(57)【要約】      （修正有）【課題】配線基板の電極リード剥がれを抑制し、電気接続の信頼性を向上できる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】デバイスホールと、デバイスホールの縁部に設けられた電極リード４２と、を有する配線基板４０と、デバイスホールと少なくとも一部が重なる開口部５１と、配線基板を支持する面と、を備える配線基板支持部材５０と、デバイスホールおよび開口部の内部に配置されており、配線基板の電極リードに接続される電極端子４２と、液体を吐出するためのエネルギー発生素子と、を備える記録素子基板２０と、配線基板支持部材および記録素子基板を支持する素子基板支持部材３０と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、配線基板支持部材の支持面の、配線基板の電極リードの近傍には凹部が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスホールと、該デバイスホールの縁部に設けられた電極リードと、を有する配線基板と、
前記デバイスホールと少なくとも一部が重なる開口部と、前記配線基板を支持する面と、を備える配線基板支持部材と、
前記デバイスホールおよび前記開口部の内部に配置されており、前記配線基板の前記電極リードに接続される電極端子と、液体を吐出するためのエネルギー発生素子と、を備える記録素子基板と、
前記配線基板支持部材および前記記録素子基板を支持する素子基板支持部材と、
を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記配線基板支持部材の前記支持面の、前記配線基板の電極リードの近傍には凹部が設けられている液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記配線基板支持部材は、前記開口部を形成する枠部と、前記開口部の内部に設けられる島部とを含む、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記配線基板支持部材は、前記枠部と前記島部とをつなぐ連結部を有する、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記配線基板支持部材は、前記開口部を形成する枠部と、前記開口部の内部に設けられる島部との複数の部材を含む、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記配線基板支持部材は樹脂部材を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記凹部と前記配線基板との間には空間部が形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
開口部を備える配線基板支持部材と、前記開口部の内部に設けられ、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と電極端子を備える記録素子基板と、を支持する素子基板支持部材を用意する工程と、
前記配線基板支持部材の上に、デバイスホールと、該デバイスホールの縁部に設けられた電極リードと、を有する配線基板を接合する工程と、
前記電極リードと前記電極端子とをボンディングにより接合する工程と、
を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記配線基板支持部材の前記配線基板を支持する支持面の、前記配線基板の電極リードの近傍には凹部が設けられている、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記配線基板支持部材は、前記開口部を形成する枠部と、前記開口部の内部に設けられる島部とを含む、請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記配線基板支持部材は、前記枠部と前記島部とをつなぐ連結部を有する、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記接合工程において、前記電極リードと前記電極端子とは熱超音波圧着法により接合する、請求項７から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記凹部と前記配線基板との間には空間部が形成されている、請求項７から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
デバイスホールと、該デバイスホールの縁部に設けられた電極リードと、を有する配線基板と、
前記デバイスホールと少なくとも一部が重なる開口部と、前記配線基板を支持する面と、を備える配線基板支持部材と、
前記デバイスホールおよび前記開口部の内部に配置されており、前記配線基板の前記電極リードに接続される電極端子と、液体を吐出するためのエネルギー発生素子と、を備える記録素子基板と、
前記配線基板支持部材および前記記録素子基板を支持する素子基板支持部材と、
を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記配線基板支持部材は、前記開口部を形成する枠部材と、前記開口部の内部に設けられる島状の部材と、を含み、前記枠部と前記島部との間には間隙が形成されている液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出して記録動作を行う液体吐出記録装置に適用される液体吐出ヘッド、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置に代表される液体吐出記録装置は、紙等の記録媒体にインク等の液体を吐出して記録を行う装置であり、高速にかつ清音での記録を行うことができる。このため液体吐出記録装置は、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機などの記録機構を担う装置として広く採用されている。このような液体吐出記録装置に搭載される液体吐出ヘッドの一例を図５および図６に示す。
【０００３】
図５は、従来の液体吐出ヘッドの斜視図である。図６（ａ）は、図５に示す切断線Ａ−Ａに沿った各構成要素の断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示された各構成要素の斜視図である。液体吐出ヘッド１００は、記録素子基板２００と、素子基板支持部材３００と、配線基板４００と、配線基板支持部材５００と、を有する。記録素子基板２００は、素子基板支持部材３００の平坦面に接着剤６２０で接合され、配線基板４００は、配線基板支持部材５００に接着剤６３０で接合される。配線基板支持部材５００は、素子基板支持部材３００に接着剤６１０で接合される。
【０００４】
また、配線基板４００には、記録素子基板２００が挿入される開口部（以下、デバイスホールとも称す）４０２が設けられ、記録素子基板２００の電極端子（不図示）と接続される電極リード（以下、インナーリード）４２０が露出している。このインナーリード４２０はインナーリードボンディング（以下、ＩＬＢ）工程にて、記録素子基板２００と電気的に接続され、記録素子基板はこの配線基板４００から電力供給を受けて液体を吐出する。
【０００５】
上述したＩＬＢ工程に関して、特許文献１には、記録素子基板の電極端子上に設けられているバンプと配線基板のインナーリードとが金属間結合されているインクジェット記録ヘッドが記載されている。金属間接合させる方法としては、一般的な熱超音波圧着法で接続する方法が開示されている。ところで、このような液体吐出ヘッドを製造する場合、電気的な接続強度が必要となってくる。電気的な接続の強度に関しては、特許文献２に、配線基板に生じた応力を吸収するための第１及び第２応力吸収部を配線基板に設けることで、電気的な接続の強度を確保することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９１１９号公報
【特許文献２】特開２００７−６１６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図５および６に示すような従来の液体吐出ヘッドでは、一般的に、記録素子基板はシリコン製であり、また配線基板は金属と樹脂の積層材料である。そのため、記録素子基板の線膨張係数は、配線基板を構成する樹脂の線膨張係数よりも小さくなる。したがって、熱超音波圧着法を用いるＩＬＢ工程における加熱処理によって、配線基板内のインナーリードは、記録素子基板と配線基板との線膨張係数の差によって引張応力が生じる。
【０００８】
また、ＩＬＢ工程完了後には、両者が常温に戻り、冷却されることよって、圧縮応力がインナーリードにかかる。この引張応力と圧縮応力により、インナーリードが大きく変形し、インナーリードが剥がれる可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、配線基板のインナーリード剥がれを抑制し、電気接続の信頼性を向上できる液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の液体吐出ヘッドは、デバイスホールと、該デバイスホールの縁部に設けられた電極リードと、を有する配線基板と、前記デバイスホールと少なくとも一部が重なる開口部と、前記配線基板を支持する面と、を備える配線基板支持部材と、前記デバイスホールおよび前記開口部の内部に配置されており、前記配線基板の前記電極リードに接続される電極端子と、液体を吐出するためのエネルギー発生素子と、を備える記録素子基板と、前記配線基板支持部材および前記記録素子基板を支持する素子基板支持部材と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記配線基板支持部材の前記支持面の、前記配線基板の電極リードの近傍には凹部が設けられている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボンディング工程時の、配線基板にかかる応力が緩和されるので、電気接続の信頼性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の液体吐出ヘッドの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の液体吐出ヘッドの構成を示す図である
【図３】第２の実施形態の液体吐出ヘッドの構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態の液体吐出ヘッドのインナーリード近傍部の断面図である。
【図５】比較例の液体吐出ヘッドの構成を示す図である。
【図６】従来の液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図７】図６に示す液体吐出ヘッドを分解した断面図および斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の液体吐出ヘッドの各構成要素を示す斜視図であり、図２（ａ）および（ｂ）は、図１に示す切断線Ｂ１−Ｂ１に沿った、電極リードであるインナーリード４２近傍部の断面図である。インナーリード４２は配線基板４０に形成されるデバイスホールの縁部に形成されている。図１に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッドは、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及び吐出口を備える記録素子基板２０と、素子基板支持部材３０と、配線基板４０と、配線基板支持部材５０と、を有する。
【００１４】
記録素子基板２０は、素子基板支持部材３０に接着剤６２で接合される。配線基板４０は、配線基板支持部材５０に接着剤６３で接合される。また、樹脂部材を含む配線基板支持部材５０は、素子基板支持部材３０の接合領域Ｒ１に、接着剤６１で接合される。なお、素子基板支持部材３０の接合領域Ｒ１は、配線基板支持部材５０の形状と対応しているが、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、配線基板支持部材５０の裏面全面には接着剤６１は塗布されない。
【００１５】
各構成部品の接合後のＩＬＢ工程において、記録素子基板２０の電極端子は、配線基板４０のインナーリード４２と電気的に接続される。この電気接続により、記録素子基板２０は、配線基板４０から電力供給を受けて液体を吐出する。次に、第１の実施形態の液体吐出ヘッドのＩＬＢ工程におけるインナーリードの挙動を説明する。図２（ａ）はＩＬＢ工程時のインナーリード４２の挙動を示しており、ＩＬＢ工程における加熱処理により、シリコン製の記録素子基板２０はＣ１方向に熱膨張し、樹脂製の配線基板４０はＤ１方向に熱膨張する。
【００１６】
この時、インナーリード４２は記録素子基板２０と配線基板４０の線膨張係数の差によって、引張応力を受けるが、一般的に線膨張係数は樹脂の方が大きいため、インナーリード４２は配線基板４０から受ける応力の方が大きくなる。
【００１７】
本実施形態においては、図１に示すように配線基板支持部材５０は、開口部５１を形成する枠部と、開口部５１の内部に配置される島部と、枠部と島部とを接続する連結部とを有しており、枠部と島部との間には空間部（間隙）が形成されている。図２に示すように、配線基板支持部材５０の配線基板４０を支持する支持面には凹部が形成されており、凹部の上に配線基板４０が設けられることで空間部７０が形成される。配線基板４０と配線基板支持部材５０からなる空間部７０があるため、配線基板４０と接合されている配線基板支持部材５０にかかる応力は配線基板４０にかかる応力と異なる。つまり、配線基板支持部材５０の変形は配線基板４０の変形と追従しない。
【００１８】
このため、配線基板支持部材５０の空間部７０には、反力となる応力Ｅ１が発生する。この応力Ｅ１の向きは、図２（ａ）に示すように応力Ｄ１と反対方向となる。その結果、応力Ｅ１の分だけ配線基板４０にかかる応力が緩和され、インナーリード４２にかかる応力を小さくすることができる。
【００１９】
また、図２（ｂ）は、ＩＬＢ工程完了後に、常温に戻る際のインナーリード４２の挙動を示す図で、常温に戻ることにより各構成部品は冷却され、記録素子２０はＣ２方向に収縮し、配線基板４０はＤ２方向に収縮する。この時、インナーリード４２は記録素子２０と配線基板４０の線膨張係数の差による圧縮応力を受ける。
【００２０】
しかしながら、配線基板４０と配線基板支持部材５０からなる空間部７０があるため、ＩＬＢ工程時と同様に、応力Ｅ２の分だけ配線基板４０にかかる応力が緩和され、インナーリード４２にかかる応力を小さくすることができる。以上の結果、インナーリードへの応力は軽減され、インナーリード剥がれを防止し、電気的な接続の強度が向上することが可能となる。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。図３は、第２の実施形態の液体吐出ヘッドの各構成要素を示す斜視図である。図４は、第２の実施形態の液体吐出ヘッドのインナーリード近傍部の断面図であり、図４（ａ）は、図３に示す接合領域Ｒ１ｂ部における断面図で、図４（ｂ）は、図２に示す接合領域Ｒ１からずれた位置での断面図である。
【００２２】
本実施形態における配線基板支持部材５０は、環状の部材（枠部材）５０ａと２つの島状の部材５０ｂとの複数部材から構成される。図１と同様に配線基板支持部材５０ａと５０ｂは、素子基板支持部材３０ａの接合領域Ｒ１ａおよびＲ１ｂに接着剤によって夫々接合される。
【００２３】
この接合の際に、配線基板支持部材５０ａは接合領域Ｒ１ａに接合され、配線基板支持部材５０ｂは接合領域Ｒ１ｂに、別々に接合される。なお、素子基板支持部材３０ａの接合領域Ｒ１ａは、配線基板支持部材５０ａの開口部５１ａと対応しており、配線基板支持部材５０ａの裏面全面に接着剤６１が塗布される。素子基板支持部材３０ａの接合領域Ｒ１ｂは、配線基板支持部材５０ｂ中央の一部にのみ塗布される。
【００２４】
図４に示すように、第２の実施形態の液体吐出ヘッドのＩＬＢ工程において、配線基板支持部材が分割されている。インナーリード４２の近傍では、配線基板支持部材５０ｂの接合領域が中央の一部であるため、配線基板支持部材５０ａと５０ｂの変形は配線基板４０の変形と追従しない。
【００２５】
一般的なインナーリードボンディングである熱超音波圧着法のシングルポイントボンディングでは、配線基板４０のデバイスホールの四隅にあるインナーリードの一端側から中央部に向かってボンディングを行う。そのため、特にデバイスホールの四隅のインナーリードに負荷が集中する。このため、中央部にあるインナーリードの負荷は相対的に小さく、変形を抑えることができる。その結果、第１の実施形態同様に、配線基板４０にかかる応力が緩和され、インナーリード４２にかかる応力を小さくすることができる。
【００２６】
以上の結果、インナーリードへの応力は軽減され、インナーリード剥がれを防止し、電気的な接続の強度が向上することが可能となる。なお、本実施形態では、配線基板支持部材５０ａと５０ｂを別々に用意し、夫々を接合する場合の製造方法であったが、第１の実施形態のように、配線基板支持部材がつながった状態で接合し、その後別々に分割する形態であってもよい。そうすることで、配線基板支持部材５０ａと５０ｂを接合する工程を一度の接合で行うことになるため、工程を軽減することが可能となる。この場合、配線基板支持部材が樹脂製であるほうが容易に分割できるためより好ましい。
【００２７】
（比較例）
本発明の第１および第２の実施形態と比較する比較例について説明する。図５に示す本比較例の液体吐出ヘッドは、比較例の液体吐出ヘッドの各構成要素を示す斜視図であり、図６（ａ）および（ｂ）は、図５に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った、インナーリード近傍部の断面図である。図５に示すように、液体吐出ヘッドの素子基板支持部材３００には、配線基板支持部材５００を接合する領域Ｒがありこの接合領域Ｒに接着剤６１０を塗布し、配線基板支持部材５００を接合する。
【００２８】
なお、素子基板支持部材３００の接合領域Ｒは、配線基板支持部材５００の開口部５１０と対応しており、配線基板支持部材５００の裏面全面に接着剤６１０が塗布される。この素子基板支持部材３００と配線基板支持部材５００を接合したものに、接着剤６２０を塗布し、記録素子基板２００を接着剤６２０の上に載置し、接合した。その後、配線基板４００を接合し、記録素子基板２００にインナーリードボンディングを行い、観察した結果、インナーリードの変形や剥がれが確認された。
【００２９】
この変形や剥がれの理由について、以下、図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。図５（ａ）および（Ｂ）は、本比較例の液体吐出ヘッドのＩＬＢ工程におけるインナーリードの挙動を示している。図５（ａ）は、ＩＬＢ工程時のインナーリード４２０の挙動を示す図で、ＩＬＢ工程での加熱処理によりシリコン製の記録素子基板２００はＣ１方向に熱膨張し、樹脂製の配線基板４００はＤ１方向に熱膨張する。
【００３０】
この時、インナーリード４２０は記録素子基板２００と配線基板４００の線膨張係数の差によって引張応力を受け、インナーリード４２０は配線基板４００から受ける応力の方が大きくなる。ところが、配線基板４００と配線基板支持部材５００からなる空間部がないため、配線基板４００と接合されている配線基板支持部材５００にかかる応力は配線基板４００にかかる応力と略同等となる。その結果、インナーリード４２０にはＤ１とＣ１の差の応力がほぼすべてかかる。このためインナーリード４２０が大きく変形する。
【００３１】
また、図５（ｂ）は、ＩＬＢ工程完了後に、常温に戻る際のインナーリード４２０の挙動を示す図で、常温に戻ることにより各構成部品は冷却され、記録素子２００はＣ２方向に収縮し、配線基板４００はＤ２方向に収縮する。この時、インナーリード４２０は記録素子２００と配線基板４００の線膨張係数の差による圧縮応力を受ける。しかしながら、配線基板４００と配線基板支持部材５００からなる空間部がないため、ＩＬＢ工程時と同様に、インナーリード４２にはＤ２とＣ２の差の応力がかかり、大きく変形する。
【００３２】
本発明の各実施形態で示したように、配線基板と配線基板支持部材からなる空間部によって、ＩＬＢ工程における配線基板のインナーリードにかかる応力を緩和できるので、インナーリード剥がれを抑制し電気接続の信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１００  液体吐出ヘッド
２０  記録素子基板
３０  素子基板支持部材
４０  配線基板
４２  電極リード
５０  配線基板支持部材
６１、６２、６３  接着剤
Ｒ１  接合領域
７０  空間部 
【図１】
2018051856.tif 000003
【図２】
2018051856.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018051856.tif 000007
【図６】
2018051856.tif 000008
【図７】
2018051856.tif 000009