JP2017087600A - プリント配線基板、液体吐出ヘッドおよびプリント配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レジスト層の塗布工程を増加せず、プリント配線基板と接合した電気配線基板のボンディングパッドの傾きを抑制することができるプリント配線基板、液体吐出ヘッドおよびプリント配線基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】プリント配線基板の配線パターンに沿って配線パターンの配線と略同一の厚さの凸形状の構造物を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボンディングワイヤ接続に用いるボンディングパッドを備えたプリント配線基板、それを備えた液体吐出ヘッドおよびプリント配線基板の製造方法に関する。

プリント配線基板および電気配線基板のパッド同士を接続する接続方法としてワイヤボンディングによる接続が知られている。ワイヤボンディングによる接続では、プリント配線基板上のパッドの近傍に電気配線基板を接合した後、プリント配線基板、電気配線基板双方のパッド同士をボンディングワイヤで接続する。ワイヤボンディングするためには、双方のボンディングパッドを可能な限り水平に保つ必要がある。このため、電気配線基板はプリント配線基板上の平坦な部分に接合することが望ましい。

プリント配線基板の製造では、その配線の上から基板全体をレジストで覆うが、配線の厚さ、配線の幅、配線間の間隔およびその上に覆われるレジストの厚さによって、レジスト表層に配線の凹凸由来の傾きが生じることがある。特許文献１には、導電層を形成した後に、絶縁層（レジスト）を形成する工程を複数回行うことで、配線によるレジスト表層の凹凸や傾きを抑制する方法が開示されている。

特開２０１０−１８６７６９号公報

しかし、特許文献１のようにレジスト層を複数層配置する場合、レジスト層の塗布工程や除去工程が増加し、製造効率が悪化する。

そこで本発明は、レジスト層の塗布工程を増加することなく、プリント配線基板と接合した電気配線基板のボンディングパッドの傾きを抑制することができるプリント配線基板、液体吐出ヘッドおよびプリント配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

そのため本発明の液体吐出ヘッドは、電気信号が供給される素子基板と、前記素子基板と接続され、前記素子基板に電気信号を供給可能な電気配線基板と、前記電気配線基板と部分的に重なって接合され、前記電気配線基板に、絶縁層で覆われた配線を介して電気信号を供給可能なプリント配線基板と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記プリント配線基板は、前記配線に沿って前記配線の厚さと略同一の厚さの凸形状の構造物が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、レジスト層の塗布工程を増加せず、プリント配線基板と接合した電気配線基板のボンディングパッドの傾きを抑制することができるプリント配線基板、それを備えた液体吐出ヘッドおよびプリント配線基板の製造方法を実現することができる。

液体吐出ヘッドを示した斜視図である。 プリント配線基板の製造過程の一部を示した図である。 プリント配線基板の一部を示す模式図および模式断面図である。 プリント配線基板に電気配線基板を接合した状態の模式図と断面図である。 ずれて接合されたプリント配線基板と電気配線基板の模式図と断面図である。 凸形状の構造物を配置したプリント配線基板を示す模式図と断面図である。 幅広の構造物を配置したプリント配線基板と電気配線基板の断面図である。 長さの短い凸形状の構造物を配置したプリント配線基板を示す模式図である。 凸形状の構造物を片側にのみ配置したプリント配線基板を示す模式図である。 ダミー配線として設けられた構造物を備えた基板を示した模式図である。 プリント配線基板の模式図と断面図を示した図である。 プリント配線基板に電気配線基板を接合した状態を示した模式図である。 プリント配線基板を示した図である。 プリント配線基板に電気配線基板を接合した状態を示した模式図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態を適用可能な液体吐出ヘッド１を示した斜視図である。液体吐出ヘッド１は、液体を吐出する液体吐出基板（素子基板）２、電気配線基板４、プリント配線基板３、筐体５等から構成されている。電気信号を伝達可能な電気配線基板４は、液体吐出基板２に対して液体を吐出するための電気信号を印加する（電気信号を供給可能な）電気信号経路が形成されている。電気配線基板４の端部には、電気信号を受け取るための外部信号入力端子を有するプリント配線基板３と電気的接続を行うための電気端子接続部６が形成されている。電気配線基板４とプリント配線基板３とは接続部で部分的に重なっており、電気配線基板４の電気端子接続部６とプリント配線基板３とは、ワイヤボンディングによって電気接続されている。

図２は、プリント配線基板３の製造過程の一部を示した図であり、図２（ａ）は、レジストを塗布する前の図であり、図２（ｂ）は、レジストを塗布した後を示した図である。以下、プリント配線基板３の製造方法について説明する。まず、基板３１の材質としては、ガラスエポキシなどが用いられる。配線パターン７には銅箔が用いられることが多く、その厚さは１０〜１００μｍ程度が一般的である。本実施形態においては、基板３１としてガラスエポキシ、配線パターン７に厚さ２５μｍの銅箔を用い、配線パターン７の幅は７０μｍとした。本実施形態では、図２（ａ）のように、配線パターン７の配線の列の配列方向であり列の外側に、凸形状の構造物７９が形成されている。なお、構造物７９の製造にあたっては、製造工程の簡略化を目的として、配線パターン７の形成と同一工程で、厚さ２５μｍの銅箔によって配線パターン７と同じ幅の凸形状の構造物７９を形成した。その後、配線パターン７と凸形状の構造物７９が形成された基板３１上に絶縁層としてのレジスト３８を塗布した。この時、図２（ｂ）のように、配線パターン７のうち、電気配線基板４（他の部材）との接続に用いられるボンディングパッド７７に相当する部分および後述するメッキ工程における通電を行うための端子７８部分は、パターニングによってレジストを除去した。レジスト３８としては、ポリアミド樹脂や熱硬化性エポキシ樹脂などの電気伝導性の低い材料が用いられることが多く、液体材料を塗布した後、加熱するなどして硬化させる場合が多い。また、その厚さは、想定される使用環境下において配線の腐食を防止し、配線間の絶縁性を保つのに十分な厚さが必要であり、１０〜１００μｍ程度であることが多い。本実施形態においては、レジスト３８の材料として液状の熱硬化性エポキシ樹脂を用い、その厚みが３０μｍとなるように塗布した後、加熱することで硬化させた。次に、ボンディングパッド７７の部分をメッキ液に浸漬し、端子７８から通電することでボンディングパッド７７に電解メッキを施した。電解メッキの目的は、配線パターン７のレジスト３８から外部に露出している部分、すなわちボンディングパッド７７の腐食を防止するとともに、ボンディングパッド７７のボンディング性を向上させることである。本実施形態ではメッキ材料として金を用いた。なお、本実施形態ではボンディングパッド７７部のみにメッキを施したが、配線パターン７の全部、もしくは一部にも同様にメッキを施してもよい。

図３（ａ）〜（ｃ）は、プリント配線基板３の一部を示す模式図および模式断面図である。ボンディングパッド７７に電解メッキを施した後、図３（ａ）のように基板３１を切断することで、配線パターン７同士の連結を解除してプリント配線基板３が完成する。完成したプリント配線基板３の配線パターンは、ボンディングパッド７７を挟んで、製品使用時に使用される配線７１とメッキ電解工程の通電に用いられる配線（以下、メッキ配線ともいう）７３とに分けられる。すなわち、図３（ａ）の状態では配線パターン７は基板３１の端部まで延在している。本実施形態では、凸形状の構造物７９は、メッキ配線７３の配列方向と交差する方向に延在するメッキ配線７３の長さと略同一の長さを備えている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢにおける断面図である。メッキ配線７３を覆うレジスト３８の表面は、メッキ配線７３の上部と構造物７９のメッキ配線７３の配列の内側部分の上部では平坦に形成されている。また、構造物７９のメッキ配線７３の配列の外側部分の上部では段差が生じており、その段差部分を繋ぐようにメッキ配線７３の配列の外側に向かうにつれて低くなる斜面６１が形成されている。斜面６１によって形成される段差の高さは２０μｍ程度であった。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣにおける断面図である。製品使用時に使用される配線７１の外側には、構造物７９を設けていない。そのため配線７１を覆うレジスト３８の上面は、配線７１の外側両端部を除く内側の配線の上部では平坦に形成されている。しかし、外側両端部の配線の上部では段差が生じており、その段差部分を繋ぐように配線７１の配列の外側に向かうにつれて低くなる斜面６１が形成されている。このように、配線７１の上部に斜面６１が有る場合、そこに電気配線基板４を接合すると、接合後の電気配線基板４を水平に保つことが難しくなる。

しかし、本実施形態では、凸形状の構造物７９を設けているメッキ配線７３の領域の上部に電気配線基板４を接合することで、メッキ配線７３の上部に斜面が形成されることなく平坦な面が形成される。これにより、配線７３の上部では、接合した電気配線基板４を容易に水平に保持することができる。なお、レジスト層を形成した後、凸形状の構造物７９の一部もしくは全部を除去してもかまわない。

次に、上述した方法により作製したプリント配線基板３を用いた液体吐出ヘッド１の構成および製造方法を説明する。

図４（ａ）は、プリント配線基板３に電気配線基板４を接合した状態を示す模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢにおける断面図である。プリント配線基板３のメッキ配線７３の上部に、熱硬化性接着剤を用いて電気配線基板４を接合する。電気配線基板４としてはＦＰＣやＴＡＢなどが用いられる。本実施形態において電気配線基板４は、プリント配線基板３のボンディングパッド７７と同数のボンディングパッド４１が配置されたＦＰＣを用いた。プリント配線基板３のボンディングパッド７７に電気配線基板４のボンディングパッド４１が対向するように、電気配線基板４を精度よく接合している。この時、凸形状の構造物７９の上部に位置するレジストの斜面６１と、端部のボンディングパッド４１との間には平坦面が存在し、電気配線基板４は平坦面に接合されている。そのため、電気配線基板４のプリント配線基板３との接合面の裏面側では、端部を含めた電気配線基板４上の全てのボンディングパッド４１も傾くことなく略水平に保持されている。

プリント配線基板３と電気配線基板４とを接合した後、プリント配線基板３のボンディングパッド７７と電気配線基板４のボンディングパッド４１とをワイヤボンディングで電気接続した。端部のボンディングパッド４１は傾いていないため、ワイヤボンディング時に適切な荷重でボンディングが行われることで、良好なボンディングが成される。さらに、吐出口と吐出圧力発生素子とが形成された半導体チップに電気配線基板４を電気接続することで液体吐出ヘッド１を形成する。

図５（ａ）は、プリント配線基板３に電気配線基板４がずれて接合された状態を示す模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢにおける断面図である。ここまでは、電気配線基板４を良好な位置精度で接合した場合を説明したが、電気配線基板４の接合に要する時間を短縮するために位置合わせを簡略化した場合、電気配線基板４の接合位置精度が悪化する場合がある。以下、電気配線基板４の接合位置がボンディングパッドの幅の１つ分程度ずれた状態を図５（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

凸形状の構造物７９を配線７３の外側に配置したことで、図５（ａ）のように電気配線基板４の接合位置がボンディングパッドの幅の１つ分ずれても、電気配線基板４のボンディングパッド４１が斜面６１に係ることを防ぐことができる。そのため、プリント配線基板３と電気配線基板４とを接合すると、図５（ｂ）のように、ボンディングパッド４１が傾くことを抑制できる。このように本実施形態によると、位置合わせを簡略化した場合にもボンディングパッド４１が傾くことを抑制でき、良好なボンディングを行うことができる。

なお、本実施形態では配線パターン７の外側に、配線パターン７と同じ幅の凸形状の構造物７９を各１つずつ配置したが、その形状および数量はこの限りではない。つまり、電気配線基板４接合時の接合位置精度を想定し、電気配線基板４の接合位置が最大幅ずれた場合においてもレジスト３８の斜面６１に端部のボンディングパッド４１が配置されないようにすればよい。すなわち、凸形状の構造物７９の形状と数量を考慮し、レジスト３８の斜面６１の位置を制御すればよい。

図６は、複数の凸形状の構造物を配置したプリント配線基板を示す模式図とその断面図である。例えば最大でボンディングパッド４１の幅３つ分の接合位置ずれが想定される場合、メッキ配線７３と同程度の幅の凸形状の構造物７９をメッキ配線７３の列の外側に各３つずつ、メッキ配線７３と同程度のピッチで配置すればよい。このように構造物７９を配置することで、電気配線基板４の接合位置がボンディングパッドの幅３つ分ずれても、レジスト３８の斜面６１に端部のボンディングパッド４１が配置されることはなく、端部のボンディングパッド４１が傾くことが抑制される。

図７は、幅の広い凸形状の構造物７９を配置したプリント配線基板に電気配線基板４を接合した状態を示す模式断面図である。凸形状の構造物７９の幅は、メッキ配線７３の幅と同程度である必要はなく、メッキ配線７３よりも幅を広くして、凸形状の構造物７９の数量を減らしてもよい。

図８は、長さの短い凸形状の構造物７９を配置したプリント配線基板を示す模式図である。レジスト３８の斜面６１に、電気配線基板のボンディングパッド４１が配置されない範囲で、凸形状の構造物７９の配線パターン７の列の配列方向と交差する方向の長さをメッキ配線７３よりも短くしてもよい。

図９は、凸形状の構造物７９を片側にのみ配置したプリント配線基板を示す模式図である。これまでは、配線パターン７の列の両外側に凸形状の構造物７９を配置する構成を説明したが、図９に示すように、配線パターンの列の片側にのみ凸形状の構造物７９を配置してもよい。この場合、電気配線基板４を凸形状の構造物７９寄りに接合することで、レジストの斜面６１にボンディングパッド４１が配置されることを避けることができる。

図１０は、配線パターン７にダミー配線として配線パターン７と接続して設けられた凸形状の構造物７９を備えた基板３１を示した模式図である。凸形状の構造物７９は、図１０のように配線パターン７両端部の配線の外側に、ダミー配線として、配線パターン７と接続して設けてもよい。

なお、本実施形態では、配線パターン７の形成と同一工程で、凸形状の構造物７９を形成したが、これに限定するものではなく、高さの管理をしながら凸形状の構造物７９を基板３１に接着する等で設けてもよい。

また、配線パターン７の配線の列の間隔が離れており、配線パターン７の配線の列の間の上部で、配線パターン７の配線を覆うレジスト３８の上面に凹凸が生じるような場合は、配線パターン７の配線の列の間に凸形状の構造物７９を設けてもよい。

このように、プリント配線基板の配線パターンに沿って配線パターンの配線と略同一の厚さの凸形状の構造物を設ける。これにより、電気配線基板が接合されるプリント配線基板の表面を平坦な面とすることができる。これによってレジスト層の塗布工程を増加せず、プリント配線基板と接合した電気配線基板のボンディングパッドの傾きを抑制することができるプリント配線基板、それを備えた液体吐出ヘッドおよびプリント配線基板の製造方法を実現することができた。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図１１（ａ）は、本実施形態のプリント配線基板の模式図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢにおける断面図である。本実施形態では、メッキ配線７３の両端部の配線の幅を広くすることで、レジストの斜面６１の位置を電気配線基板４の接合位置から遠ざける。つまり、本実施形態では、凸形状の構造物７９をメッキ配線７３の両端部の配線と一体で形成している。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態では、複数のメッキ配線７３のうち最外部のメッキ配線７４の幅を他のメッキ配線よりも広くしている。最外部のメッキ配線７４の幅は、電気配線基板４の接合時の接合位置精度を想定して決定すればよい。すなわち、電気配線基板４の接合位置が最大幅ずれた場合でもレジストの斜面６１に電気配線基板４のボンディングパッド４１が配置されないように最外部のメッキ配線７４の幅を決めればよい。

本実施形態では、電気配線基板４の接合における最大ずれ量を２００μｍと想定し、他のメッキ配線７３の幅７０μｍに対し、最外部のメッキ配線７４の幅を３００μｍとした。

なお、本実施形態においては、メッキ配線７３列の更に外側に凸形状の構造物は配置していないがこの限りではなく、必要に応じて構造物を配置してもよい。

図１２は、本実施形態のプリント配線基板に電気配線基板を接合した状態を示した模式図である。本実施形態によれば、メッキ配線７３における最外部のメッキ配線７４の幅を広くすることで、レジストの斜面６１の位置を電気配線基板４の接合位置から遠ざける。これによって、図１２のように電気配線基板４の接合位置がずれても、レジストの斜面６１に端部のボンディングパッド４１が配置されることを防ぐことができる。これにより、ボンディングパッド４１が傾くことを抑制し、良好なボンディングを行うことができる。

図１３は、本実施形態におけるプリント配線基板を示した図である。最外部のメッキ配線７４は、必ずしもその全長において他のメッキ配線よりも幅が広い必要はない。すなわち、図１３のように、レジストの斜面６１の上部に端部のボンディングパッド４１が配置されないように、最外部のメッキ配線７４の一部分の幅のみを他のメッキ配線よりも広くしてもよい。

また、図１１、１２において、両端のメッキ配線７４の幅を広くする構成を示したが、片側の端部メッキ配線７４の幅のみを広くしてもよい。

以上の構成によると、既存の製品などであっても、メッキ配線７４全体のレイアウトを変更することなく、最外部のメッキ配線７４のみの幅を変更するだけで本発明の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図１４は、本実施形態のプリント配線基板に電気配線基板を接合した状態を示した模式図である。本実施形態では、メッキ配線７３の配列幅（Ｂ）に対し、電気配線基板のボンディングパッド４１の配列幅（Ａ）が大きい場合について説明する。メッキ配線７３の配列幅（Ｂ）に対し電気配線基板のボンディングパッド４１の配列幅（Ａ）が大きい場合、両側の凸形状の構造物７９の配置距離（Ｃ）が、ボンディングパッド４１の配列幅（Ａ）よりも大きくなるように凸形状の構造物７９を配置する。なお、電気配線基板４とプリント配線基板３との接合面に直交する方向から見て、凸形状の構造物７９の少なくとも一部が電気配線基板４のボンディングパッド４１よりも配列幅方向における外側に位置していればよい。

なお、配置距離（Ｃ）および凸形状の構造物７９の形状、数量は、電気配線基板４の接合位置が最大幅ずれた場合においてもレジストの斜面６１の上部に端部のボンディングパッド４１が配置されることがないよう決めればよい。

また、第２の実施形態のように、最外部のメッキ配線の幅を広げる場合も同様であり、電気配線基板のボンディングパッド４１の配列幅（Ａ）および電気配線基板４の接合位置のずれを考慮して、最外部のメッキ配線の幅を決定すればよい。

１ 液体吐出ヘッド
３ プリント配線基板
４ 電気配線基板
７ 配線パターン
３１ 基板
３８ レジスト
４１ ボンディングパッド
７３ メッキ配線
７９ 構造物

Claims (14)

1. 電気信号が供給される素子基板と、
   前記素子基板と接続され、前記素子基板に電気信号を供給可能な電気配線基板と、
   配線と前記配線を覆う絶縁層とを有し、前記配線を介して電気信号を供給可能なプリント配線基板と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記プリント配線基板には、前記配線の厚さと略同一の厚さを有し、前記絶縁層に覆われた凸形状の構造物が前記配線に沿って設けられており、前記プリント配線基板の前記配線が設けられた部分の前記絶縁層の側に前記電気配線基板の一部が接合されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記プリント配線基板は、配列された複数の前記配線を備えており、前記凸形状の構造物は、配列された複数の前記配線の列の端部に配された前記配線に沿って、配列された複数の前記配線の外側に設けられてい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. 前記凸形状の構造物は、配列された複数の前記配線の列の両端部に配された前記配線に沿って設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記凸形状の構造物は、前記配線と同じ材質であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記配線は、外部に露出するパッドを有し、前記プリント配線基板の端部まで延在しており、
   前記凸形状の構造物は、前記配線の延在する方向における前記パッドから前記端部までの前記配線の長さと略同一の前記方向の長さを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記配線は、外部に露出するパッドを有し、前記プリント配線基板の端部まで延在しており、
   前記凸形状の構造物は、前記配線の延在する方向における前記パッドから前記端部までの前記配線の長さよりも短い前記方向の長さを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記凸形状の構造物は、配列された複数の前記配線の列の端部に配された前記配線と一体で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記凸形状の構造物は、複数の前記配線が配列された前記配線の配列方向における前記配線の幅よりも広い前記配列方向の幅を備えていることを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記素子基板は、液体を吐出する複数の吐出口を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記電気配線基板の一部が接合される前記プリント配線基板の部分では、前記配線と前記凸形状の構造物とを覆う前記絶縁層が平坦な表面を形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記プリント配線基板に接合される前記電気配線基板の前記一部の、前記プリント配線基板との接合面の裏面には、前記プリント配線基板に電気接続されるパッドが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記電気配線基板と前記プリント配線基板との接合面に直交する方向から見て、前記凸形状の構造物の少なくとも一部は、複数の前記配線が配列された前記配線の配列方向において前記電気配線基板の前記パッドよりも外側に位置することを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
13. 電気信号を伝達可能な電気配線基板と部分的に重なって接合され、前記電気配線基板に、絶縁層で覆われた配線を介して電気信号を供給可能なプリント配線基板において、
    前記配線に沿って前記配線の厚さと略同一の厚さの凸形状の構造物が設けられていることを特徴とするプリント配線基板。
14. 他の部材に、絶縁層で覆われた配線を介して電気信号を供給可能なプリント配線基板の製造方法において、
    前記配線に沿って、前記配線の厚さと略同一の厚さの凸形状の構造物を設ける工程を備えていることを特徴とするプリント配線基板の製造方法。