JP2004237528A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オリフィス面と紙間をより近づけ画像品の高い信頼性のある液体吐出ヘッドの構成とその製造方法を提供する。
【解決手段】基盤表面の電気接続部の高さを下げ、基盤と接続したリード或いはワイヤーとが基盤と接触することを防ぐために、基盤の稜線を面取りする構成とその製造方法。基盤の稜線をＶ字型のダイヤモンドブレードで溝を入れ、次いで溝の中心をダイシングする。ワイヤーや、リードを低く押さえても基盤と接触することなく、安定した品質のヘッドを提供できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置である。高速な記録とさまざまなメディアに対して記録することが可能であり、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴をもつ。このようなことから、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機などの記録機構を担う装置として広く採用されている。
【０００３】
インクジェット記録は微小な吐出口から微小な液体を吐出させ、記録紙に対し記録を行うもので、代表的な方法としては電気熱変換素子を用いた方法がある。このようなインクジェット記録は、一般に液滴を形成するためのノズルをもつインクジェット記録ヘッドと、このヘッドに対してインクを供給する供給系とから構成される。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドでは、電気熱変換素子を加圧室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることにより記録液に熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化により生じる記録液の発泡（沸騰）時の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用する。
【０００４】
蒸気のような電気熱変換方式を用いたインクジェット記録ヘッドの場合、電気熱変換素子が配列された基板に対し垂直に記録液を吐出させる方式（サイドシューター）と電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に吐出させる方式（エッジシューター）がある。以下、サイドシューターを例にあげ、インクジェット記録ヘッドの具体的な構成について説明する。
【０００５】
図２はサイドシューターの記録ヘッドの斜視図である。
【０００６】
記録素子基板ＸＸの中央付近の表面側にはインクを吐出するための吐出口ＸＸが複数開口しており、その裏面側にはインクを供給するためのインク供給口ＸＸ（図中破線部）がそれら吐出口列の長さとほぼ等しい長さで開口している。図２では、吐出口ＸＸは数個しか記載されていないが、実際の製品では数十から数百個開口している。
【０００７】
インクを吐出させるために記録素子基板ＸＸの電極はフレキシブルフィルム配線基板ＸＸの電極端子に電気的に接続されており、該フレキシブルフィルム配線基板ＸＸの入力端子は記録装置本体からインクジェット記録ヘッドに記録情報などの電気信号を与える外部入力パッドＸＸを持つ配線基板ＸＸの出力端子と電気的に接続されている。
【０００８】
図２（ｂ），（ｃ）は記録素子基板とフレキシブルフィルム配線基板の具体的な構造を示す図である。図２（ｂ）は記録素子基板をフレキシブルフィルム配線基板に実装した状態である。
【０００９】
図２に示すように、記録素子基板ＸＸにはフレキシブルフィルム配線基板ＸＸの出力端子に接続するための電極ＸＸが形成されている。この電極ＸＸは、通常、記録素子基板ＸＸの端面に列状に形成される。形成方法としては、パターニングによるメッキや、ワイヤーボンディングによるボール電極形成（スタッドバンプ）などの既存の技術を用いて形成可能である。
【００１０】
フレキシブルフィルム配線基板ＸＸには、記録素子基板ＸＸを実装した際に吐出口ＸＸが形成されたオリフィス面ＸＸが露出するように開口が設けられており、この開口部には記録素子基板ＸＸの電極ＸＸと接続される電極端子ＸＸが設けられている。このようなフレキシブルフィルム配線基板ＸＸとの電極端子ＸＸと記録素子基板ＸＸの電極ＸＸの電極ＸＸとは、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）の端子部をＩＬＢ（Ｉｎｎｅｒ Ｌｅａｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）することにより接続される。
【００１１】
記録素子基板ＸＸをフレキシブルフィルム配線基板ＸＸに実装する場合は、図２に示すように、記録素子基板ＸＸの電極ＸＸとフレキシブルフィルム配線基板ＸＸの電極端子ＸＸとを接続し、オリフィス面ＸＸがフレキシブルフィルム配線基板ＸＸの開口部にはまるように実装される。この記録素子基板ＸＸとフレキシブルフィルム配線基板ＸＸの接続の際、電極部が露出すると、吐出口から飛散した液滴もしくは紙上より跳ね返ったインクが電極に付着して電極や、下地金属を腐食するため、該電極部はエポキシ樹脂などの封止性、イオン遮断性に優れた封止剤ＸＸによって被覆され、封止されている。この構造では、インク供給口ＸＸから各吐出口ＸＸと連通したインク流路ＸＸに記録液が供給され、吐出口ＸＸから液滴が吐出される。
【００１２】
また、最近では、インクジェット記録ヘッドの高速化、多色化が進み、ひとつのインク供給保持部材（図２（ａ））に複数の記録素子基板が保持され、これら記録素子基板を実装する複数のフレキシブルフィルム配線基板ＸＸが設けられるようになってきた。このようにフレキシブルフィルム配線基板が設けられる場合は、図２に示すように、フレキシブルフィルム配線基板ＸＸの入力端子ＸＸと配線基板ＸＸの出力端子ＸＸとがハンダＸＸで接続され、この端子部分の酸化皮膜や汚れの活性剤としてフラックスが用いられている。
【００１３】
また、最近では、写真調のプリントの要求に伴い、インク滴を数ピコリットル程度のより小液滴化が進んできている。このような小液滴を安定して紙面に到達させるには、オリフィス面と紙面との距離を近づける必要がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述したインクジェット記録ヘッドには印字品位、信頼性を低下させる以下のような種類の課題がある。
【００１５】
（１）フレキシブル配線基板と記録素子基板をスタッドバンプを介して接続した場合、スタッドバンプの高さに加え、封止剤の高さが加わりオリフィス面より突出してしまいオリフィス面と、紙面との距離を近づけることができず、要求品質に答えるだけの印字品位が得られない。
【００１６】
（２）これに対し、スタッドバンプに変わる手法としてメッキを電極面に形成し高さを押さえたメッキバンプ法や、アルミ電極にフレキシブルフィルム配線基板をダイレクトに接続する方式が提案されているが、逆に高さが押さえ込まれているため、フレキシブルフィルム配線基板に形成されている素子基板との接続のリード部が、外力などにより曲がり素子基板の端面と接触してショートするといった問題が発生する。
【００１７】
（３）また、上述したようなフレキシブルフィルム配線基板のリードを用いないワイヤーボンディングなどによる接続を行った場合などにおいても、ワイヤーの高さを押さえるためにセカンド側を素子基板側にするなどの工夫がされているが、やはり高さを押さえ込むと、ワイヤーと素子基板の端面が接触するといった問題が発生していた。
【００１８】
本発明の目的は、上記各問題点を解決し、印字品の高い、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することにある。さらには、その記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、
１．熱エネルギーにより生じる気泡の発生に基づく圧力によって記録液が吐出される少なくとも一つの記録素子基板と、前記記録素子基板が実装される配線基板と、前記記録素子基板における熱エネルギーの発生を制御するための信号が外部より入力される電極パッドを備え、前記配線基板を介して前記記録素子基板と電気的に接続される配線基板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記記録素子基板の前記電極パッドの配列された端面に前記配線基板の記録素子基板との接触防止構造を有していることを特徴としたインクジェット記録ヘッド。
【００２０】
２．前記接触防止構造が記録素子基板に施された面取りであることを特徴としたインクジェット記録ヘッド。
【００２１】
３．電気的配線が、配線線基盤に作られたインナーリードであることを特徴としたインクジェット記録ヘッド。
【００２２】
４．電気配線が、配線基板と、記録素子基板の間をつなぐワイヤーであることを特徴としたインクジェット記録ヘッド。
とすることで解決を図るものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
【００２４】
本実施例の電気熱変換素子は、発熱抵抗素子によるインクジェット記録ヘッド、いわゆるバブルジェット（登録商標）記録方式のインクジェット記録ヘッドを製造する例を示す。
【００２５】
以下、図３（ａ）から（ｇ）を参照に流れを説明する。
【００２６】
図３ではひとつのインクジェット記録ヘッドの断面図として表しているが、一般的な半導体製造技術として、シリコン（Ｓｉ）基板に同様の素子を複数個配列した多数個処理が行われており、本発明のインクジェット記録ヘッドにおいても同様に多数個取りが可能なことはいうまでもない。
【００２７】
図３（ａ）は、＜１００＞面の結晶方位を持つシリコン基板を用いて半導体製造技術によりインク吐出のための発熱抵抗素子（ヒーター）を駆動するための駆動素子が形成されている。
【００２８】
ついで、ヒーターと外部制御機器との電気的取出しを形成する。前記する工程は、本発明と直接関係がないので詳細は省略する。また、ヒーターおよび電極の形成方法に関しても特に限定するものではないが、本実施例では、電極面に無電解メッキで金を最上層に形成させた。
【００２９】
図３（ｂ）は除去可能なインク流路となるインク流路の型材ＸＸをフォトリソグラフィー技術で形成する。本発明では、ポジ型フォトレジストＰＭＥＲ−ＡＲ９００（東京応化工業（株）製、商品名）を用い所望の膜圧およびパターンに形成した。
【００３０】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）で形成したインク流路となるインクの型材ＸＸを被覆するように、インク吐出口ＸＸを含むオリフィスプレート材ＸＸをフォトリソグラフィー技術により形成したものである。オリフィスプレート材ＸＸとしては、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリル樹脂などが挙げられるが、中でも感光性カチオン重合性の化合物が適している。
【００３１】
次に、図３（ｅ）にインク供給口の形成工程を示す。エッチングマスクＸＸを環化ゴム系の樹脂、ポリアミド樹脂などを用い、フォトリソグラフィー技術により、所望のインク供給口ＸＸとなるように形成する。その後、アルカリ系のエッチング液、たとえば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などを用いエッチングする。本実施例に示した＜１００＞面のシリコン基板を用いると、異方性エッチングで形成されたインク供給口の形状は、エッチング開始面からエッチング終点面に向かって約５４．７度の角度を持った傾斜で小さくなる。
【００３２】
図３（ｆ）は、異方性エッチングでインク供給口が完成した後、図３（ｂ）で形成したインク流路の型材を溶解除去することによりインク供給路を形成する。
【００３３】
このようにしてできたウエハ基板から、個々の素子基板にダイシングによって分割する。図４は本工程を説明する説明図である。
【００３４】
本発明において、このダイシングの際にあらかじめ電気実装のワイヤーやリードが基板端面に接触しないように面取り加工する。一般にダイシングは、刃厚５０ミクロン前後のダイヤモンドブレードを用いて行うが、本実施例の場合、まず、刃厚３００ミクロンで、刃先先端の角度を９０度にしたＶ字型のダイヤモンドブレードを取り付けた第１の主軸と、前述した通常の刃厚５０ミクロンのブレードを取り付けた第２の主軸を有した２軸のダイサー（デュアルスピンドルダイサー）で加工を行った。
【００３５】
この加工において、第１の主軸で、切り込み深さ１００ミクロンで加工した後、第２の主軸で前記Ｖ溝の中心を切断し、個々の素子基板に分割する。このように加工することにより素子基板の稜線に一様に約５０ミクロンの面取りを施すことが容易にできる。
【００３６】
次にこの分割した素子基板を実装する工程を図１（ａ）から（ｆ）で説明する。
【００３７】
ついで、この素子基板を支持部材となるアルミナ基板に接着剤で位置決め接合を行う。該アルミナの支持部材には、前記素子基板を落とし込む深さが素子基板と同じ０．６２５ミリメートルの窪みが配設されており、また、素子基板に異方性エッチングで形成したインク供給口にインクを供給するための供給路が素子基板の供給口に対応した位置に形成されている。
【００３８】
この接合においては、まず、光熱硬化型のエポキシ接着剤を厚さ５ミクロンから１０ミクロンで素子基板が接合される面に転写する。ついで、該支持部材の基準位置から一定の位置にあわせて素子基板を位置あわせし押接する。その状態で、素子基板より外にある接着剤に紫外線を照射して硬化させ、押接時具からはずし、加熱ステージに移動して完全に加熱硬化させる。（図１（ａ），（ｂ））
次にフレキシブルフィルム配線基板を支持部材の素子基板以外の面に貼り付けるため、前記貼り付け面の支持部材側に加熱硬化型エポキシ接着剤を転写し、前記フレキシブルフィルム配線基板の接続端子リードと素子基板の端子部とを位置あわせして押接、加熱接着を行う。（図１（ｃ），（ｄ））
その後、シングルポイントボンダーを用いて前記接続端子リードと、素子基板の端子とを接続する。本実施例では、前述したシングルポイントボンダーを用いたが、他に、一括で接続を行うギャングボンディングなどで接続ができることは言うまでも無い。（図１（ｅ））
ここで、本発明によれば、素子基板の電極部のフレキシブルフィルム配線基板の接続リードの延長方向側があらかじめ面取りされているため、外力によって、リードが撓んでも素子基板とリードが接触することが無く、安定して歩留よく生産する事が可能となる。
【００３９】
次に、前記接続部をエポキシあるいはシリコン系のコーキング剤でコーキングを行い素子基板ユニットとして完成させる。（図１（ｆ））
その後、インクタンクと、前記素子基板ユニットを接続するホルダーなどに組み付け、記録ヘッドを完成させる。（図６）
（実施例２）
本実施例では、前記実施例のフレキシブルフィルム配線基板の接続リードの代わりに、フレキシブルフィルム配線基板と素子基板の端子部とをワイヤーでボンディングした例を示す。（図５）
本実施例においても、ワイヤーのリードの高さを低くするため素子基板側を二次側にして接続することが行われるが、素子基板にはあらかじめ面取りが施されているため、従来に比べ、より低いループで接続してもリードと素子基板とが接触することなく接続でき、安定して歩留よく生産する事が可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上実施例で説明したように、本発明により、
１．記録素子基板上の電気接続部の高さを低くした際に、接続リードと基板とが接触することが無いため、所望の品質のヘッドを安定して提供することができる。
【００４１】
２．その結果、素子基板のオリフィス面と、紙までの距離を飛躍的に縮めることが出来、インク滴の着弾位置ずれの無い極めて高画質な画像を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分割した素子基板を実装する工程図。
【図２】サイドシューターの記録ヘッドの斜視図。
【図３】インクジェット記録ヘッドの断面図。
【図４】工程を説明する説明図。
【図５】基板をワイヤーボンディングした例を示す図。
【図６】記録ヘッドを完成させた図。

Claims (4)

1. 熱エネルギーにより生じる気泡の発生に基づく圧力によって記録液が吐出される少なくとも一つの記録素子基板と、前記記録素子基板が実装される配線基板と、前記記録素子基板における熱エネルギーの発生を制御するための信号が外部より入力される電極パッドを備え、前記配線基板を介して前記記録素子基板と電気的に接続される配線基板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記記録素子基板の前記電極パッドの配列された端面に前記配線基板の記録素子基板との接触防止構造を有していることを特徴としたインクジェット記録ヘッド。
2. 請求項１において、前記接触防止構造が記録素子基板に施された面取りであることを特徴としたインクジェット記録ヘッド。
3. 請求項２において、電気的配線が、配線線基盤に作られたインナーリードであることを特徴としたインクジェット記録ヘッド。
4. 請求項２において、電気配線が、配線基板と、記録素子基板の間をつなぐワイヤーであることを特徴としたインクジェット記録ヘッド。

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