JP2007083401A - 配線基板の製造方法および液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出基板にＩＬＢ接続される配線基板の配線構造を簡単にする。
【解決手段】図示しない液体吐出基板を実装する開口１１および電気信号入力用のコンタクト部１２と、開口１１内に配設された配線リード１４および配線共有部１５を有する配線基板材Ｂを製造する。そして、基板端縁まで延出する内部配線１３をめっき用配線として、コンタクト部１２と配線リード１４の電解めっきを行い、保護用のＡｕ、Ｎｉのめっき層を形成する。すべての配線リード１４が配線共有部１５によって導通しているため、めっき用配線となる内部配線１３は１本でよい。めっき処理後、配線共有部１５を打ち抜き等によって除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク等の液体を吐出して記録動作を行う液体吐出ヘッド等に用いられる配線基板の製造方法および液体吐出ヘッドに関するものである。

本発明は、一般的なプリント装置のほか、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、あるいは、これらの装置を複合した多機能記録装置等に搭載される液体吐出ヘッドに適用することができる。

インクジェットプリンタ等の記録装置は、高速な記録や、様々な記録メディアに対する記録が可能であるとともに、記録時における騒音がほとんど生じないという特徴を有する。そのため、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。

また、インク等液体の吐出方式においては、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に記録液を吐出させる方式（エッジシューター）や、電気熱変換素子が配列された基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式（サイドシューター）等がある。

図６は、特許文献１等に開示された、サイドシュータータイプの一般的な液体吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッドの構成を示したものである。また、図７は、インクジェット記録ヘッドの断面構造を説明するもので、（ａ）は、図６の（ａ）のＣ−Ｃ断面を示す拡大断面図、（ｂ）は、同図の（ｂ）のＤ−Ｄ断面を示す拡大断面図である。

このインクジェット記録ヘッドは、液体吐出基板１０１、配線基板１１０、支持部材１２０から構成されている。液体吐出基板１０１は、図７に示すように、シリコン製の基板からなるヒーターボード１０２の中央にインク供給口１０４が長穴の形状で開いており、ヒーターボード１０２上には複数の発熱抵抗体１０７がほぼ等間隔でインク供給口１０４の両側に並んでいる。そして、インクはヒーターボード１０２のインク供給口１０４から供給される。ヒーターボード１０２の外部には発熱抵抗体１０７に電力を供給するための配線（不図示）が引き回されていて、ヒーターボード１０２上の両端に設置されている外部取り出し電極パッドと結線されている。このようなヒーターボード１０２上に複数の吐出口１０６を有するオリフィスプレート１０５を貼り付けて、さらに、電極パッド上には、電極となるバンプ１０３が形成されている。

配線基板１１０には、例えば、フレキシブル配線基板が使用される。これは、ベースフィルム１１０ａ上に銅箔を接着剤１１０ｂにより接着し、パターニングして内部配線１１３、液体吐出基板１０１のバンプ１０３を電気接続する電極端子となる配線リード１１４、およびコンタクト部１１２を形成したものである。その上には、接着剤１１０ｃを介して接着されたカバーフィルム１１０ｄを有する。

支持部材１２０は、液体吐出基板１０１のインク供給口１０４と、支持部材１２０のインク供給口１２２が連通するように接着剤１２１により接着される。また、液体吐出基板１０１の電極部に対して、配線基板１１０がほぼ水平に接続できる構造となっており、接着剤１２３により、配線基板１１０を接着固定する。

液体吐出基板１０１の電極部に配線基板１１０の配線を結線する方法として、一般的には、液体吐出基板１０１のバンプ１０３と、配線基板１１０の配線リード１１４を超音波と熱により金属接合する方法がある。これは、インナーリードボンディングと呼ばれている。そして、液体吐出基板１０１のバンプ１０３と、配線基板１１０の配線リード１１４のボンディング部は、配線リード１１４上に封止用の接着剤１３０ａを、液体吐出基板１０１の周囲に封止用の接着剤１３０ｂを用いて封止をすることで周囲から絶縁している。

露出している配線リード１１４と、電気信号入力部であるコンタクト部１１２は、図８に示すように各配線リード１１４から基板端縁に延出された数多くの内部配線１１３をめっき用配線として用いて、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）により電解めっきを行う。このようにして、銅箔の腐食を防止する構成が知られている。
特開２００３−２１１６７８号公報

しかし、配線基板１１０の表面に露出する配線リード１１４とコンタクト部１１２とに対して、インク等による腐食を防止するためのめっき処理工程で以下のような問題がある。すなわち、ＮｉやＡｕによる電解めっきを行うために、基板端縁に延出するめっき用配線となる内部配線１１３が配線リード１１４の本数分必要である。このため、図８に示すように、配線基板内部に敷設する配線数が増加し、またそれによる基板サイズの増大に伴うコスト上昇が問題となることがあった。

本発明は、外部に露出している配線リードや電気信号入力部に電解めっきを行うためのめっき用配線数を低減し、基板サイズの増大やコスト上昇を防ぐことのできる配線基板の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の配線基板の製造方法は、表面に露出する電気信号入力部および複数の内部配線と、デバイスホール内の素子チップの電極部に電気的に接続される複数の配線リードと、デバイスホール内の複数の配線リードを互いに導通させる配線共有部とを有し、少なくとも１本の内部配線を基板端縁まで延出させた配線基板を製造する工程と、配線基板の基板端縁まで延出している内部配線およびデバイスホール内の配線共有部を用いて、電気信号入力部および配線リードをめっきする工程と、デバイスホール内の配線共有部を除去する工程と、を有することを特徴とする。

配線共有部を設けることで、装置本体からの駆動電力や電気信号を入力するための電気信号入力部および配線リードに対して電解めっきを行うのに必要な内部配線（めっき用配線）を例えば１本のみとすることができる。めっき用配線をリード配線の本数分必要とする場合に比べて、無駄な配線を省き、配線基板の基板サイズを大幅に縮小して、コスト低減に貢献できる。

このような配線基板を液体吐出ヘッドに用いることで、液体吐出ヘッドの低価格化等を促進できる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２に示すように、めっき処理前の配線基板材Ｂは、デバイスホールである開口１１と、図示裏面側に露出する電気信号入力部であるコンタクト部１２と、内部配線１３と、開口１１から露出する配線リード１４等を有する。コンタクト部１２および配線リード１４は、腐食を防止する目的でニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）による電解めっきを行う。開口１１内の配線リード１４は、これらを互いに導通させる配線共有部１５と一体に形成されており、このため、図３に示すように、基板端縁に延出しためっき用配線となる内部配線１３を１本のみとすることが可能である。

なお、めっき処理後は、配線共有部１５を図２に示す打ち抜きや、図５に示すレーザー加工等により除去する。このようにして製造された配線基板１０を、図４に示すように、液体吐出基板１を支持する支持部材２０に接着する。次いで、液体吐出基板１のヒーターボード２上のバンプ３と配線リード１４との電気接続が行われる。従来例においては、少なくとも配線リードの本数分必要であっためっき用配線の多くを省くことで、配線基板１０のサイズ増大に伴うコスト上昇を防ぎ、安価な液体吐出ヘッドを提供することができる。

図３に示すように、基板端縁に延出する内部配線１３には、一般に液体吐出基板１へ電力を供給しないことで極力細い配線とする信号線等よりも、液体吐出基板１へ電源を供給することから太い配線とする電源線を選ぶとよい。このようにして、安定した電力を供給し、めっき処理をすることが可能となる。

さらに、一般的にインクジェット記録装置に用いる液体であるインクは、発一性向上の観点から尿素成分を含むことがある。従って、配線基板を一体形態でパッケージする場合、パッケージ形態内部のインク雰囲気中に、この尿素は熱で分解されたアンモニアガスがあり、これが結露した水分に溶け込んでアンモニア水となることがある。

そこで、配線基板１０の基板端縁に延出した内部配線１３は、コンタクト部１２から延出する基板端縁までの配線長さＬ₁ を、他の全てのコンタクト部１２の基板端縁までの距離Ｌ₂ 、Ｌ₃ より長くすることが望ましい（図１参照）。これにより、万一上述した内部配線の腐食が基板端縁で生じた場合も信頼性を損なうことのないインクジェット記録ヘッドを提供することが可能である。

なお、「プリント」および「記録」とは、文字、図形等、有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像、模様、パターン等を形成する。また、媒体の加工を行う場合も言うものとする。

ここで、「プリント媒体」および「媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板等、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能な物も言うものとする。

さらに、「インク」とは、上記「プリント」の定義と同様広く解釈されるべきものである。すなわち、プリント媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成またはプリント媒体の加工、或いはインクの処理（例えばインク中の色材の凝固または不溶化）に供され得る液体を言い、記録に関して用いる全ての液体を含むものとする。

図１ないし図４は、実施例１を示す。配線基板材Ｂは、めっき処理前の状態の配線基板１０を示すもので、開口１１内に、すべての配線リード１４に繋がる配線共有部１５を有し、複数の配線リード１４のうちの１本に接続されためっき用配線として内部配線１３が基板端縁に延出している。

図１および図２に示すように、めっき処理後に、配線基板材Ｂの配線共有部１５に対し直上に配置されたプレス機の打ち抜き切断冶具Ｔ₁ を下方へ向けて押し当てることによって、配線共有部１５を切り離して、配線基板１０が製作される。

図３は配線基板１０の配線構造を示すもので、コンタクト部１２および開口１１内に突出する配線リード１４にはそれぞれ銅箔等のパターニングによって形成された内部配線１３が接続され、多くの内部配線１３のうちの１本のみが基板端縁まで延出している。

本実施例の液体吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッドは、電気信号に応じて膜沸騰を生じせしめる電気熱変換体を用いて記録を行う方式の記録ヘッドであり、図４に示すように、液体吐出基板１、配線基板１０、支持部材２０から構成されている。

液体吐出基板１は、シリコン製の基板２の中央にインク供給口４が長穴の形状で開いており、複数の発熱抵抗体がほぼ等間隔でインク供給口４の両側に並んでいる。このような発熱抵抗体を形成した基板２はヒーターボードと呼ばれている。インクはヒーターボード２のインク供給口４から供給される。ヒーターボード２の外部には発熱抵抗体に電力を供給するための配線（不図示）が引き回されていて、ヒーターボード２上の両端に設置されている電極部と結線されている。これらの配線は、一般に、数百から数千Åの厚さを有する窒化絶縁膜（ＳｉＮ）で保護されている。そして、ヒーターボード２上に、フォトリソグラフィー技術により形成された複数の吐出口６を有するオリフィスプレート５を貼り付ける。さらに、電極パッド上には、電極となるバンプ３が形成されて、液体吐出基板１が完成する。なお、バンプ３は、例えば、スタッドバンプ工法により形成された５〜３０μｍ程度の金バンプである。

配線基板１０は、例えば、フレキシブル配線基板が使用され、ベースフィルム１０ａ上に銅箔を接着剤１０ｂにより接着し、銅箔をパターニングして、銅箔の内部配線１３および配線リード１４を形成する。そして、液体吐出基板１のバンプ３を電気接続する配線リード１４以外を、接着剤１０ｃによって接着されたカバーフィルム１０ｄにより被覆している。なお、ベースフィルム１０ａ、カバーフィルム１０ｄは、例えば、厚みが２５μｍのレジストフィルムである。

配線リード１４、コンタクト部１２は、例えば、厚み３０μｍの銅箔に金メッキが施される。また、接着剤１０ｂ、１０ｃは、例えば、１０μｍの厚みを有している。

配線基板１０の全ての銅箔配線に繋がる配線共有部１５を有するため、１本の内部配線１３を基板端縁に延出させ、これをめっき用配線として配線リード１４とコンタクト部１２に対して金めっき等を施す。その後、不要となった配線共有部１５をプレス機により打ち抜き、配線リード１４の先端部１４ａを形成し、かつ、配線リード１４の先端部１４ａと根元部との間で撓み１４ｂを有する形状とする。

図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、配線基板１０の撓み形状は、インクジェット記録ヘッド製造時に配線基板１０へ熱が加わった際の熱膨張等の影響を緩和するものである。なお、配線基板１０をプレス機により打ち抜いて液体吐出基板１と電気的接合をする際、配線リード１４の先端に下向きのダレや、バリ等のエッジ１４ｃが発生し、液体吐出基板１に干渉して、傷をつけたり、その他悪影響を与えるおそれがある。そこで、図１および図２に示すように、コンタクト部１２を表側として、配線基板１０の裏面側から配線共有部１５をプレス機で打ち抜き切断することが望ましい。

こうすることで、図４の（ａ）に示すように、配線共有部１５を切り離した後に配線リード１４の先端部１４ａにできるダレや、バリ等のエッジが液体吐出基板１を傷つける懸念のない良好な電気的接合状態が得られる。

支持部材２０は、液体吐出基板１のインク供給口４と、支持部材２０のインク供給口２２が連通するように接着剤２１により接着される。また、液体吐出基板１の電極部に対して、配線基板１０がほぼ水平に接続できる構造となっており、接着剤２３により、配線基板１０を接着固定する。

そして、液体吐出基板１のバンプ３と、配線基板１０の配線リード１４を超音波と熱を用いて金属接合（インナーリードボンディング）し、両電極間を電気的に接続固定する。次いで、配線リード１４上に図示しない第１の封止用の接着剤を、液体吐出基板１の周囲に第２の封止用の接着剤を用いて封止することで、周囲からボンディング部を絶縁し、被覆する。これらの接着剤に、例えば熱硬化性接着剤を用いれば、両電極間が十分に固定される。

本実施例によれば、配線基板の表面に露出している配線リードとコンタクト部に対して、ニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）による電解めっきを行うのに必要なめっき用配線は、配線基板の基板端縁に延出した１本の内部配線のみとなる。その結果、これまで配線リードの本数分必要であった無駄な配線を省くことができ、基板のサイズ増大に伴うコスト上昇を防ぐことが可能である。

なお、本実施例では配線基板の基板端縁に延出するめっき用配線を１本としたが、これは、液体吐出基板に電源を供給する電源線等、他の配線より配線幅が広いものを選ぶことが望ましい。さらに、配線基板の基板端縁に延出する内部配線のコンタクト部より延出する基板端縁までの配線長さは、腐食による悪影響を防ぐ観点から他のコンタクト部から基板端縁までの距離よりも長いことが望ましい。

図５は、実施例２による液体吐出ヘッドの製造方法を示す。本実施例は、配線基板材Ｂの配線共有部１５を鉛直上方より打ち抜くためのプレス機の代わりに、配線共有部１５の上方にレーザー加工機Ｔ₂ と、位置合わせを行うためのカメラユニットＳを配置したものである。配線共有部１５の上方にあるレーザー加工機Ｔ₂ を配線基板材Ｂに対し、位置合わせを行いながら開口１１内の二点鎖線Ｎに沿ってレーザーで切断し、配線共有部１５を切り離すことで、図５の（ｂ）に示す状態となる。

本実施例では、液体吐出基板と電気接続する配線リード１４の先端をレーザー加工により形成するため、実施例１のようなプレス機による打ち抜きに比べて、切り離した配線リード１４の先端にダレやバリ等が残りにくい。従って、配線基板１０を液体吐出基板に電気的に接続する際に、より信頼性のある電気接続が可能である。

実施例１による配線基板のめっき処理前の状態を説明する図である。 実施例１による配線共有部の切断工程を説明する図である。 実施例１による配線基板の配線構成を示すもので、（ａ）はその全体を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の枠Ｑ内を拡大して示す拡大部分平面図である。 実施例１によるインクジェット記録ヘッドの主要部を断面で示す図である。 実施例２による配線基板の製造方法を説明する図である。 一従来例によるインクジェット記録ヘッドを示すもので、（ａ）はその主要部を分解して示す分解斜視図、（ｂ）は（ａ）を組み立てた状態で示す斜視図である。 図６の装置の一部分を示すもので、（ａ）は図６のＣ−Ｃ線に沿ってとった断面図、（ｂ）は図６のＤ−Ｄ線に沿ってとった断面図である。 図６の配線基板の配線構造を示すもので、（ａ）はその全体を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の枠Ｐ内を拡大して示す拡大部分平面図である。

符号の説明

１ 液体吐出基板
２ ヒーターボード
３ バンプ
４ インク供給口
５ オリフィスプレート
６ 吐出口
１０ 配線基板
１１ 開口
１２ コンタクト部
１３ 内部配線
１４ 配線リード
１５ 配線共有部
２０ 支持部材

Claims (10)

1. 表面に露出する電気信号入力部および複数の内部配線と、デバイスホール内の素子チップの電極部に電気的に接続される複数の配線リードと、デバイスホール内の複数の配線リードを互いに導通させる配線共有部とを有し、少なくとも１本の内部配線を基板端縁まで延出させた配線基板を製造する工程と、
   配線基板の基板端縁まで延出している内部配線およびデバイスホール内の配線共有部を用いて、電気信号入力部および配線リードをめっきする工程と、
   デバイスホール内の配線共有部を除去する工程と、を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 素子チップが、電気信号に応じて液体を吐出する液体吐出基板であることを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。
3. 基板端縁まで延出している内部配線が、液体吐出基板に電源を供給するための電源線であることを特徴とする請求項２記載の配線基板の製造方法。
4. 基板端縁まで延出している内部配線に繋がる電気信号入力部が、他の電気信号入力部よりも基板端縁から離れた位置にあることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の配線基板の製造方法。
5. 配線共有部を打ち抜くことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の配線基板の製造方法。
6. 電気信号入力部のある面と反対側の面より配線共有部を打ち抜くことを特徴とする請求項５記載の配線基板の製造方法。
7. 配線共有部をレーザー加工によって切断することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の配線基板の製造方法。
8. 配線共有部を除去する際に、同時に配線リードを撓み変形させることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の記載の配線基板の製造方法。
9. 請求項１ないし８いずれか１項記載の配線基板の製造方法によって製造されたことを特徴とする配線基板。
10. 請求項２ないし８いずれか１項記載の配線基板の製造方法によって製造された配線基板と、前記配線基板のデバイスホールに組み込まれた液体吐出基板を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。

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