CN1762709A - 液滴喷头、液滴喷出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的液滴喷头具备:与喷嘴开口连通的压力发生室、构成该压力发生室的一部分的弹性膜(振动膜)、配置在该弹性膜的与所述压力发生室侧相反的面上且使所述压力发生室内产生压力变化的压电元件、和驱动该压电元件的驱动IC(驱动元件),上述驱动IC在设置于所述压电元件的端子上倒装接合。

Description

液滴喷头、液滴喷出装置
技术领域
本发明涉及液滴喷头及液滴喷出装置。
背景技术
作为可以高画质、高速度印刷的打印机,喷墨打印机为人所熟知。喷墨打印机具有装有内体积发生变化的空腔(压力发生室)的喷墨式记录头,在扫描该头的同时从其喷嘴中喷出墨滴,由此进行印刷。作为在这样的喷墨式记录头中的头执行器(head actuator),以前使用以PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)为代表的陶瓷压电元件。该压电元件由搭载于头上的驱动IC进行驱动。该驱动IC例如被固定在与形成空腔的流路形成基板的一个侧面接合的接合基板上,通过各压电元件和引线接合等进行电连接(例如,参照特开2004-148813号公报、特开2003-182076号公报、特开2004-34293号公报)。
然而,在喷墨打印机中,逐渐要求具有进一步的高画质化或高速化。为了响应如此的要求,在喷墨式记录头中的喷嘴的高密度化逐渐成为不可缺少的技术,为此,就用于驱动压电元件的驱动IC而言,迫切地要求进行小型化、高密度安装化。然而,在目前的喷墨式记录头中采用引线接合法,所以当这种小型化、高密度安装化不断进展时,出现因引线彼此的接触而发生短路,或者生产率降低等问题。即,通过端子的致密化(miniaturization),可以使驱动IC小型化,增加来自晶片的产量(yield),降低成本,但因存在上述问题,引线接合的间距以60μm左右为界限,不能够对应将来的要求。
其中,这样的问题不只在喷出用于打字的油墨的喷墨式所述喷头中存在,在喷出油墨以外的液体的液滴喷头中也同样存在。例如,在当将含有金属微粒子等功能性材料液体喷到基板上并对其进行干燥、烧成而形成功能膜(金属配线等)时所使用的液滴喷头中也存在共同的课题。
发明内容
本发明正是鉴于这样的情况而完成的,其目的在于,提供小型、生产率高而且可靠性也出色的液滴喷头。另外,其目的还在于,提供通过这样的液滴喷头可以进行高密度的印刷的液滴喷出装置。
为了解决上述课题,本发明提供了一种液滴喷头,其具备:与喷嘴开口连通的压力发生室、构成该发生室的一部分的振动膜、配置在该振动膜的与上述压力发生室侧相反的面上且使上述压力发生室内产生压力变化的压电元件、驱动该压电元件的驱动元件,其中,上述驱动元件在设置于上述压电元件的端子上倒装接合而成。
通过该构成,与以前的通过接合线进行接合的构造相比,生产效率更高。另外,通过进行的倒装接合,能够防止以前在进行引线接合的情况下发生的引线接触导致的短路。因而,能够通过端子的致密化减小驱动元件的尺寸,可以增加来自晶片的产量,能够降低成本。另外,驱动元件与压电元件一样被配置在基板上,能够降低头整体的厚度,从而能够有助于小型化。
在本发明的液滴喷头中,在流路形成基板上形成上述压力发生室,在上述流路形成基板的与上述压力发生室侧相反的面上形成上述振动膜,在上述振动膜的与上述流路形成基板侧相反的面上配置上述压电元件和上述驱动元件,在上述流路形成基板的配置了上述压电元件和上述驱动元件的面侧设有保护基板,在上述保护基板上,在对应上述驱动元件的位置上设有用于取出引线的开口部,通过该开口部,上述驱动元件能够跟在上述保护基板的与上述驱动元件侧相反的面上形成的端子进行引线接合。这里,上述保护基板能够采用:具有在与上述压电元件以及上述驱动元件对向的区域确保空间的状态下密封该空间的压电元件保持部的构成。
通过如此设置保护基板,能够防止外部环境引起的压电元件等的破坏。
在本发明的液滴喷头中,优选粘接上述保护基板与上述驱动元件并通过该驱动元件支撑上述保护基板的构成。
通过将已安装的驱动元件作为用于支撑保护基板的构造体来使用,没有必要另外设置支撑部件,能够实现头尺寸的降低和头成本的降低。
本发明的液滴喷出装置,其特征在于,具备上述的本发明的液滴喷头。这里,液滴喷出装置不只是以单体构成的打印机,还包括附属于其他器件进行打字的打印机单元。具体地说,有附属于电视等显示装置而对在该显示装置上显示的图像进行印刷的打印机单元。另外,不仅在印刷文字或图像的印刷装置中,例如还在将含有配线材料的液体材料配置在玻璃等基板上并使其干燥以形成配线的配线形成装置、和用于形成其他功能性膜的膜形成装置中能够应用上述的液滴喷头。
通过该构成,因使用低成本的液滴喷头,所以能够提供小型、可靠性高、进而成本更低的液体喷出装置。
附图说明
图1是喷墨式记录头的分解立体图。
图2是喷墨式记录头的俯视图和截面图。
图3是表示喷墨式记录头的其他构成例的截面图。
图4是喷墨式记录装置的概略图。
具体实施方式
〔液滴喷头〕
图1是表示作为本发明的液滴喷头的一例的喷墨式记录头的分解立体图,图2是图1的俯视图和截面图。
如图所示,流路形成基板10在本实施方式中是由面方位(110)的单晶硅基板构成。该流路形成基板10的一个面成为开口面,在另一个面上形成预先通过热氧化形成的由二氧化硅构成的厚度约为1~2μm的弹性膜(振动膜)50。在流路形成基板10的开口面(与弹性膜10侧相反的面)上,通过对单晶硅基板进行各向异性蚀刻而形成多个隔壁11,通过这些多个隔壁11划分的压力发生室12在宽度方向上并列设置2列。在压力发生室12的长轴方向外侧形成连通部13,其中,所述的连通部13与后述的保护基板30的贮存器部31连通,并构成成为各压力发生室12的共通的墨室的贮存器100的一部分,分别通过供墨通路14与各压力发生室12的长轴方向的一个端部连通。
这里,各向异性蚀刻是利用单晶硅基板的蚀刻速率的不同而进行的。例如,在本实施方式中,当将单晶硅基板浸渍在KOH等碱溶液中时,被逐渐侵蚀而出现与(110)面垂直的第一(111)面、和与该第一(111)面约成70度角且与上述(110)面约成35度角的第二(111)面,与(110)面的蚀刻速率相比,(111)面的蚀刻速率约为1/180,是利用这样的性质而进行的。通过这种各向异性蚀刻,可以将由两个第一(111)面和倾斜的两个第二(111)面形成的平行四边形形状的深度加工作为基本而进行精密加工,能够高密度排列压力发生室12。
在本实施方式中,各压力发生室12的长边由第一(111)面形成,短边由第二(111)面形成。该压力发生室12通过对流路形成基板10进行蚀刻直到几乎贯穿达到弹性膜50而形成。这里,弹性膜50被对单晶硅基板进行蚀刻的碱溶液所侵蚀的量极小。另外与压力发生室12的一端相连的各供墨通路14,与压力发生室12相比形成得更浅,从而保持流入到压力发生室12的油墨的流路阻力一定。即,供墨通路14是通过在厚度方向上蚀刻单晶硅基板到中途而形成。其中,半蚀刻是通过蚀刻时间的调整来进行的。
这样的流路形成基板10的厚度,可以与压力发生室12的排列密度相一致而选择最佳厚度,例如,如果是180dpi左右的排列密度,流路形成基板的厚度可以为220μm左右,但当以200doi以上将压力发生室12排列撑比较高的密度时,优选使流路形成基板10的厚度为100μm以下而比较薄。这是因为可以在保持相邻的压力发生室12之间的隔壁11的刚性的同时,可以提高排列密度。
另外,在流路形成基板10的开口面侧,通过粘接剂或热熔化薄膜等固定有喷嘴板20,其中,所述的喷嘴板20上有跟各压力发生室12的与供墨通路14侧相反的面连通的喷嘴开口21贯穿设置。其中,喷嘴板是由厚度例如为0.1~1mm且线膨胀系数为300℃以下例如为2.5~4.5(×10-6/℃)的玻璃陶瓷、或不锈钢等构成。喷嘴板20的一个面整个覆盖流路形成基板10,可以起到保护单晶硅基板免受冲击或外力作用的加强板的作用。另外,喷嘴板10也可以用与流路形成基板10的热膨胀系数大致相同的材料形成。此时,流路形成基板10与喷嘴板20的受热变形大致相同,所以可以使用热固化性粘接剂等而容易地接合。
这里,对油墨以与墨滴喷出压力的压力发生室12的大小、和喷出墨滴的喷嘴开口21的大小,可以按照喷出的墨滴的量、喷出速度、喷出频率而最佳化。例如,当每1英寸记录360个墨滴时,喷嘴开口21需要具有数十μm的直径且高精度地形成。
另一方面,在流路形成基板10的与开口面侧相反的弹性膜50上,通过后述的处理工序层叠形成厚度例如约为0.2μm的下电极膜60、厚度例如约为1μm的压电体层70、和厚度例如约为0.1μm的上电极膜80,而构成压电元件300。这里,压电元件300是指包括下电极膜60、压电体层70、和上电极膜80的部分。通常,将压电元件300的任一方的电极作为通用电极,在每个压力发生室12中对其他电极和压电体层70进行图形形成而构成。
然后,这里,将由已形成图形的任一方的电极和压电体层70构成的且通过对两极施加电压而产生压电变形的部分称作压电体能动部。在本实施方式中,将下电极膜60作为压电元件300的通用电极,将上电极膜80作为压电元件300的个别电极,但可以根据驱动电路或配线的情况而反过来设置,不会出现障碍。在任何情况下,都是在每个压电发生室12中形成压电体能动部。另外,这里,压电元件300与通过该压电元件300的驱动而产生变位的振动膜合起来称作压电执行器。
在这样的各压电元件300中,例如分别连接有由金(Au)等构成的引导电极90。该引导电极90是从各压电元件300的长轴方向端部附近引出,并各自延伸设置到与压力发生室12的列间相对应的区域的弹性膜50上。另外,在该引导电极90上设有用于安装的端子,在该端子上有作为用于驱动压电元件300的驱动元件的驱动IC(半导体集成电路)120倒装接合。驱动IC 120的端子例如在TiW层的表面上形成膜厚1μm的Au电镀膜。因为在驱动IC 120的连接中使用加热加压法,安装驱动IC 120的部分的下面的基板厚度优选被充分确保。在本实施方式中,优选将驱动IC 120安装在与压力发生室12的列间相对应的位置上且且流路形成基板10不被蚀刻的部分上。作为接合的方法,除了可以使用焊锡接合以外,还可以是用在驱动IC 120侧形成Au凸起(bump)(螺柱凸起:stud bump)而通过Ag胶接合的方法、使用各向异性导电膜或各向异性导电粘接剂的方法、使用粘接薄片或粘接剂的方法等。在实施合金接合的情况下,为了确保可靠性,可以通过热固化性树脂等密封材料进行密封、加强。不过,优选密封材料未达到压电元件300的区域。另外,在流路形成基板10的焊盘相当部上形成凸起,从而能够通过各向异性导电膜、粘接剂等进行连接。
在形成这样的压电元件300的流路形成基板10上接合有保护基板30,其中所述的保护基板30具有构成贮存器100的至少一部分的贮存部31。该贮存部31是在厚度方向上贯通保护基板30并在压力发生室的宽度方向上延伸而形成,如上所述,构成与流路形成基板10的连通部13相连通并成为各个压力发生室12的通用墨室的贮存器100。另外,在与保护基板30的压电元件300及驱动IC 120对向的区域中,在确保不妨碍压电元件300的运动的程度的空间的状态下,可以密封该空间的压电元件保持部32分别与压力发生室12对应设置,而在各个压电元件保持部32内密封压电元件300和驱动IC 120。这样的保护基板30优选使用与流路形成基板10的热膨胀系率大致相同的材料,如玻璃、陶瓷材料等,在本实施方式中,可以使用与流路形成基板10的材料相同的单晶硅基板而形成。
另外,在本实施方式中,如图2所示,驱动IC120通过在其上面(与流路形成基板侧相反的面)配置的粘接剂120a,与压电元件保持部32的内面侧粘接,保护基板30通过该驱动IC 120成为支撑压电元件保持部32的内面的状态。保护基板30和驱动IC 120的粘接,可以与保护基板30和流路形成基板10的贴合同时进行。即,在安装驱动IC 120之后,向驱动IC 120的上面提供粘接剂或粘接薄片,当将保护基板30贴合于流路形成基板10上时,使驱动IC 120的上面与压电元件保持部32的内面粘接。此时,粘接剂120通过使用热传导性出色的物质,可以使在驱动IC 120产生的热逃逸到保护基板30侧。驱动IC 120的厚度优选考虑粘接剂120a的厚度而设定成最佳。例如,为了成为从压电元件保持部32的高度(保护基板30的刻入深度)减去连接后的粘接剂120a的厚度部分和通过连接而形成的空隙(gap)部分的厚度,希望预先进行研磨以调节厚度。
其中,在图2中,将驱动IC 120作为保护基板30的支撑体的一部分,但本发明的构成并不限于此。例如,如图3所示,保护基板30的支撑是通过与驱动IC 120分开设置的支撑部件125来进行支撑的。该支撑部件125优选由与保护基板30相同的材料形成。此时,支撑部件125能够通过保护基板30的蚀刻与压电元件保持部32同时形成,制造工序不会变得繁琐。不过,在如此另外设置支撑部件125的情况下,在压电元件保持部32内没有必要形成支撑部件125的部分的多余的空间,所以在头的小型化等方面,与图2所示的构造相比有若干缺点。
在保护基板30的表面即与流路形成基板10的接合面侧相反的面上,例如设置由二氧化硅等构成的绝缘膜(图示略),在该绝缘膜上设置有用于和驱动IC 120连接的多个端子121。在保护基板30的与各驱动IC 120对应的位置上,设置有在厚度方向上贯通保护基板30的贯通孔30A作为用于取出线路的开口部。另外,在与流路形成基板10的贯通孔30A对向的位置上,设置有与驱动IC 120连接的焊盘(图示略),该焊盘与配置在保护基板上的端子121,通过由穿过贯通孔30A内的接合线等导电性引线构成的连接配线(图示略)而电连接。另外,在保护基板30的表面上设置有与端子121相连接的指导配线(图示略),通过该指导配线,端子121与在保护基板30的端部形成的FPC连接用端子122电连接。
在与保护基板30的贮存部31对应的区域上,接合有由密封膜41和固定板42构成的柔性(compliance)基板40。这里,密封膜41由刚性低且具有挠性的材料(例如,厚度为6μm的聚苯硫醚(PPS)薄膜)构成,通过该密封膜41密封贮存部31的一个面。另外,固定板42是由金属等硬质材料(例如,厚度为30μm的不锈钢(SUS)等)形成。与该固定板42的贮存器100对向的区域,成为在厚度方向上被完全去除的开口部43,所以贮存器100的一个面只由具有挠性的密封膜来密封。
如此构成的本实施方式的喷墨式记录头,是从未图示的供墨机构摄入油墨,在从贮存器100直到喷嘴开口21用油墨充满内部之后,按照来自驱动IC 120的驱动信号,在与压力发生室12对应的各下电极膜60和上电极膜80之间施加驱动电压,通过使弹性膜50、下电极膜60及压电体层70发生变位,各个压力发生室12内的压力升高,从喷嘴开口21喷出墨滴。
通过以上说明,在本实施方式的喷墨式记录头方面中,用于驱动压电元件300的驱动IC 120,与在压电元件300上设置的端子倒装接合,所以与以前的通过接合线进行接合的构造相比,生产效率更高。另外,通过进行倒装接合,可以防止以前在进行引线接合时发生的引线接触而导致的短路。因此,通过端子的致密化而能够减低驱动IC 120的尺寸,增加来自晶片的产量,可以降低成本。另外,因为驱动IC120与压电元件300一样配置在同一个基板上,可以降低头整体的厚度,有助于小型化。再有,在本实施方式中,在已进行倒装接合的驱动IC 120的上面通过粘接剂贴合保护基板30,将驱动IC 120作为支撑体,因此,没有必要另外设置用于支撑保护基板30的支撑部件,可以实现头的尺寸的降低和头成本的降低等。
综上,参照附图说明本发明的优选实施方式例,当然本发明并不于该例。在上述的例子中所示的各构成部件的诸形状或组合等是一个例子,可以在不脱离本发明主旨的范围内根据设计要求等进行各种变更。例如,在上述的实施方式中,将应用成膜和光刻处理工序而制造的薄膜型的喷墨式记录头作为例子,当然并不限于此,例如,在通过贴付印刷电路基板(greensheet)等方法形成的厚膜型喷墨式记录头中也可以采用本发明。
另外,在上述实施方式中,作为本发明的液滴喷头的一例,对喷墨式记录头进行说明,但液滴喷头的基本构成并不限于上述。本发明大范围地以液滴喷头的全体作为对象,当然也可以应用于喷射油墨以外的部件。在作为其他液滴喷头,例如可以举出用于打印机等图像记录装置的各种记录头、用于制造液晶显示器等的滤色器的彩色喷射头、用于形成有机EL显示器、FED(面发光显示器)等的电极的电极材料喷射头、用于制造生物芯片的生物有机物喷射头等。
〔液滴喷出装置〕
下面,说明本发明的液滴喷出装置。这里,作为一个例子,说明具有上述喷墨式记录头的喷墨式记录装置。
上述的喷墨式记录头,构成具备与墨盒等连通的油墨流路的记录头单元的一部分,搭载在喷墨式记录装置上。图4是表示该喷墨式记录装置的一例的概略图。如图4所示,具有喷墨式记录头的记录头单元1A和1B,以可以装卸的方式设置构成供墨机构的墨盒2A和2B,搭载了该记录头单元1A和1B的滑车(carriage)3以在轴方向自由移动的方式被设置在滑车轴5上。该记录头单元1A和1B例如分别喷出黑色油墨组合物合彩色油墨组合物。然后,驱动电机6的驱动力通过未图示的多个齿轮及同步带(timing belt)被传送到滑车3中,由此已搭载该记录头单元1A和1B的滑车3沿着滑车轴5移动。另一方面,在装置主体4上沿着滑车轴5设有滚筒8,作为通过未图示的送纸辊等进行送纸的记录介质的记录薄片S,被运送到滚筒8上。
该喷墨式记录装置因具有上述喷墨式记录头,成为小型、可靠性高且成本更低的喷墨式记录装置。
其中,图4表示作为打印机单体的喷墨式记录装置作为本发明的液滴喷出装置的一例,但本发明并不限于此,也可以将本发明应用于通过组装这种喷墨式记录头而实现的打印机单元。这样的打印机单元例如被装在电视等显示器件和白板(white board)等输入器件上,用于印刷通过该显示器件或输入器件显示或者输入的图像。

Claims (5)

1、一种液滴喷头,具备:与喷嘴开口连通的压力发生室、构成该压力发生室的一部分的振动膜、在该振动膜的与所述压力发生室侧相反的面上配置的并使所述压力发生室内发生压力变化的压电元件,和驱动该压电元件的驱动元件,
所述驱动元件在设置于所述压电元件的端子上倒装接合。
2、如权利要求1所述的液滴喷头,其中,
所述压力发生室在流路形成基板上形成,所述振动膜在所述流路形成基板的与所述压力发生室侧相反的面上形成,在所述振动膜的与所述流路形成基板侧相反的面上配置所述压电元件和所述驱动元件,在所述流路形成基板的配置了所述压电元件和所述驱动元件的面侧设有保护基板,在所述保护基板上且在对应所述驱动元件的位置上设有用于取出引线的开口部,通过该开口部,所述驱动元件能够跟在所述保护基板的与所述驱动元件侧相反的面上形成的端子进行引线接合。
3、如权利要求2所述的液滴喷头,其中,
所述保护基板具有在与所述压电元件以及所述驱动元件对向的区域确保空间的状态下密封该空间的压电元件保持部。
4、如权利要求2或者3所述的液滴喷头,其中,
以粘接所述保护基板与所述驱动元件并通过该驱动元件支撑所述保护基板的方式而构成。
5、具有请求项1~4中任意一项所述的液滴喷头的液滴喷出装置。
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