JP6772594B2 - Connection structure, manufacturing method of connection structure, inkjet head, and inkjet printer - Google Patents
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Description
本発明は、第1の基板と第2の基板とを接着剤で接着した接続構造体およびその製造方法と、インクジェットヘッドと、インクジェットプリンタとに関するものである。 The present invention relates to a connection structure in which a first substrate and a second substrate are adhered with an adhesive, a method for manufacturing the same, an inkjet head, and an inkjet printer.
従来から、機能素子(例えば圧電素子)や配線が形成された第1の基板(例えばリジッド基板)と、他の配線が形成された第2の基板(例えばフレキシブル基板)とを接着する際に、異方性導電接着剤を用いる技術が知られている。異方性導電接着剤は、導電粒子を樹脂中に分散させた接着剤であり、例えば、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)が知られている。上記の導電粒子としては、例えば、金属被覆樹脂ボール、はんだ粒子、ニッケル(Ni)粒子が用いられる。 Conventionally, when bonding a first substrate (for example, a rigid substrate) on which a functional element (for example, a piezoelectric element) or wiring is formed and a second substrate (for example, a flexible substrate) on which other wiring is formed, A technique using an anisotropic conductive adhesive is known. The anisotropic conductive adhesive is an adhesive in which conductive particles are dispersed in a resin, and is, for example, an anisotropic conductive film (ACF) or an anisotropic conductive paste (ACP). It has been known. As the above-mentioned conductive particles, for example, metal-coated resin balls, solder particles, and nickel (Ni) particles are used.
異方性導電接着剤を用いた接着では、機能素子が形成された第1の基板の配線(電極やバンプも含む)と、第2の基板の配線との間に導電粒子を挟んでこれらを電気的に接続する。このため、導電粒子は、樹脂中に均一に分散して存在していればよい。圧着ツールによる加熱および加圧によって異方導電性接着剤を溶融させ、これを熱硬化または紫外線硬化させることにより、第1の基板と第2の基板とを異方導電性接着剤で接着することができる。 In bonding using an anisotropic conductive adhesive, conductive particles are sandwiched between the wiring (including electrodes and bumps) of the first substrate on which the functional element is formed and the wiring of the second substrate. Connect electrically. Therefore, the conductive particles need only be uniformly dispersed in the resin. The anisotropic conductive adhesive is melted by heating and pressurizing with a crimping tool, and the first substrate and the second substrate are bonded with the anisotropic conductive adhesive by thermosetting or ultraviolet curing the adhesive. Can be done.
近年、機能素子の高密度化に伴い、基板に形成される配線ピッチに更なるファインピッチ化(狭ピッチ化、ピッチの微細化)が求められている。上述したACFやACPからなる異方性導電接着剤を用いた接着では、ファインピッチ化のために導電粒子を微粉化して充填率を上げることが求められるが、導電粒子の充填率を上げると、導電粒子同士が重なり合うとともに、隣接する配線間に導電粒子が凝集し、電気的なショートを起こすことが懸念される。 In recent years, as the density of functional elements has increased, further fine pitching (narrowing of pitch, finer pitch) has been required for the wiring pitch formed on the substrate. In the above-mentioned bonding using an anisotropic conductive adhesive composed of ACF or ACP, it is required to finely pulverize the conductive particles to increase the filling rate. However, when the filling rate of the conductive particles is increased, There is a concern that the conductive particles may overlap each other and the conductive particles may aggregate between adjacent wires, causing an electrical short circuit.
そこで、例えば特許文献1では、導電粒子と、導電粒子よりも比重の大きい絶縁粒子とを樹脂中に分散させた異方性導電シートを2つの基板の間に配置し、加熱および加圧によって上記樹脂を溶融させて、絶縁粒子を沈降させ、下側の基板の電極(配線)付近の領域において、絶縁粒子の密度が導電粒子の密度よりも高くなった状態で、溶融した樹脂を硬化させて、上記2つの基板を接着している。絶縁粒子を沈降させた状態で樹脂を硬化させるため、隣接する配線間での導電粒子の凝集を抑えることができ、これによって、電気的なショートを抑えることが可能となっている。
Therefore, for example, in
ところで、2つの基板を導電性接着剤で接着する際に、導電性および接着性を両方とも確保する観点では、樹脂中の粒子の含有率は、一般的に、2.5〜12.5%の範囲にすることが必要である。ちなみに、上記含有率が下限(2.5%)よりも小さくなると、粒子(特に導電粒子)が少なくなることで導電性を確保することが困難となり、上記含有率が上限(12.5%)を超えると、粒子が多くなりすぎて、樹脂による接着性を確保することが困難となる。導電粒子と絶縁粒子とを含有する特許文献1の接着剤においても、導電性および接着性を確保するために、上記と同様の粒子の含有率が設定されていることが想定される。ただし、粒子の含有率の上限については、接着性確保の観点から、導電粒子と絶縁粒子とを合わせた含有率が上限(12.5%)を超えないように設定する必要があると考えられる。
By the way, when bonding two substrates with a conductive adhesive, the content of particles in the resin is generally 2.5 to 12.5% from the viewpoint of ensuring both conductivity and adhesiveness. It is necessary to make it within the range of. By the way, when the content is smaller than the lower limit (2.5%), it becomes difficult to secure conductivity due to the decrease in particles (particularly conductive particles), and the content is the upper limit (12.5%). If it exceeds, the number of particles becomes too large, and it becomes difficult to secure the adhesiveness of the resin. Even in the adhesive of
いずれにしても、導電粒子を含有する接着剤を用いて2つの基板を接着する場合、2つの基板間(上下の配線間)では、導電粒子が存在する部分でしか電流が流れない。このため、2つの基板間での接続抵抗が高くなり、その結果、以下の不都合が生じる可能性がある。つまり、2つの基板を接着した構造体を例えばインクジェットヘッドなどのデバイスに適用し、一方の基板から他方の基板に駆動信号を供給する際に、駆動信号が遅延したり、例えば矩形波が台形波になるなど、駆動信号になまりが生じる。その結果、デバイスの性能(例えば印字品質)が低下する。 In any case, when two substrates are bonded using an adhesive containing conductive particles, a current flows between the two substrates (between the upper and lower wirings) only in the portion where the conductive particles exist. Therefore, the connection resistance between the two substrates becomes high, and as a result, the following inconveniences may occur. That is, when a structure in which two substrates are bonded is applied to a device such as an inkjet head and a drive signal is supplied from one substrate to the other substrate, the drive signal is delayed or, for example, a square wave is a trapezoidal wave. The drive signal becomes blunt. As a result, the performance of the device (for example, print quality) deteriorates.
そこで、例えば特許文献2では、2つの基板を、導電粒子を実質的に含まない樹脂層を介して接続するようした接続構造体が開示されている。上記の樹脂層としては、例えば非導電性フィルム(NCF;Non Conductive Film)や非導電性ペースト(NCP;Non Conductive Paste)などの絶縁樹脂、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱硬化性絶縁樹脂を用いている。接着剤として上記樹脂層を用いる場合、両基板の配線同士が直接接触する(当接する)ように、上記樹脂層を介して両基板を圧接することで、接続構造体が得られる。
Therefore, for example,
このように、導電粒子を含まない樹脂層を接着剤として用いることにより、導電粒子による電気的なショートが生じる懸念がなく、配線ピッチの狭小化を図る上で有利となる。また、両基板の配線同士が直接接触するため、両基板間の接続抵抗を大幅に下げることが可能となり、上述したデバイスの性能低下を回避することもできると考えられる。 As described above, by using the resin layer containing no conductive particles as the adhesive, there is no concern that an electrical short circuit occurs due to the conductive particles, which is advantageous in narrowing the wiring pitch. Further, since the wirings of both boards are in direct contact with each other, it is possible to significantly reduce the connection resistance between the two boards, and it is considered that the above-mentioned deterioration of the device performance can be avoided.
ところで、接着剤は、一般的に、温度や湿度などの環境条件の変化によって膨張または収縮する。このため、特許文献2のように、接着剤による両基板の接着によって、両基板の配線同士が単に接触しているだけの状態では、接着剤の状態変化が生じたときに、配線同士の導通を維持することができなくなるという問題が生ずる。つまり、例えば、接着剤が高温環境下や高湿環境下で膨張すると、その膨張によって各基板が互いに離れる方向に力を受けるため、上下の配線同士が互いに引き離される。また、その後、接着剤が温度または湿度の変化によって収縮したとしても、その収縮の程度が弱い場合には、上下の配線が元の接触位置まで戻らなくなる。いずれの場合も、各基板の配線同士の導通を維持することができなくなる。
By the way, adhesives generally expand or contract due to changes in environmental conditions such as temperature and humidity. Therefore, as in
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、各基板の配線同士が直接接触するように、各基板を接着剤で接着する構成において、接着剤が膨張または収縮しても、各基板の配線同士の導通を維持することができる接続構造体およびその製造方法と、その接続構造体を備えたインクジェットヘッドと、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to expand or expand the adhesive in a configuration in which the substrates are bonded with an adhesive so that the wirings of the substrates are in direct contact with each other. Provided are a connection structure capable of maintaining continuity between wirings of each substrate even when contracted, a method for manufacturing the same, an inkjet head provided with the connection structure, and an inkjet printer provided with the inkjet head. There is.
本発明の一側面に係る接続構造体は、対向して位置する第1の基板および第2の基板と、前記第1の基板および前記第2の基板を接着する接着剤とを含む接続構造体であって、前記第1の基板の表面の一部に直接または金属層を介して位置し、前記第2の基板側に突出する凸状の弾性変形体と、前記凸状の弾性変形体における前記第1の基板とは反対側の表面に、少なくとも一部が位置する第1の配線と、前記第2の基板上に位置し、前記第1の配線と直接接触する第2の配線とをさらに含み、前記凸状の弾性変形体は、前記接着剤の膨張または収縮に応じて弾性変形して、前記第1の配線と前記第2の配線との接触を維持するように、予め弾性変形した状態で前記第1の基板と前記第2の基板との間で保持されている。 The connection structure according to one aspect of the present invention is a connection structure including a first substrate and a second substrate located opposite to each other and an adhesive for adhering the first substrate and the second substrate. In the convex elastic deformed body, which is located on a part of the surface of the first substrate directly or via a metal layer and projects toward the second substrate side, and the convex elastic deformed body. The first wiring, which is at least partially located on the surface opposite to the first substrate, and the second wiring, which is located on the second substrate and is in direct contact with the first wiring, are provided. Further included, the convex elastic deformed body is elastically deformed in response to expansion or contraction of the adhesive, and is elastically deformed in advance so as to maintain contact between the first wiring and the second wiring. In this state, it is held between the first substrate and the second substrate.
本発明の他の側面に係る接続構造体の製造方法は、第1の基板の表面の一部に、直接または金属層を介して、前記第2の基板側に突出する凸状の弾性変形体を形成する弾性変形体形成工程と、前記凸状の弾性変形体における前記第1の基板とは反対側の表面に、少なくとも一部が位置するように第1の配線を形成する配線形成工程と、第2の配線が表面に形成された第2の基板を、接着剤を介して前記第1の基板に圧着することにより、前記第1の配線と前記第2の配線とを直接接触させる圧着工程とを含み、前記圧着工程では、前記凸状の弾性変形体が前記接着剤の膨張または収縮に応じて弾性変形して、前記第1の配線と前記第2の配線との接触を維持するように、圧着により前記凸状の弾性変形体を予め弾性変形させた状態で前記第1の基板と前記第2の基板との間で保持する。 The method for manufacturing a connection structure according to another aspect of the present invention is a convex elastic deformed body that protrudes toward the second substrate side on a part of the surface of the first substrate, directly or via a metal layer. The elastic deformed body forming step of forming the above, and the wiring forming step of forming the first wiring so that at least a part of the convex elastic deformed body is located on the surface opposite to the first substrate. , The second substrate on which the second wiring is formed on the surface is crimped to the first substrate via an adhesive, so that the first wiring and the second wiring are in direct contact with each other. In the crimping step, the convex elastic deformable body elastically deforms in response to expansion or contraction of the adhesive to maintain contact between the first wiring and the second wiring. As described above, the convex elastic deformed body is held between the first substrate and the second substrate in a state of being elastically deformed in advance by crimping.
上記の接続構造体およびその製造方法によれば、第1の基板と第2の基板とが接着剤で接着(圧着)されることにより、第1の基板の第1の配線と第2の基板の第2の配線とが直接接触している。このとき、第1の配線の少なくとも一部は、凸状の弾性変形体の表面に位置している。この凸状の弾性変形体は、接着剤の膨張または収縮に応じて弾性変形して、第1の配線と第2の配線との接触を維持するように、予め弾性変形した状態で第1の基板と第2の基板との間で保持されている。これにより、接着剤が膨張または収縮しても、弾性変形体の弾性変形によって各基板の配線同士の導通を維持することができる。特に、弾性変形体は、予め弾性変形した状態で保持されているため、接着剤の膨張または収縮に応じて、弾性変形体を、予め弾性変形した状態から伸ばす方向にも、縮ませる方向にも弾性変形させることができ、これによって、第1の配線と第2の配線との接触を維持することができる。 According to the above-mentioned connection structure and its manufacturing method, the first wiring of the first substrate and the second substrate are formed by adhering (crimping) the first substrate and the second substrate with an adhesive. Is in direct contact with the second wiring of. At this time, at least a part of the first wiring is located on the surface of the convex elastic deformed body. The convex elastic deformed body is elastically deformed in response to expansion or contraction of the adhesive, and is elastically deformed in advance so as to maintain contact between the first wiring and the second wiring. It is held between the substrate and the second substrate. As a result, even if the adhesive expands or contracts, the conduction between the wirings of the respective substrates can be maintained by the elastic deformation of the elastically deformed body. In particular, since the elastically deformed body is held in the elastically deformed state in advance, the elastically deformed body can be expanded or contracted from the pre-elastically deformed state according to the expansion or contraction of the adhesive. It can be elastically deformed so that contact between the first and second wires can be maintained.
さらに、弾性変形体は凸状であり、その周囲には、弾性変形体の弾性変形を阻害する部材は存在しないため、弾性変形体は、接着剤の膨張または収縮に応じて自由に弾性変形することが可能となる。 Further, since the elastic deformed body is convex and there is no member around the elastic deformed body that hinders the elastic deformation of the elastic deformed body, the elastic deformed body is freely elastically deformed in response to expansion or contraction of the adhesive. It becomes possible.
したがって、接着剤が膨張または収縮しても、凸状の弾性変形体の自由度の高い弾性変形により、第1の基板と第2の基板との間での配線同士の導通を維持することができる。 Therefore, even if the adhesive expands or contracts, the elastic deformation of the convex elastic deformed body with a high degree of freedom can maintain the continuity between the wirings between the first substrate and the second substrate. it can.
前記凸状の弾性変形体は、前記接着剤の膨張時に、予め弾性変形した状態からの復元力によって伸び、前記接着剤の収縮時に縮むことにより、前記第1の配線と前記第2の配線との接触を維持してもよい。弾性変形体の予め弾性変形した状態からの伸び縮みを利用することにより、接着剤の膨張時および収縮時の両方において、第1の基板と第2の基板との間での配線同士の接触および導通を確実に維持することができる。 The convex elastic deformed body expands due to the restoring force from the elastically deformed state in advance when the adhesive expands, and contracts when the adhesive contracts, so that the first wiring and the second wiring Contact may be maintained. By utilizing the expansion and contraction of the elastically deformed body from the pre-elastically deformed state, the contact between the wirings between the first substrate and the second substrate and the contact between the first substrate and the second substrate both during expansion and contraction of the adhesive. Continuity can be reliably maintained.
前記凸状の弾性変形体における前記第1の基板とは反対側の表面は、前記第1の基板と平行な平面を含んでいてもよい。また、前記弾性変形体形成工程では、前記凸状の弾性変形体における前記第1の基板とは反対側の表面が、前記第1の基板と平行な平面となるように、前記凸状の弾性変形体を形成してもよい。凸状の弾性変形体の表面が平面を含むと、その上に位置する第1の配線も平面状となる。そのような平面状の第1の配線を有する構成において、上述の効果を得ることができる。 The surface of the convex elastic deformed body opposite to the first substrate may include a plane parallel to the first substrate. Further, in the elastic deformed body forming step, the convex elastic body is formed so that the surface of the convex elastic deformed body opposite to the first substrate becomes a plane parallel to the first substrate. A variant may be formed. When the surface of the convex elastic deformed body includes a flat surface, the first wiring located on the flat surface is also flat. In a configuration having such a flat first wiring, the above-mentioned effect can be obtained.
前記凸状の弾性変形体における前記第1の基板とは反対側の表面は、前記第1の基板とは反対側に凸状の面を含んでいてもよい。また、前記弾性変形体形成工程では、前記凸状の弾性変形体における前記第1の基板とは反対側の表面が、前記第1の基板とは反対側に凸状の面となるように、前記凸状の弾性変形体を形成してもよい。 The surface of the convex elastic deformed body opposite to the first substrate may include a convex surface on the opposite side to the first substrate. Further, in the elastic deformed body forming step, the surface of the convex elastic deformed body on the side opposite to the first substrate becomes a convex surface on the side opposite to the first substrate. The convex elastic deformed body may be formed.
凸状の弾性変形体の表面に凸面があると、その上に位置する第1の配線も凸状となる。この場合、接着剤を介して第1の基板に第2の基板を圧着する際に、弾性変形体上に位置する第1の配線と、第2の基板の第2の配線との間に存在する接着剤を、第1の配線の凸形状によって周囲に押し出しながら圧着することができ、両配線間への上記接着剤の噛み込みを低減することができる。これにより、接着剤の噛み込みによる両配線の接触面積の低下およびそれによる両基板間の接続抵抗の増大を回避することができる。したがって、例えば上記構成の接続構造体をデバイスに適用したときに、上記接続抵抗の増大に起因するデバイスの性能低下を回避することができる。 If there is a convex surface on the surface of the convex elastic deformed body, the first wiring located on the convex surface is also convex. In this case, when the second substrate is crimped to the first substrate via the adhesive, it exists between the first wiring located on the elastically deformed body and the second wiring of the second substrate. The adhesive to be bonded can be crimped while being pushed out to the periphery by the convex shape of the first wiring, and the biting of the adhesive between the two wirings can be reduced. As a result, it is possible to avoid a decrease in the contact area between the two wirings due to the biting of the adhesive and an increase in the connection resistance between the two substrates due to this. Therefore, for example, when the connection structure having the above configuration is applied to the device, it is possible to avoid the deterioration of the performance of the device due to the increase in the connection resistance.
前記凸状の弾性変形体は、前記第1の配線が前記第1の基板に沿って延びる方向と平行に延びるように、前記第1の基板上に位置していてもよい。また、前記凸状の弾性変形体は、前記第1の配線が前記第1の基板に沿って延びる方向と交差する方向に延びるように、前記第1の基板上に位置していてもよい。このように凸状の弾性変形体が第1の基板上に位置する構成において、上述の効果を得ることができる。特に、前記凸状の弾性変形体は、隣り合う前記第1の配線の間で離間するように、前記第1の基板上に位置していてもよい。この場合、凸状の弾性変形体を、隣り合う第1の配線の間にも形成する構成に比べて、少ない弾性変形体の量で効率よく上述の効果を得ることができる。 The convex elastic deformed body may be located on the first substrate so that the first wiring extends in parallel with the direction extending along the first substrate. Further, the convex elastic deformed body may be located on the first substrate so that the first wiring extends in a direction intersecting the direction extending along the first substrate. In such a configuration in which the convex elastic deformed body is located on the first substrate, the above-mentioned effect can be obtained. In particular, the convex elastic deformed body may be located on the first substrate so as to be separated from the adjacent first wirings. In this case, the above-mentioned effect can be efficiently obtained with a small amount of the elastically deformed body as compared with the configuration in which the convex elastic deformed body is also formed between the adjacent first wirings.
上記の接続構造体およびその製造方法において、前記第1の基板は、リジッド基板であり、前記第2の基板は、フレキシブル基板であってもよい。このように、第1の基板としてリジッド基板を用い、第2の基板としてフレキシブル基板を用いた構成において、上述の効果を得ることができる。 In the connection structure and the manufacturing method thereof, the first substrate may be a rigid substrate, and the second substrate may be a flexible substrate. As described above, the above-mentioned effect can be obtained in the configuration in which the rigid substrate is used as the first substrate and the flexible substrate is used as the second substrate.
上記の接続構造体およびその製造方法において、前記接着剤は、非導電性接着剤であってもよい。また、前記非導電性接着剤は、非導電性フィルムまたは非導電性ペーストであってもよい。これらの非導電性接着剤は、導電性接着剤のような電気的導通を確保するための導電粒子を含まないため、隣り合う配線間で導電粒子による電気的なショートが生じる心配がない。したがって、第1の配線および第2の配線を狭ピッチ(ファインピッチ)で形成することが可能となる。 In the above-mentioned connection structure and the method for producing the same, the adhesive may be a non-conductive adhesive. Further, the non-conductive adhesive may be a non-conductive film or a non-conductive paste. Since these non-conductive adhesives do not contain conductive particles for ensuring electrical conduction unlike conductive adhesives, there is no concern that electrical short circuits will occur due to conductive particles between adjacent wirings. Therefore, it is possible to form the first wiring and the second wiring at a narrow pitch (fine pitch).
本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドは、上述した接続構造体を含み、前記接続構造体の前記第1の基板は、インクを収容する圧力室が形成された支持基板と、前記圧力室からインクを吐出させるノズル孔を有するノズル基板とを含む。 The inkjet head according to still another aspect of the present invention includes the connection structure described above, and the first substrate of the connection structure includes a support substrate on which a pressure chamber for containing ink is formed and the pressure chamber. Includes a nozzle substrate having a nozzle hole for ejecting ink from.
接続構造体に含まれる支持基板の圧力室内のインクは、ノズル基板のノズル孔を介して外部に吐出される。このような構成のインクジェットヘッドにおいて、上述した接続構造体を用いることにより、接着剤が膨張または収縮しても、第1の基板と第2の基板との間での配線同士の導通を維持することができるため、信頼性の高いインクジェットヘッドを実現することができる。 The ink in the pressure chamber of the support substrate included in the connection structure is ejected to the outside through the nozzle holes of the nozzle substrate. In the inkjet head having such a configuration, by using the connection structure described above, the continuity between the wirings between the first substrate and the second substrate is maintained even if the adhesive expands or contracts. Therefore, a highly reliable inkjet head can be realized.
上記のインクジェットヘッドは、下部電極、圧電体および上部電極を、前記第1の基板側からこの順でさらに含み、前記上部電極が、前記接続構造体の前記第1の配線と接続されていてもよい。この構成では、第2の配線および第1の配線を介して上部電極に駆動電圧を印加して、圧電体を駆動(伸縮させる)ことが可能となる。このようなインクジェットヘッドにおいて、使用環境(温度、湿度など)の変化によって接着剤が膨張または収縮しても、上述した接続構造体を用いていることにより、第1の基板と第2の基板との間での配線同士の導通を維持することができる。このため、使用環境の変化に関係なく、駆動電圧に応じて圧電体を適切に駆動することができる。 The above-mentioned inkjet head further includes a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode in this order from the first substrate side, and even if the upper electrode is connected to the first wiring of the connection structure. Good. In this configuration, a driving voltage can be applied to the upper electrode via the second wiring and the first wiring to drive (expand / contract) the piezoelectric body. In such an inkjet head, even if the adhesive expands or contracts due to changes in the usage environment (temperature, humidity, etc.), the first substrate and the second substrate can be separated by using the above-mentioned connection structure. It is possible to maintain the continuity between the wirings between them. Therefore, the piezoelectric body can be appropriately driven according to the driving voltage regardless of the change in the usage environment.
本発明のさらに他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる。上述したインクジェットヘッドを備えていることにより、信頼性の高いインクジェットプリンタを実現することができる。 The inkjet printer according to still another aspect of the present invention includes the above-mentioned inkjet head, and ejects ink from the inkjet head toward a recording medium. By providing the above-mentioned inkjet head, a highly reliable inkjet printer can be realized.
上記の接続構造体およびその製造方法によれば、各基板の配線同士が直接接触するように、各基板を接着剤で接着する構成において、接着剤が膨張または収縮しても、凸状の弾性変形体の自由度の高い弾性変形により、各基板の配線同士の導通を維持することができる。 According to the above-mentioned connection structure and its manufacturing method, in a configuration in which each substrate is adhered with an adhesive so that the wirings of the respective substrates are in direct contact with each other, even if the adhesive expands or contracts, the convex elasticity Due to the elastic deformation of the deformed body with a high degree of freedom, the continuity between the wirings of each substrate can be maintained.
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をA〜Bと表記した場合、その数値範囲に下限Aおよび上限Bの値は含まれるものとする。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, when the numerical range is expressed as A to B, the numerical range includes the values of the lower limit A and the upper limit B.
〔接続構造体の構成〕
図1は、本実施形態の接続構造体1の概略の構成を示す断面図である。接続構造体1は、リジッド基板11(第1の基板)と、フレキシブル基板21(第2の基板)と、接着剤31とを含んでいる。
[Structure of connection structure]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
リジッド基板11は、剛性を有する基板であり、例えば単結晶Si(シリコン)単体からなる半導体基板、SOI(Silicon on Insulator)基板、ガラス基板、またはこれらの組み合わせ、などで構成されている。なお、上記のSOI基板は、酸化膜を介して2枚のSi基板を接合したものである。フレキシブル基板21は、可撓性を有する基板であり、リジッド基板11と対向して配置される。このフレキシブル基板21は、例えばポリイミドなどの樹脂膜で構成されている。接着剤31は、リジッド基板11と、フレキシブル基板21とを接着する接着剤であり、例えば非導電性フィルム(NCF)や非導電性ペースト(NCP)などの非導電性接着剤(熱硬化性絶縁樹脂)で構成されている。
The
接続構造体1は、弾性変形体12、第1の配線13および第2の配線22をさらに有している。弾性変形体12は、リジッド基板11の表面の一部に直接または金属層を介して、リジッド基板11からフレキシブル基板21側に突出するように複数設けられており、その断面形状は、リジッド基板11側からフレキシブル基板21側に向かって凸状である。各々の弾性変形体12は、リジッド基板11上で互いに離間して位置している。
The
なお、上記の金属層は、必要に応じて設けられればよい。例えば、本実施形態の接続構造体1が後述するインクジェットヘッドに適用される場合、機能素子である圧電素子の下部電極として、上記金属層を設けることができる。
The metal layer may be provided as needed. For example, when the
弾性変形体12は、例えばポリイミド樹脂からなる感光性材料や、パリレン樹脂で構成されているが、接着剤31の膨張または収縮に応じて弾性変形する材料であれば、どのような材料で構成されてもよい。弾性変形体12におけるリジッド基板11とは反対側の表面12aは、例えばリジッド基板11と平行な平面を含む。
The elastically
第1の配線13は、複数設けられており、凸状の弾性変形体12の表面12aに、その少なくとも一部が位置している。したがって、同図に示すように、第1の配線13の全体が弾性変形体12の表面12aに位置していてもよいし、後述するように、第1の配線13の一部のみが、弾性変形体12の表面12aに位置していてもよい(第1の配線13の残りは、リジッド基板11上に位置していてもよい)。弾性変形体12の表面12aが平面である場合、その表面12a上では、第1の配線13は、表面12aに沿って平面状に形成される。第1の配線13は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、金(Au)などの導電性を有する金属材料で構成されればよく、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
A plurality of the
第2の配線22は、フレキシブル基板21上の複数箇所に、各第1の配線13と対応するパターンで位置しており、第1の配線13と直接接触する。第2の配線22も、第1の配線13と同様に、Al、Ti、Pt、Ni、Auなどの導電性を有する金属材料で構成されればよく、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
The
上述した凸状の弾性変形体12は、接着剤31の膨張または収縮に応じて弾性変形して、第1の配線13と第2の配線22との接触を維持することができるように、予め弾性変形した状態でリジッド基板11とフレキシブル基板21との間で保持されている。これにより、温度変化や湿度変化などの環境変化によって接着剤31が膨張または収縮しても、第1の配線13と第2の配線22との導通を維持することができる。
The convex elastic
つまり、例えば、高温環境下や高湿環境下で接着剤31が膨張すると、接着剤31を挟むリジッド基板11とフレキシブル基板21とが相対的に離れる方向に移動する。このとき、弾性変形体12は、予め弾性変形した状態からの復元力によって、第1の配線13をフレキシブル基板21側に変位させる方向に伸びる。このため、リジッド基板11とフレキシブル基板21とが離れようとしても、弾性変形体12の伸びによって第1の配線13と第2の配線22との接触を維持することができる。一方、高温から低温への環境変化等によって接着剤31が収縮すると(元に戻ろうとすると)、リジッド基板11とフレキシブル基板21とが相対的に近づく方向に移動し、第1の配線13と第2の配線22とが接触(当接)する。このとき、第1の配線13には第2の配線22からの応力(押圧力)が付加されるが、弾性変形体12は、上記応力によって第1の配線13をリジッド基板11側に変位させる方向に縮むため、第1の配線13と第2の配線22とを適切な押圧力で接触させ、かつ、その接触を維持することができる。
That is, for example, when the adhesive 31 expands in a high temperature environment or a high humidity environment, the
特に、弾性変形体12は、予め弾性変形した状態で保持されているため、接着剤31の膨張または収縮に応じて、弾性変形体12を、予め弾性変形した状態を基準として、そこから伸ばす方向にも、縮ませる方向にも弾性変形させることができ、これによって、第1の配線13と第2の配線22との接触を維持することができる。その結果、接着剤31が膨張または収縮しても、第1の配線13と第2の配線22との導通を維持することができる。
In particular, since the elastically
さらに、弾性変形体12は凸状であることから、弾性変形体12の周囲(隣り合う弾性変形体12・12の間)には、弾性変形体12の弾性変形を阻害する部材は存在しない。このため、凸状の弾性変形体12は、接着剤31の膨張または収縮に応じて、上述したように、第1の配線13を進退させる方向(リジッド基板11に垂直な方向)に自由に弾性変形することが可能となる。なお、凸状の弾性変形体12の周囲には、接着剤31が存在しているが、この接着剤31は、その膨張時には、弾性変形体12を伸ばすように作用し、その収縮時には、弾性変形体12を縮ませるように作用する。つまり、弾性変形体12の周囲の接着剤31は、弾性変形体12の弾性変形を助長する方向に作用する。したがって、接着剤31は、弾性変形体12の弾性変形を阻害する部材にはなり得ない。
Further, since the elastic
以上より、接着剤31が膨張または収縮しても、凸状の弾性変形体12の上述した自由度の高い弾性変形によって、第1の配線13と第2の配線22との導通を維持する(安定させる)ことができる。
From the above, even if the adhesive 31 expands or contracts, the conduction between the
また、凸状の弾性変形体12は、接着剤31の膨張時に、予め弾性変形した状態からの復元力によって伸び、接着剤31の収縮時に縮む。このように、弾性変形体12の予め弾性変形した状態からの伸び縮みを利用することにより、接着剤31の膨張時および収縮時の両方において、第1の配線13と第2の配線22との接触および導通を確実に維持することができる。
Further, the convex elastic
また、第1の配線13と第2の配線22とで、高さ(厚み)にばらつきがあった場合でも、凸状の弾性変形体12が弾性変形することで、そのばらつきを吸収できるため、これらの電気的な接続を安定させることができる。また、接着剤31は、非導電性接着剤(熱硬化性樹脂)であり、導電粒子を含有していないため、隣接する第1の配線13・13同士のショートを防ぐ点で有効であり、ファインピッチ化を容易に達成することも可能となる。このようなファインピッチ化は、後述するインクジェットヘッドなどのデバイスにおいて、第1の配線13と接続される素子(圧電素子)の高密度配置を実現し、小型の構成で高精細な画像を描画できる点で非常に有利となる。また、第1の配線13および第2の配線22が導電粒子を介さずに直接接触するため、リジッド基板11とフレキシブル基板21との間の接続抵抗を大幅に下げることが可能となり、接続抵抗の増大に起因するデバイスの性能低下を回避することも可能となる。
Further, even if there is a variation in height (thickness) between the
〔接続構造体の製造方法〕
次に、上述した接続構造体1の製造方法について、図2〜図5に基づいて説明する。図2〜図5は、本実施形態の接続構造体1の製造工程を示す断面図である。本実施形態の接続構造体1の製造方法は、弾性変形体形成工程と、配線形成工程と、圧着工程とを含んでいる。
[Manufacturing method of connection structure]
Next, the method for manufacturing the
(弾性変形体形成工程)
弾性変形体形成工程では、リジッド基板11の表面の一部に、リジッド基板11からフレキシブル基板12側に突出する凸状の弾性変形体12を形成する。より具体的には、以下の通りである。なお、ここでは、例として、リジッド基板11の表面の一部に弾性変形体12を直接形成する場合について説明するが、金属層(後述する下部電極に対応)を介して弾性変形体12を形成してもよい。この場合は、例えば、リジッド基板11の表面全体に金属層を形成した後、その金属層の表面の一部に弾性変形体12を形成すればよい。
(Elastic deformed body forming process)
In the elastic deformed body forming step, a convex elastic
まず、図2に示すように、リジッド基板11の表面全体に弾性変形体12を成膜する(S1)。リジッド基板11としては、ここではSi基板を用いる。なお、Siのヤング率は、65GPa程度であり、Si基板の全体の厚みは500μm程度である。また、弾性変形体12としては、ここでは、ポリイミド樹脂からなる感光性材料(例えば東京応化製 TMMRシリーズ)を用い、上記感光性材料(液状材料)をスピンコータ―等でリジッド基板11上に塗布する。ポリイミド樹脂のヤング率は、5GPa程度であり、圧着前の厚みは、4μm程度である。なお、弾性変形体12をパリレン樹脂で構成してもよい。パリレン樹脂を用いる場合、真空蒸着によって弾性変形体12を成膜することができる。
First, as shown in FIG. 2, an elastic
弾性変形体12の成膜厚みは、例えば2〜15μm程度であることが望ましい。このような厚み範囲では、フレキシブル基板21の電極高さ(第2の配線22の厚み)にばらつきがある場合や、フレキシブル基板21等に反りがある場合でも、そのばらつき等を吸収して、安定して配線同士を接続することが可能になる。
The film thickness of the elastically
続いて、弾性変形体12のパターン用マスクをアライメントする(S2)。弾性変形体12として上記感光性材料を用いる場合は、紫外線(UV光)で上記感光性材料をパターニングすることが可能である。図2では、弾性変形体12である感光性材料上に、フォトマスク41をアライメントした状態を示している。
Subsequently, the pattern mask of the elastic
次に、弾性変形体12のパターンを形成する(S3)。すなわち、上記感光性材料をUV光で露光した後、現像することにより、凸状の弾性変形体12のパターンを形成する。このとき、凸状の弾性変形体12におけるリジッド基板11とは反対側の表面12aが、リジッド基板11と平行な平面となるように、凸状の弾性変形体12を形成する。
Next, the pattern of the elastic
(配線形成工程)
配線形成工程では、凸状の弾性変形体12におけるリジッド基板11とは反対側の表面12aに、第1の配線13を形成する。より具体的には、以下の通りである。
(Wiring formation process)
In the wiring forming step, the
まず、図3に示すように、リジッド基板11上にフォトレジスト42を塗布して露光、現像し、第1の配線13のパターンに対応するマスクを形成する(S4)。そして、真空蒸着法やスパッタ法により、弾性変形体12の表面およびパターニングされたフォトレジスト42の表面に第1の配線13を構成する金属層を形成する(S5)。ここでは、上記金属層(第1の配線13)を、Al、Ni、Auの3層構造で形成している。一例として、Al層の厚みは1.5μmであり、ヤング率は70GPaであり、Niの厚みは0.5μmであり、ヤング率は200GPaであり、Auの厚みは0.3μmであり、ヤング率は80GPaである。
First, as shown in FIG. 3, a
その後、リフトオフを行うことにより、弾性変形体12のパターン上にのみ金属層を残し、これを第1の配線13とする(S6)。なお、第1の配線13は、弾性変形体12の表面12a、つまり、リジッド基板11と平行な平面上に位置するため、第1の配線13もリジッド基板11と平行な平面状に形成される。
After that, by performing lift-off, a metal layer is left only on the pattern of the elastic
(圧着工程)
圧着工程では、第2の配線22が表面に形成されたフレキシブル基板21を、接着剤31を介してリジッド基板11に圧着することにより、第1の配線13と第2の配線22とを直接接触させる。このとき、凸状の弾性変形体12が接着剤31の膨張または収縮に応じて弾性変形して、第1の配線13と第2の配線22との接触を維持するように、リジッド基板11に対するフレキシブル基板21の圧着により、凸状の弾性変形体12を予め弾性変形させた状態でリジッド基板11とフレキシブル基板21との間に保持する。より具体的には、以下の通りである。
(Crimping process)
In the crimping step, the
図4に示すように、リジッド基板11上に、接着剤31として絶縁性樹脂(非導電性接着剤である)を塗布する(S7)。絶縁性樹脂としては、NCPまたはNCFを用いることができる。NCPを用いる場合、スクリーン印刷などを用いて所望の位置にNCPを塗布する。また、NCFを用いる場合、リジッド基板11の第1の配線13を覆うようにNCFが貼られる。ここでは、例として、NCP(パナソニック社製CV5340E、ヤング率:3GPa)を用いるが、その他、弾性変形体12よりもヤング率の低い材料(柔らかい材料)であれば、好適に用いることができる。
As shown in FIG. 4, an insulating resin (which is a non-conductive adhesive) is applied as an adhesive 31 on the rigid substrate 11 (S7). As the insulating resin, NCP or NCF can be used. When NCP is used, NCP is applied to a desired position by screen printing or the like. When NCF is used, the NCF is attached so as to cover the
続いて、図示しない接合装置のステージ上にリジッド基板11をセットし、リジッド基板11の第1の配線13の位置と、フレキシブル基板21の第2の配線22の位置とが一致するように、リジッド基板11とフレキシブル基板21とをアライメントする(S8)。このとき、アライメントの精度を向上させるために、リジッド基板11およびフレキシブル基板21にアライメントマークを形成し、マーク同士を合わせることによって各配線の位置を一致させることが望ましい。
Subsequently, the
なお、フレキシブル基板21としては、例えばポリイミド樹脂を用いた。ポリイミド樹脂の厚みは、例えば25μmであり、ヤング率は例えば5GPaである。また、第2の配線22としては、Al、Ni、Auの3層構造のものを用いた。一例として、Al層の厚みは7μmであり、ヤング率は70GPaであり、Niの厚みは1μmであり、ヤング率は200GPaであり、Auの厚みは0.3μmであり、ヤング率は80GPaである。
As the
次に、図5に示すように、接合装置の圧着ツール43により、フレキシブル基板21に所定の荷重をかけて、フレキシブル基板21をリジッド基板11に圧着させる(S9)。このとき、圧着ツール43には加熱体が設けられており、加圧とともに所定温度への加熱も行う。接着剤31は、加圧および加熱によって溶解した後、熱硬化する。なお、加圧は、例えば3〜10MPaで行われる。温度については、接着剤31(熱硬化性樹脂)が170〜250℃になるように、圧着ツール43の温度が設定される。圧着時間は、例えば15秒以下である。
Next, as shown in FIG. 5, a predetermined load is applied to the
加圧により、リジッド基板11の第1の配線13とフレキシブル基板21の第2の配線22とが接した状態で、かつ、隣接した第1の配線13・13の間および隣接した第2の配線22・22の間に接着剤31を充填した状態で、接着剤31を硬化させる(S10)。これにより、接続構造体1が得られる。
Due to pressurization, the
上記の加圧により、リジッド基板11上の弾性変形体12は、加圧前よりも縮んだ状態で保持される。また、接着剤31により、フレキシブル基板21とリジッド基板11との間には、常に弾性変形体12を収縮させる応力が掛かっているため、リジッド基板11の第1の配線13には、弾性変形体12の変形回復力(復元力)により、フレキシブル基板21の第2の配線22を押すような応力が付与された状態となっている。圧着後の弾性変形体12の厚みは、例えば2〜3μmである。
Due to the above pressurization, the
図6は、リジッド基板11へのフレキシブル基板21の圧着の前後における、接続構造体1の断面を模式的に示している。上記の圧着により、凸状の弾性変形体12は、リジッド基板11とフレキシブル基板21との対向方向(リジッド基板11に垂直な方向)に縮むだけでなく、第1の配線13が弾性変形体12に埋まることによって、端部が盛り上がるように弾性変形している。ただし、弾性変形体12の表面12aにおいて、第1の配線13と接触する部分は平面であることに変わりはない。
FIG. 6 schematically shows a cross section of the
以上のように、上記した圧着工程では、リジッド基板11に対するフレキシブル基板21の圧着によって凸状の弾性変形体12を予め弾性変形させた状態で、凸状の弾性変形体12をリジッド基板11とフレキシブル基板21との間で保持している。これにより、環境変化によって接着剤31が膨張または収縮しても、凸状の弾性変形体12の弾性変形によって、第1の配線13と第2の配線22との接触を維持することができる。その結果、接着剤31が膨張または収縮しても、第1の配線13と第2の配線22との導通を維持することができる。
As described above, in the above-mentioned crimping step, the convex elastic
以上では、第1の基板(リジッド基板11)と対向する第2の基板として、フレキシブル基板21を用いた。このようにして製造される接続構造体1は、後述するインクジェットヘッドに好適となる。接着剤31を170〜250℃の温度に加熱して両基板を加圧し、圧着させることができるのであれば、第2の基板としてリジッド基板を用いてもよい。
In the above, the
〔接続構造体の他の構成〕
図7は、本実施形態の接続構造体1の他の構成を示す断面図である。接続構造体1において、凸状の弾性変形体12におけるリジッド基板11とは反対側の表面12aは、リジッド基板11とは反対側に凸状の面(凸面)を含んでいてもよい。なお、凸面は、球面、非球面、シリンドリカル面、複数の平面で構成される複合面、平面と曲面とで構成される複合面のいずれで構成されてもよい。
[Other configurations of connection structure]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration of the
上記の凸面を有する弾性変形体12は、上述した弾性変形体形成工程において、ナノプリンティング法を用いて形成することができる。このとき、弾性変形体の材料として、UV硬化型の樹脂を用いることが望ましい。すなわち、感光性材料からなる弾性変形体材料をリジッド基板11上に塗布した後、石英等で作製された所望の形状(凹状)の型で弾性変形体材料を加圧し、次にUV光を当てて弾性変形体材料を硬化させることにより、表面12aがリジッド基板11とは反対側に凸状の面である弾性変形体12を形成することができる。
The elastic
表面12aに凸面が存在すると、弾性変形体12の表面12a上に位置する第1の配線13も、表面12aに沿って凸状に形成される。この場合、接着剤31を介してリジッド基板11にフレキシブル基板21を圧着する際に、第1の配線13と第2の配線21との間に存在する接着剤31を、第1の配線13の凸形状によって周囲に効率よく押し出しながら圧着することができ、これによって、第1の配線13と第2の配線21との間への接着剤31の噛み込み(残存)を少なくし、ひいては噛み込みを無くすことができる。したがって、第1の配線13と第2の配線21との間に接着剤31が残存することによる、両配線の接触面積の低下を回避して、両基板間の接続抵抗の増大を回避することができる。よって、例えば上記構成の接続構造体をデバイスに適用したときに、上記接続抵抗の増大に起因するデバイスの性能低下を回避することができる。
When a convex surface is present on the
〔弾性変形体の形成パターンについて〕
図8Aは、リジッド基板11上の弾性変形体12の形成パターンの一例を示す平面図であり、図8Bは、図8AにおけるA−A’線矢視断面図である。また、図9Aは、弾性変形体12の形成パターンの他の例を示す平面図であり、図9Bは、図9AにおけるB−B’線矢視断面図である。なお、図8Aおよび図8Bの形成パターンは、図1の接続構造体1に適用される、圧着前のリジッド基板11側の構成に対応している。また、図9Aおよび図9Bの形成パターンは、図7の接続構造体1に適用される、圧着前のリジッド基板11側の構成に対応している。なお、以下での説明の便宜上、リジッド基板11の厚さ方向をZ方向とし、Z方向に垂直な面内で、互いに垂直な2方向を、それぞれX方向およびY方向とする。
[Regarding the formation pattern of elastic plasmodium]
FIG. 8A is a plan view showing an example of the formation pattern of the elastic
これらの図面に示すように、凸状の弾性変形体12は、第1の配線13がリジッド基板11に沿って延びる方向(例えばY方向)と平行に延びるように、リジッド基板11上に位置していてもよい。この構成では、第1の配線13は、凸状の弾性変形体12の表面12aにのみ形成されることになる(第1の配線13の全体が弾性変形体12の表面12aに形成される)。弾性変形体12と第1の配線13とが上記のような位置関係であっても、接着剤31の膨張または収縮に応じて、凸状の弾性変形体12が弾性変形することにより、第1の配線13と第2の配線22との接触を維持することができるため、両配線間の導通を維持することができる。
As shown in these drawings, the convex elastic
図10Aは、弾性変形体12の形成パターンのさらに他の例を示す平面図であり、図10Bは、図10AにおけるC−C’線矢視断面図であり、図10Cは、図10Aのリジッド基板11にフレキシブル基板21を圧着した接続構造体の断面図である。図10Bのように、凸状の弾性変形体12は、第1の配線13がリジッド基板11に沿って延びる方向(Y方向)と交差する方向(X方向)に延びるように、リジッド基板11上に位置していてもよい。この構成では、第1の配線13の一部が、凸状の弾性変形体12の表面12aに形成され、残りはリジッド基板11上に位置することになる。また、図10Aのように、第1の配線13は、リジッド基板11上で、X方向に伸びかつY方向に離間して位置する弾性変形体12を、Y方向において順次乗り越えるように形成されるため、図10Cのように、第1の配線13は、平面状の第2の配線22と局所的に接触することになる。つまり、第1の配線13は、弾性変形体12と交差する部分でしか、第2の配線22と接触しない。
10A is a plan view showing still another example of the formation pattern of the elastic
このように、弾性変形体12および第1の配線13がリジッド基板11上に形成される場合でも、接着剤31の膨張または収縮の際に、弾性変形体12の弾性変形によって、第1の配線13と第2の配線22との接触を、局所的ではあるが維持できることに変わりはない。したがって、この場合も、第1の配線13と第2の配線22との導通を維持することができる。
In this way, even when the elastic
図11Aは、弾性変形体12の形成パターンのさらに他の例を示す平面図であり、図11Bは、図11AにおけるD−D’線矢視断面図であり、図11Cは、図11Aのリジッド基板11にフレキシブル基板21を圧着した接続構造体の断面図である。図11A〜図11Cは、図10A〜図10Cの構成において、X方向に延びる凸状の弾性変形体12を、隣り合う第1の配線13・13の間で離間するように(X方向において離間するように)、リジッド基板11上に位置させた構成を示している。
11A is a plan view showing still another example of the formation pattern of the elastic
この構成では、凸状の弾性変形体12を、図10Bのように、隣り合う第1の配線13・13の間にも弾性変形体12を形成する場合に比べて(X方向に一続きに弾性変形体12を形成する場合に比べて)、少ない弾性変形体12の量(大きさ)で、両配線の導通を維持することができ、製造コストの低減に非常に有利となる。
In this configuration, as compared with the case where the convex elastic
〔インクジェットヘッドの構成〕
以上で説明した接続構造体1は、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタに適用することができる。以下、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタについて説明する。
[Configuration of Inkjet Head]
The
図12Aは、接続構造体1を適用したインクジェットヘッド100の概略の構成を示す平面図であり、図12Bは、図12AにおけるE−E’ 線矢視断面図であり、図12Cは、図12AにおけるF−F’線矢視断面図である。なお、図12Aでは、便宜上、後述する下部電極51の図示を省略している。また、図13は、図12AにおけるG−G’線矢視断面図の一部である。
12A is a plan view showing a schematic configuration of an
インクジェットヘッド100は、インクジェット基板10と、配線基板20とを、接着剤31で接着して構成されている。接着剤31は、インクジェット基板10と配線基板20とを接着する接着部材であり、例えば、NCPまたはNCFなどの非導電性接着剤で構成されている。
The
(インクジェット基板)
インクジェット基板10は、駆動信号に基づいてインクを吐出する基板(インクジェットヘッドチップとも言う)であり、リジッド基板11と、圧電素子50とを有している。
(Inkjet substrate)
The
《リジッド基板》
リジッド基板11は、ボディプレート11a(支持基板)と、中間プレート12bと、ノズルプレート11c(ノズルプレート)とを貼り合わせて構成されている。ボディプレート11aは、単結晶Si単体からなる半導体基板またはSOI基板で構成されている。ボディプレート11aは、例えば厚さ750μm程度の基板を研磨処理することによって、厚さ100〜300μm程度に調整されている。なお、ボディプレート11aの厚さは、適用するデバイスに応じて適宜調整されればよい。
《Rigid board》
The
ボディプレート11aには、インクを収容する複数の圧力室11dと、各圧力室11dに対応するインク供給口11eとが設けられている。後述する中間タンク105(図14参照)より供給されるインクは、インク供給口11eを介して圧力室11dに供給される。なお、圧力室11dに供給されるインクは、顔料インクであってもよいし、染料インクであってもよい。ボディプレート11aにおける圧力室11dの上壁(圧電素子50側に位置する壁)は、後述する圧電体52の駆動(伸縮)に伴って変位(振動)する振動板11fを構成している。なお、振動板11f上には、ボディプレート11aの保護および絶縁の目的で、酸化シリコン等の熱酸化膜が設けられていてもよい。
The
中間プレート12bは、例えば厚さが100〜300μm程度のガラス基板で構成されており、ボディプレート11aの圧力室11dと連通する連通路11gと、非吐出インクを循環させるための循環流路である共通循環流路11hとを有している。共通循環流路11hは、インク排出口11kを介して中間タンク105と連通している。共通循環流路11hの幅(図12Bで左右方向の長さ)は、例えば1.5mm程度である。中間プレート12bは、例えば接着剤によってボディプレート11aと接合されているが、陽極接合によって接合されていてもよい。
The intermediate plate 12b is composed of, for example, a glass substrate having a thickness of about 100 to 300 μm, and is a
ノズルプレート11cは、例えば厚さが100〜300μm程度のSi基板からなり、ノズル11mと、個別流路11pとを有している。ノズル11mは、圧力室11d内のインクを外部に吐出させる吐出孔(ノズル孔)であり、圧力室11dと連通路11gを介して連通している。個別流路11pは、圧力室11dから連通路11gを介してノズル11mに向かうインクの流路から分岐して設けられて、共通循環流路11hにつながっている。
The
個別流路11pを介して共通循環流路11hに流れ込んだインクは、ポンプ等により、中間タンク105に戻され、再度、圧力室11dに供給される。これにより、圧力室11d内の気泡や異物を除去してインクの吐出性能を向上させることが可能となる。
The ink that has flowed into the common
ここで、共通循環流路11hに供給されるインクは、圧力室11dから個別流路11pを介して流れ込むインクのほかに、インクの非吐出時に、ノズル11m内から引き込まれるインクも含む。いずれにしても、これらのインクはノズル11mからは吐出されない。このことから、共通循環流路11hは、ノズル11mから吐出されるインク以外の非吐出インクを循環させるための流路であると言うことができる。また、共通循環流路11hは、個々の圧力室11dと連通して非吐出インクを循環させる、個々の圧力室11dに共通の循環流路(共通流路)となっている。
Here, the ink supplied to the common
なお、共通循環流路11hは、リジッド基板11を構成する少なくともいずれかの基板に形成されていればよく、中間プレート11bに共通循環流路11hを形成する構成には限定されない。また、上述したボディプレート11a等に加えて別の基板をさらに設けてリジッド基板11を構成し、上記別の基板に共通循環流路11hを形成するようにしてもよい。
The common
《圧電素子》
圧電素子50は、下部電極51、圧電体52および上部電極53を有している。なお、圧電素子50は、下部電極51と圧電体52との間に、圧電体52の結晶配向性を制御するための配向制御層(シード層、バッファ層)をさらに有していてもよい。
"Piezoelectric element"
The
下部電極51は、複数の圧力室11dに共通して設けられるコモン電極であり、リジッド基板11の表面のほぼ全体にわたって形成されている。下部電極51は、Ti(チタン)層とPt(白金)層とを積層して構成されている。Ti層は、Pt層と下層(熱酸化膜または振動板11f)との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1μm程度である。
The
圧電体52は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの強誘電体薄膜(特にペロブスカイト型構造の酸化物からなる膜)で構成されており、下部電極51とともにリジッド基板11で支持されて、圧力室11d内のインクに圧力を付与する。圧電体52は、圧力室11dの上方(配線基板20側)に位置しており、個々の圧力室11dに対応して設けられている。圧電体52は、例えば厚みが1μm以上10μm以下の圧電薄膜で構成されるが、それ以上の厚みのもの(例えばバルク)で構成されてもよい。また、圧電体52は、PZTにランタン(La)やニオブ(Nb)などの添加物を添加したもので構成されていてもよく、ニオブ酸カリウムナトリウム(KNN)などの、鉛を含まない圧電材料で構成されてもよい。
The
上部電極53は、圧電体52を駆動するための個別電極であり、下部電極51との間で圧電体52を膜厚方向から挟むように、個々の圧電体52に対応して設けられている。この上部電極53は、Ti層とPt層とを積層して構成されている。Ti層は、圧電体52とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1〜0.2μm程度である。なお、Pt層の代わりに、金(Au)からなる層を形成してもよい。
The
圧電素子50の一部は、弾性変形体12で覆われている。弾性変形体12は、リジッド基板11の表面の一部に、下部電極51を介して複数本並列に設けられている(図13参照)。また、各弾性変形体12は、リジッド基板11から配線基板20側に突出した凸状に形成されており、圧力室11dの上方から共通循環流路11hをまたぐように伸びている。凸状の弾性変形体12の表面12aには、上部電極53に駆動信号を供給するための第1の配線13が設けられており、個々の圧電体52に対応する上部電極53は、弾性変形体12上の第1の配線13と電気的に接続されている。
A part of the
インクジェット基板10および配線基板20は、接着剤31を介して圧着されており、これによって、凸状の弾性変形体12は、予め弾性変形した状態で保持される。
The
(配線基板)
配線基板20は、インクジェット基板10に上記駆動信号を供給する基板であり、例えばポリイミド等からなる絶縁性のフレキシブル基板21上に、銅箔などの導電性金属からなる複数の第2の配線22を貼り合わせ、さらに第2の配線22の一部を絶縁膜23で覆うことによって形成されている。各第2の配線22は、圧電素子50に上記駆動信号を供給するために、上記駆動信号を生成する駆動回路(図示せず)と電気的に接続されている。
(Wiring board)
The
複数の第2の配線22は、配線22aと、配線22bとを含む。配線22aは、インクジェット基板10の第1の配線13と電気的に接続されて、第1の配線13を介して圧電素子50の上部電極53に上記駆動信号を供給するための配線である。配線22bは、インクジェット基板10の下部電極51と電気的に接続されて、下部電極51に電位(例えば接地電位0V)を与えるための配線である。
The plurality of
上記の構成において、図示しない駆動回路からの駆動信号は、配線基板20の第2の配線22(配線22a)、第1の配線13を介して上部電極53に供給されるとともに、配線22bを介して下部電極51に供給される。これにより、下部電極51と上部電極53との間に電位差が生じ、圧電体52が、上記の電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向に伸縮する。そして、圧電体52と振動板11fとの長さの違いにより、振動板11fに曲率が生じ、振動板11fが厚さ方向に変位(湾曲、振動)する。
In the above configuration, a drive signal from a drive circuit (not shown) is supplied to the
したがって、圧力室11d内にインクを収容しておけば、上述した振動板11fの振動により、圧力室11d内のインクに圧力波が伝搬される。その結果、圧力室11d内のインクが、連通路11gおよびノズル11mを介して、インク滴として外部に吐出される。
Therefore, if the ink is stored in the
このようなインクジェットヘッド100において、凸状の弾性変形体12は、予め弾性変形して、第1の配線13と第2の配線22とを接触させた状態で、リジッド基板11上に保持されているため、温度または湿度などの環境条件の変化によって接着剤31が膨張または収縮しても、凸状の弾性変形体12がフレキシブル基板21側に伸びる方向またはリジッド基板11側に縮む方向に弾性変形して、第1の配線13と第2の配線22との接触を維持することが可能となる。したがって、使用環境の変化に関係なく、第1の配線13と第2の配線22との導通を維持することが可能となり、信頼性の高いインクジェットヘッドを実現することが可能となる。
In such an
特に、上部電極53が、第1の配線13と接続されているインクジェットヘッド200では、第2の配線22および第1の配線13を介して上部電極53に駆動電圧を印加することにより、圧電体52を駆動(伸縮させる)。接着剤31が膨張または収縮しても、凸状の弾性変形体12の弾性変形によって、第1の配線13と第2の配線22との接触を維持できるため、使用環境の変化に関係なく、駆動電圧に応じて圧電体52を適切に駆動することができる。その結果、使用環境の変化によるインクの吐出性能の低下(例えば吐出不良)を回避することができる。
In particular, in the
〔インクジェットプリンタの構成〕
図14は、上記したインクジェットヘッド100を備えたインクジェットプリンタ200の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ200は、インクジェットヘッド100から記録媒体Pに向けてインクを吐出させることにより、記録媒体P上に画像を形成するものである。このインクジェットプリンタ200は、例えば、インクジェットヘッド100が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置で構成されている。
[Configuration of Inkjet Printer]
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an
インクジェットプリンタ200は、上記のインクジェットヘッド100と、繰り出しロール101と、巻き取りロール102と、2つのバックロール103・104と、中間タンク105と、送液ポンプ106と、貯留タンク107と、定着機構108とを備えている。
The
インクジェットヘッド100は、記録媒体Pに向けてインクを吐出するものであり、本実施形態では、一方のバックロール103から定着機構108に向かって搬送される記録媒体Pと対向する位置に配置されている。インクジェットヘッド100は、異なる色(例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のインクに対応して複数設けられてもよい。
The
繰り出しロール101、巻き取りロール102および各バックロール103は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール101は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Pを、インクジェットヘッド100との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール101は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Pを図14のQ方向へ繰り出して搬送する。
The feeding
巻き取りロール102は、繰り出しロール101より繰り出されて、インクジェットヘッド100によってインクが吐出された記録媒体Pを周面に巻き取る。
The take-
バックロール103・104は、繰り出しロール101と巻き取りロール102との間に配設されている。記録媒体Pの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール103は、繰り出しロール101によって繰り出された記録媒体Pを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド100との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール104は、インクジェットヘッド100との対向位置から巻き取りロール102に向けて、記録媒体Pを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
The back rolls 103 and 104 are arranged between the feeding
中間タンク105は、貯留タンク107より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク105はインクチューブ109と接続されており、インクジェットヘッド100におけるインクの背圧を調整して、インクチューブ109を介してインクジェットヘッド100にインクを供給する。
The
送液ポンプ106は、貯留タンク107に貯留されたインクを中間タンク105に供給するものであり、供給管110の途中に配設されている。貯留タンク107に貯留されたインクは、送液ポンプ106によって汲み上げられ、供給管110を介して中間タンク105に供給される。
The
定着機構108は、インクジェットヘッド100によって記録媒体Pに吐出されたインクを当該記録媒体Pに定着させる。この定着機構108は、吐出されたインクを記録媒体Pに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにUV(紫外線)を照射することによりインクを硬化させるためのUVランプ等で構成されている。
The
上記の構成において、繰り出しロール101から繰り出された記録媒体Pは、バックロール103により、インクジェットヘッド100との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド100から記録媒体Pに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Pに吐出されたインクは定着機構108によって定着され、インク定着後の記録媒体Pが巻き取りロール102によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ200では、インクジェットヘッド100を静止させた状態で、記録媒体Pを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Pに画像が形成される。
In the above configuration, the recording medium P unwound from the feeding
なお、インクジェットプリンタ200は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。この場合、インクジェットヘッドは、キャリッジ等の構造体に支持された状態で、記録媒体の幅方向に移動する。また、記録媒体としては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ(形状)に裁断されたシート状のものを用いてもよい。
The
上記したインクジェットプリンタ200は、接着剤31の膨張または収縮が発生しても、第1の配線13と第2の配線22との導通を維持することが可能な、信頼性の高いインクジェットヘッド100を備えているため、印字不良などの故障が少なく、信頼性の高いインクジェットプリンタを実現することができる。
The above-mentioned
なお、以上では、画像形成用のインクを吐出するインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタを例に挙げて説明したが、吐出するインクは、画像形成用のインクには限定されない。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、有機ELディスプレイやFED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料、等の液体をインクとして用いてもよい。 In the above description, the inkjet head and the inkjet printer that eject the ink for image formation have been described as an example, but the ink to be ejected is not limited to the ink for image formation. For example, a liquid such as a color material used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display or an electrode material used for forming an electrode such as an organic EL display or a FED (field emission display) may be used as an ink.
本発明の接続構造体は、例えばインクジェットヘッドやインクジェットプリンタに利用可能である。 The connection structure of the present invention can be used, for example, in an inkjet head or an inkjet printer.
1 接続構造体
11 リジッド基板(第1の基板)
11a ボディプレート(支持基板)
11c ノズルプレート(ノズル基板)
11d 圧力室
11m ノズル(ノズル孔)
12 弾性変形体
12a 表面
13 第1の配線
21 フレキシブル基板(第2の基板)
22 第2の配線
31 接着剤(非導電性接着剤)
51 下部電極
52 圧電体
53 上部電極
100 インクジェットヘッド
200 インクジェットプリンタ
1
11a Body plate (support substrate)
11c Nozzle plate (nozzle substrate)
12 Elastic deformed
22
51
Claims (19)
前記第1の基板および前記第2の基板を接着する接着剤とを含む接続構造体であって、
前記第1の基板の表面の一部に直接または金属層を介して位置し、前記第2の基板側に突出する凸状の弾性変形体と、
前記凸状の弾性変形体における前記第1の基板とは反対側の表面に、少なくとも一部が位置する第1の配線と、
前記第2の基板上に位置し、前記第1の配線と直接接触する第2の配線とをさらに含み、
前記凸状の弾性変形体は、前記接着剤の膨張または収縮に応じて弾性変形して、前記第1の配線と前記第2の配線との接触を維持するように、予め弾性変形した状態で前記第1の基板と前記第2の基板との間で保持されており、
前記接着剤のヤング率が前記凸状の弾性変形体のヤング率よりも低いことを特徴とする接続構造体。 The first substrate and the second substrate located opposite to each other,
A connection structure containing the first substrate and an adhesive for adhering the second substrate.
A convex elastic plasmodium located directly on a part of the surface of the first substrate or via a metal layer and projecting toward the second substrate.
The first wiring, which is at least partially located on the surface of the convex elastic plasmodium opposite to the first substrate,
Further including a second wire located on the second substrate and in direct contact with the first wire.
The convex elastic deformed body is elastically deformed in response to expansion or contraction of the adhesive, and is elastically deformed in advance so as to maintain contact between the first wiring and the second wiring. It is held between the first substrate and the second substrate, and is held between the first substrate and the second substrate .
A connecting structure characterized in that the Young's modulus of the adhesive is lower than the Young's modulus of the convex elastically deformed body.
前記第2の基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の接続構造体。 The first substrate is a rigid substrate, and the first substrate is a rigid substrate.
The connection structure according to any one of claims 1 to 7, wherein the second substrate is a flexible substrate.
前記接続構造体の前記第1の基板は、
インクを収容する圧力室が形成された支持基板と、
前記圧力室からインクを吐出させるノズル孔を有するノズル基板とを含むことを特徴とするインクジェットヘッド。 The connection structure according to any one of claims 1 to 10 is included.
The first substrate of the connection structure is
A support substrate on which a pressure chamber for accommodating ink is formed,
An inkjet head including a nozzle substrate having a nozzle hole for ejecting ink from the pressure chamber.
前記上部電極が、前記接続構造体の前記第1の配線と接続されていることを特徴とする請求項11に記載のインクジェットヘッド。 The lower electrode, the piezoelectric body, and the upper electrode are further included in this order from the first substrate side.
The inkjet head according to claim 11, wherein the upper electrode is connected to the first wiring of the connection structure.
前記凸状の弾性変形体における前記第1の基板とは反対側の表面に、少なくとも一部が位置するように第1の配線を形成する配線形成工程と、
第2の配線が表面に形成された前記第2の基板を、前記凸状の弾性変形体よりもヤング率の低い接着剤を介して前記第1の基板に圧着することにより、前記第1の配線と前記第2の配線とを直接接触させる圧着工程とを含み、
前記圧着工程では、前記凸状の弾性変形体が前記接着剤の膨張または収縮に応じて弾性変形して、前記第1の配線と前記第2の配線との接触を維持するように、圧着により前記凸状の弾性変形体を予め弾性変形させた状態で前記第1の基板と前記第2の基板との間で保持することを特徴とする接続構造体の製造方法。 An elastic plasmodium forming step of forming a convex elastic plasmodium protruding toward the second substrate side directly or via a metal layer on a part of the surface of the first substrate.
A wiring forming step of forming a first wiring so that at least a part of the convex elastic deformed body is located on a surface opposite to the first substrate.
It said second substrate second wiring is formed on the surface, by crimping the first substrate via the low adhesive Young's modulus than the convex elastic deformable body, the first Including a crimping step of directly contacting the wiring with the second wiring.
In the crimping step, the convex elastic deformed body is elastically deformed in response to expansion or contraction of the adhesive to maintain contact between the first wiring and the second wiring by crimping. A method for producing a connection structure, which comprises holding the convex elastic deformed body in a state of being elastically deformed in advance between the first substrate and the second substrate.
前記第2の基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項14から16のいずれかに記載の接続構造体の製造方法。 The first substrate is a rigid substrate, and the first substrate is a rigid substrate.
The method for manufacturing a connection structure according to any one of claims 14 to 16, wherein the second substrate is a flexible substrate.
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