JPH1128808A

JPH1128808A - 液体噴射記録ヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH1128808A
Application number: JP18641097A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kataoka; 雅樹片岡; Katsuhide Ogawa; 克秀小川; Naoshi Kotake; 直志小竹; Nobuo Kenmochi; 伸夫釼持; Yukihisa Koizumi; 幸久小泉
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】設計自由度が高く、小型化が可能であり、か
つ高信頼性、高画質を得ることのできる液体噴射記録ヘ
ッドおよびその製造方法を提供する。【解決手段】発熱素子基板１をヒートシンク４に接合
し、ボンディングパッド８と電気配線５の間をボンディ
ングワイヤ６で電気的に接続する。この時点では、ボン
ディングワイヤ６は図中の破線のような形状である。そ
の後、流路形成部材２を装着し、ワイヤ当接部３により
ボンディングワイヤ６を図中の実線のように変形させ
る。これにより、ボンディングワイヤ６による電気的接
続のための空間を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱素子の発熱や
圧電素子の変形などによって液体を飛翔させて記録を行
なう液体噴射記録ヘッドおよびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液体噴射記録ヘッドは、噴射素子におい
て電気エネルギを熱エネルギや機械エネルギに変換して
液体を噴射させる。そのために、噴射素子に電気エネル
ギを供給する電気的な配線および接続のための手段が必
要とされる。従来の液体噴射記録ヘッドにおいては、噴
射素子が形成された噴射素子基板と外部との接続にワイ
ヤボンディングやＴＡＢを用いたものがある。ワイヤー
ボンディングボンドを用いた代表例としては特開昭６１
−２３０９５４号公報や特開平８−５８０７８号公報、
ＴＡＢを用いた代表例としては特開平６−８４３４号公
報などがある。

【０００３】ワイヤーボンディングやＴＡＢによる電気
的接続は、信頼性確保のためにボンディングワイヤが他
の部材と当接しないようにするとともに、その接続領域
を封止材によってカバーしている。このため、接続領域
として大きな空間が必要であるとともに、封止材によっ
て実際の接続領域よりもさらに大きな空間が必要であっ
た。このような電気的接続のための大きな空間は、液体
噴射記録ヘッドの小型化を阻害し、また設計自由度を少
なくしていた。

【０００４】この問題を改善しようとした例として、例
えば特開平８−２６７７５１号公報に記載されたヘッド
がある。この文献では、サイド型と呼ばれるヘッド構造
において、天板の反インク吐出口側にワイヤボンディン
グの領域を逃がす領域を設けることで、発熱素子が形成
された基板側のボンディングパット位置の制約を緩和
し、基板の小型化を図っている。しかし、天板側でワイ
ヤボンディングの領域を逃げているだけであり、根本的
にワイヤボンディングとその封止のための空間容積に変
化はなく、依然として液体噴射記録ヘッドの小型化を阻
害していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、工程数やコスト増加なしで
ワイヤボンディングとその封止のための領域空間自体を
狭め、設計自由度が高く、小型化が可能であり、かつ高
信頼性、高画質を得ることのできる液体噴射記録ヘッド
およびその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、流路形成部材
の一部によってボンディングワイヤを接合平面と直交す
る方向に押圧し、ボンディングワイヤの形成時の高さよ
りも低くなるように変形させる。これによってワイヤボ
ンディング部分に必要とされていた空間容積を小さくす
ることができるので、設計自由度が高くなるとともに、
ヘッドの小型化を可能とする。また、ワイヤボンディン
グ部分は流路形成部材の一部によって覆われるので、封
止剤の量のコントロールが容易となり、かつ、信頼性の
高いヘッドが得られる。さらにこのボンディングワイヤ
の変形には別工程を要さず、コストが増加することもな
い。

【０００７】特に液体を噴射する方向が基板と流路形成
部材との接合面に略直交する方向である液体噴射記録ヘ
ッドでは、ボンディングワイヤの高さを低くすることに
よって、液体噴射記録ヘッドと被記録媒体との距離を一
定にしたままであっても液体の噴射口と被記録媒体との
距離を小さくすることができるので、画質を向上させる
ことが可能となる。

【０００８】ボンディングワイヤを変形させる際には隣
接するボンディングワイヤとの短絡が懸念されるが、例
えば流路形成部材にボンディングワイヤに対応した凹部
を形成しておけば、流路形成部材を隔壁として用いてボ
ンディングワイヤの変形時の短絡を防止することができ
る。また凹部の隔壁がリブとなり、流路形成部材の強度
を向上させることができ、例えばメンテナンス時のキャ
ッピング押圧を十分確保できる。あるいはボンディング
ワイヤの形成時の高さ寸法に対してボンディングワイヤ
の最小ピッチをそれ以上としておけば、ボンディングワ
イヤの変形時の短絡を防止できる。なお、ボンディング
ワイヤの材質としてＡｕを用いると、ボンディングワイ
ヤの変形時の断線やコンタクト部の接触不良が発生しに
くく、容易に変形させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の液体噴射記録ヘ
ッドの第１の実施の形態を示す断面図である。図中、１
は発熱素子基板、２は流路形成部材、３はワイヤ当接
部、４はヒートシンク、５は電気配線、６はボンディン
グワイヤ、７は液体供給管、８はボンディングパッド、
９は共通液室、１０は噴射口である。以下の例では、液
体を噴射するための噴射素子として発熱素子を用いたサ
ーマル方式の液体噴射記録ヘッドについて説明する。特
に第１の実施の形態では、発熱素子が形成されている面
と略平行あるいは斜め方向に液体を噴射するサイド型と
呼ばれるものを示している。

【００１０】発熱素子基板１は、例えばシリコン基板な
どによって構成され、その表面に発熱素子、および発熱
素子に接続される個別電極および共通電極、保護膜、樹
脂層等が例えばＬＳＩ作製プロセス等によって形成され
る。また、外部との電気的な接続を図るため、ボンディ
ングパッド８も形成される。なお、各発熱素子を駆動す
るための駆動回路も発熱素子基板１上に形成される場合
もある。

【００１１】流路形成部材２には、タンクなどから液体
が供給される液体供給管７および共通液室９が形成され
るとともに、発熱素子基板１に形成されている発熱素子
に対応した液体の噴射口１０と共通液室９を結ぶ各個別
の液体流路などが形成されている。この流路形成部材２
は、例えば樹脂成型によって作製され、発熱素子基板１
と位置合わせして接合される。具体的な流路形成部材２
の材料としては、例えばポリサルフォンやポリエーテル
イミドなどを用いることができるが、これに限られるも
のではない。

【００１２】ヒートシンク４は、発熱素子基板１の固定
用の基板であるとともに、発熱素子基板１で発生する熱
を逃がすための放熱板としても機能する。ヒートシンク
の表面には、発熱素子基板１と外部とを電気的に接続す
るための電気配線５が形成されている。電気配線５は、
ヒートシンク４とは別体の基板に形成されてもよい。

【００１３】発熱素子基板１のボンディングパッド８と
電気配線５との間は、ボンディングワイヤ６によって電
気的に接続される。このボンディングワイヤ６は、後述
するようにワイヤボンディング工程において図中の破線
のごとく形成された後、流路形成部材２のワイヤ当接部
３に当接し、図中の実線のように変形される。これによ
ってボンディングワイヤ６による電気的接続部分の空間
的な容積を小さくすることができる。ここで、ボンディ
ングワイヤ６に当接する流路形成部材２は、上述のよう
に樹脂を用い成形等で作成されているため、ボンディン
グワイヤ６と流路形成部材２接触しても、電気的な不具
合やボンディングワイヤの腐食等の問題が起きることは
ない。

【００１４】図１に示すように、本発明では図示したよ
うに液体供給管７が発熱素子基板１に対して傾斜した構
造の場合でも、液体供給管７の下部に電気的な接続部分
を設けることができる。従来のように、ワイヤ当接部３
と発熱素子基板１との間の電気的な接続のための空間が
大きい場合には、傾斜した液体供給管７の肉厚を確保す
るためには、噴射口１０と反対方向に発熱素子基板１を
延長して、電気的な接続のための大きな空間を確保しな
ければならなかった。そのために、発熱素子基板１が大
型化し、コスト低減を阻害していた。本発明では電気的
な接続部分の空間を小さくできるので、傾斜した液体供
給管７の肉厚を十分確保した上で発熱素子基板１を小型
化することが可能になり、コストを低減することができ
る。また、従来は発熱素子基板１の小型化のために液体
供給管７の位置を避けてボンディングパッド８を形成
し、電気的な接続を図る場合もあった。しかし本発明で
は、液体供給管７の下部であっても電気的な接続を行な
うことができるため、位置的な制約はなくなり、例えば
図示したように液体供給管７の下部にも電気的な接続部
分を配置することができるなど、設計の自由度を向上さ
せることができる。

【００１５】なお、ボンディングワイヤ６による電気的
な接続のための空間は、ボンディングワイヤ６を変形さ
せても断線などの電気的な不具合の発生しない程度に設
定すればよい。また、ボンディングワイヤの材質とした
は、例えばＡｕを用いることができる。Ａｕは粘性が高
いので、ボンディングワイヤ６を変形する際にも断線が
発生しにくく、より低くボンディングワイヤ６を変形さ
せても信頼性を確保することができる。具体例として、
ワイヤボンディング時のボンディングワイヤ６の発熱素
子基板１からの高さが２１０μｍのとき、流路形成部材
２の装着によってボンディングワイヤ６を９５μｍまで
変形させた場合、ボンディングワイヤ６の引っ張り試験
を実施した結果では、変形前では平均８．８ｇｆであっ
たが、変形後では８．６ｇｆであった。このように、流
路形成部材２によってボンディングワイヤ６を変形させ
ても引っ張り力にほとんど変化は見られず、変形による
信頼性の低下は発生しないと考えられる。

【００１６】また、流路形成部材２のワイヤ当接部３に
よるボンディングワイヤ６の変形の際に、ボンディング
ワイヤ６が発熱素子基板１と垂直な方向のみに変形すれ
ば問題はないが、ボンディングワイヤ６が横方向に倒れ
てしまい、電気的にショートしてしまうことも考えられ
る。これを回避するため、ワイヤボンディングのピッチ
を、初期のボンディングワイヤ６の高さよりも大きくし
ておけばよい。ワイヤ当接部３でボンディングワイヤ６
を変形させる際にボンディングワイヤ６が倒れた場合で
も、ボンディングワイヤ同士の接触により電気的ショー
トを発生することはない。

【００１７】図２は、本発明の液体噴射記録ヘッドの第
１の実施の形態における製造方法の一例を示す工程図で
ある。図中、図１と同様の部分には同じ符号を付してあ
る。１１はジョイント部材である。図２（Ａ）におい
て、このヒートシンク４に発熱素子基板１を位置決め
し、銀エポキシ等の熱伝導の良好な接着剤で接合する。
そして、図２（Ｂ）において、発熱素子基板１とヒート
シンク４上の電気配線５がワイヤボンディングにより電
気的に接続される。この時点では、ボンディングワイヤ
６は図１に破線で示すような形状に形成される。

【００１８】また、別に流路形成部材２が作製され、図
２（Ｃ）において、発熱素子基板１に流路形成部材２を
位置合わせし、接合する。このとき、図２（Ｂ）で形成
したボンディングワイヤ６を流路形成部材２のワイヤ当
接部３に当接させ、ボンディングワイヤ６を変形させ
る。これによってボンディングワイヤ６は図１に実線で
示す形状となる。

【００１９】図２（Ｄ）において、ジョイント部材１１
を装着する。ジョイント部材３内には図示しないタンク
から流路形成部材２の液体供給管７へ液体を供給するた
めの液体の供給路を有しており、この液体の供給路と流
路形成部材２の液体供給管７とが接続される。そして、
この液体の供給路と流路形成部材２の液体供給管７との
接続部分や、流路形成部材２と発熱素子基板１の端面と
の間に封止剤が注入されて封止され、液体の漏れなどを
防止する。また、ボンディングワイヤ６による電気的な
接続部分にも封止材が注入され、短絡などが発生しない
ように固定される。このとき、電気的な接続部分の空間
が小さいので、良好に均一に封止を行なうことができ
る。

【００２０】図３は、本発明の液体噴射記録ヘッドの第
２の実施の形態を示す断面図、図４は、同じく分解斜視
図である。図中、図１、図２と同様の部分には同じ符号
を付して説明を省略する。２１は開口部、２２は液体供
給口である。第２の実施の形態では、発熱素子が形成さ
れている面と略垂直方向に液体を噴射するルーフ型と呼
ばれるものを示している。

【００２１】ヒートシンク４には、開口部２１が設けら
れている。この開口部２１を通してジョイント部材１１
が挿入される。発熱素子基板１は、その全面がヒートシ
ンク４に接合されるわけではなく、この開口部２１にか
かるように配置される。

【００２２】流路形成部材２は、開口部２１および発熱
素子基板１を覆うように配置される。この例では、噴射
口１０が発熱素子基板１に形成されている発熱素子の略
直上に位置するように位置決めされる。発熱素子基板１
のボンディングパッド８とヒートシンク４上の電気配線
５を電気的に接続するボンディングワイヤ６は、流路形
成部材２に凹部として形成されているワイヤ当接部３に
当接し、変形している。

【００２３】ジョイント部材１１は、ヒートシンク４に
形成されている開口部２１に挿入され、発熱素子基板１
の裏面および流路形成部材２と接合する。ジョイント部
材１１内に設けられている液体の供給路を介してタンク
からの液体を液体供給口２２から共通液室９へ供給す
る。

【００２４】図５は、本発明の液体噴射記録ヘッドの第
２の実施の形態における製造方法の一例を示す工程図で
ある。図中、図３と同様の部分には同じ符号を付してあ
る。２３は封止剤である。図５（Ａ）において、発熱素
子基板１は、ヒートシンク４に例えば銀エポキシ等によ
って接合される。さらに、図５（Ｂ）においてワイヤボ
ンディングを行ない、発熱素子基板１上に形成されてい
るボンディングパッド８とヒートシンク４上に形成され
ている電気配線５との間をボンディングワイヤ６によっ
て電気的に接続する。

【００２５】図５（Ｃ）において、流路形成部材２を接
合する。このとき、ワイヤ当接部３がボンディングワイ
ヤ６に当接し、ボンディングワイヤ６を変形させる。こ
れによってボンディングワイヤ６の高さを低く抑えるこ
とができる。図５（Ｄ）において、このボンディングワ
イヤ６による電気的な接続部分を封止剤によって封止
し、ボンディングワイヤ６を固定してショートや断線な
どが発生しないようにする。もちろん、他の封止すべき
箇所についても封止を行なう。その後、ジョイント部材
１１をヒートシンク４の開口部２１から挿入し、発熱素
子基板１および流路形成部材２と接合し、封止する。こ
のようにして、図３に示す液体噴射記録ヘッドが完成す
る。

【００２６】図６は、本発明の液体噴射記録ヘッドの第
２の実施の形態における部分拡大断面図、図７は、従来
の液体噴射記録ヘッドにおける部分拡大断面図である。
図中、図３ないし図５と同様の部分には同じ符号を付し
ている。２４は被記録媒体である。また、ＴＤ，ＴＤ’
は噴射口１０から被記録媒体２４までの距離を示してお
り、この距離が液滴の飛翔距離に対応する。この距離が
狭い程、被記録媒体２４における液滴の着弾位置が正確
になり、高画質が得られる。ＨＤ，ＨＤ’は液体噴射記
録ヘッドから被記録媒体２４までの最短距離を示し、こ
の距離が広い程、被記録媒体２４の搬送の際の自由度が
高く、かつ信頼性が高くなる。この距離が狭い場合に
は、特に紙づまり等が発生しやすくなり、また噴射口１
０の近傍に被記録媒体２４が衝突することで、噴射口面
を傷つけて印字を著しく悪化させる場合がある。ＣＬ，
ＣＬ’は噴射口１０の中心から同一面で形成されている
部分の最短距離を示しており、メンテナンス時のキャッ
ピング可能領域となる。キャッピング時には同一平面で
キャップと当接させることによって、良好に密閉するこ
とができる。ＷＨはボンディングワイヤ６の発熱素子基
板１の上面からの高さを示している。

【００２７】図７に示す従来の液体噴射記録ヘッドで
は、ボンディングワイヤ６の高さＷＨは、通常の工程で
は２００〜３００μｍ程度となる。さらに、ボンディン
グワイヤ６が存在する電気的接続部分を封止する際に
は、電気的信頼性を確保するために数百ミクロン以上の
厚さを確保する必要がある。そのため、図７に示すよう
に封止剤２３が露出した構造では、封止剤２３の表面が
噴射口面よりも隆起していた。このような構造では、紙
詰まりなどを防止するため、ＨＤ’を所定の距離に設定
すると噴射口１０から被記録媒体２４までの距離ＴＤ’
が長くなって画質が低下する。逆に距離ＴＤ’を所定の
距離に設定すると距離ＨＤ’が狭くなって紙詰まりや液
体噴射記録ヘッドへの被記録媒体２４の衝突などが頻発
し、寿命も短くなる等の問題があった。また、ボンディ
ングワイヤ６の封止剤２３が露出しているため、封止剤
２３に衝撃を与えた場合のボンディングワイヤ６の断線
などの問題もあった。さらに、発熱素子基板１を小さく
すると長さＣＬ’が狭くなり十分なキャッピング領域が
取れなくなったり、またキャッピング領域を封止剤２３
を含む領域まで延ばすことが必要となり、キャッピング
の気密性が不十分となるなどの問題があった。

【００２８】これに対して、図６に示す本発明の第２の
実施の形態の場合には、ボンディングワイヤ６の高さＷ
Ｈを半分以下（例えば１００ミクロン弱）にまで低くで
き、かつ封止剤２３の高さも流路形成部材２で制限され
る。そのため、流路形成部材２の表面以上にはほとんど
突起は存在しない。これによって、距離ＴＤを狭く、ま
たは距離ＨＤを広く取ることができる。さらには、発熱
素子基板１のサイズに関係なく、噴射口１０の周囲の同
一面を広く取ることが可能となり、長さＣＬが十分に確
保できるので、キャッピングを良好に行なって十分な気
密性を得ることができる。

【００２９】図８は、本発明の液体噴射記録ヘッドの第
１および第２の実施の形態における変形例を示す部分拡
大図である。図中、３１は凹部である。この例では、図
８に示すように、ワイヤボンディングが行なわれる位置
に合わせて流路形成部材２に凹部３１を設けている。流
路形成部材２を装着する際に、ボンディングワイヤ６が
それぞれ対応する凹部３１に入り込み、凹部３１の底面
であるワイヤ当接部３にボンディングワイヤ６が当接、
変形する。このとき、ボンディングワイヤ６が横方向に
倒れても、凹部３１の側面で各ボンディングワイヤ６が
分離されているため、ボンディングワイヤ６同士が接触
（ショート）することはない。そのため、ワイヤボンデ
ィングを行なう間隔を狭くすることも可能となる。

【００３０】また、各凹部３１の間の部分が凸状になる
ため、流路形成部材２の強度を向上させることができ
る。これによって、例えばメンテナンス時のキャッピン
グ動作によって噴射口１０の配列されている面に大きな
力でキャップを押圧しても、キャッピング面の変形が少
なく、気密性を確保することができる。また、このよう
な強い押圧力でのキャッピングによるボンディングワイ
ヤ６の断線などの心配もない。

【００３１】上述の例では、噴射素子として発熱素子を
用いたサーマル方式の液体噴射記録ヘッドについて示し
たが、噴射素子として発熱素子以外のものを用いた液体
噴射記録ヘッドでも同様であり、外部との電気的接続を
ワイヤボンディングで行なう場合について本発明を適用
することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、工数を増やさずにボンディングワイヤによる
電気的な接続領域の高さを縮小できるので、液体噴射記
録ヘッドの小型化が可能であるとともに、ヘッド自体の
コストを低減することができる。また、電気的な接続領
域を縮小できることによって、位置的な制限が減少し、
設計の際の自由度を高めることができる。

【００３３】特にルーフ型の液体噴射記録ヘッドでは、
液体噴射方向での被記録媒体と液体噴射記録ヘッドとの
間の距離を広く確保できるので信頼性を高めることがで
き、あるいは、液体の噴射口と被記録媒体との距離を短
く設計できるので、印字品質の高い液体噴射記録ヘッド
を容易に得ることができる。さらに、キャッピング時の
気密性の良いヘッドが低コストで得られるという効果が
ある

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体噴射記録ヘッドの第１の実施の
形態を示す断面図である。

【図２】本発明の液体噴射記録ヘッドの第１の実施の
形態における製造方法の一例を示す工程図である。

【図３】本発明の液体噴射記録ヘッドの第２の実施の
形態を示す断面図である。

【図４】本発明の液体噴射記録ヘッドの第２の実施の
形態を示す分解斜視図である。

【図５】本発明の液体噴射記録ヘッドの第２の実施の
形態における製造方法の一例を示す工程図である。

【図６】本発明の液体噴射記録ヘッドの第２の実施の
形態における部分拡大断面図である。

【図７】従来の液体噴射記録ヘッドにおける部分拡大
断面図である。

【図８】本発明の液体噴射記録ヘッドの第１および第
２の実施の形態における変形例を示す部分拡大図であ
る。

【符号の説明】

１…発熱素子基板、２…流路形成部材、３…ワイヤ当接
部、４…ヒートシンク、５…電気配線、６…ボンディン
グワイヤ、７…液体供給管、８…ボンディングパッド、
９…共通液室、１０…噴射口、１１…ジョイント部材、
２１…開口部、２２…液体供給口、２３…封止剤、２４
…被記録媒体、３１…凹部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者釼持伸夫神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者小泉幸久神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の噴射素子を有する基板と、前記噴
射素子に対応し液体を噴射する複数の噴射口および該噴
射口へ液体を供給する流路が形成された流路形成部材と
が接合されてなる液体噴射記録ヘッドにおいて、前記基
板から外部へボンディングワイヤにより電気的に接合さ
れてなり、該ボンディングワイヤは前記流路形成部材の
一部に当接して変形していることを特徴とする液体噴射
記録ヘッド。
【請求項２】液体を噴射する方向が前記基板と前記流
路形成部材との接合面に略直交する方向であり、前記ボ
ンディングワイヤの変形方向が液体の噴射する方向と略
逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴
射記録ヘッド。
【請求項３】前記流路形成部材には、前記ボンディン
グワイヤに当接する部分に前記ボンディングワイヤに対
応して凹部が形成されていることを特徴とする請求項１
に記載の液体噴射記録ヘッド。
【請求項４】前記ボンディングワイヤの形成時の高さ
寸法に対して前記ボンディングワイヤの最小ピッチがそ
れ以上であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴
射記録ヘッド。
【請求項５】前記ボンディングワイヤの材質がＡｕで
あることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射記録ヘ
ッド。
【請求項６】複数の噴射素子を有する基板と、前記噴
射素子に対応し液体を噴射する複数の噴射口および該噴
射口へ液体を供給する流路が形成された流路形成部材と
を接合してなる液体噴射記録ヘッドの製造方法におい
て、前記基板から外部へボンディングワイヤにより電気
的に接合し、前記流路形成部材を前記基板に接合し、該
接合の際に、前記流路形成部材の一部が前記ボンディン
グワイヤを接合平面と直交する方向に押圧し、前記ボン
ディングワイヤの形成時の高さよりも低くなるように変
形させることを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方
法。