JP5737966B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インク等の液体を吐出して記録動作を行う液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関するものである。

液体吐出ヘッドには、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子の駆動に用いられる電気信号や電力を記録装置本体から受け取るために、記録装置本体側と電気的に接続される外部信号入力端子が設けられている。外部信号入力端子とエネルギー発生素子を備える記録素子基板とを接続するには、可撓性のテープ部材からなる電気配線部材を用いるのが一般的である。電気配線部材は、ベースフィルム、カバーフィルムの樹脂フィルムの間に銅箔を挟み込み、各々を接着して積層することで構成され、記録素子基板を組み込むための開口であるデバイスホールを有している。銅箔からなる電気配線部材の配線は、エネルギー発生素子を駆動するための電力配線と信号配線とに分けることができる。この電力配線には、駆動電圧を印加するための配線と、駆動電圧のグランド配線とが含まれる。電気配線部材と記録素子基板との接続は、電気配線部材からデバイスホールに露出したインナーリードと、記録素子基板に設けられた電気接続部とをボンディングすることにより電気的に接続される。

特許文献１には、インナーリードと電気接続部とをギャングボンディング方式で接続する際に、インナーリードと端子との接続部の面積の総和をほぼ等しく設定することで、ばらつきを抑えた接続強度で電気接続する手法が記載されている。

記録素子基板の電気接続部と電気配線部材のインナーリードとの電気接続において、電気配線部材の配線抵抗を小さくするため、電気配線部材の配線の幅は太くすることが好ましい。配線抵抗を小さくするために、電気配線部材のデバイスホールに露出したインナーリードの先端に比べてインナーリードの根元部の幅を太くする方法が知られている。しかし、インナーリードの根元の幅が太いとインナーリード自身の反力が強くなってしまい、ボンディンの際に不具合が発生する恐れがある。

配線テープの配線抵抗を小さくし、かつ、ボンディングを良好に行うために、電気配線部材の配線がデバイスホールに露出しない部分、つまりベースフィルムとカバーフィルムとで挟まれた領域で配線の幅を細くする手法がある。

特開２００６−２９７７５３号公報

しかし、記録素子基板の小型化、配線の高密度化、エネルギー発生素子の数の増加により、エネルギー発生素子を駆動するための各々の電力配線にかかる電流量が増加する傾向にある。すると、電気配線部材のインナーリードの幅が細くなる部分の電気抵抗が大きくなり、熱が溜りやすくなる。さらに、この熱が溜りやすい配線が細くなる部分が電気配線部材を構成しているフィルムに挟まれていると熱がよりこもりやすくなる。

本発明の目的は、上記課題に着目してなされたもので、電気配線部材に溜る熱を低減しつつ、ボンディングの際のインナーリードの反力を低減することで安定したボンディングを可能とすることができる、液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することである。

上記目的を達成する本発明は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、複数の前記エネルギー発生素子に電気的に接続される複数の電気接続部と、を備える記録素子基板と、樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムに挟持された複数の配線と、前記記録素子基板を露出させるために前記樹脂フィルムに形成されたデバイスホールと、前記デバイスホールの縁から突出して露出した前記複数の配線の先端であって前記記録素子基板の有する複数の電気接続部に対して接続される複数のリード配線と、前記複数の配線に接続されるとともに外部の記録装置本体の電気接点と接続可能となるように前記樹脂フィルムに形成された複数の入力端子と、を備える電気配線部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記複数の配線は、前記エネルギー発生素子に電力を送るための電力配線と、前記エネルギー発生素子に信号を送るための信号配線と、を含み、前記信号配線の最大幅をＡ、前記信号配線につながるリード配線の根元部の配線幅をＢ、前記電力配線につながるリード配線の根元部の配線幅をＤとした場合に、Ａ＞ＢかつＢ＜Ｄの関係を満たすことを特徴とする。

さらに本発明は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、複数の前記エネルギー発生素子に電気的に接続される複数の電気接続部と、を備える記録素子基板と、樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムに挟持された複数の配線と、前記記録素子基板を露出させるために前記樹脂フィルムに形成されたデバイスホールと、前記デバイスホールの縁から突出して露出した前記複数の配線の先端であって前記記録素子基板の有する複数の電気接続部に対して接続される複数のリード配線と、前記複数の配線に接続されるとともに外部の記録装置本体の電気接点と接続可能となるように前記樹脂フィルムに形成された複数の入力端子と、を備える電気配線部材と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記複数の配線は、前記エネルギー発生素子に電力を送るための電力配線と、前記エネルギー発生素子に信号を送るための信号配線と、を含み、前記信号配線の最大幅をＡ、前記信号配線につながるリード配線の根元部の配線幅をＢ、前記電力配線につながるリード配線の根元部の配線幅をＤとした場合に、Ａ＞ＢかつＢ＜Ｄの関係を満たす電気配線部材を用意する工程と、複数の前記リード配線と複数の前記電気接続部とをギャングボンディングによって一括で電気接続する工程と、を有することを特徴とする。

配線部における熱の滞留を抑制しつつ、ボンディングの際のリード配線の反力を抑制することで、信頼性の高い電気接続部を備えた液体吐出ヘッドおよびその製造方法の提供が可能となる。

本発明の液体吐出カートリッジ斜視図 本発明の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板の模式図 本発明の液体吐出ヘッドを構成する電気配線部材の模式図 本発明の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板と電気配線部材の模式図 本発明の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板と電気配線部材の断面図 本発明の第１実施形態の液体吐出ヘッドのリード配線部近傍を示す模式図 本発明の第２実施形態の液体吐出ヘッドのリード配線部近傍を示す模式図

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１から図５は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。図１（ａ）は、液体吐出ヘッドとインク容器１０３とを一体に構成した液体吐出カートリッジ１００の斜視図である。図１（ｂ）は記録ヘッド部を分解して示す分解斜視図である。図２（ａ）は記録ヘッド部を構成する記録素子基板１０１の表面を示す平面図であり、図２（ｂ）は記録素子基板１０１の裏面を示す平面図である。図３は記録ヘッドの一部を構成する電気配線部材１０２の表面を示す平面図である。図４は記録素子基板１０１と電気配線部材１０２を電気的に接続した状態を示す平面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は記録素子基板１０１と電気配線部材１０２を電気的に接続する時の製造工程を説明する断面図である。

本実施形態において、記録素子基板１０１は、厚さ０．６２５ｍｍのシリコン（Ｓｉ）材料よりなる板状部材である。この記録素子基板の一方の面に、インクを吐出するためのエネルギー発生素子としての複数の電気熱変換素子（不図示）と、それぞれの電気熱変換素子であるヒーターに電力を供給するアルミニウム（Ａｌ）等の電気配線が、成膜技術により形成されている。さらに図２（ａ）に示すように、記録素子基板１０１の電気熱変換素子が形成された面の側には、これらの電気熱変換素子に対応する複数のインク流路と複数のインク吐出口１０４が形成された流路形成部材１１６が、フォトリソグラフィ技術により形成される。さらに記録素子基板１０１には、複数のインク流路にインクを供給するためのインク供給口１０５が、基板を貫通して形成される。電気配線部材１０２は、記録素子基板１０１を組み込むための開口であるデバイスホール１０７と、記録素子基板１０１に形成される電気配線と接続する電気接続部１０６に対応するインナーリード１１２を備えている。インナーリード１１２はデバイスホール内に延在して形成されおり、複数が所定の方向に並列して形成されている。

また電気配線部材１０２は、外部の記録装置本体の電気接点と接続することで記録装置からの駆動制御信号を受け取るための入力端子１０８も備えている。入力端子１０８は記録装置の電気接点と接続可能に形成されており、入力端子１０８とリード配線であるインナーリード１１２は、銅箔の配線で連結されている。電気配線部材１０２の一例としてＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式のテープが挙げられる。図５に示すように、電気配線部材１０２と記録素子基板１０１とを用意して、ギャングボンディングツール１１５を用いて、一括でインナーリード１１２と記録素子基板１０１の電気接続部とを熱加圧して圧着し、電気的に接続する。ボンディング接続の際に、ボンディングツールによりインナーリード１１２を押し曲げて電気接続を行うため、インナーリード自体の強度が強すぎるとボンディングツールで押圧した後に電気接続部１０６から離間してしまう場合がある。よってデバイスホール内に延伸するインナーリード部の幅を小さくする等して、インナーリードの強度を抑制することが好ましい。ボンディング接続した後、インク等の液体や外力からこれらの接続部分を保護するために封止材が塗布される。

（第１の実施形態）
図６は第１の実施形態の液体吐出ヘッドの電気配線部材１０２のインナーリード近傍を示す模式図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は液体吐出ヘッドの記録素子基板１０１と電気配線部材１０２を電気的に接続した状態を示す模式図である。図６（ｃ）は液体吐出ヘッドの電気配線部材１０２の模式図の拡大図である。図６（ｃ）は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子である電気熱変換素子（ヒーター）に電力を送るための電力配線１１１とそれにつながるインナーリード１１４を示す。さらに、ヒーターに信号を送るための信号配線１１０とそれにつながるインナーリード１１３とを示したものである。電力配線１１１にはヒーターに対して相対的に高い基準電圧を供給する配線（ＶＨ配線）と、相対的に低い基準電圧を供給する配線（ＧＮＤ配線）とが含まれる。

図６に示すように、電気配線部材１０２の配線のうち、エネルギー発生素子に電力を送るための電力配線１１１につながるインナーリード１１４の形状を、電気配線部材のデバイスホールに露出している部分まで、インナーリード１１４の先端部分よりも幅を太くする。このように配線の太い部分を多くすることで配線の抵抗を下げることができ、電力配線に比較的大きな電流が流れた場合に好ましい形態となる。また、熱の溜りやすかった配線が細くなる部分を電気配線部材１０２の樹脂フィルムで挟持されている部分から、デバイスホールのインナーリード部に形成することで、その部位を外部に露出させることができ、耐電流・耐熱性向上につながる。また、エネルギー発生素子に信号を送るための信号配線１１０は、フィルムに挟まれた領域に配線が細くなる部分を形成する。これにインナーリード部の配線を細くできるので、記録素子基板１０１と電気配線部材１０２をギャングボンディングする際に、インナーリードの反力を低減させることができるので、反力に負けることなく安定的に接続することができる。本発明においてはこのような条件をみたす電力配線、信号配線、およびそれらにつながるインナーリードを少なくとも１本備えていればよい。

このように、配線に比較的大きな電流が流れる電力配線には、配線抵抗をより小さくすることと、熱の滞留を抑制する点を重視し、信号配線には、ボンディング接続の際のインナーリードの反力を小さくする点を重視して配線の形状を選択している。これにより、電力配線の配線抵抗を小さく、かつ電気配線部材に溜る熱を低減しつつ、ボンディングの際のインナーリードの反力を低減することができる。

上述した構成を図６（ｃ）で説明すると、樹脂のフィルムに挟まれる信号配線１１０のうち、最も幅の大きい部分の配線幅をＡ、信号配線１１０と接続されるインナーリード１１３の根元部の配線幅をＢとする。またフィルムに挟まれる電力配線１１１のうち、最も幅の大きい部分の配線幅をＣ、電力配線１１１と接続されるインナーリード１１４の根元部の配線幅をＤとした場合、Ａ＞Ｂ、かつ、Ｂ＜Ｄの条件を満たすような配線を形成する。これにより熱の影響、配線抵抗、ボンディング時の反力をそれぞれ考慮した配線構成とすることが可能となる。また、Ａ≦Ｃを満たすことで信号配線に比べてより大きな電流が流れる電力配線の抵抗をより小さくできる。

本実施形態においては、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、電力配線１１１のインナーリード１１４はインナーリードの配列の端部を除く位置で、インナーリードの配列に対してほぼ対称となる位置に配置している。これにより、ギャングボンディングの際のインナーリード１１２の反力のバランスをとること出来るので安定的な接続のために好ましい。特に図６（ａ）では、インナーリードの配列の中央領域に電力配線１１１およびそのインナーリード１１４を配置し、その両側にほぼ対象となるように信号配線１１０およびそのインナーリード１１３を複数配置している。このようにインナーリードの強度が比較的大きいインナーリード１１４を中央に配置することで、ギャングボンディングの際の押圧のバランスを良好に保て、安定したボンディングが可能となる。

また本実施形態においてはＶＨ配線とＧＮＤ配線を含む電力配線１１１において、配列方向の中央領域に形成する電力配線１１１をＶＨ配線とする。ＧＮＤ配線は２本に分岐させることで配線抵抗を小さくしている。このようにＧＮＤ配線は２本に分岐させることで、各々の配線は電力配線１１１ほど太くしなくてもよい。つまりＧＮＤ配線の幅は信号配線と同程度の配線幅とすることができる。それによりインナーリードの幅も小さくすることができるので、インナーリードの強度を小さくすることができ、配線抵抗も小さくできる。

尚、上記説明では記録素子基板の一端側の電気接続についてのみ説明したが、記録素子基板の反対の端部についても同様の形態をとることが好ましい。

（第２の実施形態）
図７は第２実施形態の液体吐出ヘッドの電気配線部材１０２のインナーリード１１２近傍を示す模式図である。図７（ａ）および図７（ｂ）は液体吐出ヘッドの記録素子基板１０１と電気配線部材１０２を電気的に接続した模式図である。図７（ｃ）は液体吐出ヘッドの電気配線部材１０２の模式図の拡大図である。図７（ｃ）は、ヒーターに電力を送るエネルギー発生素子の駆動のための電力配線１１１とそのインナーリード１１４と、ヒーターに信号を送るエネルギー発生素子の駆動のための信号配線１１０とそのインナーリード１１３とを示したものである。電力配線１１１にはヒート電圧を印加する配線と、ヒート電圧のグランド配線とが含まれる。

図７に示すように、電気配線部材１０２のうち、エネルギー発生素子に電力を送るための電力配線１１１のインナーリード１１４の形状を、電気配線部材１０２のデバイスホール１０７に露出しているインナーリード１１４の先端部分まで幅を太くする。具体的に示すと、図７（ｃ）に示すようにフィルムに挟まれている信号配線１１０のうち、最大幅の部分をＡ、信号配線１１０のインナーリード１１３の根元部の配線幅をＢとする。同様に、フィルムに挟まれている電力配線１１１のうちの最大幅の部分をＣ、電力配線１１１のインナーリード１１４の根元部の配線幅をＤとした時に、Ａ＞ＢかつＢ＜Ｄの関係を満たす。このようにすることで、配線に比較的大きな電流が流れた場合でも、実施形態１の場合に比べて、より配線の抵抗を下げることができる。インナーリード１１４の配線幅を大きくすることで、インナーリード自身の強度は大きくなるが、図７に示すように電力配線１１１の数を１〜２本にし、インナーリード配列の中央部領域に配置することで安定的なボンディングが可能となる。

また電気配線部材のスペースに余裕がある場合には、信号配線１１０とそのインナーリード１１３の配線幅をＣ＞Ｄとすることで、より配線の抵抗を低減することができる。
上記各実施形態では、ギャングボンディングにより、記録素子基板１０１と電気配線部材１０２のインナーリード１１２を接続する方式を例にとり説明したが、各端子の接続において、シングルボンディング方式であっても本発明を適用可能である。また、上述した実施形態では、記録ヘッドとインク容器とが一体型の形態で説明するが、記録ヘッドに対してインク容器が着脱可能な方式であっても良い。

なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定さるものではなく、各実施形態の構成を適宜組み合わせることも可能であり、特許請求の範囲に記載された範囲内で適宜変更可能である。

１００ 液体吐出カートリッジ
１０１ 記録素子基板
１０２ 電気配線部材
１０４ 吐出口
１０５ インク供給口
１０６ 電気接続部
１０７ デバイスホール
１０８ 入力端子
１０９ 配線
１１０ 信号配線
１１１ 電力配線
１１２ インナーリード
１１３ 信号配線のインナーリード
１１４ 電力配線のインナーリード

Claims (8)

1. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、複数の前記エネルギー発生素子に電気的に接続される複数の電気接続部と、を備える記録素子基板と、
   樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムに挟持された複数の配線と、前記記録素子基板を露出させるために前記樹脂フィルムに形成されたデバイスホールと、前記デバイスホールの縁から突出して露出した前記複数の配線の先端であって前記記録素子基板の有する複数の電気接続部に対して接続される複数のリード配線と、前記複数の配線に接続されるとともに外部の記録装置本体の電気接点と接続可能となるように前記樹脂フィルムに形成された複数の入力端子と、を備える電気配線部材と、
   を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記複数の配線は、前記エネルギー発生素子に電力を送るための電力配線と、前記エネルギー発生素子に信号を送るための信号配線と、を含み、
   前記信号配線の最大幅をＡ、前記信号配線につながるリード配線の根元部の配線幅をＢ、前記電力配線につながるリード配線の根元部の配線幅をＤとした場合に、
   Ａ＞ＢかつＢ＜Ｄ
   の関係を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記電力配線の最大幅をＣとした場合に、Ａ≦Ｃの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記電力配線につながるリード配線の根元部の幅は該リード配線の先端部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記複数の配線は所定の方向に並列して配列されており、前記電力配線は前記配列の端部を除く位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記電力配線は前記配列における中央部に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、複数の前記エネルギー発生素子に電気的に接続される複数の電気接続部と、を備える記録素子基板と、
   樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムに挟持された複数の配線と、前記記録素子基板を露出させるために前記樹脂フィルムに形成されたデバイスホールと、前記デバイスホールの縁から突出して露出した前記複数の配線の先端であって前記記録素子基板の有する複数の電気接続部に対して接続される複数のリード配線と、前記複数の配線に接続されるとともに外部の記録装置本体の電気接点と接続可能となるように前記樹脂フィルムに形成された複数の入力端子と、を備える電気配線部材と、
   を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記複数の配線は、前記エネルギー発生素子に電力を送るための電力配線と、前記エネルギー発生素子に信号を送るための信号配線と、を含み、前記信号配線の最大幅をＡ、前記信号配線につながるリード配線の根元部の配線幅をＢ、前記電力配線につながるリード配線の根元部の配線幅をＤとした場合に、Ａ＞ＢかつＢ＜Ｄの関係を満たす電気配線部材を用意する工程と、
   複数の前記リード配線と複数の前記電気接続部とをギャングボンディングによって一括で電気接続する工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記電力配線の最大幅をＣとした場合に、Ａ≦Ｃの関係を満たすことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記電力配線につながるリード配線の根元部の幅は該リード配線の先端部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項６または７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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