JP2950831B2 - 電気的相互接続部材、相互接続方法、及び電気的相互接続回路とその製造方法 - Google Patents

電気的相互接続部材、相互接続方法、及び電気的相互接続回路とその製造方法

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JP2950831B2
JP2950831B2 JP63087046A JP8704688A JP2950831B2 JP 2950831 B2 JP2950831 B2 JP 2950831B2 JP 63087046 A JP63087046 A JP 63087046A JP 8704688 A JP8704688 A JP 8704688A JP 2950831 B2 JP2950831 B2 JP 2950831B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の技術分野＞ 本発明は一般に熱インクジェット印刷関し、更に詳細
には、インクジェット・プリントヘッドに電力を供給す
る新しい、改良された電気的相互説リードフレームおよ
び同様な電子装置とその製造方法とに関する。
＜従来技術とその問題点＞ 熱インクシェット印刷の技術においてはフレックス回
路を用いて薄膜抵抗器（TFR）型熱インクジェット・プ
リントヘッドにフォトリソグラフィで画定された複数の
加熱抵抗器に駆動電流を供給することが知られている。
このフレックス回路の接続はフレックス回路の所定区域
にくぼみを作り、このくぼみを使って熱インクジェット
・プリントヘッド上の対応する電気的接触区域と係合し
て行われることがある。圧力パッドをフレックス回路の
反対側でくぼみのくぼんだ反対面に設けて熱インクジェ
ット・プリントヘッドとフレックス回路との電気的接続
を良くするのに必要な圧縮力を発生させる。このように
して、熱インクジェット印刷動作中、プリントヘッドが
プラテンに沿って急速に前後に移動してもフレックス回
路と熱インクジェット・プリントヘッドとの間で良好確
実かつ連続的な電気接続が維持される。
このプリントヘッドの急速運動中に、フレックス回路
のループがプラテンの長さに沿って比較的高速に且つ頻
繁にジャーキング運動および方向反転運動を行いながら
前後にころがる。したがって、一度熱インクジェット・
プリントヘッドと関連のリンク収納ハウジングとがプリ
ントヘッド・キャリッジの所定位置にロックされたなら
ば、フレックス回路とプリントヘッドとの間のこの良好
確実な電気接続が、絶えず維持されることが肝要であ
る。この種のプリントヘッドとフレックス回路との接続
は、たとえば、1985年５月のヒューレットパッカード・
ジャーナル・vol.36、No.5に開示されている。
フレックス回路を熱インクジェット・プリントヘッド
に接触させる上記の方法は一般に多くの点で満足である
ことが実証されているが、圧力パッドをフレックス回路
のくぼみに対して設けるという上述の要求からこれらく
ぼみとパッドとに対応する空間を設ける必要がある。こ
の空間の必要条件の一部はプリントヘッドのXY平面に関
してＺ方向の垂直空間寸法で決定され、このような垂直
寸法はプリントヘッド・キャリッジ内で利用できる全垂
直空間のうちのかなりな割合を占めている。更に、くぼ
みと対応するプリントヘッドの水平面すなわちXY面内の
空間要求の横寸法により減少できるプリントヘッドの表
面積の量には制限がある。
＜発明の目的＞ 本発明の一般的目的は熱インクジェット・プリントヘ
ッドをフレックス回路または印刷回路に接続する新し
い、改良された方法と装置及びその製造方法を提供する
ことである。これらを使用して、従来技術の圧力パッド
くぼみ接続技術に対するＸ、Ｙ、およびＺのすべての方
向の上記空間要求が減少する。加えて、くぼみ付きフレ
ックス回路と対応する圧力パッドとに対する必要条件も
減少する。
＜発明の概要＞ この目的を達成するため、出願人等は相互接続の所定
面に関して所定の角度θで延びるフレックス・リード
（可撓性リード）の付いたリードフレーム（フレームと
呼称する）を提供する新規な相互接続回路と製造方法と
を見出し、開発した。フレームの一端は一組の外部接点
と電気的に接続されており、電気装置はフレックス・リ
ードの端に接触してリードを所定の角度を成して相互接
続の平面まで動かす。この方法で、電気装置とフレーム
との間の相互接続の平面で電気接続に関して良好な圧縮
力が発生する。
フレーム自身にはその一つの位置に複数の電気的接触
域があり、これらの接触域はフレーム内の他の位置で対
応する複数のフレックス・リードと電気的に接続され
る。したがって、これらのリードは、電気装置を良好な
電気的圧縮接続で受けるとき、曲げられるとともに角度
θを成して相互接続の平面までスプリング・バイアスを
かけることができる。外部接点・フレーム接点、および
電気装置の接点はすべて実質上一つの相互接続の平面内
にあることになる。
この電気接続フレーム部材の製造あたっては、金属パ
ターンをフレーム型構造に設けるとともに、フレーム内
部の中央域に向って平行に延びる複数の金属フィンガー
あるいはリードを設ける。この接続回路はこれらリード
の端に、熱インクジェット・プリントヘッド上の対応す
る複数の相手接触パッドとの接続域を画定する接続先端
を備えている。これらフィンガーあるいはリードは更に
フレームの中心から遠い区域に延び、フレーム回路また
は印刷回路を接続することができる複数の電気接続域で
終っている。
フィンガーあるいはリードは適切な絶縁材料で互いに
絶縁されており、リードはプリントヘッドとの電気接続
の平面に関して所定の角度でフレームの中央域に向って
延びている。したがって、プリントヘッドが動いてこれ
らリードの先端と接触するとリードはスプリング・バイ
アスされている位置まで曲り、リードの先端と熱インク
ジェット・プリントヘッド上の相手の接続パッドとの間
に圧縮力を生ずる。この圧縮力によりフレックス回路の
くぼみと、そのための対応する圧力パッドとは必要性が
無くなり、したがって相互接続回路の一方の側のプリン
トヘッド面と相互接続回路の他方の側の紙との距離が最
小になる。
その他に最も大きな利点はリードの先端の鋭い縁が拭
き取り動作を行って接続パッドが静置する位置を引掻く
ということである。こうしてこの拭き取り動作は更にこ
れら接触パッドの表面に形成される汚染層すなわち、酸
化層を破壊してこれら隣接する接触部材間の電気的接続
を改善する。
＜発明の実施例＞ さて第1A図を参照すると、ハイブリッド相互接続リー
ドフレーム10（以下フレーム10と呼称する）、長方形構
造を成し、かつ図示のように角度θでフレーム10の中央
領域に向って延びる複数の積層フレックス・リード部材
14（以下リード14と呼称する）を囲んでいる外側フレー
ム部材12を備えている。ここで個々のリード14の先端16
はスプリング・バイアス電気接続のため、後述するよう
に、インクジェット・プリントヘッドに対し露出してい
る。
フレーム10の両端から対向して延びているリード14の
先端16は熱インクジェット・プリントヘッドの幅に対応
する、寸法18だけ離れている。このプリントヘッドの電
気接続パッドはリード14が約15゜の角度θを閉じてプリ
ントヘッドとの接続面まで動くにつれてリード14の先端
16と接触することになる。
第1A図のフレーム10は更にその両側にインデックスす
なわち位置決め穴24と26、および両側に細長いスロット
28と30を備えている。製造工程の最終段階まで、リード
14はフレーム10の金めっきを行いやすくするため外側フ
レーム部材12に接続されている。次にスロット28と30と
を切断して、リード14を外側フレーム部材12から切離
し、これら部材12とリード14を電気的に絶縁する。
フレーム10はベリリウム銅（BeCu）合金内部基板から
構成されている。この基板は以下に説明するリード14の
先端部露出エッチング工程の後ポリイミドで選択的に被
覆される。望ましくはこのポリイミド材はデラウェア州
ウィルミットンのデュポン社から「カプトン」の商標名
のもとに販売されているものを利用するのがよい。上記
した形式のフレーム10では、BeCu基板の厚さは約８ミル
（0.2mm）であり、その両側のカプトンの層の厚さは、
接着剤を含めて、２〜５ミル（0.0508〜0.127mm）の範
囲内にある。個々のリード14はポリイミドにより互いに
絶縁されており、領域31、32を介してポリイミドの２層
間に延び、長方形スロット28および30に隣接して配置さ
れている露出接触パッド33、34で終っている。これを第
1B図に示す。図で破線はポリイミドの被覆層の下にBeCu
リードとフレームとの存在を示す。リード14は接触パッ
ド33、34まで延びているが、ポリイミドだけで接続され
ている。
第1C図で、BeCuリード14は一層詳細に示されている
が、その上下面の、図示の幾何的形状の隣接リード間の
領域にカプトン35が積層されている。これらリード14は
以下に説明するエッチング工程によりBeCu基板から個別
に形成され、これらリード14の中心間距離は典型的には
1.0から1.1mmまでの程度である。第1C図でフレーム部分
をそのスプリング・バイアスされたＬ形の位置で示して
あり、リードの端16がインクジェットのペン本体と接触
が行われる相互接続平面までスプリング・バイアスされ
ている。このペン本体は、たとえば、第２図に示す形式
のものとすることができる。
ポリイミドのカプトンを充分剛くしてリード14を共に
保持し、その間に一定の分離を保ち、同時にこれらリー
ドが個別に曲って、たとえば、製作公差の変動から生ず
る、接触パッドの高さの差に適応するようにすることが
重要である。
第1D図を参照すると、フレックス・フレームのリード
先端17は接続パッド21の面と粗面接触させるのに役立つ
鋭い縁19を備えるように構成することができる。したが
って、矢印23で示した拭き取り運動はパッド21の面に形
成される汚染層あるいは酸化層を破壊することができ
る。この拭き取り運動は、ペン・ラッチの期間中フレー
ムのたわみにより生ずるが、リード先端17の縁19を矢印
23の方向に約0.2mm走行させる。その他、リードの縁19
の幅は、繊維をその下に巻き込まないようにするため、
最小に、たとえば、約0.25mmに保たれる。
第２図を参照すると、ここに図示したペン本体36は典
型的に、本出願人による特許出願：特願昭63−166221・
「インクジェットペン」に記載されている形式のもので
る。この特許出願では、ペン本体36はインク放出オリフ
ィス板40で覆われた薄膜抵抗器（TFR）基板（図示せ
ず）を受ける長方形形状の端部ハウジング構造38を備え
ている。オリフィス板40は典型的には、インクジェット
・カラー印刷動作時にシアン、マゼンダ、および黄の色
インクを放出する３個の円形形状のオリフィス・クラス
タ42を備えており、黒色インクを放出する別のオリフィ
ス（図示せず）を備えることもできる。
薄膜抵抗器（TFR）基板は、オリフィス板40により視
界から遮られているが、基板の周辺の周りに配設された
複数の個別接触パッド44を備えている。この接触パッド
44は上述のBeCuリードの対応する複数のリード先端16を
受けるような位置に設置されている。薄膜抵抗器（TF
R）基板および本発明を実用化するに特に好適なプロセ
スの一形式によれば、基板接点は新規な周辺接触、リー
ドイン構造を用いて製作される。この構造およびプロセ
スは、本願出願人により出願された特願昭62−214725
号：「インクジェット・プリントヘッド」に開示されて
いる。
第３図を参照にすると、第２図の線３−３に沿って取
ったフレームの断面図が示されている。露出リード先端
16は、バイアスされない位置で、先に記したように相互
接続の平面に関して角度θでフレームの中央域に向って
延びている。BeCu合金リード48は両面にポリイミド積層
材が積層されており、リード48の上面のポリイミド積層
カプトン49はリード48の端16近くまで延びている。BeCu
リード48の下面のこのポリイミド積層材50はそのＬ形曲
げに隣接する区域までしか延びていない。この構成は、
曲げ公差を改善するためフレームの曲げ領域のポリイミ
ドの量を最小限にするために選定されたものである。ま
た、フレームの曲る領域のポリイミドの単一層は典型的
にはリードを共に保持しながらなおこれを幾分独立して
曲げることができる最適量である。
第４図を参照すると、ペン本体36はBeCuリード14が相
互接続の平面までスプリング・バイアスされているイン
・キャリッジ位置で示してある。この位置で、フレーム
10はBeCuリードの先端16で良好な圧縮電気接続を行い、
これら金属合金先端16は第２図に示すプリントヘッドの
接続パッド44の表面を拭き取る。
次に第5A図から第5F図までを参照すると、これら断面
図は第４図の線５−５に沿って取った最終断面を作る製
作工程に対応する。第5A図はその長さ寸法に沿ったBeCu
基板48の断面を示す。基板48は典型的には厚さが６〜８
ミル（0.152〜0.203mm）で、第5B図に示す形状で基板48
の上面にカプトン保護絶縁ポリイミド層49が設けられて
いる。他のカプトン保護被膜は第5C図に示す形状で基板
48の下面に設けられている。次にBeCu基板は第5D図に示
すようにその中心で切断またはエッチされ、開口52を形
成する。カプトン層49と50とは典型的には１ミル（0.02
5mm）のポリイミドから成り、カプトンの２層間に分割
された全体で５〜６ミル（0.120〜0.152mm）の接着剤が
付加されている。
第5E図および第5F図に示す次の二つの処理段階では、
先端16は端でわずかに曲げられ（第5E図）、次いで第5F
図に示すように再び曲げられて、第４図の線５−５に沿
って取った断面にBeCuリードの最終断面形状を与える。
第5E図の先端16の曲げにより先端の引掻き作用が高めら
れ、その電気接続が向上する。第5F図で作られた曲がり
は先に記したように曲げ角θを形成する。この点で露出
したBeCuが金めっきされて接触先端の腐食を防止し、こ
れにより接触の信頼性が高まり、第1A図の28および30で
示したスロットが切離される。
第6A図乃至第6D図を参照すると、第４図の線６−６に
沿って取った最終断面を作るフレーム製作のプロセス・
シーケンスが示されている。このプロセス・シーケンス
により第1A図のフレームがどのように形成され、ポリイ
ミド、カプトンと積層されるかが一層完全に理解され
る。第6A図で、BeCu基板48は最初図示の幾何学形状でフ
ォトレシスト・エッチマスク64を用いてマスクされ、次
に塩化第二鉄エッチ剤にさらされる。ここで第6A図の暴
露域の金属がエッチし去られて第6B図に示す幾何学形状
の金属フレーム66が残る。次に、第6B図の金属フレーム
66が両側をカプトンの層68および72で覆われるが、各層
はその上面に薄い接着剤層（図示せず）を備えている。
次に、第6C図の構造は加熱ステーカまたはプレス（図示
せず）に移され、ここで両カプトン層68と72とは所定時
間だけ熱と圧力とにさらされて接着剤を隣接金属リード
間の開口74に流入させる。このプロセス段階で第6D図に
示す積層フレーム構造が得られる。
上述の積層工程で、BeCuリードは縁の封止が不完全に
なったり積層構造に空気が捕らえられたりしないために
５分未満で300゜F（149℃）に達しないようにすべきで
ある。カプトンに加わる圧力は約200psi（1.38×106P
a）とすべきであり、次にリードフレームを350゜F（177
℃）で約１時間養生すべきである。
本発明の好ましい実施例においては、隣接リードの中
心間距離は1.0から11mmの程度であり、積層ポリイミド
・カプトンは両面について全体の厚さが約７ミル（0.17
5mm）である。カプトンは両面に約１ミル（0.025mm）の
ポリイミドと、両面について全体で５ミル（0.125mm）
の接着剤を含んでいる。このフレームはヒューレット・
パッカードの仕様にしたがってミネソタ州セントポール
のセンチュリ・サーキット・アンド・エレクトロニクス
・カンパニー（Century Circuit and Electronics Comp
any）により製作されたが、このカプトン−金属製作技
術は1986年に刊行された「先端技術フレックス印刷回路
（High Technology Flexible Printe Circuit）」と題
する同社のデータ報告第1280号（Data Bulletin No.12
8）に或る程度詳細に記されている。
第７図を参照すると、ペン本体36のTFR基板支持部材3
8が示されており、この部材はその上面で薄膜抵抗器基
板80を受ける。基板80はその周辺に一定感覚で配設され
た複数の隣接金属接続パッド（第７図には示していな
い）を備えてBeCuリード14の端16との電気接触を行って
いる。オリフィス板40は薄膜抵抗器基板80の中央に図示
のように設置されている。有利にも、第２図に示したこ
れら接続パッド44は上に記した特願昭62−214425の教示
にしたがって作ることができる。
BeCuリード14は図示のようにフレックス回路86の端84
に接続されている。この接続は第1A図のフレームの端で
個別接続パッド33、34との接続を行う通常のリフローは
んだ付け技術を用いて達成される。
第８図を参照すると、小さな窓88がフレックス回路86
の個々の導電トレース（図示せず）を露出し、第1A図の
フレームに露出パッド33、34と同じパターンおよび間隔
で存在している。フレーム10が図示の方向でフレックス
回路86に下ろされると、各露出接続パッド33、34（第1A
図を参照）が窓88によりフレックス回路上に露出された
相手パッドと出合う。フレーム10とフレックス回路86と
の位置合せはフレーム10の位置決めの穴24および26をフ
レックス回路86の対応する穴90および92と合せれば容易
である。
第９図は第８図の線９−９に沿って取ったフレーム10
の断面図を示しており、第10図は第８図の線10−10に沿
って取った断面図であり、第10図で、露出パッド94は一
盛りのはんだ96で被覆され、フレーム10の露出域98と整
合している。フレーム10をフレックス回路86に下ろす
と、はんだの山96がフレームの露出域98に接触し、これ
ら二つの部分が共にクランプされる。次に赤外線ランプ
を使用しては、はんだが溶け露出域98の上を流れるまで
アセンブリを加熱する。部品が一旦冷えてしまったら、
クランプをはずす。
本発明の精神および範囲を逸脱することなく上述の実
施例に各種修正を施すことができる。たとえば、本発明
はフレックス回路の熱インクジェット・プリントヘッド
への相互接続に特に限定されるものではない。本発明は
代りに上述のようなｘ、ｙ、ｚ寸法で必要な接触空間を
できるかぎり小さくしたい場合に任意の二つの部材間に
電気接続を設け、同時に相互接続の単一平面内の隣接す
る二つの接続部材間に圧縮力のかかった良好な電気接続
を行うのに使用することができる。
＜発明の効果＞ 従って本発明の実施により、電子装置とフレックス回
路等の相互接続が、小さな空間内で行なえる。さらに、
接続動作が接触面の拭き取り動作を伴うから、接続の信
頼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
第1A図は本発明の１実施例のハイブリッド相互接続リー
ドフレーム（フレームと呼称）の等角図、第1B図は第1A
図のフレームの端の部分を拡大した部分図で、外部絶縁
材を通して伸びる導電性リードを示す。第1C図は第1A図
の接触部とリードの端部の拡大図、第1D図は本発明の１
実施例のフレームの接触チップ構造の断面図、第２図は
第1A図の触れと熱インクジェット・プリントＢの電気接
続前における空間的な係合関係を示す等角図、第３図は
第２図の３−３断面図、第４図は第２図と同様の組み合
わせで、電気的接続後の等角図、第5A図〜第5F図は第４
図の５−５断面で見たリード形成プロセスの進行に伴う
フレーム形状を示す断面図、第6A図〜第6D図は第４図の
６−６断面で見た第5A図〜第5D図に対応するプロセスの
進行に伴うフレーム形状を示す断面図、第７図はプリン
トヘッドとフレームを接続したイン・キャリジ位置と
し、プリントヘッドとフレームの電気接続が完成の状態
でのフレームの略図、第８図はフレームとフレックス回
路間の空間位置関係を示す図、第９図は第８図の９−９
断面図、第10図は第８図の10−10断面図である。 10:ハイブリッド相互接続リードフレーム（フレームと
呼称） 12:外部フレーム部材 14:積層フレックス・リード部材（リードと呼称） 16:リードの先端 18:先端間距離 22,26:位置決め穴 28,30:スロット 33,34:接続パッド 36:ペン本体 40:オリフィス板 42:オリフィスクラスタ 44:接続パッド
フロントページの続き (72)発明者 ルーベン・ネバレツ アメリカ合衆国カリフオルニア州サンジ エゴ、メンカー・ロード 8317 (56)参考文献 実開 昭58−38966（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−41268（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭63−501415（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/16 H01R 11/01

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子装置の単一接続平面上に配置された複
    数の接触パッドのそれぞれに該接続平面上で加圧接触す
    るためのそれぞれのチップを備えた接続部材であって、 一端にそれぞれの前記チップを有し前記接続平面と所定
    の角度をなして、実質的に該接続平面内で延伸する相互
    に絶縁された複数の可撓性リードを有するリードフレー
    ムと、前記可撓性リードの各々を所定の間隔で保持しつ
    つ所定の小量だけその他の前記可撓性リードと独立に偏
    倚可能に支持するための全ての前記可撓性リードに結合
    する可撓性絶縁材料とを有し、前記加圧接触をおこなう
    ために前記可撓性リードを前記接続平面に対しばね偏倚
    させることを特徴とする電気的相互接続部材。
  2. 【請求項２】下記の（イ）〜（ロ）より成り（ハ）の特
    徴を有する熱インクジェットプリントヘッドと外部回路
    との電気接続を与える電気的相互接続回路。 （イ）リードフレームと該リードフレームの中心部に位
    置する前記熱インクジェットプリントヘッド上の接触パ
    ッドに対応する領域を定める先端を有し、かつ前記先端
    から前記リードフレームの周辺部に向かって平行に延伸
    し前記外部回路に接続される電気接触領域で終端する複
    数の金属リードを有する金属パターン。 （ロ）複数の前記金属リードを互いに絶縁するととも
    に、前記金属リードが撓んだとき、それらをまとめて保
    持する手段。 （ハ）前記金属リードは前記接触パッドが張る単一電気
    接続平面に対して所定の角度を成して実質的に該電気接
    続平面内で前記中心部へ延伸し、前記熱インクジェット
    プリントヘッドが前記先端と接続する運動で撓み、前記
    接触パッドと前記先端間に圧縮力を生成して静止する。
  3. 【請求項３】次の（イ）〜（ロ）のステップより成る熱
    インクジェットプリントヘッドと外部回路の二次元相互
    接続を成す相互電気接続の方法。 （イ）前記熱インクジェットプリントヘッドの接続面が
    配置される単一相互接続平面に対し所定の角度を成し
    て、実質的に該単一相互接続平面内で延伸する絶縁層を
    積層し相互に絶縁された可撓性リードを有する可撓性リ
    ードフレームを備えるステップ。 （ロ）前記接続面を前記可撓性リードの先端に接触する
    ように動かし、前記先端を前記単一相互接続平面上で静
    止させるとともに前記可撓性リードを撓ませて前記先端
    と前記接続面間に圧縮力を発生させるステップ。
  4. 【請求項４】次の（イ）〜（ホ）のステップより成る相
    互接続回路の製造方法。 （イ）ばね特性の良好な金属基板を用意するステップ。 （ロ）前記基板にそれぞれがそれぞれの先端を有する各
    個の金属リードのパターンを形成するステップ。 （ハ）前記相互接続回路の中心部で露出する前記先端を
    含む領域を除く前記各個の金属リードを所定の形状で囲
    繞被覆する絶縁層を形成するステップ。 （ニ）前記相互接続回路の前記中心部で前記リードに開
    口を形成し前記先端を該先端が張る共通平面上で所定距
    離だけ離隔させるステップ。 （ホ）前記先端を前記共通平面に対し所定の角度で曲げ
    るステップ。 （ヘ）前記リードを実質的に前記共通平面内で延伸させ
    るステップ。
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