JP6769034B2 - Ｍｅｍｓデバイス、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置 - Google Patents

Ｍｅｍｓデバイス、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置 Download PDF

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Description

本発明は、液体噴射ヘッド等のＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および、ＭＥＭＳデバイスの製造方法に関するものであり、特に、第１電極端子を有する第１基板と第２電極端子を有する第２基板とを実装したＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および、ＭＥＭＳデバイスの製造方法に関する。
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスは、シリコン基板上に圧電素子等の駆動素子や電子回路等を備え、各種の液体噴射装置、表示装置、若しくは振動センサー等に応用されている。例えば、液体噴射装置では、ＭＥＭＳデバイスの一形態であることを特徴とする液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射（吐出）する。このようなＭＥＭＳデバイスでは、駆動素子等を駆動させるための電気信号を扱う複数の基板同士を電気的に接続する構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の構成では、液晶表示装置に用いられる回路基板に可撓性を有するフレキシブル基板が電気的に接続されている。フレキシブル基板と回路基板にはそれぞれ複数の電極端子が設けられ、それぞれ対応する電極端子同士が導電性粒子を含まない非導電性接合材（絶縁樹脂フィルム・ＮＣＦあるいは絶縁樹脂ペースト・ＮＣＰ）等の接合材（樹脂層６）を間に介在させて熱圧着されている。
特開２０１２−１９９２６２号公報
近年では、液体噴射ヘッドの小型化や高解像度化等の要請に伴い、端子間距離がより狭くなりつつある。そして、例えば各端子に０〔Ｖ〕から４２〔Ｖ〕の範囲の信号がそれぞれ入出力される構成では、隣接する端子間に最大で４２〔Ｖ〕の電圧が掛かる場合がある。このような場合に端子間距離が狭いと、隣接する端子間でマイグレーションやショート等が生じるおそれがある。以下において、最小端子間距離とは、互いに接続された一対の電極端子を一体の電極端子と見たときの、隣り合う電極端子同士の端子並設方向における最小距離（隣の電極端子までの最短距離）を意味するものとする。そして、例えば、図１６に示す構成では、一方の基板６７における隣り合う電極端子６９の間の距離をＤａ、他方の基板６８における隣り合う電極端子７０の間の距離をＤｂ（＞Ｄａ）としたとき、これらの電極端子６９，７０同士が適切に位置決めされて（両電極端子の端子並設方向における中心Ｃ１，Ｃ２がほぼ合致する状態で）接続されている場合、上記最小端子間距離ｄはＤａとなる。このため、通常はこのＤａに関してマイグレーション等が生じない範囲内の値となるように設計される（最小端子間距離ｄの設計値がＤａとなる）。ところが、図１７に示すように、電極端子の寸法・形状誤差もしくは基板６７，６８の位置決め誤差等により電極端子同士の相対位置がずれて（上記の中心Ｃ１，Ｃ２が互いにずれた状態で）接続された結果、隣り合う第１電極端子と第２電極端子とが互いに近づくことで両者の端子並設方向における距離Ｄｘが、上記Ｄａよりも小さくなる場合があった。すなわち、この場合、最小端子間距離ｄが設計値Ｄａよりも小さいＤｘとなり、これによりマイグレーション等の不具合が生じやすくなるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイグレーションやショート等の不具合を抑制することが可能なＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および、ＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明のＭＥＭＳデバイスは、上記目的を達成するために提案されたものであり、複数の第１電極端子が設けられた第１基板と、前記各第１電極端子にそれぞれ対応する複数の第２電極端子が設けられた結晶性基板からなる第２基板と、を備え、
前記各第１電極端子と前記各第２電極端子とが１対１で電気的に接合されたＭＥＭＳデバイスであって、
前記第１基板と対向する前記第２基板の実装面における前記第１電極端子に対応する位置に凸部が形成され、
前記第２電極端子は、前記凸部と当該凸部を被覆した導電性材料とを有することを特徴とする。
上記構成によれば、第２電極端子は、結晶性基板である第２基板に形成された凸部とこれを被覆する導電性材料とを有するので、異方性エッチング等により凸部を形成することで第２電極端子を寸法・形状精度良く形成することが可能となる。これにより、第２電極端子の寸法等の誤差を原因とする第１電極端子と第２電極端子との間の位置ずれが生じにくい。このため、電極端子同士の位置ずれによって最小端子間距離が設計値より小さくなることによるマイグレーション等の不具合を抑制することが可能となる。その結果、第１電極端子と第２電極端子との接続信頼性が向上する。
上記構成において、前記第２電極端子の前記第１電極端子との接合面の端子並設方向における寸法が、前記第１電極端子の前記第２電極端子との接合面の端子並設方向における寸法よりも小さい構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、第２電極端子の接合面の端子並設方向における寸法が、第１電極端子の接合面の端子並設方向における寸法よりも小さいので、第１基板と第２基板との間の位置決め誤差等に起因して第１電極端子と第２電極端子との間で位置ずれが生じたとしても、端子並設方向において第２電極端子の接合面が第１電極端子の接合面の範囲内に収まりやすい。このため、隣り合う電極端子間の最小端子間距離が設計値より小さくなることによるマイグレーション等の不具合を抑制することが可能となる。
上記構成において、前記凸部および隣り合う凸部の間の凹部が、端子並設方向に交差する方向に延在している構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、第２電極端子の接合面の端子並設方向における寸法が、第１電極端子の接合面の端子並設方向における寸法よりも小さい構成であっても、凸部が端子並設方向に交差する方向に延在しているので、当該方向において第１電極端子と第２電極端子との間の有効な接触面積を十分に確保することが可能となる。また、第１電極端子と第２電極端子とを非導電性樹脂等の接合材を用いて圧着により接続する構成においては、隣り合う凸部の間の凹部に第１電極端子と第２電極端子との間から押しのけられた接合材が導入されるので、第１電極端子と第２電極端子との上記接触面積を一層確実に確保することができる。また、凹部に導入された接合材により、第１基板と第２基板とをより確実に接合することができる。さらに、凹部に導入された接合材により、隣り合う電極端子間の絶縁性をより高めることができる。これにより、第１電極端子と第２電極端子との接続信頼性をより高めることが可能となる。
上記構成において、前記導電性材料と前記凸部との間にシリコン酸化膜が設けられている構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、導電性材料と凸部との間に絶縁膜として機能するシリコン酸化膜が設けられていることにより、隣り合う電極端子同士の間においてマイグレーション等の不具合を抑制することが可能となる。
また、本発明の液体噴射ヘッドは、上記ＭＥＭＳデバイスの一形態であることを特徴とする。
さらに、本発明の液体噴射装置は、上記液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。
上記構成によれば、より信頼性の高い液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供することが可能となる。
また、本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、上記何れかに記載のＭＥＭＳデバイスを製造する製造方法であって、
前記第２基板の実装面に異方性エッチングにより前記凸部を形成する凸部形成工程を有することを特徴とする。
上記製造方法によれば、凸部をより精度よく形成することが可能である。
上記製造方法において、前記凸部形成工程により形成された前記凸部を導電性材料で覆う導電層形成工程を含むことが望ましい。
上記製造方法によれば、異方性エッチングにより形成された凸部が導電性材料で覆われることで、より寸法・形状精度の高い第２電極端子が得られる。
上記製造方法において、端子並設方向において前記第２電極端子の接合面が対応する前記第１電極端子の接合面の範囲内に配置されるように、前記第１基板と前記第２基板とをアライメントするアライメント工程を含むことが望ましい。
この製造方法によれば、端子並設方向において第２電極端子の接合面が対応する第１電極端子の接合面の範囲内に配置されることにより、最小端子間距離が設計値よりも小さくなることが抑制される。
上記製造方法において、前記凸部形成工程の後に前記第２基板の実装面にシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含むことが望ましい。
この製造方法によれば、導電性材料と凸部との間に絶縁膜として機能するシリコン酸化膜が形成されることにより、隣り合う電極端子同士の間においてマイグレーション等の不具合を抑制することが可能となる。
液体噴射装置（プリンター）の構成を説明する斜視図である。 ＭＥＭＳデバイス（記録ヘッド）の構成を説明する断面図である。 第１基板（フレキシブル基板）の第１電極端子（配線電極端子）と第２基板（中継基板）の第２電極端子（基板電極端子）との接続部分の断面図である。 第２電極端子の斜視図である。 第２電極端子の平面図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 ＭＥＭＳデバイスの製造工程を説明する工程図である。 第２の実施形態における第２電極端子の斜視図である。 第２の実施形態における第２電極端子の平面図である。 従来の構成における電極端子の接続状態を説明する断面図である。 従来の構成における電極端子の接続状態を説明する断面図である。
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの一形態であり、液体噴射ヘッドの一形態でもあるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）、および、この記録ヘッドを搭載した液体噴射装置の一形態であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。
プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２の表面に対してインク（液体の一種）を噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３を搭載したキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、キャリッジ４に装着されることで、その内部に貯留されたインクを記録ヘッド３に供給する。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。
上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）によって検出され、プリンター１の制御部によって把握される。
次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の構成を説明する断面図である。また、図３は、中継基板３３の基板電極端子４９とフレキシブル基板３５の配線電極端子３６との接続部分の断面図である。さらに、図４は、中継基板３３の基板電極端子４９の斜視図であり、図５は、中継基板３３の基板電極端子４９の平面図である。
本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、複数の基板等が積層されてヘッドケース１６に取り付けられて構成されている。各基板は、ノズルプレート２１、連通基板２４、および圧力室形成基板２９が、この順で積層されて互いに接着剤等により接合されてユニット化されている。さらに、圧力室形成基板２９の連通基板２４側とは反対側の面には、振動板３１、圧電素子３２（駆動素子の一種）、中継基板３３（本発明における第２基板の一種）、および駆動ＩＣ３４が積層されている。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。
ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には後述する共通液室２５にインクを供給する液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、共通液室２５と共に、後述する圧力室形成基板２９に複数並設された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間である。また、ヘッドケース１６において液体導入路１８から外れた位置には、収容空間１７が形成されている。この収容空間１７内には圧力室形成基板２９、中継基板３３、および駆動ＩＣ３４等が収容されている。さらに、ヘッドケース１６には、収容空間１７に連通する配線挿通口１９が形成されている。この配線挿通口１９には、プリンター１の制御回路側からの駆動信号等を駆動ＩＣ３４に伝送するフレキシブル基板３５（本発明における第１基板の一種）が挿通されて、収容空間１７内における中継基板３３の上面（実装面）に形成された基板電極端子４９に接続されている。
本実施形態における連通基板２４は、シリコン製の板材である。この連通基板２４には、図２に示すように、液体導入路１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される共通液室２５と、この共通液室２５内のインクを各圧力室３０に個別に供給する複数の個別連通口２６と、が形成されている。また、連通基板２４の各ノズル２２に対応する位置には、連通基板２４の板厚方向を貫通したノズル連通口２７が形成されている。すなわち、ノズル連通口２７は、ノズル２２毎に対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。
ノズルプレート２１は、連通基板２４の下面（圧力室形成基板２９とは反対側の面）に接合されたシリコン製の基板である。本実施形態では、このノズルプレート２１により、共通液室２５となる空間の下面側の開口が封止されている。また、ノズルプレート２１には、複数のノズル２２が直線状（列状）に開設されている。この並設された複数のノズル２２（ノズル列）は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチで、主走査方向に直交する副走査方向に沿って等間隔に設けられている。
圧力室形成基板２９は、連通基板２４やノズルプレート２１と同様にシリコン基板から作製されている。この圧力室形成基板２９には、異方性エッチングにより圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数並設されている。この空間は、下方が連通基板２４により区画され、上方が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。各圧力室３０は、ノズル列方向と交差する方向に長尺に形成され、長手方向の一側の端部に個別連通口２６が連通すると共に他側の端部にノズル連通口２７が連通する。
振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室形成基板２９の上面（連通基板２４側とは反対側の面）に積層されている。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、当該振動板３１によって、圧力室３０の上面（天井面）が区画されている。この振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する部分は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。すなわち、振動板３１における圧力室３０の上部開口に対応する領域が、撓み変形が許容される駆動領域となる。この駆動領域の変形により、圧力室の容積が変化する。
なお、振動板３１は、例えば、圧力室形成基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体層と、から成る。そして、この絶縁体層上（振動板３１の圧力室形成基板２９側とは反対側の面）における各圧力室３０に対応する領域（すなわち駆動領域）に圧電素子３２がそれぞれ積層されている。本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、例えば、振動板３１上に、下電極層、圧電体層及び上電極層が順次積層されてなる。このように構成された圧電素子３２は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。各圧電素子３２からは、図２に示すように、リード電極３７が圧電素子３２より外側（すなわち、駆動領域から外れた非駆動領域）まで引き回されている。このリード電極３７は、圧電素子３２を駆動するための駆動信号を当該圧電素子３２に印加するための配線であり、圧電素子３２からノズル列方向に交差する方向に沿って振動板３１の端部まで延設されている。
本実施形態における中継基板３３は、結晶性基板、具体的にはシリコン単結晶基板からなり、所謂インターポーザーとして機能する板材である。この中継基板３３は、振動板３１との間に接合樹脂４３を介在させて圧電素子３１を収容する空間を形成する状態で配置されている。本実施形態では、表面、すなわち上面及び下面が（１００）面であるシリコン単結晶基板から作製されている。この中継基板３３の上面（圧電素子３２側とは反対側の面であり本発明における実装面に相当）側には、圧電素子３２の駆動に係る駆動信号を出力する駆動ＩＣ３４が配置されている。駆動ＩＣ３４は、後述するフレキシブル基板３５を通じて制御回路からの駆動信号や吐出データ（ラスターデータ）等が入力され、当該吐出データに基づいて駆動信号の中から各圧電素子３１にそれぞれ出力する駆動パルスの選択制御を行う。この駆動ＩＣ３４の下面（中継基板３３側の面）には、フレキシブル基板３５からの駆動信号等が入力される入力端子４２と、各圧電素子３２に対応して設けられた個別端子および各圧電素子３２に共通な共通端子からなる出力端子４１と、が設けられている。
また、中継基板３３の上面（実装面）には、上記駆動ＩＣ３４の入力端子４２に接続されると共に、フレキシブル基板３５の配線電極端子３６に接続される基板電極端子４９（本発明における第２電極端子の一種）が形成されている。この基板電極端子４９は、中継基板３３の上面において、駆動ＩＣ３４の入力端子４２毎にノズル列方向に沿って複数並設されている。図３に示すように、基板電極端子４９の並設方向（端子並設方向）に交差する方向（本実施形態においては、端子並設方向に直交する方向）に沿って延在する溝状の凹部５１が、端子並設方向に沿って所定の間隔を隔てて複数条形成されている。この凹部５１は、後述するように中継基板３３であるシリコン単結晶基板に異方性エッチング処理が施されることにより形成されている。隣り合う凹部５１同士の間には、端子並設方向の断面で台形状を呈する凸部５２が形成されている。この凸部５２の表面全体を覆うように金（Ａｕ）等の導電性材料からなる導電膜５３が成膜されており、主にこの凸部５２と導電膜５３とにより基板電極端子４９が構成されている。なお、凸部５２と導電膜５３との間には、後述するように絶縁膜５９（図８参照）が形成されている。これにより、隣り合う電極端子同士の間においてマイグレーションやショートの発生を低減することができる。さらに、絶縁膜５９と導電膜５３との間に、チタン・タングステン（ＴｉＷ）あるいはニッケル・クロム（ＮｉＣｒ）等の密着層が設けられていてもよい。この基板電極端子４９は、中継基板３３の上面において駆動ＩＣ３４の入力端子４２に対向する位置からフレキシブル基板３５の配線電極端子３６が接続される領域を通り中継基板３３の端（縁）に至るまで端子並設方向に交差（直交）する方向に延在している。このため、端子並設方向に交差する方向において、基板電極端子４９の寸法（全長）は、配線電極端子３６および入力端子４２の寸法よりも十分に長い。本実施形態においては、基板電極端子４９の全長は、例えば４００〔μｍ〕となっている。
フレキシブル基板３５（本発明における第１基板の一種）は、ポリイミド等の矩形状の剥離フィルムの一方の面に配線のパターンが形成されている可撓性を有する配線基板である。また、フレキシブル基板３５の一端部には配線電極端子３６（本発明における第１電極端子の一種）が駆動ＩＣ３４の入力端子４２に対応して複数列設され、また、他端部には制御回路からの駆動信号等が入力される他端側端子（図示せず）が設けられている。そして、フレキシブル基板３５において配線端子以外の配線パターンの表面は、ソルダーレジストで覆われている。配線挿通口１９から収容空間１７に連通されたフレキシブル基板３５の一端部は、略直角に屈曲されている。この屈曲された部分よりも先（一端側）に配設された配線電極端子３６は、導電性粒子を含まない熱硬化性樹脂からなる非導電性樹脂、あるいは、導電性粒子を含む熱硬化性樹脂からなる異方性導電樹脂等の接合材６１（図３参照）を介在させて基板電極端子４９と電気的に接続される。これにより、フレキシブル基板３５の各配線電極端子３６と駆動ＩＣ３４の各入力端子４２とが、基板電極端子４９を通じてそれぞれ導通される。
ここで、基板電極端子４９と配線電極端子３６の端子並設方向における寸法に関し、基板電極端子４９の先端面（配線電極端子３６との接合面）の寸法（トップ幅）ｗ１ａは、配線電極端子３６の先端面（基板電極端子４９との接合面）の寸法ｗ２ａよりも小さくなっている。これにより、フレキシブル基板３５と中継基板３３とが適切に位置決めされて基板電極端子４９と配線電極端子３６とが接続された状態では、基板電極端子４９の先端面は、端子並設方向において配線電極端子３６の先端面の範囲内に納まっている。すなわち、電極端子の接続方向で見て基板電極端子４９の先端面は、端子並設方向において配線電極端子３６の先端面に内包されている。同様に、端子並設方向において、基板電極端子４９の基端部分（根元部分）の寸法ｗ１ｂは、配線電極端子３６の基端部分の寸法ｗ２ｂよりも小さくなっている。本実施形態においては、各端子が５０〔μｍ〕ピッチ（端子並設方向における隣り合う電極端子の中心間距離）で形成されている構成において、配線電極端子３６の先端面の寸法ｗ２ａが２０〔μｍ〕、基端部分の寸法ｗ２ｂが２５〔μｍ〕であるのに対し、基板電極端子４９の先端面の寸法ｗ２ａが１５〔μｍ〕、基端部分の寸法ｗ２ｂが２０〔μｍ〕となっている。このため、本実施形態においては、電極端子の最小端子間距離ｄの設計値は、端子並設方向における隣り合う配線電極端子３６の間の距離Ｄ２（約１３〔μｍ〕）で規定される。
中継基板３３の上面において上記基板電極端子４９から外れた位置には、駆動ＩＣ３４の出力端子４１に電気的に接続される上面側配線３８が形成されている。この上面側配線３８は、各圧電素子３２に対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。一端部が出力端子４１と接続された上面側配線３８の他端部は、貫通配線４５を介して中継基板３３の下面に形成された下面側配線３９と接続されている。貫通配線４５は、中継基板３３の下面と上面との間を中継する配線であり、中継基板３３を板厚方向に貫通した貫通孔の内部に形成された金属等の導体からなる。
中継基板３３の下面（圧電素子３２側の面）には、各圧電素子３２のリード電極３７とそれぞれ電気的に接続されたバンプ電極４０が形成されている。このバンプ電極４０と上記の貫通配線４５とは、下面側配線３９を介して導通されている。本実施形態におけるバンプ電極４０は、中継基板３３のリード電極３７に対向する領域において振動板３１側に向けて突設されている。このバンプ電極４０は、振動板３１側に向けて突設された弾性体の振動板３１側の表面に金属膜等の導電層が部分的に形成されたものである。本実施形態におけるバンプ電極４０の弾性体は、中継基板３３の下面においてノズル列方向に沿って突条に形成されている。また、バンプ電極４０の導電層は、各圧電素子３２に対応して当該ノズル列方向に沿って複数形成されている。このようなバンプ電極４０は、導電層がリード電極３７に押し当てられることでリード電極３７との導通をとる。
このような中継基板３３と圧力室形成基板２９（詳しくは、振動板３１が積層された圧力室形成基板２９）とは、バンプ電極４０を介在させた状態で、接合樹脂４３により接合されている。この接合樹脂４３は、中継基板３３と圧力室形成基板２９とを接合する接着剤としての機能を有するほか、中継基板３３と圧力室形成基板２９との間に圧電素子３２の駆動を阻害しない程度の間隙を形成するスペーサーとしての機能、および、圧電素子３２が形成された領域を囲んで当該領域を封止する封止材としての機能も奏する。なお、接合樹脂４３としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂等を主成分として光重合開始剤等を含む熱硬化性樹脂が好適に用いられる。
そして、上記のように形成された記録ヘッド３は、インクカートリッジ７からのインクが液体導入路１８、共通液室２５、及び個別連通口２６を通じて圧力室３０に導入される。この状態で、フレキシブル基板３５から基板電極端子４９および入力端子４２を通じて駆動ＩＣ３４に入力された吐出データに応じて当該駆動ＩＣ３４から貫通配線４５等の各配線を介して圧電素子３２に選択的に駆動信号が印加される。これにより、圧電素子３２が駆動されて圧力室３０に圧力変動が生じ、この圧力変動が制御されることにより、ノズル２２からインク滴が噴射される。
次に、図６〜図１３を参照しつつ記録ヘッド３の製造工程、特に中継基板３３における基板電極端子４９の形成工程について説明する。まず、中継基板３３の材料であるシリコン単結晶基板の実装面となる面にマスク５６が形成される（マスク形成工程）。このマスクとしては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいは感光性樹脂からなるレジスト等、以下で説明する異方性エッチング（ウェットエッチング）工程でマスクとして機能するものであればよい。マスク５６が形成された後、露光および現像を経て、マスク５６に複数のマスク開口５７が端子並設方向となる方向に所定のピッチで形成される。このマスク開口５７は、端子並設方向に対応する方向に交差（直交）する方向に長尺な開口となっている。続いて、マスク開口５７側から水酸化カリウム（ＫＯＨ）からなるエッチング溶液を導入することにより凸部形成工程が行われる。このエッチング溶液による中継基板３３の上下面の結晶面に対するエッチングレートが他の結晶面に対するエッチングレートよりも高い。このため、図７に示すように、中継基板３３においてマスク開口５７内に露出している部分がエッチング溶液に晒されることで厚さ方向に次第に掘り下げられて凹部５１が形成される。これに伴い、隣り合う凹部５１の間には凸部５２が形成される。この凸部５２の端子並設方向に相当する方向における側面５８（凹部５１の内壁面）は、中継基板３３の上下面の結晶方位に応じて当該上下面に対して直交もしくは傾斜した面となる。本実施形態においては中継基板３３の上下面が（１００）面となっており、凸部５２の側面５８は、凹部５１の底面に向かうに連れて隣り合う凸部５２の側面５８に近接するように上下面に対し傾斜する。そして、図８に示すように、凹部５１が所定の深さとなるように、エッチング溶液の濃度、処理時間、および温度等が管理される。
凸部形成工程が完了すると、本実施形態においては、凹部５１の間に形成された凸部５２は端子並設方向における断面視で台形状を呈する。このように、中継基板３３の実装面に異方性エッチングが施されることにより、凸部５２をより寸法・形状精度よく形成することが可能である。なお、凸部５２を精度よく形成することが可能であれば、ウェットエッチングに限られず、ドライエッチングにより凸部５２を形成することもできる。また、凸部５２の形状に関し、必ずしも断面視で台形状でなくてもよく、断面視で長方形や正方形等であってもよい。また、凸部５２の先端面の平面視における形状（電極端子の接続方向から見たときの形状）は、中継基板３３の結晶方位に応じて長方形状または平行四辺形状を呈する。
続いて、図８に示すように、凹部５１および凸部５２が形成された中継基板３３の上面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁膜５９が熱酸化等により形成される（酸化膜形成工程）。なお、図８以外の図面においては絶縁膜５９の図示が省略されている。次に、図９および図１０に示すように、凸部５２の表面を覆うように導電膜５３が形成される（導電膜形成工程）。この導電膜形成工程では、凸部５２を露出させる開口６０ａが形成された導電膜用マスク６０が用いられ、スパッタ法により金（Ａｕ）等の導電性材料が成膜される。これにより、導電膜用マスク６０の開口６０ａ内に露出されている凸部５２の表面を覆う状態で導電膜５３が形成される。なお、導電膜５３の成膜方法としては、スパッタ法以外にＣＶＤ法やメッキ法等を採用することもできる。導電膜５３が形成されたならば、導電膜用マスク６０であるレジスト層が除去されて、中継基板３３の上面に基板電極端子４９が形成される。このように、異方性エッチングにより形成された凸部５２の表面が導電膜５３で覆われることで、より寸法・精度の高い基板電極端子４９が得られる。特に、基板電極端子４９の先端面の寸法・面積が、異方性エッチングによってより高い精度で得られる。なお、上記工程を経ることにより、上面側配線３８や下面側配線３９等も同時に同様に形成することができる。
中継基板３３の上面に基板電極端子４９が形成されたならば、続いて、ノズルプレート２１、連通基板２４、圧力室形成基板２９、振動板３１、圧電素子３２、中継基板３３、および駆動ＩＣ３４が順次積層されて組み付けられた状態で、当該中継基板３３上にフレキシブル基板３５が実装される。具体的には、まず、図１１に示すように、中継基板３３の上面（実装面）における各基板電極端子４９上に、硬化前の状態の接合材６１が転写（フィルム状の場合）あるいは塗布（ペースト状の場合）により積層される。続いて、図１２に示すように、中継基板３３の実装面における各基板電極端子４９とフレキシブル基板３５の各配線電極端子３６とが１対１に対応するように、中継基板３３とフレキシブル基板３５との相対位置が調整される（アライメント工程）。なお、フレキシブル基板３５において配線電極端子３６が設けられた一端部よりも他端側の部分は、予め屈曲されて中継基板３３の実装面に対して起立した姿勢とされる。このアライメント工程では、端子並設方向において基板電極端子４９の接合面が、対応する配線電極端子３６の接合面の範囲内に配置されるように、フレキシブル基板３５と中継基板３３との相対位置が治具等により調整される。これにより、後述するように、最小端子間距離ｄが設計値（本実施形態においてはＤ２）よりも小さくなることが抑制される。
中継基板３３とフレキシブル基板３５とが位置決めされた状態で、図１３に示すように、図示しない圧着ツールにより中継基板３３とフレキシブル基板３５とが接合材６１を介在させた状態で圧着される（圧着工程）。この際、配線電極端子３６と基板電極端子４９との重ね合わせ部分は、圧着ツールによって配線電極端子３６側から基板電極端子４９側に向けて加熱および加圧される。これにより、フレキシブル基板３５の配線電極端子３６は、加熱により軟化した接合材６１を押しのけつつ下降して、対応する基板電極端子４９に当接する。接合材６１が導電性粒子を含まない場合、配線電極端子３６と基板電極端子４９とが上記荷重により直接接触することで電気的に接続される。また、接合材６１が導電性粒子を含む場合、これらの配線電極端子３６と基板電極端子４９との重ね合わせ部に圧着ツールからの荷重が集中してこの部分における導電性粒子が潰れて重なり合うなどして、配線電極端子３６と基板電極端子４９とが導電性粒子を介して電気的に接続される。一方、配線電極端子３６と基板電極端子４９との間から押しのけられた（排除された）接合材６１は、電極端子間の凹部５１を含む隙間に導入される。
以上のような工程を経て、中継基板３３の実装面上にフレキシブル基板３５が実装される。このように、基板電極端子４９に関し、シリコン単結晶基板である中継基板３３に異方性エッチングが施されることにより、より高い寸法・形状精度で形成された凸部５２とこれを被覆する導電膜５３とを有する構成であるので、基板電極端子４９の寸法等の誤差を原因とする基板電極端子４９と配線電極端子３６との間の位置ずれが生じにくい。このため、電極端子同士の位置ずれによって最小端子間距離ｄが設計値よりも小さくなることによるマイグレーション等の不具合を抑制することが可能となる。このため、基板電極端子４９と配線電極端子３６との接続信頼性が向上する。すなわち、上述したように端子並設方向において、基板電極端子４９の接合面（先端面）の寸法ｗ１ａは、配線電極端子３６の接合面の寸法ｗ２ａよりも小さいので、端子同士が著しく（例えば、位置決め公差を超えて）位置ずれしない限り、端子並設方向において基板電極端子４９の接合面が配線電極端子３６の接合面の範囲内に収まる。換言すると、電極端子の接続方向で見て基板電極端子４９の先端面が端子並設方向において配線電極端子３６の先端面に内包される。このため、例えば、フレキシブル基板３５と中継基板３３との間の位置決め誤差やフレキシブル基板３５の配線電極端子３６の寸法誤差等に起因して、図１３に示すように端子並設方向において基板電極端子４９と配線電極端子３６との間で位置ずれが生じたとしても、隣り合う端子間の最小端子間距離ｄは、本実施形態においては設計値であるＤ２で一定に維持される。このため、電極端子同士の位置ずれ等によって最小端子間距離ｄが設計値より小さくなることによるマイグレーション等の不具合を抑制することが可能となる。そして、このような構成を採用することにより、より信頼性の高い記録ヘッド３およびプリンター１を提供することが可能となる。
また、凸部５２および隣り合う凸部５２の間の凹部５１が、端子並設方向に交差（直交）する方向に延在しているので、基板電極端子４９の接合面の端子並設方向における寸法ｗ１ａが、配線電極端子３６の接合面の端子並設方向における寸法ｗ２ａよりも小さい構成であっても、凸部５２が端子並設方向に交差する方向に延在しているので、当該方向において基板電極端子４９と配線電極端子３６との間の導通に有効な接触面積を十分に確保することが可能となる。また、基板電極端子４９と配線電極端子３６とを非導電性樹脂等の接合材６１を用いて圧着により接続する構成においては、隣り合う凸部５２の間の凹部５１に基板電極端子４９と配線電極端子３６との間から押しのけられた接合材６１が導入されるので、十分な接合強度と電極端子間の電気的絶縁性をより確実に確保することができる。その結果、基板電極端子４９と配線電極端子３６との接続信頼性を一層高めることが可能となる。
なお、上記においては、本発明における第１基板として可撓性を有するフレキシブル基板３５を例示したが、これには限られず、可撓性を有しないリジットな基板を第１基板とすることもできる。例えば、駆動ＩＣ３４を本発明における第１基板とし、当該駆動ＩＣ３４の入力端子４２を第１電極端子として、第２基板としての中継基板３３の第２電極端子である基板電極端子４９に接続する構成においても本発明を適用することができる。
図１４および図１５は、本発明の第２の実施形態における基板電極端子４９の構成を説明する図であり、図１４は斜視図、図１５は平面図である。本実施形態において、中継基板３３の実装面に異方性エッチングが施されて端子並設方向に交差する方向に延びる凹部５１が端子並設方向に所定のピッチで形成されることで隣り合う凹部５１の間に凸部５２が形成されている点は、上記第１の実施形態と共通している。本実施形態では、さらに凹部５１および凸部５２を横断するように端子並設方向に延びる横断溝６４が、端子並設方向に交差する方向（凸部５２の延在方向）に所定のピッチで形成されている点が、上記第１の実施形態と異なっている。横断溝６４は、上記凸部形成工程において異方性エッチングにより形成される。この横断溝６４により、凸部５２は複数の島状の部分に分割されている。凸部５２の延在方向において、横断溝６４の幅は、基板電極端子４９に接続される第１電極端子、すなわち、配線電極端子３６や入力端子４２の寸法よりも小さくなるように設定されている。このような横断溝６４を設けることにより、上記の配線電極端子３６と基板電極端子４９とを接合材６１により接続する工程において横断溝６４にも配線電極端子３６と基板電極端子４９との間から押しのけられた接合材６１が導入されるので、より高い接合強度とより高い電気的絶縁性を得ることができ、第１電極端子と第２電極端子との接続信頼性をさらに高めることが可能となる。
また、本発明は、例えばフレキシブル基板に駆動ＩＣが設けられた構成（中継基板を有しない構成）にも適用することができる。すなわち、圧電素子等の駆動素子（アクチュエーター）の複数の電極端子（例えば、上記リード電極３７）が第２電極端子としてシリコン製の第２基板（例えば、圧力室形成基板２９）に設けられ、この電極端子に第１基板としてのＣＯＦ等のフレキシブル基板の第１電極端子である配線電極端子が接続される構成においても本発明を適用することができる。
さらに、本発明は、複数の基板の電極端子同士が電気的に接続されたＭＥＭＳデバイスであれば適用することが可能である。例えば、可動領域の圧力変化、振動、あるいは変位等を検出するセンサー等のＭＥＭＳデバイスにも本発明を適用することができる。
そして、上記実施形態においては、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、複数の基板の電極端子同士が電気的に接続された他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液体の一種として液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。
１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…搬送機構，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，６…パルスモーター，１０…ガイドロッド，１５…流路ユニット，１６…ヘッドケース，１７…収容空間，１８…液体導入路，１９…配線挿通口，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２４…連通基板，２５…共通液室，２６…個別連通口，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…中継基板，３４…駆動ＩＣ，３５…フレキシブル基板，３６…配線電極端子，３７…リード電極，３８…上面側配線，３９…下面側配線，４０…バンプ電極，４１…出力端子，４２…入力端子，４３…接合樹脂，４５…貫通配線，４９…基板電極端子，５１…凹部，５２…凸部，５３…導電膜，５４…酸化膜，５６…マスク，５７…マスク開口，５８…側壁，５９…絶縁膜，６０…導電膜用マスク，６１…接合材，６４…横断溝

Claims (10)

  1. 複数の第１電極端子が並設方向に並んで設けられた第１基板と、複数の第２電極端子が前記並設方向に並んで設けられた結晶性基板からなる第２基板と、を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
    前記第１電極端子は、第１凸部を有し、
    前記第２電極端子は、第２凸部と、前記第２凸部を被覆した導電性材料と、を有し、
    前記第１凸部と前記第２凸部が前記並設方向に同じ位置に位置するように、前記第１電極端子と前記第２電極端子が接合されることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
  2. 前記第２電極端子の前記第１電極端子との接合面の前記並設方向における寸法が、前記第１電極端子の前記第２電極端子との接合面の前記並設方向における寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
  3. 前記第２電極端子の基端部分の前記並設方向における寸法が、前記第１電極端子の基端部分の前記並設方向における寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイス。
  4. 前記複数の第１電極端子のうちの前記並設方向において隣接する２つの前記第１電極端子の間の距離が、前記複数の第２電極端子のうちの前記並設方向において隣接する２つの前記第２電極端子の間の距離よりも長いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
  5. 前記複数の第１電極端子のうちの前記並設方向において隣接する２つの前記第１電極端子の間、および前記複数の第２電極端子のうちの前記並設方向において隣接する２つの前記第２電極端子の間には、熱硬化性樹脂からなる接合材が設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
  6. 前記第１凸部は、前記導電性材料と当接し、且つ、前記第２凸部と当接しないことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
  7. 複数の圧電素子と、
    外部からの駆動信号に基づいて、前記複数の圧電素子を駆動するための駆動信号を選択的に出力する駆動ＩＣと、を更に有し、
    前記第１基板は、外部からの駆動信号を、前記第２基板を介して前記駆動ＩＣに伝達するための基板であって、
    前記第２基板は、前記第１基板からの駆動信号を前記駆動ＩＣに伝達し、且つ、前記駆動ＩＣからの駆動信号を前記圧電素子に伝達するための基板であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
  8. 前記第２電極端子は、前記導電性材料と前記第２凸部との間に設けられた絶縁膜を更に有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
  9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスを備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。
  10. 請求項９に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
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