特許 5975030 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5975030

(24)【登録日】2016年7月29日

(45)【発行日】2016年8月23日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/16 20060101AFI20160809BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20160809BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/16 305

   B41J2/16 503

   B41J2/14 611

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-521629(P2013-521629)

(86)(22)【出願日】2012年6月22日

(86)【国際出願番号】JP2012065986

(87)【国際公開番号】WO2012176875

(87)【国際公開日】20121227

【審査請求日】2015年1月13日

(31)【優先権主張番号】特願2011-138854(P2011-138854)

(32)【優先日】2011年6月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101340

【弁理士】

【氏名又は名称】丸山 英一

(72)【発明者】

【氏名】坂井 繁一

(72)【発明者】

【氏名】西 泰男

(72)【発明者】

【氏名】吉田 康二郎

【審査官】 村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２３７５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０４０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７３２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０６８００６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１１５９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６８８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８３４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７１４６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／０１−２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有するヘッド基板と、
複数の前記アクチュエータにそれぞれ設けられた個別電極及び複数の前記アクチュエータに共通に設けられた共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを準備し、
準備した前記配線基板と前記ヘッド基板とを接着樹脂層を介して接合することによって、前記ヘッド基板の前記配線基板側の面に配置された前記アクチュエータの前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とが電気的に接続されるインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記配線基板と前記ヘッド基板との接合方向において、前記個別電極は、前記共通電極よりも前記配線基板に近い位置に配置され、前記個別電極と前記共通電極のうちの前記共通電極のみに、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品が設けられており、
前記配線端子に接続される前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記個別電極の接続面の前記接合方向の位置とが、ほぼ同一とされており、
前記配線端子ははんだバンプであり、前記接続部品はスタッドバンプであることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

【請求項2】

インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有するヘッド基板と、
複数の前記アクチュエータにそれぞれ設けられた個別電極及び複数の前記アクチュエータに共通に設けられた共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを準備し、
準備した前記配線基板と前記ヘッド基板とを接着樹脂層を介して接合することによって、前記ヘッド基板の前記配線基板側の面に配置された前記アクチュエータの前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とが電気的に接続されるインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記配線基板と前記ヘッド基板との接合方向において、前記個別電極は、前記共通電極よりも前記配線基板に近い位置に配置され、前記個別電極と前記共通電極の双方に、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品がそれぞれ設けられており、
前記個別電極の前記接続部品と前記共通電極の前記接続部品の前記接合方向の高さをそれぞれ異ならせることにより、前記配線端子に接続される前記個別電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記共通電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置とが、ほぼ同一とされており、
前記配線端子ははんだバンプであり、前記接続部品はスタッドバンプであることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

【請求項3】

前記スタッドバンプは、側面が階段状の円錐形状であり、先端部が突起形状であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドの製造方法。

【請求項4】

前記スタッドバンプの先端部側が塑性変形した状態で前記配線端子と電気的接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。

【請求項5】

前記スタッドバンプは、金スタッドバンプであることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッドの製造方法。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法によりインクジェットヘッドを製造する工程と、
製造した前記インクジェットヘッドをインクジェット描画装置に搭載する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット描画装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインクジェットヘッド及びインクジェット描画装置に関し、詳しくは、アクチュエータに対する給電のための配線の電気的接続の信頼性が向上したインクジェットヘッド及びインクジェット描画装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、複数の微細なノズルからインクを吐出して各種記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドは、より高精度、高精細な画像形成を実現するために、ノズルのより一層の高密度配置が求められている。

【0003】

インクジェットヘッドには、インクの共通流路がノズル列毎に設けられる他、インクに吐出圧力を付与するための圧力室や、共通流路から各圧力室へインクを供給するための個別流路が、複数のノズルに対して個別に設けられている。そのため、これら共通流路、圧力室及び個別流路をノズルの配列方向（水平方向）に並設してしまうと、複数のノズルを高密度に配置することが困難となる。

【0004】

そこで、従来、ノズルの上方に圧力室を設け、共通流路に代わる共通インク室を圧力室の更に上方に設けることによって、ノズルの配列方向の広がりを抑え、ノズルの高密度配置を可能にしたインクジェットヘッドが提案されている（特許文献１）。このインクジェットヘッドは、圧力室の上壁を薄板状に形成して振動板とし、この振動板の上面に圧電素子によって形成されるアクチュエータを積層することによってインクジェットヘッドの本体部分をなすヘッド基板を構成している。

【0005】

このようなインクジェットヘッドは、アクチュエータに給電するための各配線も高密度に形成する必要があるが、アクチュエータを有するヘッド基板の上面には、アクチュエータそのものの他に各圧力室にインク供給を行うための流路が開口しているため、配線を引きまわすだけの面積的な余裕はない。そこで、特許文献１では、各アクチュエータに対して給電するための配線を備えた配線基板を別途形成し、これをヘッド基板に対してアクチュエータの上方から積層して、ヘッド基板側の各電極と配線基板側の各配線とを電気的に接続する構造とすることで配線の高密度化を図っている。

【0006】

ところで、ヘッド基板と配線基板とを接合する際は、アクチュエータの機械的変位を阻害しないように配線基板とアクチュエータとの間に所定の空間を確保すると同時に両基板の接着を行うための接着樹脂層を介在させている。このため、両基板の接合作業は、両基板を位置合わせすることによって、接着樹脂層の接着と、ヘッド基板側の各電極と配線基板側の各配線との電気的接続とを同時に行う必要がある。

【0007】

ここで、アクチュエータは、アクチュエータ毎に設けられる個別電極と、複数のアクチュエータに共通に設けられる共通電極とで圧電素子が挟まれた構造となっているため、個別電極の上面と共通電極の上面は、ヘッド基板と配線基板との接合方向の高さ位置が異なっている。ヘッド基板と配線基板との接合は、両基板とを加熱圧着することによって行われるが、この接合によって同時にヘッド基板側の各電極と配線基板側の各配線との電気的接続とを行う手法として、電極上と配線基板上とに各々対応する接続用バンプを設け、両者を圧着することで電気的接続を得る手法がある。この接続用バンプは塑性変形や熱溶融変形により相手方と接触或いは密着して電気的接続を成すものである。

【0008】

前述のように、個別電極の上面と共通電極の上面はヘッド基板と配線基板との接合方向の高さ位置が異なっているため、個別電極と配線基板側の配線との距離と、共通電極と配線基板側の配線との距離とは異なる距離となる。従って個別電極と配線基板上の配線とを接続する接続用バンプと、共通電極と配線基板上の配線とを接続する接続用バンプとでは圧着後の状態が異なってしまう。このように異なる距離を接続しようとすると、ヘッド基板と配線基板の圧着状態により、強固に接合されている部分と接合が不安定な部分とが存在し、多数の接続部分において全ての電気的接続部位を信頼性高く接続させて導通させることが難しいという問題がある。

【0009】

特許文献２には、アクチュエータに対する給電を、アクチュエータの更に上方に配置した駆動ＩＣからワイヤボンドによって行うことが記載されているが、高密度に配列されたアクチュエータの個々にワイヤボンドを施すことは極めて煩雑である。このため、ヘッド基板と配線基板との接合によって、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することのできるインクジェットヘッド構造が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００６−２６４３２２号公報

【特許文献2】特開２００３−１８２０７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、アクチュエータを有するヘッド基板と該アクチュエータに給電するための配線を有する配線基板とを、接着樹脂層を介して接合することによって、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することのできるインクジェットヘッド及びこれを搭載したインクジェット描画装置を提供することを課題とする。

【0012】

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

【0014】

１. インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有するヘッド基板と、
複数の前記アクチュエータにそれぞれ設けられた個別電極及び複数の前記アクチュエータに共通に設けられた共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを準備し、
準備した前記配線基板と前記ヘッド基板とを接着樹脂層を介して接合することによって、前記ヘッド基板の前記配線基板側の面に配置された前記アクチュエータの前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とが電気的に接続されるインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記配線基板と前記ヘッド基板との接合方向において、前記個別電極は、前記共通電極よりも前記配線基板に近い位置に配置され、前記個別電極と前記共通電極のうちの前記共通電極のみに、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品が設けられており、
前記配線端子に接続される前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記個別電極の接続面の前記接合方向の位置とが、ほぼ同一とされており、
前記配線端子ははんだバンプであり、前記接続部品はスタッドバンプであることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
２． インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有するヘッド基板と、
複数の前記アクチュエータにそれぞれ設けられた個別電極及び複数の前記アクチュエータに共通に設けられた共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを準備し、
準備した前記配線基板と前記ヘッド基板とを接着樹脂層を介して接合することによって、前記ヘッド基板の前記配線基板側の面に配置された前記アクチュエータの前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とが電気的に接続されるインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記配線基板と前記ヘッド基板との接合方向において、前記個別電極は、前記共通電極よりも前記配線基板に近い位置に配置され、前記個別電極と前記共通電極の双方に、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品がそれぞれ設けられており、
前記個別電極の前記接続部品と前記共通電極の前記接続部品の前記接合方向の高さをそれぞれ異ならせることにより、前記配線端子に接続される前記個別電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記共通電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置とが、ほぼ同一とされており、
前記配線端子ははんだバンプであり、前記接続部品はスタッドバンプであることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
３． 前記スタッドバンプは、側面が階段状の円錐形状であり、先端部が突起形状であることを特徴とする前記１又は２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
４． 前記スタッドバンプの先端部側が塑性変形した状態で前記配線端子と電気的接続されていることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
５． 前記スタッドバンプは、金スタッドバンプであることを特徴とする前記４記載のインクジェットヘッドの製造方法。
６． 前記１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法によりインクジェットヘッドを製造する工程と、
製造した前記インクジェットヘッドをインクジェット描画装置に搭載する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット描画装置の製造方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、アクチュエータを有するヘッド基板と該アクチュエータに給電するための配線を有する配線基板とを、接着樹脂層を介して接合することによって、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することのできるインクジェットヘッド及びこれを搭載したインクジェット描画装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係るインクジェットヘッドの断面図

【図2】本発明に係るインクジェットヘッドの部分拡大断面図

【図3】本発明に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図

【図4】本発明における電気的接続部位の拡大図

【図5】本発明における電気的接続部位の他の態様を示す図

【図6】本発明における電気的接続部位の他の実施形態を示す拡大図

【図7】本発明に係るインクジェット描画装置の一例を示す概略斜視図

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明のインクジェットヘッドは、ヘッド基板と配線基板とが接着樹脂層を介して接合された積層体構造を有する。ヘッド基板は、インクを吐出させる複数のノズルと、ノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクをノズルから吐出させるための力を付与するアクチュエータとを有している。

【0018】

アクチュエータは、ヘッド基板の上面に位置する圧力室上壁の外側に、該圧力室毎にそれぞれ設けられている。各アクチュエータの上面側には、ＰＺＴ等の圧電素子からなるアクチュエータ本体を間に挟んで、アクチュエータ毎に個別電極を有し、ヘッド基板と接する下面側には、複数のアクチュエータの全てに共通に設けられる共通電極を有している。アクチュエータは、これら電極間に所定の駆動信号が印加されることによってアクチュエータ本体が変形し、圧力室の上壁によって形成される振動板を振動させることにより、圧力室内のインクに吐出のための圧力を付与する。

【0019】

なお、本発明における上下の方向は、ノズルからのインク吐出方向に沿う方向を基準とする。従って、本発明における上又は上面とは、インク吐出方向と反対方向又はインク吐出方向と反対方向に配向する面をいい、下又は下面とは、インク吐出方向又はインク吐出方向に配向する面をいう。

【0020】

配線基板は、アクチュエータの上面に露出する個別電極と該アクチュエータ形成領域以外のヘッド基板上面に露出する共通電極とに対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有している。配線基板とヘッド基板とは接着樹脂層を介して積層され、所定の加熱温度で圧着されることによって、接着樹脂層によって接合される。この接合と同時に、ヘッド基板側の個別電極及び共通電極と配線基板側の配線端子とがそれぞれ電気的に接続される。

【0021】

接着樹脂層は、ヘッド基板と配線基板との間において、少なくともアクチュエータ形成領域及びその周囲を除いて設けられることにより、両基板間にアクチュエータの収容空間を確保するように基板同士を接着する。この接着樹脂層は、接着前の状態では所定の弾性率（０．１〜２．５ＧＰａ）を有し、接着時に所定の硬化温度（例えば２００℃）に加熱されることによって硬化して接着機能を発揮する加熱硬化性接着樹脂層である。

【0022】

このような接着樹脂層には感光性接着樹脂シートを好ましく用いることができる。感光性接着樹脂シートは、アクチュエータの収容空間となる不要部分を露光、現像処理によって容易に除去することができ、所望パターンの層形成が容易である。具体的な接着樹脂層としては、例えば東レ社製感光性ポリイミド接着シート、デュポン社製ＰｅｒＭＸシリーズ（商品名）等を用いることができる。

【0023】

アクチュエータはヘッド基板の上面に形成されるため、該ヘッド基板上面から突出している。このため、ヘッド基板と配線基板との接合方向（以下、これを単に接合方向という。）において、個別電極が共通電極よりも配線基板に近い位置に配置されている。

【0024】

本発明の一つの実施形態では、この個別電極と共通電極のうちの共通電極のみに、配線基板に対応する配線端子と電気的に接続するための接続部品が設けられる。この場合、配線端子と接続される接続部品の先端部の接合方向の位置と、配線端子に接続される個別電極の接続面の接合方向の位置とが、ほぼ同一とされている。

【0025】

本発明の他の実施形態では、個別電極と共通電極の双方に、配線基板の配線端子と電気的に接続するための接続部品がそれぞれ設けられる。この場合、個別電極の接続部品と共通電極の接続部品の接合方向の高さをそれぞれ異ならせることにより、配線端子に接続される個別電極の接続部品の先端部の接合方向の位置と、配線端子に接続される共通電極の接続部品の先端部の接合方向の位置とが、ほぼ同一とされる。

【0026】

これらいずれの実施形態によっても、ヘッド基板側の電極（個別電極及び共通電極）と配線基板側の配線端子との電気的接続部位の接合方向の位置がほぼ均一化される。従って、両基板を接着樹脂層を介して接合する際に、圧着によって電気的接合を行う際の距離がほぼ同一となるため、各電気的接続部位の接続状態も均一化され、部分的な接触不良が発生することはなくなり、両基板の接着と同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することができる。

【0027】

なお、本発明において「接合方向の位置がほぼ同一」とは、共通電極が配線端子と導通する全ての電気的接続部位の接合方向の位置の共通電極上面からの距離の平均値をＡ、個別電極が配線端子と導通する全ての電気的接続部位の接合方向の位置の共通電極上面からの距離の平均値をＢとしたとき、｜Ａ−Ｂ｜の値が接着樹脂層の厚みの１０％以下であることをいう。

【0028】

本発明において、接続部品は、はんだバンプ又はスタッドバンプを用いることができる。はんだバンプ又はスタッドバンプを用いることで、個別電極や共通電極上に容易に接続部品を形成することができる。

【0029】

特に、配線基板の配線端子にはんだバンプを使用し、ヘッド基板側の接続部品にスタッドバンプを使用することが好ましい。

【0030】

一般に、はんだバンプは、はんだペーストをスクリーン印刷によって配線基板にパターニングした後、はんだペースト毎の所望の温度でリフローすることにより、はんだペースト自身の表面張力で平面上のはんだペーストの形状が変化しボール状に形成される。また別の方法として、あらかじめボール状に形成されたはんだボールを配線基板の所定位置に配置することで、はんだバンプを形成することもできる。

【0031】

はんだバンプには、接着樹脂層の加熱硬化時の温度よりも低い温度で融解する低融点のはんだバンプが好ましく、特に共晶はんだにより形成されるバンプを好ましく用いることができる。共晶はんだとしては、Ｓｎ−Ｉｎ系共晶はんだ（融点１１８℃）、Ｓｎ−Ｂｉ系共晶はんだ（融点１３９℃）等が挙げられる。この他、接着樹脂層の加熱硬化時の温度よりも低い温度で融解するものであれば、一般の低融点はんだ、例えばＳｎ−Ｂｉ−Ａｇはんだ（Ａｇは０〜１％）（融点１３９℃〜）等を用いることもできる。

【0032】

また、スタッドバンプは、金属細線（ワイヤ）を用いて放電加熱により金属ボールを形成し、超音波アシストにより金属ボールを電極表面に接合させ、キャピラリーで加圧した後、金属細線を引きちぎることで電極表面にバンプを形成する。このようなスタッドバンプは、一般に、キャピラリーで加圧された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、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と共に、先端部側がこの肩部から突出する金属細線の一部によって突起形状をなしており、金属ボールの大きさを可変することによって、様々な肩部高さのバンプを容易に形成することができる。従って、配線端子にはんだバンプを使用し、接続部品にスタッドバンプを使用することで、配線基板の配線形成の容易化と電気的接続部位の均一高さの容易化とを同時に図ることができる。

【0033】

なお、本発明において、スタッドバンプの「高さ」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部の高さをいい、金属ボールの部分のみの高さは「肩部高さ」という。

【0034】

スタッドバンプは、バンプ形成用に一般に使用される金属細線を用いて形成することができるが、その先端部側が塑性変形した状態で配線端子と電気的接続されていることが好ましい。これにより基板破損を発生させるおそれなく電気的接続の確実性を図ることができる。このようなスタッドバンプとしては、相手側と過度に接触しても容易に塑性変形することができる金スタッドバンプを使用することが好ましい。

【0035】

本発明のインクジェット描画装置は、このようなインクジェットヘッドを搭載してなる。これにより、ヘッド基板と配線基板との間の電気的接続の信頼性が高いインクジェットヘッドにより、高品質の画像形成が可能なインクジェット描画装置とすることができる。

【0036】

本発明のインクジェットヘッドの製造方法の一つの実施形態では、インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有し、該アクチュエータの上面には個別電極が設けられ、下面には共通電極が設けられており、ヘッド基板と配線基板との接合方向において、個別電極は共通電極よりも配線基板に近い位置に配置されているヘッド基板と、前記個別電極及び前記共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを、接着樹脂層を介して接合することによって、前記ヘッド基板の前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とを電気的に接続するものであって、前記個別電極と前記共通電極のうちの前記共通電極のみに、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品を、その先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記個別電極の接続面の前記接合方向の位置とがほぼ同一となるように設け、前記接着樹脂層を介して前記ヘッド基板と前記配線基板とを加熱圧着することによって、前記共通電極の前記接続部品及び前記個別電極とそれぞれ対応する前記配線端子とを電気的に接続する。

【0037】

また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の他の実施形態では、インクを吐出させる複数のノズルにそれぞれ対応して配設され、該ノズルから吐出させるためのインクを収容する複数の圧力室と、前記圧力室にそれぞれ対応して配置され、該圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるための力を付与する複数のアクチュエータとを有し、該アクチュエータの上面には個別電極が設けられ、下面には共通電極が設けられており、ヘッド基板と配線基板との接合方向において、個別電極は共通電極よりも配線基板に近い位置に配置されているヘッド基板と、前記個別電極及び前記共通電極に対してそれぞれ電気的に接続するための配線端子を有する配線基板とを、接着樹脂層を介して接合することによって、前記ヘッド基板の前記個別電極及び前記共通電極と前記配線基板の前記配線端子とを電気的に接続するものであって、前記個別電極と前記共通電極の双方に、前記配線端子と電気的に接続するための接続部品を、前記個別電極の前記接続部品と前記共通電極の前記接続部品の前記接合方向の高さをそれぞれ異ならせ、且つ、前記配線端子に接続される前記個別電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置と、前記配線端子に接続される前記共通電極の前記接続部品の先端部の前記接合方向の位置とがほぼ同一となるようにそれぞれ設け、前記接着樹脂層を介して前記ヘッド基板と前記配線基板とを加熱圧着することによって、前記共通電極の前記接続部品及び前記個別電極の前記接続部品とそれぞれ対応する前記配線端子とを電気的に接続する。

【0038】

これらいずれの実施形態によっても、アクチュエータを有するヘッド基板と該アクチュエータに給電するための配線を有する配線基板とを接着樹脂層を介して接合すると同時に両基板間の電気的接続を信頼性高く確保することができる。

【0039】

以下、本発明の具体例について図面を用いて更に説明する。

【0040】

図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの断面図、図２はその部分拡大断面図、図３はインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図、図４は電気的接続部位の拡大図である。

【0041】

インクジェットヘッド１は、ヘッド基板１０と配線基板２０とが、接着樹脂層３０によって積層一体化されている。配線基板２０の上面には箱型形状のマニホールド４０が設けられ、配線基板２０との間で、内部にインクが貯留される共通インク室４１を形成している。

【0042】

ヘッド基板１０は、図中下層側から、Ｓｉ（シリコン）基板によって形成されたノズルプレート１１、ガラス基板によって形成された中間プレート１２、Ｓｉ（シリコン）基板によって形成された圧力室プレート１３、ＳｉＯ_２薄膜によって形成された振動板１４とを有している。ノズルプレート１１には下面に向けてノズル１１ａが開口している。

【0043】

圧力室プレート１３には、吐出のためのインクを収容する圧力室１３ａが形成されており、その上壁が振動板１４によって構成され、下壁が中間プレート１２によって構成されている。中間プレート１２には、圧力室１３ａの内部とノズル１１ａとを連通する連通路１２ａが貫通形成されている。

【0044】

アクチュエータ１５は、ＰＺＴからなるアクチュエータ本体１５ａが、上面に均一厚みで形成された個別電極１５ｂと下面に均一厚みで形成された共通電極１５ｃとで挟まれてなる。共通電極１５ｃは振動板１４の表面に全てのアクチュエータ１５に共通に形成されており、この共通電極１５ｃ上に、圧力室１３ａに１対１に対応するように個別にアクチュエータ本体１５ａとその上面の個別電極１５ｂとが積層されている。

【0045】

個別電極１５ｂ上には、接続部品としての金スタッドバンプ１６（融点１０６３℃）が配線基板２０に向けて突出形成されている。金スタッドバンプ１６は、図４に示すように、根元に位置して個別電極１５ｂから台地状又はこぶ状に盛り上がるように形成されることにより、側面が階段状の円錐形状をなす肩部（個別電極１５ｂに接する基部）１６ａと、その肩部１６ａの上面中央付近から上方に突出する突起部１６ｂとを有している。

【0046】

また、共通電極１５ｃ上にも、同じく接続部品としての金スタッドバンプ１７（融点１０６３℃）が配線基板２０に向けて突出形成されている。金スタッドバンプ１７も、図４に示すように、根元に位置して共通電極１５ｃから台地状又はこぶ状に盛り上がるように形成されることにより、側面が階段状の円錐形状をなす肩部（共通電極１５ｃに接する基部）１７ａと、その肩部１７ａの上面中央付近から上方に突出する突起部１７ｂとを有している。

【0047】

ここで、金スタッドバンプ１６が形成される個別電極１５ｂの上面は、アクチュエータ１５がヘッド基板１０上に突出形成されていることから、金スタッドバンプ１７が形成される共通電極１５ｃの上面よりも高く、接合方向において共通電極１５ｃの上面の位置よりも配線基板２０に近い位置にある。このため、個別電極１５ｂ上の金スタッドバンプ１６の先端部の接合方向（図４における上下方向）の高さ（ＢＬ２）と、共通電極１５ｃ上の金スタッドバンプ１７の先端部の接合方向の高さ（ＢＨ２）とをそれぞれ異ならせることにより、金スタッドバンプ１６の先端部の接合方向の位置（共通電極１５ｃの上面からＨ＋ＢＬ２だけ離れた位置）と、金スタッドバンプ１７の先端部の接合方向の位置（共通電極１５ｃの上面からＢＨ２だけ離れた位置）とがほぼ同一となるようにしている。また、ここでは、金スタッドバンプ１６の肩部１６ａの接合方向の位置（共通電極１５ｃの上面からＨ＋ＢＬ１だけ離れた位置）と、金スタッドバンプ１７の肩部１７ａの接合方向の位置（共通電極１５ｃの上面からＢＨ１だけ離れた位置）もほぼ同一となっている。

【0048】

金スタッドバンプ１６、１７の高さを異ならせるには、金細線からバンプを形成する時の金ボールの大きさを、所望の高さに応じて変化させればよい。

【0049】

なお、ＢＬ１は、個別電極１５ｂの上面から金スタッドバンプ１６の肩部１６ａの上端までの高さであり、例えば２０〜５０μｍとすることができる。ＢＬ２は、個別電極１５ｂの上面から金スタッドバンプ１６の突起部１６ｂの先端部までの高さであり、例えば５０〜１００μｍとすることができる。また、Ｈは共通電極１５ｃの上面から個別電極１５ｂの上面までの高さであり、これはアクチュエータ本体１５ａの厚みによって様々であるが、例えば５〜５０μｍとすることができる。

【0050】

また、ＢＨ１は、共通電極１５ｃの上面から金スタッドバンプ１７の肩部１７ａの上端までの高さであり、Ｈ＋ＢＬ１とほぼ同一高さとなる条件で、例えば２５〜１００μｍとすることができる。ＢＨ２は、共通電極１５ｃの上面から金スタッドバンプ１７の突起部１７ｂの先端部までの高さであり、Ｈ＋ＢＬ２とほぼ同一高さとなる条件で、例えば５５〜１５０μｍとすることができる。

【0051】

更に、ＳＬは、はんだバンプ２６ａの下部電極２５ａの下面からの突出高さ、ＳＨは、はんだバンプ２６ｂの下部電極２５ｂの下面からの突出高さであり、両者がほぼ同一の突出高さとなる条件で、例えばそれぞれ２０〜６０μｍとすることができる。

【0052】

配線基板２０は、Ｓｉ基板からなる基板本体２１の上面に、ＳｉＯ_２からなる配線保護層２２を介して、個別電極１５ｂ用の上部配線２３ａと共通電極１５ｃ用の上部配線２３ｂが形成されている。これら上部配線２３ａ、２３ｂには、駆動ＩＣ２７が実装されたＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）２８が、配線基板２０の端部においてＡＣＦ（異方性導電フィルム）によって電気的に接続されている。

【0053】

個別電極１５ｂ用の上部配線２３ａの一部は、基板本体２１に形成された貫通孔２１ａによって基板本体２１の下面に臨んでおり、該基板本体２１の下面にＳｉＯ_２からなる配線保護層２４を介して形成された下部配線２５ａと導通している。アクチュエータ１５に面する配線保護層２４には、下部配線２５ａの一部が露出しており、その露出した下部配線２５ａに、個別電極１５ｂと導通を図るための配線端子としてのはんだバンプ２６ａが、金スタットバンプ１６に対応する位置にヘッド基板１０に向けて突出形成されている。

【0054】

また、共通電極１５ｃ用の上部配線２３ｂの一部は、基板本体２１に形成された貫通孔２１ｂによって基板本体２１の下面に臨んでおり、該基板本体２１の下面にＳｉＯ_２からなる配線保護層２４を介して形成された下部配線２５ｂと導通している。アクチュエータ１５に面する配線保護層２４には、下部配線２５ｂの一部が露出しており、その露出した下部配線２５ｂに、共通電極１５ｃと導通を図るための配線端子としてのはんだバンプ２６ｂが、金スタットバンプ１７に対応する位置にヘッド基板１０に向けて突出形成されている。

【0055】

各はんだバンプ２６ａ、２６ｂは、ここではＳｎ−Ｂｉ系共晶はんだ（融点１３９℃）によってスクリーン印刷されることによって形成されており、図４に示すように、リフロー後に下部配線２５ａ、２５ｂの表面からそれぞれヘッド基板１０に向けて同一高さ（ＳＬ＝ＳＨ）で半球状に盛り上がることによって、その先端面（下端面）は球面状となっている。

【0056】

インクジェットヘッド１の製造に際し、これらヘッド基板１０と配線基板２０とは、図３に示すように、各々別々に作製した後、ヘッド基板１０の上面と配線基板２０の下面とを対面させ、接着樹脂層３０を介して積層一体化される。

【0057】

接着樹脂層３０は、熱硬化性の感光性接着樹脂シート（ここでは硬化温度２００℃とする。）であり、ヘッド基板１０と配線基板２０との間に該接着樹脂層３０の厚み分の間隔を設けるべく、配線基板２０の配線保護層２４の表面（下面）に対して予め貼着される。そして、この接着樹脂層３０付きの配線基板２０を、接着樹脂層３０の貼着面をヘッド基板１０側に配向させ、且つ、各はんだバンプ２６ａ、２６ｂと、これに対応する各金スタッドバンプ１６、１７とが電気的に接続されるように位置合わせし、接着樹脂層３０をヘッド基板１０の共通電極１５ｃ上面に対して積層した後、所定の硬化温度に加熱され及び圧着されることによって、ヘッド基板１０と配線基板２０とが接着樹脂層３０を介して接着される。

【0058】

接着樹脂層３０は、配線基板２０への貼着後でヘッド基板１０との積層前に、アクチュエータ１５及びその周囲に相当する領域が露光、現像によって除去される。これにより、ヘッド基板１０と配線基板２０との間に、アクチュエータ１５（アクチュエータ本体１５ａと個別電極１５ｂ）の収容空間３１が形成される。この収容空間３１には、同時に金スタッドバンプ１７の周囲の領域も露光、現像によって除去されることで、該金スタッドバンプ１７も収容される。

【0059】

接着樹脂層３０には、予め上下に貫通する貫通孔３２が同じく露光、現像によって形成されており、その一端（上端）は、配線基板２０に形成されているインク供給路２９と連通し、他端（下端）は、ヘッド基板１０と接合されることによって、該ヘッド基板１０の振動板１４及び共通電極１５ｃを貫通する開口１４ａを通して圧力室１３ａの内部と連通している。インク供給路２９は配線基板２０の上面に開口しており、その開口部２９ａから共通インク室４１内のインクを流入させて圧力室１３ａ内に供給可能としている。

【0060】

圧力室１３ａ内に供給されたインクは、駆動ＩＣ２７から与えられる駆動信号によってアクチュエータ１５が変形し、振動板１４が振動することで、吐出のための圧力が付与され、連通路１２ａを通ってノズル１１ａから微小液滴として吐出される。

【0061】

ヘッド基板１０と配線基板２０との接合時、個別電極１５ｂ或いは共通電極１５ｃと配線基板２０との電気的接続を要する部位の距離に関わらず、金スタッドバンプ１６の先端部の接合方向の位置と金スタッドバンプ１７の先端部の接合方向の位置とがほぼ同一とされているため、はんだバンプ２６ａ、２６ｂと金スタッドバンプ１６、１７間の距離はほぼ一定となり、両者が接合し合うことによって形成される電気的接続部位の接合方向の位置がほぼ均一化されているため、金スタットバンプ１６、１７とはんだバンプ２６ａ、２６ｂとの間の押し付け状態もほぼ均一化され、部分的な接触不良が発生することはなくなる。

【0062】

金スタッドバンプ１６、１７とはんだバンプ２６ａ、２６ｂとの電気的接続は、図４に示すように、ヘッド基板１０と配線基板２０とが加熱され及び圧着されることによって、金スタッドバンプ１６、１７の突起部１６ｂ、１７ｂが、はんだバンプ２６ａ、２６ｂ内に侵入（食い込み）するように行われている。

【0063】

すなわち、接着樹脂層３０の硬化温度（２００℃）で加熱され及び圧着されると、この加熱温度よりも融点が高い金スタッドバンプ１６、１７はその形状を維持したままであるが、この加熱温度よりも融点が低いはんだバンプ２６ａ、２６ｂは溶融状態となり、接合時の金スタッドバンプ１６、１７の突起部１６ｂ、１７ｂの侵入を許容し、互いのオーバーラップ分を吸収する。また、加熱圧着時に接着樹脂層３０が圧縮されることにより該接着樹脂層３０に僅かに加圧潰れが生じ、その厚み寸法が小さくなる方向に変化するが、金スタッドバンプ１６、１７の突起部１６ｂ、１７ｂが溶融したはんだバンプ２６ａ、２６ｂ内に食い込むことで、この接着樹脂層３０の厚み寸法変化分も吸収する。これにより、金スタッドバンプ１６、１７の先端部は、はんだバンプ２６ａ、２６ｂの内部に両者同程度に食い込んだ状態となり、金スタッドバンプ１６、１７とはんだバンプ２６ａ、２６ｂとの間の確実な電気的接続が保証される。

【0064】

更に、金スタッドバンプ１６、１７は、特に突起部１６ｂ、１７ｂが容易に塑性変形可能であるため、ヘッド基板１０と配線基板２０との接合時に押し付けすぎが生じても、図５に示すように、突起部１６ｂ、１７ｂが相手側の面（下部配線２５ａ、２５ｂの下面）に当接して塑性変形することができ、基板破損が生じるおそれはない。しかも、突起部１６ｂ、１７ｂが塑性変形するまでヘッド基板１０と配線基板２０との距離を近付けることができるので、バンプ同士がオーバーラップし得る許容範囲（接着樹脂層３０の寸法変化分の吸収可能範囲）を、突起部１６ｂ、１７ｂの高さ分だけ広くすることができ、より確実な電気的接続を得ることが可能である。

【0065】

なお、図５は金スタッドバンプ１６とはんだバンプ２６ａとの電気的接続部位を示しているが、金スタッドバンプ１７とはんだバンプ２６ｂとの電気的接続部位の場合も同じである。

【0066】

以上の実施形態では、個別電極１５ｂと共通電極１５ｃの双方にそれぞれ接続部品としての金スタッドバンプ１６、１７を設けたが、図６は、共通電極１５ｃ側のみに接続部品としての金スタッドバンプ１７を設けた実施形態を示している。

【0067】

この場合、個別電極１５ｂがはんだバンプ２６ａと導通する電気的接続部位は、個別電極１５ｂの上面である。すなわち、この個別電極１５ｂの上面が接続面となる。金スタッドバンプ１７は、肩部１７ａと突起部１７ｂとを有するが、この突起部１７ｂの先端部の接合方向の位置（共通電極１５ｃの上面からＢＨ２だけ離れた位置）を、個別電極１５ｂの接続面の接合方向の位置（共通電極１５ｃの上面からＨだけ離れた位置）とほぼ同一とし、この突起部１７ｂの先端部をはんだバンプ２６ｂとの電気的接続部位とすることにより、それぞれ同一の突出高さ（ＳＬ＝ＳＨ）を有するはんだバンプ２６ａ、２６ｂとの電気的接続のために、ヘッド基板１０と配線基板２０とを加熱圧着した際、金スタッドバンプ１７の突起部１７ｂが溶融したはんだバンプ２６ｂ内に侵入するため、個別電極１５ｂとはんだバンプ２６ａとを確実に電気的接続させることができる。

【0068】

図７は、かかるインクジェットヘッド１を搭載したインクジェット描画装置の一例を示す概略斜視図である。

【0069】

インクジェット描画装置１００は、装置基台１０１上に、インクジェット描画を行うためのインクジェットヘッド１、上面に基材Ｗを載置して支持するためのステージ１０２、ステージ１０２をθ方向に回転移動させるためのθ回転機構１０３、ステージ１０２及びθ回転機構１０３を共にＹ方向に沿って直線移動させるＹ移動機構１０４、ステージ１０２及びθ回転機構１０３を共にＸ方向に沿って直線移動させるＸ移動機構１０５をそれぞれ備えている。

【0070】

なお、Ｘ方向とＹ方向とは水平面上で互いに直交する方向である。

【0071】

インクジェットヘッド１は、装置基台１０１上の端部近傍においてＸ方向に沿って平行に架設されたガントリ１０６に、スライダ１０７及びθ回転機構１０８を介して、そのノズル面が下面となるように取り付けられ、その下方に配置されるステージ１０２上の被記録材Ｗの表面と平行に対向するように配置されている。インクジェットヘッド１は、スライダ１０７がガントリ１０６に沿ってスライド移動することによりＸ方向に沿って往復移動し、また、θ回転機構１０８によって、Ｘ、Ｙ方向と直交する法線方向であるＺ方向に沿う方向を軸としてθ方向に回転移動し、更に、Ｚ移動機構１０９によってθ回転機構１０８と共にＺ方向に昇降移動することができるようになっている。

【0072】

ステージ１０２は、Ｘ方向に沿って延びるＸ移動機構１０５上に、θ回転機構１０３を介して設けられた平面視矩形状の定盤であり、その上面は被記録材Ｗを載置するための水平な載置面とされ、該載置面がインクジェットヘッド１のノズル面に対して所定の高さ位置となるように配設されている。このステージ１０２は、θ回転機構１０３と共にＸ移動機構１０５に沿ってスライド移動することによってＸ方向に沿って直線移動し、このＸ移動機構１０５が、それぞれＹ方向に沿って延びるＹ移動機構１０４に沿ってスライド移動することによって、θ回転機構１０３と共にＹ方向に沿って直線移動し、更に、θ回転機構１０３によって、インクジェットヘッド１のノズル面に対して平行を維持したまま、Ｚ方向に沿う方向を軸としてθ方向に回転移動することができるようになっている。

【0073】

インクジェット描画装置１００は、インクジェットヘッド１とステージ１０２とを相対的に移動させ、そのときの各位置情報に応じて、所定の吐出パターンデータに基づいてインクジェットヘッド１からの液滴の吐出を制御し、ステージ１０２上の被記録材Ｗ表面に着弾させることで、所望の描画を行う。

【0074】

なお、以上の説明では、接着樹脂層３０を予め配線基板２０側に貼着した状態でヘッド基板１０と接合するようにしたが、接着樹脂層３０を予めヘッド基板１０側に貼着した状態で配線基板２０をヘッド基板１０及び接着樹脂層３０と接合するようにしてもよい。

【0075】

また、以上の説明では、ヘッド基板１０と配線基板２０との加熱圧着時、ヘッド基板１０にノズル１１ａが設けられている状態としたが、ヘッド基板１０は、加熱圧着時に、ノズルプレート１１が未だ積層されていないことによりノズル１１ａを有していない状態であってもよい。

【符号の説明】

【0076】

１：インクジェットヘッド
１０：ヘッド基板
１１：ノズルプレート
１１ａ：ノズル
１２：中間プレート
１２ａ：連通路
１３：圧力室プレート
１３ａ：圧力室
１４：振動板
１４ａ：開口部
１５：アクチュエータ
１５ａ：アクチュエータ本体
１５ｂ：個別電極
１５ｃ：共通電極
１６、１７：金スタッドバンプ
１６ａ、１７ａ：肩部
１６ｂ、１７ｂ：突起部
２０：配線基板
２１：基板本体
２１ａ、２１ｂ：貫通孔
２２：配線保護層
２３ａ、２３ｂ：上部配線
２４：配線保護層
２５ａ、２５ｂ：下部配線
２６ａ、２６ｂ：はんだバンプ
２７：駆動ＩＣ
２８：ＦＰＣ
２９：インク供給路
２９ａ：開口部
３０：接着樹脂層
３１：収容空間
４０：マニホールド
４１：共通インク室
１００：インクジェット描画装置
１０１：装置基台
１０２：ステージ
１０３：θ回転機構
１０４：Ｙ移動機構
１０５：Ｘ移動機構
１０６：ガントリ
１０７：スライダ
１０８：θ回転機構
１０９：Ｚ移動機構
Ｗ：被記録材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】