JP3459726B2

JP3459726B2 - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

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Publication number: JP3459726B2
Application number: JP15411496A
Authority: JP
Inventors: 博和小室
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 2003-10-27
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: JPH10776A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体をオリフィス
から噴射して液滴を形成するインクジェット記録ヘッド
に関する。特に、インクジェット記録ヘッド用基板と前
記基板に電気的に接続される外部配線板とを備え、前記
基板と前記外部配線板との電気接続を前記基板の電極上
に形成されたバンプにより、外部配線板の電極と接合す
ることによって、電気的接合をするインクジェット記録
ヘッドにおいて、前記バンプ形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のインクジェット記録ヘッドに関
し、例えば特開昭５４−５１８３７号公報に記載されて
いるインクジェット記録法は、熱エネルギーを液体に作
用させて、液滴吐出の源動力を得るという点において、
他のインクジェット記録方法とは異なる特徴を有してい
る。

【０００３】即ち、上述の公報に開示されている記録法
は、熱エネルギーの作用を受けた液体が加熱されて気泡
を発生し、この気泡発生に基づく作用力によって、記録
ヘッド部先端のオリフィスから液滴が形成され、この液
滴が被記録部材に付着して情報の記録が行われるという
ことを特徴としている。

【０００４】この記録法に適用される記録ヘッドは、一
般に液体を吐出するために設けられたオリフィスと、こ
のオリフィスに連通し、液滴を吐出するための熱エネル
ギーが液体に作用する部分である熱作用部を構成の一部
とする液流路とを有する。そして、熱作用部は、熱エネ
ルギーを発生する手段である熱変換体としての発熱抵抗
層とそれをインクから保護する上部保護層と蓄熱するた
めの下部層を具備している。

【０００５】さらに、特開昭５９−９５１５４号公報に
述べられているように、オリフィスプレートを基板に貼
り付けることによって、熱作用部面から垂直に吐出する
タイプのヘッドが提案されている。図３は熱作用部面か
ら垂直に吐出するタイプのヘッド用基板の一般的な構成
を示したものである。図４は図３のＡ−Ａ’線断面を示
したものである。

【０００６】即ち、図３及び図４に示すように、シリコ
ン製の基板の中央にインク供給口１０３が長穴の形状で
開いており、この基板上には複数の発熱抵抗体（不図
示）がインク供給口１０３とほぼ等間隔になるようにイ
ンク供給口１０３の両側に並んでいる。このような発熱
抵抗体を形成した基板はヒーターボード１００と呼ばれ
ている。そして、インクはヒータボード１００のインク
供給口１０３から供給される。

【０００７】ヒーターボード１００の外部には、発熱抵
抗体（不図示）に電力を供給するための配線（不図示）
が引き回されていて、発熱抵抗体（不図示）の列と同じ
方向でヒーターボード１００上の両端に設置されている
外部取り出し電極パット１０１と結線されている。そし
て、このようなヒーターボード１００上にオリフィスプ
レート１０７を貼り付けて、図３に示したようにヘッド
が完成する。

【０００８】ところで、このようなタイプの記録ヘッド
において外部取り出し電極パットと外部配線を結線する
方法として、特開昭６１−１６８６２号公報に示されて
いるように、電極パット１０１を有する実装部の紙間距
離を狭めるため、外部取り出しパット上にバンプを形成
し、外部配線板との間を薄い板上の部材によって、電気
接合することが知られている（ＴＡＢ実装法と呼ばれて
いる）。

【０００９】ここで外部配線板としては、ポリイミドテ
ープ上に銅箔を接着し、パターニングし銅箔をリード線
として外部配線とヒーターボードの電極パットとの電気
接続部材として使用するのが一般的である。この外部配
線板をＴＡＢテープと呼んでいる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のＴ
ＡＢ実装法で実装を行った場合には次のような問題点が
生じる。図５及び図６は従来技術における問題点を説明
するための図である。

【００１１】図５に示すようにＴＡＢテープのリード線
（以下、「ＴＡＢリード」称す）１０５とヒーターボー
ド１００とが図５のＡの部分で接触しＴＡＢリード１０
５とヒーターボード１００が電気的にショートする問題
が発生することがしばしばあった。そのため通常、図６
に示すようにＴＡＢリード１０５をフォーミング加工し
ヒーターボード１００とＴＡＢリード１０５が接触する
のを防いでいる。

【００１２】このようにＴＡＢリード１０５をフォーミ
ング加工すると、図５に示すように、樹脂封止後の実装
部分の高さが高くなるため吐出口と紙の間が大きくな
り、印字品位が悪くなってしまう。

【００１３】この吐出口と紙の間の距離が大きくなると
印字品位が悪くなってしまう理由として、吐出口と紙の
間の距離が大きい場合に吐出方向がノズルによって少し
でも異なっていると紙上のインクの着弾点が大きく異な
ってしまったり、吐出して飛んでいる時間が長いので外
部の影響（風など）を大きく受けるなどによって、印字
品位が落ちてしまう。

【００１４】しかもＴＡＢリードのフォーミング加工は
機械加工であるので、加工精度が出にくく、加工量（図
４のＬｆの寸法）を０．２ｍｍ以上でなければならなか
った。そして、結果的に、吐出口と紙の間の距離が大き
くなってしまい、印字品位を低下させていた。

【００１５】また、電極パット上のバンプの高さを高く
する方法が考えられるが、従来の電極パットを形成する
手段として、メッキ法で形成する方法ではパットの高さ
が０．０３ｍｍ（３０μ）以上になるとメッキの残留応
力によって、バンプが剥離するなどの問題があり、高く
することは不可能であった。

【００１６】このように、吐出口と紙の間の距離を小さ
くし、且つ、ＴＡＢリードとヒーターボードが接触しＴ
ＡＢリードとヒータボードが電気的にショートする問題
の両方とも解決できる方法がなかった。

【００１７】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑み、吐出口と紙の間の距離を小さくし、且つ、ＴＡＢ
リードとヒーターボードの接触を防止することができる
製法によるインクジェット記録ヘッドを提供することを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、一面に複数の発熱抵抗体を配設した基板
と、該基板上に設けられインクを吐出する吐出口を有す
るオリフィスプレートと、前記基板に電気的に接続され
るリード線を有する外部配線板と、を備え、前記基板と
前記外部配線板とを前記基板の電極上に形成したバンプ
により前記外部配線板のリード線と電気的に接合して構
成した、前記吐出口が前記発熱抵抗体に対して対向して
設けられるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記バ
ンプはワイヤーの先端を溶融させ、ボール状部としたボ
ールバンプであることを特徴とする。

【００１９】このような本発明では、ワイヤーボンディ
ングの際の条件、例えばワイヤーの太さや材料、ボール
／電極パット接合条件等を変えることによって、最終接
合時のバンプの高さを精度よく自由に決定することが可
能である。したがって、樹脂封止後の実装部の高さを低
く、且つ、ＴＡＢリードとヒーターボードが接触しＴＡ
Ｂリードとヒーターボードが電気的にショートする問題
の両方とも解決する寸法のバンプ高さを容易に決定する
ことができる。

【００２０】なお、前記基板と前記外部配線板との電気
接続はＴＡＢ実装方法によって行われていることを特徴
とする。

【００２１】前記ワイヤーボンディングのボールとして
は金や半田を用いることが可能である。

【００２２】前記外部配線板はＴＡＢテープであること
を特徴とする。

【００２３】また、上記のワイヤーボンディングのボー
ルを用いバンプを形成した後、ボールに圧力を加えてレ
ベリングした後に前記外部配線板と電気的に接合したも
のや、バンプを形成した後、その上にさらにボールを接
合しそれらを合わせてバンプとして、前記外部配線板と
電気的に接合したことを特徴とするものも考えられる。

【００２４】

【発明の実施の形態】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。

【００２５】図１は本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッドの実施形態を示す斜視図、図２は図１に示した記録
ヘッドのＡ−Ａ’線断面図である。これらの図では、図
３乃至６の従来技術と同一の構成要素については同一符
号を付してある。

【００２６】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、図１及び図２に示すように、中央に長穴の形状に開
いたインク供給口１０３を持つシリコン基板からなる。
このシリコン基板上には、ヒーターボード１００とする
ために発熱抵抗体（不図示）がインク供給口１０３を間
に置いて並列に形成されている。そして、このようなシ
リコン基板からなるヒーターボード１００上には各発熱
抵抗体に対向する吐出口１０８が形成されているオリフ
ィスプレート１０７が貼り付けられている。また、ヒー
ターボード１００上の両端には電極パット１０１が形成
され、電極パット１０１にはバンプ１０２を介して外部
配線板１０４のＴＡＢリード１０５と接続されている。

【００２７】本発明の特徴であるバンプ１０２は、ワイ
ヤーボンディング装置により、ワイヤーの先端を溶融さ
せボール状部としたボールからなるものである。そし
て、バンプの高さは、樹脂封止後の実装部の高さを低
く、且つ、ＴＡＢリードとヒーターボードが接触しＴＡ
Ｂリードとヒーターボードが電気的にショートする問題
の両方とも解決する寸法として、５０μから１５０μに
してある。この方法によると従来のメッキ法によるバン
プの形成に比べ、ＴＡＢリードとヒーターボードの接触
が防止できる高さのバンプが形成できる。そのため、必
要以上に高くなって実装部の紙間距離を大きくしてしま
うフォーミング加工を使用する必要がなくなる。

【００２８】また、上述したヒーターボード１００と外
部配線板１０４は、ヒーターボード１００を収容する開
口部を持つ支持体１０９によって支持されている。

【００２９】

【実施例】上述の本発明の実施の形態について図１及び
図２を参照し、さらに具体的に説明する。

【００３０】（第１の実施例）本実施例は次のように記
録ヘッドを作製した。

【００３１】まず、シリコン基板上に発熱抵抗層、電極
層を作成しフォトリソ技術により発熱部、電極部、外部
取り出し電極パット部を作成する。次に保護層を形成
し、フォトリソ技術により保護層に穴を開けて外部取り
出し電極パット部を露出させる。そしてフォトリソ技術
により後述するＴＡＢリードの電気接続部分にパットを
形成する。このようにして、ヒータボード１００が完成
する。発熱抵抗体の配列密度６００ｄｐｉ、発熱抵抗体
の数は１００個である。

【００３２】次に、電鋳法で作成したオリフィスプレー
ト１０７をヒータボード１００に貼り合わせて吐出エレ
メントが完成する。そして、ヒーターボード１００の外
部取り出し電極パット部１０１上に表１に示したワイヤ
ーを用い、ワイヤーボンディング装置を使用して表１に
示した条件でボールを形成し、電極パット部１０１上に
表１に示した条件でボールを接合する。

【００３３】次に、外部配線板１０４としてはポリイミ
ドフィルムに厚さ５０ミクロンの銅箔を接着しパターニ
ングした外部配線１０６が形成されており、この銅配線
１０６のポリイミドが無い部分はリード線、すなわちＴ
ＡＢリード１０５になっている。

【００３４】ＴＡＢリード１０５は金メッキがなされて
おり、このＴＡＢリード１０５とヒーターボード１００
上の電極パット１０１とを電極パット１０１上のバンプ
を介してＴＡＢボンダーによって、表１の条件で熱超音
波圧着法により電気接合する。尚、接合後のバンプの高
さ（基板からの高さ）は表１に示す通りであった。

【００３５】さらに、駆動素子をインク、湿度などから
守るため駆動素子上にシリコーン樹脂などで封止する。
尚、封止後の封止部の高さは（基板からの高さ）は表１
に示す通りであった。このように実装された記録ユニッ
トを支持体１０９に接着し、図１の記録ヘッドが完成す
る。

【００３６】

【表１】（第２の実施例）第１の実施例と同様に記録ヘッドを作
成した。第１の実施例と異なる点は表２に示したように
ボール／電極パット接合条件が異なる。このことによっ
て、表２に示すようにパンプの高さが異なるようにする
ことができる。

【００３７】

【表２】（第３の実施例）第１の実施例と同様に記録ヘッドを作
成した。第１の実施例と異なる点は表３に示したように
ワイヤーの太さを変えた。このことによって、表３に示
すようにバンプの高さが異なるようにすることができ
る。

【００３８】

【表３】第１乃至第３の実施例から判るように、ワイヤーの太さ
や、ボール／電極パット接合条件を変えることによっ
て、自由に精度よくバンプの高さを変えることができ
る。そして、樹脂封止後の実装部の高さを低く、且つ、
ＴＡＢリードとヒーターボードが接触しＴＡＢリードと
ヒーターボードが電気的にショートする問題の両方とも
解決する寸法として、バンプの高さを５０μから１５０
μに制御することができた。そして、封止後の実装部の
高さを０．５ｍｍ以下にすることができた。

【００３９】なお、メッキ法によるバンプ形成は３０μ
以上はバンプ剥がれの問題で不可能であった。そのた
め、ＴＡＢリードとヒーターボードが接触しＴＡＢリー
ドとヒーターボードが電気的にショートする問題を回避
するため、ＴＡＢリード１０５とバンプを接合する前に
ＴＡＢリード１０５を図６に示したような加工（フォー
ミング加工）をして接合する必要があった。このように
して接合した封止後の高さは０．７ｍｍになってしま
い、吐出口１０８と紙の間の距離が大きくなり印字品位
が低下した。封止部の厚みを薄くする方法が考えられる
が、インクミストがかかる部位でもあり、信頼性を低下
させるので困難である。

【００４０】（第４の実施例）第１の実施例と同様に記
録ヘッドを作成した。第１の実施例と異なる点は表４に
示すようにワイヤーの材料を変えた。表４に示したよう
にワイヤーの材料を変えてもそれに合わせた条件を設定
することによって、自由に精度よくバンプの高さを変え
ることができる。

【００４１】

【表４】（第５の実施例）第１の実施例と同様に記録ヘッドを作
成した。第１の実施例と異なる点はバンプを形成後バン
プ上に平板を置き圧力（１バンプ当り０．２ｋｇ）をか
け、レベリングを行う。そして、バンプとリード線の接
合を行った。表５はこの時の条件を示したものである。

【００４２】

【表５】（第６の実施例）第１の実施例と同様に記録ヘッドを作
成した。第１の実施例と異なる点はバンプを形成後バン
プ上に平板を置き圧力（１バンプ当り０．２ｋｇ）をか
け、レベリングを行う。そして、バンプとリード線の接
合を行った。このようにすると、バンプとリード線の接
合条件のバンプの高さに対する自由度が増した。表６に
示される通り、第５の実施例に対してバンプ／リ−ド線
の接合条件を変えてもバンプ高さが変わらないことが判
った。したがって、バンプの高さが変わらず、バンプと
リード線の接合の信頼性を上げることができる。

【００４３】

【表６】（第７の実施例）第１の実施形態と同様に記録ヘッドを
作成した。第１の実施例と異なる点はボールを電極に接
合しバンプを形成した後、さらにその上にボールを接合
した。このようにするとバンプの径を小さくしながら高
さの高いバンプが形成できる。バット面積が大きくとれ
ない場合に有効である。表７はこの時の条件を示したも
のである。

【００４４】

【表７】第１乃至第７の実施例で説明したボールバンプを形成す
る材料としてはボールが形成しやすい材料であれば何で
もよく、例えば、金、銅、半田などが挙げられる。ワイ
ヤーの径はパットの大きさや、目的のバンプの高さ、大
きさによって選定すればよいが直径２０μから８０μで
ある。ボール形成条件としては、装置によって異なる
が、トーチ電流値で５ｍＡ〜５０ｍＡである。ボール接
合条件としては、超音波強度０．１Ｗ〜１．５Ｗ、超音
波引加時間０．０２ｓｅｃ〜０．５ｓｅｃ、荷重２０ｇ
〜１００ｇ、基板温度１００℃〜２５０℃である。バン
プとリード線接合はシグナルポイント接合では超音波熱
併用圧着接合であり、条件としては超音波強度０．１Ｗ
〜１．５Ｗ、超音波引加時間０．１ｓｅｃ〜２．０ｓｅ
ｃ、荷重２０ｇ〜１００ｇ、基板温度１００℃〜２５０
℃である。一括接合（ギャングボンディング）で熱圧着
接合であり、条件としては接合温度２５０℃〜４５０
℃、接合時間は０．２ｓｅｃ〜４．０ｓｅｃである。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、一面に複数の発熱抵抗体を配
設した基板と、該基板上に設けられインクを吐出する吐
出口を有するオリフィスプレートと、前記基板に電気的
に接続されるリード線を有する外部配線板と、を備え、
前記基板と前記外部配線板とを前記基板の電極上に形成
したバンプにより前記外部配線板のリード線と電気的に
接合して構成した、前記吐出口が前記発熱抵抗体に対し
て対向して設けられるインクジェット記録ヘッドにおい
て、前記バンプはワイヤーの先端を溶融させ、ボール状
部としたボールバンプであるので、ワイヤーの種類、ワ
イヤーの太さ、ボール形成時の条件、ボールを電極パッ
ドに接合する条件、ＴＡＢテープのリード線とバンプを
接合する条件を設定することによって、最終接合時のバ
ンプの高さを精度よく自由に決定することができる。

【００４６】そのため、樹脂封止後の実装部の高さを低
く、且つ、外部配線板のリード線と基板が接触し外部配
線板のリード線と基板が電気的にショートする問題の両
方とも解決するバンプの高さが容易に決定できる。

【００４７】また、ボールを電極パットに接合した後、
圧力を加えてレベリングすることによって、最終接合時
のバンプの高さに対する、外部配線板のリード線とバン
プを接合する条件についての制約がなくなり、信頼性の
高い接合が可能になる。

【００４８】また、ボールによってバンプを形成する方
法は、従来のメッキによる方法と比較して、ワイヤーボ
ンディング装置のみでできるため、メッキ法に比較し
て、設備が少なく且つ工程が少なく済むためコストが低
減できる可能性がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの実施
形態を示す斜視図である。

【図２】図１に示した記録ヘッドのＡ−Ａ’線断面図で
ある。

【図３】熱作用部面から垂直に吐出するタイプのヘッド
用基板の一般的な構成を示したものである。

【図４】図３のＡ−Ａ’線断面を示したものである。

【図５】従来技術に係るインクジェット記録ヘッドにお
ける問題点を説明するための図である。

【図６】従来技術に係るインクジェット記録ヘッドにお
ける問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１００ヒーターボード１０１外部取り出し用電極パット部１０２バンプ１０３インク供給口１０４外部配線板１０５ＴＡＢテープのリード線（ＴＡＢリード）１０６外部配線板１０７オリフィスプレート１０８吐出口１０９支持体１１０封止部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一面に複数の発熱抵抗体を配設した基板
と、該基板上に設けられインクを吐出する吐出口を有す
るオリフィスプレートと、前記基板に電気的に接続され
るリード線を有する外部配線板と、を備え、前記基板と
前記外部配線板とを前記基板の電極上に形成したバンプ
により前記外部配線板のリード線と電気的に接合して構
成した、前記吐出口が前記発熱抵抗体に対して対向して
設けられるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記バンプはワイヤーの先端を溶融させ、ボール状部と
したボールバンプであることを特徴とするインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項２】前記基板と前記外部配線板との電気接続
はＴＡＢ実装方法によって行われていることを特徴とす
る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】前記ボールパンプとして金を用いたこと
を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項４】前記ボールバンプとして半田を用いたこ
とを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘ
ッド。
【請求項５】前記外部配線板はＴＡＢテープであるこ
とを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘ
ッド。
【請求項６】前記ボールバンプの高さが５０μから１
５０μであることを特徴とする請求項２に記載のインク
ジェット記録ヘッド。
【請求項７】一面に複数の発熱抵抗体を配設した基板
と、該基板上に設けられインクを吐出する吐出口を有す
るオリフィスプレートと、前記基板に電気的に接続され
るリード線を有する外部配線板と、を備え、前記基板と
前記外部配線板とを前記基板の電極上に形成したバンプ
により前記外部配線板のリード線と電気的に接合して構
成した、前記吐出口が前記発熱抵抗体に対して対向して
設けられるインクジェット記録ヘッドの製造方法におい
て、前記基板の電極上にワイヤボンディング装置を用いて、
ワイヤーの先端を溶融させボール状部としたボールバン
プを形成する工程と、該ボールバンプと前記リード線とを電気接合する工程
と、を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの
製造方法。
【請求項８】前記基板と前記外部配線板との電気接続
はＴＡＢ実装方法によって行われていることを特徴とす
る請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
法。
【請求項９】前記ボールバンプはワイヤボンディング
装置のトーチ電流によって溶融されたものであることを
特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド
の製造方法。
【請求項１０】前記トーチ電流の電流値が５ｍＡ〜５
０ｍＡであることを特徴とする請求項９に記載のインク
ジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】前記ボールバンプを形成した後、該ボ
ールバンプに圧力を加えてレベリングした後に前記外部
配線板と電気的に接合したことを特徴とする請求項７に
記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】前記ボールバンプを形成した後、その
上にさらにボールを接合しそれらを合わせてバンプとし
て、前記外部配線板と電気的に接合したことを特徴とす
る請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
法。