JP2004262190A

JP2004262190A - 電気接続構造、これを用いたインクジェット記録ヘッド及び記録装置

Info

Publication number: JP2004262190A
Application number: JP2003057181A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsukuni; 弘之津国
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】電気接続部分のはんだの内部応力を軽減し、信頼性品質を保ち、安価で形成できることを課題とする。
【解決手段】はんだバンプ７６にコア入りはんだボール７８を使用することによって、コア入りはんだボール７８のコア７８Ａが圧電素子５８の電極５８Ａに接触して、圧電素子５８とフレキシブル配線基板７０との間隔が一定とされる。これによって、溶融したはんだが潰れ広がって圧電素子５８が接合されている振動板３４に影響を与えたり、また、隣り合うはんだ同士が接触することがない。さらに、コア入りはんだボール７８を部分的に配置することで、コア無しはんだボール８０が配置された部分では、フレキシブル配線基板７０が拘束されず、フレキシブル配線基板７０の熱伸縮が吸収されるので、はんだボール７８、８０の内部応力が軽減され、信頼性品質を保つことができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気接続構造、これを用いたインクジェット記録ヘッド及び記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電素子を用いて圧力室内の圧力を変化させてインクを吐出するインクジェット方式が、高速印字、高解像度が得られる等の点から利用されている。
【０００３】
圧電素子は外部駆動回路と接続されており、外部駆動回路部からの電気信号が圧電素子に印加されるようになっている。圧電素子と外部駆動回路との接続方法の一つに、フレキシブル配線基板を介する方法があり、たとえば、圧電素子とフレキシブル配線基板の接続には、はんだボールが用いられる。
【０００４】
ここで、図４（Ａ）に示すように、はんだのみの球状はんだボールをリフローしてバンプ１０２を形成し、バンプ１０２が加熱されて溶融したとき、バンプ１０２のはんだがつぶれてフレキシブル配線基板１０４と圧電素子１０６の間隔が変わる。これによって、図４（Ｂ）に示すように、バンプ１０２のはんだがつぶれ広がり圧電素子１０６の端面に流れ落ち、圧電素子１０６の下部にある振動板１０８に接触して、フレキシブル配線基板１０４と振動板１０８とが導通してしまうことがある。
【０００５】
そこで、図５（Ａ）に示すように、フレキシブル配線基板１０４と圧電素子１０６の電極面をコア入りはんだボールを用いて形成されたバンプ１１０によって接合して、フレキシブル配線基板１０４と圧電素子１０６との間に所定の隙間を形成し、はんだがつぶれ広がらないようにしている。
【０００６】
しかし、バンプ１１０を溶融する工程で、熱によってフレキシブル配線基板１０４が膨張する。このとき、図５（Ｂ）に示すように、コア材１１０Ａの位置でフレキシブル配線基板１０４がコア材１１０Ａに拘束されるため、コア材１１０Ａの間で熱伸長する。はんだの冷却固化後、はんだに内部応力が含有されてしまい、経時適にはんだ接続部分でフレキシブル配線基板１０４が破断する可能性がある。
【０００７】
また、コア入りはんだボールは高価なため、圧電素子１０６とフレキシブル配線基板１０４とを接合させるために全てコア入りはんだボールを使用すると、非常にコスト高となる。
【０００８】
【特許文献１】
特願２００１−２５２１０３号（第３、４図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、安価な方法で、且つ、はんだ接続部分の内部応力を軽減し、信頼性品質を保ってフレキシブル基板と圧電素子を電気的に接続することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明の電気接続構造は、複数の電子部品と配線基板の間隔を一定として、各電子部品の電極と配線基板の端子とを接続する電気接続構造において、前記電子部品の電極と前記配線基板の端子とを接続するはんだの中に、前記電子部品の電極と前記配線基板の端子に当接して、前記電子部品と前記配線基板の間隔を一定とするスペーサが部分的に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、電子部品の電極と配線基板の端子に当接するスペーサによって、電子部品と配線基板との間隔が一定とされ、はんだで電子部品の電極と配線基板の端子とが接続されている。
【００１２】
スペーサを用いて電子部品と配線基板の間に一定の間隔を形成することで、溶融したはんだが潰れ広がって電子部品に障害を与えたり、また、隣合うはんだ同士が接触することがない。
【００１３】
さらに、スペーサを部分的に配置することで、スペーサがないはんだ部分が、配線基板の熱伸縮を吸収するため、配線基板を加熱してはんだを溶融するときに、接続部分に熱応力が残留しない。
【００１４】
請求項２に記載の本発明の電気接続構造は、前記スペーサが含まれたはんだがコア入りはんだボール、前記スペーサが含まれないはんだがコア無しはんだボールであり、前記コア入りはんだボールが前記配線基板に対して少なくとも３個使用されたことを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、電子部品と配線基板の間隔を一定に保つために、コア入りはんだボールとコア無しはんだボールが使用され、配線基板に対してコア入りはんだボールが少なくとも３個使用されている。
【００１６】
このように、高価なコア入りはんだボールの使用個数を減らすことで、製品のコストを抑えることができ、また、３個とすることで、全てのコア入りはんだボールが必ず配線基板と電子部品に当接して、配線基板の全面に亘り電子部品との間隔を一定とすることができる。
【００１７】
請求項３に記載の本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク室のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる振動板と、前記振動板に接合され前記振動板を撓ませる圧電素子と、前記圧電素子の電極に接続されたフレキシブル配線基板と、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧電素子の電極と前記フレキシブル配線基板の端子とを接続するはんだボールの一部は、前記電極と前記端子に当接して、前記圧電素子と前記フレキシブル配線基板の間隔を一定とするコア入りはんだボールであることを特徴としている。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、はんだボールによって圧電素子の電極とフレキシブル配線基板の端子とが接続されるが、はんだボールとしてコア入りはんだボールを使用することによって、圧電素子とフレキシブル配線基板との間隔が一定とされる。
【００１９】
これによって、溶融したはんだが潰れ広がって圧電素子が接合されている振動板に影響を与えたり、また、隣り合うはんだ同士が接触することがない。
【００２０】
さらに、一部にコア入りはんだボールを配置することで、コア無しはんだボールが配置された部分でフレキシブル配線基板の熱伸縮を吸収することができる。これによって、フレキシブル配線基板を加熱してはんだを溶融するときに、コア入りはんだボールで接続された部分に熱応力が残留せず、フレキシブル配線基板のうねりが防止できる。
【００２１】
請求項４に記載の本発明のインクジェット記録ヘッドは、前記フレキシブル配線基板の上に、前記コア入りはんだボールと前記コア無しはんだボールを配置し、リフローしてコア入りバンプとコア無しバンプを形成し、これらのバンプを前記電極に当てて加熱しはんだ付けすることを特徴としている。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、リフローによってフレキシブル配線基板の上にコア入りはんだボールとコア無しはんだボールでバンプが形成される。
【００２３】
請求項５に記載の本発明の記録装置は、請求項３または請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドを備えたことを特徴としている。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項３又は請求項４記載のインクジェット記録ヘッドを備えた記録装置では、インクジェット記録ヘッドのはんだ接続部分の内部応力が軽減されることで電気接続の信頼性品質が保たれ、且つ、装置全体が安価に形成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１２が搭載されたインクジェットプリンタ１０が示されている。
【００２６】
インクジェット記録ヘッド１２は、記録用紙Ｐと対向するようにキャリッジ１４上に搭載されている。このキャリッジ１４は、主走査機構１６によって主走査方向（矢印Ａで示す）に移動される。これにより、インクジェット記録ヘッド１２は、副走査機構１８によって副走査方向（矢印Ｂで示す）へ搬送される記録用紙Ｐへ、画像情報に応じてインク滴を吐出することにより、記録用紙Ｐの全面に画像の記録を行う。
（インクジェット記録ヘッドの概略説明）
図２に示すように、インクジェット記録ヘッド１２は、ノズルプレート２２、連通孔プレート２４、２６、供給路プレート２８、３０、圧力発生室プレート３２、および振動板３４の合計７枚のプレートを位置合わせして積層し、接着剤等の接合手段によって接合することにより形成されている。
【００２７】
ノズルプレート２２には、インクを吐出するノズル３６が設けられており、連通孔プレート２４、２６には、連通孔３８、４０がそれぞれ形成されている。また、供給路プレート２８、３０には供給孔４２、４４が形成されている。これらのノズル３６、連通孔３８、４０、供給孔４２、４４は連通孔プレート２４、２６、供給路プレート２８、３０が積層された状態で連通し、圧力発生室プレート３２に形成された圧力発生室４８に繋がっている。
【００２８】
一方、連通孔プレート２４、２６には、それぞれインクプール５１、５２が形成され、図示しないインク供給孔から供給されたインクが貯留されている。また、供給路プレート２８には、このインクプール５２と連結するように供給孔５４が形成されている。さらに、供給路プレート３０には供給溝５６が形成されて、連通孔プレート２４、２６、供給路プレート２８、３０が積層された状態で、インクプール５１、５２と圧力発生室４８とを連通させている。
【００２９】
圧力発生室プレート３２上には振動板３４が積層され、振動板３４の上には圧力発生手段としての単板型の圧電素子５８が取り付けられている。圧電素子５８は、圧力発生室４８に相当する領域に接着されており、はんだバンプ７６を介してフレキシブル配線基板７０と接続されている。この構成により、駆動電圧波形が圧電素子５８に印加されると、圧電素子５８と共に振動板３４がたわみ変形して圧力発生室４８のインクを加圧し、ノズル３６からインク滴を吐出させる。
（インクジェット記録ヘッドの製造方法）
次に、フレキシブル配線基板７０に、はんだバンプ７６を形成する工程を説明する。
【００３０】
図３（Ａ）に示すように、フレキシブル配線基板７０には、圧電素子５８の電極５８Ａのレイアウトに対応して、個別信号用電極の電気接合用パッド７１が形成されており、その上から電気接合用パッド７１に対応する位置に孔が形成されたカバーレイ７３が積層されている。このフレキシブル配線基板７０の電気接合用パッド７１に、はんだのみで球状に形成されたコア無しはんだボール８０と、球状の導通部材（Ｃｕ）としてのコア７８Ａに、メッキ法等によって外周面にはんだが被覆されたコア入りはんだボール７８が載置される。
【００３１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、リフローによってコア入りはんだボール７８とコア無しはんだボール８０が加熱溶融され、フレキシブル配線基板７０にはんだバンプ７６が形成される。
【００３２】
このとき、コア無しはんだボール８０の使用数６〜１２個に対して、コア入りはんだボール７８を１個使用というのが、フレキシブル配線基板７０のうねり防止に最適な割合である。
【００３３】
ここで、図３（Ｃ）に示すように、フレキシブル配線基板７０に形成されたはんだバンプ７６を圧電素子５８に位置合わせして積層し、フレキシブル配線基板７０の上から加熱することで、図３（Ｄ）に示すように、はんだバンプ７６のはんだが溶融して圧電素子５８とフレキシブル配線基板７０とが接続される。
【００３４】
圧電素子５８の上下面には電極５８Ａが形成されており、はんだとフレキシブル配線基板７０を介して、図示しない外部駆動回路からの電圧が圧電素子５８に印加される。
【００３５】
最後に、図示しないインク供給装置等を取付けることにより、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１２が完成する。
【００３６】
次に、本発明の実施形態の作用について説明する。
【００３７】
図２に示すように、インクジェット記録ヘッド１２には、インクプール５０から圧力発生室４８、供給孔４４、４２、連通孔４０、３８およびノズル３６へと連続するインクの通路が形成されており、インク供給装置（図示省略）から送られてきたインクは、振動板３４に形成されたインク供給孔（図示省略）を介してインクプール５１、５２に貯留され、インク供給孔５４及び供給溝５６を経て、圧力発生室４８内に充填される。
【００３８】
ここで、画像情報に応じた駆動電圧波形が圧電素子５８に印加されると、圧電素子５８は振動板３４と共に変形して圧力発生室４８を膨張または圧縮させる。これによって、圧力発生室４８の体積変化が生じ、圧力発生室４８内に圧力波が発生する。この圧力波の作用によってインクが運動し、インクがノズル３６から外部へ吐出される。
【００３９】
図３に示すように、はんだバンプ７６によって圧電素子５８の電極５８Ａとフレキシブル配線基板７０の電気接合用パッド７１とが接続されており、はんだバンプ７６にコア入りはんだボール７８を部分的に使用することによって、コア入りはんだボール７８のコア７８Ａが圧電素子５８の電極５８Ａに接触して、圧電素子５８とフレキシブル配線基板７０との間隔が一定とされる。
【００４０】
これによって、溶融したはんだが潰れ広がって圧電素子５８が接合されている振動板３４に影響を与えたり、また、隣り合うはんだ同士が接触することがない。
【００４１】
さらに、コア入りはんだボール７８を部分的に（本実施形態では、コア無しはんだボール８０を１０個使用する毎にコア入りはんだボール７８を１個使用）配置することで、コア無しはんだボール８０が配置された部分では、フレキシブル配線基板７０が拘束されないので、フレキシブル配線基板７０の熱伸縮が吸収される。したがって、フレキシブル配線基板７０を加熱して、コア入りはんだボール７８とコア無しはんだボール８０のはんだを溶融するときに、コア入りはんだボール７８で接続された部分に熱応力が残留せず、経時的にはんだ接続部分で破断しなくなり、信頼性品質を保つことができる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、コア無しはんだボール８０を１０個使用する毎にコア入りはんだボール７８を１個使用したが、フレキシブル配線基板７０の全面に亘って圧電素子５８との間隔を一定とするには、フレキシブル配線基板７０に対してコア入りはんだボール７８は３個以上あれば良い。これによって、高価なコア入りはんだボール７８の使用個数を極力減らすことによって、インクジェット記録ヘッド１２の製作費を抑えることができる。
【００４３】
また、本実施形態においては、コア入りはんだボール７８のコア材７８ＡとしてＣｕを用いたが、Ｎｉなどの導通部材を用いることも可能である。
【００４４】
さらに、コア入りはんだボール７８は、コア材７８Ａの表面にメッキ法によってはんだを成形したが、メッキ法以外にも、はんだ溶融バスへコア材を浸漬して成形する方法もある。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は上記構成にしたので、フレキシブル配線基板のうねりをなくしてインクジェット記録ヘッドを安価で形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す側面の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す、図２の３−３線で切断した断面図である。
【図４】従来のインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図５】従来のインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【符号の説明】
１０インクジェットプリンタ
１２インクジェット記録ヘッド
３４振動板
３６ノズル
４８圧力発生室（インク室）
５８圧電素子（電子部品）
５８Ａ電極
７０フレキシブル配線基板（配線基板）
７１電気接合用パッド（端子）
７６はんだバンプ（はんだ）
７８コア入りはんだ（はんだ）
８０コア無しはんだ（はんだ）
７８ＡＣｕ（スペーサ）
８０コア無しはんだ（接合材）

Claims

複数の電子部品と配線基板の間隔を一定として、各電子部品の電極と配線基板の端子とを接続する電気接続構造において、
前記電子部品の電極と前記配線基板の端子とを接続するはんだの中に、前記電子部品の電極と前記配線基板の端子に当接して、前記電子部品と前記配線基板の間隔を一定とするスペーサが部分的に設けられていることを特徴とする電気接続構造。
前記スペーサが含まれたはんだがコア入りはんだボール、前記スペーサが含まれないはんだがコア無しはんだボールであり、前記コア入りはんだボールが前記配線基板に対して少なくとも３個使用されたことを特徴とする請求項１に記載の電気接続構造。
インク室のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる振動板と、前記振動板に接合され前記振動板を撓ませる圧電素子と、前記圧電素子の電極に接続されたフレキシブル配線基板と、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記圧電素子の電極と前記フレキシブル配線基板の端子とを接続するはんだボールの一部は、前記電極と前記端子に当接して、前記圧電素子と前記フレキシブル配線基板の間隔を一定とするコア入りはんだボールであることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
前記フレキシブル配線基板の上に、前記コア入りはんだボールと前記コア無しはんだボールを配置し、リフローしてコア入りバンプとコア無しバンプを構成し、これらのバンプを前記電極に当てて加熱しフレキシブル配線基板をはんだ付けすることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
請求項３または請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドを備えたことを特徴とする記録装置。