JP5783683B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はインク等の液体を噴射して記録を行う液体噴射ヘッドおよび液体噴射ヘッドの製造方法に関するものである。

図１２（ａ）に、液体吐出ヘッドを上面から見た図、図１２（ｂ）には図１２（ａ）に示す液体吐出ヘッドのＡ−Ａ断面を示す。

図１２（ａ）、（ｂ）において、記録素子基板１００は、吐出口１０１からインクを吐出するための吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子にインクを供給する供給口が設けられている。記録素子基板１００は支持基板１３０に接着剤などで接合され、記録素子基板１００と、インクジェットプリンタ本体を電気的に接合するために、支持基板上には配線基板１１０が形成される。配線基板１１０は、記録素子基板１００ともに支持基板１３０に接着剤などにより接合され、ボンディング等により記録素子基板１００の電気接点と電気的に接続される。また、配線基板１１０には記録素子基板１００を外部に露出させるための開口部であるデバイスホール１１５が設けられている。

記録素子基板１００は一般にＳｉが用いられるが、インクによりこのＳｉが浸食されることを防止するために、デバイスホール内部の配線基板側端面と記録素子基板の側端面との間の領域に封止材を塗布することが知られている（特許文献１参照）。

封止材の塗布は、熱硬化型の封止材を液体の状態でデバイスホール１１５内部の配線基板１１０側端面と記録素子基板の側端面との間にニードルを用いて注入し、加熱により硬化させる。配線基板の側端面と記録素子基板の側端面との間の領域内にニードルの先端を挿入して注入を行うことで、液状の封止材が配線基板１１０の表面、もしくは記録素子基板１００の表面に溢れ出すことを軽減することができる。

特開２００６−１９８９３７号公報

昨今、液体吐出ヘッドに対してさらなる小型化やコストダウンの要求が高まっている。記録ヘッドを小型化するためには、配線基板１１０の面積を小さくすることが有効な手段の一つとなる。配線基板に形成される配線数、配列密度を維持したまま配線基板を小さくするためには、配線基板のデバイスホールの大きさ自体を小さくすることなどにより、配線基板のデバイスホールを形成する側端面と記録素子基板側端面との間隔を狭めることが有効となる。そのような場合に封止材の注入を行うと、封止材を注入するためのニードルの先端を配線基板側端面と記録素子基板側端面の間に挿入することが出来ず、封止材の注入が困難になる。またニードルを封止領域内に挿入するために、より細いニードルを用いて注入を行う方法があるが、細いニードルでは時間あたりの封止材の注入量が減少するので封止材の塗布に時間を用してしまい、工程タクトが増大するため好ましくない。また、粘度の高い封止材では細いニードルでは塗布が困難になり、封止材の選択性の幅が小さくなる。よって本発明は、液体吐出ヘッドの小型化のために配線基板を小さくし、配線基板の側端面と記録素子基板の側端面との間隔が狭くなった場合においても、封止材の安定的な注入が可能で信頼性の高い液体吐出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。

本発明は、吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える記録素子基板と、前記記録素子基板を露出させる開口部と、前記エネルギー発生素子に電気的に接続された配線を備える配線基板と、前記記録素子基板の側端部と前記配線基板の前記開口部の側端部とが隣接する様に、前記記録素子基板と前記配線基板とを支持するための支持基板と、
前記記録素子基板の側端部と前記配線基板の側端部との間を埋める様に設けられた封止材と、を具備する液体吐出ヘッドであって、前記開口部は、前記記録素子基板と電気的に接続される電気接続部が配される第１辺部と、前記電気側部が配されない第２辺部とを備え、前記配線基板の前記第１辺部および前記第２辺部各々の側端部は段差部を有し、各々の該段差部における前記支持基板の側の部分と該部分に隣接する前記記録素子基板の側端部との間隔より、前記支持基板の側とは反対の側の部分と該部分に隣接する前記記録素子基板の側端部との間隔が大きく、各々の前記段差部における前記支持基板の側の前記配線基板の内部には前記配線の一部が形成されていることを特徴とする。

本発明により、配線基板の側端面と記録素子基板の側端面との間隔が狭くなった場合においても封止材を安定的に注入することができるので、小型化が達成され信頼性が高い液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することが可能となる。

本発明の液体吐出ヘッドの実施形態１の構成を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が側断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態１の構成を示す斜視図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態１の構成を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）および（ｃ）が側断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態１の構成を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）および（ｃ）が側断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態１の構成を示す斜視図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態２の構成を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）および（ｃ）が側断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態２の構成を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が側断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態２の構成を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が側断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態２の構成を示す斜視図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態２の構成を示す斜視図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態の構成を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が吐出口面を見た平面図である。 従来の液体吐出ヘッドの構成を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が側断面図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明が適用される液体吐出ヘッドの全体構成を図１１に示す。本実施形態における液体吐出ヘッド１０００は、使用が想定されるシートの最大幅をカバーする範囲でノズル列が形成されており、液体吐出ヘッドをスキャンすることなしに同一色による幅広の記録が可能なインクジェット方式のフルライン型記録ヘッドである。

そして液体吐出ヘッド１０００は複数の記録素子基板１００が設けられている。本実施形態においては液体吐出ヘッドの長手方向に沿って、千鳥状に１８個の記録素子基板が配列されている。また液体吐出ヘッドの長手方向の両端部には各々の記録素子基板に対して連通するインク供給接続部１５１が形成されている。複数形成される記録素子基板１００のうち１つを例にとってその構成について以下に説明する。

図１は、本発明の液体吐出ヘッドの１実施形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は液体吐出ヘッドの記録素子基板が配される面の一部をインクの吐出方向からみた平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。

図１（ａ）の液体吐出ヘッドは、インク等の液体を吐出する吐出口と液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を供えた記録素子基板１００と、複数の配線を備える配線基板１１０とが支持基板１３０に接着剤にて接合されている。記録素子基板１００と配線基板１１０はリード（配線）にて電気的に接合されており、配線基板１１０は不図示のインクジェットプリンタ本体と電気的に接合されている。本実施形態においては、支持基板１３０はアルミナ（酸化アルミニウム）により構成され、記録素子基板１００はシリコンからなる基板と吐出口を備える樹脂からなる基板とから構成される。

なお、図示しないが支持基板１３０には記録素子基板１００にインクを供給する開口部が形成されており、記録素子基板１００に形成されるインク供給口（不図示）と連通している。

記録素子基板１００にはフォトリソ技術にて吐出口１０１が複数形成されており、これら吐出口１０１は記録素子基板１００に形成された流路およびインク供給口を介して、支持基板１３０のインクを供給する開口部に通じている。また、本実施形態において記録素子基板１００はＳｉ（シリコン）からなる基板により形成されている。

配線基板１１０には、記録素子基板１００を外部に露出させる開口部（デバイスホール）１１５が形成されている。このデバイスホール１１５の開口部の側端面と記録素子基板１００の側端面との間には、シリコンからなる記録素子基板１００の側端面の保護を目的として封止材が注入されて、間を埋めている。封止材としては、熱硬化型の樹脂組成物などが用いられる。本実施形態では、熱硬化型エポキシ樹脂組成物を用いている。

本実施形態の液体吐出ヘッドは、配線基板１１０のデバイスホールの側端部である開口の側端面とこれに隣接して形成される記録素子基板１００の側端部との間の領域への封止材の注入を容易にするために、配線基板の端部が段差形状を有する段差部を備える。この構成および製造方法について以下説明する。
まず、図２に示すように、支持基板１３０の上に記録素子基板１００を接着剤にて接合する。支持基板１３０上にはインクを記録素子基板１００に供給するための開口部が設けられており（不図示）、この開口部と記録素子基板のインク供給口とが連通するように位置を合わせて記録素子基板１００を接合する。本実施形態では、エポキシ樹脂系の接着剤を用いて接着を行った。

次いで、図３（ａ）に示すように配線基板１１０を支持基板１３０上に接合し、記録素子基板１００と配線基板１１０とを図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である図３（ｃ）に示すようにワイヤボンディングでリードを形成し電気的に接合する。配線基板１１０には記録素子基板１００と干渉しないよう記録素子基板１００の外形より大きい開口部（デバイスホール）１１５を設けることで、記録素子基板の吐出口が形成された面を外部に露出させている。配線基板１１０と支持基板１３０とはエポキシ樹脂系の接着剤により接合されている。

図３（ｂ）に、図３におけるＡ−Ａの断面図を示す。この図３（ｂ）に示すように、デバイスホール１１５を構成する配線基板１１０の端部は２段の段差状の段差部を有している。

本実施形態の配線基板１１０は、支持基板側に形成される第一層１１１と、支持基板側とは反対の配線基板１１０の表面側に形成される第二層１１２との２層構造からなる。本実施形態において、配線基板１１０の第一層１１１及び第二層１１２の各々は、以下の様に複数の層から形成されている。第一層１１１の構成としては、支持基板１３０側から順に、４μｍ程度のアラミド樹脂からなるカバーフィルム、接着剤層を介して２０μｍ程度の銅からなる配線層、接着剤層を介して２５μｍ程度のポリイミド樹脂からなるベースフィルムにより構成されている。この第一層１１１上に形成される第二層１１２の構成としては、第一層側から順に、銅からなる配線層、接着剤層を介してアラミド樹脂からなるカバーフィルムにより構成されている。尚、本発明においては、カバーフィルムとベースフィルムとを入れ替えた構成でも効果を奏するものである。

また、図３（ｂ）に示すように第一層１１１と第二層との夫々に配線が形成されている。特に本実施形態においては、第二層１１２には第一層と比較して少ない数の配線１１６が形成されている。これは下層である第一層に配線を形成したほうが、外部からのインクの付着や外力等から配線をより確実に保護できるためである。よって、より好ましくは下層である第一層のみに配線１１４を設けて、上層である第二層には配線を設けない構成が好ましい。しかしながら第一層のみの配線では必要な配線が入りきらず配線基板が大きくなってしまう場合もある。このような場合には、上層の第二層にも配線１１６を形成する多層配線構造をとることで配線基板の大型化を軽減できるので好ましい。また配線基板の面積を有効活用するために、配線基板の第一層１１１の側端面近傍領域にも配線を設けることが好ましい。尚、本実施形態における配線基板は第一層と第二層の２層構造で説明したが、配線基板としては夫々の層を接着して一つの配線基板（一体構成）として形成される。

以下に本実施形態の特徴である配線基板１１０の段差構成について説明する。本実施形態において、配線基板の第一層１１１の側端部（支持基板側の端部）と記録素子基板１００の側端部との間の距離は０．２ｍｍとなっている。このように間隔を０．２ｍｍ程度とすることでデバイスホールを小さくすることができ、結果として配線基板１１０の大きさも小さくできる。それにより支持基板１３０も小さくできるので好ましい。しかしながらニードルを用いて封止材をこの領域に注入する際、外径が０．２ｍｍ以下のニードルでは単位時間当たりの注入量が非常に制限されるため製造タクトを考慮すると好ましくない。

しかし、本実施形態では第一層の上部に配備されている第二層１１２の配線基板の表面側の部分と記録素子基板の側端部との距離を１．０ｍｍにしている。これにより配線基板１１０の側端部が段差構造となっている。このように本実施形の液体吐出ヘッドは、配線基板の側端部の表面側の部分と記録素子基板の側端部との間隔が、配線基板の側端部の支持基板側の部分と記録素子基板の側端部との間隔より広い。これにより、外径０．８１ｍｍのニードルを用いた場合においてもニードルの先端（注入口）を配線基板表面及び記録素子基板表面の高さより低い位置に設けることが可能となる。よって、封止材を容易に注入することが可能となる。また０．８１ｍｍ程度の外径のニードルであれば十分な量の封止材の注入が可能となり製造タクトの面でも好ましい。第二層１１２の端部と記録素子基板１００の側端部との間隔は、封止材を注入するためのニードルの先端がこの領域に挿入可能であればよいが、間隔が長すぎると注入する封止材の量が必要以上に増大してしまうので０．５〜４．０ｍｍ程度が好適である。

図４（ａ）に、配線基板１１０の側端部と記録素子基板１００の側端部との間の開口部に熱硬化型の封止材をニードルにて注入した状態を示す。また、図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面を図４（ｂ）に、Ｂ−Ｂ断面を図４（ｃ）に示す。尚、本実施形態では記録素子基板１００の厚みは０．６２５ｍｍであり、配線基板１１０の厚みは第一層１１１の厚みが０．３ｍｍ、第二層１１２の厚みが０．３ｍｍで、トータルで０．６ｍｍである。配線基板の第二層１１２の厚みは特に限定されないが、０．２ｍｍ以上ならばニードル先端が挿入可能になり容易に封止材を注入できるようになる。また、配線基板の第一層１１１と第二層１１２をあわせた総厚みは特に限定されないが、記録素子基板側端部が封止材で被覆可能な厚みならば何れの厚さでも構わない。

次いで、図５に示すようにリード１１３に熱硬化性の封止材１４１を塗布し、封止材１４０と封止材１４１とを熱硬化させて液体吐出ヘッドを得る。封止材１４１によりリードを液体および外力等からリード１１３を保護することが可能となる。

本実施形態において配線基板の端部は２段の段差構造について説明したがこれに限られない。封止材を注入するためのニードルの先端が、記録素子基板の上面および配線基板の上面よりも支持基板側に挿入することが可能なように開口寸法が確保されていれば３段以上の構成であっても本発明を適用可能である。この構成により封止材を注入するニードルから封止材が仮に飛び散ったとしても記録素子基板の上面や吐出口面への封止材の付着を軽減できる。

（実施形態２）
上述した実施形態１では多層構造を有する配線基板に段差構造を設ける構成について説明したが、次に配線基板１１０上にシート部材１２０を接合することで段差構造を形成し、封止材の注入を容易とする実施形態について説明する。本実施形態では、シート部材１２０を用いて配線基板１１０の端部に段差を形成する。以下に図面を用いて詳細に説明する。

まず、図２に示すように支持基板１３０に記録素子基板１００を接合する。これは実施形態１と同一の手順で行う。

次いで、図６（ａ）に示すように配線基板１１０を支持基板１３０上に接合し、記録素子基板１００と配線基板１１０とを図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である図６（ｃ）に示すようにワイヤボンディングで電気的に接合する。この接合の手順も実施形態１と同様である。図６（ｂ）に図６（ａ）のＡ−Ａ断面を示しているが、本実施形態における配線基板１１０の端部は段差形状を有していない点で実施形態１と異なる。ここで図に示すように配線基板１１０には２層の配線層からなる。図６（ｂ）に示すように配線基板は、支持基板１３０側から順に、４μｍ程度のアラミド樹脂からなるカバーフィルム、接着剤層を介して２０μ程度の銅からなる配線１１４、接着剤層を介して２５μｍ程度のポリイミド樹脂からなるベースフィルムが積層される。さらにこのベースフィルム上に接着剤層を介して銅からなる配線１１６、接着剤層を介して４μ程度のアラミド樹脂が積層されて配線基板１１０を構成している。下部の配線と１１４と上部の配線１１６とは必要に応じてスルーホール構成により電気的に接続されている。これら配線１１４や配線１１６と電気的に接続される電気接続部が配線基板１１０の表面に形成され、この電気接続部と記録素子基板１００に形成される接点とがリード等の配線により電気的に接続される。このような多層の配線構造をとることで、面積を大きくすることなく多くの配線を備える配線基板を形成することができる。尚、本発明においては、カバーフィルムとベースフィルムとを入れ替えた構成でも効果を奏するものである。

次いで、図７（ａ）に示す通り、配線基板１１０上に接着剤によりシート部材１２０を接合する。シート部材１２０には配線基板１１０に設けられているデバイスホール（第１の開口部）より大きいデバイスホール（第２の開口部）が設けられている。シート部材１２０の材質としては特に限定されないが、インクに対する耐性と物理的強度に問題が無ければ、金属製でも樹脂製でも適用可能である。本実施形態においてはベースフィルムと同様のポリイミド樹脂によりシート部材を形成した。

図７（ｂ）に図７（ａ）のＡ−Ａ断面を示すが、シート部材１２０を配線基板１１０の上面に接合することにより、配線基板１１０の端部及びシート部材１２０の端部からなる領域に段差形状が形成される。本実施形態では配線基板１１０の端部と記録素子基板１００の側端面の距離は実施形態１同様に０．２ｍｍであり、シート部材１２０の端部と記録素子基板１００の側端面との距離は１．０ｍｍである。よって、次工程における封止材の注入の際に、注入用のニードル先端部をシート部材１２０表面の高さより下げることが可能となり、封止材の注入が容易となる。尚、本実施形態では外形０．８１ｍｍのニードルを用いた。また、本実施形態では配線基板上の全面にシート部材を配備しているが、図１０に示すようにシート部材１２０を配線基板１１０のデバイスホールの周囲の領域のみに配備する構成でも何ら問題はない。

尚、本実施形態ではシート部材１２０の厚みは０．３ｍｍ、配線基板１１０の厚みは０．３ｍｍ、記録素子基板１００の厚みは０．６２５ｍｍである。シート部材１２０の厚みは０．２ｍｍ以上ならばニードル先端を容易に挿入できるようになるので好ましい。また、シート部材１２０と配線基板１１０からなる総厚みは特に限定されないが、記録素子基板１００の側端面が封止材で被覆可能な厚みならば何れの厚さでも構わない。

上述した構成の液体吐出ヘッドを用意して、図８（ａ）に示すように封止材１４０を配線部材１１０と記録素子基板１００の側端面との間に注入する。前述の通り、シート部材１２０と記録素子基板１００の側端面との間の距離０．８ｍｍ、シート部材の厚みは０．３ｍｍなのでニードルを容易に挿入できるので、封止材の注入を容易に行うことができる。尚、図８（ｂ）に図８（ａ）のＡ−Ａ断面図を、図８（ｃ）に図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。第１の実施形態と同様に封止材１４０を注入した状態を示す。

次いで、図９に示すようにワイヤボンディング部に熱硬化性の封止材１４１を塗布し、封止材１４０と封止材１４１とを熱硬化させて液体吐出ヘッドを得る。

尚、上述した実施形においては多層の配線構造を備える配線基板について説明したが、本発明はこれに限られず１層の配線層かならなる配線基板であっても適用可能である。

また以上の実施形態においてはフルライン型の液体吐出ヘッドについて説明したが、これに限られず記録媒体に対して走査を行いながら記録を行うスキャン型の液体吐出ヘッドについても適用可能である。

１００ 記録素子基板
１０１ 吐出口
１１０ 配線基板
１１１ 配線基板第一層
１１２ 配線基板第二層
１１３ リード
１１４ 配線
１２０ シート部材
１３０ 支持基板
１４０ 封止材
１４１ 封止材
１５０ ニードル

Claims (4)

1. 吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える記録素子基板と、
   前記記録素子基板を露出させる開口部と、前記エネルギー発生素子に電気的に接続された配線を備える配線基板と、
   前記記録素子基板の側端部と前記配線基板の前記開口部の側端部とが隣接する様に、前記記録素子基板と前記配線基板とを支持するための支持基板と、
   前記記録素子基板の側端部と前記配線基板の側端部との間を埋める様に設けられた封止材と、
   を具備する液体吐出ヘッドであって、
   前記開口部は、前記記録素子基板と電気的に接続される電気接続部が配される第１辺部と、前記電気側部が配されない第２辺部とを備え、
   前記配線基板の前記第１辺部および前記第２辺部各々の側端部は段差部を有し、各々の該段差部における前記支持基板の側の部分と該部分に隣接する前記記録素子基板の側端部との間隔より、前記支持基板の側とは反対の側の部分と該部分に隣接する前記記録素子基板の側端部との間隔が大きく、各々の前記段差部における前記支持基板の側の前記配線基板の内部には前記配線の一部が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記配線基板の厚み方向に関する、当該配線基板の前記支持基板の側の領域に形成されている前記配線の数は、前記配線基板の前記支持基板の側とは反対の側の領域に形成されている前記配線の数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える記録素子基板と、前記記録素子基板を露出させる開口部と前記エネルギー発生素子に電気的に接続された配線を備え、前記開口部は前記記録素子基板と電気的に接続される電気接続部が配される第１辺部と前記電気側部が配されない第２辺部とを備える配線基板と、前記記録素子基板の側端部と前記配線基板の前記開口部の側端部とが隣接する様に、前記記録素子基板と前記配線基板とを支持するための支持基板と、を具備し、前記配線基板の前記第１辺部および前記第２辺部各々の側端部は段差部を有し、各々の該段差部における前記支持基板の側の部分と該部分に隣接する前記記録素子基板の側端部との間隔より、前記支持基板の側とは反対の側の部分と該部分に隣接する前記記録素子基板の側端部との間隔が大きく、各々の前記段差部における前記支持基板の側の前記配線基板の内部には前記配線の一部が形成されている液体吐出ヘッドを用意する工程と、
   前記段差部の、前記支持基板の側とは反対の側の部分と前記記録素子基板の側端部との間に封止材を注入するためのニードルの注入口を設け、該注入口から封止材を注入することにより、前記段差部の、前記支持基板の側の部分と前記記録素子基板の側端部との間を封止材で埋める工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記段差部の、前記支持基板の側とは反対の側の部分と前記記録素子基板の側端部との間隔は、前記ニードルの外径よりも大きく、前記段差部の、前記支持基板の側の部分と前記記録素子基板の側端部との間隔は、前記ニードルの外径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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