JP2023055114A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】記録素子基板と電気配線基板との間の電気接続部における信頼性が確保された液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液体吐出ヘッド1は、吐出口9と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8とエネルギー発生素子と電気的に接続された電極端子7を備える記録素子基板2と、ワイヤボンディングなどによって電極端子7と電気的に接続する電気配線基板3と、を備える。電極端子7は記録素子基板2の1つの表面である接続表面25に配置されており、電気配線基板3の端部には、電極端子7との電気的な接続が行われる接続領域が設けられている。電気配線基板3の前記端部は、記録素子基板2の、接続表面25の側の面の上に、電極端子7から離隔して配置されている。
【選択図】図2
【解決手段】液体吐出ヘッド1は、吐出口9と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8とエネルギー発生素子と電気的に接続された電極端子7を備える記録素子基板2と、ワイヤボンディングなどによって電極端子7と電気的に接続する電気配線基板3と、を備える。電極端子7は記録素子基板2の1つの表面である接続表面25に配置されており、電気配線基板3の端部には、電極端子7との電気的な接続が行われる接続領域が設けられている。電気配線基板3の前記端部は、記録素子基板2の、接続表面25の側の面の上に、電極端子7から離隔して配置されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関する。
インクジェット記録ヘッドに代表される液体吐出ヘッドには、液体を吐出する吐出口と、吐出口から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、エネルギー発生素子に電気的に接続された電極端子とを備える記録素子基板が設けられる。液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の本体から記録素子基板に対して電力や信号などを供給するために、FPC(フレキシブルプリント回路基板)やTAB(Tape Automated Bonding)といった電気配線基板が用いられる。特許文献1は、液体吐出ヘッドにおいて、ワイヤボンディングによって電気配線基板と記録素子基板の電極端子とを電気的に接続し、さらにこの電気接続部を封止剤により保護することを開示している。
ワイヤボンディングを行うときは、接続位置において熱、圧力、超音波などが印加されるので、接続対象の部材を支持する必要がある。特許文献1に示される液体吐出ヘッドでは電気配線基板を支持する部材が存在しないから、ワイヤボンディング時に治具によって電気配線基板を支持する必要がある。治具を用いるときは、厚み公差などによって段差が生じて安定した支持ができなくなり、電気接続部の信頼性が損なわれることがある。
本発明の目的は、記録素子基板と電気配線基板との間の電気接続部における信頼性が確保された液体吐出ヘッドと、その製造方法とを提供することにある。
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と吐出口から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エネルギー発生素子と電気的に接続された電極端子を備える記録素子基板と、電極端子と電気的に接続する電気配線基板と、を備え、電極端子は記録素子基板の1つの表面である接続表面に配置され、電気配線基板の端部には、電極端子との電気的な接続が行われる接続領域が設けられ、電気配線基板の端部は、記録素子基板の、接続表面の側の面の上に、電極端子から離隔して配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、記録素子基板と電気配線基板との間の電気接続部における信頼性が確保された液体吐出ヘッドを得ることができる。
次に、本発明を適用可能な実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明に基づく液体吐出ヘッドは、少なくとも記録素子基板と電気配線基板とを有するものである。記録素子基板は、液体を吐出する吐出口と、吐出口から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、エネルギー発生素子と電気的に接続された電極端子と、を備える。電気配線基板は、記録素子基板の電極端子と電気的に接続する。以下、このような本発明に基づく液体吐出ヘッドについてのいくつかの実施形態を説明するが、これらの実施形態は、本発明の範囲を限定するものではない。
一例として以下の各実施形態では、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いて液体に熱を与えて気泡を発生させ液体を吐出口から吐出させるサーマル方式の液体吐出ヘッドを説明する。しかしながら本発明は、サーマル方式以外の液体吐出ヘッドに対しても適用することができる。特に本発明は、エネルギー発生素子としてピエゾ素子を用いるピエゾ方式の液体吐出ヘッドに好適に用いることができる。ピエゾ方式の液体吐出ヘッドでは、液滴を吐出する吐出口の数だけ流路が個別に分けられており、その個別の流路の各々に、吐出のための圧力を発生するピエゾ素子が取り付けられている。記録素子基板の寸法などを変えることなく高密度に吐出口を配置しようとすると、ピエゾ素子の数を増やす必要があり、それに伴って電極端子の数も増え、限られた領域内に電極端子を収めるためには電極端子間のピッチを狭くする必要がある。本発明によれば、電極端子間のピッチが狭い場合においても、記録素子基板と電気配線基板との間の電気接続部での高い信頼性を得ることができる。
[第1の実施形態]
図1および図2は、本発明を適用可能な第1の実施形態の液体吐出ヘッドを示す図である。図1(a)は液体吐出ヘッド1の斜視図であり、図1(b)は記録素子基板2と電気配線基板3とが分離した状態での液体吐出ヘッド1を示す分解斜視図であり、図1(c)は記録素子基板2の要部を示す、図1(b)のC-C線での断面図である。図2(a)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図1(a)のA-A線での断面図であり、図2(b)は、記録素子基板2と電気配線基板3との電気接続部を示す平面図である。なお説明を分かりやすくするため、図2(b)には封止剤4や接着剤5は描かれていない。
図1および図2は、本発明を適用可能な第1の実施形態の液体吐出ヘッドを示す図である。図1(a)は液体吐出ヘッド1の斜視図であり、図1(b)は記録素子基板2と電気配線基板3とが分離した状態での液体吐出ヘッド1を示す分解斜視図であり、図1(c)は記録素子基板2の要部を示す、図1(b)のC-C線での断面図である。図2(a)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図1(a)のA-A線での断面図であり、図2(b)は、記録素子基板2と電気配線基板3との電気接続部を示す平面図である。なお説明を分かりやすくするため、図2(b)には封止剤4や接着剤5は描かれていない。
液体吐出ヘッド1は、図1(a)に示すように、記録素子基板2と記録素子基板2に接続する電気配線基板3とを備えている。記録素子基板2の一方の表面(図示上側の表面)には、液体を吐出する複数の吐出口9が配列している。電気配線基板3は、図1(b)に示すように、例えばFPCやTABなどからなる薄くて可撓性を有する細長い部材であり、液体吐出ヘッドを搭載する液体吐出装置の本体から記録素子基板に対して電力や信号を供給するために用いられる。電気配線基板3の長手方向(電気配線基板3内部の配線の延在方向)の一方の端部には、記録素子基板2の電極端子7との接続に用いられる位置であって導体がパッド状に露出している複数の接続領域10が形成されている。電気配線基板3の長手方向の他方の端部には、導体がパッド状に露出している複数の接続端子31が設けられている。接続領域10と接続端子31とは、電気配線基板3の内部の導体層に形成されている複数の導体パターン32(図2(b)参照)によって、1対1で電気的に接続している。
記録素子基板2は、図1(c)に示すように、エネルギー発生素子8と、吐出口9が形成されている吐出口形成部材21と、配線層22と、シリコン基板からなる基体部23とによって主に構成されている。吐出口形成部材21は、基体部23の一方の表面上に配置している。基体部23の他方の表面には電極端子7が形成されており、これにより記録素子基板2の他方の表面に複数の電極端子7が配置することとなる。以下の説明において、記録素子基板2の1対の表面のうち、電極端子7が形成されている方の表面を接続表面25ともいう。本実施形態では、シリコン基板からなる基体部23の、吐出口形成部材21が設けられる面の裏面が接続表面25を構成している。吐出口9が形成されている位置とその近傍では、吐出口形成部材21の基体部23側の面に凹部が形成されており、この凹部は、吐出口9に連通する圧力室24を構成する。エネルギー発生素子8は、圧力室24内の液体にエネルギーを付与できるように配置されており、配線層22は、エネルギー発生素子8と電極端子7とを電気的に接続するように構成されている。エネルギー発生素子8が電気熱変換体であるときは、エネルギー発生素子8は基体部23の一方の表面上に配置されるとともに、この基体部23の一方の表面と吐出口形成部材21との接合面に配線層22が配置される。この場合、基体部23の一方の表面に形成されている配線層22と他方の表面に形成されている電極端子7とは、例えば、ビアホールによって電気的に接続する。これに対しエネルギー発生素子8がピエゾ素子であるときは、ピエゾ素子と配線層2は例えば基体部23の内部に形成され、ピエゾ素子と圧力室との間には振動板が配置される。なお、エネルギー発生素子8と電極端子7の間に、トランジスタや集積回路などを含む回路(不図示)を設け、この回路を介してエネルギー発生素子8が電極端子7に電気的に接続するようにしてもよい。
次に、記録素子基板2と電気配線基板3との接続について説明する。記録素子基板2と電気配線基板3とは、記録素子基板2の電極端子7と電気配線基板3の接続領域10とを電気接続部材6を用いて接続することによって、電気的に接続される。電気接続部材6は、通常、接続用の導体ワイヤ(すなわちボンディングワイヤ)であり、ワイヤボンディングの手法によって、電極端子7と接続領域10の各々と接合する。本実施形態において電気接続部材6は例えば金ワイヤである。電気接続部材6は、金ワイヤに限られるものではなく、例えば、金、銅、アルミニウムおよび銀のいずれか1つの金属、またはこれらの金属のうちの2以上を含む合金を主成分とするものであればよい。よく知られているようにワイヤボンディングでは、接続用のワイヤを接続対象物に接合するときに、熱、圧力および超音波のうちの少なくとも1つをワイヤと接続対象物との界面すなわち接合部分に印加する必要がある。したがってワイヤボンディングを行うときに、接続対象物は何らかの形態で支持されている必要がある。本実施形態の場合、記録素子基板2は剛性を有するものであるので、電極端子7が上を向くように作業台などの上に記録素子基板2を載置すれば、ワイヤボンディングのために記録素子基板2を安定して支持することができる。これに対し電気配線基板3は薄くて可撓性を有する部材であるので、ワイヤボンディング時に意図的に支持する必要がある。ここで電気配線基板3の支持のために治具を用いるとすると、治具、記録素子基板2および電気配線基板3の厚み公差によっては段差などが生じて電気配線基板3の支持が不安定となり、圧力や超音波を適切に印加できなくなることがある。その結果、記録素子基板2と電気配線基板3との間の電気的接続の信頼性が低下するおそれがある。また、記録素子基板2に対し、電気配線基板3を支持する支持部材をあらかじめ取り付けることによりワイヤボンディング時に段差が生じないようにすることも考えられるが、この場合は部品コストや製造コストの上昇がもたらされる。
そこで本実施形態の液体吐出ヘッド1は、ワイヤボンディング時において電気配線基板3が記録素子基板2自体によって支持されるようにし、これにより、段差の発生によって支持が不安定になることや、追加の支持部材を必要とすることを回避する。すなわち図2に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド1では、電気配線基板3の一方の端部が、記録素子基板2の他方の表面、すなわち電極端子7が形成されている方の表面において、電極端子7から離隔して配置している。電気配線基板3の一方の端部には電極端子7との電気的な接続が行われる接続領域10が設けられているが、接続領域10は記録素子基板2の他方の表面上に位置する。記録素子基板2の電極端子7と電気配線基板3の接続領域10と電気接続部材6とを含む、記録素子基板2と電気配線基板3との電気接続部の全体は、封止剤4によって封止され保護されている。封止剤4は、電気接続部を外力から守るための剛性を備えるとともに、吐出用の液体や環境中の湿気などからの腐食の抑制する機能を有することが好ましい。そのため封止剤4にはエポキシ樹脂などの材料が好適に用いられるが、封止剤4に要求される性能に応じて適宜の材料を封止剤4に用いることができる。また、図示した例では、電気配線基板3の一方の端部は接着剤5によって記録素子基板2の他方の表面すなわち接続表面25に固定されている。
次に、記録素子基板2への電気配線基板3の接続の手順について説明する。液体吐出ヘッド1の製造工程において記録素子基板2が完成したら、接続表面25すなわち電極端子7が設けられている表面が上を向くように記録素子基板2を支持する。一例として作業台などの固定した平面上に記録素子基板2を載置する。続いて、接続領域10が接続表面25の上方に位置するように、電極端子7から離隔して電気配線基板3の一方の端部を記録素子基板2の接続表面25の上に配置する。その際、電気配線基板3を記録素子基板2へ固定しないことも可能であるが、好ましくは接着剤5や接着シートといった材料を用いて電気配線基板3を記録素子基板2に固定すると、両者間の位置が安定し、より信頼性が高い電気的接続が可能となる。接着剤5や接着シートを用いる代わりに、電気配線基板3の一方の端部の位置を固定できる任意の方法を用いることができる。続いて、電気接続部材6により電極端子7と電気配線基板3の接続領域10との間を電気的に接続する。その後、封止剤4によって電極端子7、電気接続部材6および接続領域10を含む電気接続部を覆い保護する。これにより、図1(a)に示した液体吐出ヘッド1が完成する。
本実施形態では、電気接続部材6によるワイヤボンディングによって電極端子7と電気配線基板3を接続する。ワイヤボンディングを実施するときはボンディングツールを用い、電気接続部材6を電極端子7や接続領域10に当接させつつ、熱、圧力、超音波などを加える。その結果、電気接続部材6の一端が電極端子7に接合し、他端が接続領域10に接合して、電極端子7と接続領域10との間の電気的接続が完成する。電極端子7におけるボンディング領域は、作業台に載置された記録素子基板2の接続表面25すなわち平坦な上面にあり、記録素子基板2は高剛性の部材であるから、電気接続部材6と電極端子7との界面に熱、圧力、超音波などを効率よく伝えることができる。これにより、電極端子7と電気接続部材6との間で安定したボンディングが可能になる。さらに、電気配線基板3の接続領域10も記録素子基板2の接続表面25の上方にあるから、同様に電気接続部材6と接続領域10の界面に対し、安定したワイヤボンディングに必要な条件である熱、圧力、超音波などを効率よく伝えることができる。これにより、接続領域10と電気接続部材6との間で安定したボンディングが可能になる。結局、本実施形態によれば、治具を用いたり、追加の支持部材を設けたりすることなく、記録素子基板2と電気配線基板3との間の信頼性の高い電気的接続を確立することができ、電気接続の信頼性の高い液体吐出ヘッドを得ることができる。また、特許文献1に示されるものなどと比較して、ボンディングワイヤである電気接続部材6自体の長さを短くすることができる。これにより、電力損失を抑制でき、また、ノイズの影響を受けにくくすることができ、信号伝達における不具合を抑制することができる。また、例えば金ワイヤである電気配線部材6の長さが短くなることによりその使用量も減るため、部材コストの削減も可能になる。
[第2の実施形態]
図3は、第2の実施形態の液体吐出ヘッド1を示している。図3(a)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図であり、図3(b)は、記録素子基板2と電気配線基板3との電気接続部を示す、図2(b)と同様の平面図である。これらの図において、第1の実施形態におけるものと同様の構成要素には同一の参照符号が付されており、以下では、それらの構成要素についての重複する説明は繰り返さない。第1の実施形態において説明したように、電気配線基板3の一方の端部を接着剤5などによって記録素子基板2の接続表面25に固定すると、電気配線基板3の位置が安定するため、安定したワイヤボンディングを行うことが可能になる。しかしながら、電気配線基板3の一方の端部の先端と電極端子7との間隔が小さい場合や接着剤5の塗布量が多すぎる場合に、電気配線基板3を接着剤5で固定する際に接着剤5が電極端子7の側にはみ出して電極端子7に付着することがある。接着剤5が電極端子7に付着すると、ワイヤボンディングに悪影響が及び、電気的な接続の信頼性が低下するおそれがある。そこで第2の実施形態の液体吐出ヘッドでは、記録素子基板2の接続表面25において電気配線基板3の一方の端部の先端が配置することとなる位置と電極端子7との間に、あらかじめ溝部15が形成されている。溝部15が接続表面25に形成されていることにより、電気配線基板3を記録素子基板2に接着固定するときにはみ出した余剰の接着剤は溝部15に捕捉され、接着剤5が電極端子7まではみ出すことを抑制することができる。図示したものでは溝部15は一列の直線状の溝として形成されているが、溝部15の形状や配置数は、接着剤5のはみ出しの状態に応じて適宜変更することができる。例えば、溝部15は、記録素子基板2の接続表面25においてコの字状に設けることができ、また、複数の分割された溝によって溝部15を構成してもよい。
図3は、第2の実施形態の液体吐出ヘッド1を示している。図3(a)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図であり、図3(b)は、記録素子基板2と電気配線基板3との電気接続部を示す、図2(b)と同様の平面図である。これらの図において、第1の実施形態におけるものと同様の構成要素には同一の参照符号が付されており、以下では、それらの構成要素についての重複する説明は繰り返さない。第1の実施形態において説明したように、電気配線基板3の一方の端部を接着剤5などによって記録素子基板2の接続表面25に固定すると、電気配線基板3の位置が安定するため、安定したワイヤボンディングを行うことが可能になる。しかしながら、電気配線基板3の一方の端部の先端と電極端子7との間隔が小さい場合や接着剤5の塗布量が多すぎる場合に、電気配線基板3を接着剤5で固定する際に接着剤5が電極端子7の側にはみ出して電極端子7に付着することがある。接着剤5が電極端子7に付着すると、ワイヤボンディングに悪影響が及び、電気的な接続の信頼性が低下するおそれがある。そこで第2の実施形態の液体吐出ヘッドでは、記録素子基板2の接続表面25において電気配線基板3の一方の端部の先端が配置することとなる位置と電極端子7との間に、あらかじめ溝部15が形成されている。溝部15が接続表面25に形成されていることにより、電気配線基板3を記録素子基板2に接着固定するときにはみ出した余剰の接着剤は溝部15に捕捉され、接着剤5が電極端子7まではみ出すことを抑制することができる。図示したものでは溝部15は一列の直線状の溝として形成されているが、溝部15の形状や配置数は、接着剤5のはみ出しの状態に応じて適宜変更することができる。例えば、溝部15は、記録素子基板2の接続表面25においてコの字状に設けることができ、また、複数の分割された溝によって溝部15を構成してもよい。
[第3の実施形態]
図4は、第3の実施形態の液体吐出ヘッド1を示している。図4(a)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図であり、図4(b)は、記録素子基板2と電気配線基板3との電気接続部を示す、図2(b)と同様の平面図である。第2の実施形態では記録素子基板2の接続表面25に溝部15を形成して接着剤5の電極端子7側へのはみ出しを抑制しているが、第3の実施形態では、電気配線基板3の記録素子基板2に対向する表面に溝部16を形成して接着剤5のはみ出しを抑制している。電気配線基板3に形成される溝部16は、電気配線基板3の一方の端部において、その先端と接続領域10が形成されている位置との間に設けられる。このような溝部16を電気配線基板3に設けることにより、電極端子7への接着剤5のはみ出しを抑制するとともに、電気配線基板3の接続領域10への接着剤5の這い上がりも抑制できる。本実施形態によれば、電気的な接続に関係する両方の部材、すなわち電極端子7と接続領域10に対する接着剤5の付着を抑制でき、安定したワイヤボンディングが可能になる。図示したものでは溝部16は一列の直線状の溝として形成されているが、溝部16の形状や配置数は、接着剤5のはみ出しの状態に応じて適宜変更することができる。例えば、溝部16は、電気配線基板3の表面においてコの字状に設けることができ、また、複数の分割された溝によって溝部16を構成してもよい。
図4は、第3の実施形態の液体吐出ヘッド1を示している。図4(a)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図であり、図4(b)は、記録素子基板2と電気配線基板3との電気接続部を示す、図2(b)と同様の平面図である。第2の実施形態では記録素子基板2の接続表面25に溝部15を形成して接着剤5の電極端子7側へのはみ出しを抑制しているが、第3の実施形態では、電気配線基板3の記録素子基板2に対向する表面に溝部16を形成して接着剤5のはみ出しを抑制している。電気配線基板3に形成される溝部16は、電気配線基板3の一方の端部において、その先端と接続領域10が形成されている位置との間に設けられる。このような溝部16を電気配線基板3に設けることにより、電極端子7への接着剤5のはみ出しを抑制するとともに、電気配線基板3の接続領域10への接着剤5の這い上がりも抑制できる。本実施形態によれば、電気的な接続に関係する両方の部材、すなわち電極端子7と接続領域10に対する接着剤5の付着を抑制でき、安定したワイヤボンディングが可能になる。図示したものでは溝部16は一列の直線状の溝として形成されているが、溝部16の形状や配置数は、接着剤5のはみ出しの状態に応じて適宜変更することができる。例えば、溝部16は、電気配線基板3の表面においてコの字状に設けることができ、また、複数の分割された溝によって溝部16を構成してもよい。
[第4の実施形態]
図5は、第4の実施形態の液体吐出ヘッド1を示している。図5(a)は、記録素子基板2の要部を示す、図1(c)と同様の断面図であり、図5(b)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図である。第4の実施形態の液体吐出ヘッド1は、第1の実施形態の液体吐出ヘッド1と同様のものであるが、記録素子基板2の接続表面25との間で段差を形成する面17が形成され、面17に対して電気配線基板3の一方の端部が接着固定されている点で異なっている。面17は接続表面25に形成された段差による凹部の底面であり、この凹部に電気配線基板3の一方の端部が受け入れられて配置していることになる、段差は、記録素子基板2を構成する基体部23の一部を削ることによって形成される。段差を形成する面17が設けられたことにより、記録素子基板2の接続表面25において電極端子7が設けられている位置を基準とすると、電気配線基板3の一方の端部はそれよりも低い位置に配置されることとなる。このように段差を形成して段差によって形成された低い側の17面に電気配線基板3を配置することにより、接着剤5の電極端子7側へのはみ出しを抑制することができる。さらに、電気配線基板3の記録素子基板2に対する接着面が2面となって接着力が増すので、電気配線基板3がより強固に記録素子基板2に固定され、それにより、より安定したワイヤボンディングが可能となる。
図5は、第4の実施形態の液体吐出ヘッド1を示している。図5(a)は、記録素子基板2の要部を示す、図1(c)と同様の断面図であり、図5(b)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図である。第4の実施形態の液体吐出ヘッド1は、第1の実施形態の液体吐出ヘッド1と同様のものであるが、記録素子基板2の接続表面25との間で段差を形成する面17が形成され、面17に対して電気配線基板3の一方の端部が接着固定されている点で異なっている。面17は接続表面25に形成された段差による凹部の底面であり、この凹部に電気配線基板3の一方の端部が受け入れられて配置していることになる、段差は、記録素子基板2を構成する基体部23の一部を削ることによって形成される。段差を形成する面17が設けられたことにより、記録素子基板2の接続表面25において電極端子7が設けられている位置を基準とすると、電気配線基板3の一方の端部はそれよりも低い位置に配置されることとなる。このように段差を形成して段差によって形成された低い側の17面に電気配線基板3を配置することにより、接着剤5の電極端子7側へのはみ出しを抑制することができる。さらに、電気配線基板3の記録素子基板2に対する接着面が2面となって接着力が増すので、電気配線基板3がより強固に記録素子基板2に固定され、それにより、より安定したワイヤボンディングが可能となる。
[第5の実施形態]
図6は、第5の実施形態の液体吐出ヘッド1を示している。図6(a)は、記録素子基板2の要部を示す、図1(c)と同様の断面図であり、図6(b)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図である。第5の実施形態の液体吐出ヘッド1は、第1の実施形態におけるものと同様のものであるが、記録素子基板2の接続表面25に、頂面が平面である凸部18が設けられ、この凸部18の頂面に電気配線基板3の一方の端部が接着固定されている点で異なっている。記録素子基板2の接続表面25において電極端子7が設けられている位置を基準とすると、電気配線基板3の一方の端部はそれよりも高い位置に配置されることとなる。凸部18に電気配線基板3の一方の端部を接着固定することによりこの接着部から電極端子7までの距離が延びるから、本実施形態においても、接着剤5の電極端子7側へのはみ出しを抑制することができる。
図6は、第5の実施形態の液体吐出ヘッド1を示している。図6(a)は、記録素子基板2の要部を示す、図1(c)と同様の断面図であり、図6(b)は、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図である。第5の実施形態の液体吐出ヘッド1は、第1の実施形態におけるものと同様のものであるが、記録素子基板2の接続表面25に、頂面が平面である凸部18が設けられ、この凸部18の頂面に電気配線基板3の一方の端部が接着固定されている点で異なっている。記録素子基板2の接続表面25において電極端子7が設けられている位置を基準とすると、電気配線基板3の一方の端部はそれよりも高い位置に配置されることとなる。凸部18に電気配線基板3の一方の端部を接着固定することによりこの接着部から電極端子7までの距離が延びるから、本実施形態においても、接着剤5の電極端子7側へのはみ出しを抑制することができる。
[第6の実施形態]
図7は、第6の実施形態の液体吐出ヘッド1を示す図であって、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図である。第1乃至第5の実施形態の液体吐出ヘッド1では、記録素子基板2において電極端子7が形成されている表面すなわち接続表面25は、吐出口9が形成されている表面とは反対側の表面であるが、本発明はこれに限定されるものではない。記録素子基板2において吐出口9が形成されている方の表面に電極端子7を設けてこの表面を接続表面25とすることもできる。図7に示す第6の実施形態の液体吐出ヘッド1は、第1の実施形態の液体吐出ヘッド1において、記録素子基板2において吐出口9が形成されている方の表面に電極端子7を形成したものである。この電極端子7に対して電気配線基板3の接続領域10が電気接続部材6によるワイヤボンディングによって接続している。ここではエネルギー発生素子8が電気熱変換体であるとしており、基体部23の一方の表面には、エネルギー発生素子8とエネルギー発生素子8に接続する配線層22とが形成されている。基体部23の一方の表面には吐出口形成部材21が積層されていない領域が設けられており、配線層22がこの領域まで引き出されてそこが電極端子7となっている。電気配線基板3は、電極端子7から離隔して、その一方の端部が接着剤5によって基体部23の一方の表面に固定されている。このとき電気配線基板3の接続領域10は、基体部23の一方の表面上に位置している。そして、電極端子7と接続領域10とは、電気接続部材6を用いたワイヤボンディングにより電気的に接続している。そしてこの電気接続部は、封止剤4によって封止されている。本実施形態に示す構造は、基体部23の1対の表面のうち吐出口形成部材21が形成される方の表面にエネルギー発生素子8が配置されるサーマル方式の液体吐出ヘッドに適用した場合に、基体部23にビアホールなどを形成しなくて済むという利点を有する。
図7は、第6の実施形態の液体吐出ヘッド1を示す図であって、記録素子基板2に電気配線基板3が接続した状態での液体吐出ヘッド1の要部を示す、図2(a)と同様の断面図である。第1乃至第5の実施形態の液体吐出ヘッド1では、記録素子基板2において電極端子7が形成されている表面すなわち接続表面25は、吐出口9が形成されている表面とは反対側の表面であるが、本発明はこれに限定されるものではない。記録素子基板2において吐出口9が形成されている方の表面に電極端子7を設けてこの表面を接続表面25とすることもできる。図7に示す第6の実施形態の液体吐出ヘッド1は、第1の実施形態の液体吐出ヘッド1において、記録素子基板2において吐出口9が形成されている方の表面に電極端子7を形成したものである。この電極端子7に対して電気配線基板3の接続領域10が電気接続部材6によるワイヤボンディングによって接続している。ここではエネルギー発生素子8が電気熱変換体であるとしており、基体部23の一方の表面には、エネルギー発生素子8とエネルギー発生素子8に接続する配線層22とが形成されている。基体部23の一方の表面には吐出口形成部材21が積層されていない領域が設けられており、配線層22がこの領域まで引き出されてそこが電極端子7となっている。電気配線基板3は、電極端子7から離隔して、その一方の端部が接着剤5によって基体部23の一方の表面に固定されている。このとき電気配線基板3の接続領域10は、基体部23の一方の表面上に位置している。そして、電極端子7と接続領域10とは、電気接続部材6を用いたワイヤボンディングにより電気的に接続している。そしてこの電気接続部は、封止剤4によって封止されている。本実施形態に示す構造は、基体部23の1対の表面のうち吐出口形成部材21が形成される方の表面にエネルギー発生素子8が配置されるサーマル方式の液体吐出ヘッドに適用した場合に、基体部23にビアホールなどを形成しなくて済むという利点を有する。
[第7の実施形態]
図8は第7の実施形態の液体吐出ヘッド1を示す斜視図である。液体吐出ヘッド1において吐出口9の数が増加しエネルギー発生素子8の数も増加したときは、電極端子7の数も増やす必要がある。記録素子基板2に供給する駆動電流が大きいときや信号数が多くなるときも電極端子7の数を増やすことになる。電極端子7の相互間のピッチを一定以上狭くすることは難しいから、そのような場合には、記録素子基板2において長手方向の両側に電極端子7を配置することが考えられる。その場合、電極端子7が2列に配置されることになるので、電極端子7の列ごとに電気配線基板3を用意して電極端子7と電気配線基板3とを電気的に接続する。その結果、図8に示すように液体吐出ヘッド1において記録素子基板2には2つの電気配線基板3が接続し、これら2つの電気配線基板3は記録素子基板2を挟んで反対方向に延びるようになる。このような構成においても、記録素子基板2の電極端子7と電気配線基板3の接続領域10との電気的接続に、第1乃至第6の実施形態で説明したような構成を適用することができる。なお上記の例では、電極端子7を2列で形成する場合、記録素子基板2の1対の長辺にそれぞれに沿って電極端子7の列を形成しているが、電極端子7の列の配置はこれに限られず、電極端子7の列も3以上とすることができる。記録素子基板2の任意の辺に沿って電極端子7の列を配置し、このような列ごとに電気配線基板3を設けて電気配線基板3と対応する列の電極端子7とを電気的に接続すればよい。すなわち1つの記録素子基板2の接続表面25において電極端子7の複数の列を設け、電極端子7の列ごとに電気配線基板3を接続するようにしてもよい。
図8は第7の実施形態の液体吐出ヘッド1を示す斜視図である。液体吐出ヘッド1において吐出口9の数が増加しエネルギー発生素子8の数も増加したときは、電極端子7の数も増やす必要がある。記録素子基板2に供給する駆動電流が大きいときや信号数が多くなるときも電極端子7の数を増やすことになる。電極端子7の相互間のピッチを一定以上狭くすることは難しいから、そのような場合には、記録素子基板2において長手方向の両側に電極端子7を配置することが考えられる。その場合、電極端子7が2列に配置されることになるので、電極端子7の列ごとに電気配線基板3を用意して電極端子7と電気配線基板3とを電気的に接続する。その結果、図8に示すように液体吐出ヘッド1において記録素子基板2には2つの電気配線基板3が接続し、これら2つの電気配線基板3は記録素子基板2を挟んで反対方向に延びるようになる。このような構成においても、記録素子基板2の電極端子7と電気配線基板3の接続領域10との電気的接続に、第1乃至第6の実施形態で説明したような構成を適用することができる。なお上記の例では、電極端子7を2列で形成する場合、記録素子基板2の1対の長辺にそれぞれに沿って電極端子7の列を形成しているが、電極端子7の列の配置はこれに限られず、電極端子7の列も3以上とすることができる。記録素子基板2の任意の辺に沿って電極端子7の列を配置し、このような列ごとに電気配線基板3を設けて電気配線基板3と対応する列の電極端子7とを電気的に接続すればよい。すなわち1つの記録素子基板2の接続表面25において電極端子7の複数の列を設け、電極端子7の列ごとに電気配線基板3を接続するようにしてもよい。
以上本発明を適用可能な実施形態について説明した。近年、紙媒体以外の媒体、例えば、プリント配線基板などに対しても液体吐出技術あるいはインクジェット記録技術が適用されるようになってきている。このような用途に使用される液体吐出ヘッドや、液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置には、産業機器としての高い信頼性が要求されるが、本発明に基づく液体吐出ヘッドは、この信頼性の要求を満たすことが可能なものである。また本発明の液体吐出ヘッドによれば、高速記録時にも高い記録品質を維持することができる液体吐出記録装置を次構成することができる。
本発明に基づく液体吐出ヘッドは、インクジェット記録に用いられるインクのほか、各種の液体を吐出して記録を行うことが可能である。さらに本発明に基づく液体吐出ヘッドを用いて、種々の媒体に対して、種々の処理(記録、加工、塗布、照射)などを行うことが可能である。ここで対象となる媒体は、いわゆる記録媒体を含むほか、シート状であるかシート状でないかを問わず、液体を付与することが可能な種々の媒体、例えば、紙、プラスチック、フィルム、織物、金属、フレキシブル基板などを含んでいる。
1 液体吐出ヘッド
2 記録素子基板
3 電気配線基板
6 電気接続部材
7 電極端子
8 エネルギー発生素子
9 吐出口
10 接続領域
2 記録素子基板
3 電気配線基板
6 電気接続部材
7 電極端子
8 エネルギー発生素子
9 吐出口
10 接続領域
Claims (16)
- 液体を吐出する吐出口と前記吐出口から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前記エネルギー発生素子と電気的に接続された電極端子を備える記録素子基板と、
前記電極端子と電気的に接続する電気配線基板と、
を備え、
前記電極端子は前記記録素子基板の1つの表面である接続表面に配置され、
前記電気配線基板の端部には、前記電極端子との電気的な接続が行われる接続領域が設けられ、前記電気配線基板の前記端部は、前記記録素子基板の、前記接続表面の側の面の上に、前記電極端子から離隔して配置されていることを特徴とする、液体吐出ヘッド。 - 前記電極端子と前記接続領域とが、一端が前記電極端子に接合し他端が前記接続領域に接合する電気接続部材によって電気的に接続している、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電気接続部材はボンディングワイヤである、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電極端子、前記接続領域および前記電気接続部材を含む前記記録素子基板と前記電気配線基板との電気接続部が封止剤によって封止されている、請求項2または3に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電気配線基板の前記端部は接着剤により、前記記録素子基板の、前記接続表面の側の前記面に固定されている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電気配線基板の前記端部は、前記接続表面の上に配置されている、請求項1乃至
のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記接続表面において、前記電気配線基板が配置される領域と前記電極端子との間に溝部が形成されている、請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電気配線基板の前記端部における前記記録素子基板に対向する表面において、前記接続領域に対応する位置と前記端部の先端との間の位置に溝部が形成されている、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。
- 前記接続表面との間で段差を形成する面が形成され、前記段差を形成する面に前記電気配線基板の前記端部が配置されている、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。
- 前記接続表面に凸部が形成されて前記凸部の頂面に前記電気配線基板の前記端部が配置されている、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記記録素子基板の前記接続表面に、前記電極端子の複数の列が設けられ、前記電極端子の列ごとに前記電気配線基板が接続する、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。
- 前記記録素子基板は、前記吐出口が形成されている吐出口形成部材と、シリコン基板と、を備え、
前記電気配線基板の前記端部は、前記シリコン基板の表面の上に配置されている、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。 - 前記電気配線基板の前記端部は、前記シリコン基板の前記吐出口形成部材が設けられる側の面の上に配置されている、請求項12に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電気配線基板の前記端部は、前記シリコン基板の前記吐出口形成部材が設けられる側の面の裏面の上に配置されている、請求項12に記載の液体吐出ヘッド。
- 記録素子基板と前記記録素子基板に電気的に接続する電気配線基板とを備え、前記記録素子基板が、液体を吐出する吐出口と前記吐出口から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前記エネルギー発生素子と電気的に接続された電極端子を有し、前記電極端子は前記記録素子基板の1つの表面である接続表面に配置されている液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記接続表面が上を向くように前記記録素子基板を支持した状態で、前記電気配線基板において前記電極端子との電気的な接続が行われる接続領域が前記電極端子から離隔するように、前記接続領域が設けられた前記電気配線基板の端部を前記記録素子基板の、前記接続表面の側の面の上に配置し、ワイヤボンディングにより、前記電極端子と前記接続領域とを電気的に接続する、製造方法。 - 前記電極端子と前記接続領域とを電気的に接続する前に、前記電気配線基板の前記端部を、前記記録素子基板の、前記接続表面の側の面に接着固定する、請求項15に記載の製造方法。
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- 2022-10-04 US US17/938,006 patent/US20230109029A1/en active Pending
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US20230109029A1 (en) | 2023-04-06 |
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