WO2016047178A1 - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016047178A1
WO2016047178A1 PCT/JP2015/060020 JP2015060020W WO2016047178A1 WO 2016047178 A1 WO2016047178 A1 WO 2016047178A1 JP 2015060020 W JP2015060020 W JP 2015060020W WO 2016047178 A1 WO2016047178 A1 WO 2016047178A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode portion
piezoelectric element
electrically connected
electrode
connection member
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/060020
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
廣信 山口
裕一 町田
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by コニカミノルタ株式会社 filed Critical コニカミノルタ株式会社
Priority to JP2016549970A priority Critical patent/JP6332465B2/ja
Priority to EP15843126.2A priority patent/EP3199351B1/en
Publication of WO2016047178A1 publication Critical patent/WO2016047178A1/ja

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1607Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1623Manufacturing processes bonding and adhesion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1626Manufacturing processes etching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1632Manufacturing processes machining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14362Assembling elements of heads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14491Electrical connection
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/18Electrical connection established using vias

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet head and an inkjet head manufacturing method, and more particularly, by making the contact surface height uniform by a simple method in electrical connection between an electrode on a head chip and a wiring on a wiring board.
  • the present invention relates to an ink jet head capable of performing reliable electrical connection and a method for manufacturing the ink jet head.
  • an image formed by ejecting ink from an inkjet head has been required to have high accuracy and high quality.
  • a line head formed by arranging a plurality of recording heads across the width direction of the recording medium is used to form an image by conveying the recording medium to the recording area of the line head, nozzles provided in the line head If ejection failure occurs, streaks and unevenness occur, and the image deteriorates. Therefore, in order to prevent image degradation and provide a high-accuracy and high-quality image, it is necessary to prevent ejection failure of each nozzle provided in the inkjet head.
  • Various techniques are known as techniques for preventing nozzle discharge defects.
  • an inkjet head that discharges ink by pressurizing ink in a pressure chamber communicating with a nozzle by driving a piezoelectric element, it is necessary to reliably supply power to each piezoelectric element in order to drive the piezoelectric element reliably.
  • a first electrode portion (individual electrode) to which a driving potential is formed so as to sandwich the piezoelectric element and a second electrode portion (common electrode) to which a GND potential is input are disposed above the piezoelectric element. It is important to ensure electrical connection with each wiring of the laminated wiring board.
  • the head element including the piezoelectric element and the wiring substrate including the wiring are surrounded by the piezoelectric element.
  • the first electrode portion is electrically drawn from the second electrode portion formed on the piezoelectric element. It is also known that bumps are formed on the lead-out portion and are electrically connected by contacting the wiring of the wiring board (Patent Document 2).
  • Patent Document 2 in order to reliably electrically connect the first electrode portion and the second electrode portion formed on the piezoelectric element to the wiring of the wiring board, the position where the first electrode portion and the wiring are in contact with each other and the second It is disclosed that by making the position where the electrode portion and the wiring contact each other at the same height, the connection state of each electrical connection portion is made uniform, and partial contact failure can be prevented.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 have a configuration in which bumps are raised on the first electrode portion formed on the piezoelectric element, in order to ensure electrical connection when bonding the wiring boards together. If pressure is applied with a strong pressure, the pressure may be concentrated on the bumps on the surface of the first electrode portion and the piezoelectric element may be damaged. For this reason, there exists a problem that highly accurate pressure control is requested
  • the bumps provided on the first electrode part and the bumps provided on the second electrode part are different in size and height, so that the amount of deformation during crimping may differ. There is. However, it is difficult to control the pressure in consideration of the amount of deformation and make the height of each contact surface uniform.
  • An object is to provide an inkjet head and a method of manufacturing the inkjet head.
  • a pressure chamber that accommodates ink ejected from the nozzles, a piezoelectric element that is provided corresponding to the pressure chamber, the first electrode portion is formed on the upper surface, and the second electrode portion is formed on the lower surface;
  • a head chip having a lead-out portion electrically drawn out of the piezoelectric element from the second electrode portion;
  • a first connection member comprising a stud bump disposed above the head chip and electrically connected to the first electrode part of the head chip; and electrically connected to the second electrode part via the lead-out part
  • a wiring board having a second connection member made of stud bumps to be connected;
  • the lead portion is provided with an adjustment member that has an upper surface disposed at a height substantially equal to the height of the first electrode portion and at least the upper surface is electrically connected to the lead portion,
  • the first connection member of the wiring board is electrically connected to the first electrode part by contacting an upper surface of the first electrode part, and the second connection member is formed of the adjustment member.
  • the piezoelectric element used for the adjustment member has a hole penetrating in the height direction or a groove cut out in the height direction, 5.
  • the inkjet head according to 4 wherein the hole or the groove is filled with a conductive material, whereby the third electrode portion and the lead-out portion are electrically connected via the conductive material.
  • a plurality of the second connection members are provided, and some of the second connection members of the plurality of second connection members are in contact with only the conductive material filled in the holes or the grooves. 5.
  • a plurality of the pressure chambers are provided, and each of the second electrode portions formed in the plurality of piezoelectric elements provided corresponding to the pressure chambers is common to the plurality of second electrode portions.
  • a conductive material is applied to each of the first connection member and the second connection member, and is electrically connected to the upper surface of the first electrode portion and the upper surface of the adjustment member via the conductive material. 10.
  • the inkjet head according to any one of 1 to 9 above.
  • a pressure chamber that accommodates ink ejected from the nozzles, a piezoelectric element that is provided corresponding to the pressure chamber, the first electrode portion is formed on the upper surface, and the second electrode portion is formed on the lower surface;
  • a head chip having a lead-out portion electrically drawn out of the piezoelectric element from the second electrode portion;
  • a first connection member disposed above the head chip and electrically connected to the first electrode portion of the head chip; and a first connection member electrically connected to the second electrode portion via the lead-out portion.
  • a wiring board having two connection members In a method for manufacturing an inkjet head comprising: Forming a piezoelectric element having the first electrode portion and the second electrode portion corresponding to the pressure chamber on the head chip; and A lead portion forming step for forming the lead portion on the head chip; An adjustment member forming step of forming an adjustment member on the lead portion, the upper face being disposed at a height substantially equal to the height of the first electrode portion, and the upper face being electrically connected to the lead portion; By bringing the first connection member into contact with the upper surface of the first electrode portion, and electrically connecting with the first electrode portion, and contacting the second connection member with the upper surface of the adjustment member, A bonding step of bonding the wiring substrate and the head chip so as to be electrically connected to the second electrode portion via the adjustment member; A method for manufacturing an ink-jet head comprising:
  • the adjustment member is formed by a piezoelectric element having a third electrode portion that is electrically connected to the lead-out portion on the top surface, 12.
  • the first connection member and the second connection member are formed on the wiring board so as to have a convex shape in a direction in which the head chip is disposed, and the head chip is disposed at a tip position.
  • Sectional drawing which shows an example of the inkjet head which concerns on this invention
  • Plan view of head chip of inkjet head Partial enlarged sectional view of an inkjet head
  • (A)-(c) is sectional drawing which shows the other aspect of the connection structure of the 2nd connection member of a wiring board, and an adjustment member.
  • (A)-(c) is a figure explaining the manufacturing process of the inkjet head based on this invention.
  • (A)-(c) is a figure explaining the manufacturing process of the inkjet head based on this invention.
  • (A) And (b) is a figure explaining the manufacturing method of the inkjet head based on this invention.
  • the figure explaining the manufacturing method of the inkjet head which concerns on this invention Partial plan view showing another aspect of the adjustment member
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an ink jet head according to the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of a head chip of the ink jet head
  • FIG. 3 is a partial enlarged cross sectional view of the ink jet head.
  • a head chip 10 and a wiring substrate 20 are laminated and integrated via a spacer substrate 30 therebetween.
  • a box-shaped manifold 40 having an ink storage chamber 41 inside is provided on the upper surface of the wiring board 20.
  • the Z direction indicated by an arrow in FIGS. 1 and 3 is set to “down” with reference to the state of the inkjet head 1 in FIGS.
  • the opposite direction is “up”. Therefore, “upward” is a direction opposite to the Z direction in the inkjet head 1, and “downward” is a direction along the Z direction.
  • the “upper surface” is a surface disposed in the direction opposite to the Z direction in the inkjet head 1, and the “lower surface” is a surface disposed in the Z direction.
  • the head chip 10 includes a nozzle plate 11, an intermediate plate 12, a pressure chamber plate 13, and a diaphragm layer 14 that are stacked in order from the bottom in FIG. 3.
  • the pressure chamber plate 13 is formed of, for example, a Si (silicon) substrate.
  • the pressure chamber plate 13 is formed with a pressure chamber 131 that accommodates ink ejected from the nozzles 111 formed on the nozzle plate 11.
  • the number of pressure chambers 131 is not particularly limited, and at least one pressure chamber 131 is sufficient.
  • the inkjet head 1 having a plurality of pressure chambers 131 is illustrated.
  • the plurality of pressure chambers 131 are arranged in the XY direction (see FIG. 2) of the head chip 10 when the head chip 10 is viewed in plan.
  • the pressure chamber 131 is formed so as to penetrate the pressure chamber plate 13. Therefore, the upper wall of the pressure chamber 131 is formed by the diaphragm layer 14, and the lower wall is formed by the intermediate plate 12.
  • the diaphragm layer 14 is formed of, for example, a SiO 2 film (silicon oxide film).
  • the diaphragm layer 14 is provided with an ink inlet 132 that opens to the upper surface of the head chip 10, corresponding to the pressure chamber 131.
  • the intermediate plate 12 is formed of, for example, a glass substrate.
  • a plurality of communication passages 121 communicating with the inside of the pressure chamber 131 are formed in the intermediate plate 12 corresponding to the pressure chamber 131.
  • the nozzle plate 11 is formed of, for example, a Si substrate.
  • a plurality of nozzles 111 are formed so as to open to the lower surface of the nozzle plate 11 corresponding to the communication paths 121 of the intermediate plate 12. Therefore, the inkjet head 1 shown in this embodiment discharges ink downward from the nozzle 111.
  • a piezoelectric element 15 is provided on the upper surface of the head chip 10.
  • the piezoelectric element 15 is disposed on the upper surface of the diaphragm layer 14 constituting the upper wall of the pressure chamber 131 corresponding to each pressure chamber 131.
  • the piezoelectric element 15 shown in this embodiment is formed with a predetermined thickness by a thin film PZT. Since the thin film PZT can be etched using photolithography technology, a plurality of piezoelectric elements 15 arranged in a predetermined pattern can be easily formed.
  • the piezoelectric element 15 is formed with a first electrode portion 151 and a second electrode portion 152, respectively.
  • the first electrode portion 151 is an individual electrode provided for each piezoelectric element 15 and is formed on the upper surface of the piezoelectric element 15.
  • the second electrode portion 152 is a GND common electrode provided in common to the plurality of piezoelectric elements 15, and is formed on the lower surface of the piezoelectric element 15.
  • the second electrode portion 152 is formed on the upper surface of the diaphragm layer 14, and the piezoelectric element 15 is placed on the upper surface of the second electrode portion 152.
  • the upper surface of the first electrode portion 151 is arranged at a predetermined height H1 (see FIG. 3).
  • the height H1 at which the upper surface of the first electrode portion 151 is disposed is a height from the upper surface to the upper surface of the first electrode portion 151 on the basis of the upper surface of the diaphragm layer 14 directly below the piezoelectric element 15. And define. Bumps are not provided on the upper surface of the first electrode portion 151.
  • the second electrode portion 152 is formed so as to largely protrude outside the formation region of the piezoelectric element 15. Specifically, the second electrode portion 152 is formed with the piezoelectric element 15 formation region toward an end portion arranged in the Y direction of the head chip 10 shown in FIG. 2 and an end portion arranged in the opposite direction. It is formed so as to protrude outside. As a result, an extraction portion 153 made of the same electrode film as the second electrode portion 152 is formed on the upper surface of the diaphragm layer 14 (see FIG. 3). That is, the second electrode portion 152 is electrically drawn out of the formation region of the piezoelectric element 15 by the lead-out portion 153 on the upper surface of the diaphragm layer 14.
  • the second electrode portion 152 is electrically drawn out to a drawing portion 153 common to the plurality of piezoelectric elements 15.
  • the adjustment member 16 is provided on the upper surface of the drawer portion 153.
  • the adjustment member 16 is a member that adjusts the height of an electrical connection portion for achieving electrical connection between the lead portion 153 and a connection member of the wiring board 20 described later.
  • the adjusting member 16 shown in the present embodiment is formed on the upper surface of the drawing portion 153 drawn near both ends of the head chip 10 so as to extend along the X direction shown in FIG.
  • the adjustment member 16 may be formed by a single member on the upper surface of the drawer portion 153, or may be formed by laminating a plurality of layers on the upper surface of the drawer portion 153. .
  • Each adjustment member 16 near both ends of the head chip 10 is divided into two in the X direction. Thereby, the deformation
  • the adjusting member 16 is preferably formed using a material having a Poisson's ratio of 0.4 or less.
  • the Poisson's ratio of the piezoelectric element 15 is generally about 0.3, and the Poisson's ratio of a gold bump generally used as a first connection member 25 and a second connection member 26 of the wiring board 20 described later is about 0.44. Therefore, the first connecting member 25 and the second connecting member 26 that are electrically connected to the piezoelectric element 15 and the adjusting member 16 can be easily crushed. Thereby, the reliability of electrical connection can be improved and the load on the piezoelectric element 15 can be reduced.
  • the Poisson's ratio of the material used for the adjustment member 16 is more preferably defined in relation to the piezoelectric element 15. That is, the adjustment member 16 is more preferably made of a material having a Poisson's ratio comparable to that of the piezoelectric element 15.
  • the adjustment member 16 is more preferably made of a material having a Poisson's ratio comparable to that of the piezoelectric element 15.
  • the adjustment member 16 shown in the present embodiment exemplifies a preferable aspect formed using a piezoelectric element made of the same material as the piezoelectric element 15 provided for each pressure chamber 131, that is, a thin film PZT.
  • a piezoelectric element made of the same material as the piezoelectric element 15 provided for each pressure chamber 131, that is, a thin film PZT.
  • the adjusting member 16 shown in the present embodiment is formed by providing the third electrode portion 161 on the upper surface of the piezoelectric element.
  • the third electrode portion 161 can be formed in the same process when the first electrode portion 151 is formed on the upper surface of the piezoelectric element 15.
  • the piezoelectric element 15 and the adjustment member 16 are patterned in the same process including the first electrode portion 151 and the third electrode portion 161.
  • the first electrode portion 151 is provided on the upper surface of the piezoelectric element 15, and the adjustment member 16 also has the third electrode portion 161 on the upper surface. These electrode portions 151 and 161 are connected to the piezoelectric element below the first electrode portion 151. Since it is formed in a thin film shape that is sufficiently thin as compared with the above, the piezoelectric when the first connection member 25 and the second connection member 26 of the wiring board 20 are electrically connected to the first electrode portion 151 and the third electrode portion 161. In the hardness (Poisson's ratio) of the element 15 and the adjustment member 16, the presence of these electrode portions 151 and 161 can be ignored.
  • the upper surface of the adjusting member 16 is arranged to be substantially equal to the height H1 of the upper surface of the first electrode portion 151. If both patterns are formed in the same process, it is easy to form them so that the heights of the upper surfaces of the both are arranged at substantially the same height. Therefore, the height of the upper surface of the first electrode portion 151 and the upper surface of the third electrode portion 161 on the head chip 10 electrically connected to the wiring of the wiring board 20 can be made uniform by a simple method.
  • the height of the upper surface of the adjustment member 16 is based on the height of the upper surface of the diaphragm layer 14 directly below the piezoelectric element 15 from the height of the upper surface of the third electrode portion 161 of the adjustment member 16. It is defined as the height to the top surface. Bumps are not provided on the upper surface of the third electrode portion 161.
  • the height of the upper surface of the adjustment member 16 is “substantially equal” to the height H1 of the upper surface of the first electrode portion 151, meaning that there is a variation in height between them so that the problem of the present invention can be solved. I say that you may have.
  • a value obtained by subtracting the value of the height of the upper surface of the adjustment member 16 from the value of the height H1 of the upper surface of the first electrode portion 151 is a value ⁇ 3 of the height H1 of the upper surface of the first electrode portion 151. %.
  • the height of the upper surface of the adjustment member 16 is preferably equal to the height H1 of the upper surface of the first electrode portion 151.
  • the heights of the upper surfaces of the first electrode portion 151 and the adjustment member 16 are average values.
  • the upper surface of the adjustment member 16 has a sufficiently large area.
  • the third electrode portion 161 on the upper surface of the adjustment member 16 has an area equal to or larger than the area of the first electrode portion 151 on the upper surface of one piezoelectric element 15. This facilitates positioning in the X and Y directions when electrical connection with a connection member of the wiring board 20 described later is performed, and the joining work of the wiring board 20 can be performed easily.
  • the adjustment member 16 is formed with a through-hole 162 that vertically penetrates the adjustment member 16. Thereby, the drawer
  • FIG. The through hole 162 is filled with a sufficient amount of the conductive material 163.
  • the conductive material 163 is preferably a conductive material that is in a paste state when filled and is cured by heating after filling, and more preferably a conductive adhesive.
  • the third electrode portion 161 and the lead portion 153 are electrically connected via the conductive material 163. Since the lead portion 153 is electrically connected to the second electrode portion 152 on the lower surface of the piezoelectric element 15, the third electrode portion 161 is electrically connected to the second electrode portion 152 via the lead portion 153.
  • the conductive material 163 filled in the through hole 162 is cured after the wiring substrate 20 is joined.
  • the wiring substrate 20 has a substrate body 21 made of, for example, a Si substrate, and first wiring for individually electrically connecting to the first electrode portions 151 of the plurality of piezoelectric elements 15 on the lower surface of the substrate body 21. 22 and a second wiring 23 for commonly connecting to the second electrode portions 152 of the plurality of piezoelectric elements 15.
  • the first wiring 22 is drawn out to the upper surface of the substrate body 21 through the through wiring portion 221 that penetrates the substrate body 21 and is electrically connected to the first upper wiring portion 222.
  • the second wiring 23 is drawn out to the upper surface of the substrate body 21 through the through wiring portion 231 that penetrates the substrate body 21 and is electrically connected to the second upper wiring portion 232.
  • the first upper wiring part 222 and the second upper wiring part 232 are electrically connected to the FPC 50 shown in FIG.
  • reference numeral 24 is provided on the upper surface and the lower surface of the substrate body 21, and protects the first wiring 22, the second wiring 23, the first upper wiring portion 222, and the second upper wiring portion 232.
  • it is a protective layer made of SiO 2 or polyimide.
  • the first connection member 25 and the second connection member 26 are provided on the lower surface of the wiring board 20.
  • the first connection member 25 is an electrical connection member connected to the first electrode portion 151 on the head chip 10, and the second connection member 26 connects the third electrode portion 161 and the extraction portion 153 on the head chip 10. It is an electrical connection member that is connected to the second electrode portion 152 via the first electrode portion 152.
  • the protective film 24 where the first connection member 25 and the second connection member 26 are provided is removed, and the first wiring 22 and the second wiring 23 are exposed on the lower surface of the wiring board 20.
  • the first connecting member 25 is electrically connected to the first wiring 22, and the second connecting member 26 is electrically connected to the second wiring 23.
  • the first connection member 25 and the second connection member 26 are formed in a convex shape in the Z direction, which is the direction in which the head chip 10 is disposed, from the lower surface of the wiring board 20. Further, the position of the tip of the first connection member 25 and the position of the tip of the second connection member 26 have a height H2 (see FIG. 3) substantially equal to the Z direction, which is the direction in which the head chip 10 is disposed. Has been placed. For this reason, electrical connection with the 1st electrode part 151 and the 3rd electrode part 161 on head chip 10 can be performed more easily.
  • the height of the position of the tip of each of the first connection member 25 and the second connection member 26 is determined from the contact surface with respect to the contact surface between the first connection member 25 and the lower surface of the first wiring 22. It is defined as the height to the position of the tip of each of the first connecting member 25 and the second connecting member 26.
  • the position of the tip end of the first connecting member 25 and the position of the tip end of the second connecting member 26 are “substantially equal”, and there is a variation in height between them so that the problem of the present invention can be solved. I say that you may have.
  • the value obtained by subtracting the height of the tip position of the second connection member 26 from the height of the tip position of the first connection member 25 is ⁇ the height of the position of the tip end of the first connection member 25. It means within 10%.
  • tip of the 1st connection member 25 and the 2nd connection member 26 is equal.
  • the heights of the positions of the tips of the first connection member 25 and the second connection member 26 are average values of the respective values.
  • the first connection member 25 and the second connection member 26 are formed of a conductive member.
  • the conductive member is preferably a bump, more preferably a stud bump.
  • the stud bump is formed by, for example, joining a metal ball formed by discharging and melting the tip of a fine metal wire such as Au to the surface of the first wiring 22 and the second wiring 23 by heat and ultrasonic waves, and the fine metal wire is torn off from the metal ball. As a result, a predetermined protruding height is formed. Accordingly, the stud bump has a plate-like or hump-like shoulder portion derived from a metal ball located at the base, and has a step-like conical shape on the side surface.
  • the front end portion side of the stud bump has a protruding portion formed by a part of a thin metal wire protruding from the shoulder portion. Since the protruding portion can be easily plastically deformed, there is no possibility that the piezoelectric element is damaged. Stud bumps can be easily formed with various shoulder heights by changing the size of the metal ball. However, depending on the size of the stud bumps, the size of the tips and shoulders can be reduced. Since they are different, the degree of plastic deformation is different. Therefore, the size of the first connection member and that of the second connection member are the same from the viewpoint of making the electrical connection more reliably by making the plastic deformation of the first connection member and the second connection member at the same level when making the electrical connection. It is preferable to set the degree. Note that the position of the tip of the stud bump is the position of the tip of the protrusion formed by a thin metal wire torn from the metal ball.
  • conductive materials 251 and 261 are preferably applied to the first connecting member 25 and the second connecting portion 26, respectively. Thereby, even if there is a slight error in the height between the first connection member 25 and the second connection part 26, the error can be absorbed, and the first connection member 25, the first electrode part 151, and the second connection can be absorbed. The electrical connection between the portion 26 and the third electrode portion 161 can be further ensured. Moreover, it is not necessary to apply an excessive pressure during the electrical connection.
  • the conductive materials 251 and 261 are preferably conductive materials that are pasty when applied and are cured by heating after application, and more preferably conductive adhesives.
  • the conductive adhesive By using the conductive adhesive, the first connection member 25 and the first electrode portion 151 and the second connection portion 26 and the third electrode portion 161 can be bonded simultaneously. For this reason, the manufacturing process of the inkjet head 1 including the connection of the head chip 10 and the wiring board 20 can be simplified.
  • reference numeral 27 denotes an ink flow path for supplying ink in the ink storage chamber 41 (see FIG. 1) to the pressure chambers 131 of the head chip 10 through the wiring board 20.
  • the spacer substrate 30 maintains a predetermined distance between the head chip 10 and the wiring substrate 20, and a connection region between the piezoelectric element 15, the first connection member 25, the adjustment member 16, and the second connection member 26 is provided therebetween. Secure. In order to secure this connection region, the spacer substrate 30 includes an opening 31 formed according to the position of the piezoelectric element 15 on the head chip 10 and an opening formed according to the position of the adjustment member 16. Part 32.
  • the openings 31 and 32 penetrate the spacer substrate 30 as shown in FIG.
  • the piezoelectric element 15 of the head chip 10 and the first connection member 25 of the wiring board 20 are accommodated in the opening 31, and the adjustment member 16 of the head chip 10 and the second connection member 26 of the wiring board 20 are accommodated in the opening 32. Has been.
  • each piezoelectric element 15 arranged in the X direction is arranged in four rows in the Y direction.
  • One opening 31 is formed in a size including eight piezoelectric elements 15 arranged in the X direction. Accordingly, four openings 31 are arranged in the Y direction.
  • the openings 32 are each formed in a size that includes two adjustment members 16 near each end of the head chip 10.
  • the spacer substrate 30 is formed with a through-hole 33 that communicates the ink inlet 132 that opens to the upper surface of the head chip 10 and the ink flow path 27 formed in the wiring substrate 20.
  • the material of the spacer substrate 30 is not particularly limited. Here, an alloy made of 42 alloy (42Ni) is used.
  • the spacer substrate 30 is subjected to an appropriate surface treatment such as an insulation treatment or a rust prevention treatment.
  • reference numeral 34 denotes an air escape groove for letting the air in the openings 31 and 32 escape to the outside when the head chip 10 and the wiring board 20 are joined with the spacer member 30 interposed therebetween.
  • Reference numeral 35 denotes an adsorption groove for adsorbing the spacer substrate 30 when it is moved by a moving device (not shown).
  • the air escape groove 34 and the suction groove 35 are formed from the upper surface of the spacer substrate 30 to a depth that does not penetrate the spacer substrate 30.
  • the head chip 10 and the wiring substrate 20 are joined with the spacer substrate 30 interposed therebetween.
  • the first connection member 25 of the wiring board 20 contacts and is electrically connected to the first electrode part 151 of the piezoelectric element 15 and at the same time, the wiring board is also formed on the third electrode part 161 of the adjustment member 16.
  • Twenty second connecting members 26 come into contact with each other and are electrically connected.
  • the heights of the contact surfaces of both are substantially uniform. It is. Further, bumps are not provided on the upper surfaces of the first electrode portion 151 and the third electrode portion 161. Therefore, when the head chip 10 and the wiring substrate 20 are pressure-bonded, nonuniform pressure is not applied to the first electrode portion 151 and the third electrode portion 161. Thereby, it is not necessary to perform highly accurate pressure control in order to prevent damage to the piezoelectric element 15 and the like, and reliable electrical connection can be easily performed.
  • the position of the tip of the first connecting member 25 and the position of the tip of the second connecting member 26 are also arranged at substantially the same height H2, reliable electrical connection can be more easily performed.
  • the current density can be lowered. Moreover, it can avoid that the pressure at the time of the crimping
  • some of the second connection members 26 among the plurality of second connection members 26 come into electrical contact with only the conductive material 163 filled in the through holes 162 as shown in FIG. It is also preferable to arrange them so as to be connected to each other. By bringing some second connection members 26 into contact with the conductive material 163 before curing, the second connection portion 26 and the third electrode are simultaneously connected with the second connection portion 26 and the third electrode portion 161. Reliable fixation with the part 161 can be performed.
  • the second wiring 23 of the wiring board 20 is made of a conductive material on the adjustment member 16. 163 may be directly contacted to be electrically connected. In this case, the removal portion 241 of the protective layer 24 covering the second wiring 23 is formed, and the second wiring 23 in a portion corresponding to the conductive material 163 is exposed. In addition, the conductive material 163 is formed to have a sufficient height that can come into contact with the second wiring 23 exposed in the removal portion 241 when the second connection portion 26 and the third electrode portion 161 are electrically connected. Is done.
  • a wiring board 20 having a first wiring 22 and a second wiring 23 formed on the substrate body 21 by a conventionally known method is prepared (FIG. 5A).
  • the first connection portion 25 and the second connection portion 26 are formed by stud bumps on each of the first wiring 22 and the second wiring 23 exposed on the lower surface of the wiring board 20 (FIG. 5B).
  • the head chip 10 has a convex shape in the direction in which the head chip 10 is arranged, and the position of the tip of the first connecting part 25 and the position of the tip of the second connecting part 26 are arranged in the head chip 10.
  • the first connecting member 25 and the second connecting member 26 are formed so as to be arranged at a height H2 that is substantially equal to the Z direction, which is the direction to be formed (connecting member forming step).
  • conductive materials 251 and 261 are applied to the first connection member 25 and the second connection member 26, respectively, as shown in FIG.
  • Application of the conductive materials 251 and 261 can be performed, for example, as follows. First, a conductive material film is formed on a glass substrate with a predetermined thickness. Then, the wiring substrate 20 is overlaid on the glass substrate, and the tips of the first connection member 25 and the second connection member 26 are brought into contact with the film of the conductive material. Thereafter, the conductive material on the glass substrate is transferred to the tips of the first connecting member 25 and the second connecting member 26 by separating the wiring substrate 20 and the glass substrate. According to this, the conductive material can be collectively applied to the tips of the plurality of first connection members 25 and the plurality of second connection members 26.
  • the head chip 10 in which the nozzle plate 11, the intermediate plate 12, the pressure chamber plate 13, and the diaphragm layer 14 are laminated by a conventionally known method is prepared (FIG. 6A).
  • the second electrode portion 152 is laminated on the upper surface of the diaphragm layer 14 of the head chip 10.
  • the second electrode portion 152 can be formed to have a predetermined pattern by, for example, a sputtering method.
  • a lead portion 153 that is electrically drawn from the second electrode portion 152 to the outside of the formation region of the piezoelectric element 15 is simultaneously formed.
  • the piezoelectric element 15 and the adjustment member 16 are stacked on the upper surface of the second electrode portion 152 and the upper surface of the lead portion 153, respectively.
  • a thin film PZT is laminated on the upper surface of the second electrode portion 152 with a predetermined thickness
  • an electrode film that becomes the first electrode portion 151 is laminated on the entire upper surface of the thin film PZT with a predetermined thickness.
  • the thin film PZT and the electrode film are simultaneously laminated on the upper surface of the lead portion 153.
  • the first electrode portion 151 and the third electrode portion 161 are formed into a pattern by etching the electrode film so that the arrangement and shape of the piezoelectric element 15 and the adjustment member 16 shown in FIG. 2 are obtained. Then, the thin film PZT is etched using the first electrode portion 151 and the third electrode portion 161 as a mask, thereby forming the piezoelectric element 15 on the pressure chamber 131 and the adjusting member 16 on the extraction portion 153 (piezoelectric element formation). Process, adjustment member formation process; FIG.6 (c)).
  • the piezoelectric element 15 and the first electrode portion 151 on the second electrode portion 152 and the adjustment member 16 on the lead portion 153 are simultaneously formed in the same process corresponding to the pressure chamber 131. It is formed. For this reason, the manufacturing process can be simplified, and the piezoelectric element 15 and the adjustment member 16 in which the upper surface of the first electrode portion 151 and the upper surface of the third electrode portion 161 are substantially equal in height H1 are easily formed. can do.
  • the spacer substrate 30 is bonded to the upper surface of the head chip 10 (FIG. 7A). Openings 31 and 32 and a through hole 33 are formed in the spacer substrate 30 in advance.
  • the piezoelectric element 15 and the adjustment member 16 of the head chip 10 are accommodated in the openings 33 and 32, and the through hole 33 communicates with the ink inflow hole 132.
  • the conductive material 162 is filled into the through-hole 162 of the adjustment member 16 using, for example, the needle 60 (FIG. 7B).
  • the conductive material 162 can overflow from the upper end of the through hole 162 and can be spread on the third electrode portion 161 around the through hole 162.
  • the third electrode part 161 and the lead part 153 can be easily conducted through the conductive material 163. Further, since the adjustment member 16 is disposed in the opening 32, the periphery of the adjustment member 16 is surrounded by the spacer member 30. Thereby, even if the conductive material 162 overflows from the upper surface of the adjustment member 16, it can remain in the opening 32 and there is no possibility of causing a short circuit.
  • the wiring substrate 20 is bonded to the laminate of the head chip 10 and the spacer substrate 30 from above (bonding step; FIG. 8).
  • the first connection member 25 of the wiring board 20 is in contact with the first electrode portion 151 on the piezoelectric element 15, and the second connection member 26 is in contact with the third electrode portion 161 of the adjustment member 16. Connected.
  • the upper surface of the first electrode portion 151 on the piezoelectric element 15 and the upper surface of the third electrode portion 161 of the adjustment member 16 are substantially equal in height
  • the wiring board 20 has the first connection member 25 of the first connection member 25. Since the position of the tip and the position of the tip of the second connection member 26 are substantially equal in height, the heights of these contact surfaces are substantially uniform. Therefore, when the head chip 10 and the wiring board 20 are pressure-bonded, nonuniform pressure is not applied to each electrical connection portion. Thereby, it is not necessary to perform highly accurate pressure control in order to prevent damage to the piezoelectric element 15 and the like, and reliable electrical connection can be more easily performed.
  • the manifold 40 shown in FIG. 1 is joined to the upper surface of the wiring substrate 20 so that all the ink supply holes 27 opened to the upper surface of the wiring substrate 20 face the ink storage chamber 41 in the manifold 40.
  • the ink jet head 1 is completed in which ink is supplied from the ink storage chamber 41 to all the pressure chambers 131 in common.
  • the adjustment member 16 described above has the through hole 162
  • the adjustment member 16 is formed so as to be concave inward from the side surface of the adjustment member 16 as shown in FIG. 9 instead of the through hole 162. You may form the groove
  • the conductive material 163 is filled in the groove 164 so as to electrically connect the lead portion 153 and the third electrode portion 161.
  • the piezoelectric element 15 may be a bulk piezoelectric element formed in advance with a predetermined size and thickness.
  • the bulk piezoelectric elements are individually attached at positions corresponding to the pressure chambers 131 on the diaphragm layer 14.
  • the piezoelectric element used for the adjustment member 16 is also a bulk piezoelectric element formed in advance with the same thickness as the piezoelectric element 15, and the adjustment member 16 is formed by sticking to the upper surface of the extraction portion 153. It is preferable to do so. Thereby, the height of the upper surface of the first electrode portion 151 of the piezoelectric element 15 and the height of the upper surface of the adjustment member 16 can be easily matched to substantially the same height.
  • the adjustment member 16 when the adjustment member 16 is a single member, the whole can be formed of metal.
  • the adjustment member 16 itself can be electrically connected to the drawer portion 153 by laminating a metal material formed with a predetermined thickness and shape using a metal such as Ni, Cu, or Al on the drawer portion 153. .
  • polishing is performed so that the height is substantially equal to the upper surface of the piezoelectric element 15, whereby the height of the upper surface of the adjustment member 16 is set to the height of the first electrode portion 151 of the piezoelectric element 15. It can be adjusted to be approximately equal to the height of the upper surface.
  • Inkjet head 10 Head chip 11: Nozzle plate 111: Nozzle 12: Intermediate plate 121: Communication path 13: Pressure chamber plate 131: Pressure chamber 132: Ink inflow hole 14: Vibration plate layer 15: Piezoelectric element 151: First Electrode part 152: Second electrode part 153: Leading part 16: Adjustment member 161: Third electrode part 162: Through hole 163: Conductive material 164: Groove 20: Wiring board 21: Substrate body 22: First wiring 221: Through Wiring part 222: First upper wiring part 23: Second wiring 231: Through wiring part 232: Second upper wiring part 24: Protective layer 241: Removal part 25: First connecting member 251: Conductive material 26: First 2 connection member 261: conductive material 27: ink supply hole 30: spacer substrate 31, 32: opening 3: through hole 34: air escape groove 35: suction groove 40: manifold 41: the ink storage chamber 50: FPC 60: Needle

Abstract

ヘッドチップ上の電極と配線基板上の配線との接触面の高さを均一にする簡易で新規な構成により、確実な電気的接続を行えるインクジェットヘッド及びその製造方法の提供を目的とし、ヘッドチップ10は、上面に第1電極部151が形成され下面に第2電極部152が形成された圧電素子15の第2電極部152から圧電素子15の外側に引き出された引出部153を有し、ヘッドチップ10の上方に配置される配線基板20は、第1電極部151と接続されるスタッドバンプからなる第1接続部材25と、引出部153を介して第2電極部152と接続されるスタッドバンプからなる第2接続部材26とを有し、引出部153には、第1電極部151の高さと略等しい高さの上面が引出部153と導通している調整部材16が設けられ、配線基板20の第1接続部材25が第1電極部151の上面に電気的に接続され、第2接続部材26が調整部材16の上面に接触して調整部材16及び引出部153を介して第2電極部152と電気的に接続されることで解決される。

Description

インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法
 本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関し、詳しくは、ヘッドチップ上の電極と配線基板上の配線との電気的接続において、簡易な方法で接触面の高さを均一にすることで、確実な電気的接続を行うことができるようにしたインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。
 近年、インクジェットヘッドからインクを吐出して形成される画像について、高精度かつ高品質なものが求められている。例えば、記録媒体の幅方向に亘って複数の記録ヘッドを配置して形成されたラインヘッドを用い、記録媒体をラインヘッドの記録領域に搬送して画像を形成する場合、ラインヘッドに備えられるノズルに吐出不良が生じるとスジやムラが生じ、画像が劣化してしまう。従って、画像の劣化を防止し、高精度かつ高品質な画像を提供するためには、インクジェットヘッドに備えられる各々のノズルの吐出不良等を防止する必要がある。
 ノズルの吐出不良を防止する技術としては様々な技術が知られている。圧電素子の駆動によってノズルに連通する圧力室内のインクを加圧してインクを吐出させるインクジェットヘッドの場合、圧電素子を確実に駆動させるため、圧電素子の各々に確実に電力供給できることが必要である。このために、圧電素子を挟むように形成される駆動電位が入力される第1電極部(個別電極)とGND電位が入力される第2電極部(共通電極)とを、圧電素子の上方に積層される配線基板の各配線と確実に電気的接続することが重要である。
 具体的には、圧電素子の第1電極部と配線基板の配線とを確実に接続させる技術として、例えば圧電素子を備えるヘッドチップと配線を備える配線基板との間を、圧電素子を取り囲むように形成された樹脂材料からなる隔壁部材によって一定間隔に保ち、配線基板の各配線と各圧電素子に形成された電極との間の電気的接続を、圧電素子に形成された電極表面に設けたバンプを配線と接触させることによって行うことが知られている(特許文献1)。
 また、圧電素子に形成された第1電極部にバンプを立てて配線基板の配線と接触させて電気的接続を行うことに加え、圧電素子に形成された第2電極部から電気的に引き出された引出部にもバンプを立て、配線基板の配線と接触させることで電気的接続させることも知られている(特許文献2)。
 特許文献2には、圧電素子に形成された第1電極部と第2電極部とを配線基板の配線と確実に電気的接続するために、第1電極部と配線が接触する位置と第2電極部と配線が接触する位置を同じ高さにすることによって、各電気的接続部位の接続状態が均一化され、部分的接触不良を防止できることが開示されている。
特開2014-83705号公報 国際公開第2012/176875号
 しかしながら、特許文献1及び特許文献2のいずれの技術も、圧電素子に形成された第1電極部にバンプを立てる構成であることから、配線基板を貼り合わせる際、電気的接続を確実にするために強い圧力で圧着させようとすると、第1電極部表面のバンプに圧力が集中して圧電素子を損傷させてしまう恐れがある。このため、圧着する際に高精度な圧力制御が要求されるという問題がある。
 また、特許文献2においても、接着樹脂層を介して圧電素子の第1電極部に設けられたバンプ及び第2電極部に設けられたバンプを配線基板の配線と接続させる構成であることから、圧着する際の圧力が均一でないと、接合される高さが均一とならず、電気的接続が不確実となる恐れがある。
 また、均一に圧力をかけた場合においても、第1電極部に設けられたバンプと第2電極部に設けられたバンプとは大きさや高さが異なるため、圧着する際の変形量が異なる恐れがある。しかし、変形量を考慮して圧力制御を行い、各々の接触面の高さを均一にすることは難しい。
 そこで、本発明は、ヘッドチップ上の電極と配線基板上の配線との電気的接続において、接触面の高さを均一にする簡易で新規な構成によって、確実な電気的接続を行うことができるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
 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、以下の発明によって解決される。
 1.ノズルから吐出されるインクが収容される圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、上面に第1電極部が形成されると共に、下面に第2電極部が形成された圧電素子と、前記第2電極部から前記圧電素子の外側に電気的に引き出された引出部とを有するヘッドチップと、
 前記ヘッドチップの上方に配置され、前記ヘッドチップの前記第1電極部と電気的に接続されるスタッドバンプからなる第1接続部材と、前記引出部を介して前記第2電極部と電気的に接続されるスタッドバンプからなる第2接続部材とを有する配線基板と、
を備えるインクジェットヘッドにおいて、
 前記引出部に、前記第1電極部の高さと略等しい高さに配置された上面を備えると共に少なくとも該上面が前記引出部と導通している調整部材が設けられ、
 前記配線基板の前記第1接続部材は、前記第1電極部の上面に接触することにより、該第1電極部と電気的に接続されると共に、前記第2接続部材は、前記調整部材の前記上面に接触することにより、該調整部材及び前記引出部を介して前記第2電極部と電気的に接続されるインクジェットヘッド。
 2.前記調整部材は、ポアソン比0.4以下の材料を用いて形成されている前記1記載のインクジェットヘッド。
 3.前記調整部材の前記上面は、前記圧力室に対応して設けられる前記圧電素子の上面の前記第1電極部の面積と同等以上の面積を有している前記1又は2記載のインクジェットヘッド。
 4.前記調整部材は、前記引出部と導通する第3電極部が上面に設けられた圧電素子によって形成されている前記1、2又は3記載のインクジェットヘッド。
 5.前記調整部材に用いられる前記圧電素子は、高さ方向に貫通した孔又は高さ方向に亘って切欠された溝を有し、
 前記孔又は前記溝に導電性材料が充填されることにより、該導電性材料を介して前記第3電極部と前記引出部とが電気的に接続されている前記4記載のインクジェットヘッド。
 6.前記第2接続部材は複数設けられ、前記複数の第2接続部材のうちの一部の前記第2接続部材は、前記孔又は前記溝に充填された前記導電性材料のみと接触している前記5記載のインクジェットヘッド。
 7.前記第2接続部材は複数設けられ、前記複数の第2接続部材に対して共通の前記調整部材の前記上面に電気的に接続されている前記1~5の何れかに記載のインクジェットヘッド。
 8.前記圧力室は複数設けられ、該圧力室に対応して設けられる複数の前記圧電素子に形成されたそれぞれの前記第2電極部は、前記複数の第2電極部に対して共通の前記引出部に電気的に引き出されている前記1~7の何れかに記載のインクジェットヘッド。
 9.前記第1接続部材及び前記第2接続部材の先端の位置は、前記ヘッドチップが配置される方向に略等しい高さに配置されている前記1~8の何れかに記載のインクジェットヘッド。
 10.前記第1接続部材及び前記第2接続部材には、それぞれ導電性材料が塗布され、該導電性材料を介して、前記第1電極部の前記上面及び前記調整部材の前記上面と電気的に接続されている前記1~9の何れかに記載のインクジェットヘッド。
 11.ノズルから吐出されるインクが収容される圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、上面に第1電極部が形成されると共に、下面に第2電極部が形成された圧電素子と、前記第2電極部から前記圧電素子の外側に電気的に引き出された引出部とを有するヘッドチップと、
 前記ヘッドチップの上方に配置され、前記ヘッドチップの前記第1電極部と電気的に接続される第1接続部材と、前記引出部を介して前記第2電極部と電気的に接続される第2接続部材とを有する配線基板と、
を備えるインクジェットヘッドの製造方法において、
 前記ヘッドチップに、前記圧力室に対応して、前記第1電極部と前記第2電極部を備えた前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
 前記ヘッドチップに、前記引出部を形成する引出部形成工程と、
 前記引出部に、前記第1電極部の高さと略等しい高さに配置された上面を備えると共に該上面が前記引出部と導通する調整部材を形成する調整部材形成工程と、
 前記第1接続部材を前記第1電極部の上面に接触させることにより、前記第1電極部と電気的に接続させると共に、前記第2接続部材を前記調整部材の前記上面に接触させることにより、前記調整部材を介して前記第2電極部と電気的に接続させるように前記配線基板と前記ヘッドチップとを接合する接合工程と、
を有するインクジェットヘッドの製造方法。
 12.前記調整部材は、前記引出部と導通する第3電極部を上面に設けた圧電素子によって形成され、
 前記調整部材形成工程において、前記調整部材に用いられる前記圧電素子を、前記圧電素子形成工程によって前記圧力室に対応する前記圧電素子を形成する際に同時に形成する前記11記載のインクジェットヘッドの製造方法。
 13.前記圧電素子は薄膜PZTであり、該薄膜PZTをエッチングすることによって、前記圧力室に対応する前記圧電素子と、前記調整部材に用いられる前記圧電素子とを同時にパターン形成する前記12記載のインクジェットヘッドの製造方法。
 14.前記配線基板に、前記第1接続部材及び前記第2接続部材を、前記ヘッドチップが配置される方向に凸の形状となるように形成すると共に、先端の位置が、前記ヘッドチップが配置される方向に略等しい高さに配置されるように形成する接続部材形成工程を有する前記11、12又は13記載のインクジェットヘッドの製造方法。
本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す断面図 インクジェットヘッドのヘッドチップの平面図 インクジェットヘッドの部分拡大断面図 (a)~(c)は配線基板の第2接続部材と調整部材との接続構成の他の態様を示す断面図 (a)~(c)は本発明に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する図 (a)~(c)は本発明に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する図 (a)及び(b)は本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図 本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図 調整部材の他の態様を示す部分平面図
 以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
(インクジェットヘッド)
 図1は、本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す断面図、図2はインクジェットヘッドのヘッドチップの平面図、図3はインクジェットヘッドの部分拡大断面図である。
 インクジェットヘッド1は、ヘッドチップ10と配線基板20とが、両者の間にスペーサー基板30を介して積層一体化されている。配線基板20の上面には、内部がインク貯留室41である箱型形状のマニホールド40が設けられている。
 なお、本発明において「上」又は「下」を示す場合、図1、図3におけるインクジェットヘッド1の状態を基準にして、図1、図3中に矢印で示すZ方向を「下」とし、その反対の方向を「上」とする。従って、「上方」は、インクジェットヘッド1においてZ方向と反対の方向であり、「下方」は、Z方向に沿う方向である。また、「上面」は、インクジェットヘッド1においてZ方向と反対の方向に向けて配置される面であり、「下面」は、Z方向に向けて配置される面である
 ヘッドチップ10は、図3中の下から順に積層されたノズルプレート11、中間プレート12、圧力室プレート13、振動板層14によって構成されている。
 圧力室プレート13は、例えばSi(シリコン)基板によって形成されている。圧力室プレート13には、ノズルプレート11に形成されたノズル111から吐出されるインクが収容される圧力室131が形成されている。圧力室131の数は特に問わず、少なくとも1つあればよい。本実施形態では複数の圧力室131を有するインクジェットヘッド1を例示している。
 複数の圧力室131は、ヘッドチップ10を平面視した場合に、該ヘッドチップ10のXY方向(図2参照)に配列されている。圧力室131は、圧力室プレート13を貫通するように形成されている。従って、圧力室131の上壁は振動板層14によって形成され、下壁は中間プレート12によって形成されている。
 振動板層14は、例えばSiO膜(シリコン酸化膜)によって形成されている。振動板層14には、圧力室131に対応して、ヘッドチップ10の上面に開口するインク流入口132が設けられている。
 中間プレート12は、例えばガラス基板によって形成されている。中間プレート12には、圧力室131に対応して、圧力室131の内部と連通する複数の連通路121が形成されている。
 ノズルプレート11は、例えばSi基板によって形成されている。ノズルプレート11には、中間プレート12の各連通路121に対応して、複数のノズル111が、ノズルプレート11の下面に開口するように形成されている。従って、本実施形態に示すインクジェットヘッド1は、ノズル111から下方に向けてインクを吐出する。
 ヘッドチップ10の上面に、圧電素子15が設けられている。圧電素子15は、各圧力室131に対応して、該圧力室131の上壁を構成している振動板層14の上面に配置されている。本実施形態に示す圧電素子15は、薄膜PZTによって所定の厚みで形成されている。薄膜PZTは、フォトリソグラフィー技術を利用してエッチングすることができるので、所定パターンで配列された複数の圧電素子15を簡単に形成することができる。
 圧電素子15には、第1電極部151と第2電極部152とがそれぞれ形成されている。第1電極部151は、圧電素子15毎に個別に設けられる個別電極であり、圧電素子15の上面に形成されている。第2電極部152は、複数の圧電素子15に共通に設けられるGND用の共通電極であり、圧電素子15の下面に形成されている。第2電極部152は、振動板層14の上面に形成され、この第2電極部152の上面に圧電素子15が載置されている。
 これにより、第1電極部151の上面は、所定の高さH1(図3参照)に配置されている。なお、本発明において第1電極部151の上面が配置される高さH1は、圧電素子15の真下の振動板層14の上面を基準として、該上面から第1電極部151の上面までの高さと定義する。第1電極部151の上面にはバンプは設けられていない。
 第2電極部152は、圧電素子15の形成領域の外側に大きくはみ出すように形成されている。具体的には、第2電極部152は、図2に示すヘッドチップ10のY方向に配置される端部と、その反対方向に配置される端部とに向けて、圧電素子15の形成領域の外側にはみ出すように形成されている。これにより、振動板層14の上面に、第2電極部152と同じ電極膜からなる引出部153が形成されている(図3参照)。すなわち、第2電極部152は、振動板層14の上面において、引出部153によって、圧電素子15の形成領域の外側に電気的に引き出されている。
 また、第2電極部152は、複数の圧電素子15に共通の引出部153に電気的に引き出されている。これにより、複数の圧電素子15に形成された第2電極部152を引出部153にまとめることができるため、複数の第2電極部152に対する電気的接続を簡略化できる。
 引出部153の上面に、調整部材16が設けられている。調整部材16は、引出部153と後述する配線基板20の接続部材との導通を図るための電気的接続部位の高さを調整する部材である。例えば本実施形態に示す調整部材16は、ヘッドチップ10の両端部近傍に引き出された引出部153の上面に、図2に示すX方向に沿って延びるように形成されている。
 調整部材16は、引出部153の上面に単一部材によって形成されるものであってもよいし、引出部153の上面に複数の層が積層されることによって形成されるものであってもよい。
 ヘッドチップ10の両端部近傍の各調整部材16は、それぞれX方向に2つに分割されている。これにより、調整部材16が長尺化しすぎることによる変形や破損を防止している。しかし、本発明において調整部材16は少なくとも1つあればよい。
 調整部材16は、ポアソン比が0.4以下の材料を使用して形成されていることが好ましい。圧電素子15のポアソン比は一般に0.3程度であり、また、後述する配線基板20の第1接続部材25及び第2接続部材26として一般に使用される金バンプのポアソン比が0.44程度であるため、圧電素子15と調整部材16に対して、これと電気的に接続される第1接続部材25及び第2接続部材26の方を潰れ易くすることができる。これにより、電気的接続の信頼性の向上と圧電素子15に掛かる負荷の軽減を図ることができる。
 調整部材16に使用される上記材料のポアソン比は、圧電素子15との関係でより好ましい値が規定される。すなわち、調整部材16は、圧電素子15と同程度のポアソン比を有する材料を使用することがより好ましい。これにより、圧電素子15の第1電極部151の上面と調整部材16の上面に対してそれぞれ第1接続部材25及び第2接続部材26が電気的に接続される際、両接続部材25、26の潰れ具合を同程度にすることができる。従って、圧電素子15と調整部材16に掛かる圧力をほぼ均一にすることができ、電気的接続の信頼性をさらに向上させ、圧電素子15に掛かる負荷をさらに軽減することができる。
 本実施形態に示す調整部材16は、圧力室131毎に設けられた圧電素子15と同一材料の圧電素子、すなわち薄膜PZTを用いて形成された好ましい態様を例示している。これにより、調整部材16に使用される材料と圧電素子15のポアソン比を容易に同程度にすることができる。また、両者を同一工程でパターン形成することが可能である。
 本実施形態に示す調整部材16は、圧電素子の上面に第3電極部161が設けられることによって形成されている。第3電極部161は、圧電素子15の上面に第1電極部151を形成する際、同一工程で形成することができる。具体的には、圧電素子15と調整部材16は、第1電極部151と第3電極部161を含めて、同一工程でパターン形成されている。
 なお、圧電素子15の上面には第1電極部151が設けられ、調整部材16も上面に第3電極部161を有しているが、これら電極部151、161は、その下の圧電素子に比べて十分に薄い薄膜状に形成されるため、配線基板20の第1接続部材25及び第2接続部材26が第1電極部151及び第3電極部161に電気的に接続される場合の圧電素子15と調整部材16の硬さ(ポアソン比)において、これら電極部151、161の存在は無視することができる。
 調整部材16の上面は、第1電極部151の上面の高さH1と略等しくなるように配置されている。両者を同一工程でパターン形成すれば、両者の上面の高さが略等しい高さに配置されるように形成することが容易である。従って、配線基板20の配線と電気的に接続されるヘッドチップ10上の第1電極部151の上面と第3電極部161の上面の高さを簡易な方法で均一にすることができる。
 なお、本発明において調整部材16の上面の高さは、圧電素子15の真下の振動板層14の上面の高さを基準として、該上面の高さから調整部材16の第3電極部161の上面までの高さと定義する。第3電極部161の上面にはバンプは設けられていない。
 ここで、調整部材16の上面の高さが第1電極部151の上面の高さH1と「略等しい」とは、両者の間に、本発明の課題を解決できる程度に高さのばらつきを有していてもよいことをいう。具体的には、第1電極部151の上面の高さH1の値から調整部材16の上面の高さの値を減じた値が、第1電極部151の上面の高さH1の値±3%以内であることをいう。もちろん、調整部材16の上面の高さは、第1電極部151の上面の高さH1と等しいことが好ましい。
 なお、圧電素子15及び調整部材16がそれぞれ複数である場合、第1電極部151及び調整部材16のそれぞれの上面の高さは、それぞれの平均値をいう。
 図2に示すように、調整部材16の上面は十分に大きい面積を有している。具体的には、調整部材16の上面の第3電極部161は、1つの圧電素子15の上面の第1電極部151の面積と同等以上の面積を有している。これにより、後述する配線基板20の接続部材との電気的接続を行う際のXY方向の位置決めが容易になり、配線基板20の接合作業を楽に行うことができる。
 調整部材16の少なくとも一部に、調整部材16を上下に貫通する貫通孔162が形成されている。これにより、貫通孔162の内部に引出部153が臨んでいる。そして、貫通孔162内に導電性材料163が十分な量で充填されている。導電性材料163は、好ましくは、充填時にはペースト状で、充填後に加熱によって硬化する導電性材料であり、より好ましくは導電性接着剤である。
 充填された導電性材料163の一部は、貫通孔162から盛り上がるように溢れ出し、貫通孔162の周囲の第3電極部161上に広がっている。これにより、導電性材料163を介して、第3電極部161と引出部153とが導通している。引出部153は、圧電素子15の下面の第2電極部152と導通しているため、第3電極部161は引出部153を介して第2電極部152と導通する。なお、貫通孔162内に充填された導電性材料163は、配線基板20の接合後に硬化される。
 配線基板20は、例えばSi基板からなる基板本体21を有し、この基板本体21の下面に、複数の圧電素子15の第1電極部151に対して個別に電気的接続するための第1配線22と、複数の圧電素子15の第2電極部152に対して共通に電気的接続するための第2配線23とを有している。
 第1配線22は、基板本体21を貫通する貫通配線部221を介して、基板本体21の上面に引き出され、第1の上部配線部222に電気的に接続されている。また、第2配線23は、基板本体21を貫通する貫通配線部231を介して、基板本体21の上面に引き出され、第2の上部配線部232に電気的に接続されている。第1の上部配線部222及び第2の上部配線部232は、配線基板20の端部において、図1に示すFPC50と電気的に接続される。
 図3において、符号24は、基板本体21の上面及び下面に設けられ、第1配線22、第2配線23、第1の上部配線部222、第2の上部配線部232を保護するための、例えばSiOやポリイミドからなる保護層である。
 配線基板20の下面には、第1接続部材25と第2接続部材26が設けられている。第1接続部材25は、ヘッドチップ10上の第1電極部151と接続される電気的接続部材であり、第2接続部材26は、ヘッドチップ10上の第3電極部161及び引出部153を介して第2電極部152と接続される電気的接続部材である。これら第1接続部材25及び第2接続部材26が設けられる部位の保護膜24は除去され、第1配線22及び第2配線23が配線基板20の下面に露出している。第1接続部材25は第1配線22と導通し、第2接続部材26は第2配線23と導通している。
 第1接続部材25及び第2接続部材26は、配線基板20の下面からヘッドチップ10が配置される方向であるZ方向に凸の形状に形成されている。また、第1接続部材25の先端の位置と第2接続部材26の先端の位置は、ヘッドチップ10が配置される方向であるZ方向に略等しい高さH2(図3参照)となるように配置されている。このため、ヘッドチップ10上の第1電極部151及び第3電極部161との電気的接続をより容易に行うことができる。
 なお、第1接続部材25と第2接続部材26のそれぞれの先端の位置の高さは、第1の接続部材25と第1配線22の下面との接触面を基準として、該接触面から第1接続部材25と第2接続部材26のそれぞれの先端の位置までの高さと定義する。
 ここで、第1接続部材25の先端の位置と第2接続部材26の先端の位置とが「略等しい」とは、両者の間に、本発明の課題を解決できる程度に高さのばらつきを有していてもよいことをいう。具体的には、第1接続部材25の先端の位置の高さから第2接続部材26の先端の位置の高さを減じた値が、第1接続部材25の先端の位置の高さの±10%以内であることをいう。もちろん、第1の接続部材25と第2の接続部材26の先端の位置の高さは等しいことが好ましい。
 なお、第1の接続部材25及び第2の接続部材26がそれぞれ複数である場合、第1の接続部材25及び第2の接続部材26のそれぞれの先端の位置の高さは、それぞれの平均値をいう。
 第1接続部材25及び第2接続部材26は、導電部材によって形成されている。導電部材は、好ましくはバンプであり、より好ましくはスタッドバンプである。スタッドバンプは、例えばAu等の金属細線の先端を放電溶融して形成した金属ボールを、熱と超音波によって第1配線22及び第2配線23の表面に接合させ、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、所定の突出高さで形成される。これにより、スタッドバンプは、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。また、スタッドバンプの先端部側は、肩部から突出する金属細線の一部によって形成された突起部を有している。突起部は、容易に塑性変形可能であるため、圧電素子が破損する恐れがない。スタッドバンプは、金属ボールの大きさを可変することによって、様々な肩部の高さのバンプを容易に形成することができるが、スタッドバンプの大きさにより、先端部及び肩部の大きさが異なるため、塑性変形の程度が異なる。したがって、電気的接続を行う際に第1接続部材と第2接続部材の塑性変形を同程度としてより確実に電気的接続を行う観点から、第1接続部材及び第2接続部材の大きさを同程度とすることが好ましい。なお、スタッドバンプの先端の位置とは、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の位置である。
 第1接続部材25及び第2接続部26には、図3に示すように、それぞれ導電性材料251、261が塗布されていることが好ましい。これにより、第1接続部材25及び第2接続部26の相互間の高さに僅かに誤差があっても、その誤差を吸収でき、第1接続部材25と第1電極部151及び第2接続部26と第3電極部161との電気的接続をより確実にすることができる。また、電気的接続の際に過度の圧力をかける必要もない。
 導電性材料251、261は、好ましくは、塗布時にはペースト状で、塗布後に加熱によって硬化する導電性材料であり、より好ましくは導電性接着剤である。導電性接着剤を用いることにより、第1接続部材25と第1電極部151及び第2接続部26と第3電極部161との電気的接続と同時に接着を行うことができる。このため、ヘッドチップ10と配線基板20との接続を含むインクジェットヘッド1の製造工程をより簡易なものとすることができる。
 なお、図3において、符号27は、インク貯留室41(図1参照)内のインクを、配線基板20を貫通してヘッドチップ10の各圧力室131に供給するためのインク流路である。
 スペーサー基板30は、ヘッドチップ10と配線基板20との間隔を所定の間隔に維持し、両者の間に圧電素子15と第1接続部材25及び調整部材16と第2接続部材26の接続領域を確保する。この接続領域を確保するため、スペーサー基板30は、ヘッドチップ10上の圧電素子15の配設位置に応じて形成された開口部31と、調整部材16の配設位置に応じて形成された開口部32とを有している。
 開口部31、32は、図3に示すように、スペーサー基板30を貫通している。ヘッドチップ10の圧電素子15及び配線基板20の第1接続部材25は開口部31内に収容され、ヘッドチップ10の調整部材16及び配線基板20の第2接続部材26は開口部32内に収容されている。
 本実施形態に示すヘッドチップ10には、図2に示すように、X方向に配列された8つの圧電素子15がY方向に4列に配列されている。一つの開口部31は、X方向に配列された8つの圧電素子15を含む大きさに形成されている。従って、開口部31はY方向に4つ配列されている。また、開口部32は、ヘッドチップ10の各端部近傍の2つずつの調整部材16を含む大きさにそれぞれ形成されている。
 また、スペーサー基板30には、ヘッドチップ10の上面に開口するインク流入口132と配線基板20に形成されたインク流路27とを連通させる貫通孔33が形成されている。
 スペーサー基板30の材質は特に問わない。ここでは42アロイ(42Ni)からなる合金を用いている。スペーサー基板30には、適宜の表面処理、例えば絶縁処理、防錆処理等が施されている。
 図2において、符号34は、スペーサー部材30を挟んでヘッドチップ10と配線基板20とが接合された際、開口部31、32内の空気を外部に逃がすための空気逃がし溝である。また、符号35は、スペーサー基板30を不図示の移動装置によって移動する際に吸着するための吸着溝である。空気逃がし溝34及び吸着溝35は、スペーサー基板30の上面から、スペーサー基板30を貫通しない程度の深さで形成されている。
 ヘッドチップ10と配線基板20は、スペーサー基板30を挟んで接合されている。この接合によって、圧電素子15の第1電極部151上に配線基板20の第1接続部材25が接触して電気的に接続されると同時に、調整部材16の第3電極部161上に配線基板20の第2接続部材26が接触して電気的に接続される。
 このとき、圧電素子15の第1電極部151の上面と調整部材16の第3電極部161の上面は、略等しい高さH1に配置されているため、両者の接触面の高さはほぼ均一である。また、第1電極部151及び第3電極部161の上面にバンプは設けられていない。従って、ヘッドチップ10と配線基板20との圧着時に、第1電極部151及び第3電極部161に対して不均一な圧力がかかることがない。これにより、圧電素子15等の破損を防止するために高精度な圧力制御を行う必要はなく、確実な電気的接続を容易に行うことができる。
 また、第1接続部材25の先端の位置と第2接続部材26の先端の位置も略等しい高さH2に配置されているため、確実な電気的接続をさらに容易に行うことができる。
 一つの調整部材16の第3電極部161と電気的に接続される第2接続部材26は、図4(a)に示すように、複数であることが好ましい。複数の第2接続部材26を使用することで、電流密度を下げることができる。また、第2接続部材26と第3電極部161との圧着時の圧力が1点に集中することを回避できる。
 また、複数の第2接続部材26のうちの一部の第2接続部材26は、図4(b)に示すように、貫通孔162に充填された導電性材料163のみと接触して電気的に接続されるように配置させることも好ましい。一部の第2接続部材26を硬化前の導電性材料163と接触させることで、第2接続部26と第3電極部161との電気的接続と同時に、第2接続部26と第3電極部161との間の確実な固定を行うことができる。
 さらに、図4(c)に示すように、第2接続部材26を第3電極部161の上面に接触させることに加えて、配線基板20の第2配線23を調整部材16上の導電性材料163と直接接触させて電気的に接続するようにしてもよい。この場合、第2配線23を覆っている保護層24の除去部241を形成し、導電性材料163に対応する部位の第2配線23を露出させておく。また、導電性材料163は、第2接続部26と第3電極部161とが電気的に接続された際、除去部241内に露出する第2配線23と接触し得る十分な高さに形成される。
(インクジェットヘッドの製造方法)
 次に、インクジェットヘッドの製造方法の一例について、図5~図8を用いて説明する。
 まず、配線基板20について説明する。
 従来公知の方法によって基板本体21に第1配線22及び第2配線23が形成された配線基板20を用意する(図5(a))。
 そして、配線基板20の下面に露出させた第1配線22と第2配線23の各々に、スタッドバンプによって第1接続部25及び第2接続部26を形成する(図5(b))。具体的には、ヘッドチップ10が配置される方向に凸の形状を有し、且つ、第1接続部25の先端の位置と第2接続部26の先端の位置とが、ヘッドチップ10が配置される方向であるZ方向に略等しい高さH2に配置されるように、第1接続部材25及び第2接続部材26を形成する(接続部材形成工程)。
 スタッドバンプを形成した後、図5(c)に示すように、第1接続部材25と第2接続部材26の各々に導電性材料251、261を塗布する。
 導電性材料251、261の塗布は、例えば次のようにして行うことができる。まず、ガラス基板上に所定の厚みで導電性材料の膜を形成する。そして、配線基板20をガラス基板上に重ね合わせ、第1接続部材25及び第2接続部材26の先端を導電性材料の膜と接触させる。その後、配線基板20とガラス基板とを離すことで、第1接続部材25及び第2接続部材26の先端にガラス基板上の導電性材料を転写する。これによれば、複数の第1接続部材25及び複数の第2接続部材26の先端に、一括して導電性材料を塗布することができる。
 次に、ヘッドチップ10について説明する。
 まず、従来公知の方法によって、ノズルプレート11、中間プレート12、圧力室プレート13、振動板層14を積層したヘッドチップ10を用意する(図6(a))。
 そして、このヘッドチップ10の振動板層14の上面に、第2電極部152を積層する。第2電極部152は例えばスパッタリング法によって所定のパターンとなるように形成することができる。このとき、第2電極部152のパターンをヘッドチップ10の両端部近傍まで延長することにより、第2電極部152から圧電素子15の形成領域の外側に電気的に引き出される引出部153を同時に形成する(引出部形成工程;図6(b))。これにより、引出部形成工程を簡略化することができる。
 次いで、第2電極部152の上面に圧電素子15と、引出部153の上面に調整部材16をそれぞれ積層する。具体的には、第2電極部152の上面に薄膜PZTを所定の厚みで積層し、さらに、この薄膜PZTの上面の全面に第1電極部151となる電極膜を所定の厚みで積層する。薄膜PZTと電極膜は、引出部153の上面にも同時に積層される。
 その後、電極膜を、図2に示す圧電素子15と調整部材16の配置態様及び形状となるようにエッチングすることにより、第1電極部151及び第3電極部161をパターン形成する。そして、第1電極部151及び第3電極部161をマスクとして、薄膜PZTをエッチングすることにより、圧力室131上の圧電素子15と、引出部153上の調整部材16を形成する(圧電素子形成工程、調整部材形成工程;図6(c))。
 これにより、ヘッドチップ10の上面に、圧力室131に対応して、第2電極部152上の圧電素子15及び第1電極部151と、引出部153上の調整部材16とが同一工程で同時に形成される。このため、製造工程を簡略化できると共に、第1電極部151の上面と第3電極部161の上面の高さが略等しい高さH1に揃えられた圧電素子15と調整部材16を容易に形成することができる。
 次いで、ヘッドチップ10の上面にスペーサー基板30を接合する(図7(a))。スペーサー基板30には、予め開口部31、32及び貫通孔33が形成されている。ヘッドチップ10の圧電素子15及び調整部材16は開口部33、32に収容され、貫通孔33はインク流入孔132と連通される。
 その後、調整部材16の貫通孔162内に、例えばニードル60を用いて導電性材料162を充填する(図7(b))。導電性材料162を十分な量で充填することにより、貫通孔162の上端から盛り上がるように溢れ出させ、貫通孔162の周囲の第3電極部161上に広げることができる。
 これにより、導電性材料163を介して、第3電極部161と引出部153とを容易に導通させることができる。また、調整部材16は開口部32内に配置されているため、調整部材16の周囲はスペーサー部材30によって囲まれている。これにより、導電性材料162が調整部材16の上面から溢れ出しても、開口部32内にとどめることができ、ショートを発生させるおそれはない。
 次いで、ヘッドチップ10とスペーサー基板30との積層物に、その上方から配線基板20を接合する(接合工程;図8)。このとき、配線基板20の第1接続部材25は圧電素子15上の第1電極部151と接触し、第2接続部材26は調整部材16の第3電極部161と接触し、それぞれ電気的に接続される。
 ヘッドチップ10において、圧電素子15上の第1電極部151の上面と調整部材16の第3電極部161の上面は略等しい高さであり、また、配線基板20において、第1接続部材25の先端の位置と第2接続部材26の先端の位置は略等しい高さであるため、これらの接触面の高さはほぼ均一になる。従って、ヘッドチップ10と配線基板20とを圧着した時、各電気的接続部位に不均一な圧力がかかることがない。これにより、圧電素子15等の破損を防止するために高精度な圧力制御を行う必要はなく、確実な電気的接続をより容易に行うことができる。
 その後、配線基板20の上面に、配線基板20の上面に開口する全てのインク供給孔27が、マニホールド40内のインク貯留室41に臨むように、図1に示したマニホールド40を接合する。これにより、インク貯留室41から全ての圧力室131に共通にインクが供給されるインクジェットヘッド1が完成する。
(調整部材の他の態様)
 以上説明した調整部材16は、貫通孔162を形成したが、貫通孔162に代えて、図9に示すように、調整部材16の側面から内方に向けて凹となるように、調整部材16の高さ方向に亘って切欠された溝164を形成してもよい。この場合、導電性材料163は、引出部153と第3電極部161とを電気的に接続するように、溝164内に充填される。
 また、圧電素子15は、予め所定の大きさ及び厚みで形成されたバルクの圧電素子であってもよい。バルクの圧電素子は、振動板層14上の圧力室131に対応する位置にそれぞれ個別に貼着される。この場合、調整部材16に使用される圧電素子も、予め圧電素子15と同一の厚みに形成されたバルクの圧電素子を使用し、引出部153の上面に貼着することによって調整部材16が形成されるようにすることが好ましい。これにより、圧電素子15の第1電極部151の上面の高さと調整部材16の上面の高さを略等しい高さに容易に合わせることができる。
 また、調整部材16を単一部材とする場合、全体を金属によって形成することもできる。例えばNi、Cu、Al等の金属を用いて所定の厚み、所定の形状で形成された金属材を引出部153上に積層することによって、調整部材16自体を引出部153と導通させることができる。引出部153の上面に金属材を設けた後に、圧電素子15の上面と略等しい高さとなるように研摩することによって、調整部材16の上面の高さを圧電素子15の第1電極部151の上面の高さと略等しくなるように調整することができる。調整部材16の全体を金属によって形成することにより、導電性材料163を充填する作業を不要にすることができる。
 1:インクジェットヘッド
 10:ヘッドチップ
  11:ノズルプレート
   111:ノズル
  12:中間プレート
   121:連通路
  13:圧力室プレート
   131:圧力室
   132:インク流入孔
  14:振動板層
  15:圧電素子
   151:第1電極部
   152:第2電極部
   153:引出部
  16:調整部材
   161:第3電極部
   162:貫通孔
   163:導電性材料
   164:溝
 20:配線基板
  21:基板本体
  22:第1配線
   221:貫通配線部
   222:第1の上部配線部
  23:第2配線
   231:貫通配線部
   232:第2の上部配線部
  24:保護層
   241:除去部
  25:第1接続部材
   251:導電性材料
  26:第2接続部材
   261:導電性材料
  27:インク供給孔
 30:スペーサー基板
  31、32:開口部
  33:貫通孔
  34:空気逃がし溝
  35:吸着溝
 40:マニホールド
  41:インク貯留室
 50:FPC
 60:ニードル

Claims (14)

  1.  ノズルから吐出されるインクが収容される圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、上面に第1電極部が形成されると共に、下面に第2電極部が形成された圧電素子と、前記第2電極部から前記圧電素子の外側に電気的に引き出された引出部とを有するヘッドチップと、
     前記ヘッドチップの上方に配置され、前記ヘッドチップの前記第1電極部と電気的に接続されるスタッドバンプからなる第1接続部材と、前記引出部を介して前記第2電極部と電気的に接続されるスタッドバンプからなる第2接続部材とを有する配線基板と、
    を備えるインクジェットヘッドにおいて、
     前記引出部に、前記第1電極部の高さと略等しい高さに配置された上面を備えると共に少なくとも該上面が前記引出部と導通している調整部材が設けられ、
     前記配線基板の前記第1接続部材は、前記第1電極部の上面に接触することにより、該第1電極部と電気的に接続されると共に、前記第2接続部材は、前記調整部材の前記上面に接触することにより、該調整部材及び前記引出部を介して前記第2電極部と電気的に接続されるインクジェットヘッド。
  2.  前記調整部材は、ポアソン比0.4以下の材料を用いて形成されている請求項1記載のインクジェットヘッド。
  3.  前記調整部材の前記上面は、前記圧力室に対応して設けられる前記圧電素子の上面の前記第1電極部の面積と同等以上の面積を有している請求項1又は2記載のインクジェットヘッド。
  4.  前記調整部材は、前記引出部と導通する第3電極部が上面に設けられた圧電素子によって形成されている請求項1、2又は3記載のインクジェットヘッド。
  5.  前記調整部材に用いられる前記圧電素子は、高さ方向に貫通した孔又は高さ方向に亘って切欠された溝を有し、
     前記孔又は前記溝に導電性材料が充填されることにより、該導電性材料を介して前記第3電極部と前記引出部とが電気的に接続されている請求項4記載のインクジェットヘッド。
  6.  前記第2接続部材は複数設けられ、前記複数の第2接続部材のうちの一部の前記第2接続部材は、前記孔又は前記溝に充填された前記導電性材料のみと接触している請求項5記載のインクジェットヘッド。
  7.  前記第2接続部材は複数設けられ、前記複数の第2接続部材に対して共通の前記調整部材の前記上面に電気的に接続されている請求項1~5の何れかに記載のインクジェットヘッド。
  8.  前記圧力室は複数設けられ、該圧力室に対応して設けられる複数の前記圧電素子に形成されたそれぞれの前記第2電極部は、前記複数の第2電極部に対して共通の前記引出部に電気的に引き出されている請求項1~7の何れかに記載のインクジェットヘッド。
  9.  前記第1接続部材及び前記第2接続部材の先端の位置は、前記ヘッドチップが配置される方向に略等しい高さに配置されている請求項1~8の何れかに記載のインクジェットヘッド。
  10.  前記第1接続部材及び前記第2接続部材には、それぞれ導電性材料が塗布され、該導電性材料を介して、前記第1電極部の前記上面及び前記調整部材の前記上面と電気的に接続されている請求項1~9の何れかに記載のインクジェットヘッド。
  11.  ノズルから吐出されるインクが収容される圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、上面に第1電極部が形成されると共に、下面に第2電極部が形成された圧電素子と、前記第2電極部から前記圧電素子の外側に電気的に引き出された引出部とを有するヘッドチップと、
     前記ヘッドチップの上方に配置され、前記ヘッドチップの前記第1電極部と電気的に接続される第1接続部材と、前記引出部を介して前記第2電極部と電気的に接続される第2接続部材とを有する配線基板と、
    を備えるインクジェットヘッドの製造方法において、
     前記ヘッドチップに、前記圧力室に対応して、前記第1電極部と前記第2電極部を備えた前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
     前記ヘッドチップに、前記引出部を形成する引出部形成工程と、
     前記引出部に、前記第1電極部の高さと略等しい高さに配置された上面を備えると共に該上面が前記引出部と導通する調整部材を形成する調整部材形成工程と、
     前記第1接続部材を前記第1電極部の上面に接触させることにより、前記第1電極部と電気的に接続させると共に、前記第2接続部材を前記調整部材の前記上面に接触させることにより、前記調整部材を介して前記第2電極部と電気的に接続させるように前記配線基板と前記ヘッドチップとを接合する接合工程と、
    を有するインクジェットヘッドの製造方法。
  12.  前記調整部材は、前記引出部と導通する第3電極部を上面に設けた圧電素子によって形成され、
     前記調整部材形成工程において、前記調整部材に用いられる前記圧電素子を、前記圧電素子形成工程によって前記圧力室に対応する前記圧電素子を形成する際に同時に形成する請求項11記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  13.  前記圧電素子は薄膜PZTであり、該薄膜PZTをエッチングすることによって、前記圧力室に対応する前記圧電素子と、前記調整部材に用いられる前記圧電素子とを同時にパターン形成する請求項12記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  14.  前記配線基板に、前記第1接続部材及び前記第2接続部材を、前記ヘッドチップが配置される方向に凸の形状となるように形成すると共に、先端の位置が、前記ヘッドチップが配置される方向に略等しい高さに配置されるように形成する接続部材形成工程を有する請求項11、12又は13記載のインクジェットヘッドの製造方法。
PCT/JP2015/060020 2014-09-24 2015-03-30 インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法 WO2016047178A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016549970A JP6332465B2 (ja) 2014-09-24 2015-03-30 インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法
EP15843126.2A EP3199351B1 (en) 2014-09-24 2015-03-30 Inkjet head and inkjet head manufacturing method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-194386 2014-09-24
JP2014194386 2014-09-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016047178A1 true WO2016047178A1 (ja) 2016-03-31

Family

ID=55580720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/060020 WO2016047178A1 (ja) 2014-09-24 2015-03-30 インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3199351B1 (ja)
JP (1) JP6332465B2 (ja)
WO (1) WO2016047178A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019048412A (ja) * 2017-09-08 2019-03-28 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
JP2020203446A (ja) * 2019-06-18 2020-12-24 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッド及びその製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003072068A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Fuji Xerox Co Ltd インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置
JP2004304025A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Kyocera Corp 圧電アクチュエータ、インクジェット記録ヘッドおよびこれらの製造方法
WO2012176875A1 (ja) * 2011-06-22 2012-12-27 コニカミノルタホールディングス株式会社 インクジェットヘッド及びインクジェット描画装置
JP2013035193A (ja) * 2011-08-05 2013-02-21 Konica Minolta Holdings Inc 電子回路基板の接合方法及びインクジェットヘッドの製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002057187A (ja) * 2000-08-09 2002-02-22 Fujitsu Ten Ltd 電子部品実装構造及び電子部品実装方法
JP2002248765A (ja) * 2000-12-19 2002-09-03 Fuji Xerox Co Ltd インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェット式記録装置
JP4362996B2 (ja) * 2001-08-22 2009-11-11 富士ゼロックス株式会社 格子状配列構造の圧電/電歪アクチュエータ及びその製造方法
US8220905B2 (en) * 2006-08-23 2012-07-17 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid transporting apparatus and method of producing liquid transporting apparatus
WO2011005699A2 (en) * 2009-07-10 2011-01-13 Fujifilm Dimatix, Inc. Mems jetting structure for dense packing
JP5476901B2 (ja) * 2009-09-30 2014-04-23 ブラザー工業株式会社 圧電アクチュエータの製造方法及び圧電アクチュエータ
JP6044258B2 (ja) * 2012-10-19 2016-12-14 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッド

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003072068A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Fuji Xerox Co Ltd インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置
JP2004304025A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Kyocera Corp 圧電アクチュエータ、インクジェット記録ヘッドおよびこれらの製造方法
WO2012176875A1 (ja) * 2011-06-22 2012-12-27 コニカミノルタホールディングス株式会社 インクジェットヘッド及びインクジェット描画装置
JP2013035193A (ja) * 2011-08-05 2013-02-21 Konica Minolta Holdings Inc 電子回路基板の接合方法及びインクジェットヘッドの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019048412A (ja) * 2017-09-08 2019-03-28 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
JP2020203446A (ja) * 2019-06-18 2020-12-24 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッド及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3199351B1 (en) 2021-06-09
EP3199351A4 (en) 2018-05-23
EP3199351A1 (en) 2017-08-02
JPWO2016047178A1 (ja) 2017-07-06
JP6332465B2 (ja) 2018-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101277589B (zh) 用于电连接两个物体的方法
JP5975030B2 (ja) インクジェットヘッドの製造方法、及び、インクジェット描画装置の製造方法
JP4432924B2 (ja) インクジェットヘッド及びその製造方法
JP6295684B2 (ja) インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
JP4501752B2 (ja) 基板接合構造の製造方法及びインクジェットヘッドの製造方法
US20060027623A1 (en) Bonding structure, wire bonding method, actuator device and liquid jet head
JP5309686B2 (ja) インクジェットヘッド
JP5846278B2 (ja) インクジェットヘッド
JP4281608B2 (ja) 記録ヘッドの製造方法及び記録ヘッド
JP4618368B2 (ja) 記録ヘッドの製造方法及び記録ヘッド
WO2011132516A1 (ja) インクジェット式記録ヘッド
JP6332465B2 (ja) インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法
JP3459726B2 (ja) インクジェット記録ヘッド及びその製造方法
JP6044258B2 (ja) インクジェットヘッド
JP2004509791A (ja) 小滴付着装置
WO2014185369A1 (ja) インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法
JP2020203446A (ja) インクジェットヘッド及びその製造方法
KR20120012160A (ko) 잉크젯 헤드 어셈블리 및 그 제조방법
JP5821183B2 (ja) インクジェットヘッドユニット及びインクジェットヘッドユニットの製造方法
JP5958002B2 (ja) 液滴吐出ヘッド
JP4333353B2 (ja) インクジェットヘッド、インクジェット記録装置、液滴吐出装置、インクジェットヘッドの製造方法、インクジェットヘッドの配線接続方法および配線接続構造
JP2010201870A (ja) 配線基板の接合構造及び接合構造の製造方法
JP2009262417A (ja) 液滴吐出ヘッドとその製造方法
JP2010260188A (ja) 液滴吐出ヘッド
JP4034053B2 (ja) インクジェットヘッドとその電極接続構造及びインクジェットヘッドの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15843126

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016549970

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015843126

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015843126

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE