を設定した。

また、リード端子群２３０の全てのリード端子２１０および２１２の基端部は、幅が略同一となるように形成されていることに加え、この構成においては、リード端子２１２の幅広部２４０はリード端子の長さ方向において複数に分割して設けられている。そのため、リード端子２１０および２１２の曲げに対する挙動はさらに近似し、各リード端子２１０、２１２の撓み形状は略同一となっている。したがって、リード端子群２３０の上面に凹凸はより生じにくく、リード端子群２３０の上部を被覆する封止材５１０の被覆厚を均一にすることが可能となる。

第２の実施形態の構成は、リード端子の長さが長い場合に特に有効である。リード端子の長さが長い場合は、落ち込みを防止するための幅広部２４０を長い範囲にわたって設ける必要がある。このとき幅広部２４０を複数に分割せずに単一のものとして形成すると、リード端子２１２は幅広部を有さないリード端子２１０と比べて曲げに対する抵抗が大きくなり、素子基板の接続端子１２０と電気的に接続させたときの撓みの形状が異なってしまうためである。

幅広部２４０の長さの上限は、好ましくは、リード端子群２３０の各リード端子２１０、２１２と素子基板１００の接続端子１２０との電気的な接続の際に形成される各リード端子２１０、２１２の撓み形状の差が所定の程度以下になるような長さとする。また、隣接する幅広部２４０同士の間隔は、上部に塗布する封止材の落ち込みの量が所望の範囲内に保たれるような間隔であることが好ましい。本実施例では、幅広部２４０の長さが３００μｍ以下になるように設定した。

（第３の実施形態）
図５（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける素子基板と電気配線基板との接続部の構成を示す平面図であり、（ｂ）はその接続部近傍の断面図である。第３の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については、図中同様の符号を用いて示し、重複する説明を省略する。

第３の実施形態は、第１の実施形態の構成に対して、リード端子群２３０の両端以外に位置するリード端子２１４にも幅広部２４１が設けられている構成を有する。第３の実施形態においては、素子基板１２０の複数の接続素子の中に、リード端子２１０に接続されない接続端子１２１が配置されている。リード端子群２３０は、この接続端子１２１の位置を基準にして２つのリード端子群２３１に分割されている。隣接するリード端子群２３１間における封止材の落ち込みを防止するために、リード端子群２３１の対向するリード端子２１４に、幅広部２４１を設ける。本例では、対向するリード端子２１４の両方に幅広部２４１を設ける構成を開示しているが、どちらか一方のみに幅広部２４１を設ける構成であってもよい。幅広部２４１同士の間隔は、または幅広部２４１と隣接するリード端子２１４との間の間隔は、上部に塗布される封止材の落ち込みの量が所望の範囲内に保たれるような小さい間隔に設定することが好ましい。リード端子２１４における幅広部２４１の位置等の条件については、リード端子２１２における幅広部２４０に準じて設定することができる。

第３の実施形態において、リード端子２１４の基端部は、リード端子群２３０の他のリード端子２１０、２１２と略同一の幅寸法を有することが、発明の効果を得るために重要である。

第３の実施形態においても、リード端子２１２の中間部に位置する幅広に形成された幅広部２４０の存在によって、リード端子群２３０を封止材で被覆したときのリード端子群２３０の両端外側における封止材の落ち込みを低減させることができる。また、リード端子群２３０の全てのリード端子２１０、２１２および２１４の基端部は、幅が略同一となるように形成されているため、曲げに対して同様の挙動を示し、各リード端子２１０、２１２および２１４の撓み形状は略同一となっている。したがって、リード端子群２３０の上面に凹凸は生じにくく、リード端子群２３０の上部を被覆する封止材５１０の被覆厚を均一にすることが可能となる。

さらに、第３の実施形態に、第２の実施形態における幅広部を複数設ける形態を組み合わせてもよい。

本発明の別の実施形態として、落ち込み防止のためのリード端子を、基端部の幅は幅広部と同様の寸法とし、一方、厚さを薄くすることによって、接続端子と接続されたときのリード端子群の各リード端子の撓み形状を略同一としてもよい。

１００ 素子基板
１２０、１２１ 接続端子
２００ 電気配線基板
２１０、２１２、２１４ リード端子
２３０、２３１ リード端子群
２４０、２４１ 幅広部
２５０ 開口
３００ 支持部材
５００、５１０ 封止材

Claims (8)

1. 液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続された複数の接続端子と、を有する素子基板と、
   前記複数のエネルギー発生素子に電気信号を印加するための複数のリード端子を有する配線基板と、
   を備え、
   前記リード端子は撓みを持って前記接続端子と接続されており、
   前記複数のリード端子のうちの少なくとも１つは、前記複数のリード端子のうちの他のリード端子よりも幅が広く形成された幅広部を、基端部と末端部との間の中間部の位置に有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記複数のリード端子で構成されるリード端子群の端部に位置するリード端子のうちの少なくとも１つは、前記幅広部を有するリード端子であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記複数のリード端子で構成される複数のリード端子群を備え、前記複数のリード端子群が隣接する部分における対向するリード端子のうちの少なくとも一方は、前記幅広部を有する前記リード端子であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記幅広部を有する複数のリード端子が隣接して設けられていることにより、隣接する当該リード端子の間の間隔が所定の間隔に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記幅広部を有するリード端子は、長さ方向において複数の前記幅広部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記複数のリード端子、および前記複数のリード端子と前記複数の接続端子との接続部は、樹脂によって覆われることによって封止されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続された複数の接続端子と、を有する素子基板と、
   前記複数のエネルギー発生素子に電気信号を印加するための複数のリード端子を有する配線基板と、
   を備え、
   前記リード端子は撓みを持って前記接続端子と接続されており、
   前記複数のリード端子のうちの少なくとも１つは、前記複数のリード端子のうちの他のリード端子よりも幅が広く形成された幅広部を有すると共に、前記他のリード端子よりも基端部の厚さが薄いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続された複数の接続端子と、を有する素子基板を備える液体吐出ヘッドのための配線基板であって、
   前記複数のエネルギー発生素子に電気信号を印加するための複数のリード端子を有し、前記複数のリード端子のうちの少なくとも１つは、前記複数のリード端子のうちの他のリード端子よりも幅が広く形成された幅広部を、基端部と末端部との間の中間部の位置に有し、
   前記液体吐出ヘッドに接合される際に、前記リード端子は撓みを持って前記接続端子と接続されることを特徴とする配線基板。

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