(57)【要約】【課題】接合強度を向上すると共に、ボンディングパッドの幅及びピッチを狭くすることができるワイヤボンディング方法及び液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】金からなるボンディングワイヤ１２０をボンディングパッド９０ａに接続するワイヤボンディング方法であって、前記ボンディングワイヤ１２０を１００℃以下の温度で加熱すると共に周波数１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加しながら前記ボンディングパッド９０ａに７８．４×１０-3Ｎ以下の荷重で押圧することで、当該ボンディングワイヤ１２０を前記ボンディングパッド９０ａに接続する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金からなるボンディングワイヤをボンディングパッドに接続するワイヤボンディング方法であって、
前記ボンディングワイヤを１００℃以下の温度で加熱すると共に周波数１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加しながら前記ボンディングパッドに７８．４×１０-3Ｎ以下の荷重で押圧することで、当該ボンディングワイヤを前記ボンディングパッドに接続することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ボンディングワイヤを前記ボンディングパッドに接続する時間は、荷重が所望荷重の値に収束するまでの荷重バラツキ収束時間と、ボンディング時間の合計時間であることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項３】
請求項２において、前記超音波を印加する時期は、前記荷重バラツキ収束時間の後のボンディング時間の時期であることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項４】
請求項２または３において、前記荷重バラツキ収束時間は、２０ｍｓｅｃであることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記ボンディングパッドが金からなることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記ボンディングワイヤのワイヤ径が２０〜３０μｍであることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかにおいて、前記超音波の振幅が３μｍ以上であることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項８】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に設けられる振動板と、該振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる複数の圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続されると共にボンディングワイヤが接続されるボンディングパッドとを具備する液体噴射ヘッドであって、
前記ボンディングパッドに接続された前記ボンディングワイヤのステッチ幅がワイヤ径の１．２〜１．５倍であると共にステッチ厚がワイヤ径の０．３〜０．６倍であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項８において、前記ボンディングワイヤを１００℃以下の温度で加熱すると共に周波数１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加しながら前記ボンディングパッドに７８．４×１０-3Ｎ以下の荷重で押圧することで、当該ボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求項９において、前記ボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続される時間を、荷重が所望荷重の値に収束するまでの荷重バラツキ収束時間と、ボンディング時間の合計時間としてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０において、前記超音波を印加する時期を、前記荷重バラツキ収束時間の後のボンディング時間の時期としてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１２】
請求項１０または１１において、前記荷重バラツキ収束時間を、２０ｍｓｅｃとしてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１３】
請求項８〜１２の何れかにおいて、前記圧電素子から引き出された引き出し配線を具備し、当該引き出し配線の先端部が前記ボンディングパッドとなっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１４】
請求項８〜１３の何れかにおいて、前記ボンディングパッドには、前記圧電素子を駆動させる駆動ＩＣの端子部に一端が接続された前記ボンディングワイヤの他端が接続されることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４において、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、前記圧力発生室の共通の液体室を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板が接合されていると共に、前記駆動ＩＣが前記リザーバ形成基板上に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディングパッドに接続されるボンディングワイヤのワイヤボンディング方法に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電体層の変位によりインク滴を吐出させる液体噴射ヘッドに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧を印加することにより変位する圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、例えば、液滴を噴射する液体噴射ヘッド等に搭載される。このような液体噴射ヘッドとしては、例えば、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが知られている。そして、インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータ装置を搭載したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータ装置を搭載したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
ここで、後者のインクジェット式記録ヘッドとしては、圧力発生室が形成された流路形成基板に接合される基板、例えば、リザーバ形成基板に駆動ＩＣが搭載され、各圧電素子から引き出されたリード電極の端子部と駆動ＩＣとをワイヤボンディングを用いたボンディングワイヤにより電気的に接続する構造が採用されている（例えば、特許文献１参照）。このようなインクジェット式記録ヘッドの製造において行われるワイヤボンディングは、キャピラリー等を用いて、駆動ＩＣの端子部に接続配線の一端を接続した後に、そのボンディングワイヤの他端をリード電極の端子部であるボンディングパッドに接続することで行われる。
【０００４】
一般的にワイヤボンディングは、１５０℃以上の温度で加熱しながら行われるため、このような高温で加熱することによって、インクジェット式記録ヘッドを構成する各基板が熱膨張して破壊されてしまうという問題がある。このため、インクジェット式記録ヘッドにおいてワイヤボンディングを行う際には、１００℃以下の低温で加熱しながら行う必要があるが、低温で加熱しながら行ったワイヤボンディングでは、ボンディングワイヤとボンディングパッドとの十分な接合強度を確保することができないという問題がある。
【０００５】
また、インクジェット式記録ヘッドに代表されるボンディングワイヤを用いたデバイスの配線は、高密度化が求められている。しかしながら、一般的なワイヤボンディングでは、ボンディングワイヤをボンディングパッドに２９４〜８８２×１０-3Ｎの荷重で押圧して接続されるため、ボンディングパッドに接続されたボンディングワイヤのステッチ部は、ステッチ幅がワイヤ径の２〜３倍で、ステッチ厚がワイヤ径の０．１倍以下で形成される。このため、ボンディングパッドをステッチ部の幅よりも広く形成しなくてはならず、ボンディングパッドの幅及びピッチを狭くして高密度化することができないという問題がある。このため、基板上の電極のワイヤボンディング部に凹部または凸部を設けることによりボンディングワイヤの圧着寸法を強制して、接合強度を確保すると共に電極の幅及びピッチを狭くしたワイヤボンディング用電極構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２では、従来のボンディングワイヤと同じ接合強度を確保することができるものの、圧着寸法を強制しているだけであるため、接合強度を増大させることはできないという問題がある。また、特許文献２では、電極のボンディングワイヤ部に凹部または凸部を設けるという加工が必要となり、製造工程が複雑化すると共に、製造コストが高くなってしまうという問題がある。なお、上述した問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドだけでなく、ＬＳＩやＩＣ等の半導体素子を用いたボンディングワイヤの接続構造を有するデバイスなどにおいても同様に存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１６０３６６号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】特開平５−２５１８５６号公報（第２〜３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑み、接合強度を向上すると共に、ボンディングパッドの幅及びピッチを狭くすることができるワイヤボンディング方法及び液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、金からなるボンディングワイヤをボンディングパッドに接続するワイヤボンディング方法であって、前記ボンディングワイヤを１００℃以下の温度で加熱すると共に周波数１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加しながら前記ボンディングパッドに７８．４×１０-3Ｎ以下の荷重で押圧することで、当該ボンディングワイヤを前記ボンディングパッドに接続するワイヤボンディング方法にある。
かかる第１の態様では、比較的低温でのワイヤボンディングであっても、ボンディングワイヤとボンディングパッドとの接合強度を向上することができると共に、ボンディングパッドに接続されたボンディングワイヤのステッチ幅を狭くすることができ、ボンディングパッドの幅を狭くして隣接するボンディングパッドのピッチを狭くすることができる。また、低温でのワイヤボンディングによりワイヤボンディング装置の熱膨張を抑制してワイヤボンディングの位置合わせ精度を向上することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ボンディングワイヤを前記ボンディングパッドに接続する時間は、荷重が所望荷重の値に収束するまでの荷重バラツキ収束時間と、ボンディング時間の合計時間であることを特徴とするワイヤボンディング方法にある。
かかる第２の態様では、荷重バラツキ収束時間を加味した状態で超音波を印加してボンディングを実施することが可能になる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記超音波を印加する時期は、前記荷重バラツキ収束時間の後のボンディング時間の時期であることを特徴とするワイヤボンディング方法にある。
かかる第３の態様では、荷重バラツキ収束時間が経過して荷重が安定した時期に超音波を印加してボンディングを実施することが可能になる。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第２または３の態様において、前記荷重バラツキ収束時間は、２０ｍｓｅｃであることを特徴とするワイヤボンディング方法にある。
かかる第４の態様では、荷重バラツキ時間を確実に設定することが可能になる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記ボンディングパッドが金からなることを特徴とするワイヤボンディング方法にある。
かかる第５の態様では、金からなるボンディングパッドを用いることで、金からなるボンディングワイヤを確実に接合することができると共に、接合強度を向上することができる。
【００１４】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記ボンディングワイヤのワイヤ径が２０〜３０μｍであることを特徴とするワイヤボンディング方法にある。
かかる第６の態様では、高密度に配置されたボンディングパッドにボンディングワイヤを接続することができる。
【００１５】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記超音波の振幅が３μｍ以上であることを特徴とするワイヤボンディング方法にある。
かかる第７の態様では、３μｍ以上の振幅の超音波を用いることで、比較的低温でワイヤボンディングを行ってもボンディングワイヤとボンディングパッドとを確実に接合することができる。
【００１６】
本発明の第８の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に設けられる振動板と、該振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる複数の圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続されると共にボンディングワイヤが接続されるボンディングパッドとを具備する液体噴射ヘッドであって、前記ボンディングパッドに接続された前記ボンディングワイヤのステッチ幅がワイヤ径の１．２〜１．５倍であると共にステッチ厚がワイヤ径の０．３〜０．６倍であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、比較的低温でのワイヤボンディングであっても、ボンディングワイヤとボンディングパッドとの接合強度を向上することができると共に、ボンディングパッドに接続されたボンディングワイヤのステッチ幅を狭くすることができ、ボンディングパッドの幅を狭くして隣接するボンディングパッドのピッチを狭くすることができるため、液体噴射ヘッドの信頼性を向上して圧電素子を高密度化することができる。また、低温でのワイヤボンディングにより液体噴射ヘッドが熱膨張により破壊されるのを防止することができる。
【００１７】
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記ボンディングワイヤを１００℃以下の温度で加熱すると共に周波数１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加しながら前記ボンディングパッドに７８．４×１０-3Ｎ以下の荷重で押圧することで、当該ボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第９の態様では、所定の温度、超音波及び荷重でワイヤボンディングを行うことで、ボンディングワイヤとボンディングパッドとの接合強度を向上することができると共に、ボンディングパッドに接続されたボンディングワイヤのステッチ幅を狭くすることができる。
【００１８】
本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記ボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続される時間を、荷重が所望荷重の値に収束するまでの荷重バラツキ収束時間と、ボンディング時間の合計時間としてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１０の態様では、荷重バラツキ収束時間を加味した状態で超音波を印加してボンディングが実施された液体噴射ヘッドとなる。
【００１９】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記超音波を印加する時期を、前記荷重バラツキ収束時間の後のボンディング時間の時期としてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１１の態様では、荷重バラツキ収束時間が経過して荷重が安定した時期に超音波を印加してボンディングが実施された液体噴射ヘッドとなる。
【００２０】
本発明の第１２の態様は、第１０または１１の態様において、前記荷重バラツキ収束時間を、２０ｍｓｅｃとしてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１２の態様では、荷重バラツキ時間を確実に設定してボンディングが実施された液体噴射ヘッドとなる。
【００２１】
本発明の第１３の態様は、第８〜１２の何れかの態様において、前圧電素子から引き出された引き出し配線を具備し、当該引き出し配線の先端部が前記ボンディングパッドとなっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１３の態様では、ボンディングワイヤが接続される引き出し配線の短絡を防止して高密度化することができると共に、圧電素子を高密度化することができる。
【００２２】
本発明の第１４の態様は、第８〜１３の何れかの態様において、前記ボンディングパッドには、前記圧電素子を駆動させる駆動ＩＣの端子部に一端が接続された前記ボンディングワイヤの他端が接続されることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１４の態様では、セカンドボンディング側のボンディングパッドにボンディングワイヤを高強度で接合することができると共に、ボンディングワイヤのステッチ幅を狭くすることができる。
【００２３】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様において、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、前記圧力発生室の共通の液体室を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板が接合されていると共に、前記駆動ＩＣが前記リザーバ形成基板上に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１５の態様では、リザーバ形成基板によってリザーバが形成されると共に、リザーバ形成基板上の駆動ＩＣと他のボンディングパッドとの接合強度を向上して、ボンディングパッドの幅を狭くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る液体噴射ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明のワイヤボンディングの接続構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るワイヤボンディング方法を示す要部断面図である。
【図５】本発明のワイヤボンディングによる試験結果を示すグラフである。
【図６】荷重及び超音波の状況の例を説明するタイムチャートである。
【図７】ステッチ幅及びプル強度のバラツキ変化の状況を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る液体噴射ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。液体噴射ヘッドを構成する流路形成基板１０は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３２と連通し、各圧力発生室１２の共通の液体室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、連通部１３は、液体供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２の液体供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。
【００２６】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
【００２７】
なお、上述した例では、圧電素子３００の下電極膜６０、弾性膜５０及び絶縁体膜５５が振動板として作用する。また、圧電素子３００の上電極膜８０の長手方向一端部近傍から流路形成基板１０の圧力発生室１２の端部近傍まで引き出された引き出し配線として、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が延設されている。そして、このリード電極９０は、貫通孔３３で後述する駆動ＩＣ１１０とボンディングワイヤ１２０を介して電気的に接続されている。
【００２８】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２を有するリザーバ形成基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通の液体室となるリザーバ１００を構成している。
【００２９】
また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３１が設けられている。さらに、リザーバ形成基板３０のリザーバ部３２と圧電素子保持部３１との間の領域には、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出された引き出し配線であるリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。なお、このようなリザーバ形成基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３０】
さらに、リザーバ形成基板３０上には、各圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０が設けられている。この駆動ＩＣ１１０の各端子部１１１には、ボンディングワイヤ１２０の一端が接続されており、ボンディングワイヤ１２０の他端は、ボンディングパッドであるリード電極９０の端子部９０ａに詳しくは後述するワイヤボンディング方法により接続されている。なお、本発明で用いられるボンディングワイヤ１２０のワイヤ径はφ２０〜３０μｍであり、本実施形態ではワイヤ径がφ２５μｍの金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ１２０を用いた。
【００３１】
ここで、ボンディングパッドであるリード電極９０の端子部９０ａに接続されたボンディングワイヤ１２０の接続構造について説明する。なお、図３は、液体噴射ヘッドの要部斜視図である。図３に示すように、ボンディングワイヤ１２０の一端のリード電極９０の端子部９０ａに接続された領域であるステッチ部１２１は、一部が欠けた円盤形状で形成されている。このボンディングワイヤ１２０は、詳しくは後述するワイヤボンディング方法によって、ステッチ部１２１のステッチ幅がワイヤ径の１．２〜１．５倍で、且つステッチ厚がワイヤ径の０．３〜０．６倍で形成されている。本実施形態では、ワイヤ径がφ２５μｍのボンディングワイヤ１２０を用いたため、端子部９０ａに接続されたボンディングワイヤ１２０のステッチ部１２１は、ステッチ幅が３０〜３７．５μｍで、且つステッチ厚が７．５〜１５μｍの範囲で形成されることになる。なお、本実施形態のステッチ幅とは、ボンディングワイヤ１２０の一端の端子部９０ａに接続されたステッチ部１２１の最大幅のことであり、ステッチ厚とは、ステッチ部１２１の最小厚さのことである。
【００３２】
このようにボンディングパッドである端子部９０ａに接続されたボンディングワイヤ１２０のステッチ部１２１の幅を狭くすることで、端子部９０ａの幅を狭くすることができると共に隣接する端子部９０ａのピッチを狭くすることができる。これによりリード電極９０の幅及びピッチを狭く形成することができ、リード電極９０を高密度化することができると共に液体噴射ヘッドを小型化することができる。
【００３３】
なお、このようなリザーバ形成基板３０上には、コンプライアンス基板４０が接合されており、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域には、リザーバ１００に液体を供給するための液体導入口４４が厚さ方向に貫通することで形成されている。また、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域の液体導入口４４以外の領域は、厚さ方向に薄く形成された可撓部４３となっており、リザーバ１００は、可撓部４３により封止されている。この可撓部４３により、リザーバ１００内にコンプライアンスを与えている。
【００３４】
ここで、ボンディングパッドである駆動ＩＣ１１０の端子部１１１とリード電極９０の端子部９０ａとをボンディングワイヤ１２０で接続するワイヤボンディング方法について説明する。なお、図４は、ワイヤボンディング方法を示す液体噴射ヘッドの要部断面図である。図４（ａ）に示すように、ボンディングワイヤ１２０は、ワイヤボンディング装置を構成するキャピラリ１３０に挿通された状態で保持されており、駆動ＩＣ１１０の端子部１１１にボールボンディングにより接続されている。このボールボンディングによる接続方法としてはボンディングワイヤ１２０の先端を溶融することで球体を形成し、この球体を駆動ＩＣ１１０の端子部１１１に押しつけることで行われる。
【００３５】
次に、図４（ｂ）に示すように、ボンディングパッドであるリード電極９０の端子部９０ａにボンディングワイヤ１２０を接続する。このとき、１００℃以下の温度で加熱すると共に、周波数が１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍ好ましくは３μｍ以上の超音波を印加しながらキャピラリ１３０によってボンディングワイヤ１２０をリード電極９０の端子部９０ａに７８．４×１０-3Ｎ以下の荷重で押圧することで接続する。
【００３６】
これにより、リード電極９０の端子部９０ａ上に接続されたボンディングワイヤ１２０のステッチ部１２１が、図３に示すような一部が欠けた円盤形状で形成されると共に、ステッチ部１２１のステッチ幅がワイヤ径の１．２〜１．５倍で、且つステッチ厚がワイヤ径の０．３〜０．６倍で形成される。
【００３７】
なお、本実施形態では、駆動ＩＣ１１０の端子部１１１とリード電極９０の端子部９０ａとを、上述したワイヤボンディング方法により接続したボンディングワイヤ１２０で電気的に接続するようにしたが、液体噴射ヘッドのボンディングワイヤに接続される電極の全てに上述したワイヤボンディング方法及びボンディングワイヤの接続構造を適用することができる。リード電極９０の端子部９０ａ以外では、例えば、図示しないが下電極膜６０と駆動ＩＣ１１０とを接続するボンディングワイヤや、リザーバ形成基板３０の駆動ＩＣ１１０が設けられた面に形成された配線電極の端子部と駆動ＩＣ１１０の端子部とを接続するボンディングワイヤなどが挙げられる。
【００３８】
ここで、リード電極９０の端子部９０ａの２枚の流路形成基板Ａ、Ｂとリザーバ形成基板３０とのそれぞれに、ワイヤ径がφ２５μｍのボンディングワイヤ１２０を、先端径がφ８３μｍのキャピラリを用いて接続した。このとき１００℃以下の温度で加熱すると共に周波数が１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加し、キャピラリ１３０による接続時の荷重を変化させて接続した。このときの各荷重により接続されたボンディングワイヤ１２０のステッチ部１２１のステッチ幅とプル強度との平均値を測定した結果を図５に示す。
【００３９】
図５に示すように、何れの基板においてもワイヤボンディングを７８．４×１０-3Ｎ以下の荷重で行うことにより、ボンディングワイヤ１２０のステッチ部１２１のステッチ幅が７８．４×１０-3Ｎよりも大きな荷重で接続した場合に比べて狭くなっている。これは、荷重を小さくすれば、ボンディングワイヤが潰される量が小さくなるからである。また、各基板に各荷重で接続したボンディングワイヤ１２０のプル強度を測定した結果、７８．４×１０-3Ｎ以下の低荷重で接続した場合は、これより大きな荷重で接続した場合に比べて大きくなっていることが判明した。
【００４０】
以上のことから、１００℃以下の温度で加熱すると共に周波数が１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加して、ボンディングワイヤ１２０を７８．４×１０-3Ｎ以下の荷重でボンディングパッドであるリード電極９０の端子部９０ａに接続することで、ステッチ幅を狭めて且つボンディングワイヤ１２０とボンディングパッドとの接合強度を向上することができる。これにより、ワイヤボンディングが剥離し難く、信頼性の高い液体噴射ヘッドとすることができると共に、ボンディングパッドの幅及びピッチを狭くして、液体噴射ヘッドを高密度化及び小型化することができる。
【００４１】
また、周波数が１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加することにより、１００℃以下という比較的低温の加熱でワイヤボンディングを行うことができるため、液体噴射ヘッドの熱膨張による破壊を防止することができる。また、１００℃以下という比較的低温の加熱によりワイヤボンディングを行うことで、キャピラリ１３０を保持するホーンや、キャピラリ１３０の位置合わせなどに用いられるカメラ等で構成されるワイヤボンディング装置の熱膨張を抑制することができる。これによりホーンとカメラとが別体で形成されていても、熱膨張によってカメラによるキャピラリ１３０の芯がずれることでワイヤボンディングの位置合わせがずれることがなく、高精度なワイヤボンディングを行うことができると共にワイヤボンディング装置の熱による破壊が防止される。また、比較的低温でワイヤボンディングを行うことができるため、省エネルギ化することができる。
【００４２】
図６に基づいてワイヤボンディングにおける荷重（キャピラリ１３０（図４参照）のＺ軸方向の位置）及び超音波の状況を説明する。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）にはワイヤボンディングにおける荷重及び超音波の状況の例を説明するタイムチャートを示してある。
【００４３】
図６（ａ）に示した例は、キャピラリ１３０（図４参照）が原点から下降してボンディング面に接地した時刻ｔ１に荷重がＯＮになると同時に、時刻ｔ１に超音波が印加されてＯＮになる。そして、ボンディング時間である時刻ｔ０までの間（例えば、５から１０ｍｓｅｃ）荷重及び超音波がＯＮにされてボンディングが終了する。即ち、時刻ｔ０でキャピラリ１３０（図４参照）が原点に上昇すると共に、荷重及び超音波がＯＦＦになる。
【００４４】
図６（ａ）に示した例では、低温でのボンディングを所定のボンディング時間で実施することができる。
【００４５】
図６（ｂ）に示した例は、キャピラリ１３０（図４参照）が原点から下降してボンディング面に接地した時刻ｔ１に荷重がＯＮになる。初期荷重は、設定荷重（例えば、７８．４×１０-3Ｎ）に対してマイナス２０×１０-3Ｎ程度のバラツキがあるため、荷重が設定荷重で安定するまでの荷重バラツキ収束時間Ｔが経過した後、時刻ｔ２に超音波が印加されてＯＮになる。そして、ボンディング時間である時刻ｔ３までの間（例えば、５から１０ｍｓｅｃ）荷重及び超音波がＯＮにされてボンディングが終了する。即ち、時刻ｔ３でキャピラリ１３０（図４参照）が原点に上昇すると共に、荷重及び超音波がＯＦＦになる。
【００４６】
図６（ｂ）に示した例では、荷重が設定荷重で安定した状態で超音波を印加して低温でのボンディングを実施することができる。このため、最小限の超音波の印加によりステッチ形状の安定確保と接合強度の安定確保を図ることができる。
【００４７】
図６（ｃ）に示した例は、キャピラリ１３０（図４参照）が原点から下降してボンディング面に接地した時刻ｔ１に荷重がＯＮになる。同時に超音波が印加されてＯＮになる。初期荷重は、設定荷重（例えば、７８．４×１０-3Ｎ）に対してマイナス２０×１０-3Ｎ程度のバラツキがあるため、荷重が設定荷重で安定するまでの荷重バラツキ収束時間Ｔが経過した後、時刻ｔ２からボンディング時間である時刻ｔ３までの間（例えば、５から１０ｍｓｅｃ）荷重及び超音波がＯＮにされ続けてボンディングが終了する。即ち、時刻ｔ３でキャピラリ１３０（図４参照）が原点に上昇すると共に、荷重及び超音波がＯＦＦになる。
【００４８】
図６（ｃ）に示した例では、荷重が設定荷重で安定するまでの状態から超音波を印加して低温でのボンディングを実施することができる。このため、ステッチ形状の安定確保と接合強度の安定確保を確実に図ることができる。
【００４９】
なお、荷重及び超音波のＯＮ・ＯＦＦは荷重や周波数を漸増・漸減させて所定の状態にすることも可能である。
【００５０】
図７（ａ）には図６に示した状態でワイヤボンディングを実施したときのステッチ幅のバラツキ変化の状況を示してあり、図７（ｂ）には図６に示した状態でワイヤボンディングを実施したときのプル強度のバラツキ変化の状況を示してある。図中のＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれ図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）の状態の場合を示してある。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、ステッチ幅のバラツキは２９μｍから３６μｍの実用範囲に収まり、特に、荷重バラツキ収束時間Ｔを考慮して超音波を印加した場合には、ステッチ幅のバラツキは３２μｍから３６μｍの狭い範囲に収まっていることがわかる。したがって、荷重バラツキを考慮して超音波を印加することで、ステッチ形状を安定して確保することができることがわかる。
【００５２】
図７（ｂ）に示すように、プル強度のバラツキは３ｇから１１ｇの実用範囲に収まり、特に、荷重バラツキ収束時間Ｔを考慮して超音波を印加した場合には、プル強度のバラツキは６ｇから１１ｇの高い値の範囲に収まっていることがわかる。したがって、荷重バラツキを考慮して超音波を印加することで、接合強度を安定して確保することができることがわかる。
【００５３】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッドに用いられるワイヤボンディング方法及びこれにより形成されたボンディングワイヤの接続構造を例示したが、特にこれに限定されず、ボンディングワイヤを用いる半導体デバイス等の他のデバイスにおいても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  流路形成基板、２０  ノズルプレート、２１  ノズル開口、３０  リザーバ形成基板、４０  コンプライアンス基板、５０  弾性膜、６０  下電極膜、７０  圧電体層、８０  上電極膜、９０  リード電極、９０ａ  端子部、１００  リザーバ、１１０  駆動ＩＣ、１１１  端子部、１２０  ボンディングワイヤ、１２１  ステッチ部、１３０  キャピラリ、３００  圧電素子。
【図１】
2010041061.tif 000003
【図２】
2010041061.tif 000004
【図３】
2010041061.tif 000005
【図４】
2010041061.tif 000006
【図５】
2010041061.tif 000007
【図６】
2010041061.tif 000008
【図７】
2010041061.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月21日(2009.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に設けられる振動板と、該振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる複数の圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続されると共にボンディングワイヤが接続されるボンディングパッドとを具備する液体噴射ヘッドであって、
前記ボンディングパッドに接続された前記ボンディングワイヤのステッチ幅がワイヤ径の１．２〜１．５倍であると共にステッチ厚がワイヤ径の０．３〜０．６倍であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記ボンディングワイヤを１００℃以下の温度で加熱すると共に周波数１００〜１２０ＫＨｚ、振幅が０．５〜６μｍの超音波を印加しながら前記ボンディングパッドに７８．４×１０−３Ｎ以下の荷重で押圧することで、当該ボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、前記ボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続される時間を、初期荷重のバラツキが収束するまでの荷重バラツキ収束時間と、ボンディング時間の合計時間としてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項３において、前記超音波を印加する時期を、前記荷重バラツキ収束時間の後のボンディング時間の時期としてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項３または４において、前記荷重バラツキ収束時間を、２０ｍｓｅｃとしてボンディングワイヤが前記ボンディングパッドに接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記圧電素子から引き出された引き出し配線を具備し、当該引き出し配線の先端部が前記ボンディングパッドとなっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかにおいて、前記ボンディングパッドには、前記圧電素子を駆動させる駆動ＩＣの端子部に一端が接続された前記ボンディングワイヤの他端が接続されることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７において、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、前記圧力発生室の共通の液体室を構成するリザーバ部が設けられたリザーバ形成基板が接合されていると共に、前記駆動ＩＣが前記リザーバ形成基板上に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。