WO2012176875A1 - インクジェットヘッド及びインクジェット描画装置 - Google Patents

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WO2012176875A1
WO2012176875A1 PCT/JP2012/065986 JP2012065986W WO2012176875A1 WO 2012176875 A1 WO2012176875 A1 WO 2012176875A1 JP 2012065986 W JP2012065986 W JP 2012065986W WO 2012176875 A1 WO2012176875 A1 WO 2012176875A1
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wiring
substrate
common electrode
head
electrode
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PCT/JP2012/065986
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坂井 繁一
西 泰男
康二郎 吉田
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コニカミノルタホールディングス株式会社
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Publication date
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    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14491Electrical connection

Definitions

  • the present invention relates to an ink jet head and an ink jet drawing apparatus, and more particularly to an ink jet head and an ink jet drawing apparatus in which the reliability of electrical connection of wiring for supplying power to an actuator is improved.
  • inkjet heads that form images on various recording media by ejecting ink from a plurality of fine nozzles have been required to have a higher density of nozzles in order to achieve more accurate and finer image formation. It has been.
  • the ink jet head is provided with a common ink flow path for each nozzle row, and also includes a pressure chamber for applying discharge pressure to the ink, and an individual flow path for supplying ink from the common flow path to each pressure chamber. These are provided individually for a plurality of nozzles. Therefore, if these common flow paths, pressure chambers, and individual flow paths are arranged side by side in the nozzle arrangement direction (horizontal direction), it becomes difficult to arrange a plurality of nozzles at high density.
  • An ink jet head has been proposed (Patent Document 1).
  • This ink-jet head forms a head plate that forms the main body of the ink-jet head by laminating an actuator formed of piezoelectric elements on the upper surface of the vibration plate by forming the upper wall of the pressure chamber into a thin plate shape. is doing.
  • the actuator since the actuator has a structure in which a piezoelectric element is sandwiched between an individual electrode provided for each actuator and a common electrode provided in common to a plurality of actuators, the upper surface of the individual electrode and the upper surface of the common electrode are The height position in the joining direction of the head substrate and the wiring substrate is different.
  • the bonding of the head substrate and the wiring substrate is performed by thermocompression bonding the two substrates.
  • the connecting bumps are brought into electrical connection by being in contact with or in close contact with the other party by plastic deformation or heat melting deformation.
  • connection bumps for connecting the individual electrodes and the wirings on the wiring board and the connection bumps for connecting the common electrodes and the wirings on the wiring board are different from each other after the crimping. If you try to connect different distances in this way, there will be a strongly bonded part and an unstablely bonded part due to the crimping state of the head substrate and wiring board, and all electrical connections will be made at a large number of connecting parts. There is a problem that it is difficult to connect the parts with high reliability and to make them conductive.
  • Patent Document 2 it is described that power is supplied to an actuator by wire bonding from a drive IC arranged further above the actuator.
  • a drive IC arranged further above the actuator.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and by joining a head substrate having an actuator and a wiring substrate having a wiring for supplying power to the actuator via an adhesive resin layer, both substrates are provided. It is an object of the present invention to provide an ink jet head capable of reliably ensuring electrical connection between both substrates at the same time as bonding and an ink jet drawing apparatus equipped with the ink jet head.
  • a plurality of pressure chambers disposed corresponding to each of the plurality of nozzles that eject ink, and disposed corresponding to each of the pressure chambers, each accommodating a plurality of pressure chambers for ejecting ink from the nozzles.
  • a head substrate having a plurality of actuators for applying a force for discharging from the nozzle;
  • a wiring board having wiring terminals for electrically connecting to the individual electrodes respectively provided in the plurality of actuators and the common electrode provided in common to the plurality of actuators;
  • the wiring substrate and the head substrate are bonded via an adhesive resin layer, whereby the individual electrode and the common electrode of the actuator disposed on the surface of the head substrate on the wiring substrate side, and the wiring substrate
  • An inkjet head electrically connected to the wiring terminal, In the bonding direction of the wiring substrate and the head substrate, the individual electrode is disposed closer to the wiring substrate than the common electrode, and only the common electrode of the individual electrode and the common electrode Connection parts for electrical connection with wiring terminals are provided,
  • the position in the joining direction of the distal end portion of the connection component connected to the wiring terminal and the position in the joining direction of the connection surface of the individual electrode connected to the wiring terminal are substantially the same.
  • An inkjet head characterized by the above. 2.
  • a plurality of pressure chambers disposed corresponding to each of the plurality of nozzles that eject ink, and disposed corresponding to each of the pressure chambers, each accommodating a plurality of pressure chambers for ejecting ink from the nozzles.
  • a head substrate having a plurality of actuators for applying a force for discharging from the nozzle;
  • a wiring board having wiring terminals for electrically connecting to the individual electrodes respectively provided in the plurality of actuators and the common electrode provided in common to the plurality of actuators;
  • the wiring substrate and the head substrate are bonded via an adhesive resin layer, whereby the individual electrode and the common electrode of the actuator disposed on the surface of the head substrate on the wiring substrate side, and the wiring substrate
  • An inkjet head electrically connected to the wiring terminal, In the bonding direction of the wiring substrate and the head substrate, the individual electrode is disposed closer to the wiring substrate than the common electrode, and both the individual electrode and the common electrode are electrically connected to the wiring terminal.
  • connection parts for connecting to each are provided,
  • 3. The ink jet head according to 1 or 2, wherein the connecting component is a solder bump or a stud bump. 4). 3.
  • the head substrate having the actuator and the wiring substrate having the wiring for supplying power to the actuator are bonded via the adhesive resin layer, so that the electrical connection between the two substrates is performed simultaneously with the bonding of the two substrates. It is possible to provide an ink jet head capable of ensuring reliable connection and an ink jet drawing apparatus equipped with the ink jet head.
  • Sectional drawing of the inkjet head which concerns on this invention Partial enlarged sectional view of an inkjet head according to the present invention Sectional drawing which shows the manufacturing process of the inkjet head which concerns on this invention
  • Enlarged view of electrical connection sites in the present invention The figure which shows the other aspect of the electrical-connection part in this invention
  • part in this invention Schematic perspective view showing an example of an ink jet drawing apparatus according to the present invention
  • the ink jet head of the present invention has a laminate structure in which a head substrate and a wiring substrate are bonded via an adhesive resin layer.
  • the head substrate is disposed corresponding to each of a plurality of nozzles for discharging ink, a plurality of pressure chambers for storing ink for discharging from the nozzles, and a pressure chamber, And an actuator for applying a force for discharging the ink in the pressure chamber from the nozzle.
  • Actuators are provided for each pressure chamber outside the upper wall of the pressure chamber located on the upper surface of the head substrate.
  • Each actuator has an individual electrode on the upper surface side of each actuator with an actuator body made of a piezoelectric element such as PZT in between, and the lower surface side in contact with the head substrate is commonly provided for all of the plurality of actuators. Common electrode.
  • the actuator body is deformed by applying a predetermined drive signal between these electrodes, and the vibration plate formed by the upper wall of the pressure chamber is vibrated, thereby causing the pressure in the pressure chamber to discharge. Is granted.
  • the vertical direction is based on the direction along the direction of ink ejection from the nozzles.
  • the upper or upper surface in the present invention refers to a surface oriented in the direction opposite to or opposite to the ink ejection direction
  • the lower or lower surface refers to a surface oriented in the ink ejection direction or ink ejection direction.
  • the wiring board has wiring terminals for electrically connecting the individual electrodes exposed on the upper surface of the actuator and the common electrodes exposed on the upper surface of the head substrate other than the actuator forming region.
  • the wiring substrate and the head substrate are laminated via an adhesive resin layer, and are bonded by the adhesive resin layer by being pressure-bonded at a predetermined heating temperature. Simultaneously with this joining, the individual electrodes and common electrodes on the head substrate side and the wiring terminals on the wiring substrate side are electrically connected to each other.
  • the adhesive resin layer is provided between the head substrate and the wiring substrate except at least the actuator formation region and its periphery, thereby bonding the substrates to each other so as to secure an actuator accommodation space between the two substrates.
  • This adhesive resin layer has a predetermined elastic modulus (0.1 to 2.5 GPa) before bonding, and is cured by being heated to a predetermined curing temperature (for example, 200 ° C.) during bonding. It is a thermosetting adhesive resin layer that exhibits
  • a photosensitive adhesive resin sheet can be preferably used for such an adhesive resin layer.
  • an unnecessary portion that becomes an accommodation space for the actuator can be easily removed by exposure and development processing, and a layer having a desired pattern can be easily formed.
  • a specific adhesive resin layer for example, Toray Co., Ltd. photosensitive polyimide adhesive sheet, DuPont PerMX series (trade name) or the like can be used.
  • the actuator Since the actuator is formed on the upper surface of the head substrate, it protrudes from the upper surface of the head substrate. For this reason, in the bonding direction of the head substrate and the wiring substrate (hereinafter, simply referred to as the bonding direction), the individual electrodes are arranged at positions closer to the wiring substrate than the common electrodes.
  • only the common electrode of the individual electrodes and the common electrode is provided with a connection component for electrically connecting to a wiring terminal corresponding to the wiring board.
  • the position in the joining direction of the front end portion of the connection component connected to the wiring terminal is substantially the same as the position in the joining direction of the connection surface of the individual electrode connected to the wiring terminal.
  • both the individual electrode and the common electrode are provided with connection parts for electrically connecting to the wiring terminals of the wiring board.
  • the height in the joining direction of the connection part of the individual electrode and the connection part of the common electrode is made different, so that the position in the joining direction of the tip part of the connection part of the individual electrode connected to the wiring terminal, and the wiring terminal The position in the joining direction of the tip end portion of the connecting part of the common electrode connected to is made substantially the same.
  • the positions in the joining direction of the electrical connection portions between the electrodes (individual electrodes and common electrodes) on the head substrate side and the wiring terminals on the wiring substrate side are almost uniformized. Therefore, when the two substrates are bonded via the adhesive resin layer, the distance when performing electrical bonding by crimping is almost the same, so that the connection state of each electrical connection portion is made uniform and partial contact is achieved. A defect does not occur, and electrical connection between the two substrates can be ensured with high reliability at the same time as the bonding of the two substrates.
  • the positions in the bonding direction are substantially the same means that the average value of the distances from the upper surface of the common electrode at the positions in the bonding direction of all the electrical connection portions where the common electrode conducts with the wiring terminals is A, individual The value of
  • solder bumps or stud bumps can be used as the connection parts.
  • connection components can be easily formed on individual electrodes or common electrodes.
  • solder bumps for the wiring terminals of the wiring board and to use stud bumps for the connection parts on the head board side.
  • solder bumps are reflowed at a desired temperature for each solder paste, and the shape of the solder paste on the plane changes due to the surface tension of the solder paste itself. It is formed in a shape.
  • solder bumps can be formed by placing solder balls formed in advance in a ball shape at predetermined positions on the wiring board.
  • solder bump a low-melting-point solder bump that melts at a temperature lower than the temperature at which the adhesive resin layer is heat-cured is preferable, and a bump formed of eutectic solder is particularly preferable.
  • eutectic solder include Sn—In eutectic solder (melting point 118 ° C.), Sn—Bi eutectic solder (melting point 139 ° C.), and the like.
  • a general low melting point solder such as Sn-Bi-Ag solder (Ag is 0 to 1%) (melting point 139 ° C. ) Etc. can also be used.
  • the stud bump is formed by forming a metal ball by discharge heating using a fine metal wire (wire), joining the metal ball to the electrode surface by ultrasonic assist, pressurizing with a capillary, and then tearing the fine metal wire. Form bumps on the surface.
  • Such stud bumps generally have a plateau or hump-like shoulder derived from a metal ball located at the base by tearing a metal thin wire from a metal ball pressurized with a capillary, and the side faces are stepped.
  • the bumps have various shoulder heights by changing the size of the metal balls. Can be easily formed. Therefore, by using solder bumps for the wiring terminals and stud bumps for the connecting parts, it is possible to facilitate the formation of wiring on the wiring board and the uniform height of the electrical connection portions at the same time.
  • the “height” of the stud bump refers to the height of the tip of the protrusion formed by the fine metal wire torn from the metal ball, and the height of only the metal ball portion is the “shoulder”. It is called “part height”.
  • the stud bump can be formed using a fine metal wire generally used for bump formation, but it is preferable that the tip end side is electrically connected to the wiring terminal in a state of plastic deformation. Thereby, the reliability of the electrical connection can be achieved without fear of causing damage to the substrate.
  • a stud bump it is preferable to use a gold stud bump that can be easily plastically deformed even if it is in excessive contact with the other side.
  • the ink jet drawing apparatus of the present invention is equipped with such an ink jet head.
  • an inkjet drawing apparatus capable of forming a high-quality image can be obtained by an inkjet head having high electrical connection reliability between the head substrate and the wiring substrate.
  • a plurality of pressure chambers disposed corresponding to a plurality of nozzles for discharging ink and containing ink for discharging from the nozzles, and the pressure
  • a plurality of actuators arranged corresponding to the chambers and applying a force for ejecting the ink in the pressure chambers from the nozzles, and individual electrodes are provided on the upper surface of the actuators, and common to the lower surfaces
  • An electrode is provided, and in the bonding direction of the head substrate and the wiring substrate, the individual electrode is disposed closer to the wiring substrate than the common electrode, and the individual electrode and the common electrode, respectively.
  • the individual electric power of the head board is obtained.
  • the common electrode and the wiring terminal of the wiring board are electrically connected, and only the common electrode of the individual electrode and the common electrode is electrically connected to the wiring terminal.
  • the connecting part is provided so that the position in the joining direction of the tip portion thereof and the position in the joining direction of the connection surface of the individual electrode connected to the wiring terminal are substantially the same, and the adhesive resin layer is provided. Then, the head substrate and the wiring substrate are thermocompression bonded to electrically connect the connection parts of the common electrode and the wiring terminals corresponding to the individual electrodes.
  • a plurality of pressure chambers disposed corresponding to a plurality of nozzles for discharging ink, and containing ink for discharging from the nozzles
  • a plurality of actuators arranged corresponding to the pressure chambers and applying a force for ejecting ink in the pressure chambers from the nozzles, and individual electrodes are provided on the upper surface of the actuators, Is provided with a common electrode, and in the bonding direction of the head substrate and the wiring substrate, the individual electrode is located closer to the wiring substrate than the common electrode, and the individual electrode and the common electrode
  • Each of the head substrates is bonded to a wiring board having wiring terminals for electrical connection with each other via an adhesive resin layer.
  • An electrode and the common electrode are electrically connected to the wiring terminal of the wiring board, and both the individual electrode and the common electrode have connection parts for electrically connecting to the wiring terminal.
  • the joints of the connection parts of the individual electrodes are made different in height in the joining direction of the connection parts of the individual electrodes and the connection parts of the common electrodes, and the joints of the tips of the connection parts of the individual electrodes connected to the wiring terminals.
  • the position of the direction and the position of the joint part of the common electrode connected to the wiring terminal are substantially the same in the bonding direction, and the head substrate and the head substrate through the adhesive resin layer.
  • the head substrate having the actuator and the wiring substrate having the wiring for supplying power to the actuator are bonded via the adhesive resin layer, and at the same time, the electrical connection between the two substrates is ensured with high reliability. be able to.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an ink jet head according to the present invention
  • FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view thereof
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet head
  • FIG. 4 is an enlarged view of an electrical connection portion.
  • a head substrate 10 and a wiring substrate 20 are laminated and integrated by an adhesive resin layer 30.
  • a box-shaped manifold 40 is provided on the upper surface of the wiring board 20, and a common ink chamber 41 in which ink is stored is formed between the wiring board 20 and the wiring board 20.
  • the head substrate 10 includes, from the lower side in the figure, a nozzle plate 11 formed of a Si (silicon) substrate, an intermediate plate 12 formed of a glass substrate, a pressure chamber plate 13 formed of a Si (silicon) substrate, and SiO 2. And a diaphragm 14 formed of a thin film. In the nozzle plate 11, a nozzle 11a is opened toward the lower surface.
  • the pressure chamber plate 13 is formed with a pressure chamber 13 a for storing ink for ejection, and the upper wall is constituted by the diaphragm 14 and the lower wall is constituted by the intermediate plate 12.
  • the intermediate plate 12 is formed with a communication passage 12a through which the inside of the pressure chamber 13a communicates with the nozzle 11a.
  • the actuator 15 is formed by sandwiching an actuator body 15a made of PZT between an individual electrode 15b having a uniform thickness on the upper surface and a common electrode 15c having a uniform thickness on the lower surface.
  • the common electrode 15c is formed on the surface of the diaphragm 14 in common to all the actuators 15.
  • the actuator main body 15a and the upper surface of the actuator main body 15a are individually provided so as to correspond to the pressure chamber 13a.
  • the individual electrodes 15b are stacked.
  • a gold stud bump 16 (melting point: 1063 ° C.) as a connection component is formed so as to protrude toward the wiring board 20.
  • the gold stud bump 16 is located at the root and formed so as to rise from the individual electrode 15 b in a plateau shape or a hump shape, thereby forming a shoulder portion (individually stepped conical shape) A base portion 16a in contact with the electrode 15b) and a protrusion 16b protruding upward from the vicinity of the center of the upper surface of the shoulder portion 16a.
  • a gold stud bump 17 (melting point: 1063 ° C.) as a connection component is also formed on the common electrode 15 c so as to protrude toward the wiring board 20.
  • the gold stud bumps 17 are also formed at the roots so as to rise from the common electrode 15 c in a plateau shape or a hump shape, thereby forming a shoulder portion having a stepped conical shape on the side surface (common)
  • the upper surface of the individual electrode 15b on which the gold stud bump 16 is formed is higher than the upper surface of the common electrode 15c on which the gold stud bump 17 is formed because the actuator 15 protrudes from the head substrate 10.
  • the position is closer to the wiring board 20 than the position of the upper surface of the common electrode 15c.
  • the height (BL2) in the joining direction vertical direction in FIG. 4 of the front end portion of the gold stud bump 16 on the individual electrode 15b and the height in the joining direction of the front end portion of the gold stud bump 17 on the common electrode 15c.
  • BH2 are made different from each other, the position in the joining direction of the tip portion of the gold stud bump 16 (position separated by H + BL2 from the upper surface of the common electrode 15c) and the joining direction of the tip portion of the gold stud bump 17 are changed.
  • the position (position separated from the upper surface of the common electrode 15c by BH2) is made substantially the same.
  • the position in the joining direction of the shoulder 16a of the gold stud bump 16 position separated from the upper surface of the common electrode 15c by H + BL1
  • the position in the joining direction of the shoulder 17a of the gold stud bump 17 common electrode 15c.
  • the position separated from the top surface by BH1 is also substantially the same.
  • the size of the gold ball when the bump is formed from the gold thin wire may be changed according to the desired height.
  • BL1 is the height from the upper surface of the individual electrode 15b to the upper end of the shoulder 16a of the gold stud bump 16, and can be set to 20 to 50 ⁇ m, for example.
  • BL2 is the height from the upper surface of the individual electrode 15b to the tip of the protrusion 16b of the gold stud bump 16, and can be set to 50 to 100 ⁇ m, for example.
  • H is the height from the upper surface of the common electrode 15c to the upper surface of the individual electrode 15b, which varies depending on the thickness of the actuator body 15a, and can be set to 5 to 50 ⁇ m, for example.
  • BH1 is the height from the upper surface of the common electrode 15c to the upper end of the shoulder 17a of the gold stud bump 17, and can be set to, for example, 25 to 100 ⁇ m under the condition that it is almost the same height as H + BL1.
  • BH2 is the height from the upper surface of the common electrode 15c to the tip of the protruding portion 17b of the gold stud bump 17, and can be set to 55 to 150 ⁇ m, for example, under the condition that the height is almost the same as H + BL2.
  • SL is the protruding height of the solder bump 26a from the lower surface of the lower electrode 25a
  • SH is the protruding height of the solder bump 26b from the lower surface of the lower electrode 25b.
  • the thickness can be set to 20 to 60 ⁇ m.
  • Wiring board 20 the upper surface of the substrate body 21 made of Si substrate, via the wiring protective layer 22 made of SiO 2, and an upper wiring 23b of the common electrode 15c and the upper wiring 23a for the individual electrodes 15b are formed .
  • An FPC (flexible printed circuit board) 28 on which the driving IC 27 is mounted is electrically connected to the upper wirings 23 a and 23 b at the end of the wiring board 20 by an ACF (anisotropic conductive film).
  • a part of the upper wiring 23 a for the individual electrode 15 b faces the lower surface of the substrate body 21 through a through hole 21 a formed in the substrate body 21, and a wiring protective layer 24 made of SiO 2 is provided on the lower surface of the substrate body 21.
  • the lower wiring 25a formed therethrough is electrically connected.
  • a part of the lower wiring 25a is exposed on the wiring protection layer 24 facing the actuator 15, and the exposed lower wiring 25a has solder bumps 26a as wiring terminals for electrical connection with the individual electrodes 15b.
  • a protrusion is formed toward the head substrate 10 at a position corresponding to the gold stat bump 16.
  • a part of the upper wiring 23b for the common electrode 15c faces the lower surface of the substrate body 21 through a through hole 21b formed in the substrate body 21, and a wiring protective layer made of SiO 2 is formed on the lower surface of the substrate body 21.
  • 24 is electrically connected to the lower wiring 25b formed through the wiring 24.
  • a part of the lower wiring 25b is exposed on the wiring protective layer 24 facing the actuator 15, and a solder bump 26b as a wiring terminal for electrical connection with the common electrode 15c is exposed on the exposed lower wiring 25b.
  • a protrusion corresponding to the gold stat bump 17 is formed toward the head substrate 10.
  • the head substrate 10 and the wiring substrate 20 are manufactured separately as shown in FIG. 3, and then the upper surface of the head substrate 10 and the lower surface of the wiring substrate 20 face each other to form an adhesive resin.
  • the layers 30 are integrated through a layer 30.
  • the adhesive resin layer 30 is a thermosetting photosensitive adhesive resin sheet (here, set to a curing temperature of 200 ° C.), and the gap between the head substrate 10 and the wiring substrate 20 is equal to the thickness of the adhesive resin layer 30. Is provided in advance on the surface (lower surface) of the wiring protective layer 24 of the wiring substrate 20. Then, the wiring substrate 20 with the adhesive resin layer 30 is oriented with the bonding surface of the adhesive resin layer 30 facing the head substrate 10, and the solder bumps 26 a and 26 b and the corresponding gold stud bumps 16. , 17 so as to be electrically connected to each other, and after the adhesive resin layer 30 is laminated on the upper surface of the common electrode 15c of the head substrate 10, it is heated to a predetermined curing temperature and pressed. The head substrate 10 and the wiring substrate 20 are bonded via the adhesive resin layer 30.
  • the actuator 15 and the area corresponding to the periphery thereof are removed by exposure and development after being attached to the wiring substrate 20 and before being laminated with the head substrate 10.
  • a housing space 31 for the actuator 15 is formed between the head substrate 10 and the wiring substrate 20.
  • the area around the gold stud bump 17 is also removed by exposure and development in the accommodation space 31 to accommodate the gold stud bump 17.
  • a through-hole 32 penetrating in the vertical direction is formed in the adhesive resin layer 30 in advance by exposure and development, and one end (upper end) thereof communicates with an ink supply path 29 formed in the wiring board 20.
  • the end (lower end) is connected to the inside of the pressure chamber 13 a through the opening 14 a penetrating the diaphragm 14 and the common electrode 15 c of the head substrate 10 by being joined to the head substrate 10.
  • the ink supply path 29 is opened on the upper surface of the wiring board 20, and the ink in the common ink chamber 41 is allowed to flow into the pressure chamber 13a through the opening 29a.
  • the ink supplied into the pressure chamber 13a is deformed by the drive signal supplied from the drive IC 27, and the vibration plate 14 vibrates, so that pressure for ejection is applied, and the nozzle passes through the communication path 12a.
  • the liquid droplets are ejected from 11a.
  • the position of the tip portion of the gold stud bump 16 in the joining direction Since the positions of the tips of the gold stud bumps 17 in the joining direction are substantially the same, the distance between the solder bumps 26a, 26b and the gold stud bumps 16, 17 is substantially constant, and the two are joined together. Since the positions in the joining direction of the electrical connection portions to be made are almost uniform, the pressing state between the gold stat bumps 16 and 17 and the solder bumps 26a and 26b is also almost uniform, and partial contact failure is caused. It will never occur.
  • the electrical connection between the gold stud bumps 16 and 17 and the solder bumps 26 a and 26 b is performed by heating and pressure-bonding the head substrate 10 and the wiring substrate 20, thereby forming the gold stud bumps 16 and 17.
  • the protrusions 16b and 17b are penetrated into the solder bumps 26a and 26b.
  • the gold stud bumps 16 and 17 having a melting point higher than the heating temperature remain in the shape.
  • the solder bumps 26a and 26b having a lower melting point are in a molten state, permitting the protrusions 16b and 17b of the gold stud bumps 16 and 17 to enter at the time of bonding, and absorb the mutual overlap.
  • the adhesive resin layer 30 when the adhesive resin layer 30 is compressed during the thermocompression bonding, the adhesive resin layer 30 is slightly crushed under pressure and changes in the thickness dimension, but the protrusions of the gold stud bumps 16 and 17 By biting into the solder bumps 26a and 26b in which the 16b and 17b are melted, the thickness dimension change of the adhesive resin layer 30 is also absorbed. As a result, the tip portions of the gold stud bumps 16 and 17 are in a state of being bitten into the solder bumps 26a and 26b, and reliable electrical connection between the gold stud bumps 16 and 17 and the solder bumps 26a and 26b is achieved. Connection is guaranteed.
  • the protrusions 16b and 17b can be easily pressed when the head substrate 10 and the wiring substrate 20 are joined as shown in FIG.
  • the protrusions 16b and 17b can abut against the mating surface (the lower surfaces of the lower wirings 25a and 25b) to be plastically deformed, and there is no possibility of substrate damage.
  • an allowable range in which the bumps can overlap each other (a change in dimension of the adhesive resin layer 30 can be absorbed). The range) can be increased by the height of the protrusions 16b and 17b, and a more reliable electrical connection can be obtained.
  • FIG. 5 shows the electrical connection portion between the gold stud bump 16 and the solder bump 26a, the same applies to the electrical connection portion between the gold stud bump 17 and the solder bump 26b.
  • the gold stud bumps 16 and 17 as the connection parts are provided on both the individual electrode 15b and the common electrode 15c, respectively, but FIG. 6 shows the gold stud bump 17 as the connection part only on the common electrode 15c side. The embodiment which provided is shown.
  • the electrical connection portion where the individual electrode 15b is electrically connected to the solder bump 26a is the upper surface of the individual electrode 15b. That is, the upper surface of the individual electrode 15b becomes a connection surface.
  • the gold stud bump 17 has a shoulder portion 17a and a projection portion 17b.
  • the position of the tip portion of the projection portion 17b in the joining direction is connected to the individual electrode 15b.
  • the positions of the surfaces in the joining direction are substantially the same, and the tip of the protrusion 17b is used as an electrical connection portion with the solder bump 26b, thereby causing the same protrusion.
  • solder bumps in which the protrusions 17b of the gold stud bumps 17 are melted when the head substrate 10 and the wiring substrate 20 are thermocompression-bonded for electrical connection with the solder bumps 26a and 26b having a height (SL SH). Since it penetrates into 26b, the individual electrode 15b and the solder bump 26a can be reliably electrically connected.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing an example of an ink jet drawing apparatus equipped with the ink jet head 1.
  • An ink jet drawing apparatus 100 rotates on an apparatus base 101 an ink jet head 1 for performing ink jet drawing, a stage 102 for placing and supporting a substrate W on an upper surface, and a stage 102 to rotate in the ⁇ direction.
  • the ⁇ rotation mechanism 103, the stage 102, and the ⁇ rotation mechanism 103 are both linearly moved along the Y direction, and the Y movement mechanism 104, and both the stage 102 and the ⁇ rotation mechanism 103 are linearly moved along the X direction. Each has.
  • the X direction and the Y direction are directions orthogonal to each other on a horizontal plane.
  • the ink jet head 1 is attached to a gantry 106 laid in parallel along the X direction in the vicinity of the end portion on the apparatus base 101 through a slider 107 and a ⁇ rotation mechanism 108 so that the nozzle surface is a lower surface. It is arranged so as to face the surface of the recording material W on the stage 102 arranged below it in parallel.
  • the inkjet head 1 reciprocates along the X direction as the slider 107 slides along the gantry 106, and is moved in the Z direction, which is a normal direction perpendicular to the X and Y directions, by the ⁇ rotation mechanism 108.
  • the direction of rotation is rotationally moved in the ⁇ direction, and the Z moving mechanism 109 can be moved up and down in the Z direction together with the ⁇ rotating mechanism 108.
  • the stage 102 is a surface plate having a rectangular shape in plan view provided on the X moving mechanism 105 extending along the X direction via the ⁇ rotation mechanism 103, and the upper surface thereof is for placing the recording material W thereon. It is set as a horizontal mounting surface, and this mounting surface is arrange
  • FIG. The stage 102 moves linearly along the X direction by sliding along the X moving mechanism 105 together with the ⁇ rotation mechanism 103, and the X moving mechanism 105 is moved to the Y moving mechanism 104 extending along the Y direction.
  • the direction along the Z direction while maintaining parallel to the nozzle surface of the inkjet head 1 by the ⁇ rotation mechanism 103 is further achieved.
  • the axis can be rotated in the ⁇ direction.
  • the ink jet drawing apparatus 100 moves the ink jet head 1 and the stage 102 relatively, and controls the ejection of liquid droplets from the ink jet head 1 based on predetermined ejection pattern data according to each position information at that time.
  • the desired drawing is performed by landing on the surface of the recording material W on the stage 102.
  • the adhesive resin layer 30 is bonded to the head substrate 10 in a state where the adhesive resin layer 30 is previously bonded to the wiring substrate 20 side.
  • the adhesive resin layer 30 is bonded to the head substrate 10 side in advance.
  • the wiring substrate 20 may be bonded to the head substrate 10 and the adhesive resin layer 30.
  • the nozzle 11a is provided in the head substrate 10 when the head substrate 10 and the wiring substrate 20 are heat-bonded. It may be in a state where the nozzles 11a are not provided because they are not stacked.
  • Inkjet head 10 Head substrate 11: Nozzle plate 11a: Nozzle 12: Intermediate plate 12a: Communication path 13: Pressure chamber plate 13a: Pressure chamber 14: Vibration plate 14a: Opening portion 15: Actuator 15a: Actuator body 15b: Individual Electrode 15c: Common electrode 16, 17: Gold stud bump 16a, 17a: Shoulder portion 16b, 17b: Projection portion 20: Wiring substrate 21: Substrate body 21a, 21b: Through hole 22: Wiring protection layer 23a, 23b: Upper wiring 24 : Wiring protection layer 25a, 25b: Lower wiring 26a, 26b: Solder bump 27: Drive IC 28: FPC DESCRIPTION OF SYMBOLS 29: Ink supply path 29a: Opening part 30: Adhesive resin layer 31: Accommodating space 40: Manifold 41: Common ink chamber 100: Inkjet drawing apparatus 101: Apparatus base 102: Stage 103: ⁇ rotation mechanism 104: Y movement mechanism 105 : X movement mechanism 106:

Abstract

 本発明は、アクチュエータを有するヘッド基板とアクチュエータに給電する配線を有する配線基板とを接着樹脂層を介して接合することで、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することを目的とし、配線基板20とヘッド基板10の接合方向において、各アクチュエータ15の個別電極15bを共通電極15cよりも配線基板20に近い位置に配置し、個別電極15bと共通電極15cのうちの共通電極15cのみに配線端子と電気的に接続する接続部品17を設け、この接続部品17の先端部の接合方向の位置と、配線端子に接続される個別電極15bの接続面の接合方向の位置とをほぼ同一とする。または、個別電極15bと共通電極15cの双方に接続部品16,17を設け、個別電極15bの接続部品16と共通電極15cの接続部品17の接合方向の高さを異ならせて、個別電極15bの接続部品16の先端部の接合方向の位置と共通電極15cの接続部品17の先端部の接合方向の位置とをほぼ同一とする。

Description

インクジェットヘッド及びインクジェット描画装置
 本発明はインクジェットヘッド及びインクジェット描画装置に関し、詳しくは、アクチュエータに対する給電のための配線の電気的接続の信頼性が向上したインクジェットヘッド及びインクジェット描画装置に関する。
 近年、複数の微細なノズルからインクを吐出して各種記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドは、より高精度、高精細な画像形成を実現するために、ノズルのより一層の高密度配置が求められている。
 インクジェットヘッドには、インクの共通流路がノズル列毎に設けられる他、インクに吐出圧力を付与するための圧力室や、共通流路から各圧力室へインクを供給するための個別流路が、複数のノズルに対して個別に設けられている。そのため、これら共通流路、圧力室及び個別流路をノズルの配列方向(水平方向)に並設してしまうと、複数のノズルを高密度に配置することが困難となる。
 そこで、従来、ノズルの上方に圧力室を設け、共通流路に代わる共通インク室を圧力室の更に上方に設けることによって、ノズルの配列方向の広がりを抑え、ノズルの高密度配置を可能にしたインクジェットヘッドが提案されている(特許文献1)。このインクジェットヘッドは、圧力室の上壁を薄板状に形成して振動板とし、この振動板の上面に圧電素子によって形成されるアクチュエータを積層することによってインクジェットヘッドの本体部分をなすヘッド基板を構成している。
 このようなインクジェットヘッドは、アクチュエータに給電するための各配線も高密度に形成する必要があるが、アクチュエータを有するヘッド基板の上面には、アクチュエータそのものの他に各圧力室にインク供給を行うための流路が開口しているため、配線を引きまわすだけの面積的な余裕はない。そこで、特許文献1では、各アクチュエータに対して給電するための配線を備えた配線基板を別途形成し、これをヘッド基板に対してアクチュエータの上方から積層して、ヘッド基板側の各電極と配線基板側の各配線とを電気的に接続する構造とすることで配線の高密度化を図っている。
 ところで、ヘッド基板と配線基板とを接合する際は、アクチュエータの機械的変位を阻害しないように配線基板とアクチュエータとの間に所定の空間を確保すると同時に両基板の接着を行うための接着樹脂層を介在させている。このため、両基板の接合作業は、両基板を位置合わせすることによって、接着樹脂層の接着と、ヘッド基板側の各電極と配線基板側の各配線との電気的接続とを同時に行う必要がある。
 ここで、アクチュエータは、アクチュエータ毎に設けられる個別電極と、複数のアクチュエータに共通に設けられる共通電極とで圧電素子が挟まれた構造となっているため、個別電極の上面と共通電極の上面は、ヘッド基板と配線基板との接合方向の高さ位置が異なっている。ヘッド基板と配線基板との接合は、両基板とを加熱圧着することによって行われるが、この接合によって同時にヘッド基板側の各電極と配線基板側の各配線との電気的接続とを行う手法として、電極上と配線基板上とに各々対応する接続用バンプを設け、両者を圧着することで電気的接続を得る手法がある。この接続用バンプは塑性変形や熱溶融変形により相手方と接触或いは密着して電気的接続を成すものである。
 前述のように、個別電極の上面と共通電極の上面はヘッド基板と配線基板との接合方向の高さ位置が異なっているため、個別電極と配線基板側の配線との距離と、共通電極と配線基板側の配線との距離とは異なる距離となる。従って個別電極と配線基板上の配線とを接続する接続用バンプと、共通電極と配線基板上の配線とを接続する接続用バンプとでは圧着後の状態が異なってしまう。このように異なる距離を接続しようとすると、ヘッド基板と配線基板の圧着状態により、強固に接合されている部分と接合が不安定な部分とが存在し、多数の接続部分において全ての電気的接続部位を信頼性高く接続させて導通させることが難しいという問題がある。
 特許文献2には、アクチュエータに対する給電を、アクチュエータの更に上方に配置した駆動ICからワイヤボンドによって行うことが記載されているが、高密度に配列されたアクチュエータの個々にワイヤボンドを施すことは極めて煩雑である。このため、ヘッド基板と配線基板との接合によって、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することのできるインクジェットヘッド構造が望まれていた。
特開2006-264322号公報 特開2003-182076号公報
 本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、アクチュエータを有するヘッド基板と該アクチュエータに給電するための配線を有する配線基板とを、接着樹脂層を介して接合することによって、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することのできるインクジェットヘッド及びこれを搭載したインクジェット描画装置を提供することを課題とする。
 本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
 上記課題は、以下の各発明によって解決される。
1. インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有するヘッド基板と、
 複数の前記アクチュエータにそれぞれ設けられた個別電極及び複数の前記アクチュエータに共通に設けられた共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを備え、
 前記配線基板と前記ヘッド基板とが接着樹脂層を介して接合されることによって、前記ヘッド基板の前記配線基板側の面に配置された前記アクチュエータの前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とが電気的に接続されるインクジェットヘッドであって、
 前記配線基板と前記ヘッド基板との接合方向において、前記個別電極は、前記共通電極よりも前記配線基板に近い位置に配置され、前記個別電極と前記共通電極のうちの前記共通電極のみに、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品が設けられており、
 前記配線端子に接続される前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記個別電極の接続面の前記接合方向の位置とが、ほぼ同一とされていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有するヘッド基板と、
 複数の前記アクチュエータにそれぞれ設けられた個別電極及び複数の前記アクチュエータに共通に設けられた共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを備え、
 前記配線基板と前記ヘッド基板とが接着樹脂層を介して接合されることによって、前記ヘッド基板の前記配線基板側の面に配置された前記アクチュエータの前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とが電気的に接続されるインクジェットヘッドであって、
 前記配線基板と前記ヘッド基板との接合方向において、前記個別電極は、前記共通電極よりも前記配線基板に近い位置に配置され、前記個別電極と前記共通電極の双方に、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品がそれぞれ設けられており、
 前記個別電極の前記接続部品と前記共通電極の前記接続部品の前記接合方向の高さをそれぞれ異ならせることにより、前記配線端子に接続される前記個別電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記共通電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置とが、ほぼ同一とされていることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 前記接続部品は、はんだバンプ又はスタッドバンプであることを特徴とする前記1又は2記載のインクジェットヘッド。
4. 前記配線端子ははんだバンプであり、前記接続部品はスタッドバンプであることを特徴とする前記1又は2記載のインクジェットヘッド。
5. 前記スタッドバンプは、側面が階段状の円錐形状であり、先端部が突起形状であることを特徴とする前記3又は4記載のインクジェットヘッド。
6. 前記スタッドバンプの先端部側が塑性変形した状態で前記配線端子と電気的接続されていることを特徴とする前記3~5のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
7. 前記スタッドバンプは、金スタッドバンプであることを特徴とする前記6記載のインクジェットヘッド。
8. 前記1~7のいずれかに記載のインクジェットヘッドを搭載してなることを特徴とするインクジェット描画装置。
 本発明によれば、アクチュエータを有するヘッド基板と該アクチュエータに給電するための配線を有する配線基板とを、接着樹脂層を介して接合することによって、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することのできるインクジェットヘッド及びこれを搭載したインクジェット描画装置を提供することができる。
本発明に係るインクジェットヘッドの断面図 本発明に係るインクジェットヘッドの部分拡大断面図 本発明に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図 本発明における電気的接続部位の拡大図 本発明における電気的接続部位の他の態様を示す図 本発明における電気的接続部位の他の実施形態を示す拡大図 本発明に係るインクジェット描画装置の一例を示す概略斜視図
 本発明のインクジェットヘッドは、ヘッド基板と配線基板とが接着樹脂層を介して接合された積層体構造を有する。ヘッド基板は、インクを吐出させる複数のノズルと、ノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクをノズルから吐出させるための力を付与するアクチュエータとを有している。
 アクチュエータは、ヘッド基板の上面に位置する圧力室上壁の外側に、該圧力室毎にそれぞれ設けられている。各アクチュエータの上面側には、PZT等の圧電素子からなるアクチュエータ本体を間に挟んで、アクチュエータ毎に個別電極を有し、ヘッド基板と接する下面側には、複数のアクチュエータの全てに共通に設けられる共通電極を有している。アクチュエータは、これら電極間に所定の駆動信号が印加されることによってアクチュエータ本体が変形し、圧力室の上壁によって形成される振動板を振動させることにより、圧力室内のインクに吐出のための圧力を付与する。
 なお、本発明における上下の方向は、ノズルからのインク吐出方向に沿う方向を基準とする。従って、本発明における上又は上面とは、インク吐出方向と反対方向又はインク吐出方向と反対方向に配向する面をいい、下又は下面とは、インク吐出方向又はインク吐出方向に配向する面をいう。
 配線基板は、アクチュエータの上面に露出する個別電極と該アクチュエータ形成領域以外のヘッド基板上面に露出する共通電極とに対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有している。配線基板とヘッド基板とは接着樹脂層を介して積層され、所定の加熱温度で圧着されることによって、接着樹脂層によって接合される。この接合と同時に、ヘッド基板側の個別電極及び共通電極と配線基板側の配線端子とがそれぞれ電気的に接続される。
 接着樹脂層は、ヘッド基板と配線基板との間において、少なくともアクチュエータ形成領域及びその周囲を除いて設けられることにより、両基板間にアクチュエータの収容空間を確保するように基板同士を接着する。この接着樹脂層は、接着前の状態では所定の弾性率(0.1~2.5GPa)を有し、接着時に所定の硬化温度(例えば200℃)に加熱されることによって硬化して接着機能を発揮する加熱硬化性接着樹脂層である。
 このような接着樹脂層には感光性接着樹脂シートを好ましく用いることができる。感光性接着樹脂シートは、アクチュエータの収容空間となる不要部分を露光、現像処理によって容易に除去することができ、所望パターンの層形成が容易である。具体的な接着樹脂層としては、例えば東レ社製感光性ポリイミド接着シート、デュポン社製PerMXシリーズ(商品名)等を用いることができる。
 アクチュエータはヘッド基板の上面に形成されるため、該ヘッド基板上面から突出している。このため、ヘッド基板と配線基板との接合方向(以下、これを単に接合方向という。)において、個別電極が共通電極よりも配線基板に近い位置に配置されている。
 本発明の一つの実施形態では、この個別電極と共通電極のうちの共通電極のみに、配線基板に対応する配線端子と電気的に接続するための接続部品が設けられる。この場合、配線端子と接続される接続部品の先端部の接合方向の位置と、配線端子に接続される個別電極の接続面の接合方向の位置とが、ほぼ同一とされている。
 本発明の他の実施形態では、個別電極と共通電極の双方に、配線基板の配線端子と電気的に接続するための接続部品がそれぞれ設けられる。この場合、個別電極の接続部品と共通電極の接続部品の接合方向の高さをそれぞれ異ならせることにより、配線端子に接続される個別電極の接続部品の先端部の接合方向の位置と、配線端子に接続される共通電極の接続部品の先端部の接合方向の位置とが、ほぼ同一とされる。
 これらいずれの実施形態によっても、ヘッド基板側の電極(個別電極及び共通電極)と配線基板側の配線端子との電気的接続部位の接合方向の位置がほぼ均一化される。従って、両基板を接着樹脂層を介して接合する際に、圧着によって電気的接合を行う際の距離がほぼ同一となるため、各電気的接続部位の接続状態も均一化され、部分的な接触不良が発生することはなくなり、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することができる。
 なお、本発明において「接合方向の位置がほぼ同一」とは、共通電極が配線端子と導通する全ての電気的接続部位の接合方向の位置の共通電極上面からの距離の平均値をA、個別電極が配線端子と導通する全ての電気的接続部位の接合方向の位置の共通電極上面からの距離の平均値をBとしたとき、|A-B|の値が接着樹脂層の厚みの10%以下であることをいう。
 本発明において、接続部品は、はんだバンプ又はスタッドバンプを用いることができる。はんだバンプ又はスタッドバンプを用いることで、個別電極や共通電極上に容易に接続部品を形成することができる。
 特に、配線基板の配線端子にはんだバンプを使用し、ヘッド基板側の接続部品にスタッドバンプを使用することが好ましい。
 一般に、はんだバンプは、はんだペーストをスクリーン印刷によって配線基板にパターニングした後、はんだペースト毎の所望の温度でリフローすることにより、はんだペースト自身の表面張力で平面上のはんだペーストの形状が変化しボール状に形成される。また別の方法として、あらかじめボール状に形成されたはんだボールを配線基板の所定位置に配置することで、はんだバンプを形成することもできる。
 はんだバンプには、接着樹脂層の加熱硬化時の温度よりも低い温度で融解する低融点のはんだバンプが好ましく、特に共晶はんだにより形成されるバンプを好ましく用いることができる。共晶はんだとしては、Sn-In系共晶はんだ(融点118℃)、Sn-Bi系共晶はんだ(融点139℃)等が挙げられる。この他、接着樹脂層の加熱硬化時の温度よりも低い温度で融解するものであれば、一般の低融点はんだ、例えばSn-Bi-Agはんだ(Agは0~1%)(融点139℃~)等を用いることもできる。
 また、スタッドバンプは、金属細線(ワイヤ)を用いて放電加熱により金属ボールを形成し、超音波アシストにより金属ボールを電極表面に接合させ、キャピラリーで加圧した後、金属細線を引きちぎることで電極表面にバンプを形成する。このようなスタッドバンプは、一般に、キャピラリーで加圧された金属ボールから金属細線が引きちぎられることによって、根元に位置する金属ボール由来の台地状又はこぶ状の肩部を有し、側面が階段状の円錐形状をなしていると共に、先端部側がこの肩部から突出する金属細線の一部によって突起形状をなしており、金属ボールの大きさを可変することによって、様々な肩部高さのバンプを容易に形成することができる。従って、配線端子にはんだバンプを使用し、接続部品にスタッドバンプを使用することで、配線基板の配線形成の容易化と電気的接続部位の均一高さの容易化とを同時に図ることができる。
 なお、本発明において、スタッドバンプの「高さ」とは、金属ボールから引きちぎられた金属細線によって形成される突起部の先端部の高さをいい、金属ボールの部分のみの高さは「肩部高さ」という。
 スタッドバンプは、バンプ形成用に一般に使用される金属細線を用いて形成することができるが、その先端部側が塑性変形した状態で配線端子と電気的接続されていることが好ましい。これにより基板破損を発生させるおそれなく電気的接続の確実性を図ることができる。このようなスタッドバンプとしては、相手側と過度に接触しても容易に塑性変形することができる金スタッドバンプを使用することが好ましい。
 本発明のインクジェット描画装置は、このようなインクジェットヘッドを搭載してなる。これにより、ヘッド基板と配線基板との間の電気的接続の信頼性が高いインクジェットヘッドにより、高品質の画像形成が可能なインクジェット描画装置とすることができる。
 本発明のインクジェットヘッドの製造方法の一つの実施形態では、インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有し、該アクチュエータの上面には個別電極が設けられ、下面には共通電極が設けられており、ヘッド基板と配線基板との接合方向において、個別電極は共通電極よりも配線基板に近い位置に配置されているヘッド基板と、前記個別電極及び前記共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを、接着樹脂層を介して接合することによって、前記ヘッド基板の前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とを電気的に接続するものであって、前記個別電極と前記共通電極のうちの前記共通電極のみに、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品を、その先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記個別電極の接続面の前記接合方向の位置とがほぼ同一となるように設け、前記接着樹脂層を介して前記ヘッド基板と前記配線基板とを加熱圧着することによって、前記共通電極の前記接続部品及び前記個別電極とそれぞれ対応する前記配線端子とを電気的に接続する。
 また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の他の実施形態では、インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有し、該アクチュエータの上面には個別電極が設けられ、下面には共通電極が設けられており、ヘッド基板と配線基板との接合方向において、個別電極は共通電極よりも配線基板に近い位置に配置されているヘッド基板と、前記個別電極及び前記共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを、接着樹脂層を介して接合することによって、前記ヘッド基板の前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とを電気的に接続するものであって、前記個別電極と前記共通電極の双方に、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品を、前記個別電極の前記接続部品と前記共通電極の前記接続部品の前記接合方向の高さをそれぞれ異ならせ、且つ、前記配線端子に接続される前記個別電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記共通電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置とがほぼ同一となるようにそれぞれ設け、前記接着樹脂層を介して前記ヘッド基板と前記配線基板とを加熱圧着することによって、前記共通電極の前記接続部品及び前記個別電極の前記接続部品とそれぞれ対応する前記配線端子とを電気的に接続する。
 これらいずれの実施形態によっても、アクチュエータを有するヘッド基板と該アクチュエータに給電するための配線を有する配線基板とを接着樹脂層を介して接合すると同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することができる。
 以下、本発明の具体例について図面を用いて更に説明する。
 図1は、本発明に係るインクジェットヘッドの断面図、図2はその部分拡大断面図、図3はインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図、図4は電気的接続部位の拡大図である。
 インクジェットヘッド1は、ヘッド基板10と配線基板20とが、接着樹脂層30によって積層一体化されている。配線基板20の上面には箱型形状のマニホールド40が設けられ、配線基板20との間で、内部にインクが貯留される共通インク室41を形成している。
 ヘッド基板10は、図中下層側から、Si(シリコン)基板によって形成されたノズルプレート11、ガラス基板によって形成された中間プレート12、Si(シリコン)基板によって形成された圧力室プレート13、SiO薄膜によって形成された振動板14とを有している。ノズルプレート11には下面に向けてノズル11aが開口している。
 圧力室プレート13には、吐出のためのインクを収容する圧力室13aが形成されており、その上壁が振動板14によって構成され、下壁が中間プレート12によって構成されている。中間プレート12には、圧力室13aの内部とノズル11aとを連通する連通路12aが貫通形成されている。
 アクチュエータ15は、PZTからなるアクチュエータ本体15aが、上面に均一厚みで形成された個別電極15bと下面に均一厚みで形成された共通電極15cとで挟まれてなる。共通電極15cは振動板14の表面に全てのアクチュエータ15に共通に形成されており、この共通電極15c上に、圧力室13aに1対1に対応するように個別にアクチュエータ本体15aとその上面の個別電極15bとが積層されている。
 個別電極15b上には、接続部品としての金スタッドバンプ16(融点1063℃)が配線基板20に向けて突出形成されている。金スタッドバンプ16は、図4に示すように、根元に位置して個別電極15bから台地状又はこぶ状に盛り上がるように形成されることにより、側面が階段状の円錐形状をなす肩部(個別電極15bに接する基部)16aと、その肩部16aの上面中央付近から上方に突出する突起部16bとを有している。
 また、共通電極15c上にも、同じく接続部品としての金スタッドバンプ17(融点1063℃)が配線基板20に向けて突出形成されている。金スタッドバンプ17も、図4に示すように、根元に位置して共通電極15cから台地状又はこぶ状に盛り上がるように形成されることにより、側面が階段状の円錐形状をなす肩部(共通電極15cに接する基部)17aと、その肩部17aの上面中央付近から上方に突出する突起部17bとを有している。
 ここで、金スタッドバンプ16が形成される個別電極15bの上面は、アクチュエータ15がヘッド基板10上に突出形成されていることから、金スタッドバンプ17が形成される共通電極15cの上面よりも高く、接合方向において共通電極15cの上面の位置よりも配線基板20に近い位置にある。このため、個別電極15b上の金スタッドバンプ16の先端部の接合方向(図4における上下方向)の高さ(BL2)と、共通電極15c上の金スタッドバンプ17の先端部の接合方向の高さ(BH2)とをそれぞれ異ならせることにより、金スタッドバンプ16の先端部の接合方向の位置(共通電極15cの上面からH+BL2だけ離れた位置)と、金スタッドバンプ17の先端部の接合方向の位置(共通電極15cの上面からBH2だけ離れた位置)とがほぼ同一となるようにしている。また、ここでは、金スタッドバンプ16の肩部16aの接合方向の位置(共通電極15cの上面からH+BL1だけ離れた位置)と、金スタッドバンプ17の肩部17aの接合方向の位置(共通電極15cの上面からBH1だけ離れた位置)もほぼ同一となっている。
 金スタッドバンプ16、17の高さを異ならせるには、金細線からバンプを形成する時の金ボールの大きさを、所望の高さに応じて変化させればよい。
 なお、BL1は、個別電極15bの上面から金スタッドバンプ16の肩部16aの上端までの高さであり、例えば20~50μmとすることができる。BL2は、個別電極15bの上面から金スタッドバンプ16の突起部16bの先端部までの高さであり、例えば50~100μmとすることができる。また、Hは共通電極15cの上面から個別電極15bの上面までの高さであり、これはアクチュエータ本体15aの厚みによって様々であるが、例えば5~50μmとすることができる。
 また、BH1は、共通電極15cの上面から金スタッドバンプ17の肩部17aの上端までの高さであり、H+BL1とほぼ同一高さとなる条件で、例えば25~100μmとすることができる。BH2は、共通電極15cの上面から金スタッドバンプ17の突起部17bの先端部までの高さであり、H+BL2とほぼ同一高さとなる条件で、例えば55~150μmとすることができる。
 更に、SLは、はんだバンプ26aの下部電極25aの下面からの突出高さ、SHは、はんだバンプ26bの下部電極25bの下面からの突出高さであり、両者がほぼ同一の突出高さとなる条件で、例えばそれぞれ20~60μmとすることができる。
 配線基板20は、Si基板からなる基板本体21の上面に、SiOからなる配線保護層22を介して、個別電極15b用の上部配線23aと共通電極15c用の上部配線23bが形成されている。これら上部配線23a、23bには、駆動IC27が実装されたFPC(フレキシブルプリント回路基板)28が、配線基板20の端部においてACF(異方性導電フィルム)によって電気的に接続されている。
 個別電極15b用の上部配線23aの一部は、基板本体21に形成された貫通孔21aによって基板本体21の下面に臨んでおり、該基板本体21の下面にSiOからなる配線保護層24を介して形成された下部配線25aと導通している。アクチュエータ15に面する配線保護層24には、下部配線25aの一部が露出しており、その露出した下部配線25aに、個別電極15bと導通を図るための配線端子としてのはんだバンプ26aが、金スタットバンプ16に対応する位置にヘッド基板10に向けて突出形成されている。
 また、共通電極15c用の上部配線23bの一部は、基板本体21に形成された貫通孔21bによって基板本体21の下面に臨んでおり、該基板本体21の下面にSiOからなる配線保護層24を介して形成された下部配線25bと導通している。アクチュエータ15に面する配線保護層24には、下部配線25bの一部が露出しており、その露出した下部配線25bに、共通電極15cと導通を図るための配線端子としてのはんだバンプ26bが、金スタットバンプ17に対応する位置にヘッド基板10に向けて突出形成されている。
 各はんだバンプ26a、26bは、ここではSn-Bi系共晶はんだ(融点139℃)によってスクリーン印刷されることによって形成されており、図4に示すように、リフロー後に下部配線25a、25bの表面からそれぞれヘッド基板10に向けて同一高さ(SL=SH)で半球状に盛り上がることによって、その先端面(下端面)は球面状となっている。
 インクジェットヘッド1の製造に際し、これらヘッド基板10と配線基板20とは、図3に示すように、各々別々に作製した後、ヘッド基板10の上面と配線基板20の下面とを対面させ、接着樹脂層30を介して積層一体化される。
 接着樹脂層30は、熱硬化性の感光性接着樹脂シート(ここでは硬化温度200℃とする。)であり、ヘッド基板10と配線基板20との間に該接着樹脂層30の厚み分の間隔を設けるべく、配線基板20の配線保護層24の表面(下面)に対して予め貼着される。そして、この接着樹脂層30付きの配線基板20を、接着樹脂層30の貼着面をヘッド基板10側に配向させ、且つ、各はんだバンプ26a、26bと、これに対応する各金スタッドバンプ16、17とが電気的に接続されるように位置合わせし、接着樹脂層30をヘッド基板10の共通電極15c上面に対して積層した後、所定の硬化温度に加熱され及び圧着されることによって、ヘッド基板10と配線基板20とが接着樹脂層30を介して接着される。
 接着樹脂層30は、配線基板20への貼着後でヘッド基板10との積層前に、アクチュエータ15及びその周囲に相当する領域が露光、現像によって除去される。これにより、ヘッド基板10と配線基板20との間に、アクチュエータ15(アクチュエータ本体15aと個別電極15b)の収容空間31が形成される。この収容空間31には、同時に金スタッドバンプ17の周囲の領域も露光、現像によって除去されることで、該金スタッドバンプ17も収容される。
 接着樹脂層30には、予め上下に貫通する貫通孔32が同じく露光、現像によって形成されており、その一端(上端)は、配線基板20に形成されているインク供給路29と連通し、他端(下端)は、ヘッド基板10と接合されることによって、該ヘッド基板10の振動板14及び共通電極15cを貫通する開口14aを通して圧力室13aの内部と連通している。インク供給路29は配線基板20の上面に開口しており、その開口部29aから共通インク室41内のインクを流入させて圧力室13a内に供給可能としている。
 圧力室13a内に供給されたインクは、駆動IC27から与えられる駆動信号によってアクチュエータ15が変形し、振動板14が振動することで、吐出のための圧力が付与され、連通路12aを通ってノズル11aから微小液滴として吐出される。
 ヘッド基板10と配線基板20との接合時、個別電極15b或いは共通電極15cと配線基板20との電気的接続を要する部位の距離に関わらず、金スタッドバンプ16の先端部の接合方向の位置と金スタッドバンプ17の先端部の接合方向の位置とがほぼ同一とされているため、はんだバンプ26a、26bと金スタッドバンプ16、17間の距離はほぼ一定となり、両者が接合し合うことによって形成される電気的接続部位の接合方向の位置がほぼ均一化されているため、金スタットバンプ16、17とはんだバンプ26a、26bとの間の押し付け状態もほぼ均一化され、部分的な接触不良が発生することはなくなる。
 金スタッドバンプ16、17とはんだバンプ26a、26bとの電気的接続は、図4に示すように、ヘッド基板10と配線基板20とが加熱され及び圧着されることによって、金スタッドバンプ16、17の突起部16b、17bが、はんだバンプ26a、26b内に侵入(食い込み)するように行われている。
 すなわち、接着樹脂層30の硬化温度(200℃)で加熱され及び圧着されると、この加熱温度よりも融点が高い金スタッドバンプ16、17はその形状を維持したままであるが、この加熱温度よりも融点が低いはんだバンプ26a、26bは溶融状態となり、接合時の金スタッドバンプ16、17の突起部16b、17bの侵入を許容し、互いのオーバーラップ分を吸収する。また、加熱圧着時に接着樹脂層30が圧縮されることにより該接着樹脂層30に僅かに加圧潰れが生じ、その厚み寸法が小さくなる方向に変化するが、金スタッドバンプ16、17の突起部16b、17bが溶融したはんだバンプ26a、26b内に食い込むことで、この接着樹脂層30の厚み寸法変化分も吸収する。これにより、金スタッドバンプ16、17の先端部は、はんだバンプ26a、26bの内部に両者同程度に食い込んだ状態となり、金スタッドバンプ16、17とはんだバンプ26a、26bとの間の確実な電気的接続が保証される。
 更に、金スタッドバンプ16、17は、特に突起部16b、17bが容易に塑性変形可能であるため、ヘッド基板10と配線基板20との接合時に押し付けすぎが生じても、図5に示すように、突起部16b、17bが相手側の面(下部配線25a、25bの下面)に当接して塑性変形することができ、基板破損が生じるおそれはない。しかも、突起部16b、17bが塑性変形するまでヘッド基板10と配線基板20との距離を近付けることができるので、バンプ同士がオーバーラップし得る許容範囲(接着樹脂層30の寸法変化分の吸収可能範囲)を、突起部16b、17bの高さ分だけ広くすることができ、より確実な電気的接続を得ることが可能である。
 なお、図5は金スタッドバンプ16とはんだバンプ26aとの電気的接続部位を示しているが、金スタッドバンプ17とはんだバンプ26bとの電気的接続部位の場合も同じである。
 以上の実施形態では、個別電極15bと共通電極15cの双方にそれぞれ接続部品としての金スタッドバンプ16、17を設けたが、図6は、共通電極15c側のみに接続部品としての金スタッドバンプ17を設けた実施形態を示している。
 この場合、個別電極15bがはんだバンプ26aと導通する電気的接続部位は、個別電極15bの上面である。すなわち、この個別電極15bの上面が接続面となる。金スタッドバンプ17は、肩部17aと突起部17bとを有するが、この突起部17bの先端部の接合方向の位置(共通電極15cの上面からBH2だけ離れた位置)を、個別電極15bの接続面の接合方向の位置(共通電極15cの上面からHだけ離れた位置)とほぼ同一とし、この突起部17bの先端部をはんだバンプ26bとの電気的接続部位とすることにより、それぞれ同一の突出高さ(SL=SH)を有するはんだバンプ26a、26bとの電気的接続のために、ヘッド基板10と配線基板20とを加熱圧着した際、金スタッドバンプ17の突起部17bが溶融したはんだバンプ26b内に侵入するため、個別電極15bとはんだバンプ26aとを確実に電気的接続させることができる。
 図7は、かかるインクジェットヘッド1を搭載したインクジェット描画装置の一例を示す概略斜視図である。
 インクジェット描画装置100は、装置基台101上に、インクジェット描画を行うためのインクジェットヘッド1、上面に基材Wを載置して支持するためのステージ102、ステージ102をθ方向に回転移動させるためのθ回転機構103、ステージ102及びθ回転機構103を共にY方向に沿って直線移動させるY移動機構104、ステージ102及びθ回転機構103を共にX方向に沿って直線移動させるX移動機構105をそれぞれ備えている。
 なお、X方向とY方向とは水平面上で互いに直交する方向である。
 インクジェットヘッド1は、装置基台101上の端部近傍においてX方向に沿って平行に架設されたガントリ106に、スライダ107及びθ回転機構108を介して、そのノズル面が下面となるように取り付けられ、その下方に配置されるステージ102上の被記録材Wの表面と平行に対向するように配置されている。インクジェットヘッド1は、スライダ107がガントリ106に沿ってスライド移動することによりX方向に沿って往復移動し、また、θ回転機構108によって、X、Y方向と直交する法線方向であるZ方向に沿う方向を軸としてθ方向に回転移動し、更に、Z移動機構109によってθ回転機構108と共にZ方向に昇降移動することができるようになっている。
 ステージ102は、X方向に沿って延びるX移動機構105上に、θ回転機構103を介して設けられた平面視矩形状の定盤であり、その上面は被記録材Wを載置するための水平な載置面とされ、該載置面がインクジェットヘッド1のノズル面に対して所定の高さ位置となるように配設されている。このステージ102は、θ回転機構103と共にX移動機構105に沿ってスライド移動することによってX方向に沿って直線移動し、このX移動機構105が、それぞれY方向に沿って延びるY移動機構104に沿ってスライド移動することによって、θ回転機構103と共にY方向に沿って直線移動し、更に、θ回転機構103によって、インクジェットヘッド1のノズル面に対して平行を維持したまま、Z方向に沿う方向を軸としてθ方向に回転移動することができるようになっている。
 インクジェット描画装置100は、インクジェットヘッド1とステージ102とを相対的に移動させ、そのときの各位置情報に応じて、所定の吐出パターンデータに基づいてインクジェットヘッド1からの液滴の吐出を制御し、ステージ102上の被記録材W表面に着弾させることで、所望の描画を行う。
 なお、以上の説明では、接着樹脂層30を予め配線基板20側に貼着した状態でヘッド基板10と接合するようにしたが、接着樹脂層30を予めヘッド基板10側に貼着した状態で配線基板20をヘッド基板10及び接着樹脂層30と接合するようにしてもよい。
 また、以上の説明では、ヘッド基板10と配線基板20との加熱圧着時、ヘッド基板10にノズル11aが設けられている状態としたが、ヘッド基板10は、加熱圧着時に、ノズルプレート11が未だ積層されていないことによりノズル11aを有していない状態であってもよい。
 1:インクジェットヘッド
 10:ヘッド基板
  11:ノズルプレート
   11a:ノズル
  12:中間プレート
   12a:連通路
  13:圧力室プレート
   13a:圧力室
  14:振動板
   14a:開口部
  15:アクチュエータ
   15a:アクチュエータ本体
   15b:個別電極
   15c:共通電極
  16、17:金スタッドバンプ
   16a、17a:肩部
   16b、17b:突起部
 20:配線基板
  21:基板本体
   21a、21b:貫通孔
  22:配線保護層
  23a、23b:上部配線
  24:配線保護層
  25a、25b:下部配線
  26a、26b:はんだバンプ
  27:駆動IC
  28:FPC
  29:インク供給路
   29a:開口部
 30:接着樹脂層
  31:収容空間
 40:マニホールド
  41:共通インク室
 100:インクジェット描画装置
  101:装置基台
  102:ステージ
  103:θ回転機構
  104:Y移動機構
  105:X移動機構
  106:ガントリ
  107:スライダ
  108:θ回転機構
  109:Z移動機構
  W:被記録材

Claims (8)

  1.  インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有するヘッド基板と、
     複数の前記アクチュエータにそれぞれ設けられた個別電極及び複数の前記アクチュエータに共通に設けられた共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを備え、
     前記配線基板と前記ヘッド基板とが接着樹脂層を介して接合されることによって、前記ヘッド基板の前記配線基板側の面に配置された前記アクチュエータの前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とが電気的に接続されるインクジェットヘッドであって、
     前記配線基板と前記ヘッド基板との接合方向において、前記個別電極は、前記共通電極よりも前記配線基板に近い位置に配置され、前記個別電極と前記共通電極のうちの前記共通電極のみに、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品が設けられており、
     前記配線端子に接続される前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記個別電極の接続面の前記接合方向の位置とが、ほぼ同一とされていることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2.  インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有するヘッド基板と、
     複数の前記アクチュエータにそれぞれ設けられた個別電極及び複数の前記アクチュエータに共通に設けられた共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを備え、
     前記配線基板と前記ヘッド基板とが接着樹脂層を介して接合されることによって、前記ヘッド基板の前記配線基板側の面に配置された前記アクチュエータの前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とが電気的に接続されるインクジェットヘッドであって、
     前記配線基板と前記ヘッド基板との接合方向において、前記個別電極は、前記共通電極よりも前記配線基板に近い位置に配置され、前記個別電極と前記共通電極の双方に、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品がそれぞれ設けられており、
     前記個別電極の前記接続部品と前記共通電極の前記接続部品の前記接合方向の高さをそれぞれ異ならせることにより、前記配線端子に接続される前記個別電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記共通電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置とが、ほぼ同一とされていることを特徴とするインクジェットヘッド。
  3.  前記接続部品は、はんだバンプ又はスタッドバンプであることを特徴とする請求項1又は2記載のインクジェットヘッド。
  4.  前記配線端子ははんだバンプであり、前記接続部品はスタッドバンプであることを特徴とする請求項1又は2記載のインクジェットヘッド。
  5.  前記スタッドバンプは、側面が階段状の円錐形状であり、先端部が突起形状であることを特徴とする請求項3又は4記載のインクジェットヘッド。
  6.  前記スタッドバンプの先端部側が塑性変形した状態で前記配線端子と電気的接続されていることを特徴とする請求項3~5のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  7.  前記スタッドバンプは、金スタッドバンプであることを特徴とする請求項6記載のインクジェットヘッド。
  8.  請求項1~7のいずれかに記載のインクジェットヘッドを搭載してなることを特徴とするインクジェット描画装置。
     
     
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