(57)【要約】ヘッドチップ上の電極と配線基板上の配線との接触面の高さを均一にする簡易で新規な構成により、確実な電気的接続を行えるインクジェットヘッド及びその製造方法の提供を目的とし、ヘッドチップ10は、上面に第1電極部151が形成され下面に第2電極部152が形成された圧電素子15の第2電極部152から圧電素子15の外側に引き出された引出部153を有し、ヘッドチップ10の上方に配置される配線基板20は、第1電極部151と接続されるスタッドバンプからなる第1接続部材25と、引出部153を介して第2電極部152と接続されるスタッドバンプからなる第2接続部材26とを有し、引出部153には、第1電極部151の高さと略等しい高さの上面が引出部153と導通している調整部材16が設けられ、配線基板20の第1接続部材25が第1電極部151の上面に電気的に接続され、第2接続部材26が調整部材16の上面に接触して調整部材16及び引出部153を介して第2電極部152と電気的に接続されることで解決される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから吐出されるインクが収容される圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、上面に第１電極部が形成されると共に、下面に第２電極部が形成された圧電素子と、前記第２電極部から前記圧電素子の外側に電気的に引き出された引出部とを有するヘッドチップと、
前記ヘッドチップの上方に配置され、前記ヘッドチップの前記第１電極部と電気的に接続されるスタッドバンプからなる第１接続部材と、前記引出部を介して前記第２電極部と電気的に接続されるスタッドバンプからなる第２接続部材とを有する配線基板と、
を備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記引出部に、前記第１電極部の高さと略等しい高さに配置された上面を備えると共に少なくとも該上面が前記引出部と導通している調整部材が設けられ、
前記配線基板の前記第１接続部材は、前記第１電極部の上面に接触することにより、該第１電極部と電気的に接続されると共に、前記第２接続部材は、前記調整部材の前記上面に接触することにより、該調整部材及び前記引出部を介して前記第２電極部と電気的に接続されるインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記調整部材は、ポアソン比０．４以下の材料を用いて形成されている請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記調整部材の前記上面は、前記圧力室に対応して設けられる前記圧電素子の上面の前記第１電極部の面積と同等以上の面積を有している請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記調整部材は、前記引出部と導通する第３電極部が上面に設けられた圧電素子によって形成されている請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記調整部材に用いられる前記圧電素子は、高さ方向に貫通した孔又は高さ方向に亘って切欠された溝を有し、
前記孔又は前記溝に導電性材料が充填されることにより、該導電性材料を介して前記第３電極部と前記引出部とが電気的に接続されている請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記第２接続部材は複数設けられ、前記複数の第２接続部材のうちの一部の前記第２接続部材は、前記孔又は前記溝に充填された前記導電性材料のみと接触している請求項５記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記第２接続部材は複数設けられ、前記複数の第２接続部材に対して共通の前記調整部材の前記上面に電気的に接続されている請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記圧力室は複数設けられ、該圧力室に対応して設けられる複数の前記圧電素子に形成されたそれぞれの前記第２電極部は、前記複数の第２電極部に対して共通の前記引出部に電気的に引き出されている請求項１〜７の何れかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記第１接続部材及び前記第２接続部材の先端の位置は、前記ヘッドチップが配置される方向に略等しい高さに配置されている請求項１〜８の何れかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記第１接続部材及び前記第２接続部材には、それぞれ導電性材料が塗布され、該導電性材料を介して、前記第１電極部の前記上面及び前記調整部材の前記上面と電気的に接続されている請求項１〜９の何れかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
ノズルから吐出されるインクが収容される圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、上面に第１電極部が形成されると共に、下面に第２電極部が形成された圧電素子と、前記第２電極部から前記圧電素子の外側に電気的に引き出された引出部とを有するヘッドチップと、
前記ヘッドチップの上方に配置され、前記ヘッドチップの前記第１電極部と電気的に接続される第１接続部材と、前記引出部を介して前記第２電極部と電気的に接続される第２接続部材とを有する配線基板と、
を備えるインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ヘッドチップに、前記圧力室に対応して、前記第１電極部と前記第２電極部を備えた前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
前記ヘッドチップに、前記引出部を形成する引出部形成工程と、
前記引出部に、前記第１電極部の高さと略等しい高さに配置された上面を備えると共に該上面が前記引出部と導通する調整部材を形成する調整部材形成工程と、
前記第１接続部材を前記第１電極部の上面に接触させることにより、前記第１電極部と電気的に接続させると共に、前記第２接続部材を前記調整部材の前記上面に接触させることにより、前記調整部材を介して前記第２電極部と電気的に接続させるように前記配線基板と前記ヘッドチップとを接合する接合工程と、
を有するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記調整部材は、前記引出部と導通する第３電極部を上面に設けた圧電素子によって形成され、
前記調整部材形成工程において、前記調整部材に用いられる前記圧電素子を、前記圧電素子形成工程によって前記圧力室に対応する前記圧電素子を形成する際に同時に形成する請求項１１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記圧電素子は薄膜ＰＺＴであり、該薄膜ＰＺＴをエッチングすることによって、前記圧力室に対応する前記圧電素子と、前記調整部材に用いられる前記圧電素子とを同時にパターン形成する請求項１２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記配線基板に、前記第１接続部材及び前記第２接続部材を、前記ヘッドチップが配置される方向に凸の形状となるように形成すると共に、先端の位置が、前記ヘッドチップが配置される方向に略等しい高さに配置されるように形成する接続部材形成工程を有する請求項１１、１２又は１３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【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ヘッドの製造方法に関し、詳しくは、ヘッドチップ上の電極と配線基板上の配線との電気的接続において、簡易な方法で接触面の高さを均一にすることで、確実な電気的接続を行うことができるようにしたインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットヘッドからインクを吐出して形成される画像について、高精度かつ高品質なものが求められている。例えば、記録媒体の幅方向に亘って複数の記録ヘッドを配置して形成されたラインヘッドを用い、記録媒体をラインヘッドの記録領域に搬送して画像を形成する場合、ラインヘッドに備えられるノズルに吐出不良が生じるとスジやムラが生じ、画像が劣化してしまう。従って、画像の劣化を防止し、高精度かつ高品質な画像を提供するためには、インクジェットヘッドに備えられる各々のノズルの吐出不良等を防止する必要がある。【０００３】
ノズルの吐出不良を防止する技術としては様々な技術が知られている。圧電素子の駆動によってノズルに連通する圧力室内のインクを加圧してインクを吐出させるインクジェットヘッドの場合、圧電素子を確実に駆動させるため、圧電素子の各々に確実に電力供給できることが必要である。このために、圧電素子を挟むように形成される駆動電位が入力される第１電極部（個別電極）とＧＮＤ電位が入力される第２電極部（共通電極）とを、圧電素子の上方に積層される配線基板の各配線と確実に電気的接続することが重要である。【０００４】
具体的には、圧電素子の第１電極部と配線基板の配線とを確実に接続させる技術として、例えば圧電素子を備えるヘッドチップと配線を備える配線基板との間を、圧電素子を取り囲むように形成された樹脂材料からなる隔壁部材によって一定間隔に保ち、配線基板の各配線と各圧電素子に形成された電極との間の電気的接続を、圧電素子に形成された電極表面に設けたバンプを配線と接触させることによって行うことが知られている（特許文献１）。【０００５】
また、圧電素子に形成された第１電極部にバンプを立てて配線基板の配線と接触させて電気的接続を行うことに加え、圧電素子に形成された第２電極部から電気的に引き出された引出部にもバンプを立て、配線基板の配線と接触させることで電気的接続させることも知られている（特許文献２）。【０００６】
特許文献２には、圧電素子に形成された第１電極部と第２電極部とを配線基板の配線と確実に電気的接続するために、第１電極部と配線が接触する位置と第２電極部と配線が接触する位置を同じ高さにすることによって、各電気的接続部位の接続状態が均一化され、部分的接触不良を防止できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−８３７０５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２/１７６８７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のいずれの技術も、圧電素子に形成された第１電極部にバンプを立てる構成であることから、配線基板を貼り合わせる際、電気的接続を確実にするために強い圧力で圧着させようとすると、第１電極部表面のバンプに圧力が集中して圧電素子を損傷させてしまう恐れがある。このため、圧着する際に高精度な圧力制御が要求されるという問題がある。【０００９】
また、特許文献２においても、接着樹脂層を介して圧電素子の第１電極部に設けられたバンプ及び第２電極部に設けられたバンプを配線基板の配線と接続させる構成であることから、圧着する際の圧力が均一でないと、接合される高さが均一とならず、電気的接続が不確実となる恐れがある。【００１０】
また、均一に圧力をかけた場合においても、第１電極部に設けられたバンプと第２電極部に設けられたバンプとは大きさや高さが異なるため、圧着する際の変形量が異なる恐れがある。しかし、変形量を考慮して圧力制御を行い、各々の接触面の高さを均一にすることは難しい。【００１１】
そこで、本発明は、ヘッドチップ上の電極と配線基板上の配線との電気的接続において、接触面の高さを均一にする簡易で新規な構成によって、確実な電気的接続を行うことができるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。【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、以下の発明によって解決される。【００１４】
１．ノズルから吐出されるインクが収容される圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、上面に第１電極部が形成されると共に、下面に第２電極部が形成された圧電素子と、前記第２電極部から前記圧電素子の外側に電気的に引き出された引出部とを有するヘッドチップと、
前記ヘッドチップの上方に配置され、前記ヘッドチップの前記第１電極部と電気的に接続されるスタッドバンプからなる第１接続部材と、前記引出部を介して前記第２電極部と電気的に接続されるスタッドバンプからなる第２接続部材とを有する配線基板と、
を備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記引出部に、前記第１電極部の高さと略等しい高さに配置された上面を備えると共に少なくとも該上面が前記引出部と導通している調整部材が設けられ、
前記配線基板の前記第１接続部材は、前記第１電極部の上面に接触することにより、該第１電極部と電気的に接続されると共に、前記第２接続部材は、前記調整部材の前記上面に接触することにより、該調整部材及び前記引出部を介して前記第２電極部と電気的に接続されるインクジェットヘッド。【００１５】
２．前記調整部材は、ポアソン比０．４以下の材料を用いて形成されている前記１記載のインクジェットヘッド。【００１６】
３．前記調整部材の前記上面は、前記圧力室に対応して設けられる前記圧電素子の上面の前記第１電極部の面積と同等以上の面積を有している前記１又は２記載のインクジェットヘッド。【００１７】
４．前記調整部材は、前記引出部と導通する第３電極部が上面に設けられた圧電素子によって形成されている前記１、２又は３記載のインクジェットヘッド。【００１８】
５．前記調整部材に用いられる前記圧電素子は、高さ方向に貫通した孔又は高さ方向に亘って切欠された溝を有し、
前記孔又は前記溝に導電性材料が充填されることにより、該導電性材料を介して前記第３電極部と前記引出部とが電気的に接続されている前記４記載のインクジェットヘッド。【００１９】
６．前記第２接続部材は複数設けられ、前記複数の第２接続部材のうちの一部の前記第２接続部材は、前記孔又は前記溝に充填された前記導電性材料のみと接触している前記５記載のインクジェットヘッド。【００２０】
７．前記第２接続部材は複数設けられ、前記複数の第２接続部材に対して共通の前記調整部材の前記上面に電気的に接続されている前記１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。【００２１】
８．前記圧力室は複数設けられ、該圧力室に対応して設けられる複数の前記圧電素子に形成されたそれぞれの前記第２電極部は、前記複数の第２電極部に対して共通の前記引出部に電気的に引き出されている前記１〜７の何れかに記載のインクジェットヘッド。【００２２】
９．前記第１接続部材及び前記第２接続部材の先端の位置は、前記ヘッドチップが配置される方向に略等しい高さに配置されている前記１〜８の何れかに記載のインクジェットヘッド。【００２３】
１０．前記第１接続部材及び前記第２接続部材には、それぞれ導電性材料が塗布され、該導電性材料を介して、前記第１電極部の前記上面及び前記調整部材の前記上面と電気的に接続されている前記１〜９の何れかに記載のインクジェットヘッド。【００２４】
１１．ノズルから吐出されるインクが収容される圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、上面に第１電極部が形成されると共に、下面に第２電極部が形成された圧電素子と、前記第２電極部から前記圧電素子の外側に電気的に引き出された引出部とを有するヘッドチップと、
前記ヘッドチップの上方に配置され、前記ヘッドチップの前記第１電極部と電気的に接続される第１接続部材と、前記引出部を介して前記第２電極部と電気的に接続される第２接続部材とを有する配線基板と、
を備えるインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ヘッドチップに、前記圧力室に対応して、前記第１電極部と前記第２電極部を備えた前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
前記ヘッドチップに、前記引出部を形成する引出部形成工程と、
前記引出部に、前記第１電極部の高さと略等しい高さに配置された上面を備えると共に該上面が前記引出部と導通する調整部材を形成する調整部材形成工程と、
前記第１接続部材を前記第１電極部の上面に接触させることにより、前記第１電極部と電気的に接続させると共に、前記第２接続部材を前記調整部材の前記上面に接触させることにより、前記調整部材を介して前記第２電極部と電気的に接続させるように前記配線基板と前記ヘッドチップとを接合する接合工程と、
を有するインクジェットヘッドの製造方法。【００２５】
１２．前記調整部材は、前記引出部と導通する第３電極部を上面に設けた圧電素子によって形成され、
前記調整部材形成工程において、前記調整部材に用いられる前記圧電素子を、前記圧電素子形成工程によって前記圧力室に対応する前記圧電素子を形成する際に同時に形成する前記１１記載のインクジェットヘッドの製造方法。【００２６】
１３．前記圧電素子は薄膜ＰＺＴであり、該薄膜ＰＺＴをエッチングすることによって、前記圧力室に対応する前記圧電素子と、前記調整部材に用いられる前記圧電素子とを同時にパターン形成する前記１２記載のインクジェットヘッドの製造方法。【００２７】
１４．前記配線基板に、前記第１接続部材及び前記第２接続部材を、前記ヘッドチップが配置される方向に凸の形状となるように形成すると共に、先端の位置が、前記ヘッドチップが配置される方向に略等しい高さに配置されるように形成する接続部材形成工程を有する前記１１、１２又は１３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す断面図
【図２】インクジェットヘッドのヘッドチップの平面図
【図３】インクジェットヘッドの部分拡大断面図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は配線基板の第２接続部材と調整部材との接続構成の他の態様を示す断面図
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する図
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明する図
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図
【図８】本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図
【図９】調整部材の他の態様を示す部分平面図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００３０】
（インクジェットヘッド）
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す断面図、図２はインクジェットヘッドのヘッドチップの平面図、図３はインクジェットヘッドの部分拡大断面図である。
【００３１】
インクジェットヘッド１は、ヘッドチップ１０と配線基板２０とが、両者の間にスペーサー基板３０を介して積層一体化されている。配線基板２０の上面には、内部がインク貯留室４１である箱型形状のマニホールド４０が設けられている。
【００３２】
なお、本発明において「上」又は「下」を示す場合、図１、図３におけるインクジェットヘッド１の状態を基準にして、図１、図３中に矢印で示すＺ方向を「下」とし、その反対の方向を「上」とする。従って、「上方」は、インクジェットヘッド１においてＺ方向と反対の方向であり、「下方」は、Ｚ方向に沿う方向である。また、「上面」は、インクジェットヘッド１においてＺ方向と反対の方向に向けて配置される面であり、「下面」は、Ｚ方向に向けて配置される面である
【００３３】
ヘッドチップ１０は、図３中の下から順に積層されたノズルプレート１１、中間プレート１２、圧力室プレート１３、振動板層１４によって構成されている。
【００３４】
圧力室プレート１３は、例えばＳｉ（シリコン）基板によって形成されている。圧力室プレート１３には、ノズルプレート１１に形成されたノズル１１１から吐出されるインクが収容される圧力室１３１が形成されている。圧力室１３１の数は特に問わず、少なくとも１つあればよい。本実施形態では複数の圧力室１３１を有するインクジェットヘッド１を例示している。
【００３５】
複数の圧力室１３１は、ヘッドチップ１０を平面視した場合に、該ヘッドチップ１０のＸＹ方向（図２参照）に配列されている。圧力室１３１は、圧力室プレート１３を貫通するように形成されている。従って、圧力室１３１の上壁は振動板層１４によって形成され、下壁は中間プレート１２によって形成されている。
【００３６】
振動板層１４は、例えばＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）によって形成されている。振動板層１４には、圧力室１３１に対応して、ヘッドチップ１０の上面に開口するインク流入口１３２が設けられている。
【００３７】
中間プレート１２は、例えばガラス基板によって形成されている。中間プレート１２には、圧力室１３１に対応して、圧力室１３１の内部と連通する複数の連通路１２１が形成されている。
【００３８】
ノズルプレート１１は、例えばＳｉ基板によって形成されている。ノズルプレート１１には、中間プレート１２の各連通路１２１に対応して、複数のノズル１１１が、ノズルプレート１１の下面に開口するように形成されている。従って、本実施形態に示すインクジェットヘッド１は、ノズル１１１から下方に向けてインクを吐出する。
【００３９】
ヘッドチップ１０の上面に、圧電素子１５が設けられている。圧電素子１５は、各圧力室１３１に対応して、該圧力室１３１の上壁を構成している振動板層１４の上面に配置されている。本実施形態に示す圧電素子１５は、薄膜ＰＺＴによって所定の厚みで形成されている。薄膜ＰＺＴは、フォトリソグラフィー技術を利用してエッチングすることができるので、所定パターンで配列された複数の圧電素子１５を簡単に形成することができる。
【００４０】
圧電素子１５には、第１電極部１５１と第２電極部１５２とがそれぞれ形成されている。第１電極部１５１は、圧電素子１５毎に個別に設けられる個別電極であり、圧電素子１５の上面に形成されている。第２電極部１５２は、複数の圧電素子１５に共通に設けられるＧＮＤ用の共通電極であり、圧電素子１５の下面に形成されている。第２電極部１５２は、振動板層１４の上面に形成され、この第２電極部１５２の上面に圧電素子１５が載置されている。
【００４１】
これにより、第１電極部１５１の上面は、所定の高さＨ１（図３参照）に配置されている。なお、本発明において第１電極部１５１の上面が配置される高さＨ１は、圧電素子１５の真下の振動板層１４の上面を基準として、該上面から第１電極部１５１の上面までの高さと定義する。第１電極部１５１の上面にはバンプは設けられていない。
【００４２】
第２電極部１５２は、圧電素子１５の形成領域の外側に大きくはみ出すように形成されている。具体的には、第２電極部１５２は、図２に示すヘッドチップ１０のＹ方向に配置される端部と、その反対方向に配置される端部とに向けて、圧電素子１５の形成領域の外側にはみ出すように形成されている。これにより、振動板層１４の上面に、第２電極部１５２と同じ電極膜からなる引出部１５３が形成されている（図３参照）。すなわち、第２電極部１５２は、振動板層１４の上面において、引出部１５３によって、圧電素子１５の形成領域の外側に電気的に引き出されている。
【００４３】
また、第２電極部１５２は、複数の圧電素子１５に共通の引出部１５３に電気的に引き出されている。これにより、複数の圧電素子１５に形成された第２電極部１５２を引出部１５３にまとめることができるため、複数の第２電極部１５２に対する電気的接続を簡略化できる。
【００４４】
引出部１５３の上面に、調整部材１６が設けられている。調整部材１６は、引出部１５３と後述する配線基板２０の接続部材との導通を図るための電気的接続部位の高さを調整する部材である。例えば本実施形態に示す調整部材１６は、ヘッドチップ１０の両端部近傍に引き出された引出部１５３の上面に、図２に示すＸ方向に沿って延びるように形成されている。
【００４５】
調整部材１６は、引出部１５３の上面に単一部材によって形成されるものであってもよいし、引出部１５３の上面に複数の層が積層されることによって形成されるものであってもよい。
【００４６】
ヘッドチップ１０の両端部近傍の各調整部材１６は、それぞれＸ方向に２つに分割されている。これにより、調整部材１６が長尺化しすぎることによる変形や破損を防止している。しかし、本発明において調整部材１６は少なくとも１つあればよい。
【００４７】
調整部材１６は、ポアソン比が０．４以下の材料を使用して形成されていることが好ましい。圧電素子１５のポアソン比は一般に０．３程度であり、また、後述する配線基板２０の第１接続部材２５及び第２接続部材２６として一般に使用される金バンプのポアソン比が０．４４程度であるため、圧電素子１５と調整部材１６に対して、これと電気的に接続される第１接続部材２５及び第２接続部材２６の方を潰れ易くすることができる。これにより、電気的接続の信頼性の向上と圧電素子１５に掛かる負荷の軽減を図ることができる。
【００４８】
調整部材１６に使用される上記材料のポアソン比は、圧電素子１５との関係でより好ましい値が規定される。すなわち、調整部材１６は、圧電素子１５と同程度のポアソン比を有する材料を使用することがより好ましい。これにより、圧電素子１５の第１電極部１５１の上面と調整部材１６の上面に対してそれぞれ第１接続部材２５及び第２接続部材２６が電気的に接続される際、両接続部材２５、２６の潰れ具合を同程度にすることができる。従って、圧電素子１５と調整部材１６に掛かる圧力をほぼ均一にすることができ、電気的接続の信頼性をさらに向上させ、圧電素子１５に掛かる負荷をさらに軽減することができる。
【００４９】
本実施形態に示す調整部材１６は、圧力室１３１毎に設けられた圧電素子１５と同一材料の圧電素子、すなわち薄膜ＰＺＴを用いて形成された好ましい態様を例示している。これにより、調整部材１６に使用される材料と圧電素子１５のポアソン比を容易に同程度にすることができる。また、両者を同一工程でパターン形成することが可能である。
【００５０】
本実施形態に示す調整部材１６は、圧電素子の上面に第３電極部１６１が設けられることによって形成されている。第３電極部１６１は、圧電素子１５の上面に第１電極部１５１を形成する際、同一工程で形成することができる。具体的には、圧電素子１５と調整部材１６は、第１電極部１５１と第３電極部１６１を含めて、同一工程でパターン形成されている。
【００５１】
なお、圧電素子１５の上面には第１電極部１５１が設けられ、調整部材１６も上面に第３電極部１６１を有しているが、これら電極部１５１、１６１は、その下の圧電素子に比べて十分に薄い薄膜状に形成されるため、配線基板２０の第１接続部材２５及び第２接続部材２６が第１電極部１５１及び第３電極部１６１に電気的に接続される場合の圧電素子１５と調整部材１６の硬さ（ポアソン比）において、これら電極部１５１、１６１の存在は無視することができる。
【００５２】
調整部材１６の上面は、第１電極部１５１の上面の高さＨ１と略等しくなるように配置されている。両者を同一工程でパターン形成すれば、両者の上面の高さが略等しい高さに配置されるように形成することが容易である。従って、配線基板２０の配線と電気的に接続されるヘッドチップ１０上の第１電極部１５１の上面と第３電極部１６１の上面の高さを簡易な方法で均一にすることができる。
【００５３】
なお、本発明において調整部材１６の上面の高さは、圧電素子１５の真下の振動板層１４の上面の高さを基準として、該上面の高さから調整部材１６の第３電極部１６１の上面までの高さと定義する。第３電極部１６１の上面にはバンプは設けられていない。
【００５４】
ここで、調整部材１６の上面の高さが第１電極部１５１の上面の高さＨ１と「略等しい」とは、両者の間に、本発明の課題を解決できる程度に高さのばらつきを有していてもよいことをいう。具体的には、第１電極部１５１の上面の高さＨ１の値から調整部材１６の上面の高さの値を減じた値が、第１電極部１５１の上面の高さＨ１の値±３％以内であることをいう。もちろん、調整部材１６の上面の高さは、第１電極部１５１の上面の高さＨ１と等しいことが好ましい。
【００５５】
なお、圧電素子１５及び調整部材１６がそれぞれ複数である場合、第１電極部１５１及び調整部材１６のそれぞれの上面の高さは、それぞれの平均値をいう。
【００５６】
図２に示すように、調整部材１６の上面は十分に大きい面積を有している。具体的には、調整部材１６の上面の第３電極部１６１は、１つの圧電素子１５の上面の第１電極部１５１の面積と同等以上の面積を有している。これにより、後述する配線基板２０の接続部材との電気的接続を行う際のＸＹ方向の位置決めが容易になり、配線基板２０の接合作業を楽に行うことができる。
【００５７】
調整部材１６の少なくとも一部に、調整部材１６を上下に貫通する貫通孔１６２が形成されている。これにより、貫通孔１６２の内部に引出部１５３が臨んでいる。そして、貫通孔１６２内に導電性材料１６３が十分な量で充填されている。導電性材料１６３は、好ましくは、充填時にはペースト状で、充填後に加熱によって硬化する導電性材料であり、より好ましくは導電性接着剤である。
【００５８】
充填された導電性材料１６３の一部は、貫通孔１６２から盛り上がるように溢れ出し、貫通孔１６２の周囲の第３電極部１６１上に広がっている。これにより、導電性材料１６３を介して、第３電極部１６１と引出部１５３とが導通している。引出部１５３は、圧電素子１５の下面の第２電極部１５２と導通しているため、第３電極部１６１は引出部１５３を介して第２電極部１５２と導通する。なお、貫通孔１６２内に充填された導電性材料１６３は、配線基板２０の接合後に硬化される。
【００５９】
配線基板２０は、例えばＳｉ基板からなる基板本体２１を有し、この基板本体２１の下面に、複数の圧電素子１５の第１電極部１５１に対して個別に電気的接続するための第１配線２２と、複数の圧電素子１５の第２電極部１５２に対して共通に電気的接続するための第２配線２３とを有している。
【００６０】
第１配線２２は、基板本体２１を貫通する貫通配線部２２１を介して、基板本体２１の上面に引き出され、第１の上部配線部２２２に電気的に接続されている。また、第２配線２３は、基板本体２１を貫通する貫通配線部２３１を介して、基板本体２１の上面に引き出され、第２の上部配線部２３２に電気的に接続されている。第１の上部配線部２２２及び第２の上部配線部２３２は、配線基板２０の端部において、図１に示すＦＰＣ５０と電気的に接続される。
【００６１】
図３において、符号２４は、基板本体２１の上面及び下面に設けられ、第１配線２２、第２配線２３、第１の上部配線部２２２、第２の上部配線部２３２を保護するための、例えばＳｉＯ２やポリイミドからなる保護層である。
【００６２】
配線基板２０の下面には、第１接続部材２５と第２接続部材２６が設けられている。第１接続部材２５は、ヘッドチップ１０上の第１電極部１５１と接続される電気的接続部材であり、第２接続部材２６は、ヘッドチップ１０上の第３電極部１６１及び引出部１５３を介して第２電極部１５２と接続される電気的接続部材である。これら第１接続部材２５及び第２接続部材２６が設けられる部位の保護膜２４は除去され、第１配線２２及び第２配線２３が配線基板２０の下面に露出している。第１接続部材２５は第１配線２２と導通し、第２接続部材２６は第２配線２３と導通している。
【００６３】
第１接続部材２５及び第２接続部材２６は、配線基板２０の下面からヘッドチップ１０が配置される方向であるＺ方向に凸の形状に形成されている。また、第１接続部材２５の先端の位置と第２接続部材２６の先端の位置は、ヘッドチップ１０が配置される方向であるＺ方向に略等しい高さＨ２（図３参照）となるように配置されている。このため、ヘッドチップ１０上の第１電極部１５１及び第３電極部１６１との電気的接続をより容易に行うことができる。
【００６４】
なお、第１接続部材２５と第２接続部材２６のそれぞれの先端の位置の高さは、第１の接続部材２５と第１配線２２の下面との接触面を基準として、該接触面から第１接続部材２５と第２接続部材２６のそれぞれの先端の位置までの高さと定義する。
【００６５】
ここで、第１接続部材２５の先端の位置と第２接続部材２６の先端の位置とが「略等しい」とは、両者の間に、本発明の課題を解決できる程度に高さのばらつきを有していてもよいことをいう。具体的には、第１接続部材２５の先端の位置の高さから第２接続部材２６の先端の位置の高さを減じた値が、第１接続部材２５の先端の位置の高さの±１０％以内であることをいう。もちろん、第１の接続部材２５と第２の接続部材２６の先端の位置の高さは等しいことが好ましい。
【００６６】
なお、第１の接続部材２５及び第２の接続部材２６がそれぞれ複数である場合、第１の接続部材２５及び第２の接続部材２６のそれぞれの先端の位置の高さは、それぞれの平均値をいう。
【００６７】
第１接続部材２５及び第２接続部材２６は、導電部材によって形成されている。導電部材は、好ましくはバンプであり、より好ましくはスタッドバンプである。スタッドバンプは、例えばＡｕ等の金属細線の先端を放電溶融して形成した金属ボールを、熱と超音波によって第１配線２２及び第２配線２３の表面に接合させ、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、所定の突出高さで形成される。これにより、スタッドバンプは、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。また、スタッドバンプの先端部側は、肩部から突出する金属細線の一部によって形成された突起部を有している。突起部は、容易に塑性変形可能であるため、圧電素子が破損する恐れがない。スタッドバンプは、金属ボールの大きさを可変することによって、様々な肩部の高さのバンプを容易に形成することができるが、スタッドバンプの大きさにより、先端部及び肩部の大きさが異なるため、塑性変形の程度が異なる。したがって、電気的接続を行う際に第１接続部材と第２接続部材の塑性変形を同程度としてより確実に電気的接続を行う観点から、第１接続部材及び第２接続部材の大きさを同程度とすることが好ましい。なお、スタッドバンプの先端の位置とは、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の位置である。
【００６８】
第１接続部材２５及び第２接続部２６には、図３に示すように、それぞれ導電性材料２５１、２６１が塗布されていることが好ましい。これにより、第１接続部材２５及び第２接続部２６の相互間の高さに僅かに誤差があっても、その誤差を吸収でき、第１接続部材２５と第１電極部１５１及び第２接続部２６と第３電極部１６１との電気的接続をより確実にすることができる。また、電気的接続の際に過度の圧力をかける必要もない。
【００６９】
導電性材料２５１、２６１は、好ましくは、塗布時にはペースト状で、塗布後に加熱によって硬化する導電性材料であり、より好ましくは導電性接着剤である。導電性接着剤を用いることにより、第１接続部材２５と第１電極部１５１及び第２接続部２６と第３電極部１６１との電気的接続と同時に接着を行うことができる。このため、ヘッドチップ１０と配線基板２０との接続を含むインクジェットヘッド１の製造工程をより簡易なものとすることができる。
【００７０】
なお、図３において、符号２７は、インク貯留室４１（図１参照）内のインクを、配線基板２０を貫通してヘッドチップ１０の各圧力室１３１に供給するためのインク流路である。
【００７１】
スペーサー基板３０は、ヘッドチップ１０と配線基板２０との間隔を所定の間隔に維持し、両者の間に圧電素子１５と第１接続部材２５及び調整部材１６と第２接続部材２６の接続領域を確保する。この接続領域を確保するため、スペーサー基板３０は、ヘッドチップ１０上の圧電素子１５の配設位置に応じて形成された開口部３１と、調整部材１６の配設位置に応じて形成された開口部３２とを有している。
【００７２】
開口部３１、３２は、図３に示すように、スペーサー基板３０を貫通している。ヘッドチップ１０の圧電素子１５及び配線基板２０の第１接続部材２５は開口部３１内に収容され、ヘッドチップ１０の調整部材１６及び配線基板２０の第２接続部材２６は開口部３２内に収容されている。
【００７３】
本実施形態に示すヘッドチップ１０には、図２に示すように、Ｘ方向に配列された８つの圧電素子１５がＹ方向に４列に配列されている。一つの開口部３１は、Ｘ方向に配列された８つの圧電素子１５を含む大きさに形成されている。従って、開口部３１はＹ方向に４つ配列されている。また、開口部３２は、ヘッドチップ１０の各端部近傍の２つずつの調整部材１６を含む大きさにそれぞれ形成されている。
【００７４】
また、スペーサー基板３０には、ヘッドチップ１０の上面に開口するインク流入口１３２と配線基板２０に形成されたインク流路２７とを連通させる貫通孔３３が形成されている。
【００７５】
スペーサー基板３０の材質は特に問わない。ここでは４２アロイ（４２Ｎｉ）からなる合金を用いている。スペーサー基板３０には、適宜の表面処理、例えば絶縁処理、防錆処理等が施されている。
【００７６】
図２において、符号３４は、スペーサー部材３０を挟んでヘッドチップ１０と配線基板２０とが接合された際、開口部３１、３２内の空気を外部に逃がすための空気逃がし溝である。また、符号３５は、スペーサー基板３０を不図示の移動装置によって移動する際に吸着するための吸着溝である。空気逃がし溝３４及び吸着溝３５は、スペーサー基板３０の上面から、スペーサー基板３０を貫通しない程度の深さで形成されている。
【００７７】
ヘッドチップ１０と配線基板２０は、スペーサー基板３０を挟んで接合されている。この接合によって、圧電素子１５の第１電極部１５１上に配線基板２０の第１接続部材２５が接触して電気的に接続されると同時に、調整部材１６の第３電極部１６１上に配線基板２０の第２接続部材２６が接触して電気的に接続される。
【００７８】
このとき、圧電素子１５の第１電極部１５１の上面と調整部材１６の第３電極部１６１の上面は、略等しい高さＨ１に配置されているため、両者の接触面の高さはほぼ均一である。また、第１電極部１５１及び第３電極部１６１の上面にバンプは設けられていない。従って、ヘッドチップ１０と配線基板２０との圧着時に、第１電極部１５１及び第３電極部１６１に対して不均一な圧力がかかることがない。これにより、圧電素子１５等の破損を防止するために高精度な圧力制御を行う必要はなく、確実な電気的接続を容易に行うことができる。
【００７９】
また、第１接続部材２５の先端の位置と第２接続部材２６の先端の位置も略等しい高さＨ２に配置されているため、確実な電気的接続をさらに容易に行うことができる。
【００８０】
一つの調整部材１６の第３電極部１６１と電気的に接続される第２接続部材２６は、図４（ａ）に示すように、複数であることが好ましい。複数の第２接続部材２６を使用することで、電流密度を下げることができる。また、第２接続部材２６と第３電極部１６１との圧着時の圧力が１点に集中することを回避できる。
【００８１】
また、複数の第２接続部材２６のうちの一部の第２接続部材２６は、図４（ｂ）に示すように、貫通孔１６２に充填された導電性材料１６３のみと接触して電気的に接続されるように配置させることも好ましい。一部の第２接続部材２６を硬化前の導電性材料１６３と接触させることで、第２接続部２６と第３電極部１６１との電気的接続と同時に、第２接続部２６と第３電極部１６１との間の確実な固定を行うことができる。
【００８２】
さらに、図４（ｃ）に示すように、第２接続部材２６を第３電極部１６１の上面に接触させることに加えて、配線基板２０の第２配線２３を調整部材１６上の導電性材料１６３と直接接触させて電気的に接続するようにしてもよい。この場合、第２配線２３を覆っている保護層２４の除去部２４１を形成し、導電性材料１６３に対応する部位の第２配線２３を露出させておく。また、導電性材料１６３は、第２接続部２６と第３電極部１６１とが電気的に接続された際、除去部２４１内に露出する第２配線２３と接触し得る十分な高さに形成される。
【００８３】
（インクジェットヘッドの製造方法）
次に、インクジェットヘッドの製造方法の一例について、図５〜図８を用いて説明する。
【００８４】
まず、配線基板２０について説明する。
【００８５】
従来公知の方法によって基板本体２１に第１配線２２及び第２配線２３が形成された配線基板２０を用意する（図５（ａ））。
【００８６】
そして、配線基板２０の下面に露出させた第１配線２２と第２配線２３の各々に、スタッドバンプによって第１接続部２５及び第２接続部２６を形成する（図５（ｂ））。具体的には、ヘッドチップ１０が配置される方向に凸の形状を有し、且つ、第１接続部２５の先端の位置と第２接続部２６の先端の位置とが、ヘッドチップ１０が配置される方向であるＺ方向に略等しい高さＨ２に配置されるように、第１接続部材２５及び第２接続部材２６を形成する（接続部材形成工程）。
【００８７】
スタッドバンプを形成した後、図５（ｃ）に示すように、第１接続部材２５と第２接続部材２６の各々に導電性材料２５１、２６１を塗布する。
【００８８】
導電性材料２５１、２６１の塗布は、例えば次のようにして行うことができる。まず、ガラス基板上に所定の厚みで導電性材料の膜を形成する。そして、配線基板２０をガラス基板上に重ね合わせ、第１接続部材２５及び第２接続部材２６の先端を導電性材料の膜と接触させる。その後、配線基板２０とガラス基板とを離すことで、第１接続部材２５及び第２接続部材２６の先端にガラス基板上の導電性材料を転写する。これによれば、複数の第１接続部材２５及び複数の第２接続部材２６の先端に、一括して導電性材料を塗布することができる。
【００８９】
次に、ヘッドチップ１０について説明する。
【００９０】
まず、従来公知の方法によって、ノズルプレート１１、中間プレート１２、圧力室プレート１３、振動板層１４を積層したヘッドチップ１０を用意する（図６（ａ））。
【００９１】
そして、このヘッドチップ１０の振動板層１４の上面に、第２電極部１５２を積層する。第２電極部１５２は例えばスパッタリング法によって所定のパターンとなるように形成することができる。このとき、第２電極部１５２のパターンをヘッドチップ１０の両端部近傍まで延長することにより、第２電極部１５２から圧電素子１５の形成領域の外側に電気的に引き出される引出部１５３を同時に形成する（引出部形成工程；図６（ｂ））。これにより、引出部形成工程を簡略化することができる。
【００９２】
次いで、第２電極部１５２の上面に圧電素子１５と、引出部１５３の上面に調整部材１６をそれぞれ積層する。具体的には、第２電極部１５２の上面に薄膜ＰＺＴを所定の厚みで積層し、さらに、この薄膜ＰＺＴの上面の全面に第１電極部１５１となる電極膜を所定の厚みで積層する。薄膜ＰＺＴと電極膜は、引出部１５３の上面にも同時に積層される。
【００９３】
その後、電極膜を、図２に示す圧電素子１５と調整部材１６の配置態様及び形状となるようにエッチングすることにより、第１電極部１５１及び第３電極部１６１をパターン形成する。そして、第１電極部１５１及び第３電極部１６１をマスクとして、薄膜ＰＺＴをエッチングすることにより、圧力室１３１上の圧電素子１５と、引出部１５３上の調整部材１６を形成する（圧電素子形成工程、調整部材形成工程；図６（ｃ））。
【００９４】
これにより、ヘッドチップ１０の上面に、圧力室１３１に対応して、第２電極部１５２上の圧電素子１５及び第１電極部１５１と、引出部１５３上の調整部材１６とが同一工程で同時に形成される。このため、製造工程を簡略化できると共に、第１電極部１５１の上面と第３電極部１６１の上面の高さが略等しい高さＨ１に揃えられた圧電素子１５と調整部材１６を容易に形成することができる。
【００９５】
次いで、ヘッドチップ１０の上面にスペーサー基板３０を接合する（図７（ａ））。スペーサー基板３０には、予め開口部３１、３２及び貫通孔３３が形成されている。ヘッドチップ１０の圧電素子１５及び調整部材１６は開口部３３、３２に収容され、貫通孔３３はインク流入孔１３２と連通される。
【００９６】
その後、調整部材１６の貫通孔１６２内に、例えばニードル６０を用いて導電性材料１６２を充填する（図７（ｂ））。導電性材料１６２を十分な量で充填することにより、貫通孔１６２の上端から盛り上がるように溢れ出させ、貫通孔１６２の周囲の第３電極部１６１上に広げることができる。
【００９７】
これにより、導電性材料１６３を介して、第３電極部１６１と引出部１５３とを容易に導通させることができる。また、調整部材１６は開口部３２内に配置されているため、調整部材１６の周囲はスペーサー部材３０によって囲まれている。これにより、導電性材料１６２が調整部材１６の上面から溢れ出しても、開口部３２内にとどめることができ、ショートを発生させるおそれはない。
【００９８】
次いで、ヘッドチップ１０とスペーサー基板３０との積層物に、その上方から配線基板２０を接合する（接合工程；図８）。このとき、配線基板２０の第１接続部材２５は圧電素子１５上の第１電極部１５１と接触し、第２接続部材２６は調整部材１６の第３電極部１６１と接触し、それぞれ電気的に接続される。
【００９９】
ヘッドチップ１０において、圧電素子１５上の第１電極部１５１の上面と調整部材１６の第３電極部１６１の上面は略等しい高さであり、また、配線基板２０において、第１接続部材２５の先端の位置と第２接続部材２６の先端の位置は略等しい高さであるため、これらの接触面の高さはほぼ均一になる。従って、ヘッドチップ１０と配線基板２０とを圧着した時、各電気的接続部位に不均一な圧力がかかることがない。これにより、圧電素子１５等の破損を防止するために高精度な圧力制御を行う必要はなく、確実な電気的接続をより容易に行うことができる。
【０１００】
その後、配線基板２０の上面に、配線基板２０の上面に開口する全てのインク供給孔２７が、マニホールド４０内のインク貯留室４１に臨むように、図１に示したマニホールド４０を接合する。これにより、インク貯留室４１から全ての圧力室１３１に共通にインクが供給されるインクジェットヘッド１が完成する。
【０１０１】
（調整部材の他の態様）
以上説明した調整部材１６は、貫通孔１６２を形成したが、貫通孔１６２に代えて、図９に示すように、調整部材１６の側面から内方に向けて凹となるように、調整部材１６の高さ方向に亘って切欠された溝１６４を形成してもよい。この場合、導電性材料１６３は、引出部１５３と第３電極部１６１とを電気的に接続するように、溝１６４内に充填される。
【０１０２】
また、圧電素子１５は、予め所定の大きさ及び厚みで形成されたバルクの圧電素子であってもよい。バルクの圧電素子は、振動板層１４上の圧力室１３１に対応する位置にそれぞれ個別に貼着される。この場合、調整部材１６に使用される圧電素子も、予め圧電素子１５と同一の厚みに形成されたバルクの圧電素子を使用し、引出部１５３の上面に貼着することによって調整部材１６が形成されるようにすることが好ましい。これにより、圧電素子１５の第１電極部１５１の上面の高さと調整部材１６の上面の高さを略等しい高さに容易に合わせることができる。
【０１０３】
また、調整部材１６を単一部材とする場合、全体を金属によって形成することもできる。例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属を用いて所定の厚み、所定の形状で形成された金属材を引出部１５３上に積層することによって、調整部材１６自体を引出部１５３と導通させることができる。引出部１５３の上面に金属材を設けた後に、圧電素子１５の上面と略等しい高さとなるように研摩することによって、調整部材１６の上面の高さを圧電素子１５の第１電極部１５１の上面の高さと略等しくなるように調整することができる。調整部材１６の全体を金属によって形成することにより、導電性材料１６３を充填する作業を不要にすることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１：インクジェットヘッド
１０：ヘッドチップ
１１：ノズルプレート
１１１：ノズル
１２：中間プレート
１２１：連通路
１３：圧力室プレート
１３１：圧力室
１３２：インク流入孔
１４：振動板層
１５：圧電素子
１５１：第１電極部
１５２：第２電極部
１５３：引出部
１６：調整部材
１６１：第３電極部
１６２：貫通孔
１６３：導電性材料
１６４：溝
２０：配線基板
２１：基板本体
２２：第１配線
２２１：貫通配線部
２２２：第１の上部配線部
２３：第２配線
２３１：貫通配線部
２３２：第２の上部配線部
２４：保護層
２４１：除去部
２５：第１接続部材
２５１：導電性材料
２６：第２接続部材
２６１：導電性材料
２７：インク供給孔
３０：スペーサー基板
３１、３２：開口部
３３：貫通孔
３４：空気逃がし溝
３５：吸着溝
４０：マニホールド
４１：インク貯留室
５０：ＦＰＣ
６０：ニードル
【図１】
2016047178.tif 000003
【図２】
2016047178.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2016047178.tif 000013
2016047178.tif 000014
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