JP4998599B2

JP4998599B2 - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置、並びに液滴吐出ヘッドの製造方法

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Publication number: JP4998599B2
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Inventors: 伸二水野
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Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2012-08-15
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Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置、並びに液滴吐出ヘッドの製造方法に関するものである。

マイクロデバイスを製造する方法の１つとして液滴吐出法（インクジェット法）が提案されている。この液滴吐出法は、デバイスを形成するための材料を含む機能液を液滴状にして液滴吐出ヘッドより吐出するものである。下記特許文献には、液滴吐出ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）に関する技術の一例が開示されている。この特許文献に開示されている液滴吐出ヘッドにおいては、駆動回路部（ＩＣドライバ）と駆動素子（圧電素子）とがワイヤボンディングの手法によって接続されている。

特開２０００−１２７３７９号公報

ところで、液滴吐出法に基づいてマイクロデバイスを製造する際、マイクロデバイスの更なる微細化の要求に応えるために、液滴吐出ヘッドに設けられたノズル開口部どうしの間の距離（ノズルピッチ）はできるだけ小さい（狭い）ことが好ましい。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どうしの間の距離も小さくする必要がある。ところが、圧電素子どうし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ＩＣドライバとをワイヤ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。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ノズルピッチを小さくしても、駆動回路部（ＩＣドライバ）と駆動素子（圧電素子）とを接続する際の作業性を低下させることなく、接続作業を行うことができる液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置、並びに液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の液滴吐出ヘッドは、駆動回路部と前記駆動回路部により駆動される駆動素子とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、可撓性を有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に設けられた導電性を有する導電部とを備え、前記導電部を介して、前記駆動回路部と前記駆動素子とが電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、駆動回路部と駆動素子とはフレキシブル基板上に設けられた導電部を介して電気的に接続されるので、フレキシブル基板上にノズルピッチに応じた導電部を例えばプリント技術によって導電パターンとして精度良く設けておくことで、ノズルピッチを小さくすることによって駆動素子どうしの間の距離が小さく（狭く）なっても、そのノズルピッチに応じて設けられた複数の駆動素子のそれぞれと駆動回路部との電気的な接続を、作業性良く且つ良好に行うことができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動回路部は、前記フレキシブル基板上の所定領域に設けられており、前記導電部は、前記フレキシブル基板上に設けられた前記駆動回路部と前記駆動素子とを電気的に接続する構成を採用することができる。

本発明によれば、導電部を設けられたフレキシブル基板上に駆動回路部を設けることで、液滴吐出ヘッド全体のコンパクト化を図ることができ、また導電部と駆動回路部との位置決めを容易に行うこともできる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動回路部は、前記フレキシブル基板上にフリップチップ実装されて前記導電部と接続している構成を採用することができる。

本発明によれば、駆動回路部をフレキシブル基板にフリップチップ実装することで、駆動回路部と導電部との電気的な接続を作業性良く且つ良好に行うことができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、液滴を吐出する複数のノズル開口部を備え、前記駆動素子は前記ノズル開口部に応じて複数設けられており、前記導電部は、前記フレキシブル基板上において、前記複数の駆動素子のそれぞれに接続する複数の端子部を有する構成を採用することができる。

本発明によれば、フレキシブル基板上に、複数の駆動素子に応じた端子部を例えばプリント技術によって導電パターンとして設けておくことで、ノズルピッチを小さくすることによって、駆動素子どうしの間の距離が小さくなっても、そのノズルピッチに応じて配置された複数の駆動素子と端子部とのそれぞれの電気的な接続を、作業性良く且つ良好に行うことができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フレキシブル基板のうち少なくとも前記端子部が設けられた一部の領域が撓まされて前記端子部と前記駆動素子とが接続している構成を採用することができる。

本発明によれば、フレキシブル基板を撓ませて端子部と駆動素子とを接続することで、端子部と駆動素子との接続を良好に行うことができ、接続作業後においても、その接続状態を長期間良好に維持することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フレキシブル基板のエッジ領域に前記端子部が設けられている構成を採用することができる。

本発明によれば、端子部はフレキシブル基板のエッジ領域に設けられているので、端子部と駆動素子との接続作業を円滑に行うことができる。また、フレキシブル基板のエッジ領域は容易に撓むので、フレキシブル基板を撓ませて端子部と駆動素子とを接続する際の作業性を向上することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フレキシブル基板の一部に開口部が形成されており、前記開口部におけるエッジ領域に前記端子部が設けられている構成を採用することができる。

本発明によれば、フレキシブル基板の開口部におけるエッジ領域に端子部を設けることも可能であり、端子部と駆動素子との接続形態の自由度、ひいては液滴吐出ヘッドの設計の自由度を向上することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記開口部における前記エッジ領域のうち第１の領域と、前記第１の領域に対向する第２の領域とのそれぞれに前記端子部が設けられている構成を採用することができる。

本発明によれば、端子部が対向するように形成されているので、第１の領域の端子部と駆動素子との接続作業、及び第２の領域の端子部と駆動素子との接続作業のそれぞれを円滑にほぼ同時に行うことが可能となり、接続作業性を向上することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、複数並んで設けられた前記ノズル開口部によってノズル開口群が構成されており、そのノズル開口群を構成する前記ノズル開口部のそれぞれに対応するように複数並んで設けられた前記駆動素子によって駆動素子群が構成されており、前記駆動素子群は、前記第１及び第２の領域のそれぞれに対応するように配置されている構成を採用することができる。

本発明によれば、第１及び第２の領域のそれぞれに対応するように配置された駆動素子群のそれぞれの駆動素子と、第１及び第２の領域のそれぞれに設けられた複数の端子部とを、ほぼ同時に接続することが可能となるため、端子部と駆動素子との接続作業性を大幅に向上することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、互いに接続される前記端子部及び前記駆動素子と対向する位置に剛体が配置されている構成を採用することができる。

本発明によれば、可撓性を有するフレキシブル基板に設けられた端子部と駆動素子とを接続する際、それら端子部及び駆動素子と対向する位置に剛体が配置されているので、互いに接続された端子部と駆動素子とを剛体で良好に支持することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電部と前記駆動素子との接続部は樹脂モールドされている構成を採用することができる。

本発明によれば、導電部と駆動素子との接続部が樹脂モールドされているので、その接続部を保護しつつ固定することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動素子は、圧電素子とその圧電素子に接続する電極部とを含み、前記導電部は、前記電極部に接続されている構成を採用することができる。

本発明によれば、駆動回路部からの駆動信号は、導電部を介して電極部に良好に伝達され、圧電素子を所望状態で駆動することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子を封止する封止部材を備え、前記フレキシブル基板と前記封止部材とが樹脂モールドによって固定されている構成を採用することができる。

本発明によれば、圧電素子は封止部材で封止されているので、圧電素子の劣化を防止することができる。また、フレキシブル基板は樹脂モールドによって封止部材によって固定されているので、フレキシブル基板の不要な変形を防止することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電部と前記駆動素子とはろう材によって接続されている構成を採用することができる。

本発明によれば、ろう材によって導電部と駆動素子との電気的な接続を得ることができる。

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電部と前記駆動素子とは異方性導電材料によって接続されている構成を採用することができる。

本発明によれば、異方性導電膜（ACF：anisotropic conductive film）や異方性導電ペースト（ACP：anisotropic conductive paste）を含む異方性導電性材料によって、導電部と駆動素子との電気的な接続を作業性良く得ることができる。

本発明の液滴吐出装置は、機能液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドに、上記記載の液滴吐出ヘッドが用いられていることを特徴とする。

本発明によれば、小さいノズルピッチを有する液滴吐出ヘッドを用いて、微細なマイクロデバイスを液滴吐出法に基づいて良好に製造することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、駆動回路部と前記駆動回路部により駆動される駆動素子とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、可撓性を有するフレキシブル基板上に導電性を有する導電部を設ける工程と、前記導電部を設けられたフレキシブル基板上に前記駆動回路部を配置して前記駆動回路部と前記導電部とを電気的に接続する工程と、前記導電部と前記駆動素子とを電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、駆動回路部と駆動素子とをフレキシブル基板上に設けられた導電部を介して電気的に接続することで、フレキシブル基板上にノズルピッチに応じた導電部を例えばプリント技術によって導電パターンとして予め精度良く設けておくことで、ノズルピッチが小さくても、駆動回路部とノズルピッチに応じて配置された複数の駆動素子とのそれぞれの電気的な接続を、良好に且つ作業性良く行うことができる。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記導電部と前記駆動素子とを接続する際、前記導電部と前記駆動素子とを剛体で挟む構成を採用することができる。

本発明によれば、フレキシブル基板上に設けられた導電部と駆動素子とを剛体で挟んで接続することで、導電部と駆動素子との接続作業を良好に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの外観斜視図である。液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。フレキシブル基板を下面側から見た図である。液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を説明するためのフローチャート図である。液滴吐出ヘッドの製造工程を一部を示す模式図である。液滴吐出装置の一例を示す外観斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。

＜液滴吐出ヘッド＞
液滴吐出ヘッドの一実施形態について図１〜図４を参照しながら説明する。図１は液滴吐出ヘッドの一実施形態を示す外観斜視図、図２は液滴吐出ヘッドを下側から見た斜視図の一部破断図、図３は図１のＡ−Ａ線断面矢視図、図４はフレキシブル基板を下面側から見た図である。

液滴吐出ヘッド１は、機能液の液滴を吐出するものであって、液滴が吐出されるノズル開口部１５を備えたノズル基板１６と、ノズル基板１６の上面に接続され、液滴が流れる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、圧電素子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、リザーバ１００を形成するためのリザーバ形成基板２０と、リザーバ形成基板２０の上面側に設けられた可撓性を有するフレキシブル基板５００と、フレキシブル基板５００の下面５００Ａに設けられ、圧電素子３００を駆動するための駆動回路部（ＩＣドライバ）２００と、フレキシブル基板５００の下面５００Ａに設けられ、駆動回路部２００と圧電素子３００とを電気的に接続する導電部（導電パターン、配線パターン）５１０とを備えている。液滴吐出ヘッド１の動作は、外部コントローラＣＴによって制御される。そして、流路形成基板１０と、ノズル基板１６と、振動板４００とで囲まれた空間によって、ノズル開口部１５より吐出される前の機能液が配置される圧力発生室１２が形成されている。また、リザーバ形成基板２０と流路形成基板１０とで囲まれた空間によって、圧力発生室１２に供給される前の機能液を予備的に保持するリザーバ１００が形成されている。

流路形成基板１０の下面側は開口しており、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、例えば接着剤や熱溶着フィルム等を介して固定されている。そのノズル基板１６には、液滴を吐出するノズル開口部１５が設けられている。図２に示すように、ノズル開口部１５はノズル基板１６に複数設けられている。具体的には、ノズル基板１６には、Ｙ軸方向に複数並んで設けられたノズル開口部１５によって構成された、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のそれぞれが設けられている。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２では、各ノズル開口群１５Ａ〜１５Ｄのそれぞれは６個のノズル開口部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、例えば７２０個程度のノズル開口部１５によって構成されている。

流路形成基板１０の内側には複数の隔壁１１が形成されている。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の母材であるシリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより形成される。そして、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とで囲まれた空間によって、複数の圧力発生室１２が形成される。圧力発生室１２は、複数のノズル開口部１５に対応するように複数形成されている。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部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によって第１圧力発生室群１２Ａが構成され、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によって第２圧力発生室群１２Ｂが構成され、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によって第３圧力発生室群１２Ｃが構成され、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によって第４圧力発生室群１２Ｄが構成されている。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。

ここで、上述したように、隔壁１０Ｋを含む流路形成基板１０はシリコン単結晶によって形成されており、剛体である。

第１圧力発生室群１２Ａを形成する複数の圧力発生室１２のうち、−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、＋Ｘ側の端部は互いに接続するように集合しており、リザーバ１００と接続している。リザーバ１００は、機能液導入口２５より導入され、圧力発生室１２に供給される前の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軸方向に延びるように形成されたリザーバ部２１と、流路形成基板１０にＹ軸方向に延びるように形成され、リザーバ部２１と各圧力発生室１２のそれぞれとを接続する連通部１３とを備えている。すなわち、リザーバ１００は、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）となっている。機能液導入口２５より導入された機能液は、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。

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、上述と同様のリザーバ１００が接続されている。

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の上面を覆うように設けられた弾性膜５０と、弾性膜５０の上面に設けられた下電極膜６０とを備えている。弾性膜５０は、例えば厚み１〜２μｍ程度の二酸化シリコンによって形成されている。下電極膜６０は、例えば厚み０．２μｍ程度の金属によって構成されている。本実施形態において、下電極膜６０は、複数の圧電素子３００の共通電極となっている。

振動板４００を変位するための圧電素子３００は、下電極膜６０の上面に設けられた圧電体膜７０と、その圧電体膜７０の上面に設けられた上電極膜８０とを備えている。圧電体膜７０は例えば厚み１μｍ程度、上電極膜８０は例えば厚み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。すなわち、本実施形態における下電極膜６０は、圧電素子３００としての機能と、振動板４００としての機能とを兼ね備えている。また、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板４００として機能するが、弾性膜５０を省略した構造とし、下電極膜６０が弾性膜（５０）を兼ねるようにしてもよい。

圧電体膜７０及び上電極膜８０、すなわち圧電素子３００は、複数のノズル開口部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。すなわち、圧電体膜７０及び上電極膜８０からなる圧電素子３００は、各ノズル開口部１５毎（圧力発生室１２毎）に設けられている。そして、上述したように、下電極膜６０は複数の圧電素子３００の共通電極として機能し、上電極膜８０は複数の圧電素子３００の個別電極として機能する。

また、第１ノズル開口群１５Ａを構成するノズル開口部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圧電素子３００によって、第１圧電素子群３００Ａが構成されており、第２ノズル開口群１５Ｂを構成するノズル開口部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圧電素子３００によって、第２圧電素子群３００Ｂが構成されている。これら第１圧電素子群３００Ａと第２圧電素子群３００Ｂ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。同様に、第３、第４ノズル開口群１５Ｃ、１５Ｄを構成するノズル開口部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圧電素子３００によって、第３、第４圧電素子群３００Ｃ、３００Ｄが構成されており、それら第３、第４圧電素子群３００Ｃ、３００Ｄどうしは、Ｘ軸方向に関して対向するように配置されている（なお、第３、第４圧電素子群３００Ｃ、３００Ｄは図３の紙面奥側に形成されているものであって、図示されていない）。

リザーバ形成基板２０には、封止膜３１と固定板３２とを有するコンプライアンス基板３０が接合されている。封止膜３１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚み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。また、固定板３２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚み３０μｍ程度のステンレス鋼）で形成される。この固定板３２のうち、リザーバ１００に対応する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部３３となっているため、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て可撓部２２となっているため、この可撓部２２が撓み変形してその圧力変化を吸収する。したがって、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７００が形成されている。溝部７００によって、リザーバ形成基板２０は、第１圧力発生室群１２Ａに対応して設けられた第１圧電素子群３００Ａを封止する第１封止部２０Ａと、第２圧力発生室群１２Ｂに対応して設けられた第２圧電素子群３００Ｂを封止する第２封止部２０Ｂとに分けられる（図３参照）。同様に、溝部７００によって、第３圧力発生室群１２Ｃに対応して設けられた第３圧電素子群３００Ｃを封止する第３封止部２０Ｃと、第４圧力発生室群１２Ｄに対応して設けられた第４圧電素子群３００Ｄを封止する第４封止部２０Ｄとに分けられる（なお、第３、第４封止部２０Ｃ、２０Ｄは図３の紙面奥側に形成されているものであって、図示されていない）。そして、溝部７００においては、流路形成基板１０（隔壁１０Ｋ）の一部が露出している。

つまり、リザーバ形成基板２０のうち、圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部２４が設けられている。圧電素子保持部２４は、第１〜第４封止部２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれに形成されており、第１〜第４圧電素子群３００Ａ〜３００Ｄを覆う大きさで形成されている。また、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。

このように、リザーバ形成基板２０は、圧電素子３００を外部環境と遮断して、圧電素子３００を封止するための封止部材としての機能を有している。リーザバ形成基板２０によって圧電素子３００を封止することで、水分等の外部環境による圧電素子３００の破壊を防止することができる。また、本実施形態では、圧電素子保持部２４の内部を密封状態にしただけであるが、例えば、圧電素子保持部２４内の空間を真空にしたり、あるいは窒素又はアルゴン雰囲気等とすることにより、圧電素子保持部２４内を低湿度に保持することができ、圧電素子３００の破壊をさらに確実に防止することができる。

また、リザーバ形成基板２０は剛体であって、そのリザーバ形成基板２０を形成する材料としては、例えば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料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が用いられている。

図３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の外側まで延びており、溝部７００における流路形成基板１０上に配置されている。また図３に示すように、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との間の電気的な接続を防止するための絶縁膜６００が、上電極膜８０と下電極膜６０との間に設けられる。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における流路形成基板１０上に配置されている。同様に、不図示ではあるが、第３、第４封止部２０Ｃ、２０Ｄで封止されている圧電素子３００のうち、上電極膜８０の一部が、第３、第４封止部２０Ｃ、２０Ｄの外側まで延びでおり、第３、第４封止部２０Ｃ、２０Ｄどうしの間に設けられた溝部７００における流路形成基板１０上に配置されている。

圧電素子３００を駆動するための駆動回路部２００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おり、フレキシブル基板５００の下面５００Ａに接続されている。圧電素子３００は駆動回路部２００により駆動される。フレキシブル基板５００は可撓性を有しており、例えばポリイミドからなる絶縁性のフィルム状部材によって構成されている。また、フレキシブル基板５００の下面５００Ａには、銅などの導電性材料からなる導電性の配線パターン（導電部）５１０が、プリント方式により、メッキやエッチングなどの手法によって設けられている。

図４に示すように、フレキシブル基板５００の下面５００Ａの所定領域には駆動回路部２００が設けられている。駆動回路部２００は、フレキシブル基板５００の下面５００Ａにフリップチップ実装されて前記配線パターン５１０の一部と接続している。駆動回路部２００は、第１〜第４ノズル開口群１５Ａ〜１５Ｄに応じて複数（４つ）設けられている。第１〜第４ノズル開口群１５Ａ〜１５Ｄに応じて設けられた第１〜第４駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄのそれぞれは、フレキシブル基板５００に対してフリップチップ実装された後、樹脂２０１によってフレキシブル基板５００に対して固定される。

フレキシブル基板５００の一部には開口部５２０が形成されている。具体的には、開口部５２０は、第１駆動回路部２００Ａと第２駆動回路部２００Ｂとの間の領域、及び第３駆動回路部２００Ｃと第４駆動回路部２００Ｄとの間の領域において、Ｙ軸方向に延びるように形成されている。図４に示すように、開口部５２０のＹ軸方向両端部のそれぞれには切欠部５２１が形成されている。そして、その切欠部５２１によって、フレキシブル基板５００のうち、開口部５２０に対向する一部の領域（エッジ領域）５３０が開口部５２０の内側に曲げる（撓む）ことができるようになっている。エッジ領域５３０は、各駆動回路部２００Ａ〜２００Ｄと開口部５２０との間の領域であって、開口部５２０に対向するエッジ領域５３０のエッジ部５３０Ｅは、Ｙ軸方向に沿ってほぼ直線状に形成されている。すなわち、本実施形態においては、エッジ領域５３０は、Ｙ軸方向を長手方向とする矩形状の領域であって、エッジ部５３０ＥがＹ軸まわり（θＹ方向）に回転するように曲げられるようになっている。

フレキシブル基板５００の下面５００Ａのうち、開口部５２０におけるエッジ領域５３０には、配線パターン５１０の一部を構成する端子部５１２が形成されている。第１駆動回路部２００Ａと開口部５２０との間の第１エッジ領域５３０Ａには、第１駆動回路部２００Ａに配線パターン５１０を介して電気的に接続する複数の端子部５１２が形成されている。第１エッジ領域５３０Ａに設けられた複数の端子部５１２は、第１圧電素子群３００Ａを構成する複数の圧電素子３００（上電極膜８０）のそれぞれに接続するものであって、第１圧電素子群３００Ａを構成する複数の圧電素子３００に対応するように、Ｙ軸方向に複数（例えば７２０個）並んで設けられており、第１端子群５１２Ａを構成している。したがって、端子部５１２と圧電素子３００とが接続することで、その端子部５１２を含む配線パターン５１０を介して、駆動回路部２００と圧電素子３００とが電気的に接続される。

同様に、第２駆動回路部２００Ｂと開口部５２０との間の第２エッジ領域５３０Ｂには、第２圧電素子群３００Ｂを構成する複数の圧電素子３００に対応するようにＹ軸方向に複数（例えば７２０個）並んで設けられた端子部５１２からなる第２端子群５１２Ｂが設けられている。第１エッジ領域５３０Ａと第２エッジ領域５３０Ｂ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、それら第１、第２エッジ領域５３０Ａ、５３０Ｂのそれぞれに形成されている第１端子群５１２Ａ及び第２端子群５１２Ｂも、Ｘ軸方向に関して互いに対向するように配置された構成となっている。

また同様に、第３駆動回路部２００Ｃと開口部５２０との間の第３エッジ領域５３０Ｃには、第３圧電素子群３００Ｃを構成する複数の圧電素子３００に対応するようにＹ軸方向に複数（例えば７２０個）並んで設けられた端子部５１２からなる第３端子群５１２Ｃが設けられており、第４駆動回路部２００Ｄと開口部５２０との間の第４エッジ領域５３０Ｄには、第４圧電素子群３００Ｄを構成する複数の圧電素子３００に対応するようにＹ軸方向に複数（例えば７２０個）並んで設けられた端子部５１２からなる第４端子群５１２Ｄが設けられている。そして、第３エッジ領域５３０Ｃと第４エッジ領域５３０Ｄ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。

そして、図３に示すように、フレキシブル基板５００の下面５００Ａと、圧電素子３００とを対向させ、開口部５２０と溝部７００とを位置決めした状態で、端子部５１２を設けられたエッジ領域５３０が下方に撓まされることにより、エッジ領域５３０における下面５００Ａに設けられている端子部５１２と、溝部７００に配置されている上電極膜８０とが接続される。ここで、第１圧電素子群３００Ａは、フレキシブル基板５００の第１エッジ領域５３０Ａ及びその第１エッジ領域５３０Ａに設けられた第１端子群５１２Ａに対応するように配置されており、第２圧電素子群３００Ｂは、フレキシブル基板５００の第２エッジ領域５３０Ｂ及びその第２エッジ領域５３０Ｂに設けられた第２端子群５１２Ｂに対応するように配置されている。したがって、第１圧電素子群３００Ａを構成する複数の圧電素子３００（上電極膜８０）と、第１端子群５１２Ａを構成する複数の端子部５１２とのそれぞれが良好に接続されるとともに、第２圧電素子群３００Ｂを構成する複数の圧電素子３００（上電極膜８０）と、第２端子群５１２Ｂを構成する複数の端子部５１２とのそれぞれが良好に接続される。

同様に、第３、第４圧電素子群３００Ｃ、３００Ｄを構成する複数の圧電素子３００と、第３、第４端子群５１２Ｃ、５１２Ｄを構成する複数の端子部５１２とのそれぞれが、第３、第４エッジ領域５３０Ｃ、５３０Ｄを撓ませた状態で接続される。

ここで、端子部５１２と圧電素子３００（上電極膜８０）とは、ろう材、又は異方性導電膜（ACF：anisotropic conductive film）や異方性導電ペースト（ACP：anisotropic conductive paste）を含む異方性導電性材料によって接続されている。

図３に示すように、フレキシブル基板５００とリザーバ形成基板２０との間には、樹脂２０２が配置されており、フレキシブル基板５００とリザーバ形成基板２０とは、その樹脂２０２による樹脂モールドによって固定されている。更に、その樹脂２０２は、溝部７００の内側にも配置されており、端子部５１２と圧電素子３００（上電極膜８０）との接続部が樹脂モールドされている。

次に、上述した構成を有する液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。液滴吐出ヘッド１より機能液の液滴を吐出するために、外部コントローラＣＴは、機能液導入口２５に接続された不図示の外部機能液供給装置を駆動する。外部機能液供給装置から送出された機能液は、機能液導入口２５を介してリザーバ１００に供給された後、ノズル開口部１５に至るまでの液滴吐出ヘッド１の内部流路を満たす。また、外部コントローラＣＴは、フレキシブル基板５００に設けられた外部信号入力部５８０を介して、駆動回路部２００等に駆動電力や指令信号を送る。フレキシブル基板５００には配線パターン５１０が設けられており、外部信号入力部５８０からの指令信号等は、その配線パターン５１０を介して駆動回路部２００に送られる。駆動回路部２００は、外部コントローラＣＴからの指令に基づいて、端子部５１２を含む配線パターン５１０を介して、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との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０を変位させることにより、各圧力発生室１２内の圧力を高めて、ノズル開口部１５より液滴を吐出する。

＜液滴吐出ヘッドの製造方法＞
次に、液滴吐出ヘッド１の製造方法について図５のフローチャート図、及び図６の模式図を参照しながら説明する。なお以下では、駆動回路部２００と圧電素子３００とを接続する手順について主に説明し、液滴吐出ヘッド１のうち、ノズル基板１６、流路形成基板１０、リザーバ形成基板２０、圧電素子３００等の製造及び接続・配置作業は既に完了しているものとする。

まず、ポリイミド等からなる可撓性を有するフレキシブル基板５００の下面５００Ａに、銅などの導電性材料からなる端子部５１２を含む配線パターン５１０を、プリント方式により、メッキやエッチングなどの手法によって設ける（ステップＳＡ１）。端子部５１２を含む配線パターン５１０は、ノズル開口部１５どうしの間の距離（ノズルピッチ）、すなわち圧電素子３００どうしの間の距離に応じて精度良く形成される。

次に、フレキシブル基板５００の下面５００Ａの所定領域（実装領域）に対して、駆動回路部２００をフリップチップ実装する（ステップＳＡ２）。その後、樹脂２０１によってフレキシブル基板５００と駆動回路部２００とを固定する（ステップＳＡ３）。

このように、配線パターン５１０が設けられたフレキシブル基板５００上に駆動回路部２００を設けることで、液滴吐出ヘッド１全体のコンパクト化を図ることができ、また配線パターン５１０と駆動回路部２００との位置決めを容易に行うこともできる。また、駆動回路部２００をフレキシブル基板５００にフリップチップ実装することで、駆動回路部２００と配線パターン５１０との電気的な接続を、作業性良く且つ良好に行うことができる。

次に、フレキシブル基板５００に設けられた端子部５１２と、圧電素子３００の上電極膜８０とを接続する（ステップＳＡ４）。

端子部５１２と上電極膜８０とを接続する際には、図６に示すように、押圧部材８００によって、フレキシブル基板５００のエッジ領域５３０を上方から押圧する。ここで、押圧部材８００によるエッジ領域５３０に対する押圧動作は、フレキシブル基板５００の開口部５２０と、リザーバ形成基板２０の溝部７００とを位置合わせした状態で行う。この位置合わせした状態においては、第１圧電素子群３００Ａを構成する複数の圧電素子３００と、第１端子部５１２Ａを構成する複数の端子部５１２とのそれぞれが位置合わせされるとともに、第２圧電素子群３００Ｂを構成する複数の圧電素子３００と、第２端子部５１２Ｂを構成する複数の端子部５１２とのそれぞれが位置合わせされる。同様に、第３、第４圧電素子群３００Ｃ、３００Ｄを構成する複数の圧電素子３００と、第３、第４端子部５１２Ｃ、５１２Ｄを構成する複数の端子部５１２とのそれぞれが位置合わせされる。

フレキシブル基板５００のエッジ領域５３０は、押圧部材８００によって押圧されることにより、下方に向けて撓む（曲がる）ので、フレキシブル基板５００のエッジ領域５３０の下面５００Ａに設けられている端子部５１２と、溝部７００において露出している圧電素子３００の上電極膜８０とを接続することができる。ここで、端子部５１２及び上電極膜８０のうち少なくともいずれか一方には、ろう材又は異方性導電性材料９００が予め設けられているため、これらろう材又は異方性導電性材料９００を介在させた状態で、押圧部材８００による押圧動作を行うことで、端子部５１２と上電極膜８０（圧電素子３００）との電気的な接続を作業性良く且つ良好に行うことができる。なお、ろう材を予め設けておく場合には、端子部５１２及び上電極膜８０のうち、端子部５１２上に設けておくことが好ましい。フレキシブル基板５００の下面５００Ａには、上述したように、配線パターン５１０が、メッキを含むプリント技術によって形成されているが、その配線パターン５１０の形成手法と同様の手法で、フレキシブル基板５００の下面５００Ａにろう材を円滑に配置することができるからである。

そして、フレキシブル基板５００に設けられた端子部５１２と、圧電素子３００の上電極膜８０とを接続するための押圧部材８００による押圧動作においては、図６に示すように、押圧部材８００は、互いに対向する第１エッジ領域５３０Ａと第２エッジ領域５３０Ｂとのそれぞれを同時に押圧する。本実施形態においては、第１圧電素子群３００Ａを構成する圧電素子３００の上電極膜８０の−Ｘ側端部、及び第２圧電素子群３００Ｂを構成する圧電素子３００の上電極膜８０の＋Ｘ側端部それぞれが同一の溝部７００に配置されており、その第１、第２圧電素子群３００Ａ、３００Ｂに対応する第１、第２端子群５１２Ａ、５１２Ｂも、開口部５２０を挟んで互いに対向するように配置されている。そのため、第１エッジ領域５３０Ａ及び第２エッジ領域５３０Ｂのそれぞれを押圧部材８００で一括して同時に押圧することで、第１エッジ領域５３０Ａの第１端子群５１２Ａを構成する端子部５１２のそれぞれと第１圧電素子群３００Ａを構成する圧電素子３００（上電極膜８０）のそれぞれとの接続作業、及び、第２エッジ領域５３０Ａの第２端子群５１２Ｂを構成する端子部５１２のそれぞれと第４圧電素子群３００Ｄを構成する圧電素子３００（上電極膜８０）のそれぞれとの接続作業を、ほぼ同時に円滑に行うことが可能となる。したがって、接続作業性を向上することができる。同様に、第３エッジ領域５３０Ｃと第４エッジ領域５４０Ｄとのそれぞれを、押圧部材８００によってほぼ同時に押圧することで、良好な接続作業性を得ることができる。

また、フレキシブル基板５００上に、ノズルピッチに応じた端子部５１２を含む配線パターン５１０をプリント技術によって精度良く設けておくことで、ノズルピッチを小さくすることによって、圧電素子３００どうしの間のＹ軸方向に関する距離が小さく（狭く）なっても、そのノズルピッチに応じて設けられた複数の圧電素子３００（上電極膜８０）のそれぞれと端子部５１２との電気的な接続を作業性良く且つ良好に行うことができる。

押圧部材８００によって上方より下方に向かって押圧するとき、本実施形態においては、端子部５１２及び上電極膜８０の下側には、剛体である隔壁１０Ｋ（流路形成基板１０）が配置されている。すなわち、端子部５１２、異方性導電材料９００、及び上電極膜８０は、剛体である押圧部材８００と剛体である隔壁１０Ｋとの間に挟まれた状態となっている。したがって、押圧部材８００を隔壁１０Ｋに向けて押圧することで、端子部５１２と上電極膜８０とを良好に接続することができる。また、接続された後のフレキシブル基板５００上の端子部５１２及び上電極膜８０を、剛体である隔壁１０Ｋで良好に支持することができる。

端子部５１２と上電極膜８０との接続作業が完了した後、樹脂２０２によって、フレキシブル基板５００とリザーバ形成基板２０とを固定するとともに、端子部５１２と上電極膜８０との接続部を覆う（ステップＳＡ５）。これにより、フレキシブル基板５００の位置が固定されるとともに、フレキシブル基板５００自体が樹脂２０２によって補強される。更には、樹脂２０２によって、端子部５１２と上電極膜８０との接続部が保護される。

なお、本実施形態においては、フレキシブル基板５００と駆動回路部２００との接続を行った後、端子部５１２と圧電素子３００（上電極膜８０）との接続を行っているが、フレキシブル基板５００に設けられた端子部５１２と圧電素子３００との接続を行った後、そのフレキシブル基板５００と駆動回路部２００との接続を行うようにしてもよい。

＜液滴吐出装置＞

次に、上述した液滴吐出ヘッド１を備えた液滴吐出装置ＩＪの一例について図７を参照しながら説明する。図７は液滴吐出装置ＩＪの概略構成を示す斜視図である。

図７において、液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド１と、駆動軸４と、ガイド軸５と、コントローラＣＴと、ステージ７と、クリーニング機構８と、基台９と、ヒータ６とを備えている。ステージ７は液滴吐出ヘッド１より機能液を吐出される基板Ｐを支持するものであって、基板Ｐを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えている。液滴吐出ヘッド１のノズル開口部からは、ステージ７に支持されている基板Ｐに対して機能液が吐出される。

駆動軸４には駆動モータ２が接続されている。駆動モータ２はステッピングモータ等であり、コントローラＣＴからＹ軸方向の駆動信号が供給されると、駆動軸４を回転させる。駆動軸４が回転すると、液滴吐出ヘッド１はＹ軸方向に移動する。ガイド軸５は基台９に対して動かないように固定されている。ステージ７は、駆動モータ３を備えている。駆動モータ３はステッピングモータ等であり、コントローラＣＴからＸ軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ７をＸ軸方向に移動する。

コントローラＣＴは液滴吐出ヘッド１に液滴の吐出制御用の電圧を供給する。更に、コントローラＣＴは、駆動モータ２に対して液滴吐出ヘッド１のＹ軸方向への移動を制御する駆動パルス信号を供給するとともに、駆動モータ３に対してステージ７のＸ軸方向への移動を制御する駆動パルス信号を供給する。

クリーニング機構８は液滴吐出ヘッド１をクリーニングするものであって、図示しない駆動モータを備えている。この駆動モータの駆動により、クリーニング機構８はガイド軸５に沿ってＸ軸方向に移動する。クリーニング機構８の移動もコントローラＣＴにより制御される。ヒータ６はここではランプアニールにより基板Ｐを熱処理する手段であり、基板Ｐ上に塗布された機能液に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行う。このヒータ６の電源の投入及び遮断もコントローラＣＴにより制御される。

そして、液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド１と基板Ｐを支持するステージ７とを相対的に走査しつつ基板Ｐに対して液滴を吐出する。

なお、上述した実施形態において、液滴吐出ヘッド１より吐出される機能液としては、液晶表示デバイスを形成するための液晶表示デバイス形成用材料、有機ＥＬ表示デバイスを形成するための有機ＥＬ形成用材料、電子回路の配線パターンを形成するための配線パターン形成用材料などを含むものとする。これにより、液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出法に基づいて吐出した機能液によって、上記各デバイスを製造することができる。

１…液滴吐出ヘッド、１５…ノズル開口部、１５Ａ〜１５Ｄ…ノズル開口群、２０…リザーバ形成基板（封止部材）、７０…圧電体膜（圧電素子）、８０…上電極膜（電極部）、２００…駆動回路部、２０１…樹脂、２０２…樹脂、３００…圧電素子（駆動素子）、３００Ａ、３００Ｂ…圧電素子群（駆動素子群）、５００…フレキシブル基板、５１０…配線パターン（導電部）、５１２…端子部、５２０…開口部、５３０（５３０Ａ〜５３０Ｄ）…エッジ領域、５３０Ａ…第１エッジ領域（第１の領域）、５３０Ｂ…第２エッジ領域（第２の領域）、９００…異方性導電材料、ＩＪ…液滴吐出装置。

Claims

基板と、
圧電膜及び電極を含み、前記基板上に設けられた第一及び第二の圧電素子と、
前記第一及び第二の圧電素子における前記電極の一部を露出させた状態にて前記第一及び第二の圧電素子を封止する第一及び第二の封止部と、
導電部を有し、前記導電部が前記電極の露出された位置にて前記電極と電気的に接続されたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板上に設けられ、前記導電部と電気的に接続された駆動回路部とを備え、
前記フレキシブル基板の前記導電部と前記圧電素子の前記電極との接続位置が、前記第一の封止部と前記第二の封止部との間に位置し、
前記第一の封止部と前記第二の封止部との間に樹脂が設けられ、前記導電部と前記電極とが前記樹脂で保護されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
前記駆動回路部は、前記フレキシブル基板にフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
前記駆動回路部は、第二の樹脂によって周囲を囲まれていることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であって、
前記液滴吐出ヘッドは、基板と、
圧電膜及び電極を含み、前記基板上に設けられた第一及び第二の圧電素子と、
前記第一及び第二の圧電素子における前記電極の一部を露出させた状態にて前記第一及び第二の圧電素子を封止する第一及び第二の封止部と、
導電部を有し、前記導電部が前記電極の露出された位置にて前記電極と電気的に接続されたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板上に設けられ、前記導電部と電気的に接続された駆動回路部とを備え、
前記フレキシブル基板の前記導電部と前記圧電素子の前記電極との接続位置が、前記第一の封止部と前記第二の封止部との間に位置し、
前記第一の封止部と前記第二の封止部との間に樹脂が設けられ、前記導電部と前記電極とが前記樹脂で保護されていることを特徴とする液滴吐出装置。
フレキシブル基板上に設けられた駆動回路部と前記駆動回路部に電気的に接続される第一及び第二の駆動素子とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記第一及び第二の駆動素子を封止部材により封止する工程と、
前記第一の駆動素子が封止された第一の封止部と前記第二の駆動素子が封止された第二の封止部との間において、前記フレキシブル基板と前記駆動素子とを電気的に接続する工程と、
前記第一の封止部と前記第二の封止部との間に樹脂を設ける工程と、を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記フレキシブル基板と前記駆動素子とを接続する際、前記フレキシブル基板と前記駆動素子とを剛体で挟むことを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。