JP2016078289A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 封止材を硬化するための加熱工程によってチップと電気配線基板との距離が変化し、電気接続部材がパッドから剥離することを抑制する液体吐出ヘッドの製造方法を提供すること。【解決手段】 エネルギー発生素子及びパッドを有するチップと、支持部材と、電気接続部材を有する電気配線基板と、電気接続部材を封止する封止材とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、電気接続部材をパッドに接続させる接続工程と、電気接続部材を封止材で封止する封止工程と、封止材を加熱して硬化させる硬化工程と、を有し、支持部材を加熱し支持部材を膨張させた状態で電気接続部材をパッドに接続させる液体吐出ヘッドの製造方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。

インクジェットプリンタ等に用いられる液体吐出ヘッドとして、エネルギー発生素子及びパッドを有するチップと、チップを支持する支持部材と、チップに電気信号を伝達する電気配線基板とを有する液体吐出ヘッドがある（特許文献１、２）。このような液体吐出ヘッドを製造する際には、まず支持部材にチップを接着固定し、続いて支持部材に電気配線基板を接着固定する。そして電気配線基板とチップのパッドとを電気接続部材で電気的に接続する。最後に電気接続部材を封止材で封止する。以上のようにして、液体吐出ヘッドが製造される。

このような液体吐出ヘッドの製造方法の、特に電気接続部材の接続に関する部分について、電気接続部材がインナーリードである場合を例にとってより詳細に説明する。チップとインナーリードの接続は、チップ上に配置された電気接続パッドと電気配線基板に設けられたインナーリードとの位置を合わせ、１リード（１パッド）毎に行われる。具体的には、支持部材を加熱することでチップに熱を加え、その状態でチップのパッド上にシングルポイントキャピラリーで適度な荷重をかけてインナーリードを抑え込む。そして超音波振動を加え、インナーリードとパッドを接合させる。インナーリードは、一般的に２０〜３０μｍの銅箔にニッケルや金のめっき処理が薄く施されたものが用いられる。

また、インナーリードは、インクに触れにくいよう絶縁保護をすることが求められる。絶縁保護は、インナーリードを内包するように硬化可能な液状の封止材（エポキシ樹脂等）を塗布し、塗布した封止材を熱キュア炉で硬化させることで行われる。

特開２００２−１９１２０号公報 特開２００７−１５２６３号公報

本発明者らの検討によれば、電気接続部材を封止する封止材を硬化する際に、以下のような課題があることが分かった。

封止材を硬化させる際の加熱工程において、液体吐出ヘッドを構成するチップ、電気配線基板、支持部材が、各々の線膨張係数に従って熱膨張を起こす。また、加熱工程後は収縮する。この熱による各部材の伸縮の影響で、チップと電気配線基板との距離が変化することから、チップと電気配線基板を接続している電気接続部材に応力がかかる。そして特にチップと電気配線基板との距離が開いた場合は、電気接続部材に破断方向の力がかかり、パッドから剥離することがある。電気接続部材がパッドから剥離した場合、その電気接続部材ではチップへの電気信号伝達ができなくなるので、液体吐出ヘッドの機能が大きく低下する。そして特に支持部材が樹脂で形成されている場合、支持部材の熱膨張、収縮による影響が大きい。

従って、本発明の目的は、封止材を硬化するための加熱工程によってチップと電気配線基板との距離が変化し、電気接続部材がパッドからすることを抑制する液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子及び前記エネルギー発生素子と電気的に接続されるパッドを有するチップと、前記チップを支持し樹脂で形成された支持部材と、前記支持部材上に設けられ前記パッドを介して前記エネルギー発生素子と電気的に接続される電気接続部材を有する電気配線基板と、前記電気接続部材を封止する封止材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記電気接続部材を前記パッドに接続させる接続工程と、前記電気接続部材を前記封止材で封止する封止工程と、前記封止材を加熱して硬化させる硬化工程と、を有し、前記接続工程において、前記支持部材を加熱し前記支持部材を膨張させた状態で、前記電気接続部材を前記パッドに接続させることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。

本発明によれば、封止材を硬化するための加熱工程によってチップと電気配線基板との距離が変化し、電気接続部材がパッドから剥離することを抑制する液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

液体吐出ヘッドを示す図。 液体吐出ヘッドの製造方法を示す図。 液体吐出ヘッドの支持部材を加熱する様子を示す図。

図１（ａ）に、本発明の液体吐出ヘッドの斜視図を示す。液体吐出ヘッドは、チップ１と、電気配線基板２と、チップ１を支持する支持部材３と、封止材４とを有する。この液体吐出ヘッドを上方から見た図を、図１（ｂ）に示す。また、図１（ｂ）のＡ−Ａ´における液体吐出ヘッドの断面図を、図１（ｃ）に示す。図１（ｂ）及び（ｃ）は、液体吐出ヘッドの封止材４が形成されている領域を拡大したものである。チップ１には、液体を吐出する吐出口８が形成されている。また、吐出口の下方には、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子（不図示）がある。エネルギー発生素子は配線等によってパッド７と電気的に接続可能になっている。チップ１は、エネルギー発生素子とパッドとを有する。図１では、電気配線基板２からは電気接続部材６が伸びており、電気配線基板２はインナーリードとなっている。電気接続部材６はパッド７と接続（接触）している。これにより、エネルギー発生素子はパッド７を介して電気配線基板２と電気的に接続されている。電気接続部材６はフライングリードであり、電気配線基板２とパッド７との間で封止材４によって封止されている。封止材４の下方の、チップ１と支持部材３の間にある領域は、チップ横封止材５で封止されている。電気接続部材６は、支持部材上に形成されている。電気配線基板２から電気接続部材６を介してチップ１のエネルギー発生素子に電気が送られる。エネルギー発生素子は発熱抵抗体や圧電体で形成されており、エネルギー発生素子を駆動させることで、流路内の液体を吐出口８から吐出する。吐出した液体は紙等の記録媒体に着弾し、記録媒体に文字や画像が記録される。

次に、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、チップ１と支持部材３とを用意する。チップ１は、シリコンで形成された基板や、場合によっては基板上に樹脂で形成された流路部材を有する。ここでは、基板のみを図示している。支持部材３は樹脂で形成されている。支持部材３を形成する樹脂としては、例えば変性ポリフェニレンエーテルが挙げられる。チップ１は支持部材３上に形成されており、接着剤等で支持部材上に固定されている。

次に、図２（ｂ）に示すように、電気接続部材６をチップ１のパッドに接続させる接続工程を行う。ここでは、電気接続部材６としてインナーリードを用い、ＴＡＢ実装技術の一つであるシングルポイントボンディング方式を行う例を示している。シングルポイントボンディングは、電気接続されるパッド７と電気接続部材６を、熱と超音波を併用して接合する方式である。電気接続部材６は、例えばワイヤーボンディングのワイヤーであってもよい。ここで、本発明では、電気接続部材６をパッドに接続する際に、支持部材を加熱して支持部材を膨張させておく。支持部材３が膨張すると、チップ１と電気配線基板２の間の距離が広がる。このように支持部材を膨張させた状態で、電気接続部材６をパッドに接続する。支持部材の加熱は、電気接続部材６をパッドに接続させる最中に行ってもよいし、支持部材３を先に加熱しておいて、加熱を停止し、その余熱で支持部材３を膨張させておいた状態で、電気接続部材６をパッドに接続させてもよい。本発明では、少なくとも電気接続部材６をパッドに接続させる際に支持部材３が膨張していればよい。

パッドを接続した後、加熱は行われなくなる。よって支持部材３の温度は低下する。支持部材３の温度が低下すると、図２（ｃ）に示すように支持部材３は収縮する。よって、チップ１と電気配線基板２の間の距離は狭くなる。このとき電気接続部材６は、図２（ｂ）の状態よりも弛みを持つことになる。例えば図２（ｂ）では電気接続部材６は直線的な形状であるのに対し、図２（ｃ）では中央部が湾曲状に弛みを持つ形状となっている。これは、電気接続部材６の両側が電気配線基板とパッドで固定されており、その状態で支持部材が収縮する為である。

次に、電気接続部材６を封止材４で封止する封止工程を行う。封止工程は、ニードル等を用いて電気接続部材６に封止材４を塗布することで行う。封止材４としては、熱硬化型の封止材が挙げられる。

続いて、封止材４を加熱して硬化させる硬化工程を行う。硬化工程によって、封止材４とともに支持部材３も加熱される。よって、図２（ｄ）に示すように支持部材３は膨張する。

ここで、従来は、図２（ｂ）の状態で支持部材３はほとんど膨張することはない。即ち、支持部材３が膨張していない状態で電気接続部材６がパッドに接続されるので、電気接続部材６は弛みを有さない。電気接続部材６がインナーリードである場合、特にこの傾向が顕著である。そして硬化工程で支持部材３が膨張すると、弛みを有さない電気接続部材６は、硬化工程による支持部材３の膨張で引っ張られ、パッドから剥離してしまうことがあった。

これに対し、本発明では図２（ｂ）の状態で、樹脂で形成された支持部材３を膨張させており、その状態で電気接続部材６をパッドに接続しているので、その後支持部材が収縮した後に再度膨張しても、電気接続部材６は弛みの分だけ余裕がある。結果として、硬化工程で支持部材３が膨張しても、電気接続部材６がパッドから剥離することを抑制できる。

以上のようにして、本発明の液体吐出ヘッドは製造される。

本発明では、電気接続部材の接続工程において支持部材を膨張させる際に支持部材を加熱するが、その際の支持部材の加熱温度は、封止材を加熱して硬化させる際の支持部材への加熱温度よりも高くすることが好ましい。このような温度関係にすることで、事前に支持部材を十分に膨張させておくことができ、封止材を硬化させる際の加熱で電気接続部材が剥離しにくくなる。

電気接続部材の接続工程において支持部材を膨張させるために行う加熱では、支持部材の加熱温度を１００℃以上とすることが好ましく、１２０℃以上とすることがより好ましい。加熱温度を高めることで、硬化工程で電気接続部材が剥離しにくくなるように、支持部材を良好に膨張させることができる。また、支持部材とともに電気接続部材も加熱する場合には、電気接続部材とパッドとの結合（金属結合）をより強固に行うことができる。

接続工程において支持部材を膨張させるために行う支持部材の加熱温度は、１５０℃以下とすることが好ましく、１３０℃以下とすることがより好ましい。加熱温度をあまりに高くすると、パッドが破損する場合がある。さらに、接続工程において支持部材を膨張させるために行う加熱の加熱温度は、封止材を加熱して硬化させる際に支持部材にかかる温度よりも１５℃以上高くすることが好ましく、２５℃以上高くすることがより好ましい。この温度をある程度高くした方が、硬化工程後の電気接続部材が弛みを持ちやすくなる。よって、液体吐出ヘッドとしての電気接続部材の信頼性（剥離しにくさ）が向上する。また、高くするとしても、その差は５０℃以下とすることが好ましく、４０℃以下とすることがより好ましい。あまりに高いと、硬化工程後の電気接続部材が山なりになりすぎ、電気配線基板よりも上方に突出することがある。上方とは、チップの支持部材がある側と反対側の方向である。下方とは、チップの支持部材がある側である。電気接続部材の一部が電気配線基板よりも上方に突き出ていると、封止材を塗布する際にニードルと干渉したり、封止を良好に行うことが難しい場合があったりする。また、電気接続部材の屈曲部分で金属疲労が発生し、その部分を起点として電気接続部材が破損することも考えられる。従って、硬化工程後において、電気接続部材は電気配線基板よりも下方に位置するように形成されることが好ましい。電気接続部材が山なり形状の場合、山なり形状の頂点が電気配線基板よりも下方に位置するように形成されることが好ましい。また、接続工程の後においても同様で、電気接続部材は電気配線基板よりも下方に位置するように形成されることが好ましい。

支持部材を加熱する方法としては、例えば図３に示すように、支持部材３を下方から加熱手段９で加熱する方法が挙げられる。また、熱膨張による支持部材３の反り（特に上下方向）を抑制するために、支持部材３は裏面側（チップ１が設けられている側と反対側）に座繰り形状１０を設け、中心の厚みが薄い構造とすることが好ましい。そして座繰り形状になっていて支持部材３の厚みが薄い部分に加熱手段を配置することが好ましい。この加熱手段を用いて支持部材３の加熱を行うことが好ましい。

以下、本発明を実施例にてより具体的に説明する。

＜実施例１＞
まず、図２（ａ）に示すように、チップ１と支持部材３とを用意した。チップ１はシリコンで形成された基板と、エポキシ樹脂で形成された流路部材で形成されており、エネルギー発生素子を有する。エネルギー発生素子はＴａＳｉＮで形成されており、金で形成されたパッドとアルミニウムの配線によって接続している。チップ１は支持部材３の上に接着剤で固定されている。支持部材３は、樹脂として変性ポリフェニレンエーテルを用い、これにフィラーを４０質量％含有させたもので形成した。支持部材３の線膨張係数は７０ｐｐｍで形成あった。

次に、図２（ｂ）に示すように、電気接続部材６をチップ１のパッドに接続させた。この際に、支持部材３を１２５℃に加熱した。電気接続部材６は、２５μｍの厚みの銅箔をベースにニッケル及び金のメッキ処理を施したものを用いた。支持部材３を１２５℃で加熱しておき、電気接続部材６をパッドにシングルポイントボンディング方式で接続させた。支持部材３の加熱には、図３に示すような加熱手段を用いた。支持部材３の裏面は座繰り形状とし、座繰り形状の厚みが薄くなっている部分から加熱手段にて加熱を行った。ボンディングした状態で、０．３ｍｓｅｃの間、超音波を加えた。

次に、支持部材３を２５℃まで冷却し、図２（ｃ）に示すように収縮させた。次に、チップ１と支持部材３との間の領域を、エポキシ樹脂を有する粘度１０Ｐａ・ｓのチップ横封止材（不図示）で封止した。続いて熱硬化型エポキシ樹脂を有する粘度２００Ｐａ・ｓの封止材をディスペンサーで塗布し、電気接続部材６を封止材４で封止した。ディスペンスニードルの内径は１ｍｍ、ディスペンス圧力は０．３ＭＰａとした。また電気接続部材６からディスペンスニードルまでの距離は０．３ｍｍとした。

次に、チップ横封止材及び封止材４を硬化させる為に、これらを熱キュア炉に入れた。そして１００℃の加熱を行い、封止材４を加熱して硬化させ、液体吐出ヘッドを製造した。

製造した液体吐出ヘッドの電気接続部材とパッドとの接続状態を顕微鏡で観察したところ、電気接続部材はパッドと良好に接続しており、剥離は確認されなかった。

＜比較例１＞
実施例１においては、支持部材３を１２５℃で加熱したが、比較例１においてはこの加熱を行わなかった。但し、支持部材３ではなく電気接続部材とパッドとの接触部分のみ１２５℃で加熱した。これ以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。

製造した液体吐出ヘッドの電気接続部材とパッドとの接続状態を顕微鏡で観察したところ、電気接続部材がパッドから剥離している箇所が確認された。

Claims (12)

1. 液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子及び前記エネルギー発生素子と電気的に接続されるパッドを有するチップと、前記チップを支持し樹脂で形成された支持部材と、前記支持部材上に設けられ前記パッドを介して前記エネルギー発生素子と電気的に接続される電気接続部材を有する電気配線基板と、前記電気接続部材を封止する封止材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記電気接続部材を前記パッドに接続させる接続工程と、
   前記電気接続部材を前記封止材で封止する封止工程と、
   前記封止材を加熱して硬化させる硬化工程と、を有し、
   前記接続工程において、前記支持部材を加熱し前記支持部材を膨張させた状態で、前記電気接続部材を前記パッドに接続させることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記支持部材を加熱して前記支持部材を膨張させる際の支持部材の加熱温度は、前記封止材を加熱して硬化させる際に前記支持部材を加熱する加熱温度よりも高い請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記電気接続部材はインナーリードである請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記支持部材の前記チップが設けられている側と反対側は座繰り形状である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記座繰り形状の厚みが薄い部分に加熱手段を設け、前記加熱手段で前記支持部材を加熱して前記支持部材を膨張させる請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記支持部材を加熱して前記支持部材を膨張させる際の支持部材の加熱温度は、１００℃以上、１５０℃以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記支持部材を加熱して前記支持部材を膨張させる際の支持部材の加熱温度は、１００℃以上、１３０℃以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記支持部材を加熱して前記支持部材を膨張させる際の支持部材の加熱温度は、前記封止材を加熱して硬化させる際に前記支持部材を加熱する加熱温度よりも、１５℃以上高い請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記支持部材を加熱して前記支持部材を膨張させる際の支持部材の加熱温度は、前記封止材を加熱して硬化させる際に前記支持部材を加熱する加熱温度よりも高く、その差は５０℃以下である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記支持部材を加熱して前記支持部材を膨張させる際の支持部材の加熱温度は、前記封止材を加熱して硬化させる際に前記支持部材を加熱する加熱温度よりも高く、その差は４０℃以下である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記接続工程の後において、前記電気接続部材は前記電気配線基板よりも下方に位置するように形成される請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記硬化工程の後において、前記電気接続部材は前記電気配線基板よりも下方に位置するように形成される請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

Images