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JP3759713B2 - Electrode connection structure of ink jet head and method of manufacturing ink jet head - Google Patents
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JP3759713B2 - Electrode connection structure of ink jet head and method of manufacturing ink jet head - Google Patents

Electrode connection structure of ink jet head and method of manufacturing ink jet head Download PDF

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク室内のインクを加圧して記録媒体上に吐出することによって画像形成を可能にするインクジェットヘッドの電極と外部駆動回路とを接続するための電極接続構造、およびインクジェットヘッドの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドとして、溝状のインク室を挟む1対の隔壁の各内側面に電極を形成し、その電極に外部駆動回路からの駆動パルスを印加することにより隔壁を変形させてインク室内のインクを吐出するようにしたものがある。このようなインクジェットヘッドにおいては、インク室内に形成された電極をインク室外に延出して取出用の室外電極を形成し、この室外電極と駆動用IC(Integrated Circuit)を含む外部駆動回路とを電気的に接続するようにしている。従来のインクジェットヘッドにおける室外電極と外部駆動回路との接続方法として、図14〜図16に示すように、ボンディングワイヤを用いる方法、TAB(Tape Automated Bonding)リードを用いる方法、およびフレキシブル基板を用いる方法が知られている。
【0003】
すなわち、駆動用IC130とともに支持体110上にアクチュエータ100が配置されている。このアクチュエータ100は、基板103と、カバープレート123と、ノズルプレート125と、インク室内電極101とを有している。基板103は、圧電素子からなり、図面に垂直な方向に配列する複数の隔壁127を有し、それぞれの隔壁127の間にインク室122を有している。カバープレート123は、各インク室122にインクを供給する供給口124を有しており、かつ基板103の上面に配置されている。ノズルプレート125は、各インク室122内からインクが吐出されるノズル126を有しており、かつ基板103の前面に配置されている。インク室内電極101は、各インク室122内において隔壁127の上側の略半分の範囲に形成されている。このインク室内電極101は、基板103の上面における背面側に延出して形成されており、この延出した部分が取出用のインク室外電極102を構成している。
【0004】
ボンディングワイヤを用いる方法では、図14に示すように、アクチュエータ100のインク室外電極102と駆動用IC130の接続ポイントとの間がボンディングワイヤ111により電気的に接続されている。ボンディングワイヤ111の接続は、Al(アルミニウム)ウェッジワイヤボンディング技術やAu(金)ワイヤボンディング技術により、平坦面であるインク室外電極102の上面および駆動用IC130の接続ポイントに対して上方からボンディングキャピラリを介してボンディングワイヤ111を押圧した状態で加熱超音波を印加して金属の固相拡散接合により行なわれる。
【0005】
TABリードを用いる方法では、図15に示すように、TABデバイスのアウターリード112がアクチュエータ100のインク室外電極102に電気的に接続される。この接続は、TABデバイスのアウターリード112をアクチュエータ100のインク室外電極102と平行に位置決めした状態で上方から加熱加圧機構を有するリード押圧具を押圧し、アウターリード112の下面に予めメッキされているはんだを溶融させてはんだ接合により行なわれる。はんだに代えて、ACF(異方性導電フィルム)またはACP(異方性導電ペースト)を用いる場合もある。
【0006】
フレキシブル基板を用いる方法では、図16に示すように、駆動用IC130を実装したプリント基板114上に形成された接続用電極115とアクチュエータ100のインク室外電極102とがフレキシブル基板113により電気的に接続される。この接続は、接続用電極115とインク室外電極102との各上面にフレキシブル基板113の両端部を載置し、図15に示したTABリードを用いる場合と同様に、はんだ接合やACFまたはACPすることにより行なわれる。
【0007】
次に、インクジェットヘッドを構成するアクチュエータの従来の製造方法を図17を用いて説明する。
【0008】
まず、厚さ方向(図中上下方向)に分極した圧電素子からなる基板103の上面103aにドライフィルムレジストをラミネートして硬化させる。この後、ダイサーのダイシングブレードを用いて上面103aを前面103b側から背面103c側に向かってハーフダイシングし、隔壁127の間に挟まれたインク室122を形成する。このとき、基板103の前面103bと背面103cとの中間部でダイシングブレードを上昇させてインク室122の背面側にアール部122aを形成し、さらに、背面103cまで上面103aのドライフィルムレジストのみをカットして平坦部122bを形成する。
【0009】
このダイシング処理を基板103の前面103bおよび背面103cに平行な方向に繰返し実行し、基板103にインク室アレイを形成する。この後に、インク室122の長手方向に対して基板103の上方からAlまたはCu(銅)などの電極材料となる金属を斜方蒸着する。この作業をインク室122を挟んで対向する2方向(図中矢印で示す方法)から行なうことにより、インク室122を挟む両側の隔壁127にインク室内電極101を形成する。
【0010】
このとき、インク室122内では、ドライフィルムレジストおよび隔壁127のシャドーイング効果により、隔壁127の上面103aから隔壁127の厚さ方向の約1/2までの範囲に電極101が形成される。また、インク室122のアール部122aおよび平坦部122bにも同時に電極材料の斜方蒸着が行なわれる。このとき、左右2方向から蒸着された金属膜が平坦部122bで重なり合うようにドライフィルムレジストの厚さおよび開口幅を設定する。これにより、平坦部122bにおいては開口部分の全面に電極(インク室外電極)102が形成される。またアール部122aにおいてはインク室122内のインク室内電極101と平坦部122bのインク室外電極102とを接続する状態に電極が形成される。
【0011】
この後、基板103の上面103aに、図14〜図16に示すように供給口124を有するカバープレート123を接着し、基板103の前面103bにノズル126を有するノズルプレート125を接着することにより、アクチュエータ100が完成する。
【0012】
このようにして形成されたアクチュエータ100は、隔壁127を挟んで隣接するインク室122内に形成されたインク室内電極101のそれぞれに、互いに逆位相の電位を印加することによりシェアモード駆動を行なう。すなわち、両側面のそれぞれに互いに逆極性の電位が印加された隔壁127はインク室内電極101の形成領域と未形成領域との境目で“く”の字あるいは逆“く”の字にせん断変形を生じる。この隔壁127のせん断変形によるインク室122の体積が変化し、これに伴ってインク室122内のインク圧力が変化してインク室122の前面103b側に配置したノズル126からインク液滴が吐出される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された従来のインクジェットヘッドでは、アクチュエータ100に形成されたインク室122においてインクの吐出に直接寄与するアクティブ領域は供給口124よりも前面103b側(ノズル形成側)の範囲のみである。供給口124を含む背面103c側はインク室122内にインクを供給するための領域であり、アール部122aおよび平坦部122bはインク室122内において互いに向かい合うインク室内電極101を接続して1つのインク室外電極102とし、そのインク室外電極102を駆動用IC130に導通した外部電極に電気的に接続するための領域である。このようなインクジェットヘッドの構成では、本来インクの吐出に寄与するアクティブ領域以外の部分が非常に大きく、材料コストが高くて安価なインクジェットヘッドを製造できないという問題があった。
【0014】
また、誘電率の高いPZTなどの圧電素子を素材とする基板103上に平坦部122bまでインク室内電極101を延出させる必要がある。このため、基板103の静電容量が大きくなり、アクチュエータ100の駆動に際して印加すべき駆動電圧波形が鈍り、高速駆動による高速印字が困難になるという問題があった。この印字駆動波形の鈍りは印加電圧を上昇させることで改善できるが、印加電圧を上げることでアクチュエータ100の駆動による発熱量が増大し、アクチュエータ100の温度上昇によってインクの粘度が変化する。よって、安定で高精度な印字が行なえないという問題と、高い電圧を印加できる駆動用IC130はコスト高になるという問題と、低消費電力化が困難であるという問題とがあった。
【0015】
そこで、アクチュエータ100のインク室内電極101におけるアクティブ領域以外の部分では圧電素子とインク室内電極101との間に低誘電膜を予め製膜することで、アクティブ領域以外の部分における基板103の静電容量をほとんど無視できるレベルにすることが行なわれる。しかし、キュリー点が200℃程度の低温度であるPZTに対して低温度のプロセスで低誘電率のSi−N膜を形成するためには高価なECR−CVD(Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition)装置が必要となり、製造コストが上昇して安価なインクジェットヘッドが製造できないという問題があった。
【0016】
また、特開平9−94954号公報には、図18に示すように、供給口214aおよびインク室内電極213を延出させるための領域を圧電素子の長手方向に形成しないようにした構成が開示されている。この構成では、インク室214に対するインクの供給は基板210のアクティブ領域の後端部に設けた供給口214aから行なわれる。インク室214に形成されたインク室内電極213は吐出孔212側から供給口214a側へ伸びており、さらに基板210の後端部へ延出されたインク室外電極215と一体に形成されており、インク室外電極215において駆動用IC216に導通した電極217と電気的に接続されている。
【0017】
この構成によれば、アクチュエータ200のアクティブ領域以外の部分が存在しないために圧電素子の材料コストを低減することはできるが、基板210の静電容量が増加する問題が残る。また、インク室内電極213をアクチュエータ200の側面に90°屈曲させてインク室外電極215を延出するようにしているため、ウェハ状態ではインク室内電極213を形成する際の斜方蒸着によって同時にインク室外電極215を形成することができない。
【0018】
このため、ウェハから個々のアクチュエータ200を切出した(小片化した)後にインク室内電極213とアクチュエータ200側面のインク室外電極215とを形成することになる。しかし、インク室214内で互いに向かい合う2つのインク室内電極213を確実に電気的に導通させた状態で延出させるためには、少なくともさらに2方向からの斜方蒸着が必要となる。また、アクチュエータ200の側面に延出したインク室外電極215を各インク室214ごとに分離するためには、予めパターニングを施すか、またはパターニングを行なわない場合ではべた電極に引出した後にダイシングやYAGレーザによる電極分離工程が必要となる。このように、製造工程が複雑化するため、生産性が悪く、生産歩留まりが低下し、生産コストが大きくなるという問題があった。
【0019】
引出配線は、他にメッキ技術により形成することもできるが、蒸着技術と同様にパターニング工程もしくは電極分離工程を必要とするため、工程が煩雑になるという問題があった。また、引出した電極も、インク室214からアクチュエータ200の側面に引出される屈曲部分で、後の工程やハンドリングで断線する可能性が高く、生産歩留まりが落ちるといった問題や環境信頼性にも劣るという問題があった。
【0020】
本発明の目的は、高価な製造装置の使用、製造工程の複雑化、および電極の断線による歩留まりの低下などに起因するコストの高騰を招くことなく、基板面積の増加を防止することができ、材料コストの高騰を防止することができるとともに、基板の静電容量の増加を防止してアクチュエータにおける発熱量の増加を伴なうことなく高精度で安定した高速印字を行なうことができるインクジェットヘッドの電極接続構造および製造方法を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドの電極接続構造は、溝状のインク室を挟む1対の隔壁の各内側面に外部駆動回路に電気的に接続されたインク室内電極を形成し、外部駆動回路からインク室内電極に駆動パルスを印加することにより隔壁を変形させてインク室内のインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、一方側面から他方側面に達するインク室用溝を形成することで構成される隔壁を有する基板を備え、インク室用溝内にのみ位置するインク室内電極の端面が他方端面において露出しており、その露出したインク室内電極の端面において外部駆動回路と電気的に接続されており、インク室用溝の内壁面に沿って形成された接続用導電層をさらに備え、インク室内電極はインク室用溝内において接続用導電層に接しながら乗り上げるように形成され、インク室用溝内にのみ位置する接続用導電層の端面が他方端面において露出しており、その露出した接続用導電層の端面において接着剤によって外部駆動回路と電気的に接続されている。
【0022】
インク室内電極がインク室用溝内にのみ位置し、その端面が基板の他方端面において露出している。したがって、従来インク室内電極を実装のためにインク室用の溝外へ引出していたが、本発明ではその必要がなく、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要であり、材料コストの削減を実現することができる。また、静電容量の低減により、駆動周波数を向上することができるため高速印字が実現でき、駆動電圧を低減できるため駆動用ICの低耐電圧化が行なえることから、駆動用ICのコスト低減および駆動消費電力の削減を実現することができる。
【0024】
また、これにより、インク室用溝を挟んで対向する1対のインク室内電極の一方に外部駆動回路を接続するだけでその1対のインク室内電極の双方に電気的に接続することが可能となる。
【0025】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、他方端面から露出するインク室内電極の端面の断面積は、7×10-5mm2以上である。
【0026】
これにより、後に行なわれるインクジェットヘッド駆動用ICに導通した電極との接続の際にACA(Anisotropic Conductive Adhesive:異方性導電接着剤)もしくはNCA(Non-Conductive Adhersive:非導電性接着剤)による電極接続において十分な信頼性が得られる。
【0027】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、インク室内電極および接続用導電層の少なくともいずれかは、表面にメッキ金属膜を有している。
【0028】
インク室内電極および接続用導電層は外部駆動回路との接続用電極として用いられるため、十分な電極厚さを確保する必要があり、蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスによる金属膜形成ではスループットが遅くて生産性に問題があったが、メッキ用シード層のみを薄く真空プロセスで形成して、所望の金属膜厚さまでメッキによって形成することで、生産性が向上し、また金属膜自体の膜質も均一で内部応力も軽減できる金属膜剥離の不良が低減し、安価で品質安定性、信頼性の高いインクジェットヘッドを実現することができる。
【0029】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、インク室用溝の他方端面側において、1対の隔壁間を閉塞するように充填する充填材がさらに備えられている。その充填材は導電性樹脂および絶縁性樹脂のいずれかの材質を含んでいる。
【0030】
これにより、後に行なうダイシングによる小片化工程において、導電性樹脂もしくは絶縁性樹脂がインク室用溝内の所定領域に充填されているため、チャネルウェハは強度が増してダイシング時のダメージを軽減できて生産歩留まりが向上し、安価なインクジェットヘッドを実現することができる。
【0031】
また、導電性樹脂の場合は、同一インク室用溝内の1対のインク室内電極を導電性樹脂により電気的に接続することができ、しかも外部駆動回路との接続用電極としてその導電性樹脂断面を利用することができるため、容易に接続面積を大きく取ることができ、接続安定性が良好となる。また、絶縁性樹脂の場合は、樹脂への添加剤にシリカフィラーやアルミナフィラーなど比較的低線膨張率のものを多く分散することができるため、圧電素子の低膨張率とのマッチングを容易に行なうことができ、熱応力などによる圧電素子の破損を防止することができ、環境信頼性が良好となる。
【0032】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、充填材は、100℃以下の環境下での弾性率が10GPa以下、および100℃以下の環境下での線膨張係数が50ppm/℃以下の少なくともいずれかの特性を有している。
【0033】
これにより、圧電素子と充填部材との熱応力を充填部材の弾性率が10GPa以下の場合は充填材の弾性変形により緩和することができ、充填材の線膨張係数が50ppm/℃以下の場合は発生する熱応力を低減することができるため、環境信頼性に優れるインクジェットヘッドを提供することができる。
【0034】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、1対の隔壁の各内側面に形成されたインク室内電極の各々は、インク室用溝の内壁面に沿って形成された接続用導電層により電気的に接続されている。
【0035】
1対の隔壁の各内側面に形成されたインク室内電極の各々が、接続用導電層によって電気的に接続されておらず、電気的に分離している場合には、内部駆動回路に導通した電極とACAでの接続を行なう際には、外部駆動回路に導通した外部電極を各々のインク室内電極の端面に接続する必要がある。しかし、上記1対のインク室内電極の各々が接続用導電層によって電気的に接続されていれば、外部駆動回路に導通した外部電極とのACAでの電極接続では、外部駆動回路の外部電極を最低1個のACA導電粒子でいずれか一方のインク室内電極の端面と接続できればよい。これにより、ACAの分散する導電粒子密度を低減させることができるため、ACA材料コスト低減および隣接するインク室用溝内のインク室内電極との絶縁性に有利であり、狭ピッチ化が容易になり、安価で高精細印字が可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【0036】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、厚さ方向に分極処理された圧電体のチャネルウェハの上面に所定ピッチで複数のインク室用溝を形成する工程と、インク室用溝の内壁面に沿って接続用導電層を形成する工程と、複数のインク室用溝の各々の対向面に互いに独立したインク室内電極を接続用導電層に接しながら乗り上げるように形成する工程と、チャネルウェハの上面にカバーウェハを接着する工程と、接着後のチャネルウェハとカバーウェハとを、インク室用溝の長手方向に交差する方向に切断して分割する工程とを備えている。
【0037】
従来、アクチュエータは大きな寸法で複雑な構成を有しており、かつインク室内電極は外部駆動回路との接続のためインク室用溝内からインク室用溝外へ引出していた。これに対して本発明の製造方法によれば、インク室用溝内にインク室内電極を形成した後にチャネルウェハとカバーウェハとを切断することで、切断面においてインク室内電極の端面を露出させることができる。このため、インク室内電極をインク室用溝内からインク室用溝外に引出すことなく、その露出した端面に外部駆動回路を電気的に接続することが可能となる。
【0038】
このようにインク室内電極をインク室用溝外へ引出す必要がないため、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要であり、材料コスト削減を実現することができる。また、静電容量の低減により、駆動周波数を向上できるため高速印字が実現でき、駆動電圧の低減が可能となるため駆動用ICの低耐電圧化が行なえることから駆動用ICコストの低減および駆動消費電力の削減を実現することができる。
【0039】
また、複雑な構造のアクチュエータを形成する必要がないため工程の簡素化を実現することもできる。
【0041】
さらに、これにより、後に行なう外部駆動回路に導通した電極との接続において、別途形成する金属膜の厚さを厚く形成することで、高い実装信頼性が確保できると同時に、駆動用電極まで電極厚さを厚くする必要がないため、真空プロセスでのスループットが上がり生産性が向上し、かつシェアモード駆動させるインクジェットヘッドのアクティブエリアの駆動負荷が大きくなることはなく、低消費電力化が実現できる。
【0042】
上記のインクジェットヘッドの製造方法において好ましくは、複数のインク室用溝の各々内で互いに対向するインク室内電極間の所定領域を充填するように充填材を形成する工程がさらに備えられており、その充填材を切断する位置で、接着後のチャネルウェハとカバーウェハとが切断されされる。
【0043】
このように後に行なうダイシングによる小片化工程において、導電性樹脂もしくは絶縁性樹脂よりなる充填材がインク室内に充填されているため、チャネルウェハは強度が増してダイシング時のダメージを軽減できて生産歩留まりが向上し、安価なインクジェットヘッドを実現することができる。また、導電性樹脂の場合は、同一インク室の複数の駆動用電極をインク室内に充填する導電性樹脂により単一に集約でき、しかも外部回路接続用電極として導電性樹脂断面も利用することができるため、容易に接続面積を大きく取ることができ、接続安定性に優れる。また、絶縁性樹脂の場合は、樹脂への添加剤にシリカフィラーやアルミナフィラーなど比較的低線膨張率のものを多く分散することができるため、圧電素子の線膨張率とのマッチングを容易に行なうことができ、熱応力などによる圧電素子の破損を防止することができ、環境信頼性に優れるインクジェットヘッドの提供が実現できる。
【0044】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【0045】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。図2は、図1の矢印II方向から見た端面図(a)、図2(a)のIIB−IIB線に沿う概略断面図(b)および図2(a)のIIC−IIC線に沿う概略断面図(c)である。
【0046】
図1および図2を参照して、本実施の形態のインクジェットヘッド1は、アクチュエータ(基板)20と、複数のアクチュエータ駆動用電極27、28と、絶縁性樹脂10と、カバー部材30と、ノズルプレート25とを主に有している。
【0047】
アクチュエータ20は、たとえばPZTなどの圧電素子よりなっている。このアクチュエータ20には、複数のインク室用溝26aの各々が吐出面23から後端面21へ貫通するようにアレイ状に並んで形成されている。複数のインク室用溝26aに挟まれたアクチュエータ20の各領域には隔壁29が形成されている。インク室用溝26a内には2つのアクチュエータ駆動用電極(インク室内電極)27、28の各々が互いに向かい合う状態で隔壁29の内壁面に形成されている。
【0048】
アクチュエータ駆動用電極27、28の各々は、隔壁29の上部半分に形成されており、たとえば厚さ0.5μmのCu(銅)薄膜よりなっている。また、アクチュエータ駆動用電極27、28の長手方向の端面は後端面21において露出しており、その露出した端面の幅が0.5μmで、長さが140μmに設定されているため、その端面の面積は7×10-5mm2である。なお、アクチュエータ駆動用電極27、28の後端面21において露出した端面の面積は7×10-5mm2以上であることが好ましい。
【0049】
絶縁性樹脂10は、たとえばシリカフィラーを含有しており、インク室用溝26aの後端面21側を閉塞するようにインク室用溝26a内に充填されている。インク室用溝26a内のアクチュエータ駆動用電極27、28および絶縁性樹脂10を除いた部分がインクを満たすことのできるインク室26となる。絶縁性樹脂10は、このインク室26から後端面21側へインクが流出することを防止している。この絶縁性樹脂10は、100℃以下の環境下での弾性率が10GPa以下、および100℃以下の環境下での線膨張係数が50ppm/℃以下の少なくともいずれかの特性を有していることが好ましい。
【0050】
アクチュエータ20のインク吐出面23には、微小なノズル24を有するノズルプレート25が貼り付けられている。またアクチュエータ20の上面には、インク室26の上部にインク供給口31が位置するようにカバー部材30が貼り付けられている。
【0051】
このインクジェットヘッド1におけるインク液滴の吐出動作においては、まず同じインク室用溝26a内に配置された2つのアクチュエータ駆動用電極27、28に同電位の電圧を印加し、隔壁29の表裏で対向する2つのアクチュエータ駆動用電極28、27に逆位相の電圧を印加する。これによって、隔壁29がシェアモードで駆動するアクチュエータの役目をし、インク室26内のインク圧力をコントロールすることにより、ノズル24からインク微小液滴を吐出させる。
【0052】
本実施の形態のインクジェットヘッド1のアクチュエータ駆動用電極27、28には、図3に示すように駆動用IC40が電気的に接続される。具体的には、アクチュエータ駆動用電極27、28の後端面21から露出した各端面の双方に、駆動用IC40に導通したTABテープ41上のアウターリード42が、ACF50を介して電気的に接続される。この接続により、アウターリード42はアクチュエータ駆動用電極27、28の双方に電気的に集約して接続される。この接続においては、ACF50のNi(ニッケル)導電粒子がアクチュエータ駆動用電極27、28の端面とアウターリード42との間に介在している。このACF50の樹脂成分を硬化させることにより、インクジェットヘッド1にアウターリード42を機械的に接続することもできる。
【0053】
この接続において、アクチュエータ駆動用電極27、28の後端面21から露出する各端面の面積は上述したように7×10-5mm2に設計されているため、十分な接続安定性と接続信頼性とを確保することができる。
【0054】
なお、アクチュエータ駆動用電極27、28の後端面21から露出している端面に別途Auメッキを施して、アウターリード42との接続抵抗を低減することもでき、この場合には駆動パルスの鈍りや抵抗成分による発熱を低減することができる。また、アクチュエータ駆動用電極27、28のインク室上部における露出面22でも、上記と同様、外部駆動回路との電気的接続を行なうことができる。このとき、絶縁性樹脂10は、たとえばAg(銀)フィラーを含有する導電性樹脂でもよく、この場合には同一のインク室26内のアクチュエータ駆動用電極27、28を導電性樹脂10によって電気的に集約することもできる。
【0055】
また小片化切断面におけるアウターリード42の接続に有効な電極面積として導電性樹脂10の導電性粒子断面積も含まれるため、アクチュエータ駆動用電極27、28をさらに薄型化でき、生産性を向上させる効果がある。また、導電性樹脂10中にシリカフィラーやカーボン粒子などの線膨張係数の小さな材料を分散させてもよく、この場合はアクチュエータ20の材料のPZTの線膨張係数に近付けることができる。このため、インク室用溝26aに充填した導電性樹脂10とPZTの線膨張係数のマッチングによって耐熱応力信頼性の向上に効果がある。
【0056】
次に、上述した本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
【0057】
図4〜図6は、本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッドの製造方法を工程順に示す図であり、図4および図5は斜視図であり、図6は断面図である。
【0058】
図4を参照して、まず厚さ方向に分極させた圧電素子ウェハ(チャネルウェハ)20の一表面にドライフィルムレジスト70をラミネートして硬化させる。この後、ダイサーのダイシングブレードを用いてチャネルウェハ20をハーフダイスすることによりインク室用溝26aを形成する。
【0059】
このようにして複数のインク室用溝26a(インク室アレイ)を形成した後に、インク室用溝26aの長手方向に対して垂直方向からAlやCuなどの電極材料になる金属を斜め蒸着する。この作業をインク室用溝26aの長手方向に対して左右2方向から行なうことで隔壁29の表面に金属電極27、28が形成される。この金属電極27、28は、ドライフィルムレジスト70および各々の隔壁29のシャドーイング効果によりインク室用溝26aの深さ方向の約1/2の深さまで形成される。
【0060】
この後、ドライフィルムレジスト70をリフトオフすることで、隔壁29の上面には電極が形成されることはなく、各インク室用溝26a間での電気的な分離を確実に行なうことができる。
【0061】
図5を参照して、インク室アレイに対して直交方向(つまりインク室用溝26aの長手方向に直交する方向)に液状の絶縁性樹脂10を、ディスペンサなどを用いて1mm幅でインク室用溝26a上および隔壁29上に一文字に塗布供給する。このとき、絶縁性樹脂10の粘度を10000cps以下に設定しておけば、絶縁性樹脂10は自然にインク室用溝26a内に充填される。また、1000000cps以下の粘度であれば、硬化工程において温度上昇とともに粘度が低下し、硬化反応前に充填されることがわかっている。このため、絶縁性樹脂10として実質的には1000000cps以下の充填材が使用可能である。
【0062】
その後、100℃のオーブンで1時間放置して、絶縁性樹脂10を硬化させる。あるいは、ホットプレート上で樹脂硬化を行なってもよく、この場合、アクチュエータ20のアクティブエリア部分は冷却できるようにホットプレート内に局所冷却できるようにペルチェ素子や冷却液が循環するようにして、アクティブエリアの強制冷却を行なうことにより、アクチュエータ20への熱ダメージを低減させることが可能となる。また加熱硬化を行なわずに室温放置にて絶縁性樹脂10を硬化させることもできる。
【0063】
隔壁29上に付着している絶縁性樹脂10を600番および1200番のラッピングフィルムにより研磨して除去する。これにより、後に行なうウェハボンディング時にチャネルウェハ20とカバーウェハ(図示せず)との平坦性を確保して良好なウェハボンディングを行なうことができる。
【0064】
図6を参照して、インク供給口31用の座ぐりを形成した圧電素子からなるカバーウェハ30を用意する。このカバーウェハ30は、後にインクジェットヘッドに構成されたときにインク供給口31を形成し、インク室26の上部を封じるカバー部材になる。通常、カバーウェハ30には、アクチュエータ20との熱膨張率のマッチングをよくするために、アクチュエータ20を構成する圧電素子と同じ材料が用いられるが、熱膨張率が比較的近い安価なアルミナセラミックスが用いられてもよい。
【0065】
インク室アレイを形成したウェハ20とカバーウェハ30とを市販の接着剤で接着する。このとき、絶縁性樹脂10が充填された部分はカバーウェハ30のインク供給口31のための座ぐり部分中央部に来るように位置合わせを行なう。この後、図中の破線で示したダイシングラインで、インク供給口31用の座ぐり部分および絶縁性樹脂10の充填部分にてダイサーのダイシングブレードによりチャネルウェハ20とカバーウェハ30とが分断して切断される(小片化される)。
【0066】
このとき、切断面には絶縁性樹脂10および電極27、28が露出しており、後に接続される駆動用ICに導通した外部回路との電気的接続において、電極押圧荷重を外部回路電極全面で受けられ、局所的に押圧力が集中して外部回路電極が破損することを防止できる。
【0067】
また、絶縁性樹脂10は、シリカフィラーが分散されたエポキシ系樹脂で構成されており、線膨張係数を50ppm/℃に調整されている。そのため、フィラーが入っていない通常のエポキシ系樹脂で作製したアクチュエータ20では、温度サイクル試験で早期に樹脂クラックが発生したのに比べ、本実施の形態で用いられたシリカフィラーの分散したエポキシ系樹脂では、アクチュエータとの接続信頼性において優れる。
【0068】
本実施の形態では、アクチュエータ駆動用電極27、28がインク室用溝26a内にのみ位置し、その端面が基板20の後端面21において露出している。したがって、従来アクチュエータ駆動用電極を実装のためにインク室用溝外へ引出していたが、本実施の形態ではその必要がなく、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要であり、材料コストの削減を実現することができる。また、静電容量の低減により、駆動周波数を向上することができるため高速印字が実現でき、駆動電圧を低減できるため駆動用ICの低耐電圧化が行なえることから、駆動用ICのコスト低減および駆動消費電力の削減を実現することができる。
【0069】
また、後端面21から露出するアクチュエータ駆動用電極27、28の各端面の断面積は、7×10-5mm2以上である。これにより、後に行なわれるインクジェットヘッド駆動用ICに導通した電極との接続の際にACAもしくはNCAによる電極接続において十分な信頼性が得られる。
【0070】
また、アクチュエータ駆動用電極27、28の各々は、表面にメッキ金属膜を有している。アクチュエータ駆動用電極27、28は外部駆動回路との接続用電極として用いられるため、十分な電極厚さを確保する必要があり、蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスによる金属膜形成ではスループットが遅くて生産性に問題があった。しかし、メッキ用シード層のみを薄く真空プロセスで形成して、所望の金属膜厚さまでメッキによって形成することで、生産性が向上し、また金属膜自体の膜質も均一で内部応力も軽減できて金属膜剥離の不良が低減し、安価で品質安定性および信頼性の高いインクジェットヘッドを実現することができる。
【0071】
また、充填材10は導電性樹脂および絶縁性樹脂のいずれかの材質を含んでいる。これにより、後に行なうダイシングによる小片化工程において、導電性樹脂もしくは絶縁性樹脂がインク室用溝26a内の所定領域に充填されているため、チャネルウェハは強度が増してダイシング時のダメージを軽減できて生産歩留まりが向上し、安価なインクジェットヘッドを実現することができる。
【0072】
また、導電性樹脂の場合は、同一インク室用溝26a内の1対のアクチュエータ駆動用電極27、28を導電性樹脂により電気的に接続することができ、しかも外部駆動回路との接続用電極としてその導電性樹脂断面を利用することができるため、容易に接続面積を大きく取ることができ、接続安定性が良好となる。また、絶縁性樹脂の場合は、樹脂への添加剤にシリカフィラーやアルミナフィラーなど比較的低線膨張率のものを多く分散することができるため、圧電素子の低膨張率とのマッチングを容易に行なうことができ、熱応力などによる圧電素子の破損を防止することができ、環境信頼性が良好となる。
【0073】
また、充填材10は、100℃以下の環境下での弾性率が10GPa以下、および100℃以下の環境下での線膨張係数が50ppm/℃以下の少なくともいずれかの特性を有している。これにより、圧電素子と充填部材との熱応力を、充填材10の弾性率が10GPa以下の場合は充填材10の弾性変形により緩和することができ、充填材10の線膨張係数が50ppm/℃以下の場合は発生する熱応力を低減することができるため、環境信頼性に優れるインクジェットヘッドを提供することができる。
【0074】
また、本実施の形態の製造方法では、複雑な構造のアクチュエータ20を形成する必要がないため工程の簡素化を実現することもできる。
【0075】
また、複数のインク室用溝26aの各々内で互いに対向するアクチュエータ駆動用電極27、28間の所定領域を充填するように充填材10が形成され、その充填材10を切断する位置で、接着後のチャネルウェハ20とカバーウェハ30とが切断される。
【0076】
このように後に行なうダイシングによる小片化工程において、導電性樹脂もしくは絶縁性樹脂よりなる充填材10がインク室用溝26a内に充填されているため、チャネルウェハ20は強度が増してダイシング時のダメージを軽減できて生産歩留まりが向上し、安価なインクジェットヘッドを実現することができる。
【0077】
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。図8は、図7の矢印VIII方向から見た端面図(a)、図8(a)のVIIIB−VIIIB線に沿う概略断面図(b)および図8(a)のVIIIC−VIIIC線に沿う概略断面図(c)である。
【0078】
図7および図8を参照して、本実施の形態のインクジェットヘッドの構成は、実施の形態1の構成と比較して、金属膜(接続用導電層)80が追加されている点において異なる。この金属膜80は、インク室用溝26aの内壁面に沿って形成されており、アクチュエータ20の後端面21にその端面が露出するように形成されている。アクチュエータ駆動用電極27、28の各々は、インク室用溝26a内においてこの金属膜80に接しながら乗り上げるように形成されており、その端面もまた後端面21aから露出している。
【0079】
アクチュエータ駆動用電極27、28はたとえば厚み0.1μmのAlよりなっている。また、アクチュエータ駆動用電極27、28に導通した金属膜80は、インク室用溝26a内にスパッタリングによりCr(クロム)密着層およびCuシード層を形成した後に1μm厚のNi無電解メッキ層およびフラッシュAuメッキ層を形成した構成を有している。この金属膜80は、後端面21に露出した端面は、約1μm厚さで深さ280μm、幅40μmのインク室用溝26aの内壁部全域に形成されているため、金属膜80の露出した端面の断面積は約60×10-5mm2である。
【0080】
なお、これ以外の構成については上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0081】
本実施の形態のインクジェットヘッドでは、アクチュエータ駆動用電極27、28のいずれか一方および金属膜80の後端面21から露出した端面に、図9に示すように駆動用IC40に導通したTABテープ41上のアウターリード42が直接接続される。この接続においては、TABテープ41もしくはアウターリード42とアクチュエータ20との間にNCF51を介在させて硬化させることにより、両者を機械的に接続することができる。
【0082】
このとき、金属膜80の端面の面積は60×10-5mm2に設計されているため、十分な接続安定性と接続信頼性とを確保することができる。また、インク室上部22の電極端面でも、上記と同様にして、外部回路との電気的接続を行なうことができる。このとき、絶縁性樹脂10は、たとえばAgフィラーを含有する導電性樹脂でもよく、この場合は小片化切断面でのアウターリード接続に有効な電極面積として導電性樹脂の導電性粒子断面積も含まれるため、さらに接続安定性、接続信頼性を向上させる効果がある。
【0083】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
図10〜図13は、本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッドの製造方法を工程順に示す図であり、図10および図13は断面図であり、図11および図12は斜視図である。
【0084】
図10を参照して、実施の形態1と同様に、まず厚さ方向に分極させた圧電素子ウェハ(チャネルウェハ)20の一表面にドライフィルムレジスト70をラミネートして硬化させる。この後、ダイサーのダイシングブレードを用いてチャネルウェハ20をハーフダイスすることによりインク室用溝26aを形成する。
【0085】
このようにして複数のインク室用溝26a(インク室アレイ)を形成した後に、インク室用溝26aの後端部に該当する部分のみ開口したメタルマスク82を配置して、スパッタリングによりCr密着層を0.05μmの厚みで、およびCuシード層を0.05μmの厚みで、メタルマスク82の開口した部分に成膜する。
【0086】
次に、図示しない無電解Niメッキを1μmの厚みで、およびフラッシュAuメッキを0.05μmの厚みでCuシード層が付着している部分に形成する。
【0087】
図11を参照して、インク室用溝26aの長手方向に対して垂直方向から0.1μmの厚みでAl電極を斜め蒸着する。この作業をインク室用溝26aの長手方向に対して左右2方向から行なうことで隔壁29の表面に金属電極27、28が形成される。ドライフィルムレジスト70および隔壁29のシャドーイング効果により、金属電極27、28はインク室用溝26aの深さ方向の約1/2まで形成される。
【0088】
この後、ドライフィルムレジスト70をリフトオフすることで、隔壁29の上面には電極が形成されることはなく、各インク室用溝26a間での電気的な分離を確実に行なうことができる。
【0089】
図12を参照して、インク室アレイに対して直交方向(つまりインク室用溝26aの長手方向に直交する方向)に液状の絶縁性樹脂10をディスペンサなどを用いて1mm幅でインク室用溝26a上および隔壁29上に一文字に塗布供給する。このとき、絶縁性樹脂10の粘度を10000cps以下に設定しておけば、絶縁性樹脂10は自然にインク室用溝26a内に充填される。
【0090】
その後、100℃のオーブンで1時間放置して、絶縁性樹脂10を硬化させる。隔壁29上に付着している絶縁性樹脂10を600番および1200番のラッピングフィルムにより研磨して除去する。これにより、後に行なうウェハボンディング時にチャネルウェハ20とカバーウェハ(図示せず)との平坦性を確保して良好なウェハボンディングを行なうことができる。
【0091】
図13を参照して、インク供給口31用の座ぐりを形成した圧電素子からなるカバーウェハ30を用意する。このカバーウェハ30は、後にインクジェットヘッドに構成されたときにインク供給口31を形成し、インク室26の上部を封じるカバー部材になる。通常、カバーウェハ30には、アクチュエータ20との熱膨張率のマッチングをよくするために、アクチュエータ20を構成する圧電素子と同じ材料が用いられるが、熱膨張率が比較的近い安価なアルミナセラミックスが用いられてもよい。
【0092】
インク室アレイを形成したウェハ20とカバーウェハ30とを市販の接着剤で接着する。このとき、絶縁性樹脂10が充填された部分はカバーウェハ30のインク供給口31のための座ぐり部分中央部に来るように位置合わせを行ない、実施の形態1と同様に両者を貼り合わせる。その後、実施の形態1と同様に図13の破線で示したダイシングラインで、インク供給口31用の座ぐり部分および絶縁性樹脂10の充填部分にてダイサーのダイシングブレードによりチャネルウェハ20とカバーウェハ30とが分断して切断され、個々のアクチュエータに小片化し、アクチュエータが完成する。
【0093】
このとき、切断面には、たとえばAlよりなるアクチュエータ駆動用電極27、28の端面、およびそれらに電気的に導通したAu/Ni/Cu/Crよりなる金属膜80の端面が露出している。後に行なわれる駆動用ICに導通したリードとの接続には、この金属膜80およびアクチュエータ駆動用電極27、28の各端面が外部回路接続用電極として構成されており、また外部回路接続時の押圧荷重をアクチュエータ切断面全面で受けられ、局所的に押圧力が集中して外部回路電極が破損することを防止できる。
【0094】
また、絶縁性樹脂10は、シリカフィラーが分散されたエポキシ系樹脂で構成されており、弾性率を10GPaに調整しているため、インク室内に充填された絶縁性樹脂と圧電素子との間に発生する熱応力を絶縁性樹脂の弾性変形で緩和できるため、接続信頼性において優れる。
【0095】
本実施の形態においては、上述した実施の形態1と同様の効果が得られる。
また本実施の形態では、金属膜80がアクチュエータ駆動用電極27、28に電気的に接続されている。これにより、インク室用溝26aを挟んで対向する1対のアクチュエータ駆動用電極27、28の一方に外部駆動回路を接続するだけでその1対のアクチュエータ駆動用電極27、28の双方に電気的に接続することが可能となる。
【0096】
またアクチュエータ駆動用電極27、28および金属膜80の少なくともいずれかは、表面にメッキ金属膜を有している。アクチュエータ駆動用電極27、28および金属膜80は外部駆動回路との接続用電極として用いられるため、十分な電極厚さを確保する必要があり、蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスによる金属膜形成ではスループットが遅くて生産性に問題があったが、メッキ用シード層のみを薄く真空プロセスで形成して、所望の金属膜厚さまでメッキによって形成することで、生産性が向上し、また金属膜自体の膜質も均一で内部応力も軽減できる金属膜剥離の不良が低減し、安価で品質安定性、信頼性の高いインクジェットヘッドを実現することができる。
【0097】
また、1対の隔壁29の各内側面に形成されたアクチュエータ駆動用電極27、28の各々は、インク室用溝26aの内壁面に沿って形成された金属膜80により電気的に接続されている。1対の隔壁29の各内側面に形成されたアクチュエータ駆動用電極27、28の各々が、金属膜80によって電気的に接続されておらず、電気的に分離している場合には、内部駆動回路に導通した電極とACAでの接続を行なう際には、外部駆動回路に導通した外部電極を各々のアクチュエータ駆動用電極27、28の端面に接続する必要がある。
【0098】
しかし、上記1対のアクチュエータ駆動用電極27、28の各々が金属膜80によって電気的に接続されていれば、外部駆動回路に導通した外部電極とのACAでの電極接続では、外部駆動回路の外部電極を最低1個のACA導電粒子でいずれか一方のアクチュエータ駆動用電極27、28の端面と接続できればよい。これにより、ACAの分散する導電粒子密度を低減させることができるため、ACA材料コスト低減および隣接するインク室用溝26a内のアクチュエータ駆動用電極27、28との絶縁性に有利であり、狭ピッチ化が容易になり、安価で高精細印字が可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【0099】
また本実施の形態における製造方法では、インク室用溝26aの内壁面に沿って金属膜80を形成する工程を有し、その金属膜80に接するようにアクチュエータ駆動用電極27、28が形成される。これにより、後に行なう外部駆動回路に導通した電極との接続において、別途形成する金属膜の厚さを厚く形成することで、高い実装信頼性が確保できると同時に、アクチュエータ駆動用電極27、28まで電極厚さを厚くする必要がないため、真空プロセスでのスループットが上がり生産性が向上し、かつシェアモード駆動させるインクジェットヘッドのアクティブエリアの駆動負荷が大きくなることはなく、低消費電力化が実現できる。
【0100】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0101】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッド電極接続構造では、従来のようにインク室内電極をインク室用溝外へ引出す必要がなく、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要であり、材料コストの削減を実現することができる。また、静電容量の低減により、駆動周波数を向上することができるため高速印字が実現でき、駆動電圧を低減できるため駆動用ICの低耐電圧化が行なえることから、駆動用ICのコスト低減および駆動消費電力の削減を実現することができる。
【0102】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造においては、インク室内電極に電気的に接続された接続用導電層がさらに備えられている。インク室用溝内にのみ位置する接続用導電層の端面が他方端面において露出しており、その露出した接続用導電層の端面において外部駆動回路と電気的に接続されている。これにより、インク室用溝を挟んで対向する1対のインク室内電極の一方に外部駆動回路を接続するだけでその1対のインク室内電極の双方に電気的に接続することが可能となる。
【0103】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、他方端面から露出するインク室内電極の端面の断面積は、7×10-5mm2以上である。これにより、後に行なわれるインクジェットヘッド駆動用ICに導通した電極との接続の際にACAもしくはNCAによる電極接続において十分な信頼性が得られる。
【0104】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、インク室内電極および接続用導電層の少なくともいずれかは、表面にメッキ金属膜を有している。インク室内電極および接続用導電層は外部駆動回路との接続用電極として用いられるため、十分な電極厚さを確保する必要があり、蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスによる金属膜形成ではスループットが遅くて生産性に問題があったが、メッキ用シード層のみを薄く真空プロセスで形成して、所望の金属膜厚さまでメッキによって形成することで、生産性が向上し、また金属膜自体の膜質も均一で内部応力も軽減できる金属膜剥離の不良が低減し、安価で品質安定性、信頼性の高いインクジェットヘッドを実現することができる。
【0105】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、インク室用溝の他方端面側において、1対の隔壁間を閉塞するように充填する充填材がさらに備えられている。その充填材は導電性樹脂および絶縁性樹脂のいずれかの材質を含んでいる。これにより、後に行なうダイシングによる小片化工程において、導電性樹脂もしくは絶縁性樹脂がインク室用溝内の所定領域に充填されているため、チャネルウェハは強度が増してダイシング時のダメージを軽減できて生産歩留まりが向上し、安価なインクジェットヘッドを実現することができる。
【0106】
また、導電性樹脂の場合は、同一インク室用溝内の1対のインク室内電極を導電性樹脂により電気的に接続することができ、しかも外部駆動回路との接続用電極としてその導電性樹脂断面を利用することができるため、容易に接続面積を大きく取ることができ、接続安定性が良好となる。また、絶縁性樹脂の場合は、樹脂への添加剤にシリカフィラーやアルミナフィラーなど比較的低線膨張率のものを多く分散することができるため、圧電素子の低膨張率とのマッチングを容易に行なうことができ、熱応力などによる圧電素子の破損を防止することができ、環境信頼性が良好となる。
【0107】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、充填材は、100℃以下の環境下での弾性率が10GPa以下、および100℃以下の環境下での線膨張係数が50ppm/℃以下の少なくともいずれかの特性を有している。これにより、圧電素子と充填部材との熱応力を充填部材の弾性率が10GPa以下の場合は充填材の弾性変形により緩和することができ、充填材の線膨張係数が50ppm/℃以下の場合は発生する熱応力を低減することができるため、環境信頼性に優れるインクジェットヘッドを提供することができる。
【0108】
上記のインクジェットヘッドの電極接続構造において好ましくは、1対の隔壁の各内側面に形成されたインク室内電極の各々は、インク室用溝の内壁面に沿って形成された接続用導電層により電気的に接続されている。1対の隔壁の各内側面に形成されたインク室内電極の各々が、接続用導電層によって電気的に接続されておらず、電気的に分離している場合には、内部駆動回路に導通した電極とACAでの接続を行なう際には、外部駆動回路に導通した外部電極を各々のインク室内電極の端面に接続する必要がある。しかし、上記1対のインク室内電極の各々が接続用導電層によって電気的に接続されていれば、外部駆動回路に導通した外部電極とのACAでの電極接続では、外部駆動回路の外部電極を最低1個のACA導電粒子でいずれか一方のインク室内電極の端面と接続できればよい。これにより、ACAの分散する導電粒子密度を低減させることができるため、ACA材料コスト低減および隣接するインク室用溝内のインク室内電極との絶縁性に有利であり、狭ピッチ化が容易になり、安価で高精細印字が可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【0109】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、インク室用溝内にインク室内電極を形成した後にチャネルウェハとカバーウェハとを切断することで、切断面においてインク室内電極の端面を露出させることができる。このため、インク室内電極をインク室用溝内からインク室用溝外に引出すことなく、その露出した端面に外部駆動回路を電気的に接続することが可能となる。
【0110】
このようにインク室内電極をインク室用溝外へ引出す必要がないため、アクチュエータのアクティブエリア以外の部分がほとんど不要であり、材料コスト削減を実現することができる。また、静電容量の低減により、駆動周波数を向上できるため高速印字が実現でき、駆動電圧の低減が可能となるため駆動用ICの低耐電圧化が行なえることから駆動用ICコストの低減および駆動消費電力の削減を実現することができる。
【0111】
また、複雑な構造のアクチュエータを形成する必要がないため工程の簡素化を実現することもできる。
【0112】
上記のインクジェットヘッドの製造方法においては、インク室用溝の内壁面に沿って接続用導電層を形成する工程がさらに備えられている。その接続用導電層に接するようにインク室内電極が形成される。これにより、後に行なう外部駆動回路に導通した電極との接続において、別途形成する金属膜の厚さを厚く形成することで、高い実装信頼性が確保できると同時に、駆動用電極まで電極厚さを厚くする必要がないため、真空プロセスでのスループットが上がり生産性が向上し、かつシェアモード駆動させるインクジェットヘッドのアクティブエリアの駆動負荷が大きくなることはなく、低消費電力化が実現できる。
【0113】
上記のインクジェットヘッドの製造方法において好ましくは、複数のインク室用溝の各々内で互いに対向するインク室内電極間の所定領域を充填するように充填材を形成する工程がさらに備えられており、その充填材を切断する位置で、接着後のチャネルウェハとカバーウェハとが切断されされる。このように後に行なうダイシングによる小片化工程において、導電性樹脂もしくは絶縁性樹脂よりなる充填材がインク室内に充填されているため、チャネルウェハは強度が増してダイシング時のダメージを軽減できて生産歩留まりが向上し、安価なインクジェットヘッドを実現することができる。また、導電性樹脂の場合は、同一インク室の複数の駆動用電極をインク室内に充填する導電性樹脂により単一に集約でき、しかも外部回路接続用電極として導電性樹脂断面も利用することができるため、容易に接続面積を大きく取ることができ、接続安定性に優れる。また、絶縁性樹脂の場合は、樹脂への添加剤にシリカフィラーやアルミナフィラーなど比較的低線膨張率のものを多く分散することができるため、圧電素子の線膨張率とのマッチングを容易に行なうことができ、熱応力などによる圧電素子の破損を防止することができ、環境信頼性に優れるインクジェットヘッドの提供が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1におけるインクジェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図2】 (a)は図1の矢印II方向から見た端面図であり、(b)は(a)のIIB−IIB線に沿う概略断面図であり、(c)は(a)のIIC−IIC線に沿う概略断面図である。
【図3】 図2のインクジェットヘッドに外部駆動回路を接続した様子を示す図であり、(a)は図1のII方向から見た端面図に対応し、(b)は(a)のIIIB−IIIB線に沿う概略断面図であり、(c)は(a)のIIIC−IIIC線に沿う概略断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態1におけるインクジェットヘッドの製造方法の第1工程を示す概略斜視図である。
【図5】 本発明の実施の形態1におけるインクジェットヘッドの製造方法の第2工程を示す概略斜視図である。
【図6】 本発明の実施の形態1におけるインクジェットヘッドの製造方法の第3工程を示す概略断面図である。
【図7】 本発明の実施の形態2におけるインクジェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図8】 (a)は図7の矢印VIII方向から見た端面図であり、(b)は(a)のVIIIB−VIIIB線に沿う概略断面図であり、(c)は(a)のVIIIC−VIIIC線に沿う概略断面図である。
【図9】 図8のインクジェットヘッドに外部駆動回路を接続した様子を示す図であり、(a)は図7のVIII方向から見た端面図に対応し、(b)は(a)のIXB−IXB線に沿う概略断面図であり、(c)は(a)のIXC−IXC線に沿う概略断面図である。
【図10】 本発明の実施の形態2におけるインクジェットヘッドの製造方法の第1工程を示す概略断面図である。
【図11】 本発明の実施の形態2におけるインクジェットヘッドの製造方法の第2工程を示す概略斜視図である。
【図12】 本発明の実施の形態2におけるインクジェットヘッドの製造方法の第3工程を示す概略斜視図である。
【図13】 本発明の実施の形態2におけるインクジェットヘッドの製造方法の第4工程を示す概略断面図である。
【図14】 従来のインクジェットヘッドの電極接続構造の第1の例を示す側面断面図である。
【図15】 従来のインクジェットヘッドの電極接続構造の第2の例を示す側面断面図である。
【図16】 従来のインクジェットヘッドの電極接続構造の第3の例を示す側面断面図である。
【図17】 従来のインクジェットヘッドの製造方法の要部を示す斜視図である。
【図18】 従来のインクジェットヘッドの電極接続構造の第4の例を示す側面断面図である。
【符号の説明】
1 インクジェットヘッド、10 絶縁性樹脂、20 アクチュエータ、24ノズル孔、25 ノズルプレート、26 インク室、27,28 電極、29隔壁、30 カバープレート、31 インク供給部、40 駆動用IC(外部駆動回路)、41 TABテープ、42 アウターリード。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode connection structure for connecting an electrode of an inkjet head and an external drive circuit, which enables image formation by pressurizing and discharging ink in an ink chamber onto a recording medium, and a method for manufacturing the inkjet head It is about.
[0002]
[Prior art]
As an inkjet head used in an inkjet printer, an electrode is formed on each inner surface of a pair of partition walls sandwiching a grooved ink chamber, and the partition walls are deformed by applying a drive pulse from an external drive circuit to the electrodes. Some of them eject ink in the ink chamber. In such an ink jet head, an electrode formed in the ink chamber is extended outside the ink chamber to form an outdoor electrode for extraction, and the outdoor electrode and an external drive circuit including a driving IC (Integrated Circuit) are electrically connected. To make connections. As a method for connecting an outdoor electrode and an external drive circuit in a conventional inkjet head, as shown in FIGS. 14 to 16, a method using a bonding wire, a method using a TAB (Tape Automated Bonding) lead, and a method using a flexible substrate It has been known.
[0003]
That is, the actuator 100 is disposed on the support 110 together with the driving IC 130. The actuator 100 includes a substrate 103, a cover plate 123, a nozzle plate 125, and an ink chamber electrode 101. The substrate 103 is made of a piezoelectric element, has a plurality of partition walls 127 arranged in a direction perpendicular to the drawing, and has an ink chamber 122 between each partition wall 127. The cover plate 123 has a supply port 124 for supplying ink to each ink chamber 122 and is disposed on the upper surface of the substrate 103. The nozzle plate 125 includes nozzles 126 that eject ink from the ink chambers 122 and is disposed on the front surface of the substrate 103. The ink chamber electrode 101 is formed in a substantially half range on the upper side of the partition wall 127 in each ink chamber 122. The ink chamber electrode 101 is formed so as to extend to the back side of the upper surface of the substrate 103, and the extended portion constitutes an ink chamber electrode 102 for extraction.
[0004]
In the method using the bonding wire, as shown in FIG. 14, the ink outdoor electrode 102 of the actuator 100 and the connection point of the driving IC 130 are electrically connected by the bonding wire 111. The bonding wire 111 is connected from above by using an Al (aluminum) wedge wire bonding technique or an Au (gold) wire bonding technique with respect to the upper surface of the ink outdoor electrode 102 which is a flat surface and the connection point of the driving IC 130. In this state, heating ultrasonic waves are applied in a state where the bonding wire 111 is pressed via metal solid phase diffusion bonding.
[0005]
In the method using the TAB lead, the outer lead 112 of the TAB device is electrically connected to the ink outdoor electrode 102 of the actuator 100 as shown in FIG. In this connection, the outer lead 112 of the TAB device is positioned in parallel with the ink outdoor electrode 102 of the actuator 100, and a lead pressing tool having a heating and pressing mechanism is pressed from above, and the lower surface of the outer lead 112 is pre-plated. It is performed by melting the solder that is present and soldering. Instead of solder, ACF (anisotropic conductive film) or ACP (anisotropic conductive paste) may be used.
[0006]
In the method using the flexible substrate, as shown in FIG. 16, the connection electrode 115 formed on the printed circuit board 114 on which the driving IC 130 is mounted and the ink outdoor electrode 102 of the actuator 100 are electrically connected by the flexible substrate 113. Is done. For this connection, both ends of the flexible substrate 113 are placed on the upper surfaces of the connection electrode 115 and the ink outdoor electrode 102, and solder bonding, ACF or ACP is performed as in the case of using the TAB lead shown in FIG. Is done.
[0007]
Next, a conventional manufacturing method of the actuator constituting the ink jet head will be described with reference to FIG.
[0008]
First, a dry film resist is laminated and cured on the upper surface 103a of the substrate 103 made of a piezoelectric element polarized in the thickness direction (vertical direction in the figure). Thereafter, the upper surface 103a is half-diced from the front surface 103b side to the back surface 103c side using a dicer dicing blade to form an ink chamber 122 sandwiched between the partition walls 127. At this time, the dicing blade is raised at the intermediate portion between the front surface 103b and the back surface 103c of the substrate 103 to form a rounded portion 122a on the back surface side of the ink chamber 122, and only the dry film resist on the top surface 103a is cut to the back surface 103c. Thus, the flat portion 122b is formed.
[0009]
This dicing process is repeatedly performed in a direction parallel to the front surface 103 b and the back surface 103 c of the substrate 103 to form an ink chamber array on the substrate 103. Thereafter, a metal serving as an electrode material such as Al or Cu (copper) is obliquely deposited from above the substrate 103 in the longitudinal direction of the ink chamber 122. By performing this operation from two directions (indicated by arrows in the figure) facing each other across the ink chamber 122, the ink chamber electrodes 101 are formed on the partition walls 127 on both sides of the ink chamber 122.
[0010]
At this time, in the ink chamber 122, the electrode 101 is formed in a range from the upper surface 103 a of the partition wall 127 to about ½ in the thickness direction of the partition wall 127 due to the shadowing effect of the dry film resist and the partition wall 127. In addition, oblique deposition of the electrode material is simultaneously performed on the rounded portion 122a and the flat portion 122b of the ink chamber 122. At this time, the thickness and opening width of the dry film resist are set so that the metal films deposited from the left and right directions overlap at the flat portion 122b. Thereby, in the flat part 122b, the electrode (ink outdoor electrode) 102 is formed on the entire surface of the opening. In the rounded portion 122a, an electrode is formed so as to connect the ink chamber electrode 101 in the ink chamber 122 and the ink chamber outer electrode 102 in the flat portion 122b.
[0011]
Thereafter, the cover plate 123 having the supply port 124 is bonded to the upper surface 103a of the substrate 103 as shown in FIGS. 14 to 16, and the nozzle plate 125 having the nozzle 126 is bonded to the front surface 103b of the substrate 103. The actuator 100 is completed.
[0012]
The actuator 100 formed in this way performs share mode driving by applying potentials of opposite phases to the ink chamber electrodes 101 formed in the ink chambers 122 adjacent to each other with the partition wall 127 interposed therebetween. That is, the partition wall 127 to which opposite polarities are applied to both side surfaces undergoes shear deformation in the shape of “<” or “<” in the boundary between the formation region and the non-formation region of the ink chamber electrode 101. Arise. The volume of the ink chamber 122 changes due to the shear deformation of the partition wall 127, and the ink pressure in the ink chamber 122 changes accordingly, and ink droplets are ejected from the nozzle 126 arranged on the front surface 103b side of the ink chamber 122. The
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional inkjet head configured as described above, the active region that directly contributes to ink ejection in the ink chamber 122 formed in the actuator 100 is the range on the front surface 103b side (nozzle formation side) from the supply port 124. Only. The back surface 103 c side including the supply port 124 is an area for supplying ink into the ink chamber 122, and the round portion 122 a and the flat portion 122 b connect the ink chamber electrodes 101 facing each other in the ink chamber 122 to form one ink. The outdoor electrode 102 is an area for electrically connecting the ink outdoor electrode 102 to an external electrode conducted to the driving IC 130. In such an ink jet head configuration, there is a problem that a portion other than the active region which originally contributes to ink ejection is very large, and the material cost is high, so that an inexpensive ink jet head cannot be manufactured.
[0014]
Further, it is necessary to extend the ink chamber electrode 101 to the flat portion 122b on the substrate 103 made of a piezoelectric element such as PZT having a high dielectric constant. For this reason, there is a problem that the capacitance of the substrate 103 increases, the drive voltage waveform to be applied when the actuator 100 is driven becomes dull, and high-speed printing by high-speed driving becomes difficult. The dullness of the print drive waveform can be improved by increasing the applied voltage, but the amount of heat generated by driving the actuator 100 increases by increasing the applied voltage, and the viscosity of the ink changes as the temperature of the actuator 100 rises. Therefore, there are a problem that stable and highly accurate printing cannot be performed, a problem that the driving IC 130 capable of applying a high voltage is expensive, and a problem that it is difficult to reduce power consumption.
[0015]
Therefore, by forming a low dielectric film in advance between the piezoelectric element and the ink chamber electrode 101 at a portion other than the active region in the ink chamber electrode 101 of the actuator 100, the capacitance of the substrate 103 in the portion other than the active region. To a level that can be almost ignored. However, an expensive ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition) apparatus is used to form a Si-N film having a low dielectric constant in a low temperature process with respect to PZT having a Curie point of about 200 ° C. Is required, and the manufacturing cost increases, and there is a problem that an inexpensive inkjet head cannot be manufactured.
[0016]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-94954 discloses a configuration in which regions for extending the supply port 214a and the ink chamber electrode 213 are not formed in the longitudinal direction of the piezoelectric element, as shown in FIG. ing. In this configuration, ink is supplied to the ink chamber 214 from the supply port 214 a provided at the rear end of the active area of the substrate 210. The ink chamber electrode 213 formed in the ink chamber 214 extends from the ejection hole 212 side to the supply port 214a side, and is formed integrally with the ink chamber outer electrode 215 extending to the rear end portion of the substrate 210. The ink outdoor electrode 215 is electrically connected to the electrode 217 conducted to the driving IC 216.
[0017]
According to this configuration, since there is no portion other than the active region of the actuator 200, the material cost of the piezoelectric element can be reduced, but the problem that the capacitance of the substrate 210 increases remains. In addition, since the ink chamber electrode 213 is bent by 90 ° to the side surface of the actuator 200 to extend the ink chamber electrode 215, in the wafer state, the ink chamber electrode 213 is simultaneously formed by oblique vapor deposition when the ink chamber electrode 213 is formed. The electrode 215 cannot be formed.
[0018]
For this reason, the ink chamber electrode 213 and the ink chamber outer electrode 215 on the side surface of the actuator 200 are formed after the individual actuators 200 are cut out (divided into pieces) from the wafer. However, in order to extend the two ink chamber electrodes 213 facing each other in the ink chamber 214 in a state of being electrically conductive, oblique vapor deposition in at least two directions is further required. In addition, in order to separate the ink outdoor electrode 215 extending to the side surface of the actuator 200 for each ink chamber 214, patterning is performed in advance, or in the case where patterning is not performed, dicing or YAG laser is performed after being drawn out to a solid electrode. An electrode separation step is required. Thus, since the manufacturing process is complicated, there is a problem that productivity is poor, production yield is lowered, and production cost is increased.
[0019]
The lead wiring can also be formed by a plating technique, but there is a problem that the process becomes complicated because a patterning process or an electrode separation process is required as in the vapor deposition technique. In addition, the drawn electrode is also a bent portion drawn from the ink chamber 214 to the side surface of the actuator 200, and is likely to be disconnected in a later process or handling, resulting in poor production yield and environmental reliability. There was a problem.
[0020]
The object of the present invention is to prevent an increase in the substrate area without causing an increase in cost due to the use of expensive manufacturing equipment, the complexity of the manufacturing process, and a decrease in yield due to electrode disconnection, An inkjet head that can prevent a rise in material cost and can prevent high increase in the capacitance of the substrate and can perform high-precision and stable high-speed printing without increasing the amount of heat generated in the actuator. An electrode connection structure and a manufacturing method are provided.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The electrode connection structure of an ink jet head according to the present invention includes an ink chamber electrode electrically connected to an external drive circuit on each inner surface of a pair of partition walls sandwiching a groove-shaped ink chamber, and the ink chamber is formed from the external drive circuit. In an inkjet head that discharges ink in an ink chamber by deforming a partition by applying a drive pulse to an electrode, the substrate includes a substrate having a partition configured by forming a groove for an ink chamber reaching from one side to the other side The end face of the ink chamber electrode located only in the ink chamber groove is exposed at the other end face, and the exposed end face of the ink chamber electrode is electrically connected to the external drive circuit. The ink chamber electrode further includes a conductive layer for connection formed along the inner wall surface of the groove for the ink chamber, and the ink chamber electrode is formed so as to run in contact with the conductive layer for connection in the groove for the ink chamber. The end face of the connecting conductive layer located only inside is exposed at the other end face, and the exposed end face of the connecting conductive layer is electrically connected to the external drive circuit by an adhesive. Yes.
[0022]
The ink chamber electrode is located only in the ink chamber groove, and its end surface is exposed at the other end surface of the substrate. Therefore, the conventional ink chamber electrode was pulled out of the groove for the ink chamber for mounting, but in the present invention, this is not necessary, and almost no part other than the active area of the actuator is required, thus realizing a reduction in material cost. can do. In addition, since the drive frequency can be improved by reducing the capacitance, high-speed printing can be realized, and the drive voltage can be reduced, so that the withstand voltage of the drive IC can be reduced, thereby reducing the cost of the drive IC. In addition, reduction of driving power consumption can be realized.
[0024]
Also, Accordingly, it is possible to electrically connect both of the pair of ink chamber electrodes by simply connecting an external drive circuit to one of the pair of ink chamber electrodes opposed across the ink chamber groove.
[0025]
Preferably, in the electrode connection structure of the ink jet head, the cross-sectional area of the end surface of the ink chamber electrode exposed from the other end surface is 7 × 10. -Five mm 2 That's it.
[0026]
As a result, an electrode made of ACA (Anisotropic Conductive Adhesive) or NCA (Non-Conductive Adhersive) is used when connecting to the electrode conducted later to the inkjet head driving IC. Sufficient reliability can be obtained in connection.
[0027]
In the electrode connection structure of the ink jet head, preferably, at least one of the ink chamber electrode and the connection conductive layer has a plated metal film on the surface.
[0028]
Since the ink chamber electrode and the conductive layer for connection are used as the electrode for connection to the external drive circuit, it is necessary to ensure a sufficient electrode thickness, and the throughput is slow in forming a metal film by a vacuum process such as vapor deposition or sputtering. Although there was a problem in productivity, only the seed layer for plating was thinly formed by a vacuum process, and by plating to the desired metal film thickness, productivity was improved and the film quality of the metal film itself was uniform. Therefore, the defect of peeling of the metal film, which can reduce the internal stress, is reduced, and an inexpensive, high quality, and highly reliable ink jet head can be realized.
[0029]
Preferably, the electrode connection structure of the ink jet head further includes a filler filling the pair of partition walls on the other end face side of the ink chamber groove. The filler includes any material of conductive resin and insulating resin.
[0030]
As a result, the conductive wafer or the insulating resin is filled in a predetermined area in the groove for the ink chamber in the subsequent dicing step by dicing, so that the channel wafer is increased in strength and can reduce damage during dicing. The production yield is improved and an inexpensive inkjet head can be realized.
[0031]
In the case of a conductive resin, a pair of ink chamber electrodes in the same ink chamber groove can be electrically connected by a conductive resin, and the conductive resin is used as an electrode for connection to an external drive circuit. Since the cross section can be used, a large connection area can be easily obtained and the connection stability is improved. In addition, in the case of an insulating resin, many additives having a relatively low linear expansion coefficient such as silica filler and alumina filler can be dispersed in the resin additive, making it easy to match the piezoelectric element with a low expansion coefficient. It is possible to prevent damage to the piezoelectric element due to thermal stress and the like, and environmental reliability is improved.
[0032]
Preferably, in the electrode connection structure of the ink jet head, the filler has at least one of an elastic modulus of 10 GPa or less in an environment of 100 ° C. or less and a linear expansion coefficient of 50 ppm / ° C. or less in an environment of 100 ° C. or less. It has these characteristics.
[0033]
Thereby, when the elastic modulus of the filling member is 10 GPa or less, the thermal stress between the piezoelectric element and the filling member can be relaxed by the elastic deformation of the filling material, and when the linear expansion coefficient of the filling material is 50 ppm / ° C. or less. Since the thermal stress which generate | occur | produces can be reduced, the inkjet head excellent in environmental reliability can be provided.
[0034]
In the electrode connection structure of the ink jet head, preferably, each of the ink chamber electrodes formed on each inner surface of the pair of partition walls is electrically connected by a connection conductive layer formed along the inner wall surface of the ink chamber groove. Connected.
[0035]
When each of the ink chamber electrodes formed on each inner surface of the pair of partition walls is not electrically connected by the connecting conductive layer and is electrically separated, it is conducted to the internal drive circuit. When the connection between the electrode and ACA is performed, it is necessary to connect the external electrode connected to the external drive circuit to the end face of each ink chamber electrode. However, if each of the pair of ink chamber electrodes is electrically connected by the conductive layer for connection, in the ACA electrode connection with the external electrode conducted to the external drive circuit, the external electrode of the external drive circuit is not connected. It is sufficient that at least one ACA conductive particle can be connected to the end face of one of the ink chamber electrodes. As a result, the density of the conductive particles in which ACA is dispersed can be reduced, which is advantageous in reducing the ACA material cost and insulative with the ink chamber electrode in the adjacent ink chamber groove, and facilitates a narrow pitch. It is possible to provide an inkjet head that is inexpensive and capable of high-definition printing.
[0036]
The inkjet head manufacturing method of the present invention includes a step of forming a plurality of ink chamber grooves at a predetermined pitch on the upper surface of a piezoelectric channel wafer polarized in the thickness direction; Forming a conductive layer for connection along the inner wall surface of the groove for the ink chamber; Ink chamber electrodes independent from each other are provided on the opposing surfaces of the plurality of ink chamber grooves. Riding while touching the conductive layer for connection Forming the cover wafer, bonding the cover wafer to the upper surface of the channel wafer, and cutting and dividing the bonded channel wafer and cover wafer in a direction crossing the longitudinal direction of the ink chamber groove. ing.
[0037]
Conventionally, the actuator has a large size and a complicated configuration, and the ink chamber electrode is drawn out of the ink chamber groove to the outside of the ink chamber groove for connection to an external drive circuit. On the other hand, according to the manufacturing method of the present invention, the end surface of the ink chamber electrode is exposed at the cut surface by cutting the channel wafer and the cover wafer after forming the ink chamber electrode in the ink chamber groove. Can do. Therefore, it is possible to electrically connect an external drive circuit to the exposed end face without drawing the ink chamber electrode from the ink chamber groove to the outside of the ink chamber groove.
[0038]
Since it is not necessary to draw out the ink chamber electrode outside the groove for the ink chamber in this way, almost no part other than the active area of the actuator is required, and the material cost can be reduced. In addition, since the drive frequency can be improved by reducing the electrostatic capacity, high-speed printing can be realized, and the drive voltage can be reduced, so that the withstand voltage of the drive IC can be reduced. Reduction of drive power consumption can be realized.
[0039]
Further, since it is not necessary to form an actuator having a complicated structure, the process can be simplified.
[0041]
further, As a result, in the connection with the electrode conducted to the external drive circuit to be performed later, by forming the thickness of the separately formed metal film, high mounting reliability can be secured, and at the same time, the electrode thickness can be reduced to the drive electrode. Since it is not necessary to increase the thickness, the throughput in the vacuum process is increased, the productivity is improved, and the driving load of the active area of the inkjet head driven in the share mode is not increased, so that low power consumption can be realized.
[0042]
Preferably, the ink jet head manufacturing method further includes a step of forming a filler so as to fill a predetermined region between the ink chamber electrodes facing each other in each of the plurality of ink chamber grooves. At the position where the filler is cut, the bonded channel wafer and cover wafer are cut.
[0043]
In this way, in the subsequent dicing process, the channel wafer is filled with the filling material made of conductive resin or insulating resin, so that the channel wafer is increased in strength and can reduce damage during dicing, so that the production yield can be reduced. And an inexpensive inkjet head can be realized. In the case of a conductive resin, a plurality of drive electrodes in the same ink chamber can be integrated into one by the conductive resin filling the ink chamber, and the cross section of the conductive resin can also be used as an external circuit connection electrode. Therefore, the connection area can be easily increased, and the connection stability is excellent. In addition, in the case of an insulating resin, since it is possible to disperse many additives having a relatively low linear expansion coefficient such as silica filler and alumina filler in the resin, matching with the linear expansion coefficient of the piezoelectric element is easy. Therefore, it is possible to prevent damage to the piezoelectric element due to thermal stress or the like, and it is possible to provide an ink jet head excellent in environmental reliability.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0045]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is an end view (a) viewed from the direction of arrow II in FIG. 1, a schematic cross-sectional view along line IIB-IIB in FIG. 2 (a), and along a line IIC-IIC in FIG. 2 (a). It is a schematic sectional drawing (c).
[0046]
Referring to FIGS. 1 and 2, the inkjet head 1 of the present embodiment includes an actuator (substrate) 20, a plurality of actuator driving electrodes 27 and 28, an insulating resin 10, a cover member 30, and a nozzle. It mainly has a plate 25.
[0047]
The actuator 20 is made of a piezoelectric element such as PZT. In the actuator 20, each of the plurality of ink chamber grooves 26 a is formed in an array so as to penetrate from the ejection surface 23 to the rear end surface 21. A partition wall 29 is formed in each region of the actuator 20 sandwiched between the plurality of ink chamber grooves 26a. In the ink chamber groove 26a, two actuator driving electrodes (ink chamber electrodes) 27 and 28 are formed on the inner wall surface of the partition wall 29 in a state of facing each other.
[0048]
Each of the actuator driving electrodes 27 and 28 is formed in the upper half of the partition wall 29 and is made of, for example, a Cu (copper) thin film having a thickness of 0.5 μm. Further, the longitudinal end faces of the actuator driving electrodes 27 and 28 are exposed at the rear end face 21, and the exposed end face has a width of 0.5 μm and a length of 140 μm. The area is 7 × 10 -Five mm 2 It is. The area of the end face exposed at the rear end face 21 of the actuator driving electrodes 27, 28 is 7 × 10. -Five mm 2 The above is preferable.
[0049]
The insulating resin 10 contains, for example, silica filler, and is filled in the ink chamber groove 26a so as to close the rear end face 21 side of the ink chamber groove 26a. A portion of the ink chamber groove 26a excluding the actuator driving electrodes 27 and 28 and the insulating resin 10 is an ink chamber 26 that can be filled with ink. The insulating resin 10 prevents ink from flowing out from the ink chamber 26 to the rear end face 21 side. This insulating resin 10 has at least one of the following properties: an elastic modulus in an environment of 100 ° C. or less is 10 GPa or less, and a linear expansion coefficient in an environment of 100 ° C. or less is 50 ppm / ° C. or less. Is preferred.
[0050]
A nozzle plate 25 having minute nozzles 24 is attached to the ink discharge surface 23 of the actuator 20. A cover member 30 is attached to the upper surface of the actuator 20 so that the ink supply port 31 is positioned above the ink chamber 26.
[0051]
In the operation of ejecting ink droplets in the inkjet head 1, first, voltages having the same potential are applied to the two actuator driving electrodes 27 and 28 arranged in the same ink chamber groove 26 a, and the two surfaces of the partition wall 29 are opposed to each other. A voltage having an opposite phase is applied to the two actuator driving electrodes 28 and 27. As a result, the partition wall 29 serves as an actuator that is driven in the shear mode, and the ink pressure in the ink chamber 26 is controlled, thereby ejecting fine ink droplets from the nozzle 24.
[0052]
As shown in FIG. 3, a driving IC 40 is electrically connected to the actuator driving electrodes 27 and 28 of the inkjet head 1 of the present embodiment. Specifically, the outer leads 42 on the TAB tape 41 conducted to the driving IC 40 are electrically connected to both end faces exposed from the rear end faces 21 of the actuator driving electrodes 27 and 28 via the ACF 50. The By this connection, the outer lead 42 is electrically and collectively connected to both the actuator driving electrodes 27 and 28. In this connection, Ni (nickel) conductive particles of the ACF 50 are interposed between the end faces of the actuator driving electrodes 27 and 28 and the outer leads 42. The outer lead 42 can also be mechanically connected to the inkjet head 1 by curing the resin component of the ACF 50.
[0053]
In this connection, the area of each end face exposed from the rear end face 21 of the actuator driving electrodes 27 and 28 is 7 × 10 as described above. -Five mm 2 Therefore, sufficient connection stability and connection reliability can be ensured.
[0054]
Note that the end face exposed from the rear end face 21 of the actuator driving electrodes 27 and 28 can be separately plated with Au to reduce the connection resistance with the outer lead 42. Heat generation due to the resistance component can be reduced. Similarly, the exposed surface 22 of the actuator drive electrodes 27 and 28 in the upper ink chamber can be electrically connected to an external drive circuit. At this time, the insulating resin 10 may be, for example, a conductive resin containing Ag (silver) filler. In this case, the actuator driving electrodes 27 and 28 in the same ink chamber 26 are electrically connected by the conductive resin 10. Can also be aggregated.
[0055]
In addition, since the conductive particle cross-sectional area of the conductive resin 10 is included as an effective electrode area for connecting the outer leads 42 on the small cut surface, the actuator driving electrodes 27 and 28 can be further reduced in thickness, thereby improving productivity. effective. Further, a material having a small linear expansion coefficient, such as silica filler or carbon particles, may be dispersed in the conductive resin 10, and in this case, the PZT linear expansion coefficient of the material of the actuator 20 can be approached. For this reason, there is an effect of improving the heat stress reliability by matching the linear expansion coefficient of the conductive resin 10 filled in the ink chamber groove 26a and PZT.
[0056]
Next, a method for manufacturing the ink jet head of the above-described embodiment will be described.
[0057]
4 to 6 are views showing the method of manufacturing the ink jet head according to the first embodiment of the present invention in the order of steps, FIGS. 4 and 5 are perspective views, and FIG. 6 is a sectional view.
[0058]
Referring to FIG. 4, first, dry film resist 70 is laminated on one surface of piezoelectric element wafer (channel wafer) 20 polarized in the thickness direction and cured. Thereafter, the channel wafer 20 is half-diced using a dicing blade of a dicer to form the ink chamber groove 26a.
[0059]
After forming a plurality of ink chamber grooves 26a (ink chamber array) in this way, a metal that becomes an electrode material such as Al or Cu is obliquely deposited from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ink chamber grooves 26a. By performing this operation from the left and right directions with respect to the longitudinal direction of the ink chamber groove 26a, the metal electrodes 27 and 28 are formed on the surface of the partition wall 29. The metal electrodes 27, 28 are formed to a depth of about ½ in the depth direction of the ink chamber groove 26 a by the shadowing effect of the dry film resist 70 and each partition wall 29.
[0060]
Thereafter, the dry film resist 70 is lifted off, so that no electrode is formed on the upper surface of the partition wall 29, and electrical separation between the ink chamber grooves 26a can be reliably performed.
[0061]
Referring to FIG. 5, liquid insulating resin 10 is used in an ink chamber with a width of 1 mm using a dispenser or the like in a direction orthogonal to the ink chamber array (that is, a direction orthogonal to the longitudinal direction of ink chamber groove 26a). One character is applied and supplied onto the groove 26a and the partition wall 29. At this time, if the viscosity of the insulating resin 10 is set to 10000 cps or less, the insulating resin 10 is naturally filled in the ink chamber groove 26a. In addition, it has been found that if the viscosity is 1000000 cps or less, the viscosity decreases with increasing temperature in the curing step and is filled before the curing reaction. For this reason, a filler of 1000000 cps or less can be used as the insulating resin 10 substantially.
[0062]
Thereafter, the insulating resin 10 is cured by being left in an oven at 100 ° C. for 1 hour. Alternatively, the resin may be cured on the hot plate. In this case, the active area portion of the actuator 20 is activated by circulating a Peltier element or a coolant so that it can be locally cooled in the hot plate. By performing forced cooling of the area, it is possible to reduce thermal damage to the actuator 20. Further, the insulating resin 10 can be cured at room temperature without performing heat curing.
[0063]
The insulating resin 10 adhering to the partition walls 29 is removed by polishing with 600th and 1200th wrapping films. Thereby, the flatness of the channel wafer 20 and the cover wafer (not shown) can be ensured at the time of wafer bonding performed later, and good wafer bonding can be performed.
[0064]
With reference to FIG. 6, a cover wafer 30 made of a piezoelectric element having a counterbore for the ink supply port 31 is prepared. The cover wafer 30 is a cover member that forms an ink supply port 31 and seals the upper portion of the ink chamber 26 when the ink jet head is configured later. Usually, the cover wafer 30 is made of the same material as that of the piezoelectric element constituting the actuator 20 in order to improve the matching of the thermal expansion coefficient with the actuator 20, but inexpensive alumina ceramics having a relatively close thermal expansion coefficient are used. May be used.
[0065]
The wafer 20 on which the ink chamber array is formed and the cover wafer 30 are bonded with a commercially available adhesive. At this time, alignment is performed so that the portion filled with the insulating resin 10 comes to the center portion of the spot facing portion for the ink supply port 31 of the cover wafer 30. Thereafter, the channel wafer 20 and the cover wafer 30 are separated by a dicing blade of a dicer at a spot facing portion for the ink supply port 31 and a filling portion of the insulating resin 10 at a dicing line indicated by a broken line in the drawing. It is cut (divided into small pieces).
[0066]
At this time, the insulating resin 10 and the electrodes 27 and 28 are exposed on the cut surface, and the electrode pressing load is applied to the entire surface of the external circuit electrode in electrical connection with the external circuit conducted to the driving IC connected later. It is possible to prevent the external circuit electrode from being damaged due to local concentration of the pressing force.
[0067]
The insulating resin 10 is made of an epoxy resin in which a silica filler is dispersed, and the linear expansion coefficient is adjusted to 50 ppm / ° C. Therefore, in the actuator 20 made of a normal epoxy resin containing no filler, an epoxy resin in which the silica filler used in the present embodiment is dispersed, compared to the case where a resin crack occurred early in the temperature cycle test. Then, it is excellent in connection reliability with the actuator.
[0068]
In the present embodiment, the actuator drive electrodes 27 and 28 are located only in the ink chamber groove 26 a, and their end surfaces are exposed at the rear end surface 21 of the substrate 20. Therefore, the actuator driving electrode has been drawn out of the groove for the ink chamber for mounting in the past, but this is not necessary in this embodiment, and almost no part other than the active area of the actuator is required, reducing the material cost. Can be realized. In addition, since the drive frequency can be improved by reducing the capacitance, high-speed printing can be realized, and the drive voltage can be reduced, so that the withstand voltage of the drive IC can be reduced, thereby reducing the cost of the drive IC. In addition, reduction of driving power consumption can be realized.
[0069]
The cross-sectional area of each end face of the actuator driving electrodes 27 and 28 exposed from the rear end face 21 is 7 × 10. -Five mm 2 That's it. Thereby, sufficient reliability can be obtained in the electrode connection by ACA or NCA when connecting to the electrode conducted to the inkjet head driving IC to be performed later.
[0070]
Each of the actuator driving electrodes 27 and 28 has a plated metal film on the surface. Since the actuator drive electrodes 27 and 28 are used as connection electrodes to an external drive circuit, it is necessary to secure a sufficient electrode thickness. In the case of forming a metal film by a vacuum process such as vapor deposition or sputtering, throughput is slow and production is performed. There was a problem with sex. However, by forming only the plating seed layer by a thin vacuum process and forming it to the desired metal film thickness by plating, productivity can be improved, the film quality of the metal film itself is uniform, and internal stress can be reduced. The defect of peeling of the metal film is reduced, and an ink jet head that is inexpensive, has high quality stability, and high reliability can be realized.
[0071]
In addition, the filler 10 includes any one of a conductive resin and an insulating resin. As a result, since the conductive resin or the insulating resin is filled in a predetermined region in the ink chamber groove 26a in the fragmentation step by dicing performed later, the channel wafer is increased in strength and can reduce damage during dicing. As a result, the production yield is improved and an inexpensive inkjet head can be realized.
[0072]
In the case of a conductive resin, a pair of actuator drive electrodes 27 and 28 in the same ink chamber groove 26a can be electrically connected by a conductive resin and connected to an external drive circuit. As the cross section of the conductive resin can be used, the connection area can be easily increased, and the connection stability is improved. In addition, in the case of an insulating resin, many additives having a relatively low linear expansion coefficient such as silica filler and alumina filler can be dispersed in the resin additive, making it easy to match the piezoelectric element with a low expansion coefficient. It is possible to prevent damage to the piezoelectric element due to thermal stress and the like, and environmental reliability is improved.
[0073]
Further, the filler 10 has at least one of the properties that the elastic modulus in an environment of 100 ° C. or less is 10 GPa or less and the linear expansion coefficient in an environment of 100 ° C. or less is 50 ppm / ° C. or less. Thereby, when the elastic modulus of the filler 10 is 10 GPa or less, the thermal stress between the piezoelectric element and the filler can be relaxed by elastic deformation of the filler 10, and the linear expansion coefficient of the filler 10 is 50 ppm / ° C. Since the generated thermal stress can be reduced in the following cases, an ink jet head excellent in environmental reliability can be provided.
[0074]
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, it is not necessary to form the actuator 20 having a complicated structure, so that the process can be simplified.
[0075]
Further, the filling material 10 is formed so as to fill a predetermined region between the actuator driving electrodes 27 and 28 facing each other in each of the plurality of ink chamber grooves 26a, and bonding is performed at a position where the filling material 10 is cut. The subsequent channel wafer 20 and cover wafer 30 are cut.
[0076]
In this way, in the subsequent dicing step by dicing, since the filling material 10 made of conductive resin or insulating resin is filled in the ink chamber groove 26a, the channel wafer 20 is increased in strength and damaged during dicing. Can be reduced, the production yield can be improved, and an inexpensive inkjet head can be realized.
[0077]
(Embodiment 2)
FIG. 7 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the ink jet head according to Embodiment 2 of the present invention. 8 is an end view (a) viewed from the direction of arrow VIII in FIG. 7, a schematic sectional view along line VIIIB-VIIIB in FIG. 8A, and a line VIIIC-VIIIC in FIG. 8A. It is a schematic sectional drawing (c).
[0078]
7 and 8, the configuration of the ink jet head of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment in that a metal film (conductive layer for connection) 80 is added. The metal film 80 is formed along the inner wall surface of the ink chamber groove 26 a, and is formed so that the end surface is exposed on the rear end surface 21 of the actuator 20. Each of the actuator driving electrodes 27 and 28 is formed so as to run in contact with the metal film 80 in the ink chamber groove 26a, and its end face is also exposed from the rear end face 21a.
[0079]
The actuator driving electrodes 27 and 28 are made of, for example, Al having a thickness of 0.1 μm. The metal film 80 conducted to the actuator driving electrodes 27 and 28 is formed of a 1 μm thick Ni electroless plating layer and flash after a Cr (chromium) adhesion layer and a Cu seed layer are formed by sputtering in the ink chamber groove 26a. It has a configuration in which an Au plating layer is formed. Since the metal film 80 is formed on the entire inner wall portion of the ink chamber groove 26a having a thickness of about 1 μm, a depth of 280 μm, and a width of 40 μm, the end face exposed at the rear end face 21 is exposed. Has a cross-sectional area of about 60 × 10 -Five mm 2 It is.
[0080]
In addition, since it is substantially the same as the structure of Embodiment 1 mentioned above about the structure other than this, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and the description is abbreviate | omitted.
[0081]
In the ink jet head according to the present embodiment, on one end of the actuator driving electrodes 27 and 28 and the end face exposed from the rear end face 21 of the metal film 80, the TAB tape 41 is connected to the driving IC 40 as shown in FIG. The outer leads 42 are directly connected. In this connection, the NCF 51 is interposed between the TAB tape 41 or the outer lead 42 and the actuator 20 and cured, whereby the both can be mechanically connected.
[0082]
At this time, the area of the end face of the metal film 80 is 60 × 10 6. -Five mm 2 Therefore, sufficient connection stability and connection reliability can be ensured. Also, the electrode end surface of the ink chamber upper portion 22 can be electrically connected to an external circuit in the same manner as described above. At this time, the insulating resin 10 may be, for example, a conductive resin containing an Ag filler. In this case, the conductive resin cross-sectional area of the conductive resin is also included as an electrode area effective for outer lead connection at the small cut surface. Therefore, there is an effect of further improving connection stability and connection reliability.
[0083]
Next, a method for manufacturing the ink jet head of the present embodiment will be described.
10 to 13 are views showing the method of manufacturing the ink jet head according to the second embodiment of the present invention in the order of steps, FIGS. 10 and 13 are sectional views, and FIGS. 11 and 12 are perspective views. .
[0084]
Referring to FIG. 10, as in the first embodiment, first, a dry film resist 70 is laminated on one surface of a piezoelectric element wafer (channel wafer) 20 polarized in the thickness direction and cured. Thereafter, the channel wafer 20 is half-diced using a dicing blade of a dicer to form the ink chamber groove 26a.
[0085]
After forming a plurality of ink chamber grooves 26a (ink chamber array) in this way, a metal mask 82 having an opening corresponding to the rear end portion of the ink chamber grooves 26a is disposed, and a Cr adhesion layer is formed by sputtering. Is formed on the opening portion of the metal mask 82 with a thickness of 0.05 μm and a Cu seed layer with a thickness of 0.05 μm.
[0086]
Next, an electroless Ni plating (not shown) is formed with a thickness of 1 μm, and a flash Au plating is formed with a thickness of 0.05 μm on the portion where the Cu seed layer is attached.
[0087]
Referring to FIG. 11, an Al electrode is obliquely deposited with a thickness of 0.1 μm from the direction perpendicular to the longitudinal direction of ink chamber groove 26a. By performing this operation from the left and right directions with respect to the longitudinal direction of the ink chamber groove 26a, the metal electrodes 27 and 28 are formed on the surface of the partition wall 29. Due to the shadowing effect of the dry film resist 70 and the partition walls 29, the metal electrodes 27 and 28 are formed to about ½ of the depth direction of the ink chamber groove 26 a.
[0088]
Thereafter, the dry film resist 70 is lifted off, so that no electrode is formed on the upper surface of the partition wall 29, and electrical separation between the ink chamber grooves 26a can be reliably performed.
[0089]
Referring to FIG. 12, the ink chamber groove having a width of 1 mm using a dispenser or the like with liquid insulating resin 10 in a direction orthogonal to the ink chamber array (that is, a direction orthogonal to the longitudinal direction of ink chamber groove 26a). One letter is applied onto 26a and partition wall 29. At this time, if the viscosity of the insulating resin 10 is set to 10000 cps or less, the insulating resin 10 is naturally filled in the ink chamber groove 26a.
[0090]
Thereafter, the insulating resin 10 is cured by being left in an oven at 100 ° C. for 1 hour. The insulating resin 10 adhering to the partition walls 29 is removed by polishing with 600th and 1200th wrapping films. Thereby, the flatness of the channel wafer 20 and the cover wafer (not shown) can be ensured at the time of wafer bonding performed later, and good wafer bonding can be performed.
[0091]
Referring to FIG. 13, a cover wafer 30 made of a piezoelectric element having a counterbore for the ink supply port 31 is prepared. The cover wafer 30 is a cover member that forms an ink supply port 31 and seals the upper portion of the ink chamber 26 when the ink jet head is configured later. Usually, the cover wafer 30 is made of the same material as that of the piezoelectric element constituting the actuator 20 in order to improve the matching of the thermal expansion coefficient with the actuator 20, but inexpensive alumina ceramics having a relatively close thermal expansion coefficient are used. May be used.
[0092]
The wafer 20 on which the ink chamber array is formed and the cover wafer 30 are bonded with a commercially available adhesive. At this time, alignment is performed so that the portion filled with the insulating resin 10 comes to the center portion of the spot facing portion for the ink supply port 31 of the cover wafer 30, and both are bonded together as in the first embodiment. Thereafter, the channel wafer 20 and the cover wafer are separated by a dicing blade of a dicer at a spot facing portion for the ink supply port 31 and a filling portion of the insulating resin 10 in the dicing line indicated by a broken line in FIG. 30 is divided and cut, and is divided into individual actuators to complete the actuators.
[0093]
At this time, the end surfaces of the actuator driving electrodes 27 and 28 made of, for example, Al, and the end surface of the metal film 80 made of Au / Ni / Cu / Cr electrically connected thereto are exposed at the cut surface. For connection with a lead conducted to the driving IC to be performed later, each end face of the metal film 80 and the actuator driving electrodes 27 and 28 is configured as an external circuit connecting electrode. The load can be received over the entire cut surface of the actuator, and it is possible to prevent the external circuit electrode from being damaged due to local concentration of the pressing force.
[0094]
The insulating resin 10 is made of an epoxy resin in which silica filler is dispersed, and the elastic modulus is adjusted to 10 GPa. Therefore, the insulating resin 10 is interposed between the insulating resin filled in the ink chamber and the piezoelectric element. Since the generated thermal stress can be relaxed by elastic deformation of the insulating resin, the connection reliability is excellent.
[0095]
In the present embodiment, the same effect as in the first embodiment described above can be obtained.
In the present embodiment, the metal film 80 is electrically connected to the actuator driving electrodes 27 and 28. Thus, the external drive circuit is simply connected to one of the pair of actuator drive electrodes 27 and 28 facing each other across the ink chamber groove 26a, so that both of the pair of actuator drive electrodes 27 and 28 are electrically connected. It becomes possible to connect to.
[0096]
At least one of the actuator driving electrodes 27 and 28 and the metal film 80 has a plated metal film on the surface. Since the actuator driving electrodes 27 and 28 and the metal film 80 are used as electrodes for connection to an external driving circuit, it is necessary to ensure a sufficient electrode thickness, and throughput is required in forming a metal film by a vacuum process such as vapor deposition or sputtering. However, the productivity was improved by forming only the seed layer for plating thinly by a vacuum process and forming it to the desired metal film thickness by plating. The defect of the metal film peeling that can reduce the internal stress with uniform film quality is reduced, and an inkjet head that is inexpensive, has high quality stability, and high reliability can be realized.
[0097]
In addition, each of the actuator driving electrodes 27 and 28 formed on each inner surface of the pair of partition walls 29 is electrically connected by a metal film 80 formed along the inner wall surface of the ink chamber groove 26a. Yes. When the actuator driving electrodes 27 and 28 formed on the inner side surfaces of the pair of partition walls 29 are not electrically connected by the metal film 80 and are electrically separated, the internal drive When an ACA connection is made with an electrode that is conductive to the circuit, it is necessary to connect the external electrode that is conductive to the external drive circuit to the end faces of the actuator drive electrodes 27 and 28.
[0098]
However, if each of the pair of actuator driving electrodes 27 and 28 is electrically connected by the metal film 80, in the electrode connection in the ACA with the external electrode conducted to the external driving circuit, the external driving circuit It is only necessary that the external electrode can be connected to the end face of one of the actuator driving electrodes 27 and 28 by at least one ACA conductive particle. As a result, the density of conductive particles in which ACA is dispersed can be reduced, which is advantageous for reducing the cost of ACA material and insulating the actuator driving electrodes 27 and 28 in the adjacent ink chamber groove 26a. Therefore, it is possible to provide an ink jet head that can be easily manufactured and that can be printed at low cost and with high definition.
[0099]
Further, the manufacturing method according to the present embodiment includes a step of forming the metal film 80 along the inner wall surface of the ink chamber groove 26a, and the actuator driving electrodes 27 and 28 are formed so as to be in contact with the metal film 80. The Thereby, in the connection with the electrode conducted to the external drive circuit to be performed later, by forming the metal film separately formed thick, high mounting reliability can be secured and at the same time, the actuator drive electrodes 27 and 28 can be secured. Since it is not necessary to increase the electrode thickness, the throughput in the vacuum process is increased, the productivity is improved, and the drive load on the active area of the inkjet head driven in the share mode is not increased, resulting in low power consumption. it can.
[0100]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0101]
【The invention's effect】
In the ink jet head electrode connection structure of the present invention, it is not necessary to pull out the ink chamber electrode out of the groove for the ink chamber as in the conventional case, and almost no part other than the active area of the actuator is required, thereby realizing reduction in material cost. Can do. In addition, since the drive frequency can be improved by reducing the capacitance, high-speed printing can be realized, and the drive voltage can be reduced, so that the withstand voltage of the drive IC can be reduced, thereby reducing the cost of the drive IC. In addition, reduction of driving power consumption can be realized.
[0102]
In the electrode connection structure of the above inkjet head The And a connecting conductive layer electrically connected to the ink chamber electrode. The end face of the connection conductive layer located only in the ink chamber groove is exposed at the other end face, and is electrically connected to the external drive circuit at the exposed end face of the connection conductive layer. Accordingly, it is possible to electrically connect both of the pair of ink chamber electrodes by simply connecting an external drive circuit to one of the pair of ink chamber electrodes opposed across the ink chamber groove.
[0103]
Preferably, in the electrode connection structure of the ink jet head, the cross-sectional area of the end surface of the ink chamber electrode exposed from the other end surface is 7 × 10. -Five mm 2 That's it. Thereby, sufficient reliability can be obtained in the electrode connection by ACA or NCA when connecting to the electrode conducted to the inkjet head driving IC to be performed later.
[0104]
In the electrode connection structure of the ink jet head, preferably, at least one of the ink chamber electrode and the connection conductive layer has a plated metal film on the surface. Since the ink chamber electrode and the conductive layer for connection are used as the electrode for connection to the external drive circuit, it is necessary to ensure a sufficient electrode thickness, and the throughput is slow in forming a metal film by a vacuum process such as vapor deposition or sputtering. Although there was a problem in productivity, only the seed layer for plating was thinly formed by a vacuum process, and by plating to the desired metal film thickness, productivity was improved and the film quality of the metal film itself was uniform. Therefore, the defect of peeling of the metal film, which can reduce the internal stress, is reduced, and an inexpensive, high quality, and highly reliable ink jet head can be realized.
[0105]
Preferably, the electrode connection structure of the ink jet head further includes a filler filling the pair of partition walls on the other end face side of the ink chamber groove. The filler includes any material of conductive resin and insulating resin. As a result, the conductive wafer or the insulating resin is filled in a predetermined area in the groove for the ink chamber in the subsequent dicing step by dicing, so that the channel wafer is increased in strength and can reduce damage during dicing. The production yield is improved and an inexpensive inkjet head can be realized.
[0106]
In the case of a conductive resin, a pair of ink chamber electrodes in the same ink chamber groove can be electrically connected by a conductive resin, and the conductive resin is used as an electrode for connection to an external drive circuit. Since the cross section can be used, a large connection area can be easily obtained and the connection stability is improved. In addition, in the case of an insulating resin, many additives having a relatively low linear expansion coefficient such as silica filler and alumina filler can be dispersed in the resin additive, making it easy to match the piezoelectric element with a low expansion coefficient. It is possible to prevent damage to the piezoelectric element due to thermal stress and the like, and environmental reliability is improved.
[0107]
Preferably, in the electrode connection structure of the ink jet head, the filler has at least one of an elastic modulus of 10 GPa or less in an environment of 100 ° C. or less and a linear expansion coefficient of 50 ppm / ° C. or less in an environment of 100 ° C. or less. It has these characteristics. Thereby, when the elastic modulus of the filling member is 10 GPa or less, the thermal stress between the piezoelectric element and the filling member can be relaxed by the elastic deformation of the filling material, and when the linear expansion coefficient of the filling material is 50 ppm / ° C. or less. Since the thermal stress which generate | occur | produces can be reduced, the inkjet head excellent in environmental reliability can be provided.
[0108]
In the electrode connection structure of the ink jet head, preferably, each of the ink chamber electrodes formed on each inner surface of the pair of partition walls is electrically connected by a connection conductive layer formed along the inner wall surface of the ink chamber groove. Connected. When each of the ink chamber electrodes formed on each inner surface of the pair of partition walls is not electrically connected by the connecting conductive layer and is electrically separated, it is conducted to the internal drive circuit. When the connection between the electrode and ACA is performed, it is necessary to connect the external electrode connected to the external drive circuit to the end face of each ink chamber electrode. However, if each of the pair of ink chamber electrodes is electrically connected by the conductive layer for connection, in the ACA electrode connection with the external electrode conducted to the external drive circuit, the external electrode of the external drive circuit is not connected. It is sufficient that at least one ACA conductive particle can be connected to the end face of one of the ink chamber electrodes. As a result, the density of the conductive particles in which ACA is dispersed can be reduced, which is advantageous in reducing the ACA material cost and insulative with the ink chamber electrode in the adjacent ink chamber groove, and facilitates a narrow pitch. It is possible to provide an inkjet head that is inexpensive and capable of high-definition printing.
[0109]
According to the method of manufacturing an ink jet head of the present invention, the end surface of the ink chamber electrode can be exposed at the cut surface by cutting the channel wafer and the cover wafer after forming the ink chamber electrode in the ink chamber groove. it can. Therefore, it is possible to electrically connect an external drive circuit to the exposed end face without drawing the ink chamber electrode from the ink chamber groove to the outside of the ink chamber groove.
[0110]
Since it is not necessary to draw out the ink chamber electrode outside the groove for the ink chamber in this way, almost no part other than the active area of the actuator is required, and the material cost can be reduced. In addition, since the drive frequency can be improved by reducing the electrostatic capacity, high-speed printing can be realized, and the drive voltage can be reduced, so that the withstand voltage of the drive IC can be reduced. Reduction of drive power consumption can be realized.
[0111]
Further, since it is not necessary to form an actuator having a complicated structure, the process can be simplified.
[0112]
In the manufacturing method of the ink jet head described above The And a step of forming a connection conductive layer along the inner wall surface of the ink chamber groove. An ink chamber electrode is formed so as to be in contact with the connecting conductive layer. As a result, in the connection with the electrode conducted to the external drive circuit to be performed later, by forming the thickness of the separately formed metal film, high mounting reliability can be secured, and at the same time, the electrode thickness can be reduced to the drive electrode. Since it is not necessary to increase the thickness, the throughput in the vacuum process is increased and the productivity is improved. And The drive load on the active area of the inkjet head driven in the share mode does not increase, and low power consumption can be realized.
[0113]
Preferably, the ink jet head manufacturing method further includes a step of forming a filler so as to fill a predetermined region between the ink chamber electrodes facing each other in each of the plurality of ink chamber grooves. At the position where the filler is cut, the bonded channel wafer and cover wafer are cut. In this way, in the subsequent dicing process, the channel wafer is filled with the filling material made of conductive resin or insulating resin, so that the channel wafer is increased in strength and can reduce damage during dicing, so that the production yield can be reduced. And an inexpensive inkjet head can be realized. In the case of a conductive resin, a plurality of drive electrodes in the same ink chamber can be integrated into one by the conductive resin filling the ink chamber, and the cross section of the conductive resin can also be used as an external circuit connection electrode. Therefore, the connection area can be easily increased, and the connection stability is excellent. In addition, in the case of an insulating resin, since it is possible to disperse many additives having a relatively low linear expansion coefficient such as silica filler and alumina filler in the resin, matching with the linear expansion coefficient of the piezoelectric element is easy. Therefore, it is possible to prevent damage to the piezoelectric element due to thermal stress or the like, and it is possible to provide an ink jet head excellent in environmental reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a configuration of an ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention.
2A is an end view as viewed from the direction of arrow II in FIG. 1, FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along the line IIB-IIB in FIG. 1A, and FIG. It is a schematic sectional drawing which follows the IIC-IIC line.
3 is a diagram showing a state in which an external drive circuit is connected to the inkjet head of FIG. 2, wherein (a) corresponds to an end view seen from the II direction of FIG. 1, and (b) is IIIB of (a). It is a schematic sectional drawing in alignment with -IIIB, (c) is a schematic sectional drawing in alignment with the IIIC-IIIC line of (a).
4 is a schematic perspective view showing a first step of the method of manufacturing the ink jet head according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a second step of the method of manufacturing the inkjet head in the first embodiment of the invention.
6 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method of manufacturing the ink jet head according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is an exploded perspective view schematically showing a configuration of an ink jet head according to a second embodiment of the present invention.
8A is an end view as viewed from the direction of arrow VIII in FIG. 7, FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along line VIIIB-VIIIB in FIG. 7A, and FIG. It is a schematic sectional drawing in alignment with a VIIIC-VIIIC line.
9 is a diagram illustrating a state in which an external drive circuit is connected to the inkjet head of FIG. 8, wherein (a) corresponds to an end view as viewed from the VIII direction of FIG. 7, and (b) is an IXB of (a). It is a schematic sectional drawing in alignment with -IXB line, (c) is a schematic sectional drawing in alignment with the IXC-IXC line of (a).
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method of manufacturing an ink jet head according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing a second step of the method of manufacturing the ink jet head in the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic perspective view showing a third step of the method of manufacturing the ink jet head in the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method of manufacturing an ink jet head in the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a side sectional view showing a first example of an electrode connection structure of a conventional ink jet head.
FIG. 15 is a side cross-sectional view showing a second example of an electrode connection structure of a conventional inkjet head.
FIG. 16 is a side sectional view showing a third example of an electrode connection structure of a conventional inkjet head.
FIG. 17 is a perspective view showing a main part of a conventional method for manufacturing an inkjet head.
FIG. 18 is a side sectional view showing a fourth example of an electrode connection structure of a conventional inkjet head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet head, 10 Insulating resin, 20 Actuator, 24 nozzle hole, 25 Nozzle plate, 26 Ink chamber, 27, 28 Electrode, 29 partition, 30 Cover plate, 31 Ink supply part, 40 Drive IC (external drive circuit) 41 TAB tape, 42 Outer leads.

Claims (8)

溝状のインク室を挟む1対の隔壁の各内側面に外部駆動回路に電気的に接続されたインク室内電極を形成し、前記外部駆動回路から前記インク室内電極に駆動パルスを印加することにより前記隔壁を変形させて前記インク室内のインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
一方側面から他方側面に達するインク室用溝を形成することで構成される前記隔壁を有する基板を備え、
前記インク室用溝内にのみ位置する前記インク室内電極の端面が前記他方端面において露出しており、その露出した前記インク室内電極の端面において前記外部駆動回路と電気的に接続されており、
前記インク室用溝の内壁面に沿って形成された接続用導電層をさらに備え、
前記インク室内電極は前記インク室用溝内において前記接続用導電層に接しながら乗り上げるように形成され、
前記インク室用溝内にのみ位置する前記接続用導電層の端面が前記他方端面において露出しており、その露出した前記接続用導電層の端面において接着剤によって前記外部駆動回路と電気的に接続されていることを特徴とする、インクジェットヘッドの電極接続構造。
An ink chamber electrode electrically connected to an external drive circuit is formed on each inner surface of a pair of partition walls sandwiching the groove-shaped ink chamber, and a drive pulse is applied from the external drive circuit to the ink chamber electrode. In an inkjet head that discharges ink in the ink chamber by deforming the partition,
A substrate having the partition wall formed by forming a groove for an ink chamber reaching from the one side surface to the other side surface;
An end surface of the ink chamber electrode located only in the ink chamber groove is exposed at the other end surface, and the exposed end surface of the ink chamber electrode is electrically connected to the external drive circuit ,
A connection conductive layer formed along the inner wall surface of the ink chamber groove;
The ink chamber electrode is formed so as to run up in contact with the connection conductive layer in the ink chamber groove,
An end face of the connection conductive layer located only in the ink chamber groove is exposed at the other end face, and the exposed end face of the connection conductive layer is electrically connected to the external drive circuit by an adhesive. It is characterized in that is, the electrode connection structure of the ink jet head.
前記他方端面から露出する前記インク室内電極の端面の断面積は、7×10-5mm2以上であることを特徴とする、請求項1に記載のインクジェットヘッドの電極接続構造。 2. The electrode connection structure of an ink jet head according to claim 1, wherein a cross-sectional area of an end face of the ink chamber electrode exposed from the other end face is 7 × 10 −5 mm 2 or more. 前記インク室内電極および前記接続用導電層の少なくともいずれかは、表面にメッキ金属膜を有していることを特徴とする、請求項1または2に記載のインクジェットヘッドの電極接続構造。The electrode connection structure for an ink jet head according to claim 1, wherein at least one of the ink chamber electrode and the connection conductive layer has a plated metal film on a surface thereof . 前記インク室用溝の前記他方端面側において、前記1対の隔壁間を閉塞するように充填する充填材をさらに備え、
前記充填材は導電性樹脂および絶縁性樹脂のいずれかの材質を含むことを特徴とする、請求項1〜のいずれかに記載のインクジェットヘッドの電極接続構造。
A filler for filling so as to close the space between the pair of partition walls on the other end face side of the ink chamber groove;
The filler is characterized by comprising any of the material of the conductive resin and insulating resin, the electrode connection structure of the ink jet head according to any one of claims 1-3.
前記充填材は、100℃以下の環境下での弾性率が10GPa以下、および100℃以下の環境下での線膨張係数が50ppm/℃以下の少なくともいずれかの特性を有することを特徴とする、請求項に記載のインクジェットヘッドの電極接続構造。The filler has an elastic modulus of 10 GPa or less in an environment of 100 ° C. or less and a linear expansion coefficient in an environment of 100 ° C. or less of 50 ppm / ° C. or less. The electrode connection structure of the inkjet head according to claim 4 . 前記1対の隔壁の各内側面に形成された前記インク室内電極の各々は、前記インク室用溝の内壁面に沿って形成された前記接続用導電層により電気的に接続されていることを特徴とする、請求項に記載のインクジェットヘッドの電極接続構造。Each of the ink chamber electrodes formed on each inner surface of the pair of partition walls is electrically connected by the connecting conductive layer formed along the inner wall surface of the ink chamber groove. The electrode connection structure of an ink jet head according to claim 1 , wherein 厚さ方向に分極処理された圧電体のチャネルウェハの上面に所定ピッチで複数のインク室用溝を形成する工程と、
前記インク室用溝の内壁面に沿って接続用導電層を形成する工程と、
前記複数のインク室用溝の各々の対向面に互いに独立したインク室内電極を前記接続用導電層に接しながら乗り上げるように形成する工程と、
前記チャネルウェハの前記上面にカバーウェハを接着する工程と、
前記接着後の前記チャネルウェハと前記カバーウェハとを、前記インク室用溝の長手方向に交差する方向に切断して分割する工程とを備えた、インクジェットヘッドの製造方法。
Forming a plurality of ink chamber grooves at a predetermined pitch on the upper surface of a piezoelectric channel wafer polarized in the thickness direction;
Forming a conductive layer for connection along the inner wall surface of the ink chamber groove;
Forming the ink chamber electrodes independent of each other on each of the opposing surfaces of the plurality of ink chamber grooves so as to run on the connection conductive layer ;
Adhering a cover wafer to the upper surface of the channel wafer;
A method of manufacturing an inkjet head, comprising: a step of cutting and dividing the channel wafer and the cover wafer after the bonding in a direction intersecting with a longitudinal direction of the ink chamber groove.
前記複数のインク室用溝の各々内で互いに対向する前記インク室内電極間の所定領域を充填するよう充填材を形成する工程をさらに備え、
前記充填材を切断する位置で、前記接着後の前記チャネルウェハと前記カバーウェハとが切断されることを特徴とする、請求項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
Forming a filler so as to fill a predetermined region between the ink chamber electrodes facing each other in each of the plurality of ink chamber grooves,
Wherein in a position to cut the filler, the said channel wafer after bonding and wherein the cover wafer and wherein Rukoto is cut, a manufacturing method of an ink jet head according to claim 7.
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