JPH09172034A - 電気部品接合方法 - Google Patents

電気部品接合方法

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JPH09172034A
JPH09172034A JP8283494A JP28349496A JPH09172034A JP H09172034 A JPH09172034 A JP H09172034A JP 8283494 A JP8283494 A JP 8283494A JP 28349496 A JP28349496 A JP 28349496A JP H09172034 A JPH09172034 A JP H09172034A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】インクジェット・プリントヘッド・アセンブリ
の組立て工程において、フレキシブルＴＡＢ回路のノズ
ル部材の裏面上に配置される導線を基板上の電極に接続
する場合、従来技術において必要とされたテープに開け
られた窓を必要とすることなく導線と電極を接合させる
方法を提供する。 【解決手段】特定の波長を持つレーザ光線を使用してＴ
ＡＢ回路の導線を基板電極に接合させる。この方法は、
レーザ光線の波長に対応する適切なレーザ光吸収性を持
つシード金属をその上部表面に有する電気リード線を準
備し、上記電気リード線を上記電気接点部に対し位置合
わせし、上記電気リード線および上記電気接点部を接合
位置において光ファイバーと接触するように保持し、光
ファイバーを通過するレーザ光線を照射することによっ
て上記電気リード線および上記電気接点部を上記接合位
置で接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には２つの
エレメントの電気的接続に関するもので、特に、光ファ
イバーを使用して２つの電気エレメントの接合位置にレ
ーザ光線を照射することによって電気エレメントの無は
んだ接続を行う方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱式インクジェット・プリント用カート
リッジは少量のインクを急速に熱することによって、イ
ンクを気化させ、複数の開口部の１つを通して１ドット
のインクを噴射させて紙などの記録媒体上に印刷する。
プリントヘッドが紙の上を移動するにつれ、適切に順序
づけられた各開口部からのインクの噴射によって、文字
またはその他の画像が紙の上に印刷される。インクジェ
ット・プリントヘッドは、一般的に、(1)インク貯蔵室
から開口部に近接する各気化室にインクを供給するイン
ク流路、(2)必要とされるパターンを形成する複数開口
部が含まれる金属開口部プレートまたはノズル部材、お
よび(3)１つの気化室に各１つ備わる一連の薄膜抵抗器
を含むシリコン基板を含む。１ドットのインクを印刷す
るため、外部電源から送られる電流が、選択された薄膜
抵抗器に通される。次に、その抵抗器は熱を帯び、気化
室内の隣接するインクの薄膜層を過熱し、その結果、爆
発的な気化が発生し、インクの小滴が接続する開口部を
通して紙の上へ噴射される。
【０００３】1992年4月2日出願の米国特許出願第07/86
2,668号"Integrated Nozzle Memberand TAB Circuit fo
r Inkjet Printhead"には、インクジェット・プリント
・カートリッジ用の新機軸のノズル部材およびノズル部
材を形成する方法が記載されている。上記特許出願に記
載されているノズルおよびＴＡＢ回路設計は、リトグラ
フ電子成形工程によって組み立てられるニッケル材の開
口部プレートよりすぐれている。障壁層が、気化室を含
み、各開口部を囲み、インク貯蔵室と気化室の間のイン
クの流れを提供するインク流路を含む。その上に形成さ
れる導線を有するフレキシブル・テープには、エキシマ
ー・レーザ剥離によってノズルまたは開口部が形成され
る。フレキシブル回路それ自体の中に開口部を持つこと
によって、電気的に形成される従来技術の開口部プレー
トの短所が克服される。次に、開口部および導線を有す
るノズル部材の上に、開口部の各々に対応する発熱体を
含む基板が載せられる。導線の末端に基板上の電極を合
わせるように配置することによって発熱体が開口部に位
置合わせされるように上記開口部は作成される。ノズル
部材の裏側に配置される導線の末端におけるリード線が
基板上の電極に接続され、発熱体のため活性化信号を提
供する。上記の手法は、インクジェット・プリントヘッ
ド・アセンブリのテープ自動化接合法(Tape Automated
Bondingの頭文字をとって以下ＴＡＢと略称する)または
ＴＡＢヘッド・アセンブリ(TAB HeadAssemblyの頭文字
をとって以下ＴＨＡと略称する)として知られている。
【０００４】ＴＨＡに関してノズル部材の裏面上に配置
される導線を基板上の電極に接続する従来技法は、カプ
トン(すなわちKapton)テープに窓を開けたフレキシブル
ＴＡＢ回路を必要とする。接合ヘッドにおけるこの窓の
開口部を通して、サーモード(すなわちthermode)が１点
または複数点でＴＡＢリード銅線に直接接触することが
できる。従って、接合工程は、サーモードとカプトン・
テープが直接接触することなしに実行される。サーモー
ドは、ＴＡＢ電導リード線をプリントヘッド基板電極に
接続するために必要な熱圧縮力を与える。代替的方法と
して、超音波方法を使用して、ＴＡＢ電導リード線をプ
リントヘッド基板電極に接続することもできる。上記の
窓は、電導リード線の損傷、ショートおよび漏電を最小
限にとどめるためカプセル材で埋められる。このカプセ
ル材がノズルに流入し、破損の原因となることがある。
従って、ＴＨＡは、カプセル材稜線とノズルの間で０.
５０ないし０.７５ｍｍの間隔をあけるように設計され
る。このため、基板サイズが１ないし１.５ｍｍ増大す
る。カプセル材はまた修理の際のアクセス性に対して好
ましくなく、また、共面性および信頼性上の問題を発生
する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、ＴＡＢ回路に
おける窓を必要としない工程があれば利益がある。窓の
排除は、ＴＡＢ回路における電導リード線を覆うカプセ
ル材の必要性の排除につながる。更に、これは、鋳型サ
イズの減少、同じ鋳型サイズを持つノズル数の増加、組
立の容易性、歩留まり上昇、信頼性向上、修理等の際の
容易な表面アクセス、および材料ならびに製造全体のコ
スト削減をもたらす。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバー
・システムに装備されるレーザ光線を使用して光線を接
合箇所に照射することによって、はんだを用いずに２つ
の接点エレメントの電気的接続を行う方法を提供する。
光ファイバー・システムを使用することによって、レー
ザ光線が最適に熱エネルギーに変換され、加熱不足によ
る不良接続あるいは過熱による接点破損が生じない。本
発明の方法および装置は、最小の接点部分面積について
も迅速で再生可能な接合を提供する。本発明の方法によ
って、例えば、ポリアミドのようなポリマー・フレキシ
ブル回路テープに含まれる電導リード線の金対金の無は
んだ圧着が、テープへの損傷を起こさずに、実施でき
る。フレキシブル回路の窓を必要とすることなく、また
テープに損傷を与えることなく、フレキシブル回路テー
プ上の金メッキ銅線と半導体チップ上の金メッキ・パッ
ドの間の無はんだの強力な金対金接合が形成される。
【０００７】ＴＡＢ回路上の電導リード線をインクジェ
ット・プリントヘッドのシリコン基板に接合させる工程
への本発明の応用において、ＴＡＢ回路の中の窓の必要
性は排除される。窓の排除は、ＴＡＢ回路における電導
リード線を覆うカプセル材の必要性の排除につながる。
更に、これは、鋳型サイズの減少、同じ鋳型サイズを持
つノズル数の増加、組立の容易性、歩留まり上昇、信頼
性向上、修理等の際の容易な表面アクセス、および材料
ならびに製造全体のコスト削減をもたらす。
【０００８】発明の課題を解決する手段として、本発明
は、特定の波長を持つレーザ光線を使用してＴＡＢ回路
の電気リード線を電気接点部に接合させるため、上記レ
ーザ光線の波長に対応する適切なレーザ光吸収性を持つ
シード金属をその上部表面に有する電気リード線を準備
するステップ、上記電気リード線を上記電気接点部に対
し位置合わせするステップ、上記電気リード線および上
記電気接点部を接合位置において光ファイバーと接触す
るように保持するステップ、および、光ファイバーを通
過するレーザ光線を照射することによって上記電気リー
ド線および上記電気接点部を上記接合位置で接合させる
ステップからなる電気部品接合方法を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下において、本発明が、ＴＡＢ
回路上の電導リード線のインクジェット・プリントヘッ
ドのシリコン基板への接合に関連して記述されるが、そ
れは単に例示の目的に過ぎず、光ファイバー・システム
に装着されたレーザ光線を使用することによって２つの
接点エレメントの無はんだ電気接続を行う本発明の方法
および装置は、いかなる電気的部材の相互接続に応用す
ることは可能である。
【００１０】図１において、符号１０の装置は、本発明
の１つの実施形態に従ってプリントヘッドに組み込まれ
る一般的インクジェット・プリント用カートリッジを簡
略化して示したものである。インクジェット・プリント
用カートリッジ１０は、インク貯蔵室１２およびプリン
トヘッド１４を含み、プリントヘッド１４はテープ自動
接合法(すなわちＴＡＢ)を使用して作製される。プリン
トヘッド１４すなわちＴＡＢヘッド・アセンブリ１４
は、フレキシブル・ポリマ回路１８において例えばレー
ザ剥離によって形成される２つの並列するオフセット孔
または開口部１７から構成されるノズル部材１６を含
む。
【００１１】フレキシブル回路１８の裏面は、従来技術
の光リトグラフ・エッチングまたはメッキ工程を使用し
てその上に装着される電導線３６を含む。電導線３６の
終端点は、プリンタに接続するために設計された大きな
接点パッド２０である。接点パッド２０が、外部で生成
された活性化信号をプリントヘッドに送る機能を果たす
プリンタ電極に、フレキシブル回路１８の表面上で接触
するように、プリント用カートリッジ１０は設計され
る。フレキシブル回路１８の接合領域２２および２４
は、ヒーター抵抗器を含むシリコン基板上の電極への電
導線３６の接合が行われる場所である。
【００１２】図１のプリント用カートリッジ１０におい
て、フレキシブル回路１８は、プリント用カートリッジ
の「鼻」の部分の裏側稜線上に折れ曲がり、鼻の後ろ壁
２５の長さの約２分の１延伸する。このフレキシブル回
路１８のたれ耳部分は、電導線３６を遠い方の窓２２を
通して基板電極に接続するために必要とされる。接点パ
ッド２０はこの壁に固定されるフレキシブル回路１８上
に置かれ、電導線３６が曲折部分を越えて送られ、フレ
キシブル回路１８の窓２２、２４を通して基板電極に接
続される。図２ないし図４は、プリント用カートリッジ
１０から取り外したＴＡＢヘッド・アセンブリ１４で、
ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４の窓２２および２４にカ
プセル材が埋め込まれる前の状態のものである。ＴＡＢ
ヘッド・アセンブリ１４は、フレキシブル回路１８の裏
側に、個別にエネルギーを与えられる薄膜抵抗器を含む
シリコン基板２８(図示されていない)を装着しる。各抵
抗器は一般的に単一の開口部１７の背後に位置し、１つ
または複数の接点パッド２０に逐次または同時に送られ
る１つまたは複数のパルスによって選択的にエネルギが
供給される時抵抗ヒーターとして作用する。開口部１７
および電導線３６は、どのようなサイズ、テストおよび
パターンをとることもでき、種々の機構が本発明の特長
を単純明快に示すため設計されている。種々の機構の相
対的寸法は、明示の目的から大幅に調整されている。
【００１３】図２に示されているフレキシブル回路１８
上の開口部１７のパターンは、ステップアンドリピート
工程におけるレーザ等のエッチング手段と組み合わせた
マスキング工程によって形成されるが、この工程は当業
者によって容易に理解されるものであろう。図１６は、
詳細は後述するが、この工程の一層の詳細を示す。ＴＡ
Ｂヘッド・アセンブリ１４およびフレキシブル回路１８
に関する詳細を以下に記述する。
【００１４】図５は、図１のインクジェット・プリント
用カートリッジの簡略図である。図６は、図５のプリン
ト用カートリッジの中のＴＡＢプリントヘッド・アセン
ブリの正面図である。図７は、図６のＴＡＢヘッド・ア
センブリ１４の裏面であって、フレキシブル回路１８の
裏側に装着されたシリコン鋳型または基板２８、および
基板２８上に形成されインク流路ならびに気化室を含む
障壁層３０の１つの稜線を示している。図９はこの障壁
層３０の詳細を示すが、これについては後述する。図７
において、インクをインク貯蔵室１２から受け取るイン
ク流路３２の入口が障壁層３０の稜線に沿って示されて
いる。フレキシブル回路１８の裏側に形成される電導線
３６は、位置３８においてフレキシブル回路１８の反対
側の(図６に示される)接点パッド２０で終端する。接合
領域２２および２４は、本発明に従って光ファイバー・
システムに装着されたレーザ光線を使用して接合される
べき位置に光線を向けることによって(図８で示される
ように)電導線３６と基板電極４０が接合される場所を
示す。
【００１５】図８は、シリコン基板上の電極への電導性
リード線の接続を示す図７のＡ−Ａ部分の拡大図であ
る。図８で見られるように、障壁層３０の中の部分４２
は、電導線３６の終端を基板２８から絶縁するために使
用される。図８にはまた、フレキシブル回路１８、障壁
層３０、接合領域２２ならびに２４、および種々のイン
ク流路３２の入口の側面が示されている。インク４６の
小滴がインク流路３２の各々に対応する開口部孔から噴
射されている。
【００１６】図９は、ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４を
形成するため図７のフレキシブル回路１８の裏側に装着
されたシリコン基板２８の正面図である。シリコン基板
２８は、従来技術の光リトグラフ技術を使用して、障壁
層３０に形成された気化室７２の上に露出した２列の薄
膜抵抗器７０を形成している。
【００１７】１つの実施形態において、基板２８は長さ
約０.５インチで、３００個のヒーター抵抗器７０を含
むので、６００ドット／インチの解像度を可能にする。
ヒーター抵抗器７０は、圧電気ポンプ型エレメントまた
はその他いかなるタイプの既存のエレメントのインク噴
射エレメントでもよい。このように、すべての各種特性
を持つエレメント７０は、プリントヘッドの動作に影響
を及ぼすことなく代替実施形態における圧電エレメント
であるとみなされることができる。また、フレキシブル
回路１８の裏側に形成される電導線３６の接続用の電極
７４が基板２８上に形成されている。
【００１８】図９の点線枠によって示されるデマルチプ
レクサ７８が基板２８上に配置され、電極７４に供給さ
れる多重化入力信号を分解し、その信号を種々の薄膜抵
抗器７０に配分する。デマルチプレクサ７８の使用によ
って、電極７４の数を薄膜抵抗器７０よりも少なくする
ことが可能となる。少ない電極の使用によって、基板へ
のすべての接続を、図６に示されるように、基板の短い
終端部分から行うことを可能にし、このため、これらの
接続が、基板の長い側面の周囲におけるインクの流れを
妨げることはない。デマルチプレクサ７８が、電極７４
に適用される符号化された信号を復号する復号器の役目
を果たすこともある。デマルチプレクサは、電極７４に
接続された入力リード線および各種抵抗器７０に接続さ
れた出力リード線を有する。デマルチプレクサ７８回路
の詳細は後述する。
【００１９】気化室７２およびインク流路８０を内部に
備える障壁層３０もまた従来技術の光リトグラフ技術を
使用して基板の表面上に形成されるが、これはフォトレ
ジストまたはその他のポリマの層であってもよい。障壁
層３０の部分４２が、図６に関連して上述したように、
電導線３６を基礎基板２８から絶縁する。
【００２０】障壁層３０の上面を図７で示されるフレキ
シブル回路１８の裏面に接合させるため、ポリイソプレ
ン・フォトレジストの層のような薄い粘着性の層８４
が、障壁層３０の上面に塗布される。障壁層３０の上部
を粘着質にすることができる場合は独立した粘着性層は
必要でないであろう。作製される基板構造は、フレキシ
ブル回路１８に備わる開口部に抵抗器７０を合わせるよ
うに、フレキシブル回路１８の裏面に対して配置され
る。このような位置合わせステップによって、電極７４
が電導線３６の末端に位置合わせされる。次に、電導線
３６が電極７４へ接合される。このような位置合わせお
よび接合工程の詳細は図１０を参照して後述される。位
置合わせされ接合された基板／フレキシブル回路構造を
加圧しながら加熱して、接合層８４を固め、基板構造を
フレキシブル回路１８の裏側に完全に装着する。
【００２１】図１０は、ＴＡＢヘッド・アセンブリ１４
を作製する１つの方法を示す。材料は、カプトン(Kapto
n)あるいはアップフレクス(Upflex)タイプのポリマ・テ
ープ１０４であるが、テープ１０４は、下記記述される
プロシージャで許容され得るどのようなタイプのポリマ
・フィルムであってもよい。そのようなフィルムには、
テフロン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポ
リカーボネート、ポリエステル、ポリアミド・ポリエチ
レン−テレフタレートまたはそれらの混合物が含まれ
る。テープ１０４は、典型的には、リール１０５に巻か
れた長い断片状で提供される。テープ１０４の両側面に
沿ったスプロケット孔１０６を使用して、テープ１０４
は精密にかつ確実に給送される。代替的方法として、ス
プロケット孔１０６が省略され、テープは他のタイプの
固定手段によって給送されることもできる。
【００２２】本発明の好ましい実施形態においては、テ
ープ１０４は、図２、図３、図４、図６および図７に示
されるように、従来技術の金属蒸着およびフォトエッチ
ング法を使用してその上に電導性の銅の導線３６を既に
装着している。電導線の特定のパターンは、引き続きテ
ープ１０４に装着されるシリコン鋳型上に形成される電
極に電気信号を分配するために望ましい形態に従う。本
発明の好ましい工程において、テープ１０４は、レーザ
処理室に送られ、例えばエクサイマー・レーザ１１２に
よって生成されるレーザ放射１１０を使用して、１つま
たは複数のマスク１０８によって規定されたパターンに
レーザ削磨される。マスクされたレーザ放射は、図１０
で矢印１１４によって示されている。
【００２３】好ましい実施形態において、そのようなマ
スク１０８は、テープ１０４の延伸された領域に対する
すべての削磨される特性のすべてを規定する。例えば、
開口部パターン・マスク１０８の場合複数の開口部に対
応し、気化室パターン・マスク１０８の場合複数の気化
室に対応する。この工程のためのレーザ・システムは、
一般的に、レーザ光線照射光学部品、位置合わせ光学部
品、高精度高速マスク・シャトル・システム）を含み、
処理室は、テープ１０４を取り扱い、位置決めするため
のメカニズムを含む。好ましい実施形態において、レー
ザ・システムは、投射マスク構成を使用する。この構成
においては、マスク１０８とテープ１０４の間に配置さ
れる高精度レンズ１１５が、エクサイマ・レーザー光線
をテープ上に投射して、マスク１０８上に規定されたパ
ターン像を映す。レンズ１１５から出るマスクされたレ
ーザ放射は矢印１１６によって表されている。そのよう
な投射マスク構成は、マスクが物理的にノズル部材から
離れているので、高精度の開口部の寸法に対して有利で
ある。レーザ削磨のステップの後、ポリマ・テープ１０
４は送られ、上記の工程が繰り返される。
【００２４】次の工程はクリーニング・ステップであっ
て、テープ１０４のレーザ削磨部分がクリーニング・ス
テーション１１７の下に置かれる。クリーニング・ステ
ーション１１７では、レーザ削磨による破片が業界の標
準的手法に従って除去される。
【００２５】次に、テープ１０４は、シンカワ社から市
販のモデル番号ＩＬＴ−７５のようなリード線接合機の
ような従来技術の自動ＴＡＢ接合機に組み込まれている
光学的位置合わせステーションに送られる。接合機は、
開口部を作成するために使用されるものと同じ方法で作
成されたノズル部材上の位置合わせ(目標)パターン、お
よび抵抗器を作成するために使用されるものと同じ方法
で作成された基板状の目標パターンに関してあらかじめ
プログラムされている。好ましい実施形態においては、
基板上のパターンがノズル部材を通して見えるように、
ノズル部材材料は半透明である。接合機は、次に、２つ
のパターンを合わせるようにノズル部材に対してシリコ
ン鋳型１２０を自動的に配置する。そのような位置合わ
せ機構は、シンカワ社製ＴＡＢ接合機に存在する。基板
目標パターンとノズル部材目標パターンのこのような自
動位置合わせは、開口部を抵抗器に精密に位置あわせす
るだけでなく、電導線と開口部がテープ１０４において
位置合わせされまた基板電極と加熱抵抗器が基板上で位
置合わせされるので、鋳型１２０上の電極がテープ１０
４に形成される電導線の末端に位置合わせされることと
なる。従って、２つの目標パターンの位置が合わされれ
ば、テープ１０４上およびシリコン鋳型１２０上のすべ
てのパターンは相互に位置合わせされる。
【００２６】このように、テープ１０４に対するシリコ
ン鋳型１２０の位置合わせは、市販の機器だけを使用し
て自動的に実行される。電導線をノズル部材に組み込む
ことによって、そのような位置合わせ機能が可能であ
る。そのような組み込みは、プリントヘッドのアセンブ
リ・コストを減少させるだけではなく、プリントヘッド
の材料コストも減少させる。
【００２７】次に、自動ＴＡＢ接合機は、複数の電導線
を対応する基板電極上へ接合する一括接合法を使用す
る。接合時間を短縮するためには比較的高い温度が一般
的に好ましいが、高い温度は、フレキシブル回路を柔ら
かくして、カプトン・テープの一層の変形を引き起こ
す。接点で温度がより高く、カプトン・テープ層でより
低いというのが究極的には望ましい。このような最適な
温度配分は、インクジェット・プリンヘッド用ＴＡＢヘ
ッド・アセンブリに対する理想的解決手段を提供する窓
なしＴＡＢ回路と共に、ファイバー押し下げ接点(すな
わちＦＰＣ)単点レーザ接合プロセスを利用することに
よって成し遂げられる。
【００２８】ＦＰＣレーザ・システム２００が図１１に
示されている。このシステムは、Ｎｄ ＹＡＧまたはダ
イオードのレーザ２０２からなり、光ファイバー２０４
を備えている。システムは、光ファイバー２０４を通し
てレーザ光線を接点または接続点２０６へ導く。最適熱
結合は、ファイバー２０４によって２つの部品を一緒に
押し、ＴＡＢリード線２０８と鋳型パッド２１０の間の
接点ギャップをゼロにすることによって達成され、この
結果熱効率が向上する。図１２は、フレキシブル回路１
８、接点２０６、ＴＡＢリード線２０８および鋳型パッ
ド２１０の詳細を示している。
【００２９】図１１を参照すると、フィードバック温度
ループが、光ファイバーを通過する赤外線検出器２１２
によって実行されている。接点２０６において接点エレ
メント２０８、２１０によって反射される赤外線放射の
温度または吸収動作応答が収集される。レーザ源２０２
から出るレーザ光線２２０は、１／２伝導ミラーまたは
レーザ光線分割器２１４を通過し、収束レンズ２１６を
通り光ファイバー２０４へ進む。光ファイバーからの光
が１／２ミラーで反射され、収束レンズ２２２を通過し
て、ＰＣコントローラ２２４に接続された赤外線検出器
２１２に到着する。図１１におけるＰＣコントローラ２
２４のモニタ２２６上のグラフは、実際の温度変化と比
較するため接合プロセスの明確な期待温度変化グラフを
ＰＣコントローラ２２４が記憶することができることを
意味する。ＰＣコントローラ２２４は、レーザ・パラメ
ータを必要に応じて制御することができるように、レー
ザ源２０２に接続される。
【００３０】ＦＰＣレーザ接合の再現性は、２つのコネ
クタ２０８、２１０の間の高温熱結合、および電導性リ
ード線２０８、２１０によるレーザ・エネルギーの高吸
収性の両者に依存する。接合工程を最適化するために
は、カプトン・テープにおける吸収性が最小限で、フレ
キシブル回路１８の金属層における吸収性が最大である
ことが望ましい。吸収率が高い金属ほど、レーザ・エネ
ルギーの熱への変換率が高い。このため、短時間の接合
プロセスほど、より高い品質の接合を生む。
【００３１】利用されるレーザは、１０６４ｎｍの波長
を持つＹＡＧレーザである。図１４は、いくつかの金属
に関して、波長に対する吸収特性を示す。図１４から観
察することができるように、クロムとモリブデンが、こ
の波長における最も高い吸収特性を持つ。回路製造業者
の大部分がシード層としてクロムを使用しているという
事実に従って、本実施形態においてクロムが基礎金属と
して選択された。クロムへのレーザの浸透度は、５ｎｍ
のスポット・サイズで約１０ｎｍであるので、最小１５
ｎｍのクロム厚さを必要とする。レーザ光線は、金属
（あるいはハンダ材料）を溶かす局所的加熱ゾーンを形
成し、カプトン・テープの温度を上昇させることなく２
つの接続表面の間の接合を行う。しかしながら、２つの
接合金属部品の間のいかなるギャップも、レーザ光線に
さらされる金属表面の過熱の原因になる。これは金属表
面上のＴＡＢリード線の変形の原因となる。また、フレ
キシブル回路における温度上昇は、回路に損傷を引き起
こす。
【００３２】図１３は、ＦＰＣレーザを用いる接合工程
におけるフレキシブル回路１８の典型的な温度分布を示
す。図１３から観察できるように、接合領域２０６にお
ける温度は、カプトン・テープ１８の温度より相当高
い。この現象は、異なる波長におけるカプトン・テープ
の高温透過性のために起きる。カプトン・ポリアミド・
テープは、ＹＡＧレーザ光線に対し透過性を有してい
て、レーザ光線はポリイミドの厚さ２ミルの層を吸収な
しに通過する。クロムは便利なシード層であり、２層フ
レキシブル回路製造工程において銅の導線とカプロン・
ポリイミドの間に接合層を作成するために使用される。
１０ｎｍ（あるいは公称２０ｎｍ）という最小の厚さを
持つクロム層がレーザ・エネルギーを吸収する媒体を提
供するために必要とされる。クロム層の厚さはフレキシ
ブル回路製造業者によって異なり、２ｎｍと３０ｎｍの
間の厚さである。典型的なフレキシブル回路製造工程
は、銅の導線とカプロン・ポリイミドの間のシード(接
合)層として、スパッタ・エッチングされたクロムの薄
い層(２０ｎｍ)を利用する。
【００３３】カプトン・テープの５つの標本としてクロ
ムを厚さ２、５、１０、１５および２５ｎｍにスパッタ
リングして光の伝導を測定した。図１５はそれら標本の
光伝導の結果を示している。図に見られるように、光伝
導は初期的にはクロムの厚さが増加すると急速に低下す
るが(クロムの厚さ２ｎｍの場合の６５％から１５ｎｍ
の場合の１２％へ）、厚さが１５ｎｍから２５ｎｍへ増
加する場合は光伝導の変化は遅くなる。カプトン・テー
プの温度上昇を最小限に抑え従ってカプトン・テープへ
の損傷を最小限にとどめるため、レーザ接合工程は、電
導線の急速な温度上昇を必要とする。図１６および図１
７は、異なる構成のいくつかのフレキシブル回路の温度
上昇を示す。図１６は、比較的厚めのシード層を持つフ
レキシブル回路の温度上昇を示す。注意すべきは、厚さ
１０ｎｍ以下のＴｉ／Ｗを持つフレキシブル回路は金対
金接合に必要な温度に到達しないが、厚さ２０ｎｍのＴ
ｉ／Ｗを持つフレキシブル回路はその接合温度に到達す
る。また、Ｔｉ／Ｗが厚いほどフレキシブル回路の温度
上昇時間が速く、カプトン・テープへの潜在的損傷を少
なくすることができる点にも注意すべきである。
【００３４】厚さ２０ｎｍのＴｉ／Ｗを持つフレキシブ
ル回路の温度(赤外線信号)の変動が、このフレキシブル
回路が金対金接合に必要な所定の最大温度に達し、次に
レーザ・フィードバック・ループが、ＴＡＢ接合温度の
上昇がカプトン・テープを損傷させないように一時的に
レーザ・エネルギーを落としたという事実を示してい
る。カプトン・テープの温度が（所定量だけ）落ちるや
否や、レーザ・エネルギーは自動的に最高限度まで増加
して、ＴＡＢリード線温度を上昇させ、高い信頼性の金
対金接合を行った。
【００３５】図１７は、Ｔｉ／Ｗシード層に対してクロ
ム・シード層を用いた場合の異なるフレキシブル回路に
関する同様の結果を示している。厚さ１０ｎｍのクロム
を持つフレキシブル回路は金対金接合に必要な温度に到
達したことが観察される。従って、クロム・シード層
は、ＹＡＧレーザの場合のＴｉ／Ｗシード層に比べて一
層高い吸収性を持つ。図１８は、２０ｎｍクロム層の３
層テープ、５ｎｍクロム層のテープ、およびクロム層の
ないテープにおける時間軸に対する温度上昇を示してい
る。図１８に見られるように、２０ｎｍクロム層のフレ
キシブル回路のみが急速な温度上昇を示した。
【００３６】ＹＡＧレーザが使用される時金対金接合の
完全性にとってクロム厚さが不可欠であることは確証さ
れているので、最適なクロム厚さが基本線として選択さ
れた。図１５に示されるように、１５ｎｍ以上の厚さの
クロムは光伝導を顕著に減少させない。図１７に基づい
て、１０ｎｍのクロム厚さは、レーザ接合の成功にとっ
て必要な絶対的最小限の厚さである。図１７は、また、
１５ｎｍの厚さのフレキシブル回路は銅導線における一
層迅速な温度上昇を示し従ってカプトン・テープの損傷
を最小限にとどめることができることを示している。従
って、１５ｎｍのクロムが、信頼性の高い反復可能なレ
ーザ接合を提供できる最適な材料である。
【００３７】シード層としてのクロムのスパッタリング
工程およびフレキシブル回路の製造の間のメッキ工程の
間に、銅への若干のクロム拡散が予想される。銅へのク
ロムの拡散は、時間および温度に従属するプロセスであ
り、銅へ拡散するクロムの量を決定することは難しい。
拡散されるクロムの最大量は５ｎｍ以下であると通常推
定される。このような因子に基づいて、スパッタリング
工程後の最小限のクロム厚さを２０ｎｍと定めた。この
厚さは、フレキシブル回路の製造終了の後１５ｎｍの最
小クロム厚さを保証する。
【００３８】図１９は、シード層として約５ｎｍのクロ
ムを持つフレキシブル回路のレーザ接合性を評価するた
めに行ったレーザ接合の実験結果である。この実験にお
いて、接合力は、２０ないし１４０グラムまで(すなわ
ち２０、４０、６０、８０、１００および１４０グラ
ム)変えられ、レーザ・パルス長は、２ないし４０ミリ
秒まで(すなわち２、７、１０、２０、３０およびと４
０ミリ秒)変えられた。この実験における固定因子は、
鋳型ネスト温度、レーザ電流、最大フィードバック温度
および温度上昇時間である。レーザ・エネルギーを変化
させることによって、ＴＡＢリード線２０８と鋳型パッ
ド２１０の間に接合は形成されなかった。これは、クロ
ム・シード層の不十分な厚さのためフレキシブル回路の
レーザ・エネルギー吸収が低いことによる。
【００３９】表１は、いくつかの実験に関するテスト条
件および実験結果を示す。これらの実験は、視認可能な
影響が全くない場合から全面的カプトン・テープ損傷発
生の場合に及ぶ各種動作条件をカバーした。表１に示さ
れる実験結果に基づいて、既存のＹＡＧレーザは少ない
クロム厚さを持つ既存のフレキシブル回路を接合するこ
とができる能力を持たないと結論された。カプトン・テ
ープと銅導線の間の粘着層を持つ２０ｎｍクロムの３層
フレキシブル回路が試験された。１０Ｗに設定されたレ
ーザ・エネルギー、２０ｍｓに設定されたパルス長、１
４０グラムに設定された接合力、および１００度Ｃに設
定された鋳型ネスト温度によって、金対金レーザ接合は
成功した。鋳型パッド領域に機械的損傷は観察されなか
った。これは、レーザ・エネルギーも接合圧力も鋳型パ
ッド領域に対していかなる損傷も引き起こす原因となら
なかったことを示す。
【００４０】表２は、７つの実験に関する試験条件およ
び試験結果を示す。レーザ接合結果の等級として、接合
品質「Ｘ」は、同等またはよりすぐれた剥離強度を持つ
熱圧縮接合鋳型と同等な品質を持つ接合として定義され
る。接合品質「Ｂ」は許容できる接合強度を持つがカプ
トン接合が高温のため劣化している接合である(「Ｂ」
はそれでも許容できる品質である)。接合品質「Ｃ」
は、接合は形成されているが、接合強度が熱圧縮によっ
て接合された部品より低い。接合品質「Ｆ」は、銅導線
と鋳型パッドの間に接合が形成されなかった状況として
定義される(ほとんどのケースでカプトンは局部的温度
上昇のため燃える)。
【００４１】試験番号２においてパルス長を５から１０
ミリ秒へ増加させることによって、接合品質は劇的に向
上したが、この場合、カプトンは１つの鋳型場所で燃え
た。再びパルス長を５ミリ秒に引き下げ、(レーザ電流
を増加させる手段によって)レーザ力を増大させること
によって、接合は再び弱くなったが、カプトンの燃焼は
もはや観察されなかった。接合を一層改善するため、レ
ーザ・エネルギーが、電力増加によって再度増大され
た。試験番号４において、良好できれいな接合が形成さ
れ、カプトンに対する損傷が観察されなかった。これら
のパラメータによって構築された部品の剥離試験は、ま
た、良好な剥離強度を示した。結合強度は、レーザ・エ
ネルギーを増加させることによって更に改善された。試
験番号５において、レーザ・エネルギーが、パルス長を
５から１０ミリ秒へ増加させることによって増大され
た。このケースでは、結合強度は劇的に改善されたが、
若干のカプトン燃焼も観察された。試験番号２および５
において、カプトン燃焼は銅リード線側で発生したが、
銅リード線を露出させる開口部はなかった。従って、カ
プトンと銅リード線の間の粘着層が燃焼したものと推量
される。試験番号６では、レーザ電流が１９アンペアに
維持されたが、パルス長は１０から１５ミリ秒へ増加さ
れた。この結果、過剰レーザ・エネルギーとなって、カ
プトン全体にわたっていくつかの燃焼孔が発生し、ＴＡ
Ｂリード線と鋳型パッドの間に何の接続も形成されなか
った。
【００４２】試験番号７は、接合力を小さくして試験番
号５を繰り返したものである。試験番号７において接合
圧力は、１４０グラムから１００グラムへ減少された。
このケースでは、試験番号５と同様に、高い結合強度を
持った良好な接合が観察された。しかし、１つの鋳型場
所でテープ損傷の可能性が観察された。このケースで
は、また、銅リード線またはＴＡＢリード線の露出はな
かった。
【００４３】
【表１】 項目 圧力 レーザ電流 パルス長 最大設定番号 gram amp ms 温度 観察 1 140 17 5 0.4 無接合／無損傷 2 140 17 30 0.4 無接合／無損傷 3 140 19 5 0.4 無接合／無損傷 4 140 19 30 0.4 無接合／無損傷 5 100 17 5 0.4 無接合／無損傷 6 100 17 30 0.4 無接合／無損傷 7 100 19 5 0.4 無接合／無損傷 8 100 19 30 0.4 無接合／無損傷 9 140 19 30 0.6 無接合／燃焼開始 10 140 19 30 0.8 無接合／一部損傷 11 140 19 30 1 無接合／相当損傷 12 140 19 50 1 無接合／一部損傷 13 140 19 50 2 無接合／相当損傷 14 140 19 30 5 無接合／相当損傷 15 140 19 30 9 無接合／顕著な損傷 16 140 19 50 9 無接合／顕著な損傷
【００４４】
【表２】 試験 圧力 レーザ パルス 最大設定 接合番号 gram amp ms 温度 品質 観察 1 140 17 5 0.6 C 全体に弱い接合形成 2 140 17 10 0.6 B 許容範囲の接合形成、 但し１箇所で燃焼 3 140 17.5 5 0.8 C 全体に弱い接合形成 4 140 19 5 0.8 A 良好な接合形成 5 140 19 10 0.8 B 優れた接合形成、 一部で燃焼 6 140 19 15 0.8 F 燃焼、無接合 7 100 19 10 0.8 B 優れた接合形成、 但し１箇所で燃焼
【００４５】表２の結果に基づいて、３層テープに関す
る接合性範囲は次のように確定できる。 接合圧力： １００−１４０グラム レーザ電流： １７−２０アンペア パルス長： ５−１０ミリ秒 最大設定温度： ０.６−０.８ ２０ｎｍのスパッタリングされたクロムを使用した２層
テープを使用した実験も行った。実験上の設計は、接合
圧力、パルス長およびレーザ電力の接合品質に及ぼす効
果を評価すように設定された。この実験は、接合圧力、
パルス長およびレーザ電流の変数を３つのレベルで、す
なわち合計２７の別々の試験を行い、ＦＰＣレーザを利
用した２７種の接合部品を作成した。検査の結果、すべ
ての２７個の部品についてカプトンまたは障壁層に損傷
は見られなかった。次に、カプトンをエッチングしてＴ
ＡＢリード線を露出させた。２７個の部品の接合強度を
評価するため、はさみ付け試験および引っ張り試験を実
行した。その結果、比較的高いレーザ・エネルギーにつ
いては２００グラム以上の良好な接合強度を示した。表
３は、２７個の実験に関する試験条件および接合強度結
果を示す。
【００４６】
【表３】 試験 接合圧力 接合時間 レーザ力 はさみ付け力 引っ張り力番号 grm ms watt grm grm 1 310 20 5.0 0 0 2 310 20 6.2 82 106 3 310 20 8.5 176 177 4 310 40 5.0 0 0 5 310 40 6.2 90 137 6 310 40 8.5 182 169 7 310 60 5.0 0 0 8 310 60 6.2 131 132 9 310 60 8.5 186 191 10 360 20 5.0 0 0 11 360 20 6.2 139 112 12 360 20 8.5 189 165 13 360 40 5.0 0 0 14 360 40 6.2 146 154 15 360 40 8.5 205 201 16 360 60 5.0 0 0 17 360 60 6.2 105 177 18 360 60 8.5 225 224 19 412 20 5.0 0 0 20 412 20 6.2 88 165 21 412 20 8.5 211 207 22 412 40 5.0 0 0 23 412 40 6.2 178 198 24 412 40 8.5 222 195 25 412 60 5.0 0 0 26 412 60 6.2 148 177 27 412 60 8.5 210 193
【００４７】実験は、窓なしの金対金ＴＡＢ接合が実施
可能であることを証明した。２００グラム以上のはさみ
付け強度を簡単にかつ繰り返して達成することができ
る。レーザ接合工程によるカプトンまたは障壁層に対す
る損傷は観察されなかった。表３に示された結果に基づ
いて、２層テープに関する接合性範囲は、次の表４のよ
うに定めることができる。
【００４８】
【表４】
【００４９】本発明は、従来技術のＴＡＢ窓および対応
するカプセル充填の必要性を排除し、平面ＴＡＢ接続工
程を提供する。それにより、コストは削減され、信頼性
は向上し、修理維持作業が容易となる。
【００５０】その後、テープ１０４は、熱／圧力ステー
ション１２２に送られる。図１１および図１２に関連し
て上述したように、粘着層８４が、シリコン基板上に形
成された障壁層３０の上部表面に存在する。上述の接合
ステップの後、シリコン鋳型１２０がテープ１０４に押
しつけられ、粘着層８４を固めるため加熱され、鋳型１
２０にテープ１０４を物理的に接合させる。その後、テ
ープ１０４はオプションではあるが巻取リール１２４に
巻き取られる。後刻、テープ１０４は個々のＴＡＢヘッ
ド・アセンブリに切り離される。
【００５１】作成されたＴＡＢヘッド・アセンブリがプ
リント用カートリッジ１０に配置され、上述の粘着シー
ル９０が作成され、これによって、ノズル部材が確実に
プリント用カートリッジに取り付けられ、ノズル部材と
インク貯蔵室の間の基板周囲にインク漏れ防止シールが
形成され、インクから導線を隔離するためヘッド部分の
導線がカプセル化される。次に、フレキシブルＴＡＢヘ
ッド・アセンブリ上の周辺ポイントが、図１に示される
ようにポリマ・フレキシブル回路１８をプリント用カー
トリッジ１０の表面と比較的同じ高さにとどめる従来技
術の溶融タイプ接合法によって、プラスチックのプリン
ト用カートリッジ１０に固定される。
【００５２】以上、本発明の原理、実施形態および動作
モードを記述したが、本発明は上述の特定の実施形態に
限定されるものと解釈されるべきではない。例えば、イ
ンクジェット・プリントヘッドのシリコン基板へのＴＡ
Ｂ回路導線の接合に関して本発明を記述したが、光ファ
イバー・システムに接続されたレーザ光線を使用するこ
とによって２つの接点エレメントを無はんだ電気接続を
行う本発明の方法および装置は、その他のタイプの電気
部材の相互接合に適用することも可能である。同様に、
電気的部材の金対金無はんだ接合に関連して本発明を記
述したが、本発明の方法をその他の伝導性金属の無はん
だ接合に使用することもできる。このように、上述の実
施形態は、本発明を限定するためではなく例証するため
のものとみなされるべきであり、また、上述の実施形態
は本発明の範囲を離脱することなく当業者によって種々
のバリエーションを作成することが可能である点は理解
されるべきであろう。
【００５３】本発明には、例として次のような実施様態
が含まれる。 （１）特定の波長を持つレーザ光線を使用してＴＡＢ回
路の電気リード線を電気接点部に接合させる方法であっ
て、上記レーザ光線の波長に対応する適切なレーザ光吸
収性を持つシード金属をその上部表面に有する電気リー
ド線を準備するステップと、上記電気リード線を上記電
気接点部に対し位置合わせするステップと、上記電気リ
ード線および上記電気接点部を接合位置において光ファ
イバーと接触するように保持するステップと、光ファイ
バーを通過するレーザ光線を照射することによって、上
記電気リード線および上記電気接点部を上記接合位置で
接合させるステップと、を含む電気部品接合方法。
【００５４】
【発明の効果】ＴＡＢ回路上の電導リード線をインクジ
ェット・プリントヘッドのシリコン基板に接合させる工
程への本発明の応用によって、従来技術におけるＴＡＢ
回路中の窓の必要性およびそれに伴ってリード線を覆う
カプセル材の必要性がなくなり、鋳型サイズの減少、同
じ鋳型サイズを持つノズル数の増加、組立の容易性、歩
留まり上昇、信頼性向上、修理等の際の容易な表面アク
セス、および材料ならびに製造全体のコスト削減という
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態に従うインクジェット
・プリント用カートリッジの透視図である。
【図２】図３および図４と共に、図１のプリント・カー
トリッジから取り外されたテープ自動化接合(ＴＡＢ)プ
リントヘッド・アセンブリを示す図である。
【図３】図２および図４と共に、図１のプリント・カー
トリッジから取り外されたテープ自動化接合(ＴＡＢ)プ
リントヘッド・アセンブリを示す図である。
【図４】図２および図３と共に、図１のプリント・カー
トリッジから取り外されたテープ自動化接合(ＴＡＢ)プ
リントヘッド・アセンブリを示す図である。
【図５】図１のインクジェット・プリント用カートリッ
ジの簡略透視図である。
【図６】ＴＡＢプリントヘッド・アセンブリの正面のブ
ロック図である。
【図７】シリコン基板が搭載され電導性リード線が基板
に接続されている図６のＴＡＢヘッド・アセンブリの背
面図である。
【図８】シリコン基板上の電極への電導性リード線接続
を示す図７のＡ−Ａ部分の拡大図である。
【図９】図６のＴＡＢヘッド・アセンブリの背面に実装
されるヒーター抵抗器、インク流路および気化室を含む
基板構造の俯瞰図である。
【図１０】本発明の好ましいＴＡＢヘッド・アセンブリ
を形成するために使用される１つの工程を示す図であ
る。
【図１１】本発明において使用されるファイバー押し下
げ接触レーザ・システムのブロック図である。
【図１２】フレキシブル回路、接合接点、ＴＡＢリード
線および鋳型パッドのブロック図である。
【図１３】ＦＰＣレーザーを用いた接合工程の間におけ
るフレキシブル回路、ＴＡＢリード線、接合位置および
鋳型パッドの温度分布を示すブロック図である。
【図１４】各種金属の波長に対する吸収性特性を示すグ
ラフ図である。
【図１５】２、５、１０、１５および２５ｎｍのクロム
を用いてスパッタリングされたカプトン・テープの５つ
の標本に関する光伝導の結果を示すグラフ図である。
【図１６】Ｔｉ／Ｗシード層を持つフレキシブル回路に
おける温度上昇を示すグラフ図である。
【図１７】クロム・シード層を持つフレキシブル回路に
おける温度上昇を示すグラフ図である。
【図１８】異なる厚さのクロム・シード層を持つ３層テ
ープにおける時間対温度上昇を示すグラフ図である。
【図１９】フレキシブル回路のレーザー接合性能を評価
する実験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０ インクジェット・プリント用カートリッジ １２ インク貯蔵室 １４ プリントヘッド １６ ノズル部材 １７ 開口部 １８ フレキシブル・ポリマ回路 ２０ 接点パッド ２２、２４ 接合領域 ２５ 後ろ壁 ２８ 基板 ３０ 障壁層 ３２、８０ インク流路 ３６ 電導線 ３８ 位置 ４０ 基板電極 ４２ 障壁層部分 ４６ インク ７０ 薄膜抵抗器 ７２ 気化室 ７４ 電極 ７８ デマルチプレクサ ８４ 粘着性層 １０４ カプトンあるいはアップフレクス・タイプのポ
リマ・テープ １０５ リール １０６ スプロケット孔 １０８ マスク １１０ レーザ放射 １１２ エクサイマー・レーザ １１５ 高精度レンズ １１７ クリーニング・ステーション １２０ シリコン鋳型 １２２ 熱／圧力ステーション １２４ 巻取リール ２００ ＦＰＣレーザ・システム ２０２ Ｎｄ ＹＡＧまたはダイオードのレーザ ２０４ 光ファイバー ２０６ 接合点 ２０８ ＴＡＢリード線 ２１０ 鋳型パッド ２１２ 赤外線検出器 ２１４ １／２伝導ミラーまたは光線分割器 ２１６、２２２ 収束レンズ ２２０ レーザ光線 ２２４ ＰＣコントローラ ２２６ モニタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】特定の波長を持つレーザ光線を使用してＴ
    ＡＢ回路の電気リード線を電気接点部に接合させる方法
    であって、 上記レーザ光線の波長に対応する適切なレーザ光吸収性
    を持つシード金属をその上部表面に有する電気リード線
    を準備するステップと、 上記電気リード線を上記電気接点部に対し位置合わせす
    るステップと、 上記電気リード線および上記電気接点部を接合位置にお
    いて光ファイバーと接触するように保持するステップ
    と、 光ファイバーを通過するレーザ光線を照射することによ
    って、上記電気リード線および上記電気接点部を上記接
    合位置で接合させるステップと、 を含む電気部品接合方法。
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