JP2015233000A - 圧電素子とケーブル基板との接続方法、ケーブル基板付き圧電素子およびこれを使用したインクジェットヘッド - Google Patents

圧電素子とケーブル基板との接続方法、ケーブル基板付き圧電素子およびこれを使用したインクジェットヘッド Download PDF

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Abstract

【課題】基板電極が狭ピッチ化したケーブル基板を圧電素子に接続する場合に、基板電極の間から溢れた余分な半田による短絡事故の発生を、より確実に防止することができること
【解決手段】この接続方法は、圧電体１４０の素子電極１３８ａと、圧電体１４０に接続するフレキシブルケーブル基板３の基板電極７ａとを、熱硬化性樹脂の樹脂フィルム４を介して圧接させた状態で加熱して樹脂フィルム４を軟化させ、軟化している樹脂フィルム４の一部を素子電極１３８ａと基板電極７ａとの対向箇所から押し出して、基板電極７ａの上に形成されている半田層８と素子電極１３８ａを当接させ、加熱の温度を更に上昇させて樹脂フィルム４を硬化させ、半田層８の半田を融解させ、硬化した樹脂フィルム４で規定された方向へ余分な半田を排出し、その後に半田層の半田を凝固させて素子電極１３８ａと基板電極７ａを半田接合する。
【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、インクジェットヘッドに関するものである。特に、製造装置として用いられるインクジェットヘッドに関するものである。
近年、各種ディスプレイの大画面と画素の高精細度が要求されている。 ディスプレイの中でも、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（以下、有機ＥＬディスプレイと称す）の製造方法には、ディスプレイの基板を真空下において、有機層を蒸着する蒸着法と、大気下で有機層の材料を溶媒に溶かしたインクを、ディスプレイの画素上に塗布する印刷法とがある。大画面のディスプレイを製造する場合には、印刷法の方が有利である。
有機ＥＬディスプレイの製造に使用できる印刷法にも、複数の印刷方式がある。しかし、インクジェット方式が、材料の利用効率の観点から適している。
インクジェット方式によって有機ＥＬディスプレイの画素の精細度を向上させるためには、ノズル孔間の距離を小さくした高密度化したインクジェットヘッドが必要である。
インクジェットヘッドには、インクに圧を印加する圧電素子がある。ノズル毎に、圧電素子がある。
各圧電素子に、電圧を印加するため、配線を有するフレキシブルケーブル基板が使用される。制御装置と各圧電素子とを、フレキシブルケーブル基板で接続する。各圧電素子は、狭いピッチで配列されている。このため、フレキシブルケーブル基板と圧電素子との接続がうまくできないと、隣接した圧電素子の間で短絡が発生し、製造歩留を低下させてしまう問題が発生する。
実開昭６３−９０８７６号公報には、図１６に示す技術が公開されている。 図１６は、圧電素子に接続されるケーブル基板２１の平面図である。ケーブル基板２１は、絶縁基板２２の上に隣接して形成された複数の基板電極２３を有している。さらに、基板電極２３の先端の間の絶縁基板２２に、孔２４を予め形成している。孔２４は、圧電素子への基板電極２３の接続時に、余分な半田を回収する。このことで基板電極２３間の短絡を防ぐ。
特開２００２−１１０２６９号公報には、図１７に示す技術が公開されている。図１７は、コネクタ２７の拡大斜視図である。
複数の隣接したコネクタ電極２５は、絶縁基板２６の上に形成されている。コネクタ２７には、凹部２８がコネクタ電極２５の間に形成されている。コネクタ２７を、インクジェットヘッド側の素子電極に半田接続する時、あふれた半田を凹部２８で回収する。このことで、隣接したコネクタ電極２５の間の短絡を防ぐものである。
実開昭６３−９０８７６号公報 特開２００２−１１０２６９号公報
圧電体が隣接して形成された圧電素子と、絶縁基板の上に隣接して形成された複数の基板電極を有するフレキシブルケーブル基板とを、半田接続する場合、絶縁基板に、特許文献１のように孔２４を形成すること、または、特許文献２のように凹部２８を形成することによって、基板電極から溢れた余分な半田を、孔２４または凹部２８に回収することが考えられる。
しかしながら、基板電極が狭ピッチ化した場合には、有効な大きさの孔２４または凹部２８を、絶縁基板に設けることができない。
さらに、隣接する圧電体の間に前記余分な半田が紛れ込んだ場合には、凝固した半田くずによる短絡事故の原因になる問題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、基板電極が狭ピッチ化したケーブル基板を圧電素子に接続する場合に、基板電極の間から溢れた余分な半田による短絡事故の発生を、より確実に防止することができる、圧電素子とケーブル基板との接続方法、およびケーブル基板付き圧電素子を提供することを目的とする。
本発明の一形態に係わる圧電素子とケーブル基板との接続方法は、圧電素子に位置する複数の素子電極と、ケーブル基板の上に位置する複数のライン状の基板電極とを、樹脂フィルムと半田を挟んで、加圧と加熱とをして、樹脂フィルムを軟化させる第１加熱工程と、更に加熱させて、樹脂フィルムを硬化させる第２加熱工程と、半田を融解させ、加圧によって素子電極と基板電極とが対向する箇所の半田の一部を、基板電極のラインの方向へ押し出す第３加熱工程と、基板電極と素子電極の間の半田を凝固させる半田凝固工程とを含む、ことを特徴とする。
また、本発明の一実施形態のケーブル基板付き圧電素子は、複数の圧電体が溝を介して並んで位置する圧電素子と、絶縁基板上に並んで位置する複数の基板電極を有するケーブル基板と、複数の基板電極と複数の圧電体の表面に位置する複数の素子電極との第１対向箇所を接続する第１半田と、第１半田に隣接し、複数の圧電体と絶縁基板とを接続する熱硬化性樹脂と、を含み、圧電素子には、素子電極と基板電極との隙間が、第１対向箇所より大きい切り欠き部が、素子電極に隣接して形成されている、ケーブル付き圧電素子であることを特徴とする。
この構成によると、素子電極と基板電極との間に、熱硬化性樹脂の樹脂フィルムを挟んだ状態で、圧接させて加熱する。
このことで、熱硬化性樹脂の樹脂フィルムが加熱によって軟化する。軟化した一部の樹脂フィルムは、素子電極と基板電極との対向箇所から押し出される。素子電極と基板電極との対向箇所から軟化した熱硬化性樹脂が押し出されることによって、素子電極と基板電極が凝固状態の半田層を介して接続される。
その後、加熱の温度を高くして、熱硬化性樹脂の樹脂フィルムを硬化させる。その後に、半田層が融解するが、余分な半田が押し出されたても、その経路は、樹脂フィルムで制限され、短絡しない。
加熱の温度を高くして前記半田層を融解させると、硬化した樹脂フィルムによって規定された方向に余分な半田が移動し、前記余分な半田が不必要な方向へ移動しない。その後に半田を凝固させることによって前記基板電極と前記素子電極の半田接続が完了する。
このように熱硬化性樹脂の樹脂フィルムを使用することによって、前記余分な半田の移動方向を、隣接して形成された複数の基板電極の配列方向と交差する方向や、複数の素子電極の配列方向と交差する方向へ放出することができ、従来のように凹部や孔を基板電極の間に設けなくても、信頼性の向上を実現でき、配線ピッチが高精細なフレキシブルケーブル基板と圧電素子の圧着接続工程における隣接した圧電体との短絡を防止することができる。
図１Ａは、実施の形態１において、ケーブル基板付き圧電素子の半田接続開始直前の各部品の形状を示す斜視図 図１Ｂは、実施の形態１において、ケーブル基板付き圧電素子の半田接続が完了したケーブル基板付き圧電素子の斜視図 図２Ａは、実施の形態１におけるケーブル基板付き圧電素子の製造工程において、ツールで挟持して加熱する前の状態の要部の断面図 図２Ｂは、実施の形態１におけるケーブル基板付き圧電素子の製造工程において、ツールで挟持して加熱する前の状態での絶縁基板を削除した状態の正面図 図２Ｃは、実施の形態１におけるケーブル基板付き圧電素子の製造工程において、ツールで挟持して加熱する前の状態での別の要部の断面図 図３Ａは、実施の形態１において、樹脂フィルムが軟化した状態の要部の断面図 図３Ｂは、実施の形態１において、樹脂フィルムが軟化した時の絶縁基板を削除した状態の正面図 図３Ｃは、実施の形態１において、樹脂フィルムが軟化した時の別の要部の断面図 図３Ｄは、実施の形態１において、樹脂フィルムが軟化した時の正面図 図３Ｅは、実施の形態１において、樹脂フィルムが軟化した時の別の要部の断面図 図４Ａは、実施の形態１において、半田層が融解して余分な半田が押し出された状態の要部の断面図 図４Ｂは、そのときの絶縁基板を削除した状態の正面図 図４Ｃは、そのときの別の要部の断面図 図４Ｄは、半田凝固工程の断面図 図４Ｅは、そのときの絶縁基板を削除した状態の正面図 図５Ａは、実施の形態１のケーブル基板付き圧電素子を使用したインクジェットヘッドの拡大斜視図 図５Ｂは、実施の形態１のケーブル基板付き圧電素子を使用したインクジェットヘッドを用いたインクジェト装置の斜視図 図６は、実施の形態１のケーブル基板付き圧電素子を使用したインクジェットヘッドの分解斜視図 図７Ａは、実施の形態１の圧電素子に使用する第１シートの斜視図 図７Ｂは、実施の形態１の第２シートの斜視図 図７Ｃは、実施の形態１の第３シートの斜視図 図８は、実施の形態１の第１，第２，第３シートの積層状態を示す要部の分解図 図９は、実施の形態１の第１，第２，第３シートを積層した積層体の斜視図 図１０Ａは、導電膜を形成した積層体を正面から見た斜視図 図１０Ｂは、積層体の背面図 図１０Ｃは、一部を削除した積層体の正面から見た斜視図 図１１Ａは、積層体に複数の溝を形成した圧電素子の斜視図 図１１Ｂは、積層体に複数の溝を形成した圧電素子の正面図 図１２は、図１１Ｂにおけるｇ−ｇｇ線に沿った断面図 図１３Ａは、実施の形態２におけるケーブル基板付き圧電素子の製造工程において、半田層が融解した状態の溝部分の断面図 図１３Ｂは、図１３Ａの時の絶縁基板を削除した状態の正面図 図１４Ａは、実施の形態３におけるケーブル基板付き圧電素子の製造工程において、樹脂フィルム軟化前の圧電体部分での断面図 図１４Ｂは、実施の形態３におけるケーブル基板付き圧電素子の製造工程において、樹脂フィルムが軟化した状態の絶縁基板を削除した状態の正面図 図１４Ｃは、実施の形態３におけるケーブル基板付き圧電素子の製造工程において、樹脂フィルムが軟化した状態の溝部分での断面図 図１５は、実施の形態３において、切り欠きを矩形状に形成した圧電素子の圧電体部分での断面図 図１６は、特許文献１のケーブル基板 の平面図 図１７は、特許文献２のケーブル基板 の拡大斜視図
以下、本発明の圧電素子とケーブル基板 との接続方法、ケーブル基板付き圧電素子およびこれを使用したインクジェットヘッドを、実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１Ａは、ケーブル基板付き圧電素子の半田接続開始直前の各部品の形状を示す斜視図である。図１Ｂは、接続が完了したケーブル基板付き圧電素子１の斜視図を示す。図２Ａ〜図４Ｅ は、このケーブル基板付き圧電素子１の製造工程を示す。図５Ａは、このケーブル基板付き圧電素子１を使用したインクジェットヘッド２を示す。図５Ｂは、インクジェットヘッド２を用いたインクジェット装置７０を示す。図６は、インクジェットヘッド２の一部を切り欠いた分解斜視図を示す。図７ Ａ〜図１２は、圧電体１４０の製造工程図を示す。
（製造工程）
圧電体１４０の製造は、まず、図１０Ａに示した積層体１３９を製造する。その後、図１１Ａに示すように、積層体１３９に複数の溝１４４を形成し、隣接した複数の圧電体Ｕ１〜Ｕ７を形成する。
積層体１３９は、次のようにして製造されている。
図７Ａ、図７ Ｂ、図７Ｃは、積層体１３９の製造に用いる圧電体の第１シート１００，第２シート１１０，第３シート１２０の斜視図である。この第１シート１００，第２シート１１０，第３シート１２０は、焼成前のグリーンシートである。
主面が矩形の第１シート１００の上面には、矩形の第１電極１０１と、第１非電極領域１０２が配置されている。 第１シート１００の下面の全面は、非電極領域である。
主面が矩形の第２シート１１０の上面には、矩形の第２電極１１１と、第２非電極領域１１２が配置されている。 第２シート１１０の下面の全面は、非電極領域である。
第３シート１２０の上面と下面は何れも非電極領域である。
第１電極１０１，第２電極１１１の電極パターンは、銀ペースト等を用い、スクリーン印刷等でパターン印刷される。また、焼成前の圧電フィルムの１枚の厚さは５〜１００μｍ、望ましくは１０〜５０μｍが望ましい。
なお、図７Ａ〜図７Ｃにおいて、Ｘ方向は、長辺の方向を示し、Ｙ方向は、短辺の方向を示している。
第１シート１００は、互いに向かい合った第１長辺１００ａ，第２長辺１００ｂと、互いに向かい合った第１短辺１００ｃ，第２短辺１００ｄを有している。
第１電極１０１の一方の長辺は、第１長辺１００ａに接している。
第１電極１０１の両短辺は、第１，第２短辺１００ｃ，１００ｄに接している。
第２シート１１０は、互いに向かい合った第１，第２長辺１１０ａ，１１０ｂと、互いに向かい合った第１，第２短辺１１０ｃ，１１０ｄを有している。第２電極１１１の長辺の長さは、第１，第２長辺１１０ａ，１１０ｂと同じである。第２電極１１１の短辺の長さは、第１，第２短辺１１０ｃ，１１０ｄの長さよりも短い。第２電極１１１の一方の長辺は、第２長辺１１０ｂに接している。第２電極１１１の両短辺は、第１，第２短辺１１０ｃ，１１０ｄに接している。
この第１シート１００，第２シート１１０，第３シート１２０を、図８に示すように、最下層の第３シート１２０の上に、第１シート１００および第２シート１１０を交互に積層していく。最後に第３シート１２０を積層して焼結したものが、図９に示す電極形成前の積層体１３９である。
焼結後の積層体１３９に、スパッタ等の方法を用いて、図１０Ａ〜図１０Ｃのように、積層体１３９の下面側１３９ｅの面と上面側１３９ｆの面と、を除くすべての面に、ハッチングで示すように、例えば、クロム１〜１０ｎｍ、金１００〜８００ｎｍ等の導電膜１３８を形成する。なお、クロムの代わりにチタン、金の代わりに銀、プラチナ等を用いてもよい。
これによって、積層体１３９の第２の側面１３９ｂで露出している第２電極１１１と、積層体１３９の第１の側面１３９ａで露出している第１電極１０１を、導電膜１３８によって、積層体１３９の第４の側面１３９ｄ，第３の側面１３９ｃの側面を経て電気的に接続する。図１０Ｂは積層体１３９の第２の側面 １３９ｂを示している。
次に、積層体１３９の正面側の第１の側面１３９ａの下側の角の一部を、図１０Ｃのように除去する。このことで、その部分に形成されていた導電膜１３８を除去して切り欠き部１３７を形成する。以上によって、電極付きの積層体１３９が出来上がる。
圧電体１４０にするためには、図１０Ｃの積層体１３９をダイサーによりダイシングして、図１１Ａに示すように、所定の間隔おきに複数の溝１４４を形成する。溝１４４の底部は切り欠き部１３７に達している。この溝１４４は、第２の側面１３９ｂの導電膜１３８の一部と第１の側面１３９ａの導電膜１３８の一部を分断している。
詳しくは、第１の側面１３９ａの導電膜１３８は、第２電極１１１に接続された第３の側面１３９ｃ寄りの素子電極１３８ａｃと、第２電極１１１に接続された第４の側面１３９ｄ寄りの素子電極１３８ａｄと、素子電極１３８ａｄと素子電極１３８ａｃの間の複数の素子電極１３８ａ〜１３８ｇ とに分割されている。
このように複数の溝１４４が形成された圧電体１４０を、第１の側面１３９ａから見たものが図１１Ｂである。圧電体１４０には、素子電極１３８ａｄと素子電極１３８ａｃの間に、隣接した複数の圧電体Ｕ１〜Ｕ７ が形成されている。
図１１Ｂにおけるｇ−ｇｇ線に沿った断面を図１２に示す。
なお、導電膜１３８は、積層体１３９の側面でなく底面に設けて、第２の側面１３９ｂと、素子電極１３８ａｃまたは素子電極１３８ａｄと、の間を繋いでも良い。電流量が多いときは、積層体１３９の側面と下面側１３９ｅの両方に、第２の側面１３９ｂと、素子電極１３８ａｃまたは素子電極１３８ａｄと、の間を繋ぐ導電膜１３８を設けるとよい。
インクジェットヘッドは、この圧電体１４０を使用することによって、個々のノズルごとで、インクを吐出させる。つまり、インクジェットヘッドは、近接ノズルから出る液滴の吐出速度、体積に影響しあうことなく、高精度のインクジェット塗布を実現することができる。ノズル孔ごとの液滴量のバラツキが少ない高密度、高精度で均一性のあるインクジェットヘッド塗布を実現することができる。
この圧電体１４０における第１の側面１３９ａの素子電極１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃ，１３８ｄ，１３８ｅ，１３８ｆ，１３８ｇに、フレキシブルケーブル基板３を図１Ａ〜図４Ｅ に示した工程を実行することで、良好に半田接続できる。
（樹脂軟化工程：第１加熱工程）
図１Ａ〜図２Ｃの加熱準備工程では、フレキシブルケーブル基板３と圧電体１４０との間に熱硬化性樹脂の樹脂フィルム４を介在させてツール５ａ，５ｂで挟持する。
フレキシブルケーブル基板３は、耐熱性のあるポリイミド樹脂などの絶縁基板６の上に間隔を空けて基板電極７ａ〜７ｇが隣接して形成されている。基板電極７ａ〜７ｇの先端部には、厚みは５〜３０μｍ程度の半田層８が予め形成されている。
樹脂フィルム４は、エポキシ系樹脂などの熱硬化性の接着剤をフィルム状に加工したものである。樹脂フィルム４は、半田層８の半田が融解する温度Ｔ３よりも低い温度Ｔ１、７０℃〜１５０℃で軟化し、その後の加熱によって温度Ｔ２、１００℃〜２００℃まで昇温した段階で硬化反応を起こして硬化するものを用いる。温度Ｔ２は、半田層８の半田が融解する温度Ｔ３よりも低い温度である（式１）。
Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３・・・（式１）
ツール５ａ，５ｂによる挟持によって、基板電極７ａ〜７ｇが、半田層８と樹脂フィルム４を介して、圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇに圧接する。
なお、図３Ｂは、図２Ｂと同じく圧電体１４０の正面の第１の側面１３９ａから見た状態を示している。図３Ｃは、図２Ｃと同じ位置の断面を示している。図３Ａ〜図３Ｃでは、軟化した樹脂フィルム４にハッチングを入れて、図２ Ａ〜図２Ｃの場合の軟化前の熱硬化性樹脂と区別している。樹脂フィルム４が軟化して移動した熱硬化性樹脂の一部は、図３Ｃに示すように溝１４４に流れる。
（樹脂硬化工程：第２加熱工程）
次に、第２加熱工程では、圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３を挟持しているツール５ａ，５ｂによって、樹脂フィルム４が硬化する温度Ｔ２になるまで加熱しながら圧接する。
第１加熱工程で押し切られて基板電極７ａ〜７ｇの周りに移動した樹脂フィルム４の熱硬化性樹脂が、これによって図３Ｄ、図３Ｅのように硬化する。図３Ａ〜Ｃの軟化した熱硬化性樹脂と区別するために、ここでは硬化した熱硬化性樹脂に濃度の濃いハッチングを付けた。
（半田融解工程：第３加熱工程）
図４Ａ〜図４Ｃに示す半田融解工程では、圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３を挟持しているツール５ａ，５ｂによって、半田層８の半田が融解する温度Ｔ３になるまで加熱しながら圧接する。温度Ｔ３になって融解した半田は、圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇの表面に濡れ付着する。このとき、半田層８ に形成されている半田の量が多すぎると、圧電体１４０の電極の付着面から余分な半田が溢れ出す。
樹脂硬化工程により、樹脂フィルム４の熱硬化性樹脂は、既に硬化している。圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇの周りにおいて、圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３の絶縁基板６との間は、熱硬化性樹脂により接着されている。このため、融解した半田層８の余分な半田９は、硬化した熱硬化性樹脂で通路が閉ざされていない基板電極７ａ〜７ｇに沿って、圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇと基板電極７ａ〜７ｇとの間から、切り欠き部１３７の方向へ押し出される。
このときには、半田層８から溝１４４へ向かう方向は、硬化した熱硬化性樹脂によって通路が閉ざされているため、融解した半田層８の余分な半田９が溝１４４の内部に押し出されない。
圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３との間に、切り欠き部１３７を形成されている。 積層体１３９の下側の角の一部を除去して切り欠き部１３７が形成されており、この部分はツール５ａ，５ｂによる加圧が弱いため、基板電極の周りに押し出された樹脂フィルムの熱硬化性樹脂は、この部分で僅かな隙間１０が発生する。
図４Ｄ、図４Ｅに示す半田凝固工程では、圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３を挟持しているツール５ａ，５ｂによって、半田層８の半田が凝固する温度Ｔ０になるまで冷却しながら圧接する。
これによって、圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇと基板電極７ａ〜７ｇが半田接合される。
なお、凝固した半田を融解した半田と区別するために図４Ｄおよぶ図４Ｅ では図４Ａ〜図４Ｃにおける融解した半田よりも濃度の濃いハッチングを付けた。
詳しくは、切り欠き部１３７の近傍の空間は、溢れた半田９の量に対して十分大きな空間を持っている。このため、溢れた余分な半田９は、この空間から、他の部分に移動しない。この状態で加熱を終了すると、半田は冷却硬化をはじめる。素子電極と基板電極に挟まれた適正量の半田９は、硬化して両電極の接続を完了する。溢れた半田９も空間で冷却硬化してその場に留まる。
結果、素子電極１３８ａ〜１３８ｇと基板電極７ａ〜７ｇとの間の半田を第１半田、余分な半田を第２半田とする。第１半田と第２半田とは連続して（繋がって）いる。

このように、圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３の間に、熱硬化性の樹脂フィルム４を挟んで加熱しながら圧接する。その後に、温度を下げて半田を凝固させる。このことによって、圧電体１４０の溝１４４への半田くずの混入を防止でき、信頼性の高いケーブル基板付き圧電素子を実現できる。
なお、フレキシブルケーブル基板３が圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇに接合された後、フレキシブルケーブル基板３の絶縁基板６と基板電極７ａ〜７ｇの間には、基板電極７ａ〜７ｇの厚み分だけ隙間ができる。
もし、樹脂フィルム４の厚みが薄すぎて、この隙間を埋め切れなかった場合、残った隙間の近傍の半田が過剰であると、余った融解半田がこの隙間から押し出されるおそれがある。このため、硬化した樹脂フィルム４がその隙間を実質的に完全に埋めている必要がある。樹脂フィルム４の膜厚が厚すぎると、圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３とを接合する際に、押圧が不足して軟化した熱硬化性樹脂を押し切ることができなくなり、半田層８が素子電極１３８ａ〜１３８ｇと基板電極７ａ〜７ｇに接触しなくなる。
従って、樹脂フィルム４の膜厚は、基板電極７ａ〜７ｇの厚みよりも厚く、かつ、加熱押圧によって押し切られる厚さであることが好ましく、１０μｍ〜１００μｍのものを使用することができる。
このようにして製造されたケーブル基板付き圧電体１４０の上面側１３９ｆに、図５Ａに示すように、ノズル孔１１を備えたインクタンク１２が配置されている。
インクタンク１２は、図６に示すように、振動板１３と、複数のノズル孔１１が形成されたノズルプレート１４との間に、ノズル孔１１に連通する複数の圧力発生室１５を区画する複数の隔壁１６がある。圧力発生室１５は、圧電体Ｕ１〜Ｕ７に対応する領域に設けられている。隔壁１６は、圧電体間に設けられている。そして、振動板１３とノズルプレート１４と隔壁１６とで形成された圧力発生室１５に、インク供給流路（図示せず）を介してインクが充填されている。
このように構成したインクジェットヘッド２は、フレキシブルケーブル基板３を介して圧電体Ｕ１〜Ｕ７に、印刷内容に基づいて電圧信号を印加すると、電圧が印加された圧電体Ｕ１〜Ｕ７が伸張し、その伸張が振動板１３を介して圧力発生室１５に伝達され、圧力発生室１５内のインクに圧力を加えて、ノズル孔１１からインク液滴を吐出する。
なお、ノズル孔１１は、ステンレスなどの金属やセラミックの薄板のノズルプレート１４に、レーザ加工やドリル加工、プレス加工、エッチング法、電鋳法などによって形成する方法などがあるが、ノズル孔１１のノズル形状の加工自由度や形状制御のし易さを考えるとノズル孔１１はレーザ加工によって形成することが好ましい。
また、インクタンク１２の構造によっては、別々に加工した複数の基板を重ね合わせて隔壁１６を形成するという方法で製造してもよい。
ノズルプレート１４と隔壁１６との接合は、金属接合や接着剤などにより接合する。接着剤の種類は特に問わないが、熱硬化型接着剤、２液混合型接着剤、紫外線硬化型接着剤、嫌気性接着剤、あるいはこれらの併用効果により硬化する接着剤などを用いることができる。熱硬化接着剤を用いる場合、熱膨張係数の差によるズレや反りを防ぐためにノズルプレート１４と隔壁１６は同一の材料であることが好ましい。
振動板１３は、ポリイミドなどのプラスチックのフィルムあるいはニッケルの電鋳膜などによって形成されるが、特に有機ＥＬディスプレイを製造する場合のインクは、溶媒が芳香族など油性のものが多いため、耐溶剤性の観点からニッケルの電鋳膜を用いることが好ましい。
なお、この明細書の説明では圧電体１４０の構造を分かり易く説明するために、圧電体Ｕ１〜Ｕ７のピッチ、ならびに溝１４４の幅などについて、実際よりも圧電体の数を少なくして模式的に図示している。実際のインクジェットヘッド２と圧電体１４０では、圧電体１４０には、例えば、１００〜２００個といった複数の圧電体Ｕ１〜Ｕ７ が、溝１４４を介してＸ方向に隣接して配置されている。溝１４４の幅はインクジェットヘッドの精細度によって変わってくるが、高精細のインクジェットヘッドになると、その幅は２０μｍ〜５０μｍとなる。
このようなケーブル基板付き圧電素子を使用したインクジェットヘッドでは、圧電体１４０の溝１４４の内側では内部電極の端面が露出しているため、フレキシブルケーブル基板３を圧電体１４０に半田接続する際の余分な半田が、溝１４４に混入した場合には、隣の圧電体との短絡障害を引き起こして、駆動する圧電体の信号が隣の圧電体にも伝わり、その隣の圧電体 を駆動させてしまう。その振動は振動板１３を通じて隔壁１６に伝わり、圧力発生室１５に意図しない振動を引き起こす。この振動がノズル孔１１より吐出されるインクの液滴の速度や体積、吐出方向に悪影響を及ぼす。
さらに、隣の圧電体が、両隣の圧電体の両方ともと短絡を発生させていると、片方の圧電体に送られた電気信号が、隣の圧電体を通じて反対側の圧電体にも伝わってしまい、両方の圧電体を振動させてしまう。この状態はクロストークと呼ばれ、クロストークが発生したインクジェットヘッドはノズル孔に送った吐出信号により隣接したノズル孔までインクが吐出してしまうため、不良品である。
しかし、この実施の形態のインクジェットヘッドでは、余分な半田が溝１４４に混入しないように、熱硬化性樹脂の樹脂フィルム４を使用して、フレキシブルケーブル基板３を圧電体１４０に半田付けしているため、上記のような短絡障害は発生しないため、上記の不具合は発生しない、高信頼性のインクジェットヘッドを実現できる。
なお、インクジェットヘッド２は、図５Ｂに示すように、インクジェット装置７０に取り付けられる。インクジェットヘッド２は、枠７４に取り付けられ、被塗布物７２にインクを塗布する。ステージ７３は、被塗布物７２を移動させる。枠７４は、インクジェットヘッド２を移動させる。制御部７５が、それぞれを制御する。
（実施の形態２）
図１３Ａ、図１３Ｂは、実施の形態２のケーブル基板付き圧電素子を示す。図１３Ａ、図１３Ｂは、図４Ａ、図４Ｂと、それぞれ同じ状態を示している。
フレキシブルケーブル基板３の基板電極７ａ〜７ｃの長さは、実施の形態１では、図４Ｂに示したように、絶縁基板６の先端から圧電体１４０の素子電極の下側と同じ辺りであった。しかし、この実施の形態２では、基板電極７ａ〜７ｃが絶縁基板６の先端から、圧電体１４０の素子電極の下側よりも長く、圧電体１４０の溝１４４の底部よりもさらに下側にまで延伸されている。
半田層８の延伸された部分と、フレキシブルケーブル基板３の基板電極７ａ〜７ｃと圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｃとの接合に関与する半田層８とは、同時に、ツール５ａ，５ｂの加熱によって融解する。
この時、溶解した半田層８は、その表面張力によって表面を収縮させる方向に力を働かせる。結果、半田層８は、過剰な半田を切り欠き部１３７の側に引き寄せる作用がある。この作用により、余剰な半田９による隣接した圧電体との短絡を一層確実に防止できる。
（実施の形態３）
図１４Ａ〜図１４Ｃは、実施の形態３のケーブル基板付き圧電素子を示す。図１４Ａは、図２Ａと同じ状態を示している。図１４Ｂは、図２Ｂと同じ状態を示している。図１４Ｃは、接続が完了したケーブル基板付き圧電素子の溝１４４の部分での断面を示している。
樹脂フィルム４は、実施の形態１では、図２Ｂに示したように溝１４４の開口の下端の手前まであった。この実施の形態３では、溝１４４の開口の下端よりもさらに下側にまで延伸されている。
この構成によると、ツール５ａ 、５ｂからの加熱と圧接により軟化した樹脂フィルム４が押し切られて溝１４４に流れ込むと同時に、樹脂フィルム４の延伸された部分の熱硬化性樹脂は、圧電体１４０の切り欠き部１３７に流されて接着されている 。
このように構成したため、溝１４４の開口の下端まで硬化した熱硬化性樹脂によって確実に閉塞できる。このため、溢れた半田が半田層８から外れたとしても、他の部分に移動することを防止することができる。従って、この実施の形態３では、半田層の余剰な半田による隣接した圧電体との短絡を一層確実に防止することができる。
さらに、半田層８を実施の形態２と同じように下方まで延長することによって、より効果的である。
上記の各実施の形態では、積層体１３９の第１の側面１３９ａの下側の角の一部を、斜めに切除して、その部分に形成されていた導電膜１３８を除去する。結果、積層体１３９と絶縁基板６との隙間が大きくなる方向の傾きの切り欠き部１３７を形成した。しかし、図１５に示したように、圧電体１４０を矩形状に切り欠いて、切り欠き部１３７を構成しても同様である。
上記の各実施の形態では、フレキシブルケーブル基板３の基板電極７ａ〜７ｇの側に半田層８を形成し、圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇの側に半田層８を形成していなかった。しかし、フレキシブルケーブル基板３の基板電極７ａ〜７ｇの側に半田層８を形成せずに、圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇの側に半田層８を形成した場合も同様である。または、フレキシブルケーブル基板３の基板電極７ａ〜７ｇの側に半田層８を形成し、圧電体１４０の素子電極１３８ａ〜１３８ｇの側にも半田層８を形成した場合も同様である。
上記の各実施の形態の熱硬化性樹脂の樹脂フィルム４は、内部に金属をコーティングした樹脂粒子を分散させた異方導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）や何も分散されていない絶縁フィルム（ＮＣＦ：Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）などを使用することができる。
ＡＣＦを用いた場合、ＡＣＦ中の導電性樹脂粒子によっても圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３との導通が得られるが、有機溶媒の雰囲気下で使用されるインクジェットヘッドの場合、使用期間が長くなると雰囲気の有機溶媒によって樹脂フィルム４のバインダ樹脂が僅かに膨潤し、ＡＣＦ中の導電性樹脂粒子が素子電極の表面から浮いて電気的な接続が得られなくなる。特に、有機ＥＬディスプレイの印刷に用いる有機層のインクの溶媒は、樹脂への浸透性が高い芳香族あるいは複素環を有する芳香族の有機溶媒が主として用いられるため、バインダ樹脂の膨潤の傾向が顕著である。
さらに、インクジェットヘッドを高精細化させると、それに反比例して１つの圧電体１４０あたりの圧電体１４０とフレキシブルケーブル基板３の接続面積が小さくなり、その接続部に挟まれる導電性樹脂粒子の数が少なくなるため、電極間の導通が取れなくなるという不具合の発生頻度が高くなり信頼性が無い。従って、ＡＣＦを用いた場合には樹脂フィルム４の中に導電性樹脂粒子は存在していても、実質的に導電性の機能は用いていない。
本発明はケーブル基板付き圧電素子を使用するインクジェットヘッドなどの各種の装置の良品歩留の向上に寄与する。
１ 圧電素子
２ インクジェットヘッド
３ フレキシブルケーブル基板
４ 樹脂フィルム
５ａ ツール
６ 絶縁基板
７ａ 基板電極
８ 半田層
９ 半田
１０ 隙間
１１ ノズル孔
１２ インクタンク
１３ 振動板
１４ ノズルプレート
１５ 圧力発生室
１６ 隔壁
２１ ケーブル基板
２２ 絶縁基板
２３ 基板電極
２４ 孔
２５ コネクタ電極
２６ 絶縁基板
２７ コネクタ
２８ 凹部
７０ インクジェット装置
７２ 被塗布物
７３ ステージ
７４ 枠
７５ 制御部
ＥＬ 有機
Ｔ０ 温度
Ｔ１ 温度
Ｔ２ 温度
Ｔ３ 温度
Ｕ１ 圧電体
１００ 第１シート
１００ａ 長辺
１００ｂ 長辺
１００ｃ 短辺
１００ｄ 短辺
１０１ 電極
１０２ 非電極領域
１１０ シート
１１０ａ 長辺
１１０ｂ 長辺
１１０ｃ 短辺
１１１ 電極
１１２ 非電極領域
１２０ シート
１３７ 部
１３８ 導電膜
１３８ａ 素子電極
１３８ａｃ 素子電極
１３８ａｄ 素子電極
１３９ 積層体
１３９ａ 第１の側面
１３９ｂ 第２の側面
１３９ｃ 第３の側面
１３９ｄ 第４の側面
１３９ｅ 下面側
１３９ｆ 上面側
１４０ 圧電体
１４４ 溝

Claims (10)

  1. 圧電素子に位置する複数の素子電極と、ケーブル基板の上に位置する複数のライン状の基板電極とを、樹脂フィルムと半田を挟んで、加圧と加熱とをして、
    前記樹脂フィルムを軟化させる第１加熱工程と、
    更に加熱させて、前記樹脂フィルムを硬化させる第２加熱工程と、
    前記半田を融解させ、前記加圧によって前記素子電極と前記基板電極とが対向する箇所の前記半田の一部を、前記基板電極のラインの方向へ押し出す第３加熱工程と、
    前記基板電極と前記素子電極の間の半田を凝固させる半田凝固工程とを含む、
    圧電素子とケーブル基板との接続方法。
  2. 前記圧電素子には、切り欠き部が、前記素子電極に接して形成されており、
    前記切り欠き部と前記ケーブル基板との隙間は、前記素子電極と前記ケーブル基板との間の距離より大きく、
    前記基板電極のラインの方向へ押し出された一部の半田は、前記ケーブル基板と前記切り欠き部との間で凝固する
    請求項１記載の圧電素子とケーブル基板との接続方法。
  3. 前記基板電極は、前記ケーブル基板と前記素子電極とが対向する箇所から、前記ケーブル基板と前記切り欠き部とが対向する箇所へ渡って形成されている、
    請求項１または２記載の圧電素子とケーブルとの接続方法。
  4. 前記樹脂フィルムは、
    前記ケーブル基板と前記素子電極とが対向する前記箇所から、前記ケーブル基板と前記切り欠き部とが対向する前記箇所にわたって形成されている、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電素子とケーブルとの接続方法。
  5. 前記圧電素子には、複数の圧電体が溝を介して隣接して形成されていて、
    前記複数の素子電極は、複数の圧電体のそれぞれに位置する請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電素子とケーブル基板との接続方法。
  6. 複数の圧電体が溝を介して並んで位置する圧電素子と、
    絶縁基板上に並んで位置する複数の基板電極を有するケーブル基板と、
    前記複数の基板電極と複数の前記圧電体の表面に位置する複数の素子電極との第１対向箇所を接続する第１半田と、
    前記第１半田に隣接し、前記複数の圧電体と前記絶縁基板とを接続する熱硬化性樹脂と、を含み、
    前記圧電素子には、前記素子電極と前記基板電極との隙間が、前記第１対向箇所より大きい切り欠き部が、前記素子電極に隣接して形成されている、
    ケーブル付き圧電素子。
  7. 前記第１対向箇所の前記第１半田と繋がった第２半田が、前記切り欠き部に存在する、
    請求項６記載のケーブル付き圧電素子。
  8. 前記熱硬化性樹脂が、前記並んだ圧電体の間の前記溝に一部が入って硬化している、
    請求項６または７記載のケーブル付き圧電素子。
  9. 請求項６〜請求項８の何れか１項に記載のケーブル付き圧電素子を駆動して、ノズル孔からインクを吐出する、
    インクジェットヘッド。
  10. 請求項９に記載のインクジェットヘッドを用いて、被対称物にインクを塗布する、
    インクジェット装置。

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