JP4735822B2 - Liquid ejecting head, manufacturing method thereof, and liquid ejecting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に対応して設けられた圧力発生素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head, a manufacturing method thereof, and a liquid ejecting apparatus, and in particular, ejects ink droplets by displacement of a pressure generating element provided corresponding to a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets. The present invention relates to an ink jet recording head, a manufacturing method thereof, and an ink jet recording apparatus.
液体噴射ヘッドとしては、圧電素子や発熱素子等の圧力発生素子をインク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に対応して設けたものがある。圧力発生素子として圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。このようなインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。 Some liquid ejecting heads are provided with pressure generating elements such as piezoelectric elements and heat generating elements corresponding to pressure generating chambers communicating with nozzle openings for discharging ink droplets. As a liquid ejecting head using a piezoelectric element as a pressure generating element, for example, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a diaphragm, and the diaphragm is deformed by the piezoelectric element. There is an ink jet recording head that pressurizes ink in a pressure generating chamber and ejects ink droplets from nozzle openings. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element and one using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. . As an example of using an actuator in a flexural vibration mode, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer is formed into a pressure generating chamber by a lithography method. A device in which a piezoelectric element is formed so as to be cut into a corresponding shape and independent for each pressure generating chamber is known.
また、このようなインクジェット式記録ヘッドは、圧電素子を駆動するための駆動IC(半導体集積回路)等が必要である。この駆動ICは、圧力発生室が形成された流路形成基板に接合される接合基板、例えば、ヘッドチップを構造的に保持固定する固定部材上に搭載され、ワイヤボンディングによって各圧電素子と電気的に接続する構造が採用されている。そして、この駆動IC及びボンディングワイヤは、モールドによって覆うことにより保護されている(特許文献1参照)。 Further, such an ink jet recording head requires a drive IC (semiconductor integrated circuit) for driving the piezoelectric element. This drive IC is mounted on a bonding substrate to be bonded to the flow path forming substrate in which the pressure generating chamber is formed, for example, a fixing member that structurally holds and fixes the head chip, and is electrically connected to each piezoelectric element by wire bonding. A structure to connect to is adopted. And this drive IC and the bonding wire are protected by covering with a mold (refer patent document 1).
このような駆動IC等を覆うモールドの材料としては、一般的に樹脂材料等が用いられる。ここで、モールドの材料として1液型の樹脂からなるポッティング剤を用いると、インクジェット式記録ヘッドが加熱された場合、ポッティング剤の表面から深さ方向に離れた領域に設けられたボンディングワイヤのセカンドボンディング部に剥れが生じる場合があるという問題がある。 A resin material or the like is generally used as a mold material for covering such a driving IC or the like. Here, when a potting agent made of a one-component resin is used as the mold material, when the ink jet recording head is heated, the second of the bonding wires provided in the region away from the surface of the potting agent in the depth direction There is a problem that peeling may occur in the bonding portion.
一方、駆動IC等を覆うモールドの材料として、2液性の反応性ウレタン樹脂からなるポッティング剤を用い、接合基板上に設けたヘッドケースに充填して駆動IC等を覆ったものがある(特許文献2参照)。しかしながら、2液型のポッティング剤を用いると、主剤と硬化剤を混合した時点で硬化が進行するので、2液型のポッティング剤の粘度変化が著しく、ポッティング剤量の管理が難しいため、駆動IC及びボンディングワイヤを十分に封止できず、絶縁不良が生じたり、ヘッドケースにポッティング剤が乗り上げる現象が発生してしまう虞がある。なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。 On the other hand, as a mold material that covers the drive IC, etc., a potting agent made of a two-component reactive urethane resin is used to fill the head case provided on the bonded substrate and cover the drive IC (patent) Reference 2). However, when a two-component potting agent is used, curing proceeds when the main agent and the curing agent are mixed, so the viscosity change of the two-component potting agent is significant, and it is difficult to manage the amount of potting agent. In addition, the bonding wires cannot be sufficiently sealed, resulting in poor insulation or a phenomenon that the potting agent rides on the head case. Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink, but also in other liquid ejecting heads that eject liquid other than ink.
本発明はこのような課題に鑑み、ボンディングワイヤの剥れを防止し且つ駆動IC及びボンディングワイヤが確実に封止された液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid ejecting head, a manufacturing method thereof, and a liquid ejecting apparatus in which a bonding IC is prevented from peeling and a driving IC and a bonding wire are securely sealed. .
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に対応して設けられた圧力発生素子と、前記圧力発生素子を駆動するための駆動ICと、前記圧力発生素子から引き出された引き出し配線と前記駆動ICとを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記駆動ICを囲む空間であるIC保持部が厚さ方向に貫通して設けられたヘッドケースとを具備し、前記駆動ICと前記ボンディングワイヤとが前記IC保持部内に設けられたポッティング剤層で覆われ、当該ポッティング剤層は、少なくとも前記ボンディングワイヤと前記引き出し配線との接続部を覆う2液型ポッティング剤からなる2液型ポッティング剤層と、該2液型ポッティング剤層上に積層された1液型ポッティング剤からなる1液型ポッティング剤層とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第1の態様では、ボンディングワイヤと引き出し配線との接続部を、未硬化領域がなく完全に硬化させることができる2液型ポッティング剤層で覆うため、接続部のボンディングワイヤの剥れを防止することができ、信頼性の高い液体噴射ヘッドとなる。また、ポッティング剤層の表面側は1液型ポッティング剤なので、駆動IC及びボンディングワイヤがポッティング剤層により確実に封止でき、ポッティング剤がヘッドケース等に乗り上げたりボンディングワイヤ等が露出する等の不都合が生じない。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem, a pressure generating element provided corresponding to a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid, and a driving IC for driving the pressure generating element, A head case provided with a bonding wire for electrically connecting the lead-out wiring led out from the pressure generating element and the drive IC, and an IC holding portion which is a space surrounding the drive IC penetrating in the thickness direction The driving IC and the bonding wire are covered with a potting agent layer provided in the IC holding portion, and the potting agent layer covers at least a connection portion between the bonding wire and the lead-out wiring 2. One-component type consisting of a two-component potting agent layer composed of a liquid-type potting agent and a one-component potting agent laminated on the two-component potting agent layer A liquid-jet head characterized by having a potting agent layer.
In the first aspect, since the connection portion between the bonding wire and the lead-out wiring is covered with a two-component potting agent layer that has no uncured region and can be completely cured, peeling of the bonding wire at the connection portion is prevented. Therefore, a highly reliable liquid jet head can be obtained. Further, since the surface side of the potting agent layer is a one-pack type potting agent, the driving IC and the bonding wire can be surely sealed by the potting agent layer, and the potting agent rides on the head case or the like, or the bonding wire or the like is exposed. Does not occur.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記圧力発生室が形成された流路形成基板の一方面に接合された保護基板上に前記ヘッドケースが接合され、前記引き出し配線と前記ボンディングワイヤとの接続部が、前記保護基板を厚さ方向に貫通して設けられ且つ前記IC保持部と連通する貫通孔内に存在し、前記2液型ポッティング剤層が前記貫通孔に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第2の態様では、ボンディングワイヤと引き出し配線が、ポッティング剤層の表面から深さ方向に離れた領域である貫通孔内で接続されている構造であっても、完全に硬化された2液型ポッティング剤層で覆われているため、当該接続部のボンディングワイヤの剥れを防止することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the head case is bonded onto a protective substrate bonded to one surface of the flow path forming substrate in which the pressure generation chamber is formed, and the lead wiring and the A connection portion with a bonding wire is provided in a through hole that penetrates the protective substrate in the thickness direction and communicates with the IC holding portion, and the two-component potting agent layer is provided in the through hole. The liquid ejecting head is characterized by the above.
In the second aspect, even if the bonding wire and the lead-out wiring are connected in a through hole that is a region away from the surface of the potting agent layer in the depth direction, the two liquids that are completely cured Since it is covered with the mold potting agent layer, it is possible to prevent the bonding wire from peeling off at the connection portion.
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記ボンディングワイヤは、一端が前記駆動ICと接続された後に他端が前記引き出し配線に接続されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第3の態様では、ボンディングワイヤと引き出し配線との接続部の接続強度が弱くても、完全に硬化された2液型ポッティング剤で覆われているため、ボンディングワイヤの剥れを確実に防止することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the bonding wire has one end connected to the drive IC and the other end connected to the lead-out wiring. Located in the liquid jet head.
In this third aspect, even if the connection strength of the connection portion between the bonding wire and the lead-out wiring is weak, the bonding wire is reliably prevented from being peeled off because it is covered with a completely cured two-component potting agent. can do.
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記1液型ポッティング剤及び前記2液型ポッティング剤が、シリコーン樹脂であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第4の態様では、シリコーン樹脂を用いることで、駆動IC及びボンディングワイヤが確実に封止される。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the one-component potting agent and the two-component potting agent are silicone resins.
In the fourth aspect, the drive IC and the bonding wire are reliably sealed by using the silicone resin.
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様の液体噴射ヘッドを有することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第5の態様では、駆動ICと引き出し配線がボンディングワイヤで確実に接続され且つ駆動ICとボンディングワイヤが確実にポッティング剤層で封止された信頼性の高い液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置が実現できる。
A fifth aspect of the present invention is a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to any one of the first to fourth aspects.
In the fifth aspect, the liquid ejecting apparatus including the highly reliable liquid ejecting head in which the driving IC and the lead-out wiring are securely connected by the bonding wire and the driving IC and the bonding wire are securely sealed by the potting agent layer. Can be realized.
本発明の第6の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に対応して設けられた圧力発生素子から引き出された引き出し配線と、ヘッドケースに厚さ方向に貫通して設けられたIC保持部内に載置された前記圧力発生素子を駆動するための駆動ICとをボンディングワイヤにより電気的に接続し、2液型ポッティング剤で少なくとも前記ボンディングワイヤと前記引き出し配線との接続部を覆った後、この2液型ポッティング剤上に1液型ポッティング剤を充填して、1液型ポッティング剤と2液型ポッティング剤とからなるポッティング剤で前記駆動ICと前記ボンディングワイヤとを覆うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第6の態様では、ボンディングワイヤと引き出し配線との接続部を2液型ポッティング剤で覆うことにより、接続部近傍を未硬化領域がなく完全に硬化でき、接続部のボンディングワイヤの剥れが防止されて、信頼性の高い液体噴射ヘッドとなる。また、表面は1液型ポッティング剤となるため、ポッティング剤がヘッドケース等に乗り上げたりボンディングワイヤ等が露出する等の不都合が生じることなく、駆動IC及びボンディングワイヤを確実に封止することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a lead-out wiring led out from a pressure generating element provided corresponding to a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid, and a head case penetrating in the thickness direction. A driving IC for driving the pressure generating element placed in the IC holding unit is electrically connected by a bonding wire, and a connecting portion between at least the bonding wire and the lead-out wiring with a two-component potting agent The two-component potting agent is filled with a one-component potting agent, and the driving IC and the bonding wire are covered with a potting agent composed of the one-component potting agent and the two-component potting agent. The present invention is directed to a method of manufacturing a liquid jet head.
In the sixth aspect, the connection portion between the bonding wire and the lead-out wiring is covered with a two-component potting agent, so that the vicinity of the connection portion can be completely cured without an uncured region, and the bonding wire peels off at the connection portion. This prevents the liquid jet head from being highly reliable. Further, since the surface becomes a one-pack type potting agent, the driving IC and the bonding wire can be reliably sealed without causing inconveniences such as the potting agent riding on the head case or the like or exposing the bonding wire. .
本発明の第7の態様は、第6の態様において、前記ボンディングワイヤの一端を前記駆動ICに接続した後に、当該ボンディングワイヤの他端を前記引き出し配線に接続することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第7の態様では、接続強度が弱い接続部のボンディングワイヤの剥れも、確実に防止することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, after one end of the bonding wire is connected to the driving IC, the other end of the bonding wire is connected to the lead-out wiring. It is in the manufacturing method.
In the seventh aspect, it is possible to reliably prevent the bonding wire from being peeled off at the connection portion having low connection strength.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、図1の断面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設された列が2列設けられている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には各圧力発生室12の列毎に連通部13が形成され、連通部13と圧力発生室12とがインク供給路14を介して連通されている。なお、連通部13は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. As shown in the drawing, the flow
また、流路形成基板10の開口面側には、圧力発生室12を形成する際のマスクとして用いられた保護膜51を介して、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜20[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とが積層形成されて、インクを噴射するノズル開口21に連通する圧力発生室12に対応して設けられた圧力発生素子としての圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。本実施形態では、下電極膜60を圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。なお、本実施形態では、弾性膜50と絶縁体膜55と下電極膜60とで振動板を構成する。
On the other hand, as described above, the
また、各圧電素子300の上電極膜80の一端部近傍にはリード電極90が接続されている。このリード電極90は、流路形成基板10の中央部近傍まで延設され、後述する保護基板30上に実装された駆動IC120とボンディングワイヤ130で電気的に接続される。
A
また、このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、圧電素子300に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部31を有し、厚さが例えば400μmの保護基板30が接着剤35を介して接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部31は、密封されていてもよいが、密封されていなくてもよい。また、圧電素子保持部31は、本実施形態では、並設された圧電素子300の列毎に設けられている。
Further, on the flow
また、保護基板30の各圧電素子保持部31の外側には、リザーバ110の少なくとも一部を構成するリザーバ部32が設けられている。これらのリザーバ部32は、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って設けられており、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の列毎の共通のインク室となるリザーバ110をそれぞれ構成している。また、本実施形態では、保護基板30の圧電素子保持部31の間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が、各圧電素子300の列に対応して設けられている。そして、各圧電素子300から引き出されたリード電極90は、その端部近傍が貫通孔33内で露出されている。なお、このような保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
In addition, a
また、この保護基板30の表面、すなわち、流路形成基板10との接合面とは反対側の面には、圧電素子300を駆動するための駆動IC(半導体集積回路)120が各圧電素子300の列毎に実装されている。そして、各駆動IC120と各圧電素子300から引き出された引き出し配線であるリード電極90とは、保護基板30の貫通孔33内でボンディングワイヤ130によって電気的に接続されている。なお、本実施形態では、リード電極とボンディングワイヤ130とが貫通孔33内で接続されているが、リード電極とボンディングワイヤとの接続部が保護基板上に存在していてもよい。このボンディングワイヤ130は、本実施形態では、ワイヤボンディングにより一端が駆動IC120と接続された後に、他端がリード電極90に接続されたものである。ワイヤボンディングでは、ボンディングワイヤ130のセカンドボンディング側、すなわち、ボンディングワイヤ130とリード電極90との接続部は、ファーストボンディング側、すなわち、ボンディングワイヤ130と駆動IC120との接続部よりも接続強度は比較的弱くなってしまう。
A driving IC (semiconductor integrated circuit) 120 for driving the
さらに、保護基板30上には、リザーバ部32に対応する領域を含む周縁部を囲むように、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ110に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバ110の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
Further, a
また、本実施形態では、保護基板30上に駆動IC120を囲む空間であるIC保持部151を有し、厚さが例えば2〜3mmのヘッドケース200が、図示しない接着剤を介して接合されている。本実施形態では、ヘッドケース200は、保護基板30上に設けられたコンプライアンス基板40に接合されている。このヘッドケース200は、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を射出成形することにより形成され、IC保持部151はヘッドケース200を厚さ方向に貫通して設けられている。なお、ヘッドケース200には、一端側が図示しないインクカートリッジに接続されると共に、他端側が、リザーバ110に接続されるインク連通孔202が形成されており、このインク連通孔202からリザーバ110にインクが供給されるようになっている。
In the present embodiment, the
また、ヘッドケース200のIC保持部151内には、駆動IC120及びボンディングワイヤ130を覆うように、ポッティング剤層250が設けられている。このポッティング剤層250は、少なくともボンディングワイヤ130とリード電極90との接続部を覆う2液型ポッティング剤からなる2液型ポッティング剤層251と、この2液型ポッティング剤層251上に積層された1液型ポッティング剤からなる1液型ポッティング剤層252とからなる。本実施形態では、2液型ポッティング剤層251を、ボンディングワイヤ130とリード電極90とが接続された保護基板30の貫通孔33内の全領域を埋めるように設けた。また、1液型ポッティング剤層252をその表面から駆動IC120及びボンディングワイヤ130が露出されないように設けた。
Further, a
ここで、1液型ポッティング剤は、空気中の水分と反応することにより硬化が進行する。したがって、空気に接している表面から深さ方向に硬化が進行するため、1液型ポッティング剤のみで駆動IC120及びボンディングワイヤ130を覆った場合、ポッティング剤層250の表面から深さ方向に離れている領域、たとえば、貫通孔33の底部ではポッティング剤は硬化し難く未硬化域が発生しやすい。このため、貫通孔33の底部に設けられたボンディングワイヤ130とリード電極90との接続部近傍ではポッティング剤の硬化が完了した領域と未硬化の領域とが存在するため、加熱されると両域の線膨張係数差により局部的に応力差が生じて、ボンディングワイヤの浮き(剥れ)が生じてしまう。なお、ポッティング剤を硬化させるための時間を長くすることにより、1液型ポッティング剤のみを用いても表面から深さ方向に離れている領域を完全に硬化させることができるとも考えられるが、生産性が低下するため好ましくない。一方、2液型ポッティング剤は、主剤と硬化剤からなり、この主剤と硬化剤を混合することにより硬化が進行していくため、未硬化領域が発生し難い。しかしながら、2液型ポッティング剤は、主剤と硬化剤の混合直後から硬化が進行するため、粘性が高くなり粘度変化が著しくポッティング剤量の管理が難しくなる。このため、ポッティング剤の量不足になると、ボンディングワイヤ130等が露出して、絶縁被覆が不十分で絶縁不良となって電気的不具合を引き起こし、ヘッド機能の停止をもたらす虞がある。また、ポッティング剤量の過多になると、ヘッドケース200等へポッティング剤が乗り上げる現象が発生し、このヘッドケース200等に他部材を接合する際に接合不良となり、エアーリーク不良が発生する虞がある。
Here, the curing of the one-part type potting agent proceeds by reacting with moisture in the air. Therefore, since the curing proceeds in the depth direction from the surface in contact with air, when the driving
しかしながら、本発明においては、ボンディングワイヤ130とリード電極90との接続部が、2液型ポッティング剤からなる2液型ポッティング剤層251で覆われているため、硬化が表面ではなく内部から進行して完全に硬化させることができ、ボンディングワイヤ130の剥れを防止することができる。特に本実施形態では、保護基板30に設けられた貫通孔33の底部で、引き出し配線であるリード電極90とボンディングワイヤ130とが接続されており、ポッティング剤層250の表面から深さ方向に離れた位置に接続部が存在する構造となっているが、接続部は2液型ポッティング剤層251で覆われているため、剥れを確実に防止することができる。また、2液型ポッティング剤層251を覆う1液型ポッティング剤層252は、空気中の水分と接しない限り硬化が進行することはないため、粘度変化が極めて小さいので量的に管理しやすく量不足や過多にならず、駆動IC120及びボンディングワイヤ130を確実に覆うことができ、また、他部材に乗り上げる等の問題も発生し難い。
However, in the present invention, since the connecting portion between the
このため、2液型ポッティング剤層251と1液型ポッティング剤層252とからなるポッティング剤層250で、駆動IC120及びボンディングワイヤ130を覆うことにより、リード電極90とボンディングワイヤ130との剥れを確実に防止して、且つ絶縁不良等を生じさせずに駆動IC120及びボンディングワイヤ130を確実に封止することができる。
Therefore, the
なお、1液型ポッティング剤及び2液型ポッティング剤の種類は特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。本実施形態では、1液型ポッティング剤及び2液型ポッティング剤の主剤として、シリコーン樹脂を用いた。 In addition, the kind of 1 liquid type potting agent and 2 liquid type potting agent is not specifically limited, For example, a silicone resin, a urethane resin, etc. are mentioned. In this embodiment, a silicone resin is used as the main component of the one-component potting agent and the two-component potting agent.
また、本実施形態では、貫通孔33内の全領域を2液型ポッティング剤層251で埋めるようにしたが、2液型ポッティング剤層251は少なくともボンディングワイヤ130とリード電極90との接続部を覆っていればよく、例えば、ボンディングワイヤ130とリード電極90との接続部近傍のみに設けられていてもよい。また、2液型ポッティング剤層251は貫通孔33の上側まで設けてもよく、例えば、駆動IC120とボンディングワイヤ130との接続部も2液型ポッティング剤層251で覆うようにしてもよい。これにより、ファーストボンディング側である駆動IC120とボンディングワイヤ130の接続部の剥れを確実に防止できる。
In the present embodiment, the entire region in the through-
さらに、本実施形態では、駆動IC120とリード電極90とを、ボンディングワイヤ130で電気的に接続する例を示したが、液体噴射ヘッドのボンディングワイヤに接続される配線の全てに上述したポッティング剤の構造を適用することができる。リード電極90以外では、例えば、図示しないが下電極膜60と駆動IC120とを接続するボンディングワイヤや、保護基板30の駆動IC120が設けられた面に形成された配線電極の端子部と駆動IC120の端子部とを接続するボンディングワイヤなどが挙げられる。
Furthermore, in this embodiment, the example in which the driving
このようなインクジェット式記録ヘッドでは、インクカートリッジ等の外部インク供給手段から、ヘッドケース200に設けられたインク連通孔202を介してインクを取り込む。そして、リザーバ110からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動IC120からの駆動信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に駆動電圧を印加し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体層70とにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
In such an ink jet recording head, ink is taken in from an external ink supply unit such as an ink cartridge through an
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図3〜図7を参照して説明する。なお、図3〜図6は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。また、図7は、ワイヤボンディング方法例を示す拡大図である。まず、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板10を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50及び保護膜51となる二酸化シリコン膜52を形成する。
Here, a method of manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are cross-sectional views of the
次に、図3(a)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成する。次いで、図3(b)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。その後、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層70を例えばゾル−ゲル法を用いて形成する。なお、圧電体層70の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛に限定されず、例えば、リラクサ強誘電体(例えば、PMN−PT、PZN-PT、PNN-PT等)の他の圧電材料を用いてもよい。また、圧電体層70の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 3A, an
次に、例えば、イリジウムからなる上電極膜80を流路形成基板10の全面に形成する。次いで、図3(c)に示すように、圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。次に、図3(d)に示すように、流路形成基板10の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して各圧電素子300毎にパターニングする。
Next, for example, the
次に、図4(a)に示すように、流路形成基板10の圧電素子300側に、シリコン単結晶基板からなり圧電素子保持部31及びリザーバ部32が予め形成された保護基板30を、流路形成基板10上に接着剤35を介して接合する。次に、流路形成基板10の圧電素子300が形成された面とは反対側の二酸化シリコン膜52を所定形状にパターニングすることで保護膜51を形成し、保護膜51をマスクとして流路形成基板10をKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、流路形成基板10に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, a
その後は、図4(b)に示すように、流路形成基板10の保護基板30とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板30にコンプライアンス基板40を接合する。
After that, as shown in FIG. 4B, the
次いで、図5(a)に示すように、保護基板30上に駆動IC120を実装する。具体的には、保護基板30上に駆動IC120を接合し、駆動IC120とリード電極90とを、ワイヤボンディングによりボンディングワイヤ130で接続する。ここで、ワイヤボンディング方法例を、図7を用いて説明する。図7(a)に示すように、ボンディングワイヤ130は、ワイヤボンディング装置を構成するキャピラリ135に挿通された状態で保持されており、駆動IC120の端子部にボールボンディングにより接続する。このボールボンディングによる接続方法としてはボンディングワイヤ130の先端を溶融することで球体を形成し、この球体を駆動IC120の端子部に押しつけることで行われる。次に、図7(b)に示すように、リード電極90の端子部にボンディングワイヤ130を荷重をかけて押圧することで接続する。
Next, as shown in FIG. 5A, the
次に、図5(b)に示すように、保護基板30上に固定されているコンプライアンス基板40上にIC保持部151の設けられたヘッドケース200を接合する。例えば、本実施形態では、ヘッドケース200を接着剤によってコンプライアンス基板40に接着した。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次いで、IC保持部151の保護基板30とは反対側の開口部から、例えば、図示しないノズルニードルによって、シリコーン樹脂を主剤とする2液型ポッティング剤及び1液型ポッティング剤を順に充填してポッティング剤層250を形成する。具体的には、まず、図6(a)に示すように、主剤と硬化剤をあらかじめ混合しておいた2液型ポッティング剤を貫通孔33に充填して、ボンディングワイヤ130とリード電極90との接続部を覆う。次いで、図6(b)に示すように、IC保持部151内に1液型ポッティング剤を充填する。これにより、2液型ポッティング剤上に1液型ポッティング剤を積層して1液型ポッティング剤の表面から駆動IC120及びボンディングワイヤ130が露出されないようにする。1液型ポッティング剤は、空気中の水分と接しない限り硬化は進行せず、粘度変化が極めて少ないため、容易にIC保持部151に所定量を充填することができるので、ボンディングワイヤ130等の露出による絶縁不良や、ヘッドケース200等へポッティング剤が乗り上げる現象による他部材の接合不良は発生しない。
Next, from the opening opposite to the
その後、例えば、25℃、湿度55%で24時間放置して、1液型ポッティング剤及び2液型ポッティング剤を硬化することにより、2液型ポッティング剤層251及び1液型ポッティング剤層252からなるポッティング剤層250が形成される。これにより、ボンディングワイヤ130とリード電極90との接続部は完全に硬化した2液型ポッティング剤層251で覆われるため、ボンディングワイヤ130の剥れが防止できる。
Thereafter, for example, the two-part
このようにして液体噴射ヘッドを製造することにより、リード電極90とボンディングワイヤ130との剥れを確実に防止して、且つ絶縁不良等を生じさせずに駆動IC120及びボンディングワイヤ130を確実に封止することができる。
By manufacturing the liquid ejecting head in this manner, the
なお、本実施形態では、流路形成基板10に保護基板30を接合した後保護基板30上に駆動IC120を接合し、その後ヘッドケース200を保護基板30に接合したが、保護基板30、流路形成基板10、駆動IC120、ヘッドケース200等を組み立てる順番は特に限定されず、例えば、保護基板30上に駆動IC120を設けた後、保護基板30と流路形成基板10とを接合してもよい。
In this embodiment, after the
また、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10毎に分割することでインクジェット式記録ヘッドが形成される。
In practice, a large number of chips are simultaneously formed on a single wafer by the above-described series of film formation and anisotropic etching, and after the completion of the process, a single chip size channel is formed as shown in FIG. An ink jet recording head is formed by dividing each
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above.
例えば、上述した実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型の液体噴射ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の液体噴射ヘッドにも本発明を採用することができる。 For example, in the above-described embodiment, a thin film type liquid jet head manufactured by applying a film forming and lithography process is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, a green sheet is attached. The present invention can also be applied to a thick film type liquid jet head formed by this method.
また、上述した実施形態では、撓み振動型のインクジェット式記録ヘッドを例示したが、これに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のインクジェット式記録ヘッド等、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。 In the above-described embodiment, the flexural vibration type ink jet recording head is exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, a longitudinal vibration type in which piezoelectric materials and electrode forming materials are alternately stacked to expand and contract in the axial direction. The present invention can be applied to ink jet recording heads having various structures, such as the ink jet recording head.
また、インク滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に対応して設けられた圧力発生素子として圧電素子を用いて説明したが、圧電素子に限らず、発熱素子など他の素子から引き出される引き出し配線に接続するボンディングワイヤと当該引き出し配線との接続部に本発明を適用することもできる。 In addition, although the piezoelectric element has been described as the pressure generating element provided corresponding to the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening for ejecting ink droplets, the pressure generating element is not limited to the piezoelectric element, and is drawn from other elements such as a heating element. The present invention can also be applied to a connection portion between a bonding wire connected to the lead-out wiring and the lead-out wiring.
また、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図8は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図8に示すように、ヘッド本体を有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上を搬送されるようになっている。
Further, the ink jet recording head of the above-described embodiment constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 8 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 8, the
また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。勿論、本発明は、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。なお、その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head of the present invention. However, the basic configuration of the liquid ejecting head is not limited to the above-described configuration. Of course, the present invention can also be applied to a liquid ejecting liquid other than ink. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FED (surface emitting). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation such as a display, and a bioorganic matter ejection head used for biochip production.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 圧電素子保持部、 32 リザーバ部、 33 貫通孔、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 110 リザーバ、 120 駆動IC、 130 ボンディングワイヤ、 151 IC保持部、 200 ヘッドケース、 250 ポッティング剤層、 251 2液型ポッティング剤層、 252 1液型ポッティング剤層、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記駆動ICと前記ボンディングワイヤとが前記IC保持部内に設けられたポッティング剤層で覆われ、当該ポッティング剤層は、少なくとも前記ボンディングワイヤと前記引き出し配線との接続部を覆う2液型ポッティング剤からなる2液型ポッティング剤層と、該2液型ポッティング剤層上に積層された1液型ポッティング剤からなる1液型ポッティング剤層とを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。 A pressure generating element provided corresponding to a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting a liquid; a driving IC for driving the pressure generating element; a lead-out line led out from the pressure generating element; and the driving A bonding wire that electrically connects the IC, and a head case provided with an IC holding portion that is a space surrounding the driving IC penetrating in the thickness direction;
The driving IC and the bonding wire are covered with a potting agent layer provided in the IC holding portion, and the potting agent layer is formed from a two-component potting agent that covers at least a connection portion between the bonding wire and the lead-out wiring. A liquid ejecting head comprising: a two-component potting agent layer, and a one-component potting agent layer made of a one-component potting agent laminated on the two-component potting agent layer.
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