JP4631572B2 - 液滴吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、コネクタ、段差実装構造、コネクタの製造方法、及び液滴吐出ヘッドに関する。

ＩＣチップ等のデバイスを回路基板上に配置し電気的に接続する方法として、従来からワイヤーボンディング法が広く利用されている。例えば、画像の形成やマイクロデバイスの製造に際して液滴吐出法（インクジェット法）を適用する場合に用いられる液滴吐出ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）においても、インク吐出動作を行うための圧電素子と、圧電素子に電気信号を供給する駆動回路部（ＩＣチップ等）との接続に、ワイヤーボンディング法が用いられている（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−２９６６１６号公報。

ところで、近年ＩＣチップ等の高集積化に伴いＩＣチップ等の外部接続端子が狭小化、狭ピッチ化される傾向にあり、それに伴い回路基板上に形成される配線パターンも狭ピッチ化される傾向にある。そのため、上記ワイヤーボンディングを用いた接続方法の適用が困難になってきている。
また、液滴吐出法に基づいて画像形成やマイクロデバイス製造を行う方法にあっては、画像の高精細化やマイクロデバイスの微細化を実現するために、液滴吐出ヘッドに設けられたノズル開口部同士の間の距離（ノズルピッチ）をできるだけ小さく（狭く）することが要求されている。これに伴い、上記圧電素子はノズル開口部に対応して複数形成されるため、ノズルピッチを小さくすると、そのノズルピッチに応じて圧電素子同士の間の距離も小さくする必要がある。ところが、圧電素子同士の間の距離が小さくなると、それら複数の圧電素子のそれぞれとドライバＩＣとをワイヤーボンディングの手法によって接続することが困難となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極端子間の狭ピッチ化に対応したコネクタ、段差実装構造、コネクタの製造方法、及び液滴吐出ヘッドを提供することにある。

本発明は上記課題を解決するために、段差部の上部に設けられた端子と下部に設けられた端子とを電気的に接続するコネクタであって、シリコンからなるベース部材と、前記ベース部材の第１面に設けられた溝に埋め込まれた導電材料からなる第１電極と、前記ベース部材の前記第１面と対向する第２面に設けられた溝に埋め込まれた導電材料からなる第２電極と、前記ベース部材の前記第１面と前記第２面とに垂直な第３面に設けられ、記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する配線と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、例えば、段差部の上部の端子とコネクタの第１面の第１電極とを接続し、下部の端子とコネクタの第２面の第２電極とを接続することで、段差に関係なく、段差部の上部の端子と下部の端子とが電気的に接続される。これにより、従来のようにワイヤーボンディングにより、段差部の上部の端子と下部の端子とを接続する必要がないため、段差部を有する電子機器の実装工程における歩留りの向上を図ることができる。

ところで、本願発明者は、シリコンウエハに貫通電極を形成し、これをコネクタの外形寸法にダイシングし、貫通電極の貫通方向が段差部の高さ方向となるように段差部に配置するようなコネクタを考案した。これにより、コネクタの貫通電極の上部と駆動回路部の端子とを電気的に接続するとともに、貫通電極の下面と圧電素子とを電気的に接続することで、駆動回路部と圧電素子との導通を図ることができる。しかしながら、上述したように、近年、実装する電子部品等の電極間の狭ピッチ化が進み、コネクタの電極となる貫通電極の径も小さくする必要がある。そのため、狭ピッチ化に対応した貫通電極の径を維持しつつ、実装する液滴吐出ヘッドの封止実装基板と同じ深さの溝をシリコンウエハに形成するのは困難であった。すなわち、貫通電極の径を狭ピッチ化しつつ、貫通電極のアスペクト比を高くするのには限界があった。

これに対し、本願発明によれば、第１電極と第２電極とを接続する配線及びベース部本体の長さを調整することにより、段差部の高さ（深さ）に容易に対応させることができる。従って、従来のように貫通電極のアスペクト比に関係なく、電極間のさらなる狭ピッチ化を図ることができる。

また本発明のコネクタの前記ベース部材は、シリコンウエハをダイシングして略直方体状にしたものであり、前記ベース部材の前記第１面及び前記第２面は前記シリコンウエハのダイシングした切断面に対応し、前記ベース部材の前記第３面は前記シリコンウエハの主面に対応していることも好ましい。

この構成によれば、コネクタを段差部に立設させ、ベース部材の第３面に形成した第１電極と第２電極とを接続する配線により段差部の上部と下部との導通を図ることができる。つまり、配線及びベース部材の長さを調整することにより、段差部の高さ（深さ）に容易に対応させることができる。従って、従来のように貫通電極のアスペクト比に関係なく、さらなる狭ピッチ化を図ることが可能となる。

本発明の段差実装構造は、前記ベース部材が前記ベース部材の前記第１面を底面とし、前記ベース部材の前記第２面を上面として前記段差部に立設され、前記コネクタの前記第１電極が前記段差部の上部に設けられた前記端子と電気的に接続され、前記コネクタの前記第２電極が前記段差部の下部に設けられた前記端子と電気的に接続され、前記段差部の上部に設けられた前記端子と前記段差部の下部に設けられた前記端子とが、前記コネクタを介して電気的に接続されたことを特徴とする。

この構成によれば、例えば、段差部の上部の端子とコネクタの第１面の第１電極とを接続し、下部の端子とコネクタの第２面の第２電極とを接続することで、段差に関係なく、段差部の上部の端子と下部の端子とが電気的に接続される。これにより、従来のようにワイヤーボンディングにより、段差部の上部の端子と下部の端子とを接続する必要がないため、段差部を有する電子機器の実装工程における歩留りの向上を図ることができる。

本発明のコネクタの製造方法は、段差部の上部に設けられた端子と下部に設けられた端子とを電気的に接続するコネクタの製造方法であって、シリコンウエハに前記シリコンウエハを厚さ方向に貫通する複数の貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、前記複数の貫通電極同士を電気的に接続する配線を形成する配線形成工程と、前記シリコンウエハを前記貫通電極を通過するようにダイシングし、コネクタの外形寸法に個片化するダイシング工程と、を有することを特徴とする。

この方法によれば、半導体プロセスにより、段差部の上部の端子と下部の端子とを電気的に接続するコネクタを製造することができる。これにより、半導体プロセスによる微細加工が可能となり、電極、配線等の狭ピッチ化にも対応することができるとともに、製造工程の効率化を図ることができる。また、従来のようにワイヤーボンディングにより、段差部の上部の端子と下部の端子とを接続する必要がないため、段差部を有する電子機器の実装工程における歩留りの向上を図ることができる。

本発明のコネクタの製造方法は、前記貫通電極形成工程において、前記複数の貫通電極のうち、一つの前記貫通電極における基準点と他の前記貫通電極における基準点との距離を、前記段差部の高さと略同じくし、前記ダイシング工程において、前記貫通電極の前記基準点を通過するようにダイシングすることも好ましい。ここで、基準点とはダイシング時にダイシングブレードが通過する直線上の点を意味する。

この方法によれば、実装する段差部の高さに合わせたコネクタを形成することができる。これにより、段差部に関係なく、段差部の上部の端子と下部の端子とを電気的に接続することができる。

本発明のコネクタの製造方法は、前記貫通電極形成工程において、前記シリコンウエハに前記複数の貫通電極を複数の列をなすように形成し、互いに隣接する列の前記複数の貫通電極のうち、一方の列に形成した前記複数の貫通電極の間隔を前記段差部の上部に設けられた複数の端子の間隔と略同じ間隔に形成し、他方の列に形成した前記複数の貫通電極の間隔を前記段差部の下部に設けられた複数の端子の間隔と略同じ間隔で形成することも好ましい。

この方法によれば、各列の貫通電極の間隔を調節することにより、段差部に実装する電子機器の端子の間隔に適合させることができる。即ち、段差部の上部の端子の間隔と下部の端子の間隔が異なる場合でも、本発明のコネクタを介することで段差部の上部の端子と下部の端子とを電気的に接続することが可能となる。

また本発明の液滴吐出ヘッドは、上記コネクタを備えることを特徴とする。
本発明によれば、上記コネクタを用いて、段差部の上部と下部との接続を図るため、歩留りの高い液滴吐出ヘッドを製造することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（コネクタの構造）
まず、本実施形態のコネクタの構造について説明する。
図１は、コネクタ５８の概略構成を示す斜視図である。
図１に示すように、コネクタ５８は、ベース部本体１８（ベース部材）と、ベース部本体１８に設けられた複数の一対の電極３８，４０と、一対の電極間を接続する配線２８とを備えている。

ベース部本体１８は、図１に示すように、シリコンウエハを平面視長方形状の直方体にダイシング（個片化）したものであり、ベース部本体１８のダイシング面の一方を底面側に接地して段差部に立設される。すなわち、本実施形態では、シリコンウエハのダイシング面（図１におけるコネクタ５８の下面）の一方は、上述したようにベース部本体１８において段差部の下部の電子部品の電極端子と接続する底面１８ｂ（第１面）となる。一方、この底面に対向したダイシング面は、ベース部本体１８において段差部の上部に実装される電子部品の電極端子と接触する上面１８ｃ（第２面）となる。また、シリコンウエハの他のダイシング面はベース部本体１８において側面１８ｄ、及びシリコンウエハの主面はベース部本体１８において側面１８ｅ（第３面）となる。ここで、ベース部本体１８の側面１８ｄの長手方向の長さＨ１は、後述する段差部の高さと略同じくなるように形成される。また、ベース部本体１８の側面１８ｅの長手方向の長さＤ１は、後述する段差部の奥行きの長さに対応して形成される。さらに、段差部に複数のコネクタ５８を実装する場合には、段差部の幅方向の長さに対応させてベース部本体１８の側面１８ｄの短手方向の長さＷ１が調節される。この短手方向の長さＷ１の調節は、後述するようにシリコンウエハ１８ａを研削，研磨等することにより対応可能となっている。

ベース部本体１８の上面１８ｃには、図１に示すように、複数の第１電極３８が上面１８ｃの長手方向に沿って、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌ等の導電性材料により形成されている。この第１電極３８は、円柱状に形成された貫通電極をダイシングして半円柱状に形成されたものである。つまり、第１電極３８は、ベース部本体１８に設けられた溝部に、第１電極３８の半円柱の湾曲面３８ａをベース部本体１８の上面１８ｃから図中下側方向に向けて埋設されて形成されている。また、複数の第１電極３８は、段差部の上部に実装される電子部品の複数の電極端子の配列間隔と略同じとなるように形成される。そして、隣接する第１電極３８，３８間にはシリコン（ベース部本体）が介在しており、隣接する第１電極３８，３８間の絶縁性が確保されている。

ベース部本体１８の底面１８ｂには、複数の第２電極４０が底面１８ｂの長手方向に沿って、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌ等の導電性材料により形成される。複数の第２電極４０は、段差部の下部に実装される電子部品の複数の電極端子の配列間隔と略同じとなるように形成される。複数の第２電極４０のそれぞれは、上記複数の第１電極３８のそれぞれに対応して対となって設けられる。例えば、図１に示すように第１電極３８Ａには第２電極３８Ａが対応する。その他の形状等については、上記第１電極３８と同様であるため説明を省略する。

ベース部本体１８の一方の側面１８ｅには、対となる第１電極３８のそれぞれと第２電極４０のそれぞれとを接続する配線２８が形成されている。配線２８の幅は、第１電極３８及び第２電極４０の半円の径の長さと略同じに形成される。また、配線２８は例えば、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ等の導電材料から形成され、第１電極３８と第２電極４０とが電気的に接続されるようになっている。なお、配線２８の幅は、隣接する配線２８，２８との絶縁性が確保（隣接する配線が接触しない程度）されれば上記電極の径の長さに限定されるものではない。一方、ベース部本体１８の側面１８ｅと反対側の側面１８ｆには、側面１８ｅのように配線が形成されておらず、平坦面となっている。

本実施形態によれば、液滴吐出ヘッドの封止実装基板に形成される溝部（段差部）の駆動回路部の端子とコネクタ５８（ベース部本体１８）の上面１８ｃの第１電極３８とを接続し、圧電素子とコネクタ５８の底面１８ｂの第２電極４０とを接続することで、段差に関係なく、駆動回路部と圧電素子とが電気的に接続される。これにより、従来のようにワイヤーボンディングにより、駆動回路部と圧電素子とを接続する必要がないため、段差部を有する電子機器の実装工程における歩留りの向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、コネクタ５８を段差部に立設させ、ベース部本体１８の側面１８ｅに形成した第１電極３８と第２電極４０とを接続する配線２８により駆動回路部と圧電素子との導通を図ることができる。これにより、配線２８及びベース部本体１８の長さを調整することにより、段差部の高さ（深さ）に容易に対応させることができる。従って、従来のように貫通電極のアスペクト比に関係なく、さらなる狭ピッチ化を図ることが可能となる。

（コネクタの実装方法）
以下に、本実施形態のコネクタの製造方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｄ）は、コネクタ５８の製造工程を示した斜視図であり、図３（ａ）〜（ｃ）は、コネクタ５８の電極３８，４０となる貫通電極５２を形成する方法を示した断面図である。

まず、コネクタ５８の電極を構成する貫通電極５２をシリコンウエハ１８ａに形成する方法について図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、例えば厚さ４００μｍ程度のシリコンウエハ１８ａを用意し、シリコンウエハ１８ａの表面全体に熱酸化等により、酸化シリコンからなる絶縁層５３を形成する。そして、絶縁層５３上に塗布したレジストを露光、現像処理により所定形状にパターニングし、このレジストをマスクとして、エッチング処理によりシリコンウエハ１８ａに複数の平面視円形状の溝部５１を形成する。

次に、図３（ａ）に示すように、シリコンウエハ１８ａに形成した溝部５１の内壁面を覆う絶縁層５３を熱酸化法等により形成した後、溝部５１の内部（内壁面）を含むシリコンウエハ１８ａの能動面にスパッタ法や真空蒸着法等により下地層５４を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、シリコンウエハ１８ａの能動面１８ｆ上にメッキレジストを塗布し、このメッキレジストを溝部５１の周辺のシリコンウエハ１８ａが露出した開口部４２ａ（溝部５１の開口径より一回り大きい）を有するようにパターニングする。次に、図３（ｂ）に示すように、上記所定形状に形成したメッキレジストパターン４２をマスクとして、Ｃｕ電解メッキ処理し、開口部４２ａを含む溝部５１の内部にＣｕを析出させる。これにより、溝部５１の内部にＣｕが充填され、溝部５１を含む開口部４２ａに金属端子５５が形成される。続けて、メッキレジストパターン４２をそのままマスクとして、金属端子５５上に無鉛はんだ等のろう材からなる接合材５６を形成する。

次に、メッキレジストパターン４２をアッシングによりシリコンウエハ１８ａから剥離した後、図３（ｃ）に示すように、シリコンウエハ１８ａをシリコンウエハ１８ａの裏面１８ｇ（図示下面側）からバックグラインドする。このバックグラインド処理によりコネクタ５８の幅（図１に示す側面１８ｄの短手方向の長さＷ１）の調整が可能となっている。このようにして、シリコンウエハ１８ａに形成された複数の貫通電極５２を形成することができる。

図２（ａ）に戻り、本実施形態では、上述した方法によりシリコンウエハ１８ａの能動面１８ｆに複数の貫通電極５２を格子状に形成する。ここで、図２（ａ）に示す互いに隣接する列５２Ａ，５２Ｂのうち、一方の列５２Ａの複数の貫通電極５２は段差部の下部に実装する電子部品の電極端子に対応し、他方の列５２Ｂの複数の貫通電極５２は段差部の上部に実装する電子部品の電極端子に対応するものとする。このとき、例えば、互いに隣接する列５２Ａ，５２Ｂにおける行５２Ｃの隣接する貫通電極５２の中心点（基準点）同士の間隔は、実装する段差部の高さと略同じになるように形成する。また、互いに隣接する列５２Ａ，５２Ｂのうち、一方の列５２Ａの列方向の貫通電極５２，５２間の距離は、上部に実装する電子部品の電極端子の配置間隔と略同じとなるように形成する。また、他方の列５２Ｂの貫通電極５２，５２間の列方向の距離は、下部に実装する電子部品の電極端子の配置間隔と略同じとなるように形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、上述した方法によりシリコンウエハ１８ａに形成した複数の貫通電極５２，５２間に貫通電極５２，５２同士を電気的に接続する配線２８を形成する。詳細には、まず、貫通電極５２を含むシリコンウエハ１８ａの全面に、スパッタ法等により導電膜を成膜する。この導電膜の材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の導電性材料を用いる。次に、導電膜上の全面にポジ型のレジストを塗布し、レジストを露光、現像処理する。これにより、レジストは、行方向の貫通電極５２，５２間の部分が残り、その他の部分、特に列方向の貫通電極５２，５２間のレジストが除去され導電膜が露出するようなマスクパターンとなる。続けて、このマスクパターンのレジストをマスクとして、シリコンウエハ１８ａ上の導電膜をエッチングし、図２（ｂ）に示すように、行方向の貫通電極５２，５２間を接続する配線２８を形成する。これにより、列方向の貫通電極５２，５２間の導電膜は除去されるため、列方向の貫通電極５２，５２間の絶縁性は確保される。

次に、シリコンウエハ１８ａを最終的に得るコネクタ５８の外形寸法にするため、シリコンウエハ１８ａを図２（ｃ）に示す二点鎖線に沿ってダイシングブレード３６によりダイシングする。具体的には、上述したように、列方向においては列５２Ａ，５２Ｂの貫通電極５２の中心を通過するようにダイシングし、行方向においては実装する電子部品の電極端子の数に対応させて行５２Ｃ，５２Ｄ間をダイシングする。
以上の工程により、図２（ｄ）示すように本実施形態のコネクタ５８を得ることができる。

本実施形態によれば、半導体プロセスにより、駆動回路部と圧電素子とを電気的に接続するコネクタを製造することができる。これにより、半導体プロセスによる微細加工が可能となり、電極、配線等の狭ピッチ化にも対応することができるとともに、製造工程の効率化を図ることができる。また、従来のようにワイヤーボンディングにより、駆動回路部と圧電素子とを接続する必要がないため、段差部を有する電子機器の実装工程における歩留りの向上を図ることができる。

（液滴吐出ヘッド）
次に、上述した方法により形成したコネクタを用いた液滴吐出ヘッドについて説明する。
図４は液滴吐出ヘッドの一実施形態を示す斜視構成図、図５は液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視構成図の一部破断図、図６は図４のＡ−Ａ線に沿う断面構成図である。

本実施形態の液滴吐出ヘッド１は、インク（機能液）を液滴状にしてノズルから吐出するものである。図４から図６に示すように、液滴吐出ヘッド１は、液滴が吐出されるノズル開口１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面（＋Ｚ側）に接続されてインク流路を形成する流路形成基板１０と、流路形成基板１０の上面に接続されて圧電素子（駆動素子）３００の駆動によって変位する振動板４００と、振動板４００の上面に接続されてリザーバ１００を形成するリザーバ形成基板（保護基板）２０と、リザーバ形成基板２０上に設けられた前記圧電素子３００を駆動するための４個の駆動回路部（ドライバＩＣ）２００Ａ〜２００Ｄと、駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄと接続された複数の配線パターン（導電接続部）３４とを備えて構成されている。

液滴吐出ヘッド１の動作は、各駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄに接続された図示略の外部コントローラによって制御される。図５に示す流路形成基板１０には、複数の平面視略櫛歯状の開口領域が区画形成されており、これらの開口領域のうち、Ｘ軸方向に延びて形成された部分が、ノズル基板１６と振動板４００とにより囲まれて圧力発生室１２を形成する。また、上記平面視略櫛歯状の開口領域のうち、図示Ｙ方向に延びて形成された部分が、リザーバ形成基板２０と流路形成基板１０とにより囲まれてリザーバ１００を形成している。

図５及び図６に示すように、流路形成基板１０の図示下面側（−Ｚ側）は開口しており、その開口を覆うようにノズル基板１６が流路形成基板１０の下面に接続されている。流路形成基板１０の下面とノズル基板１６とは、例えば接合材や熱溶着フィルム等を介して固定されている。ノズル基板１６には、液滴を吐出する複数のノズル開口１５が設けられている。具体的には、ノズル基板１６に設けられた複数のノズル開口１５はＹ軸方向に配列されており、本実施形態では、ノズル基板１６上の複数の領域に配列された一群のノズル開口１５を、それぞれ第１ノズル開口群１５Ａ、第２ノズル開口群１５Ｂ、第３ノズル開口群１５Ｃ、及び第４ノズル開口群１５Ｄを構成している。

第１ノズル開口群１５Ａと第２ノズル開口群１５ＢとはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。第３ノズル開口群１５Ｃは第１ノズル開口群１５Ａの＋Ｙ側に設けられており、第４ノズル開口群１５Ｄは第２ノズル開口群１５Ｂの＋Ｙ側に設けられている。これら第３ノズル開口群１５Ｃと第４ノズル開口群１５ＤとはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。
なお、図５では各ノズル開口群１５Ａ〜１５Ｄのそれぞれは６個のノズル開口１５によって構成されているように示されているが、実際には、各ノズル開口群は例えば７２０個程度の多数のノズル開口１５によって構成される。

流路形成基板１０の内側には、その中央部からＸ方向に延びる複数の隔壁１１が形成されている。本実施形態の場合、流路形成基板１０はシリコンによって形成されており、複数の隔壁１１は、流路形成基板１０の部材であるシリコン単結晶基板を異方性エッチングにより部分的に除去して形成されたものである。複数の隔壁１１を有する流路形成基板１０と、ノズル基板１６と、振動板４００とにより区画された複数の空間が圧力発生室１２である。

圧力発生室１２とノズル開口１５とは、各々対応して設けられている。すなわち、圧力発生室１２は、第１〜第４ノズル開口群１５Ａ〜１５Ｄのそれぞれを構成する複数のノズル開口１５に対応するように、Ｙ軸方向に複数並んで設けられている。そして、第１ノズル開口群１５Ａに対応して複数形成された圧力発生室１２が第１圧力発生室群１２Ａを構成し、第２ノズル開口群１５Ｂに対応して複数形成された圧力発生室１２が第２圧力発生室群１２Ｂを構成し、第３ノズル開口群１５Ｃに対応して複数形成された圧力発生室１２が第３圧力発生室群１２Ｃを構成し、第４ノズル開口群１５Ｄに対応して複数形成された圧力発生室１２が第４圧力発生室群１２Ｄを構成している。
第１圧力発生室群１２Ａと第２圧力発生室群１２ＢとはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されており、それらの間には隔壁１０Ｋが形成されている。同様に、第３圧力発生室群１２Ｃと第４圧力発生室群１２Ｄとの間にも隔壁１０Ｋが形成されており、それらはＸ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。

第１圧力発生室群１２Ａを形成する複数の圧力発生室１２の基板中央部側（−Ｘ側）の端部は上述した隔壁１０Ｋによって閉塞されているが、基板外縁部側（＋Ｘ側）の端部は互いに接続するように集合され、リザーバ１００と接続されている。リザーバ１００は、図４及び図６に示す機能液導入口２５と圧力発生室１２との間で機能液を一時的に保持するものであって、リザーバ形成基板２０にＹ軸方向に延びる平面視矩形状に形成されたリザーバ部２１と、流路形成基板１０にＹ軸方向に延びる平面視矩形状に形成された連通部１３とから構成されている。そして、連通部１３において各圧力発生室１２と接続され、第１圧力発生室群１２Ａを構成する複数の圧力発生室１２の共通の機能液保持室（インク室）を形成している。図６に示す機能液の経路をみると、ヘッド外端上面に開口する機能液導入口２５より導入された機能液が、導入路２６を経てリザーバ１００に流れ込み、供給路１４を経て、第１圧力発生室群１２Ａを構成する複数の圧力発生室１２のそれぞれに供給されるようになっている。

また、第２、第３、第４圧力発生室群１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄのそれぞれを構成する圧力発生室１２のそれぞれにも、上述と同様の構成のリザーバ１００が接続されており、それぞれ供給路１４を介して連通された圧力発生室群１２Ｂ〜１２Ｄに供給される機能液の一時貯留部を構成している。

流路形成基板１０とリザーバ形成基板２０との間に配置された振動板４００は、流路形成基板１０側から順に弾性膜５０と下電極膜６０とを積層した構造を備えている。流路形成基板１０側に配される弾性膜５０は、例えば１〜２μｍ程度の厚さの酸化シリコン膜からなるものであり、弾性膜５０上に形成される下電極膜６０は、例えば０．２μｍ程度の厚さの金属膜からなるものである。本実施形態において、下電極膜６０は、流路形成基板１０とリザーバ形成基板２０との間に配される複数の圧電素子３００の共通電極としても機能するようになっている。

振動板４００を変形させるための圧電素子３００は、図６に示すように、下電極膜６０側から順に圧電体膜７０と、上電極膜８０とを積層した構造を備えている。圧電体膜７０の厚さは例えば１μｍ程度、上電極膜８０の厚さは例えば０．１μｍ程度である。
なお、圧電素子３００の概念としては、圧電体膜７０及び上電極膜８０に加えて、下電極膜６０を含むものであってもよい。下電極膜６０は圧電素子３００として機能する一方、振動板４００としても機能するからである。本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板４００として機能する構成を採用しているが、弾性膜５０を省略して下電極膜６０が弾性膜（５０）を兼ねる構成とすることもできる。

圧電素子３００（圧電体膜７０及び上電極膜８０）は、複数のノズル開口１５及び圧力発生室１２のそれぞれに対応するように複数設けられている。本実施形態では、便宜的に、第１ノズル開口群１５Ａを構成するノズル開口１５のそれぞれに対応するようにＹ軸方向に複数並んで設けられた一群の圧電素子３００を第１圧電素子群と呼ぶこととする。また同様に、第２ノズル開口群１５Ｂを構成するノズル開口１５のそれぞれに対応するようにＹ軸方向に複数並んで設けられた一群の圧電素子３００を第２圧電素子群と呼ぶこととする。さらに、第３ノズル開口群１５Ｃに対応する一群の圧電素子３００を第３圧電素子群と呼び、第４ノズル開口群１５Ｄに対応する一群の圧電素子３００を第４圧電素子群と呼ぶこととする。

流路形成基板１０上の平面領域において、上記第１圧電素子群及び第２圧電素子群は、Ｘ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。同様に、第３、第４ノズル開口群１５Ｃ、１５Ｄにそれぞれ対応する第３、第４圧電素子群は、Ｘ軸方向に関して互いに対向するように配置されている。

圧電素子３００を含む振動板４００上の領域を覆って、リザーバ形成基板２０が設けられており、リザーバ形成基板２０の上面（流路形成基板１０と反対側面）には、封止膜３１と固定板３２とを積層した構造のコンプライアンス基板３０が接合されている。このコンプライアンス基板３０において、内側に配される封止膜３１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さ６μｍ程度のポリフェニレンスルフィドフィルム）からなり、この封止膜３１によってリザーバ部２１の上部が封止されている。他方、外側に配される固定板３２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さ３０μｍ程度のステンレス鋼）からなる板状部材である。
この固定板３２には、リザーバ１００に対応する平面領域を切り欠いてなる開口部３３が形成されており、この構成によりリザーバ１００の上部は、可撓性を有する封止膜３１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部２２となっている。

通常、機能液導入口２５からリザーバ１００に機能液が供給されると、例えば、圧電素子３００の駆動時の機能液の流れ、あるいは、周囲の熱などによってリザーバ１００内に圧力変化が生じる。しかしながら、上述のように、リザーバ１００の上部が封止膜３１のみよって封止された可撓部２２を有しているので、この可撓部２２が撓み変形してその圧力変化を吸収する。従って、リザーバ１００内は常に一定の圧力に保持される。なお、その他の部分は固定板３２によって十分な強度に保持されている。そして、リザーバ１００の外側のコンプライアンス基板３０上には、リザーバ１００に機能液を供給するための機能液導入口２５が形成されており、リザーバ形成基板２０には、機能液導入口２５とリザーバ１００の側壁とを連通する導入路２６が設けられている。

リザーバ形成基板２０は、流路形成基板１０とともに液滴吐出ヘッド１の基体をなす部材であるから剛体とすることが好ましく、リザーバ形成基板２０を形成する材料として流路形成基板１０と略同一の熱膨張率を有する材料を用いることがより好ましい。本実施形態の場合、流路形成基板１０がシリコンからなるものであるから、それと同一材料のシリコン単結晶基板が好適である。シリコン単結晶基板を用いた場合、異方性エッチングにより容易に高精度の加工を施すことが可能であるため、圧電素子保持部２４や溝部（貫通孔）７００を容易に形成できるという利点が得られる。その他、流路形成基板１０と同様、ガラス、セラミック材料等を用いてリザーバ形成基板２０を作製することもできる。

図４に示すように、リザーバ形成基板２０上には４個の駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄが配設されている。駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄは、例えば回路基板あるいは駆動回路を含む半導体集積回路（ＩＣ）を含んで構成されている。各駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄは、図示下面側に複数の接続端子２００ａを備えており、一部の接続端子２００ａがリザーバ形成基板２０上に形成された配線パターン３４に対して接続されている。駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄの他の一部の接続端子２００ａは、図６に示すように、リザーバ形成基板２０の溝部内に配置されたコネクタ５８の電極に接続されている。
そして、駆動回路部２００Ａ、２００Ｃがリザーバ形成基板２０上でＹ軸方向に沿って長手に配置され、駆動回路部２００Ｂ、２００Ｄはそれぞれ駆動回路部２００Ａ、２００Ｃと略平行にＹ軸方向に長手に配置されている。各駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄと電気的に接続されている配線パターン３４は、いずれも駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄの外側の端部からＸ軸方向に延びており、その先端部は外部コントローラとの接続端子として利用可能である。

本実施形態の場合、第１ノズル開口群１５Ａに対応する第１圧電素子群の圧電素子３００に対して電気的に接続される一群（図示では６本）の配線パターン３４が第１配線群３４Ａを構成しており、第２ノズル開口群１５Ｂに対応する第２圧電素子群の圧電素子３００に対して電気的に接続される一群の配線パターン３４が第２配線群３４Ｂを構成している。また同様に、第３、第４圧電素子群の圧電素子３００に対して電気的接続される一群の配線パターン３４が、それぞれ第３配線群３４Ｃ、第４配線群３４Ｄを構成している。

第１配線群３４Ａを構成する一群の配線パターン３４は駆動回路部２００Ａに接続され、第２配線群３４Ｂを構成する一群の配線パターン３４は駆動回路部２００Ｂに接続され、第３配線群３４Ｃを構成する一群の配線パターン３４は駆動回路部２００Ｃに接続され、第４配線群３４Ｄを構成する一群の配線パターン３４は駆動回路部２００Ｄに接続されている。本実施形態の液滴吐出ヘッド１では、第１ノズル開口群１５Ａ〜第４ノズル開口群１５Ｄにそれぞれ対応する第１圧電素子群〜第４圧電素子群を、それぞれ異なる駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄにより駆動する構成が採用されている。

なお図４では、各配線群につき６本の配線パターン３４を有する構成としているが、これは図５に示したノズル開口１５の数、及び圧力発生室１２の数に合わせて図示したものに過ぎず、先に記載のように各配線群３４Ａ〜３４Ｄに含まれる配線パターン３４は、駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄと外部コントローラとの接続配線を構成するものであるから、その本数は駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄを駆動制御するのに必要な本数であれば足り、通常は各駆動回路部により駆動される圧電素子３００の数より少なくなる。

図４に示すように、リザーバ形成基板２０のうち、Ｘ軸方向に関して中央部には、Ｙ軸方向に延びる溝部（貫通孔）７００が形成されている。すなわち、本実施形態の液滴吐出ヘッドでは、この溝部７００が、圧電素子３００の上電極膜８０（回路接続部）と、それらに接続されるべき前記駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄの接続端子２００ａとを隔てる段差を形成している。

本実施形態では、図６に示すように、溝部７００によってＸ軸方向に関し区画されるリザーバ形成基板２０のうち、回路駆動部２００Ａと接続される複数の圧電素子３００を封止している部分を第１封止部２０Ａとし、駆動回路部２００Ｂと接続される複数の圧電素子３００を封止ししている部分を第２封止部２０Ｂとする。これらの第１封止部２０Ａ及び第２封止部２０Ｂには、それぞれ圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保するとともに、その空間を密封する圧電素子保持部（素子保持部）２４が設けられている。圧電素子３００のうち、少なくとも圧電体膜７０は、この圧電素子保持部２４内に密封されている。

また同様に、リザーバ形成基板２０のうち、回路駆動部２００Ｃと接続される複数の圧電素子３００を封止している部分を第３封止部、駆動回路２００Ｄと接続される複数の圧電素子３００を封止している部分を第４封止部とすると、これら第３封止部及び第４封止部にも、それぞれ圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保してその空間を密封する圧電素子保持部が設けられている。
なお、本実施形態の場合、上記第１〜第４封止部にそれぞれ設けられている圧電素子保持部（２４）は、各圧電素子群に含まれる圧電素子３００の全体を封止できる寸法とされ、図６の紙面垂直方向に延びる平面視略矩形状の凹部をなしている。上記圧電素子保持部は、各圧電素子３００毎に区画されていてもよい。

図６に示すように、第１封止部２０Ａの圧電素子保持部２４によって封止されている圧電素子３００のうち、上電極膜８０の−Ｘ側の端部は、第１封止部２０Ａの外側まで延びて、溝部７００の底面部に露出している。溝部７００における流路形成基板１０上に下電極膜６０の一部が配置されている場合においては、上電極膜８０と下電極膜６０との短絡を防止するための絶縁膜６００が、上電極膜８０と下電極膜６０との間に介挿されている。同様に、第２封止部２０Ｂの圧電素子保持部２４によって封止されている圧電素子３００のうち、上電極膜８０の＋Ｘ側の端部が、第２封止部２０Ｂの外側まで延びて、溝部７００内に露出しており、この露出側の端部にも、上電極膜８０と下電極膜６０との間に絶縁膜６００が介挿されている。さらに不図示ではあるが、第３、第４封止部で封止されている圧電素子３００についても、それらの上電極膜８０の一部が、第３、第４封止部の外側まで延びて溝部７００内に露出されている。

リザーバ形成基板２０の溝部７００には、各圧電素子３００の上部電極８０の各々に対応した位置に、上述した本実施形態のコネクタ５８が立設されている。そして、コネクタ５８の上面の第１電極３８とこれに対応する溝部７００の上部に実装された駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄのそれぞれの接続端子２００ａとが接合材を介して接合され、電気的に接続されている。さらに、コネクタ５８の底面の第２電極４０と溝部７００内の各圧電素子３００の上部電極８０とが接合材を介して接合され、電気的に接続されている。ここで、溝部７００内に立設されるコネクタ５８の高さは、溝部７００の深さ（段差部の高さ）と略同じとなり、コネクタ５８の上面の第１電極３８と、リザーバ形成基板２０の上面に設けられた配線パターン３４とがＸＹ面内で略同一位置に配置されている。

上述した接合材としては、無鉛はんだ等のろう材、又は異方性導電フィルム（ACF:anisotropic conductive film）や異方性導電ペースト（ACP:anisotropic conductive paste）を含む異方性導電材料、非導電性フィルム（NCF:Non Conductive Film）や非導電性ペースト（NCP:Non Conductive Paste）を含む絶縁樹脂材料を用いることができる。

なお、駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄの接続端子２００ａとして、Ａｕからなるバンプ、又は樹脂コアに金属膜を被覆してなるバンプを用いても良い。これにより、コネクタの電極及び配線パターン３４に対して駆動回路部の接続端子２００ａを押圧した場合に、駆動回路部のバンプが容易に変形する。従って、例えば、コネクタの高さばらつきによって電極のＺ軸方向の位置が配線パターン３４と面一な位置からずれていても、バンプの変形によってこのずれを吸収することができ、接続端子２００ａと端子電極３５２又は配線パターン３４とを接合することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
上記実施形態では、駆動回路部の端子間隔と圧電素子の端子間隔とが同じであることから、第１電極３８，３８の間隔と第２電極４０，４０の間隔とが略同じに形成されていた。これに対し、駆動回路部の端子間隔と圧電素子に形成される端子間隔とが異なる場合には、図７に示すように、第１電極３８，３８の間隔ｄ２と第２電極４０，４０の間隔ｄ１が上記各端子間隔に対応して形成される。そして、互いに対となる第１電極３８と第２電極４０との間を接続するようにして配線２８が形成される。
また、上記実施形態では、貫通電極の形状を平面視円形状に形成したがこれに限定されることはない。例えば、平面視矩形状等に形成することも可能である。従って、このように貫通電極を形成した場合には、コネクタに形成される電極の形状も貫通電極の形状に伴った形状となる。
また、上記実施形態では、シリコンウエハから一つのコネクタを形成したが、実際には多数の貫通電極がシリコンウエハに形成されるため、これに対応して１つのシリコンウエハからは複数のコネクタを形成することができる。
さらに、上記実施形態では、コネクタを直方体に形成したがこの形状に限定されることはなく、台形状等の段差部の形状に合わせた種々の形状を採用することができる。

コネクタの概略構成を示す斜視図である。 コネクタの製造工程を示す斜視図である。 コネクタの電極となる貫通電極をシリコンウエハに形成する工程を示す断面図である。 液滴吐出ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 図４に示す液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視図の破断図である。 図４に示す液滴吐出ヘッドのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 コネクタの変形例の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１８ａ…シリコンウエハ、 １８ｂ…底面、 １８ｃ…上面、 １８ｄ…側面、 １８…ベース部本体、 ２８…配線、 ３８…第１電極、 ４０…第２電極、 ５２…貫通電極、 ５８…コネクタ

Claims (2)

1. 液滴が吐出されるノズル開口を備えたノズル基板と、前記ノズル基板の上面に接続されてインク流路を形成する流路形成基板と、前記流路形成基板の上面に接続された振動板と、前記振動板を変位させる圧電素子と、前記振動板の上面に接続されてリザーバを形成するリザーバ形成基板と、前記リザーバ形成基板上に設けられて前記圧電素子を駆動する駆動回路部と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、
   前記リザーバ形成基板に貫通孔が形成されたことにより前記リザーバ形成基板の上面側と下面側とで段差部が形成され、
   互いに対向する第１面および第２面に複数の溝が設けられたシリコンからなる直方体状のベース部材と、前記ベース部材の前記溝の内面に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に積層された下地層と、前記ベース部材の前記第１面に設けられた複数の溝に前記絶縁層および前記下地層を介して埋め込まれた導電材料からなる複数の第１電極と、前記ベース部材の前記第２面に設けられた複数の溝に前記絶縁層および前記下地層を介して埋め込まれた導電材料からなる複数の第２電極と、前記ベース部材の前記第１面と前記第２面とに垂直な第３面に設けられ、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する配線と、を備えたコネクタが、前記ベース部材の前記第１面を底面とし、前記ベース部材の前記第２面を上面として、前記貫通孔内に装入される形で前記段差部に立設され、
   前記コネクタの前記第１電極が前記段差部の上部に設けられた前記駆動回路部の端子と電気的に接続され、前記コネクタの前記第２電極が前記段差部の下部に設けられた前記圧電素子の端子と電気的に接続され、
   前記段差部上部の前記駆動回路部の端子と前記段差部下部の前記圧電素子の端子とが、前記コネクタを介して電気的に接続されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 隣接する前記第１電極間の間隔と隣接する前記第２電極間の間隔とが異なることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

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