JP4471380B2 - プリントヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばインクジェット方式のプリントヘッドを製造する方法に関し、特に、フレキシブル配線基材のフライングリード端子と、素子基板の電極端子（パッド）とを電気的に接続する工程を含む、プリントヘッドの製造方法に関する。

従来、図４に示すように、複数の吐出口１０３ａのそれぞれに対応して吐出エネルギ発生素子（不図示）が複数形成された素子基板１０３の電極端子に、フレキシブル配線基材１０２のフライングリード端子１０２ａが接続された構造体を利用するインクジェットプリントヘッドが知られている。このプリントヘッドにおいては、フライングリード端子１０２ａを通じて供給される電力により、素子基板１０３の吐出エネルギ発生素子が駆動され、これにより、インクが各吐出口１０３ａから吐出されるようになっている。なお、吐出エネルギ発生素子としては、電気熱変換素子や圧電素子等が利用される。

特許文献１、２には、例えば図５に示すような方法で上記構造体を作製する方法が開示されている。この方法は、図５に示すように、長尺なリール部材（ベース部材）から打ち抜かれた部材をフレキシブル配線基材１０２として利用するものであり、リール部材の送り方向上流側には加熱ツール１５０が配置され、その下流側には打抜き型１２０が配置されている。

供給用リール１９１から引き出されたリール部材には予め開口部１０４が設けられており、この開口部１０４の内周縁からはフライングリード端子（不図示）が延出している。加熱ツール１５０では、素子基板１０３が開口部１０４に対して位置決め配置されると共に、フライングリード端子と基板側の電極端子とが接続される。この接続の後、リール部材は更に搬送され、打抜き型１２０のところで所定の輪郭形状に打ち抜かれ、これにより、素子基板１０３が接続されたフレキシブル配線基材１０２が得られるようになっている。

特許文献３には、フライングリード端子と電極端子との接続に関し、図６に示すようなボンディングツール１５０Ａを用いて一括的に接続を行うことが提案されている。ボンディングツール１５０Ａは、素子基板１０３の両端部に位置する複数のフライングリード端子１０２ａを同時に押圧できるような２つの接触部１５１を有している。基板を覆うようにして素子基板１０３上にボンディングツール１５０Ａを位置させ、各接触部１５１でそれぞれのフライングリード端子１０２ａを押圧・加熱することにより、各フライングリード端子と電極端子との接続がなされるようになっている。
特開平０７−００１７３９号公報 特許第３２９４８９６号公報 特開２００３−３３４９６０号公報

しかしながら上記従来の技術では、以下のような問題点があった。

特許文献１、２に開示された方法は、上述したように、リール部材に対して素子基板１０３を取り付けた後、リール部材を打ち抜いてフレキシブル配線基材１０２を得るものであった。このような方法では、リール部材を打ち抜く際にゴミ（例えば、リール部材の破片等）が発生することがある。このゴミが、素子基板１０３のインク供給口やインク吐出口に付着すれば、プリントヘッドの吐出性能が著しく低下することとなる。

また、特許文献１、２の方法では、フライングリード端子と電極端子とを接続した後に、リール部材の打ち抜きを行うものであるため、下記理由により、リード端子と電極端子との電気的接続部が破損する可能性がある。すなわち、打抜きの際に、フレキシブル配線基材に加えられるせん断力により、フライングリード端子に対し、その配列方向又は延在方向に引張り荷重がかかることとなり、この荷重により、リード端子が電極端子から引き剥がされるおそれがあるためである。

なお、上記のような問題は、リール部材を打ち抜いてフレキシブル配線基材を得る形態に限らず、リール部材を切断して配線基材を得る形態であっても同様に生じうる問題である。

続いて特許文献３に関し、同文献の方法によれば、素子基板の両端部におけるボンディングを一括して行うことができるという利点があるものの、図６に示したようなボンディングツール１５０Ａを用いているため、下記問題が生じるおそれがある。つまり、ボンディングツール１５０Ａは、素子基板１０３の表面を覆うように配置されて使用されるため、ボンディング中に、凹部１５２からの輻射熱が基板表面に伝わることとなる。このように輻射熱が伝わると、その熱衝撃によりインク吐出口及びその周辺構造が変形するおそれもあり、こうした変形はプリントヘッドの性能低下につながる。

上記問題の解決を図るためには、接触部１５１の突起量を大きくし、ボンディング時における、凹部１５２と素子基板表面との間の距離を大きくすればよいとも考えられる。しかしながら、接触部１５１の突起量を大きくすればボンディングツールの熱効率が低下し、ボンディングの効率が低下するという他の問題が生じる。ボンディングを効率的に行うという観点からすれば、接触部１５１の先端側が凹部１５２からあまり離れないように構成されていることが好ましい。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、素子基板の電極端子にフレキシブル配線基材のリード端子が接続されてなるプリントヘッドの製造において、ゴミの付着等による素子基板の性能低下を抑え、電極端子とリード端子との接続部の損傷も生じにくいプリントヘッドの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のプリントヘッドの製造方法は、表面に複数の電極端子が形成された素子基板と、前記電極端子のそれぞれに電気的に接続される複数のフライングリード端子を備えたフレキシブル配線基材とを有するプリントヘッドの製造方法であって、ベース部材からその一部を分離して前記フレキシブル配線基材を得る工程と、分離された前記フレキシブル配線基材のフライングリード端子と、前記素子基板の電極端子とを電気的に接続する工程とを有する。前記複数の電極端子は、前記素子基板の両端部にそれぞれ配列された電極端子群を含み、前記電気的に接続する工程は、加熱ツールを用いて前記電極端子群の双方をギャングボンディングするものであり、前記加熱ツールは、一方の前記電極端子群の少なくとも一部を加熱する第１の接触部と、他方の前記電極端子群の少なくとも一部を加熱する第２の接触部とを有し、前記第１の接触部と前記第２の接触部との間の領域が前記素子基板の表面に対向する凹部となっており、前記ギャングボンディングは、前記凹部からの輻射熱を遮断する部材を前記凹部と前記素子基板との間に配置した状態で行われる。

本発明のプリントヘッドの製造方法によれば、リール部材の分離工程（例えば打抜き工程）が、フライングリード端子と電極端子との接続に先だって行われるものであるため、打抜きの際に生じるゴミの付着等による素子基板の性能低下が抑えられ、また、電極端子とリード端子との接続部の損傷も生じにくいものとなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の製造方法に用いられる装置の構成を示す図である。なお、本実施形態におけるフレキシブル配線基材及び素子基板は、図４に示したものと同じ構成となっている。

図１に示すように、本実施形態で用いられる製造装置は、ベース部材として用意されたリール部材１を供給する供給用リール９１と、リール部材１を巻き取る排出用リール９２とを有しており、これらの２つのリールの間に打抜き型２０が配置されている。打抜き型２０に隣接する位置には、ボンディング用の加熱ツール５０が配置されており、リール部材１から打ち抜かれたフレキシブル配線基材２が、アライメント装置６０によって加熱ツール５０のところまで運ばれるようになっている。

打抜き型２０は、リール部材１を挟んで対向配置された一対の部材を有しており、この一対の部材でリール部材１を挟み込むことによって、リール部材１の一部が打ち抜かれるようになっている。なお、リール部材１からフレキシブル配線基材２を得るためには、上記のような打抜き型２０の他にも、例えばスライサーや、レーザカットを行う機構を用いることも可能である。リール部材１には、フレキシブル配線基材用の所定の配線パターン（不図示）及び開口部４が複数形成されている。

アライメント装置６０は、図２に示すように、打ち抜かれたフレキシブル配線基材２と素子基板３とを保持する保持部材６１と、保持部材６１を支持すると共に、必要に応じて該保持部材をＸＹ平面内で回転移動させる回転ステージ６２を有している。回転ステージ６２は、Ｘステージ６３及びＹステージ６４によって支持されており、これにより図示Ｘ方向及び図示Ｙ方向の位置決めが行われるようになっている。保持部材６１とそれを保持する各ステージ６２、６３、６４は搬送ステージ６５によって保持されている。搬送ステージ６５が図示Ｙ方向に移動することで、保持部材６１上のフレキシブル配線基材２及び素子基板３が、リール部材１（図１参照）に近接する位置から、加熱ツール５０に対向する位置まで移動できるようになっている。

なお、図２に示す符号Ｌは、リール部材に近接する位置と加熱ツール５０に対向する位置との間の所定の相対移動量である。符号ｐは、素子基板３の両端部に位置する電極端子同士の中心間ピッチ長さである。また、図２では示していないが、アライメント装置６０は、例えば画像処理装置を用いて保持部材６１等の位置決めを行う制御機構を備えている。

保持部材６１は、より具体的には、例えば真空吸着によりフレキシブル配線基材２及び素子基板３のそれぞれを保持するものであってもよい。特に、配線基材２と素子基板３とを別個に保持できるように、吸着用の吸引口が別々に設けられているものであってもよい。保持部材６１の上面には、素子基板３が配置される凹部が形成されており、素子基板３及び配線基材２を保持した状態では、素子基板３の上面と、配線基材２のフライングリード端子の下面とが接しないようになっている。

加熱ツール５０は、上下移動自在に設けられた接触部５１を有しており、接触部５１は不図示のヒータにより加熱されるようになっている。加熱ツール５０はその他にも、接触部５１の温度を制御するための温度調整機構や、接触部５１の先端を被加工部に対して所定の押圧力で押し付けるための荷重センサ等を有している。また、接触部５１の先端がフライングリード端子に接触したことを検出する着地センサを有していてもよい。

なお、接触部５１の形状は、ギャングボンディングを行うことができるものであれば特に限定されるものではない。図２の構成では、接触部５１は、素子基板３の一方に配列された電極端子群の全てを一括にボンディングできる形状となっている。

次に、本実施形態に係るプリントヘッドの製造方法について、図１に示す状態を初期状態として説明する。

この初期状態では、図１に示すように、リール部材１が、供給用リール９１と排出用リール９２との間に架け渡されている。打抜き型２０では、その一対の部材が互いに離間した状態となっており、リール部材１は所定の位置に位置決めされている。具体的には、リール部材１は、点線にて示す輪郭線が一対の部材によって打ち抜かれるような位置に位置決めされている。

このような初期状態から、まず、打抜き型２０を駆動することにより、リール部材１からフレキシブル配線基材２が打ち抜かれる。フレキシブル基板２には、開口部４及びフライングリード端子（不図示）が予め形成されているが、素子基板３は未だ取り付けられていない。したがって、打抜きの際に仮にゴミ（リール部材の破片等）が生じたとしても、そのゴミが素子基板３に付着することはない。

次いで、上記工程により得られたフレキシブル配線基材２は、アライメント装置６０の保持部材６１（図２参照）上に供給される。一方、保持部材６１の上面凹部のところには予め素子基板３が供給されている。供給されたフレキシブル配線基材２と素子基板３とは、例えば位置合せロボットなどを用いて、保持部材６１上で互いに位置決め固定される。なお、図１では、アライメント装置６０が加熱ツール５０側に位置した状態が描かれているが、上記位置決め固定工程は、アライメント装置６０（正確にはその一部である保持部材６１等）を打抜き型２０側に位置させて行われる。

フレキシブル配線基材２と素子基板３とが位置決め固定されたら、次いで、アライメント装置６０の搬送ステージ６５を駆動して、フレキシブル配線基材２等を加熱ツール５０に対向する位置まで搬送する。なお、フレキシブル基板等を、図２に示す距離Ｌ分だけ搬送することにより、加熱ツール５０の接触部５１の先端が素子基板３の両端部のうちの一方に対向するようになっている。

次いで、加熱ツール５０の接触部５１を下方に移動させることにより、フライングリード端子（不図示）が素子基板上の電極端子（不図示）に押し付けられる。そして、接触部５１の先端部からフライングリード端子に熱が伝達されることにより、リード端子と電極端子とがボンディングされ、電気的接続がなされる。

次いで、接触部５１を上方に移動させ、再び搬送ステージ６５を駆動して、フレキシブル基板２等をピッチｐ分だけ搬送する。その後、上記ボンディング工程を再度繰り返すことにより、素子基板３の反対側の電極端子群に対してのボンディングが行われる。

以上の工程により、フレキシブル配線基材２のフライングリード端子と、素子基板３の電極端子とが接続された構造体が作製される。なお、プリントヘッドを完成するための以降の工程は、従来の工程をそのまま利用できるためその説明は省略する。

以上説明したような本実施形態の製造方法によれば、リール部材の打抜きを行った後に、フライングリード端子と電極端子との電気的接続が行われるものであるため、打抜きの際に生じたゴミが素子基板３に付着することがない。したがって、例えば素子基板のインク吐出口にゴミが詰まるといった問題も生じにくいものとなる。これは、最終的なプリントヘッドの性能が良好に維持されること、及び、歩留りが向上することを意味する。

なお、素子基板３へのゴミの付着をより防止するには、例えば、フレキシブル配線基材２に対してエアを吹き付けてゴミを除去する工程を、打抜き工程とボンディング工程との間に追加してもよい。

本実施形態のように、予めリール部材を打ち抜き、その後、フライングリード端子と電極端子との接続を行う方法によれば、上記の他にも次のような利点がある。すなわち、従来の製造方法では、フライングリード端子と電極端子とを接続した後に打抜きを行うものであったため、打抜き時にフライングリード端子に引張り荷重がかかるおそれがあった。この場合、リード端子と電極端子との接続部が破損する可能性がある。これに対して本実施形態の製造方法によれば、リード端子と電極端子の接続に先だって配線基材の打抜きが行われるものであるため、そのような問題が生じるおそれもない。

なお、本実施形態における素子基板３は、図４に示したような、基板表面に複数の吐出エネルギ発生素子が形成されると共に、その表面上に、複数の吐出口が形成されたオリフィスプレートが配置されたものに限定されるものではない。つまり、素子基板３は、オリフィスプレートが配置されていない、基板単体からなるものであってもよい。基板単体であったとしても、打抜き時のゴミがその表面に付着すれば最終的なプリントヘッドの性能低下につながるおそれがあるためである。

（第２の実施形態）
加熱ツールは、図２に示した構成の他にも、例えば図３に示すような構成であってもよい。図３に示す加熱ツール５０Aは、素子基板３の両端部の電極端子群の双方に対してギャングボンディングを行うものである。

具体的には、加熱ツール５０Aは、一方の電極端子群に対してギャングボンディングを行う接触部５１と、他方の電極端子群に対してギャングボンディングを行う他の接触部５１とを有している。２つの接触部５１の間には、ボンディング時に、素子基板３の表面に対向することとなる凹部５２が形成されている。

このような加熱ツール５０Aを用いれば、双方の電極端子群を同時にボンディングできるため効率的である。しかし、前述した通り、ボンディング時に凹部５２からの輻射熱が基板表面に伝わり、それによる弊害（例えば基板の変形など）が生じるおそれもある。

そこで、本実施形態では、凹部からの輻射熱を遮断する冷却機構５５を利用する構成となっている。冷却機構５５は、具体的には、ボンディング時に凹部５２と素子基板３との間に配置される冷却用部材５６を有しており、冷却用部材５６の内部にはエアが通される流通路５６ａが形成されている。

次に、加熱ツール５０Ａ及び冷却機構５５を用いたボンディング方法の一例について説明する。

まず、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の状態から冷却機構５５を下方に移動させ、冷却用部材５６を素子基板３上に位置させる。なお、この状態では、冷却用部材５６の下面は、素子基板３及びフレキシブル配線基材２のいずれにも接触しておらず、例えば、冷却用部材下面とフレキシブル配線基材上面との間には０．５ｍｍの間隔がとられている。

次いで、図３（ｃ）に示すように、加熱ツール５０Ａを下降させ、各接触部５１の先端で被加工部を押圧・加熱し、ボンディングを行う。

ここで、凹部５２と素子基板３との間には冷却用部材５６が存在しているため、凹部からの熱は冷却用部材５６に伝わることとなる。冷却用部材５６の流通路５６ａには連続的又は間欠的にエアが流されており、これにより、冷却用部材５６の温度上昇が抑えられている。なお、図３（ｃ）に示す状態では、冷却用部材５６は加熱ツール５０Ａのいずれの部位にも接触しないようになっている。

以上説明した本実施形態の方法によれば、ボンディング時における凹部５２からの輻射熱は、冷却用部材５６によって吸収されるため、輻射熱が基板表面に伝わりにくいものとなる。したがって、輻射熱による弊害が抑制され、最終的に得られるプリントヘッドの性能も良好に維持される。

なお、冷却用部材５６の冷却方式としては、上記のようなエアを用いた空冷方式がコスト的には有利であるが、これに限定されるものではなく、水冷方式であってもよいし、ペルチェ素子を用いた冷却方式であってもよい。また、凹部５２の表面に断熱部材が配置されていてもよく、これにより輻射熱の遮断効果がより向上する。

もっとも、仮に冷却用部材５６に流通路５６ａがないとしても（冷却用部材５６が単なる柱状部材であったとしても）、こうした部材を介在させている以上、図６に示したような従来の形態と比較して、輻射熱による弊害は生じにくいものとなる。凹部と素子基板との間に何らかの部材を介在させることにより、凹部からの輻射熱が遮断され、基板表面に熱が伝わりにくくなるためである。

上記接触部５１はいずれも、基板両端部の電極端子群における全ての電極端子及びリード端子を一括してギャングボンディングするものであったが、これに限定されるものでもない。つまり、各接触部５１は、それぞれの電極端子群を構成する複数の電極端子のうちの少なくとも一部に接触する形状であってもよい。

以上、本発明の実施の形態について例示的に説明したが、本発明に上記形態に限らず種々変更可能である。例えば、１回の打抜き動作で２つ又はそれ以上のフレキシブル配線基材が得られるようになっていてもよい。また、リール部材を打ち抜く方法に代え、リール部材を所定長さごとに切断してフレキシブル配線基材を得る方法としてもよい。

本発明で用いられるベース部材としては、リール部材の他にも、シート状の部材であってもよい。シート状の部材であったとしても、フライングリード端子と電極端子との接続に先だって打抜き又は切断を行うようにすることにより、打抜き又は切断時に生じるゴミが素子基板に付着しにくくなり、それに起因したヘッドの性能低下も生じにくくなるためである。また、シート状の部材であったとしも、打抜き又は切断時にフライングリード端子に引張り荷重がかかり、電気的接続部が破損するという問題はリール部材同様に生じうる。したがって、本発明を適用し、こうした問題の発生を抑えることが望ましいためである。

第１の実施形態の製造方法に用いられる装置の構成を示す図である。 図１のアライメント装置の構成をより具体的に示す図である。 第２の実施形態の製造方法に用いられる加熱ツール等の構成を示す図である。 フレキシブル配線基材と素子基板とが接続された構造体の外観斜視図である。 従来の製造方法について説明するための図である。 従来の加熱ツールの構成及びそれを用いたボンディング方法について説明するための図である。

符号の説明

１ リール部材
２ フレキシブル配線基材
３ 素子基板
２０ 打抜き型
５０ 加熱ツール

Claims (1)

1. 表面に複数の電極端子が形成された素子基板と、前記電極端子のそれぞれに電気的に接続される複数のフライングリード端子を備えたフレキシブル配線基材とを有するプリントヘッドの製造方法であって、
   ベース部材からその一部を分離して前記フレキシブル配線基材を得る工程と、
   分離された前記フレキシブル配線基材のフライングリード端子と、前記素子基板の電極端子とを電気的に接続する工程と、を有し、
   前記複数の電極端子は、前記素子基板の両端部にそれぞれ配列された電極端子群を含み、
   前記電気的に接続する工程は、加熱ツールを用いて前記電極端子群の双方をギャングボンディングするものであり、
   前記加熱ツールは、一方の前記電極端子群の少なくとも一部を加熱する第１の接触部と、他方の前記電極端子群の少なくとも一部を加熱する第２の接触部とを有し、前記第１の接触部と前記第２の接触部との間の領域が前記素子基板の表面に対向する凹部となっており、
   前記ギャングボンディングは、前記凹部からの輻射熱を遮断する部材を前記凹部と前記素子基板との間に配置した状態で行われる、プリントヘッドの製造方法。

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