JP4994968B2 - インクジェットプリントヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

従来から、インクジェットプリントヘッドのエネルギ発生素子を有する基板とフライングリードを有する電気配線部材との電気接続には、一般的にシングルポイントボンディング方式とギャングボンディング方式とが用いられている。

シングルポイントボンディング方式は、最終的なボンディングまでにスタットバンプやレベリング等の前準備が必要であり、最終的なボンディングも超音波を用いて接合するため接合強度が低い傾向がある。また、フライングリードの１本１本に対してＸ方向およびＹ方向の位置を確認しながらボンディングが行われる。そのため、ボンディングのための装置構成が複雑化し、また、フライングリードの本数が多い場合にはボンディングの加工タクトが長くなる。

一方、ギャングボンディング方式は、エネルギ発生素子を有する基板上の接続パッドに金や金−錫の合金のメッキを施し、電気配線部材のフライングリードを一括して熱加圧にて圧着して接続パッドに接合する。そのため、エネルギ発生素子を有する基板上の電気接続パッド部への応力が少なく接合強度が高い特徴がある。また、フライングリードの全てを幅広のボンディングツールで一括してボンディングするため、フライングリードの左右方向（並び方向）の位置決めは比較的簡略である。そのため、ボンディングのための装置構成が比較的簡単であり、フライングリードの本数に関係なくボンディングの加工タクトをほぼ同じにすることができる。

ギャングボンディング方式による、エネルギ発生素子を有する基板上の電気接続パッドと電気配線部材のフライングリードとの電気接続部の形状は、特許文献１に開示されているように、図１１に示す形状を有している。

図１１（ｂ）の正面図を参照すると、ギャングボンディング方式によるボンディングを行う際には、まず、エネルギ発生素子を有する基板１０３上の電気接続パッド１０４に電気配線部材１０２のフライングリード１０１を位置合わせする。そして、配列された複数のフライングリード１０１の全幅よりも広い幅のボンディングツール（不図示）でボンディングを行う。その結果、フライングリード１０１にはボンディングツールにてボンディングした際の熱圧着部１０５が各フライングリード１０１の全幅に形成される。フライングリード１０１の熱圧着部１０５は、図１１（ａ）の側面図に示すように、ボンディングツールが圧着された際の衝撃によって潰れている。
特開２００５−４１１５８号公報

上述したように、ボンディングツールによって電気配線部材のフライングリードのギャングボンディングを行う場合、ボンディングツールでフライングリードの全幅が熱圧着される。そのため、フライングリードの熱圧着部が上述したように局所的に潰れる。このことに起因して、従来の技術では、エネルギ発生素子を有する基板に電気配線部材のフライングリードをギャングボンディングで電気接続する際に、次の問題が生じる。

インクジェットプリントヘッドの使用中等において、フライングリードを有する電気配線部材に外部から何らかの力が加わると、基板に固定されたフライングリードに応力が生じる。その応力は基板に対する固定部である熱圧着部に集中するため、その応力集中が限界を超えるとフライングリードは熱圧着部で破断してしまうことがある。

特に、図１２に示すようにフライングリード１０１を有する電気配線部材１０２に対して平面内回転方向θに力が加えられた場合には、フライングリード１０１の配列方向の両端に位置するフライングリード１０１に生じる応力が一番大きくなる。その結果、配列方向の両端に位置するフライングリード１０１の熱圧着部に応力が集中し、フライングリード１０１が熱圧着部で破断してしまうことがある。

そこで本発明は、基板の電気接続パッドとフライングリードとの接続部の信頼性を高めることができるインクジェットプリントヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェットプリントヘッドの製造方法は、エネルギ発生素子を有する基板と、該基板に対してギャングボンディングによる熱圧着によって電気接続された複数のフライングリードが設けられた電気配線部材とを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法において、前記複数のフライングリードの配列方向における少なくとも両端に位置する前記フライングリードに対し、ボンディングツールを用いた前記熱圧着によって、前記複数のフライングリードの配列の中央に近い方の側である内側に片寄った熱圧着部を形成することを含む。

本発明によれば、基板の電気接続パッドとフライングリードとの接続部の信頼性を高めることができるインクジェットプリントヘッドおよびその製造方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るエネルギ発生素子を有する基板上の電気接続パッドと電気配線部材のフラングリードとの電気接続部を示す模式図である。

図１中、符号１はフライングリードを有する電気配線部材２（図２等参照）に設けられているフライングリードを示している。また、符号３はエネルギ発生素子（不図示）を有する基板を示し、符号４はエネルギ発生素子を有する基板３上に配置された電気接続パッドを示している。さらに、符号５は、電気配線部材２のフライングリード１をギャングボンディングした際にフライングリード１に形成された熱圧着部を示している。

図２は、本実施形態におけるギャングボンディング時に用いられるボンディングツールの一例を示す図である。図２（ａ）はボンディングツールを示す斜視図である。図２（ｂ）はボンディングツールに形成された櫛歯状の先端部のピッチとフライングリードのピッチとの関係を示す図である。

図２（ｂ）に示すように、ボンディングツール１０の先端部は、電気配線部材２が備えているフライングリード１の本数に応じた櫛歯状の形状に形成されている。フライングリード１の配列ピッチをＰとした場合、ボンディングツール１０の櫛歯状の先端部のピッチは、配列方向の中央に位置する部分のみ配列ピッチＰよりもΔｘだけ狭いピッチＰ−Δｘになっており、その他の部分は配列ピッチＰと同じピッチになっている。さらに、ボンディングツール１０の櫛歯状の先端部のうち、配列方向の中央における先端部の幅が、他の櫛歯状の先端部の幅よりも狭くなっている。よって、ボンディングツール１０の櫛歯状先端部の中央と、配列された複数のフライングリード１の中央とを位置合わせすると、ボンディングツール１０と複数のフライングリード１との位置関係は以下のようになる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、ボンディングツール１０の櫛歯状の先端部のうち、中央部分以外の個々の部分が、対応する個々のフライングリード１に対して内側に片寄った位置関係になる。ここで、「内側」とは、複数のフライングリード１の配列方向の中央に向かう方向を意味している（図２（ｄ）の矢印方向）。

上述したボンディングツール１０を用い、図２（ｂ）に示すようにボンディングツール１０の前後方向および左右方向を位置決めして、フライングリード１のボンディングを行う。すると、各々のフライングリード１に対して、熱圧着部５が内側に片寄った位置に形成される。なお、図２に示すようにフライングリード１の本数が奇数である場合には、ボンディングツール１０の櫛歯状の先端部の中央部分の幅がフライングリード１の幅よりも狭く形成されており、中央のフライングリード１はその中央領域のみが熱圧着される。

図３は、フライングリードを有する電気配線部材に対して平面内回転方向に力が加えられたときにフライングリードに作用する力を説明する図である。

図３（ａ）は、上述したボンディングツール１０によってギャングボンディングが行われた、エネルギ発生素子を有する基板３上の電気接続パッド４と電気配線部材２のフライングリード１との電気接続部を示している。図３（ｂ）は、フライングリード１が図３（ａ）に示すようにボンディングされた電気配線部材２に対して、平面内回転方向θ（図３に示す例では時計周り方向）に力が加えられた状態を示している。

電気配線部材２に対してこのような力が加えられたとき、図３（ｂ）に示す配列方向左端部のフライングリード１は、図３（ｃ）に示す矢印方向に引っ張られた状態になる。このときフライングリード１の外側の部分に応力が集中するが、本実施形態ではその外側の部分には熱圧着部５が形成されておらず、フライングリード１の当初の厚みが維持されている。そのため、その部分に応力が集中してもフライングリード１が破断し難くなっている。

一方、図３（ｂ）に示す配列方向右端部のフライングリード１には、図３（ｄ）に示す矢印方向に圧縮される力が作用する。しかし、このときフライングリード１は全体的に撓み、フライングリード１に作用する圧縮力はこの撓みによって吸収される。そのため、フライングリード１に作用する圧縮力は熱圧着部５に集中しないので、フライングリード１は破断しにくくなっている。

本実施形態では、複数のフライングリード１の各々に、熱圧着部５が内側に片寄って形成されており、それらは複数のフライングリード１の配列方向において左右対称になっている。そのため、電気配線部材２に対して図３（ｂ）とは逆の方向に力が加えられた場合でも、配列方向各端部のフライングリード１は上記と同様の作用によって破断しにくくなっている。

図４は、本発明の第１の実施形態の一変形例を示す図である。

図４に示す変形例では、複数のフライングリード１のうち配列方向両端のフライングリード１にのみ、熱圧着部５が内側に片寄った状態に形成されている。その他のフライングリード１に対しては、フライングリード１の全幅にわたる熱圧着部５が形成されている。この変形例においても、配列方向両端のフライングリード１は、電気配線部材２に対して力が加えられた場合でも上述したように破断しにくくなっている。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るエネルギ発生素子を有する基板上の電気接続パッドと電気配線部材のフラングリードとの電気接続部を示す模式図である。

フライングリード１を高密度に基板３上の電気接続パッド４に接続する必要がある場合、各々のフライングリード１の幅は図５に示すように狭くせざるをえない。この場合、図１に示したように全てのフライングリード１に対して熱圧着部５を内側に片寄らせると、ボンディングの十分な接続強度を得られないおそれがある。

そこで本実施形態では、複数のフライングリード１の配列方向両端のフライングリード１の幅を他のフライングリード１の幅よりも広くしている。これにより、配列方向両端のフライングリード１には、他のフライングリード１に比べて熱圧着部５のための領域が広く確保されている。なお、基板３上の電気接続パッド４の寸法は、全てのフライングリード１に対して同じ寸法であってもよい。

本実施形態によれば、配列方向両端のフライングリード１以外のフライングリード１の幅を狭くして配線密度を高めるとともに、配列方向両端のフライングリード１の熱圧着部５を他よりも大きくすることでボンディング接続部の信頼性を高めることができる。

図６は、本発明の第２の実施形態の一変形例を示す図である。

図６に示す構成は、配列方向両端のフライングリード１の熱圧着部５およびその近傍部分のみが幅広く形成されており、他の部分の幅は他のフライングリード１と同じである点において、図５に示した構成と相違している。本変形例によれば、配列方向両端のフライングリード１の接続強度を図５に示した構成と同様に高めることができることに加えて、それ以外の部分の幅を他のフライングリード１と同じにすることができる。

（第３の実施形態）
図７は本発明のインクジェットプリントヘッドの一例を示す斜視図である。

インクジェットプリントヘッドＨ１０００は、いずれも電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギを生成する電気熱変換体（エネルギ発生素子）を用いたバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドである。さらに、インクジェットプリントヘッドＨ１０００は、電気熱変換体とインク吐出口とが対向するように配置された、いわゆるサイドシュータ型のインクジェットプリントヘッドである。

図８は、図７に示したインクジェットプリントヘッドの分解斜視図である。インクジェットプリントヘッドＨ１０００は、エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００、フライングリードを有する電気配線部材Ｈ１３００、およびインク供給保持部材Ｈ１５００を有している。

（１）エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００
図９は、エネルギ発生素子を有する基板の一部を破断して示す斜視図である。

エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００は、例えば厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１１０に、インク流路である長溝状の貫通口のインク供給口Ｈ１１０２をＳｉの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラストなどの方法で形成したものである。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、インク供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に、電気熱変換素子Ｈ１１０３が１列ずつ並べて配置されており、さらに電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌなどからなる不図示の電気配線が形成されている。これら電気熱変換素子Ｈ１１０３と電気配線は、既存の成膜技術を利用して形成することができる。

各列の電気熱変換素子Ｈ１１０３は、互いに千鳥状になるように配列されている。すなわち、各列の吐出口の位置が、その列方向に直交する方向に並ばないように、少しずれて配置されている。

エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００では、インク流路Ｈ１１０２から供給されたインクは、各電気熱変換素子Ｈ１１０３の発熱によって発生した気泡の圧力によって、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向する吐出口１１０７から吐出される。

（２）フライングリードを有する電気配線部材Ｈ１３００
図１０は、エネルギ発生素子を有する基板とフライングリードを有する電気配線部材との接合箇所を模式的に示す断面図である。

フライングリードを有する電気配線部材Ｈ１３００はエネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００に対してインクを吐出用の電気信号を印加する電気信号経路を形成するものであり、ポリイミドのベース基材上に銅箔の配線パターンを形成することで構成されている。また、電気配線部材Ｈ１３００にはエネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００を組み込むための開口部Ｈ１３０３が形成されている。この開口部Ｈ１３０３の縁付近には、エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００の電気接続端子部Ｈ１１０４に接続されるフライングリードＨ１３０４が設けられている。

さらに、電気配線部材Ｈ１３００には、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０２が形成されており、この外部信号入力端子Ｈ１３０２とフライングリードＨ１３０４とが連続した銅箔の配線パターンでつながれている。

フライングリードを有する電気配線部材Ｈ１３００とエネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００との電気的接続は、例えば以下のようになされる。すなわち、基板Ｈ１１００の電気接続端子部Ｈ１１０４に形成されたバンプＨ１１０５と、電気配線部材Ｈ１３００のフライングリードＨ１３０４とを所定の位置関係に位置決めして接合することで、電気的接続が行われる。

（３）インク供給保持部材Ｈ１５００
再び図７及び図８を参照すると、インク供給保持部材Ｈ１５００は、例えば、樹脂成形により形成されている。樹脂材料には、形状的剛性を向上させるためにガラスフィラーを５〜４０％混入した樹脂材料を使用することが望ましい。

インク供給保持部材Ｈ１５００に形成されたインク流路の下流部には、エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００にインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２００が形成されている。そして、エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００のインク供給口１１０２がインク供給保持部材Ｈ１５００のインク供給口Ｈ１２００に連通するよう、エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００がインク供給保持部材Ｈ１５００に対して接着固定される。

この接着に用いられる第１の接着剤は、低粘度で硬化温度が低く、短時間で硬化し、硬化後は、比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。この第１の接着剤としては、例えばエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤がある。この熱硬化接着剤を用いた場合、その接着層の厚みは５０μｍ程度が望ましい。また、エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００の接着面周囲の平面には、フライングリードを有する電気配線部材Ｈ１３００の一部の裏面が第２の接着剤により接着固定される。

エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００とフライングリードを有する電気配線部材Ｈ１３００との電気接続部分は、第１の封止剤Ｈ１３０７および第２の封止剤Ｈ１３０８（図７及び図１０参照）により封止されている。これにより、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。

第１の封止剤Ｈ１３０７は、電気配線部材Ｈ１３００のフライングリードＨ１３０２とエネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００のバンプＨ１１０５との接続部の裏面側と、エネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００の外周部分とを封止している。そして、第２の封止剤Ｈ１３０８は、上述の接続部の表側を封止している。

さらに、フライングリードを有する電気配線部材Ｈ１３００の未接着部は折り曲げられ、インク供給保持部材Ｈ１５００のエネルギ発生素子を有する基板Ｈ１１００の接着面に対してほぼ垂直な側面に、熱かしめ若しくは接着等で固定されている。

本発明の第１の実施形態に係るエネルギ発生素子を有する基板上の電気接続パッドと電気配線部材のフラングリードとの電気接続部を示す模式図である。 ギャングボンディング時に用いられるボンディングツールの一例を示す図である。 フライングリードを有する電気配線部材に対して平面内回転方向に力が加えられたときにフライングリードに作用する力を説明する図である。 本発明の第１の実施形態の一変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るエネルギ発生素子を有する基板上の電気接続パッドと電気配線部材のフラングリードとの電気接続部を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態の一変形例を示す図である。 本発明のインクジェットプリントヘッドの一例を示す斜視図である。 図７に示したインクジェットプリントヘッドの分解斜視図である。 エネルギ発生素子を有する基板の一部を破断して示す斜視図である。 エネルギ発生素子を有する基板とフライングリードを有する電気配線部材との接合箇所を模式的に示す断面図である。 従来技術におけるエネルギ発生素子を有する基板上の電気接続パッドと電気配線部材のフラングリードとの電気接続部を示す模式図である。 従来のフライングリードを有する電気配線部材に対して平面内回転方向に力が加えられたときにフライングリードが破断する様子を説明する図である。

符号の説明

１ フライングリード
２ 電気配線部材
３ 基板
４ 電気接続パッド
５ 熱圧着部
１０ ボンディングツール

Claims (3)

1. エネルギ発生素子を有する基板と、該基板に対してギャングボンディングによる熱圧着によって電気接続された複数のフライングリードが設けられた電気配線部材とを有するインクジェットプリントヘッドの製造方法において、
   前記複数のフライングリードの配列方向における少なくとも両端に位置する前記フライングリードに対し、ボンディングツールを用いた前記熱圧着によって、前記複数のフライングリードの配列の中央に近い方の側である内側に片寄った熱圧着部を形成することを含む、インクジェットプリントヘッドの製造方法。
2. 前記ボンディングツールの先端には前記複数のフライングリードに対応した櫛歯状の先端部が形成されており、
   各々の前記フライングリードに対し、前記ボンディングツールの櫛歯状の個々の前記先端部によって前記内側に片寄った前記熱圧着部を形成することを含む、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
3. 前記ボンディングツールの先端部に形成された櫛歯状の個々の前記先端部は、前記ボンディングツールの中央と前記複数のフライングリードの配列方向における中央とを位置合わせしたときに、各々の前記フライングリードに対して前記内側に片寄った位置に配置されている、請求項２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。

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