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JP4548684B2 - Method for manufacturing ink jet recording head - Google Patents

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JP4548684B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク等の記録液を吐出口から吐出して液滴を形成して記録動作を行う記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド製造方法に関し、詳しくは、このインクジェット記録ヘッドに用いられる記録素子基板、および、この記録素子基板と電源などとの接続を行う配線基板等に関するものである。なお、本発明のインクジェット記録ヘッドは、一般的なプリント装置のほか、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには、各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置に適用することができる。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録と様々な記録媒体に対して記録することが可能であって、記録における騒音が殆ど生じないと言った特徴を持つ。このようなことから、インクジェット記録装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ等の記録機構を担う装置として、広く採用されている。
【0003】
このようなインクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドにおける代表的なインク吐出方式としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたもの、レーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもの、あるいは発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によってインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させるものなどが知られている。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子を記録液室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを供給して発熱させることによりインクに熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化により生じる記録液の発泡時(沸騰時)の気泡圧力を利用して、微小な吐出口から微小なインク滴を吐出させて、記録媒体に対し記録を行うものであり、一般に、インク滴を吐出するためのインクジェット記録ノズルと、このノズルにインクを供給する供給系とを有している。
【0004】
従来、特開平10−776号公報に開示されているように、ポリイミドフィルムに厚さ50ミクロンの銅箔を接着してパターニングし、TAB(Tape Automated Bonding)テープの金メッキした電極リード(インナーリード)に、記録素子の電極パット上のバンプを熱超音波圧着法で電気接合し、接合部を封止した後、支持体に接着する方法が知られている。また、特開平9−300624号公報には、バンプ形成後の電極の処理について提案されている。さらに、特開平11−138814号公報に開示されているように、複数の記録素子をそれぞれ独立したTABテープに接続した後に、支持体に接着するものも知られている。この特開平11−138814号公報の構成では、カラー印刷のために複数の記録素子を備えているが、単一の基板でカラー印刷できるように内部を分割している構成の記録ヘッドもある。
【0005】
近年では、インクジェット記録装置の価格の低下が著しく、インクジェット記録ヘッドをいかに安く作るかが課題となっている。そのためには、部品の材料費の低減、特に記録素子基板の集積化が最も効果的で、例えば、カラー用のイエロー、マゼンタ、シアンの3色のインクを取り扱う記録素子基板を一体化する方法が多く採用されている。さらに、文字等の印刷に頻繁に使用されるブラックインク用の記録素子基板も前記したカラー用の記録素子基板と一体化したり、カラー用の記録素子基板とブラック用の記録素子基板とを同一ヘッドに組み込む方法も多く採用されている。特許登録2839686号公報等には、複数の異なる記録素子基板を単一のTABテープに実装する方法を、駆動用等の半導体素子として採用した例が示されている。この実装方法は、これら複数の記録素子基板を相互に接続することにより、1つの回路を構成するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平11−138814号公報に示すように、複数の記録素子をそれぞれ独立したTABテープに接続した後で支持体に接着する構成では、接着時に各TABテープと支持体との位置を合わせる必要がある上に、それぞれの記録素子をそれほど近接させられないため、記録装置が大きくなるという問題があり、また、非記録時の蒸発防止のためにキャッピングする際にも、各記録素子ごとにキャッピング機構を独立させる必要があった。さらに、TABテープと記録素子が組み合わされた状態の部品を支持体に接着しなければならないため、記録素子を精度良く支持体に固定することが困難であった。記録素子が複数である場合には、それぞれの記録素子を相対的に精度良く接着することはさらに困難であった。また、電極リード(インナーリード)を樹脂により封止する工程を空中で行うため、一般的なTAB技術で使用している封止剤では、記録液を吐出する吐出口まで封止剤が回って吐出口が詰まってしまったり、逆に吐出口が詰まらないように封止剤の量を減らすとインナーリードが露出するという問題があった。さらに、インナーリードを封止する樹脂が、記録素子の裏面に回りこみ、接着固定ができない記録素子が生じることがあった。
【0007】
また、ブラックインク用記録素子基板と、カラーインク用記録素子基板を同一ヘッド(同一TAB)に組み込む際には、お互いの記録液吐出口の相対位置関係を合わせる必要がある。しかし、一般的なTAB技術である、フィルムキャリアテープに設けられるデバイスホール(開口部)に突出するインナーリード(電極リード)と半導体チップの電極とを接合するインナーリードボンディング工程や、インナーリードを樹脂封止する工程を先に行って、その後で各記録素子基板をヘッドに組み込むようにすると、吐出口の相対位置関係の精度が悪くなり、インクジェット記録時にブラックインクとカラーインクが著しくにじんでしまったり、色ずれを起こしてしまうことがあった。
【0008】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の記録素子基板を同一の支持体に接着する構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、まず支持体に半導体チップ(記録素子基板)を接着した後で、従来のTAB技術であるインナーリードボンディング工程(フィルムキャリアテープに設けられたデバイスホールに突出するインナーリード(電極リード)と半導体チップの電極とを接合する工程)と、インナーリードを樹脂で封止する工程とを行ない、インナーリードボンディングの信頼性を向上させ、確実な電気接続を実現することにある。
【0009】
また、本発明のもう一つの目的は、安価で高品位のインクジェット記録を行えるインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子と、記録素子に接続される電極部と、がそれぞれ設けられた複数の記録素子基板
複数の記録素子基板の電極部と電気的に接続される電極端子を有し、記録素子に対してインクを吐出するための電気パルスを伝達する配線基板と、
複数の記録素子基板を支持する素子基板支持部材と、
配線基板を支持し、素子基板支持部材上に固定される配線基板支持部材と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
複数の記録素子基板および配線基板支持部材を素子基板支持部材上に固定する工程と、
複数の記録素子基板の電極部に対して配線基板の電極端子を位置合わせし、配線基板を配線基板支持部材上に固定する工程と、
複数の記録素子基板の電極部と配線基板の電極端子とを金属間結合する工程と、
をこの順に含むところにある。
【0012】
これらの方法によると、電極部と電極端子に対し熱超音波圧着などの金属間結合を行うことにより、記録素子基板および配線基板を素子基板支持部材に固定した後に電極部と電極端子とを接合しても、接続の信頼性を確保することができる。また、汎用性のある標準的な装置および技術を使用できるため、安価にインクジェット記録ヘッドを提供できる。
また、配線基板支持部材の上面と複数の記録素子基板上の電極部の上面との距離が一定になるように、配線基板支持部材を素子基板支持部材に貼り付けることにより、信頼性のある低価格のインクジェット記録ヘッドを提供できる。この際に、複数の記録素子基板上の電極部上面の高さ寸法のばらつきを修正し平滑化することにより、さらに信頼性のある低価格のインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【0013】
そして、複数の記録素子基板および配線基板支持部材を素子基板支持部材上に固定する工程は接着剤を用いてなされ、複数の記録素子基板の電極部と配線基板の電極端子とを金属間結合する工程の後、電極部と電極端子との結合部を樹脂により封止する工程をさらに含むことが好ましい。
記録素子基板上の電極部と配線基板の電極端子の接合部の樹脂による封止を、配線基板を配線基板支持部材に固定した後に行うことにより、安定した樹脂封止が行え、さらに低価格のインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【0014】
複数の記録素子基板を配線基板支持部材上に固定する工程において、配線基板支持部材上での複数の記録素子基板の電極部が互いに同じ高さにならない様に配置することが好ましい。
さらに、配線基板を配線基板支持部材上に固定する工程において、複数の記録素子基板の電極部と配線基板の電極端子との間隙が100μm以下になる様に位置決めし、その後両者を金属間結合することが好ましい。
【0015】
複数の記録素子基板および配線基板支持部材を素子基板支持部材上に固定する工程は、複数の記録素子基板を素子基板支持部材上に第1の接着層により固定する工程と、配線基板支持部材を素子基板支持部材上に第2の接着層により固定する工程とを含み、複数の記録素子基板の厚さと第1の接着層の厚さとを加えた厚さは、配線基板支持部材の厚さと前記第2の接着層の厚さとを加えた厚さより薄いことが好ましい。
【0016】
複数の記録素子基板の電極部は金属間結合されたバンプを含んでいてもよい。電極部にバンプを形成する方法は、熱超音波圧着法によるスタッドバンプでもメッキによるメッキバンプでもよい。
【0017】
配線基板には複数の記録素子基板がそれぞれ組み込まれる複数の開口部が設けられ、開口部内で記録素子基板の周囲を樹脂により封止する工程をさらに含んでいてもよい。
複数の記録素子基板の大きさまたは形状の少なくとも一方が互いに異なることが好ましい。配線基板には複数の記録素子基板がそれぞれ組み込まれる複数の開口部が設けられ、開口部の大きさまたは形状の少なくとも一方が互いに異なることが好ましい。
【0018】
金属間結合は熱超音波圧着法によってなされてもよい。または、金属間結合はワイヤーボンディングによってなされてもよい。
【0019】
また、本発明のさらに他の特徴は、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子と、記録素子に接続される電極部と、が設けられた記録素子基板を複数と、
複数の記録素子基板の電極部と電気的に接続される電極端子を有し、記録素子に対してインクを吐出するための電気パルスを伝達する配線基板と、
複数の記録素子基板を支持する素子基板支持部材と、
を有するインクジェット記録ヘッドであって、
素子基板支持部材上で複数の記録素子基板の電極部が互いに同じ高さに配置されておらず、複数の記録素子基板の電極部と配線基板の電極端子とが金属間結合されているところにある。
【0020】
複数の記録素子基板の大きさまたは形状の少なくとも一方が互いに異なることが好ましい。
配線基板には複数の記録素子基板がそれぞれ組み込まれる複数の開口部が設けられ、複数の開口部の大きさまたは形状の少なくとも一方が互いに異なることが好ましい。
配線基板を支持し素子基板支持部材に固定される配線基板支持部材をさらに有し、複数の記録素子基板と素子基板支持部材とを接着させる第1の接着層と、素子基板支持部材と配線基板支持部材とを接着させる第2の接着層とを有し、複数の記録素子基板の厚さと第1の接着層の厚さとを加えた厚さは、配線基板支持部材の厚さと第2の接着層の厚さとを加えた厚さより薄いことが好ましい。
【0021】
記録素子はエネルギーとして熱エネルギーを発生する電気熱変換素子であってもよい。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0023】
図1〜図6は、本発明が実施もしくは適用される好適なヘッドカートリッジ、記録ヘッド、インクタンクのそれぞれの構成およびそれぞれの関係を説明する図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素の説明を行う。
【0024】
本実施形態の記録ヘッド(インクジェット記録ヘッド)H1001は、図1(a)および図1(b)の斜視図でわかるように、記録ヘッドカートリッジH1000を構成する一構成要素であり、記録ヘッドカートリッジH1000は、記録ヘッドH1001と、記録ヘッドH1001に着脱自在に設けられたインクタンクH1900(H1901,H1902,H1903,H1904)とから構成されている。記録ヘッドH1001は、インクタンクH1900から供給されるインク(記録液)を、記録情報に応じて吐出口から吐出する。
【0025】
この記録ヘッドカートリッジH1000は、インクジェット記録装置本体に載置されているキャリッジ(不図示)の位置決め手段および電気的接点によって固定支持されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっている。インクタンクH1901はブラックのインク用、インクタンクH1902はシアンのインク用、インクタンクH1903はマゼンタのインク用、インクタンクH1904はイエローのインク用である。このようにインクタンクH1901,H1902,H1903,H1904のそれぞれが記録ヘッドH1001に対してシールゴムH1800側に着脱自在であり、それぞれのインクタンクが交換可能となっていることにより、インクジェット記録装置における印刷のランニングコストが低減される。
【0026】
次に、記録ヘッドH1001を構成しているそれぞれの構成要素毎に順を追ってさらに詳しく説明する。
【0027】
(1)記録ヘッド
記録ヘッドH1001は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じさせるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体(記録素子)を用いて記録を行うバブルジェット方式のサイドシュータ型の記録ヘッドである。
【0028】
記録ヘッドH1001は、図2の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットH1002とインク供給ユニットH1003とタンクホルダーH2000から構成されている。
【0029】
さらに、図3の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットH1002は、第1の記録素子基板H1100、第2の記録素子基板H1101、第1のプレート(素子基板支持部材)H1200、電気配線テープ(可撓性の配線基板)H1300、電気コンタクト基板H2200、第2のプレート(配線基板支持部材)H1400で構成されており、また、インク供給ユニットH1003は、インク供給部材H1500、流路形成部材H1600、ジョイントシール部材H2300、フィルターH1700、シールゴムH1800から構成されている。
【0030】
(1−1)記録素子ユニット
図4は、第1の記録素子基板H1100の構成を説明するために一部分解した斜視図である。第1の記録素子基板H1100は、厚さ0.5〜1mmのSi基板H1110の片面に、インクを吐出するための複数の記録素子(電気熱変換素子)H1103と、各電気熱変換素子H1103に電力を供給するAl等の電気配線が、成膜技術により形成されている。そして、この電気熱変換素子H1103に対応する複数のインク流路と複数の吐出口H1107とがフォトリソグラフィ技術により形成されるとともに、複数のインク流路にインクを供給するためのインク供給口H1102が反対側の面(裏面)に開口するように形成されている。また、記録素子基板H1100は第1のプレートH1200に接着され固定されており、ここにインク供給口H1102が形成されている。さらに、第1のプレートH1200には、開口部を有する第2のプレートH1400が接着され固定されており、この第2のプレートH1400を介して、電気配線テープH1300が記録素子基板H1100に対して電気的に接続されるように保持されている。この電気配線テープH1300は、記録素子基板H1100にインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板H1100に対応する電気配線と、この電気配線部に位置しプリンタ本体からの電気信号を受け取る外部信号入力端子H1301とを有し、この外部信号入力端子H1301は、インク供給部材H1500の背面側に位置決めされ固定されている。
【0031】
インク供給口H1102は、Siの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラストなどの方法で形成されている。すなわち、Si基板H1110が、ウエハー面方向に<100>、厚さ方向に<111>の結晶方位を持つ場合、アルカリ系(KOH,TMAH,ヒドラジン等)による異方性エッチングで、約54.7度の角度でエッチングを進行させ得る。これにより所望の深さにエッチングを行い、長溝状の貫通口からなるインク供給口H1102を形成する。インク供給口H1102を挟んで両側に電気熱変換素子H1103がそれぞれ1列ずつ千鳥状に配列されている。電気熱変換素子H1103と、電気熱変換素子H1103に電力を供給するAl等の電気配線は、成膜技術により形成されている。さらに、前記電気配線に電力を供給するための電極(電極部)H1104が電気熱変換素子H1103の両外側に配列されており、電極H1104にはAu等のバンプH1105が熱超音波圧着法で形成されている。そして、Si基板H1110上には、電気熱変換素子H1103に対応したインク流路を形成するためのインク流路壁H1106と吐出口H1107が樹脂材料でフォトリソグラフィ技術によりに形成され、吐出口群H1108が形成されている。電気熱変換素子H1103に対向して吐出口H1107が設けられているため、インク供給口H1102から供給されたインクは電気熱変換素子H1103の発熱作用により発生した気泡により吐出口H1107から吐出される。
【0032】
また図5は第2の記録素子基板H1101の構成を説明するために一部分解した斜視図である。第2の記録素子基板H1101は3色のインクを吐出させるための記録素子基板であり、3個のインク供給口H1102が並列して形成されており、それぞれのインク供給口H1102を挟んだ両側に電気熱変換素子H1103とインク吐出口H1107が形成されている。第1の記録素子基板H1100と同じようにSi基板H1110にインク供給口H1102や電気熱変換素子H1103、電気配線、電極(電極部)H1104などが形成されておりその上に樹脂材料でフォトリソグラフィ技術によりインク流路やインク吐出口H1107が形成されている。そして、第1の記録素子基板H1100と同様に電気配線に電力を供給するための電極H1104にはAu等のバンプH1105が形成されている
次に第1のプレートH1200は、例えば、厚さ0.5〜10mmのアルミナ(Al23)材料で形成されている。なお、第1のプレートH1200の材料は、アルミナに限られることなく、記録素子基板H1100の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板H1100材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。第1のプレートH1200の材料は、例えば、シリコン(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、ジルコニア、窒化珪素(Si34)、炭化珪素(SiC)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)のうちいずれであってもよい。第1のプレートH1200には、第1の記録素子基板H1100にブラックのインクを供給するためのインク連通口H1201と、第2の記録素子基板H1101にシアン、マゼンタ、イエローのインクを供給するためのインク連通口H1201が形成されており、記録素子基板のインク供給口H1102が第1のプレートH1200のインク連通口H1201にそれぞれ対応し、かつ、第1の記録素子基板H1100と第2の記録素子基板H1101はそれぞれ第1のプレートH1200に対して位置精度良く接着固定されている。接着に用いられる第1の接着剤は、低粘度で硬化温度が低く、短時間で硬化し、硬化後比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。その第1の接着剤は、例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤であり、図10に示す第1の接着層H1202の厚みは50μm以下が望ましい。
【0033】
電気配線テープH1300は、第1の記録素子基板H1100と第2の記録素子基板H1101に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものである。この電気配線テープH1300は、それぞれの記録素子基板H1100,H1101を組み込むための複数のデバイスホール(開口部)H1,H2と、それぞれの記録素子基板H1100,H1101の電極(電極部)H1104に対応する電極端子(電極リード)H1302と、この電気配線テープH1300の端部に位置しプリンタ本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子H1301を有する電気コンタクト基板H2200と電気的接続をおこなうための電極端子部を有しており、この電極端子部と電極リードH1302とは連続した銅箔の配線パターンでつながっている。この電気配線テープH1300は、例えば、配線が2層構造をなし表層がレジストフィルムによって覆われているフレキシブル配線基板からなる。この場合、外部信号入力端子H1301の裏面側(外面側)には、補強板が接着され、平面性向上が図られている。補強板としては、例えば0.5〜2mmのガラスエポキシ、アルミニウム等の耐熱性を有する材料が使用される。
【0034】
電気配線テープH1300と第1の記録素子基板H1100と第2の記録素子基板H1101は、それぞれ電気的に接続されており、接続方法は、例えば、記録素子基板の電極H1104上のバンプH1105と、電気配線テープH1300の電極リードH1302とが、熱超音波圧着法により電気接合される。
【0035】
第2のプレートH1400は、例えば、厚さ0.5〜1mmの一枚の板状部材であり、例えばアルミナ(Al23)等のセラミックや、Al、SUSなどの金属材料で形成されている。ただし、第2のプレートH1400の材料は、これらに限定されるものではなく、記録素子基板H1100,H1101および第1のプレートH1200と同等の線膨張率を有し、かつ、それらの熱伝導率と同等以上の熱伝導率を有する材料であってもよい。
【0036】
そして、第2のプレートH1400は、第1のプレートH1200に接着固定された第1の記録素子基板H1100と第2の記録素子基板H1101の外形寸法よりも大きな開口部をそれぞれ有する形状である。また、第1の記録素子基板H1100および第2の記録素子基板H1101と電気配線テープH1300を平面的に電気接続できるように、第1のプレートH1200に第2の接着層H1203により接着されており、電気配線テープH1300の裏面が第3の接着層H1306により接着固定される。
【0037】
第1の記録素子基板H1100および第2の記録素子基板H1101と電気配線テープH1300の電気接続部分は、第1の封止剤(不図示)および第2の封止剤により封止され、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。第1の封止剤は、主に電気配線テープの電極端子H1302と記録素子基板のバンプH1105との接続部の裏面側と記録素子基板の外周部分を封止し、第2の封止剤は、前記接続部の表側を封止している。
【0038】
さらに電気配線テープH1300の端部にプリンタ本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子H1301を有する電気コンタクト基板H2200が、異方性導電フィルム等を用いて熱圧着され電気的に接続されている。
【0039】
そして電気配線テープH1300は、第2のプレートH1400に接着されると同時に、第1のプレートH1200および第2のプレートH1400の一側面に沿って折り曲げられ、第1のプレートH1200の側面に第3の接着層H1306により接着される。第2の接着剤は、粘度が低く、接触面に薄い第2の接着層H1203を形成し得るとともに、耐インク性を有するものが好ましい。また、第3の接着層H1306は、例えば、エポキシ樹脂を主成分とした厚さ100μm以下の熱硬化接着剤層である。
【0040】
(1−2)インク供給ユニット
インク供給部材H1500は、例えば、樹脂成形により形成されている。該樹脂材料には、形状的剛性を向上させるためにガラスフィラーを5〜40%混入した樹脂材料を使用することが望ましい。
【0041】
図3、図6に示すように、インクタンクH1900を着脱自在に保持するインク供給部材H1500は、インクタンクH1900から記録素子ユニットH1002にインクを導くためのインク供給ユニットH1003の一構成部品であり、流路形成部材H1600が超音波溶着されて、インクタンクH1900から第1のプレートH1200に至るインク流路H1501が形成されている。また、インクタンクH1900と係合するジョイント部H1520には、外部からのゴミの進入を防ぐためのフィルターH1700が溶着により接合されており、さらに、ジョイント部H1520からのインクの蒸発を防止するために、シールゴムH1800が装着されている。
【0042】
またインク供給部材H1500は、着脱自在のインクタンクH1900を保持する機能も有しており、インクタンクH1900の第2の爪H1910を係合する第1の穴H1503を有している。
【0043】
また、記録ヘッドカートリッジH1000をインクジェット記録装置本体のキャリッジに装着位置に案内するための装着ガイドH1601、記録ヘッドカートリッジをヘッドセットレバーによりキャリッジに装着固定するための係合部、キャリッジの所定の装着位置に位置決めするためのX方向(キャリッジスキャン方向)の突き当て部H1509、Y方向(記録メディア搬送方向)の突き当て部H1510、Z方向(インク吐出方向)の突き当て部H1511を備えている。また、記録素子ユニットH1002の電気コンタクト基板H2200を位置決め固定する端子固定部H1512を有し、端子固定部H1512およびその周囲には複数のリブが設けられ、端子固定部H1512を有する面の剛性を高めている。
【0044】
(1−3)記録ヘッドユニットとインク供給ユニットの結合
先述の図2に示した通り、記録ヘッドH1001は、記録素子ユニットH1002をインク供給ユニットH1003に結合しさらにタンクホルダーH2000と結合することにより完成する。結合は以下のように行われる。
【0045】
記録素子ユニットH1002のインク連通口(第1のプレートH1200のインク連通口H1201)とインク供給ユニットH1003のインク連通口(流路形成部材H1600のインク連通口H1602)とを、インクがリークしないように連通させるため、ジョイントシール部材H2300を介してそれぞれの部材を圧着するようビスH2400で固定する。この際同時に、記録素子ユニットH1002はインク供給ユニットのX方向、Y方向、Z方向の基準位置に対して正確に位置決めされ固定される。
【0046】
そして記録素子ユニットH1002の電気コンタクト基板H2200はインク供給部材H1500の一側面に、端子位置決めピンH1515(2ヶ所)と端子位置決め穴H1309(2ヶ所)により位置決めされ、固定される。固定方法としては、例えば、インク供給部材H1500に設けられた端子位置決めピンH1515をかしめることにより固定されるが、その他の固定手段を用いて固定しても良い。その完成図を図7に示している。
【0047】
さらにインク供給部材H1500のタンクホルダーとの結合穴および結合部をタンクホルダーH2000に嵌合させ結合することにより、記録ヘッドH1001が完成する。すなわち、インク供給部材H1500、流路形成部材H1600、フィルターH1700、シールゴムH1800から構成されるタンクホルダー部と、記録素子基板H1100,H1101、第1のプレートH1200、配線基板H1300、第2のプレートH1400から構成される記録素子部とを接着等で結合することにより、記録ヘッドが構成されている。その完成図を図8に示している。
【0048】
(2)記録ヘッドカートリッジの説明
先述の図1(a),(b)は、記録ヘッドカートリッジH1000を構成する記録ヘッドH1001とインクタンクH1901、H1902、H1903、H1904の装着を説明する図であり、インクタンクH1901、H1902、H1903、H1904の内部には、対応する色のインクが収納されている。また、図6に示すようにそれぞれのインクタンクには、インクタンク内のインクを記録ヘッドH1001に供給するためのインク連通口H1907が形成されている。例えばインクタンク1901Hが記録ヘッドH1001に装着されると、インクタンクH1901のインク連通口H1907が記録ヘッドH1001のジョイント部H1520に設けられたフィルターH1700と圧接され、インクタンクH1901内のブラックインクがインク連通口H1907から記録ヘッドH1001のインク流路H1501を介して第1のプレートH1200を通り第1の記録素子基板H1100に供給される。
【0049】
そして、電気熱変換素子H1103と吐出口H1107のある発泡室にインクが供給され、電気熱変換素子H1103に与えられる熱エネルギーによって被記録媒体である記録用紙に向けて吐出される。
【0050】
[従来例]
ここで、本発明の構成と比較するために、まず、図24,25を参照して従来の記録素子ユニットについて説明する。
【0051】
図24および図25は、従来のTAB実装方式で、あらかじめ電気配線テープの電極リードに記録素子の電極上のバンプを熱超音波圧着法で電気接合し、さらに封止した後、支持部材に接着する方法を示している。
【0052】
図24および図25に示す従来の構成において、電気配線テープH300は、ボンディング部周辺が3層構造になっており、表側にポリイミドのベースフィルムH300a、中間に銅箔H300b、裏側にソルダーレジストH300cという構成である。この電気配線テープH300には、記録素子基板H100が挿入されるデバイスホール(開口部)H11と、記録素子基板H101が挿入されるデバイスホールH12が設けられ、記録素子基板H100,H101のバンプH5と接続される電極リード(インナーリード)H302が金メッキされて露出している。
【0053】
第1の記録素子基板H100と電気配線テープH300のデバイスホールH11に、従来のTAB実装方式であらかじめ電気配線テープ(TABテープ)H300の電極リードH302と記録素子H100の電極上のバンプH5とを位置合わせした後、熱超音波圧着法で電気接合し、さらに封止剤H308で封止したものがTABユニットH300U1である。また、第2の記録素子基板H101と電気配線テープH300のデバイスホールH12に、電気配線テープH300の電極リードH302と記録素子H100の電極上のバンプH5とを熱超音波圧着法で電気接合し、さらに封止剤H308で封止したものがTABユニットH300U2である。ここで、TABユニットを分けているのは、従来のTAB実装方式では、TABに対する封止後のチップ(記録素子基板)の位置精度がインクジェット記録装置(特にカラー記録装置の場合)に使用するのに十分な精度を確保できないためである。
【0054】
次に、第2のプレートH400を第1のプレートH200に、第2の接着層H203により接着する。第2の接着層H203の厚さは、第1の記録素子基板H100および第2の記録素子基板H101と電気配線テープH300を平面的に電気接続できるようにするため、0.06mm以下に抑えられている。
【0055】
次に、第1のプレートH200に、第1の記録素子基板H100と第2の記録素子基板H101を接着する第1の接着層H202を、第2のプレートH400に、電気配線テープH300を接着する第3の接着層H306をそれぞれ塗布形成した後、TABユニットH300U1およびTABユニットH300U2を、記録液を吐出する複数の記録素子H103またはそれぞれの吐出口H107の配線面方向の相対位置関係を合わせて押圧固定する。このとき、第1の記録素子基板H100と第2の記録素子基板H101の上部(インク吐出面側)にも封止剤H308が付着しており、この付着部分を避けるために、吸引管V110を有する押圧ヘッドH100H,H101Hの、記録素子基板H100,H101に対する接触面積が規制されている。なお、封止剤H308は、通常は記録素子基板の稜線で止まり接着面に付着しづらいが、まれに封止剤の粘度ばらつき等に起因して付着することがあり、付着した封止剤の厚さだけ第1の記録素子基板H100や第2の記録素子基板H101が浮いてしまい、吐出方向が傾いてしまったり、インクが漏れてしまうおそれがあった。
【0056】
この後、電気配線テープH300を第2のプレートH400に確実に接着するために、テープ押圧ヘッドT300で電気配線テープH300を第2のプレートH400に押圧固定する。なお、第1の記録素子基板H100と第2の記録素子基板H101を接着するために押圧固定する際には、電気配線テープH300と第3の接着層H306とが接触していないことが好ましい。押圧が不十分であると、第1の記録素子基板H100と第2の記録素子基板H101が浮いてしまい、吐出方向が傾いてしまったり、インクが漏れてしまう恐れがあるからである。
【0057】
[実施例1]
図24,25に示す従来例と対比して、本発明の実施例1について図9〜12を参照して説明する。
【0058】
図9は記録素子ユニットH1002の要部分解模式断面図、図10は要部模式断面図である。
【0059】
図9に示すように、電気配線テープH1300は、ボンディング部周辺が3層構造になっており、表側にポリイミドのベースフィルムH1300a、中間に銅箔H1300b、裏側にソルダーレジストH1300cという構成である。この電気配線テープH1300には、第1の記録素子基板H1100が挿入されるデバイスホール(開口部)H1と、第2の記録素子基板H1101が挿入されるデバイスホールH2が設けられ、記録素子基板H1100,H1101のバンプH1005と接続されるインナーリード(電極リード)H1302が金メッキされて露出している。
【0060】
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法による記録素子ユニットの製造方法を図9および図10を参照して使用して工程を追って、詳しく説明する。
【0061】
まず、第2のプレートH1400を第1のプレートH1200に、第2の接着層H1203により接着する。第2の接着層H1203の厚さは、第1の記録素子基板H1100および第2の記録素子基板H1101と電気配線テープH1300を平面的に電気接続できるようにするため、従来同様0.06mm以下に抑えられている。なお、本実施例では、第2のプレートH1400の第1のプレートH1200への接着は、記録素子基板H1100、H1101の接着の前でも後でもかまわない。
【0062】
次に、第1のプレートH1200に第1の記録素子基板H1100と第2の記録素子基板H1101を接着する第1の接着層H1202を塗布形成した後、記録素子基板H1100、H1101を、記録液を吐出する複数の電気熱変換素子H1103またはそれぞれの吐出口H1107の配線面方向の相対位置関係を合わせて押圧固定する。このとき、前述の従来例と異なり、押圧ヘッドの接触面積減や、電気配線テープの接着剤との接触等、干渉するところがないので、安定して、高精度の接着固定が可能である。
【0063】
その後、電気配線テープH1300の裏面を接着固定するための第3の接着層H1306を第2のプレートH1400に塗布形成した後、第1の記録素子基板H1100と第2の記録素子基板H1101の電極H1104と電気配線テープH1300の電極リードH1302の位置合わせをした後、押圧固定される。この後、記録素子基板の電極1104上のバンプH1105と、電気配線テープH1300の電極リードH1302とが、1箇所ずつ熱超音波圧着法により電気接合される。熱超音波圧着法による電気接合は、ワイヤーボンディングで多用されており、金属間結合であるから、接合部の信頼性が高く、生産性も非常に高い。
さらに、記録素子基板の電極部H1104上のバンプH1105と、電気配線テープH1300の電極リードH1302との高さ方向の位置関係に関しては、電気配線テープH1300の電極リードH1302がばらつきを吸収できるので、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドが提供可能である。
【0064】
さらに、記録素子基板H1100の電極H1104上のバンプH1105と、電気配線テープH1300の電極リードH1302との接合部を樹脂により封止して、インク等でショートしないようにしている。
【0065】
本実施例で採用している熱超音波圧着法は、1箇所ずつの接合ではあるが、インクジェット記録ヘッドの配線数は1記録素子基板あたり20個から100個程度で、1箇所あたり0.1〜0.2秒程度で接合できるので、短時間での生産が可能である。
【0066】
図11には、図3に示されている第1,2のプレートH1200,H1400、第1,2の記録素子基板H1100,H1101、電気配線テープH1300を拡大した分解図および断面図を示している。図9〜11を参照して本実施例の構成をより詳細に説明する。
【0067】
本実施例において、第1のプレートH1200はアルミナ製で厚さが4±0.03mm、第2のプレートH1400もアルミナ製で厚さが0.67±0.05mm、第1および第2の記録素子基板H1100、H1101は厚さが0.625±0.025mmである。電気配線テープ(フレキシブルプリント基板)H1300は、前記の通り、ベースフィルム、銅箔配線、ソルダーレジストの三層構造であり、デバイスホールH1,H2が設けられ、金メッキされた電極リードH1302が露出している。
【0068】
本実施例の第2のプレートH1400は、単一の板状の部材であり、記録素子基板H1100およびH1101が挿入されるための穴が2ヶ所設けられており、第1のプレートH1200に接着されて固定されている。また、電気配線テープH1300は、記録素子基板H1100およびH1101を露出するために形成されたデバイスホールH1,H2を除く領域の全面が、第3の接着層H1306により第2のプレートH1400に接着されている。
【0069】
図10は、第1のプレートH1200、第1(もしくは第2)の記録素子基板H1100(H1101)、第2のプレートH1400、電気配線テープH1300が積層固着された状態の断面図である。本実施例では、第1の接着層H1202の厚さが0.005±0.004mm、第2の接着層H1203の厚さが0.02±0.005mm、第3の接着層H1306の厚さが0.03±0.003mmであり、これらの接着層によって各部材が接着されている。また、電気配線テープH1300のソルダーレジストの厚さが0.017±0.0125mm、バンプH1105の高さが0.0325±0.0075mmである。すなわち、図10に示す、バンプH1105の上面と電極リードH1302との隙間hは0.075mmで、各種公差を考慮すると公差範囲は±0.058mmであり、一般に熱超音波圧着法で有効とされる隙間の範囲に入っている。したがって、バンプH1105と電極リードH1302を熱超音波圧着法(インナーリードボンディング)で容易に接合することができる。
【0070】
以上述べた構成の支持部材(プレート)、記録素子基板および電気配線テープ(フレキシブルプリント基板)を用いることによって、インナーリードボンディングの信頼性を向上させ、確実に電気接続を実現することができる。
【0071】
[電気接続部]
図12を参照して、電気接続部周辺の封止方法について説明する。
【0072】
前記の通り熱超音波圧着法により電気接合された状態で、記録素子基板の電極部1104および電気配線テープH1300の電極リードH1302の周辺が露出している。そこで、電極リードH1302の下部の隙間H1319A、H1319Bおよび上部H1320A、H1320Bを、封止剤により封止し密閉させる。このとき、電気配線テープH1300の電極リードH1302は櫛状であり隙間があるので、容易に空気が抜けるため、封止工程の信頼性が確保できる。
【0073】
図25に示すように従来のTAB実装方式であらかじめ電気配線テープのリード(電極端子)に、記録素子の電極パット上のバンプを熱超音波圧着法で電気接合し、さらに封止した後、支持体に接着する方法では、TABユニットH300U1およびTABユニットH300U2が組付けられた状態でも、封止剤H308の下部に隙間H309AおよびH309Bが残っているため、ここへのインクの浸入を防止するために、さらに封止剤(不図示)を流し込む必要がある。この部分は、上部がすでに封止されているので、空気が逃げにくく、空気残りが生じて、エポキシ系の熱硬化性封止剤を使用する場合など、空気が膨張して穴が開く等の不良が発生することがあった。
【0074】
これに対し、本実施例では、封止される部分に存在する部材を位置合わせして接着した上に、最後にまとめて封止を行うため、封止剤の過不足のない、安定した製造が可能である。
【0075】
なお、電気接合部と、記録素子基板の周囲の封止剤は同一である必要はない。
例えば、電気配線テープH1300の電極リードH1302の上部H1320A,H1320Bは、インクを拭き取るワイパー部材により削られる可能性があるので、エポキシ系の硬い封止剤が好適である。
【0076】
さらに、電気配線テープH1300の開口部(デバイスホール)H1,H2の周囲は、ノズル内のインク蒸発防止のためのキャッピングを行う際のキャッピング領域となるが、記録素子基板H1100,H1101と電気配線テープH1300が位置合わせされた後に第3の接着層H1306で第2のプレートH1400に接着されているため、安定したキャッピング領域が確保できる。
【0077】
本実施例のインクジェット記録装置においては、ブラックヘッドと、カラーヘッドの両方を同一の配線基板上に組付けて一体化しているので、お互いのヘッドのインクの着弾位置の修正が不要である。
【0078】
前述した従来例のように、単一のTABテープに異なる素子を実装する場合、それらの位置精度はTABテープへのボンディング精度およびその後の封止時の変形等により0.1mm単位のずれが生じ、インクジェット記録装置としては使い物にならなかった。これに対し、本実施例によると、お互いの位置精度を確保することができる。また、本実施例のカラーヘッドは、3色分のノズルを持っているためブラックヘッドとは外形寸法が異なっているが、異なる寸法の複数の記録素子基板を単一の可撓性の配線基板に組み込むことにより、記録装置のキャッピング手段等を小型化でき記録装置も小さくできる上に、キャッピング面となる可撓性の配線基板が単一であるため、ノズル表面や可撓性の配線基板に付着した余分なインクの除去の信頼性が確保でき、長寿命のインクジェット記録ヘッドが提供できる。
【0079】
[実施例2]
本実施例は、実施例1とほとんど同じ構成であるが、第2のプレートH1400の上面の位置が0.72±0.05mmであり、バンプH1005と電極リードH1302との間の隙間h1が0.105±0.112mmである。このばらつきは、二乗和では±0.058mmであり、例えば、図13に示すように、記録素子基板H1100上のバンプH1005と電極リードH1302との隙間h1と、記録素子基板H1101上のバンプH1005と電極リードH1302との隙間h2とに差があっても、一般に熱超音波圧着法で有効とされる隙間の範囲(150μm以下)に入っており、確実な金属間結合が可能である。
【0080】
以上のように、単一の支持部材に、複数の記録素子基板を接着して固定した後に、TABテープを熱超音波圧着(インナーリードボンディング)することにより、信頼性のある安価なインクジェット記録ヘッドが製造可能である。
【0081】
なお、本実施形態では、図14に示すように、熱硬化性樹脂からなる接着シートを第3の接着層H1306として用いて、電気配線テープH1300と第2のプレートH1400とを熱圧着により接着しているが、実施例1と同様に、シート状でない接着剤を塗布して接着させる構成であってもよい。
【0082】
[実施例3]
本実施例では、図15,16に示すように、第2のプレートH1400の、電気配線テープH1300との接合面の位置を、バンプH1105の頂点を基準として治具J01を用いて誤差±0.05mm程度で位置決めし、接着剤により接着している。これによると、バンプH1005と電極リードH1302との間の隙間h3が0.105±0.0625mm(二乗和では±0.052mm)となり、ばらつきが大きく減少した。従って、確実な金属間結合が行えるのみならず、樹脂封止工程における、電極リードH1302の高さや第2のプレートH1400の厚さのばらつきに起因する封止剤の必要充填量のばらつきが抑えられる(例えば隙間h3とh4の差が小さくなる)。また、吐出口H1107と記録媒体との距離を小さくできる。
【0083】
さらに、治具J01をバンプH1005に押し付ける荷重を、バンプ1個あたり1.2N(バンプ100個のとき12N)として、バンプH1005の上面のばらつきを±0.002mmに抑え、平面性をより向上させることもできる。その場合、バンプH1005と電極リードH1302との間の隙間h3が0.105±0.0425mm(二乗和では±0.033mm)となり、ばらつきがさらに減少した。
【0084】
さらに、図17に示すように、治具J02に吸引口H3,H4をあけ、第2のプレートH1400の、電気配線テープH1300との接合面の位置を、バンプH1105の頂点を基準として、治具J02を介して吸着しながら誤差±0.01mmで位置決めし、第1のプレートH1200と第2のプレートH1400との隙間にシリコン系のシーラント接着剤を注入し接着している。これによると、バンプH1005と電極リードH1302との間の隙間h3が0.105±0.0225mm(二乗和では±0.016mm)となり、ばらつきがさらに大きく減少した。
【0085】
これによると、バンプH1005と電極リードH1302との間の隙間h3の寸法設定の中心値を、0.105mmから0.03mm程度まで小さくできるので、吐出口と記録媒体との距離をより小さくできる。
【0086】
なお、本実施例においては、両面配線タイプの配線基板を用い、記録素子基板の反対側にプリンタ本体とのコンタクト部を設けているが、片面配線タイプを用いても、特開平11−138814号公報の構成のように、別の両面配線基板を用いて記録ヘッドを製造することができる。
【0087】
[実施例4]
実施例1では、第1の記録素子基板H1100および第2の記録素子基板H1101の電極H1104にはAu等のバンプH1105が熱超音波圧着法で形成されているが、金属間結合はこれに限るわけではなく、熱を利用したメッキ等で電極部の体積を増やして安定した接合を行うことが可能である。また、実施例1では電気配線テープH1300として電極リードH1302を有するTABテープを使用したが、記録素子基板H1101の電極H1104の上方でなく数百μmほど離れた位置に電極端子を有する電気配線テープを位置決め接着した後、Auワイヤー等を使用したワイヤーボンディング方式で熱超音波圧着法により金属間結合することも可能である。
【0088】
図18はワイヤーボンディング方式の実施例を示しており、電気配線テープH1300Wは、実施例1と同様に、ボンディング部周辺がベースフィルムH1300a,銅箔H1300b,裏側にソルダーレジストH1300cの3層構造になっており、銅箔H1300bの電極部H1300dは金メッキされて露出している。各部材の接着工程は、前述の実施例1と同様であるが、電気配線テープH1300Wの銅箔H1300bの電極部H1300dは、実施例1のように記録素子基板H1101の電極H1104上方にはなく、数百μmほど離れて、第2のプレートH1400上に接着固定されている。
【0089】
本実施例では、第1の記録素子基板H1100および第2の記録素子基板H1101の電極H1104と、電気配線テープH1300Wの銅箔H1300bの電極部H1300dとを、Auワイヤー等のボンディングワイヤーW1100を使用してワイヤーボンディングした後、実施例1と同様に樹脂により封止を行っている。
【0090】
一般的なワイヤーボンディング装置は、各電極部を認識して位置を補正した後で熱超音波圧着を行うため、電気配線テープの位置合わせはさほど正確でなくてもよいが、インクジェット記録ヘッドの場合、ボンディングワイヤーの高さを低くしないとインクの着弾位置がずれてしまうという問題が生じてしまう。通常、ボンディングワイヤーの高さは、最初にボンディングするところが高く、ボンディングする距離がばらつくと高さもばらつく。そこで本実施例では、実施例1と同様に、電気配線テープH1300Wの位置合わせを、第1の記録素子基板H1100および第2の記録素子基板H1101の電極H1104を基準にして精度良く行い、ボンディングワイヤーW1100のループ高さを安定させ、さらに、電気配線テープH1300Wを接着固定する第2のプレートH1400の厚さを実施例1より薄くした上で、電気配線テープH1300Wの電極部H1300dから第1の記録素子基板H1100および第2の記録素子基板H1101の電極部H1104にワイヤーボンディングしている。
【0091】
本実施例によれば、電極部H1104にAu等のバンプH1105を熱超音波圧着法で形成する必要がなく、安価でインクの着弾位置が正確な高品位のインクジェット記録ヘッドを製造可能である。
【0092】
[実施例5]
図19、図20に示す実施例では、上述の実施例1の第2の記録素子基板H1101がシアン、マゼンタ、イエローの3色分の機構が一体化されて単一の記録素子基板に設けられたものであるに対して、独立した3つの記録素子基板、すなわち、第2の記録素子基板H1101A(シアン)、第3の記録素子基板H1101B(マゼンタ)、第4の記録素子基板H1101C(イエロー)を有している。これらの第2〜4の記録素子基板H1101A〜Cは、第1の記録素子基板H1100と外形サイズが等しく、吐出口H1107や電気熱変換素子H1103の大きさが第1の記録素子基板H1100よりも小さい。
【0093】
このような構成の記録ヘッドは、特に、カラー(3色)用の第2の記録素子基板H1101A、第3の記録素子基板H1101B、第4の記録素子基板H1101Cの貼付精度が±0.01mm以内であることが必要であるが、あらかじめ画像認識によってこれらの記録素子基板を第1のプレートH1200上に精度良く配置し、第2の接着層H1203を用いて接着することによって、必要な貼付精度が確保できる。
【0094】
その後、前述のように、記録素子基板の電極H1104上のバンプH1105と、電気配線テープH1300の電極リードH1302とが、1箇所ずつ熱超音波圧着法により接合されて、電気的に信頼性の高いインクジェット記録ヘッドが提供できる.
このように、外形寸法がほぼ同一の記録素子基板を並べて使用するインクジェット記録ヘッドにおいても、異なる大きさの開口部を持つ単一の可撓性の配線基板を使用することにより、信頼性の高い長寿命のインクジェット記録ヘッドが提供できる。
【0095】
本実施例でも、実施例1と同様に、電気接続部周辺の封止が行われている。カラー3色の記録素子基板のうち、中央部にある第3の記録素子基板H1101Bの電極部の封止を、従来のTAB実装方式のようにTABテープ上で行うと、隣接する記録素子基板との間隔が狭い場合には、裏面の貼付面にまで封止剤が回り込んでしまう可能性が高いが、本実施例では記録素子基板を他部材に貼付けた後に封止することにより、歩留まりの高い低価格のインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【0096】
[実施例6]
図21に示す実施例では、第2のプレートが、2つの記録素子基板を各々囲む形状の独立した枠体H1400A、H1400Bである。第2のプレートの形状が異なる以外、使用部材、使用接着剤等は実施例1と全く同じである。図22は、第1のプレートH1200、第1(もしくは第2)の記録素子基板H1100(H1101)、第2のプレートH1400A、H1400B、電気配線テープ(フレキシブルプリント基板)H1300の積層固着された状態の断面図である。本実施例の場合、第2のプレートが記録素子基板を囲む形状の枠体であるため、電気配線テープH1300は、記録素子基板H1100(H1101)のHバンプ1105近傍および記録素子基板の周囲のみが、他の箇所と比較して一段高く位置している。本実施例においても、実施例1と同様に、バンプH1105と電極リードH1302を熱超音波圧着法(インナーリードボンディング)で容易に接合することができた。
【0097】
[実施例7]
図23に示す実施例では、第2のプレートH1400Cが、2つの記録素子基板のバンプH1105の近傍のみに位置する構成である。第2のプレートの形状が異なる以外、使用部材、使用接着剤等は実施例1と全く同じである。本実施例の場合、第2のプレートH1400Cは記録素子基板H1100(H1101)のバンプH1105の近傍のみに位置しているため、電気配線テープH1300の電極リードH1302は、記録素子基板H1100(H1101)のバンプH1105近傍のみが他の箇所と比較して一段高く位置している。
【0098】
本実施例においても、実施例1と同様に、バンプH1105と電極リードH1302を熱超音波圧着法(インナーリードボンディング)で容易に接合することができた。
【0099】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明によると、複数の記録素子を配線基板に接着する構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、まず素子基板支持部材に複数の半導体チップ(記録素子基板)を接着し、その後で、配線基板を積層し、記録素子基板の電極部と配線基板の電極端子とに対し、インナーリードボンディング工程およびインナーリード封止工程を行なう製造方法において、インナーリードボンディングの信頼性を向上させ、確実に電気接続を実現することができる。
【0100】
特に、複数の記録素子基板を、配線基板支持部材が接着剤で貼り付けられた素子基板支持部材に接着剤で固定し、記録素子基板の電極部と配線基板の電極端子とを位置合わせした後で、配線基板を配線基板支持部材に接着剤で固定し、記録素子基板の電極部と、配線基板の電極端子とを接合し、その接合部を樹脂により封止することにより、印字品位がよく、信頼性が高く、低価格のインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【0101】
記録素子基板の電極部と配線基板の電極端子とを金属間結合すると、より生産性のよいインクカートリッジを提供できる。
【0102】
さらに、配線基板支持部材の上面と、電極部の上面との距離が一定になるようにしてから、金属間結合および接合部の封止を行うことにより、印字品位がよく、信頼性が高く、低価格のインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例1における記録ヘッドカートリッジの斜視図、(b)はその分解斜視図である。
【図2】図1に示す記録ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図3】図2に示す記録ヘッドをさらに細かく分解した分解斜視図である。
【図4】本発明の実施例1における記録素子基板の構成を示す一部切りかき説明斜視図である。
【図5】本発明の実施例1における他の記録素子基板の構成を示す一部切りかき説明斜視図である。
【図6】本発明の実施例1における記録ヘッドカートリッジの要部断面図である。
【図7】本発明の実施例1における記録素子ユニットとインク供給ユニットを組み立てたものを示す斜視図である。
【図8】本発明の実施例1における記録ヘッドの底面側を示す斜視図である。
【図9】本発明の実施例1における記録素子ユニットの要部分解模式断面図である。
【図10】本発明の実施例1における記録素子ユニットの要部拡大断面図である。
【図11】本発明の実施例1における記録素子ユニットの要部拡大分解斜視図である。
【図12】本発明の実施例1における記録素子ユニットの断面図である。
【図13】本発明の実施例2における記録素子ユニットの断面図である。
【図14】本発明の実施例2における記録素子ユニットの分解断面図である。
【図15】本発明の実施例3における記録素子ユニット製造工程を示す断面図である。
【図16】本発明の実施例3における記録素子ユニットの断面図である。
【図17】本発明の実施例3の変形例における記録素子ユニット製造工程を示す断面図である。
【図18】本発明の実施例4における記録素子ユニットの断面図である。
【図19】本発明の実施例5における記録ヘッドカートリッジの斜視図である。
【図20】図19に示す記録ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図21】本発明の実施例6における記録素子ユニットの要部拡大分解斜視図である。
【図22】本発明の実施例6における記録素子ユニットの要部拡大断面図である。
【図23】本発明の実施例7における記録素子ユニットの要部拡大分解斜視図である。
【図24】従来の記録素子ユニットの要部分解模式断面図である。
【図25】従来の記録素子ユニットの要部模式断面図である。
【符号の説明】
H1000 記録ヘッドカートリッジ
H1001 記録ヘッド(インクジェット記録ヘッド)
H1002 記録素子ユニット
H1003 インク供給ユニット
H1100 第1の記録素子基板
H1101 第2の記録素子基板
H1102 インク供給口(供給口)
H1103 電気熱変換素子(記録素子)
H1104 電極(電極部)
H1105 バンプ
H1106 インク流路壁
H1107 吐出口
H1108 吐出口群
H1110 Si基板
H1200 第1のプレート(素子基板支持部材)
H1201 インク連通口
H1202 第1の接着層
H1203 第2の接着層
H1300,H1300W 電気配線テープ(配線基板)
H1301 外部信号入力端子
H1302 電極リード(電極端子)
H1306 第3の接着層
H1309 端子位置決め穴
H1400,H1400A,H1400B,H1400C 第2のプレート(配線基板支持部材)
H1500 インク供給部材
H1501 インク流路
H1503 第1の穴
H1509 X突き当て部
H1510 Y突き当て部
H1511 Z突き当て部
H1512 端子固定部
H1515 端子位置決めピン
H1520 ジョイント部
H1600 流路形成部材
H1601 装着ガイド
H1602 インク連通口
H1700 フィルター
H1800 シールゴム
H1900 インクタンク
H1901 ブラックインクタンク
H1902 シアンインクタンク
H1903 マゼンタインクタンク
H1904 イエローインクタンク
H1907 インク連通口
H1910 第2の爪
H2000 タンクホルダー
H2300 ジョイントシール部材
H2400 ビス
H1、H2 デバイスホール
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an ink jet recording head used in a recording apparatus that performs a recording operation by ejecting a recording liquid such as ink from an ejection port to form droplets.ofMore specifically, the present invention relates to a recording element substrate used in the ink jet recording head, a wiring substrate for connecting the recording element substrate and a power source, and the like. The ink jet recording head of the present invention is not only a general printing apparatus, but also a copying machine, a facsimile having a communication system, a word processor having a printing unit, and an industry combined with various processing apparatuses. The present invention can be applied to a recording device.
[0002]
[Prior art]
The ink jet recording apparatus is a so-called non-impact recording type recording apparatus, and is characterized by being capable of recording on various recording media at high speed and hardly causing noise in recording. For this reason, the ink jet recording apparatus is widely adopted as an apparatus that bears a recording mechanism such as a printer, a copier, a facsimile, a word processor, or the like.
[0003]
A typical ink ejection method for a recording head mounted on such an ink jet recording apparatus is one that uses an electromechanical transducer such as a piezo element, or generates heat by irradiating an electromagnetic wave such as a laser. And the like that discharge ink droplets, or those that heat ink by an electrothermal conversion element having a heating resistor and discharge ink droplets by the action of film boiling, are known. An ink jet recording head using an electrothermal conversion element is provided with an electrothermal conversion element in a recording liquid chamber, and an electric pulse serving as a recording signal is supplied thereto to generate heat, thereby giving thermal energy to the ink. Recording is performed on a recording medium by ejecting minute ink droplets from minute ejection ports using bubble pressure at the time of foaming (boiling) of the recording liquid caused by the liquid phase change. An ink jet recording nozzle for discharging ink droplets and a supply system for supplying ink to the nozzle are provided.
[0004]
Conventionally, as disclosed in JP-A-10-776, a copper foil having a thickness of 50 microns is bonded to a polyimide film and patterned, and a TAB (Tape Automated Bonding) tape gold-plated electrode lead (inner lead) In addition, a method is known in which a bump on an electrode pad of a recording element is electrically bonded by a thermal ultrasonic pressure bonding method, the bonded portion is sealed, and then bonded to a support. Japanese Patent Laid-Open No. 9-300624 proposes processing of electrodes after bump formation. Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-138814, there is known a technique in which a plurality of recording elements are bonded to a support after being connected to independent TAB tapes. In the configuration of Japanese Patent Laid-Open No. 11-138814, a plurality of recording elements are provided for color printing, but there is also a recording head having a configuration in which the inside is divided so that color printing can be performed on a single substrate.
[0005]
In recent years, the price of an ink jet recording apparatus has been remarkably reduced, and it has become a problem how to make an ink jet recording head cheaply. For this purpose, it is most effective to reduce the material cost of components, particularly the integration of the recording element substrate. For example, a method of integrating the recording element substrates that handle inks of three colors of yellow, magenta, and cyan for color is used. Many have been adopted. In addition, a recording element substrate for black ink that is frequently used for printing characters and the like is integrated with the above-described recording element substrate for color, or the recording element substrate for color and the recording element substrate for black are integrated in the same head. Many methods are also adopted. Japanese Patent Registration No. 2839686 discloses an example in which a method of mounting a plurality of different recording element substrates on a single TAB tape is employed as a semiconductor element for driving or the like. In this mounting method, one circuit is configured by connecting the plurality of recording element substrates to each other.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 11-138814, in the configuration in which a plurality of recording elements are bonded to a support after being connected to independent TAB tapes, the positions of the TAB tape and the support are aligned during bonding. In addition, there is a problem that the recording device becomes large because each recording element cannot be brought close to each other, and also when capping to prevent evaporation during non-recording, each recording element It was necessary to make the capping mechanism independent. Furthermore, since the component in a state where the TAB tape and the recording element are combined has to be bonded to the support, it is difficult to fix the recording element to the support with high accuracy. When there are a plurality of recording elements, it is more difficult to bond each recording element with relatively high accuracy. In addition, since the process of sealing the electrode lead (inner lead) with resin is performed in the air, the sealant used in the general TAB technology rotates to the discharge port for discharging the recording liquid. If the amount of the sealant is reduced so that the discharge port is clogged or the discharge port is not clogged, the inner lead is exposed. Furthermore, the resin that seals the inner lead may wrap around the back surface of the recording element, resulting in a recording element that cannot be bonded and fixed.
[0007]
Further, when the black ink recording element substrate and the color ink recording element substrate are incorporated in the same head (same TAB), it is necessary to match the relative positional relationship between the recording liquid ejection ports. However, it is a general TAB technology, an inner lead bonding process for bonding an inner lead (electrode lead) protruding from a device hole (opening) provided in a film carrier tape and an electrode of a semiconductor chip, or an inner lead is made of resin. If the sealing process is performed first, and then each recording element substrate is incorporated into the head, the accuracy of the relative positional relationship of the ejection ports will deteriorate, and black ink and color ink may be significantly blurred during ink jet recording. The color shift sometimes occurred.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor chip (recording element substrate) as a support in an inkjet recording head having a structure in which a plurality of recording element substrates are bonded to the same support. After bonding, the inner lead bonding process (the process of bonding the inner lead (electrode lead) protruding from the device hole provided on the film carrier tape and the electrode of the semiconductor chip), which is a conventional TAB technique, and the inner lead The step of sealing with resin is to improve the reliability of inner lead bonding and to realize reliable electrical connection.
[0009]
Another object of the present invention is to provide an inkjet recording head capable of performing inexpensive and high-quality inkjet recording.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  Of the present inventionThe feature is that a recording element that generates energy used for ejecting ink and an electrode portion connected to the recording element include:RespectivelyProvidedpluralRecording element substrateWhen,
  A wiring board having electrode terminals electrically connected to the electrode portions of the plurality of recording element substrates and transmitting an electric pulse for ejecting ink to the recording elements;
  An element substrate support member for supporting a plurality of recording element substrates;
  A wiring board supporting member that supports the wiring board and is fixed on the element substrate supporting member;
  A method of manufacturing an ink jet recording head having
  Fixing a plurality of recording element substrates and wiring board support members on the element substrate support members;
  Aligning the electrode terminals of the wiring board with respect to the electrode portions of the plurality of recording element boards, and fixing the wiring board on the wiring board support member;
  A step of inter-metal bonding the electrode portions of the plurality of recording element substrates and the electrode terminals of the wiring substrate;
  Are in this order.
[0012]
According to these methods, the electrode unit and the electrode terminal are bonded to each other after fixing the recording element substrate and the wiring substrate to the element substrate support member by performing intermetallic bonding such as thermosonic bonding to the electrode unit and the electrode terminal. Even so, the reliability of the connection can be ensured. In addition, since a versatile standard apparatus and technology can be used, an ink jet recording head can be provided at low cost.
Further, by attaching the wiring board support member to the element substrate support member so that the distance between the upper surface of the wiring board support member and the upper surfaces of the electrode portions on the plurality of recording element substrates is constant, the reliability can be reduced. A priced inkjet recording head can be provided. At this time, it is possible to provide a more reliable and inexpensive ink jet recording head by correcting and smoothing the variation in height dimension of the upper surfaces of the electrode portions on the plurality of recording element substrates.
[0013]
Then, the step of fixing the plurality of recording element substrates and the wiring board support member on the element substrate support member is performed using an adhesive, and the electrode portions of the plurality of recording element substrates and the electrode terminals of the wiring substrate are bonded between the metals. After the step, it is preferable to further include a step of sealing the joint portion between the electrode portion and the electrode terminal with a resin.
By sealing the joint between the electrode part on the recording element substrate and the electrode terminal of the wiring board with resin after fixing the wiring board to the wiring board supporting member, stable resin sealing can be performed, and the cost can be reduced. An ink jet recording head can be provided.
[0014]
In the step of fixing the plurality of recording element substrates on the wiring substrate support member, it is preferable that the electrode portions of the plurality of recording element substrates on the wiring substrate support member are arranged so as not to have the same height.
Further, in the step of fixing the wiring board on the wiring board support member, positioning is performed so that the gap between the electrode portions of the plurality of recording element boards and the electrode terminals of the wiring board is 100 μm or less, and then the two are metal-to-metal bonded. It is preferable.
[0015]
The step of fixing the plurality of recording element substrates and the wiring board support member on the element substrate support member includes the step of fixing the plurality of recording element substrates on the element substrate support member by the first adhesive layer, Including a step of fixing on the element substrate support member with the second adhesive layer, and the thickness of the plurality of recording element substrates and the thickness of the first adhesive layer is equal to the thickness of the wiring substrate support member It is preferable to be thinner than the total thickness of the second adhesive layer.
[0016]
The electrode portions of the plurality of recording element substrates may include bumps bonded between metals. The bump may be formed on the electrode part by either a stud bump by a thermosonic bonding method or a plating bump by plating.
[0017]
The wiring board may include a plurality of openings into which a plurality of recording element substrates are respectively incorporated, and may further include a step of sealing the periphery of the recording element substrate with a resin in the openings.
It is preferable that at least one of the sizes or shapes of the plurality of recording element substrates is different from each other. The wiring board is preferably provided with a plurality of openings into which a plurality of recording element substrates are respectively incorporated, and at least one of the size or shape of the openings is preferably different from each other.
[0018]
The metal-to-metal bonding may be performed by a thermosonic bonding method. Alternatively, the metal-to-metal bond may be made by wire bonding.
[0019]
Still another feature of the present invention is that a plurality of recording element substrates provided with a recording element that generates energy used for ejecting ink and an electrode portion connected to the recording element,
A wiring board having electrode terminals electrically connected to the electrode portions of the plurality of recording element substrates and transmitting an electric pulse for ejecting ink to the recording elements;
An element substrate support member for supporting a plurality of recording element substrates;
An ink jet recording head comprising:
The electrode portions of the plurality of recording element substrates are not arranged at the same height on the element substrate support member, and the electrode portions of the plurality of recording element substrates and the electrode terminals of the wiring substrate are bonded to each other between the metals. is there.
[0020]
It is preferable that at least one of the sizes or shapes of the plurality of recording element substrates is different from each other.
The wiring board is preferably provided with a plurality of openings into which a plurality of recording element substrates are respectively incorporated, and at least one of the sizes or shapes of the plurality of openings is preferably different from each other.
A first adhesive layer that supports the wiring substrate and is fixed to the element substrate supporting member; a first adhesive layer that bonds the plurality of recording element substrates and the element substrate supporting member; and the element substrate supporting member and the wiring substrate. A thickness of the plurality of recording element substrates and the thickness of the first adhesive layer is equal to the thickness of the wiring board support member and the second adhesion layer. It is preferable to be thinner than the total thickness of the layers.
[0021]
The recording element may be an electrothermal conversion element that generates thermal energy as energy.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0023]
1 to 6 are diagrams for explaining the respective configurations and relationships of a suitable head cartridge, recording head, and ink tank in which the present invention is implemented or applied. Hereinafter, each component will be described with reference to these drawings.
[0024]
The recording head (inkjet recording head) H1001 of the present embodiment is one constituent element of the recording head cartridge H1000, as can be seen from the perspective views of FIGS. 1A and 1B, and the recording head cartridge H1000. Is composed of a recording head H1001 and an ink tank H1900 (H1901, H1902, H1903, H1904) that is detachably attached to the recording head H1001. The recording head H1001 discharges ink (recording liquid) supplied from the ink tank H1900 from the discharge port according to the recording information.
[0025]
The recording head cartridge H1000 is fixedly supported by positioning means and electrical contacts of a carriage (not shown) mounted on the ink jet recording apparatus main body, and is detachable from the carriage. The ink tank H1901 is for black ink, the ink tank H1902 is for cyan ink, the ink tank H1903 is for magenta ink, and the ink tank H1904 is for yellow ink. In this way, each of the ink tanks H1901, H1902, H1903, and H1904 is detachable from the recording head H1001 on the seal rubber H1800 side, and each ink tank can be replaced, so that printing in the inkjet recording apparatus can be performed. Running costs are reduced.
[0026]
Next, each component constituting the recording head H1001 will be described in further detail in order.
[0027]
(1) Recording head
The recording head H1001 is a bubble jet side shooter type recording head that performs recording using an electrothermal transducer (recording element) that generates thermal energy for causing film boiling to the ink in response to an electrical signal. It is.
[0028]
As shown in the exploded perspective view of FIG. 2, the recording head H1001 includes a recording element unit H1002, an ink supply unit H1003, and a tank holder H2000.
[0029]
Further, as shown in the exploded perspective view of FIG. 3, the recording element unit H1002 includes a first recording element substrate H1100, a second recording element substrate H1101, and a first plate.(Element substrate support member)H1200, electrical wiring tape (flexible wiring board) H1300, electrical contact substrate H2200, second plate(Wiring board support member)The ink supply unit H1003 includes an ink supply member H1500, a flow path forming member H1600, a joint seal member H2300, a filter H1700, and a seal rubber H1800.
[0030]
(1-1) Recording element unit
FIG. 4 is a partially exploded perspective view for explaining the configuration of the first recording element substrate H1100. The first recording element substrate H1100 includes a plurality of recording elements (electrothermal conversion elements) H1103 for ejecting ink on one surface of a Si substrate H1110 having a thickness of 0.5 to 1 mm, and each electrothermal conversion element H1103. An electric wiring such as Al for supplying electric power is formed by a film forming technique. A plurality of ink flow paths and a plurality of ejection openings H1107 corresponding to the electrothermal conversion element H1103 are formed by photolithography technology, and an ink supply opening H1102 for supplying ink to the plurality of ink flow paths is provided. It is formed so as to open on the opposite surface (back surface). The recording element substrate H1100 is bonded and fixed to the first plate H1200, and an ink supply port H1102 is formed here. Further, a second plate H1400 having an opening is bonded and fixed to the first plate H1200, and the electric wiring tape H1300 is electrically connected to the recording element substrate H1100 via the second plate H1400. To be connected to each other. The electrical wiring tape H1300 applies an electrical signal for ejecting ink to the recording element substrate H1100. The electrical wiring tape H1300 is located on the electrical wiring portion and is electrically connected to the recording element substrate H1100. The external signal input terminal H1301 for receiving signals is positioned and fixed on the back side of the ink supply member H1500.
[0031]
The ink supply port H1102 is formed by a method such as anisotropic etching or sandblasting using the crystal orientation of Si. That is, when the Si substrate H1110 has a crystal orientation of <100> in the wafer surface direction and <111> in the thickness direction, it is approximately 54.7 by anisotropic etching with an alkali system (KOH, TMAH, hydrazine, etc.). Etching can proceed at an angle of degrees. Thus, etching is performed to a desired depth to form an ink supply port H1102 composed of a long groove-like through-hole. The electrothermal conversion elements H1103 are arranged in a staggered pattern in one row on both sides of the ink supply port H1102. The electrothermal conversion element H1103 and the electric wiring such as Al for supplying electric power to the electrothermal conversion element H1103 are formed by a film forming technique. Furthermore, an electrode for supplying power to the electrical wiring(Electrode part)H1104 is arranged on both outer sides of the electrothermal transducer H1103, and a bump H1105 such as Au is formed on the electrode H1104 by a thermosonic bonding method. On the Si substrate H1110, an ink flow path wall H1106 and a discharge port H1107 for forming an ink flow path corresponding to the electrothermal conversion element H1103 are formed of a resin material by a photolithography technique, and a discharge port group H1108. Is formed. Since the ejection port H1107 is provided so as to face the electrothermal conversion element H1103, the ink supplied from the ink supply port H1102 is ejected from the ejection port H1107 by bubbles generated by the heat generation action of the electrothermal conversion element H1103.
[0032]
FIG. 5 is a partially exploded perspective view for explaining the configuration of the second recording element substrate H1101. The second recording element substrate H1101 is a recording element substrate for ejecting three colors of ink, and has three ink supply ports H1102 formed in parallel, on both sides of each ink supply port H1102. An electrothermal conversion element H1103 and an ink discharge port H1107 are formed. As with the first recording element substrate H1100, the ink supply port H1102, the electrothermal conversion element H1103, the electrical wiring, and the electrode are formed on the Si substrate H1110.(Electrode part)H1104 and the like are formed, and an ink flow path and an ink discharge port H1107 are formed on the resin material by a photolithography technique. Similarly to the first recording element substrate H1100, bumps H1105 such as Au are formed on the electrodes H1104 for supplying power to the electric wiring..
Next, the first plate H1200 is made of, for example, alumina (Al2OThree) Made of material. The material of the first plate H1200 is not limited to alumina, and has a linear expansion coefficient equivalent to that of the recording element substrate H1100, and the thermal conductivity of the recording element substrate H1100 material. It may be made of a material having a thermal conductivity equivalent or equal to or higher. The material of the first plate H1200 is, for example, silicon (Si), aluminum nitride (AlN), zirconia, silicon nitride (SiThreeNFour), Silicon carbide (SiC), molybdenum (Mo), or tungsten (W). The first plate H1200 is provided with an ink communication port H1201 for supplying black ink to the first recording element substrate H1100, and for supplying cyan, magenta, and yellow ink to the second recording element substrate H1101. An ink communication port H1201 is formed, the ink supply port H1102 of the recording element substrate corresponds to the ink communication port H1201 of the first plate H1200, and the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate. Each of H1101 is bonded and fixed to the first plate H1200 with high positional accuracy. The first adhesive used for bonding is desirably a low viscosity, low curing temperature, cured in a short time, has a relatively high hardness after curing, and has ink resistance. The first adhesive is, for example, a thermosetting adhesive mainly composed of an epoxy resin, and the thickness of the first adhesive layer H1202 shown in FIG. 10 is desirably 50 μm or less.
[0033]
The electrical wiring tape H1300 applies an electrical signal for ejecting ink to the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101. This electrical wiring tape H1300 includes a plurality of device holes (openings) H1 and H2 for incorporating the respective recording element substrates H1100 and H1101, and electrodes of the respective recording element substrates H1100 and H1101.(Electrode part)Electrode terminal corresponding to H1104(Electrode lead)H1302 and an electrode terminal portion for making an electrical connection with an electrical contact substrate H2200 which is located at an end portion of the electrical wiring tape H1300 and has an external signal input terminal H1301 for receiving an electrical signal from the printer main unit. The electrode terminal portion and the electrode lead H1302 are connected by a continuous copper foil wiring pattern. The electrical wiring tape H1300 is made of, for example, a flexible wiring board in which the wiring has a two-layer structure and the surface layer is covered with a resist film. In this case, a reinforcing plate is bonded to the back surface side (outer surface side) of the external signal input terminal H1301 to improve the flatness. As the reinforcing plate, for example, a material having heat resistance such as 0.5 to 2 mm of glass epoxy or aluminum is used.
[0034]
The electrical wiring tape H1300, the first recording element substrate H1100, and the second recording element substrate H1101 are electrically connected to each other, and the connection method is, for example, a bump H1105 on the electrode H1104 of the recording element substrate, The electrode lead H1302 of the wiring tape H1300 is electrically bonded by a thermal ultrasonic pressure bonding method.
[0035]
The second plate H1400 is a single plate-like member having a thickness of 0.5 to 1 mm, for example, alumina (Al2OThree) And other metal materials such as Al and SUS. However, the material of the second plate H1400 is not limited thereto, and has a linear expansion coefficient equivalent to that of the recording element substrates H1100 and H1101 and the first plate H1200, and their thermal conductivity. A material having an equivalent or higher thermal conductivity may be used.
[0036]
The second plate H1400 has a shape having openings larger than the outer dimensions of the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101 that are bonded and fixed to the first plate H1200. In addition, the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101 and the electric wiring tape H1300 are bonded to the first plate H1200 by the second adhesive layer H1203 so as to be electrically connected in a plane. The back surface of the electrical wiring tape H1300 is bonded and fixed by the third adhesive layer H1306.
[0037]
Electrical connection portions of the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101 and the electric wiring tape H1300 are sealed with a first sealant (not shown) and a second sealant to be electrically connected. The parts are protected from ink corrosion and external impact. The first sealant mainly seals the back side of the connection portion between the electrode terminal H1302 of the electric wiring tape and the bump H1105 of the recording element substrate and the outer peripheral portion of the recording element substrate, and the second sealant is The front side of the connecting portion is sealed.
[0038]
Further, an electrical contact substrate H2200 having an external signal input terminal H1301 for receiving an electrical signal from the printer main body device at the end of the electrical wiring tape H1300 is thermocompression-bonded and electrically connected using an anisotropic conductive film or the like. ing.
[0039]
The electric wiring tape H1300 is bonded to the second plate H1400, and at the same time, is bent along one side surface of the first plate H1200 and the second plate H1400, and the third plate is attached to the side surface of the first plate H1200. Bonded by the adhesive layer H1306. The second adhesive preferably has a low viscosity, can form a thin second adhesive layer H1203 on the contact surface, and has ink resistance. The third adhesive layer H1306 is, for example, a thermosetting adhesive layer having an epoxy resin as a main component and a thickness of 100 μm or less.
[0040]
(1-2) Ink supply unit
The ink supply member H1500 is formed by, for example, resin molding. As the resin material, it is desirable to use a resin material mixed with 5 to 40% of glass filler in order to improve the shape rigidity.
[0041]
As shown in FIGS. 3 and 6, the ink supply member H1500 that detachably holds the ink tank H1900 is a component of the ink supply unit H1003 for guiding ink from the ink tank H1900 to the recording element unit H1002. The flow path forming member H1600 is ultrasonically welded to form an ink flow path H1501 from the ink tank H1900 to the first plate H1200. Further, a filter H1700 for preventing entry of dust from the outside is joined to the joint portion H1520 engaged with the ink tank H1900 by welding, and further, in order to prevent ink from evaporating from the joint portion H1520. A seal rubber H1800 is attached.
[0042]
The ink supply member H1500 also has a function of holding a detachable ink tank H1900, and has a first hole H1503 for engaging the second claw H1910 of the ink tank H1900.
[0043]
Also, a mounting guide H1601 for guiding the recording head cartridge H1000 to the mounting position on the carriage of the ink jet recording apparatus main body, an engaging portion for mounting and fixing the recording head cartridge to the carriage by the head set lever, and a predetermined mounting position of the carriage Are provided with an abutting portion H1509 in the X direction (carriage scan direction), an abutting portion H1510 in the Y direction (recording medium conveyance direction), and an abutting portion H1511 in the Z direction (ink ejection direction). In addition, a terminal fixing portion H1512 for positioning and fixing the electrical contact substrate H2200 of the recording element unit H1002 is provided, and a plurality of ribs are provided around the terminal fixing portion H1512 to increase the rigidity of the surface having the terminal fixing portion H1512. ing.
[0044]
(1-3) Connection of recording head unit and ink supply unit
As shown in FIG. 2 described above, the recording head H1001 is completed by connecting the recording element unit H1002 to the ink supply unit H1003 and further to the tank holder H2000. The coupling is performed as follows.
[0045]
Ink does not leak from the ink communication port (ink communication port H1201 of the first plate H1200) of the recording element unit H1002 and the ink communication port (ink communication port H1602 of the flow path forming member H1600) of the ink supply unit H1003. In order to communicate, each member is fixed with screws H2400 so as to be pressure-bonded via a joint seal member H2300. At the same time, the recording element unit H1002 is accurately positioned and fixed with respect to the reference positions in the X, Y, and Z directions of the ink supply unit.
[0046]
The electrical contact substrate H2200 of the recording element unit H1002 is positioned and fixed to one side surface of the ink supply member H1500 by terminal positioning pins H1515 (2 places) and terminal positioning holes H1309 (2 places). As a fixing method, for example, the terminal positioning pin H1515 provided in the ink supply member H1500 is fixed, but it may be fixed using other fixing means. The completed drawing is shown in FIG.
[0047]
Further, the recording head H1001 is completed by fitting and coupling the coupling hole and coupling portion of the ink supply member H1500 with the tank holder to the tank holder H2000. That is, from the tank holder portion composed of the ink supply member H1500, the flow path forming member H1600, the filter H1700, and the seal rubber H1800, the recording element substrates H1100 and H1101, the first plate H1200, the wiring substrate H1300, and the second plate H1400. The recording head is configured by bonding the configured recording element unit by bonding or the like. The completed drawing is shown in FIG.
[0048]
(2) Description of recording head cartridge
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining mounting of the recording head H1001 and the ink tanks H1901, H1902, H1903, and H1904 constituting the recording head cartridge H1000, and the ink tanks H1901, H1902, H1903, Corresponding color ink is stored inside the H1904. Further, as shown in FIG. 6, each ink tank is formed with an ink communication port H1907 for supplying ink in the ink tank to the recording head H1001. For example, when the ink tank 1901H is attached to the recording head H1001, the ink communication port H1907 of the ink tank H1901 is brought into pressure contact with the filter H1700 provided in the joint portion H1520 of the recording head H1001, and the black ink in the ink tank H1901 communicates with the ink. The ink is supplied from the port H1907 to the first recording element substrate H1100 through the first plate H1200 through the ink flow path H1501 of the recording head H1001.
[0049]
Then, ink is supplied to the foaming chamber having the electrothermal conversion element H1103 and the discharge port H1107, and is ejected toward a recording sheet as a recording medium by the thermal energy given to the electrothermal conversion element H1103.
[0050]
[Conventional example]
Here, for comparison with the configuration of the present invention, first, a conventional recording element unit will be described with reference to FIGS.
[0051]
24 and 25 show a conventional TAB mounting method, in which bumps on the electrodes of the recording element are electrically bonded to the electrode leads of the electric wiring tape in advance by a thermal ultrasonic pressure bonding method, further sealed, and then bonded to the support member. Shows how to do.
[0052]
In the conventional configuration shown in FIGS. 24 and 25, the electrical wiring tape H300 has a three-layer structure around the bonding portion, a polyimide base film H300a on the front side, a copper foil H300b in the middle, and a solder resist H300c on the back side. It is a configuration. The electrical wiring tape H300 is provided with a device hole (opening) H11 into which the recording element substrate H100 is inserted, and a device hole H12 into which the recording element substrate H101 is inserted, and a bump H5 of the recording element substrates H100 and H101 and An electrode lead (inner lead) H302 to be connected is exposed by gold plating.
[0053]
In the device hole H11 of the first recording element substrate H100 and the electric wiring tape H300, the electrode lead H302 of the electric wiring tape (TAB tape) H300 and the bump H5 on the electrode of the recording element H100 are previously positioned by the conventional TAB mounting method. After being combined, the TAB unit H300U1 is electrically bonded by a thermosonic bonding method and further sealed with a sealing agent H308. Further, the electrode lead H302 of the electric wiring tape H300 and the bump H5 on the electrode of the recording element H100 are electrically bonded to the second recording element substrate H101 and the device hole H12 of the electric wiring tape H300 by a thermal ultrasonic pressure bonding method. Further, what is sealed with a sealant H308 is a TAB unit H300U2. Here, the TAB unit is divided in the conventional TAB mounting method in which the positional accuracy of the chip (recording element substrate) after sealing with respect to the TAB is used for an ink jet recording apparatus (particularly in the case of a color recording apparatus). This is because sufficient accuracy cannot be secured.
[0054]
Next, the second plate H400 is bonded to the first plate H200 by the second adhesive layer H203. The thickness of the second adhesive layer H203 is suppressed to 0.06 mm or less so that the first recording element substrate H100 and the second recording element substrate H101 and the electric wiring tape H300 can be electrically connected in a plane. ing.
[0055]
Next, the first adhesive layer H202 for bonding the first recording element substrate H100 and the second recording element substrate H101 is bonded to the first plate H200, and the electric wiring tape H300 is bonded to the second plate H400. After applying and forming the third adhesive layer H306, the TAB unit H300U1 and the TAB unit H300U2 are pressed in accordance with the relative positional relationship in the wiring surface direction of the plurality of recording elements H103 that discharge the recording liquid or the respective discharge ports H107. Fix it. At this time, the sealant H308 is also attached to the upper portion (ink ejection surface side) of the first recording element substrate H100 and the second recording element substrate H101. In order to avoid this attachment portion, the suction tube V110 is connected. The contact areas of the pressing heads H100H and H101H with respect to the recording element substrates H100 and H101 are regulated. Note that the sealant H308 usually stops at the ridge line of the recording element substrate and is difficult to adhere to the adhesive surface. However, the sealant H308 sometimes adheres due to variations in the viscosity of the sealant. The first recording element substrate H100 and the second recording element substrate H101 are lifted by the thickness, and the ejection direction may be inclined or ink may leak.
[0056]
Thereafter, in order to securely bond the electric wiring tape H300 to the second plate H400, the electric wiring tape H300 is pressed and fixed to the second plate H400 by the tape pressing head T300. It is preferable that the electrical wiring tape H300 and the third adhesive layer H306 are not in contact with each other when the first recording element substrate H100 and the second recording element substrate H101 are pressed and fixed for bonding. If the pressure is insufficient, the first recording element substrate H100 and the second recording element substrate H101 are floated, and the ejection direction may be inclined or ink may leak.
[0057]
[Example 1]
In contrast to the conventional example shown in FIGS. 24 and 25, Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0058]
9 is an exploded schematic cross-sectional view of the main part of the printing element unit H1002, and FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the main part.
[0059]
As shown in FIG. 9, the electrical wiring tape H1300 has a three-layer structure around the bonding portion, and has a structure of a polyimide base film H1300a on the front side, a copper foil H1300b on the middle, and a solder resist H1300c on the back side. The electrical wiring tape H1300 is provided with a device hole (opening) H1 into which the first recording element substrate H1100 is inserted and a device hole H2 into which the second recording element substrate H1101 is inserted, and the recording element substrate H1100. , H1101 and inner leads (electrode leads) H1302 connected to the bumps H1005 are gold-plated and exposed.
[0060]
Hereinafter, the manufacturing method of the recording element unit according to the manufacturing method of the ink jet recording head of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 9 and FIG.
[0061]
First, the second plate H1400 is bonded to the first plate H1200 with the second adhesive layer H1203. The thickness of the second adhesive layer H1203 is set to 0.06 mm or less as in the prior art so that the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101 and the electric wiring tape H1300 can be electrically connected in a plane. It is suppressed. In this embodiment, the second plate H1400 may be bonded to the first plate H1200 before or after the recording element substrates H1100 and H1101 are bonded.
[0062]
Next, a first adhesive layer H1202 for bonding the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101 is applied and formed on the first plate H1200, and then the recording element substrates H1100 and H1101 are coated with a recording liquid. The plurality of electrothermal conversion elements H1103 to be discharged or the respective discharge ports H1107 are pressed and fixed in accordance with the relative positional relationship in the wiring surface direction. At this time, unlike the above-described conventional example, there is no interference such as a reduction in the contact area of the pressing head and contact with the adhesive of the electric wiring tape, so stable and highly accurate adhesive fixing is possible.
[0063]
Thereafter, a third adhesive layer H1306 for bonding and fixing the back surface of the electrical wiring tape H1300 is applied to the second plate H1400, and then the electrodes H1104 of the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101. And the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300 are aligned and then pressed and fixed. Thereafter, the bump H1105 on the electrode 1104 of the recording element substrate and the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300 are electrically joined one by one by a thermosonic bonding method. Electrical bonding by the thermosonic bonding method is frequently used in wire bonding, and since it is a metal-to-metal bond, the reliability of the bonded portion is high and the productivity is also very high.
Further, regarding the positional relationship in the height direction between the bump H1105 on the electrode portion H1104 of the recording element substrate and the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300, the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300 can absorb variations, so An ink jet recording head with high performance can be provided.
[0064]
Further, the joint between the bump H1105 on the electrode H1104 of the recording element substrate H1100 and the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300 is sealed with resin so as not to be short-circuited with ink or the like.
[0065]
The thermosonic bonding method employed in this embodiment is bonding at one place, but the number of wires of the ink jet recording head is about 20 to 100 per recording element substrate, and 0.1 per area. Since it can be joined in about 0.2 seconds, production in a short time is possible.
[0066]
FIG. 11 shows an enlarged exploded view and a sectional view of the first and second plates H1200 and H1400, the first and second recording element substrates H1100 and H1101, and the electric wiring tape H1300 shown in FIG. . The configuration of the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS.
[0067]
In the present embodiment, the first plate H1200 is made of alumina and has a thickness of 4 ± 0.03 mm, and the second plate H1400 is also made of alumina and has a thickness of 0.67 ± 0.05 mm. The element substrates H1100 and H1101 have a thickness of 0.625 ± 0.025 mm. As described above, the electric wiring tape (flexible printed circuit board) H1300 has a three-layer structure of a base film, a copper foil wiring, and a solder resist. Device holes H1 and H2 are provided, and gold-plated electrode leads H1302 are exposed. Yes.
[0068]
The second plate H1400 of this embodiment is a single plate-like member, and is provided with two holes for inserting the recording element substrates H1100 and H1101, and is bonded to the first plate H1200. Is fixed. In addition, the entire surface of the electric wiring tape H1300 except for the device holes H1 and H2 formed to expose the recording element substrates H1100 and H1101 is bonded to the second plate H1400 by the third adhesive layer H1306. Yes.
[0069]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a state in which the first plate H1200, the first (or second) recording element substrate H1100 (H1101), the second plate H1400, and the electric wiring tape H1300 are stacked and fixed. In this embodiment, the thickness of the first adhesive layer H1202 is 0.005 ± 0.004 mm, the thickness of the second adhesive layer H1203 is 0.02 ± 0.005 mm, and the thickness of the third adhesive layer H1306. Is 0.03 ± 0.003 mm, and each member is bonded by these adhesive layers. Further, the thickness of the solder resist of the electric wiring tape H1300 is 0.017 ± 0.0125 mm, and the height of the bump H1105 is 0.0325 ± 0.0075 mm. That is, the gap h between the upper surface of the bump H1105 and the electrode lead H1302 shown in FIG. 10 is 0.075 mm, and taking into account various tolerances, the tolerance range is ± 0.058 mm, which is generally effective in the thermosonic bonding method. It is in the range of the gap. Therefore, the bump H1105 and the electrode lead H1302 can be easily joined by the thermal ultrasonic pressure bonding method (inner lead bonding).
[0070]
By using the support member (plate), recording element substrate, and electrical wiring tape (flexible printed circuit board) having the above-described configuration, the reliability of the inner lead bonding can be improved and electrical connection can be realized with certainty.
[0071]
[Electrical connection]
With reference to FIG. 12, the sealing method around the electrical connection portion will be described.
[0072]
As described above, the periphery of the electrode portion 1104 of the recording element substrate and the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300 is exposed in the state of being electrically bonded by the thermal ultrasonic pressure bonding method. Therefore, the gaps H1319A and H1319B and the upper portions H1320A and H1320B below the electrode lead H1302 are sealed with a sealant and sealed. At this time, since the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300 is comb-shaped and has a gap, air is easily released, so that the reliability of the sealing process can be ensured.
[0073]
As shown in FIG. 25, the bump on the electrode pad of the recording element is electrically bonded to the lead (electrode terminal) of the electric wiring tape in advance by the conventional ultrasonic TAB mounting method, further sealed, and then supported. In the method of adhering to the body, even when the TAB unit H300U1 and the TAB unit H300U2 are assembled, the gaps H309A and H309B remain in the lower portion of the sealant H308. Further, it is necessary to pour a sealant (not shown). This part is already sealed at the top, so it is difficult for air to escape and air remains, and when using an epoxy-based thermosetting sealant, the air expands and opens holes, etc. Defects sometimes occurred.
[0074]
On the other hand, in this example, since the members present in the sealed portion are aligned and bonded, and finally sealed together, stable production without excess or deficiency of the sealing agent Is possible.
[0075]
It should be noted that the electrical junction and the sealant around the recording element substrate need not be the same.
For example, since the upper portions H1320A and H1320B of the electrode leads H1302 of the electric wiring tape H1300 may be scraped by a wiper member that wipes off ink, an epoxy hard sealant is preferable.
[0076]
Further, the periphery of the openings (device holes) H1 and H2 of the electric wiring tape H1300 is a capping region for performing capping for preventing ink evaporation in the nozzle, but the recording element substrates H1100 and H1101 and the electric wiring tape. After the H1300 is aligned, the third adhesive layer H1306 is adhered to the second plate H1400, so that a stable capping region can be ensured.
[0077]
In the ink jet recording apparatus of this embodiment, since both the black head and the color head are assembled and integrated on the same wiring board, it is not necessary to correct the ink landing positions of the heads.
[0078]
When different elements are mounted on a single TAB tape as in the above-described conventional example, the positional accuracy of each of them varies by 0.1 mm due to bonding accuracy to the TAB tape and subsequent deformation during sealing. The ink jet recording apparatus was not useful. On the other hand, according to the present embodiment, mutual positional accuracy can be ensured. Further, the color head of this embodiment has nozzles for three colors, so the outer dimensions of the color head are different from those of the black head. However, a plurality of recording element substrates having different dimensions are combined into a single flexible wiring board. As a result, the capping means of the recording apparatus can be reduced in size and the recording apparatus can be made smaller, and a single flexible wiring board can be used as the capping surface. The reliability of removing the extra ink adhering can be ensured, and a long-life inkjet recording head can be provided.
[0079]
[Example 2]
The present embodiment has almost the same configuration as the first embodiment, but the position of the upper surface of the second plate H1400 is 0.72 ± 0.05 mm, and the gap h1 between the bump H1005 and the electrode lead H1302 is 0. 105 ± 0.112 mm. This variation is ± 0.058 mm in the sum of squares. For example, as shown in FIG. 13, the gap h1 between the bump H1005 on the recording element substrate H1100 and the electrode lead H1302, and the bump H1005 on the recording element substrate H1101 Even if there is a difference between the gap h2 and the electrode lead H1302, it is within the gap range (150 μm or less) that is generally effective in the thermosonic bonding method, and reliable metal-to-metal bonding is possible.
[0080]
As described above, a plurality of recording element substrates are bonded and fixed to a single support member, and then a TAB tape is bonded by thermosonic bonding (inner lead bonding) to provide a reliable and inexpensive inkjet recording head. Can be manufactured.
[0081]
In the present embodiment, as shown in FIG. 14, an electric wiring tape H1300 and the second plate H1400 are bonded by thermocompression bonding using an adhesive sheet made of a thermosetting resin as the third adhesive layer H1306. However, as in the first embodiment, a configuration in which an adhesive that is not in the form of a sheet is applied and adhered may be used.
[0082]
[Example 3]
In this embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, the position of the joint surface of the second plate H1400 with the electric wiring tape H1300 is set to an error ± 0. 0 using the jig J01 with the apex of the bump H1105 as a reference. It is positioned at about 05 mm and bonded with an adhesive. According to this, the gap h3 between the bump H1005 and the electrode lead H1302 was 0.105 ± 0.0625 mm (± 0.052 mm in the sum of squares), and the variation was greatly reduced. Therefore, not only reliable metal bonding can be performed, but also variation in the required filling amount of the sealing agent due to variations in the height of the electrode lead H1302 and the thickness of the second plate H1400 in the resin sealing process can be suppressed. (For example, the difference between the gaps h3 and h4 is reduced). In addition, the distance between the ejection port H1107 and the recording medium can be reduced.
[0083]
Furthermore, the load for pressing the jig J01 against the bump H1005 is 1.2N per bump (12N when there are 100 bumps), and the variation in the upper surface of the bump H1005 is suppressed to ± 0.002 mm, thereby improving the flatness. You can also In that case, the gap h3 between the bump H1005 and the electrode lead H1302 was 0.105 ± 0.0425 mm (± 0.033 mm in the sum of squares), and the variation was further reduced.
[0084]
Further, as shown in FIG. 17, suction holes H3 and H4 are opened in the jig J02, and the position of the joint surface of the second plate H1400 with the electric wiring tape H1300 is determined with reference to the apex of the bump H1105. Positioning with an error of ± 0.01 mm while adsorbing via J02, a silicon-based sealant adhesive is injected into the gap between the first plate H1200 and the second plate H1400 and bonded. According to this, the gap h3 between the bump H1005 and the electrode lead H1302 was 0.105 ± 0.0225 mm (± 0.016 mm in the sum of squares), and the variation was further greatly reduced.
[0085]
According to this, since the center value of the dimension setting of the gap h3 between the bump H1005 and the electrode lead H1302 can be reduced from about 0.105 mm to about 0.03 mm, the distance between the ejection port and the recording medium can be further reduced.
[0086]
In this embodiment, a double-sided wiring type wiring board is used and a contact portion with the printer main body is provided on the opposite side of the recording element board. However, even if a single-sided wiring type is used, Japanese Patent Laid-Open No. 11-138814. As in the configuration of the publication, the recording head can be manufactured using another double-sided wiring board.
[0087]
[Example 4]
In the first embodiment, bumps H1105 such as Au are formed on the electrodes H1104 of the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101 by a thermosonic bonding method, but the metal-to-metal bonding is limited to this. However, it is possible to increase the volume of the electrode part by plating using heat or the like to perform stable bonding. In Example 1, a TAB tape having electrode leads H1302 was used as the electric wiring tape H1300. However, an electric wiring tape having electrode terminals at a position several hundred μm apart from the electrode H1104 of the recording element substrate H1101 was used. After positioning and bonding, it is also possible to bond between metals by a thermosonic bonding method using a wire bonding method using Au wire or the like.
[0088]
FIG. 18 shows an embodiment of the wire bonding method, and the electrical wiring tape H1300W has a three-layer structure in which the periphery of the bonding portion is a base film H1300a, a copper foil H1300b, and a solder resist H1300c on the back side, as in the first embodiment. The electrode portion H1300d of the copper foil H1300b is gold-plated and exposed. The bonding process of each member is the same as in the first embodiment, but the electrode portion H1300d of the copper foil H1300b of the electric wiring tape H1300W is not located above the electrode H1104 of the recording element substrate H1101 as in the first embodiment. It is adhesively fixed on the second plate H1400 at a distance of several hundred μm.
[0089]
In this embodiment, the electrodes H1104 of the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101 and the electrode portion H1300d of the copper foil H1300b of the electric wiring tape H1300W are used using a bonding wire W1100 such as an Au wire. Then, after wire bonding, sealing is performed with resin in the same manner as in Example 1.
[0090]
In general wire bonding equipment, the position of the electrical wiring tape does not have to be very accurate because thermosonic bonding is performed after recognizing each electrode and correcting the position. If the height of the bonding wire is not lowered, the ink landing position will shift. Usually, the height of the bonding wire is high at the first bonding, and the height varies as the bonding distance varies. Therefore, in this embodiment, as in the first embodiment, the alignment of the electric wiring tape H1300W is accurately performed with reference to the electrodes H1104 of the first recording element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101, and bonding wires are used. The loop height of W1100 is stabilized, and the thickness of the second plate H1400 for bonding and fixing the electric wiring tape H1300W is made thinner than that of the first embodiment, and then the first recording is performed from the electrode portion H1300d of the electric wiring tape H1300W. Wire bonding is performed to the electrode portion H1104 of the element substrate H1100 and the second recording element substrate H1101.
[0091]
According to this embodiment, it is not necessary to form the bump H1105 such as Au on the electrode portion H1104 by the thermal ultrasonic pressure bonding method, and it is possible to manufacture a high-quality ink jet recording head that is inexpensive and has an accurate ink landing position.
[0092]
[Example 5]
In the example shown in FIGS. 19 and 20, the second recording element substrate H1101 of Example 1 described above is provided on a single recording element substrate by integrating the mechanisms for three colors of cyan, magenta, and yellow. In contrast, three independent recording element substrates, that is, a second recording element substrate H1101A (cyan), a third recording element substrate H1101B (magenta), and a fourth recording element substrate H1101C (yellow). have. The second to fourth recording element substrates H1101A to C1101C have the same outer size as the first recording element substrate H1100, and the size of the ejection port H1107 and the electrothermal transducer H1103 is larger than that of the first recording element substrate H1100. small.
[0093]
In the recording head having such a configuration, the pasting accuracy of the second recording element substrate H1101A, the third recording element substrate H1101B, and the fourth recording element substrate H1101C for color (three colors) is within ± 0.01 mm. However, it is necessary to accurately arrange these recording element substrates on the first plate H1200 in advance by image recognition, and adhere them using the second adhesive layer H1203, so that the required pasting accuracy can be achieved. It can be secured.
[0094]
After that, as described above, the bump H1105 on the electrode H1104 of the recording element substrate and the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300 are joined one by one by the thermal ultrasonic pressure bonding method, which is electrically reliable. An ink jet recording head can be provided.
Thus, even in an ink jet recording head that uses recording element substrates having substantially the same outer dimensions, the use of a single flexible wiring substrate having openings of different sizes provides high reliability. A long-life inkjet recording head can be provided.
[0095]
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, sealing around the electrical connection portion is performed. Among the three color recording element substrates, the sealing of the electrode portion of the third recording element substrate H1101B at the center is performed on the TAB tape as in the conventional TAB mounting method. However, in this embodiment, it is possible to reduce the yield by sealing the recording element substrate after pasting the recording element substrate to another member. A high-priced inkjet recording head can be provided.
[0096]
[Example 6]
In the embodiment shown in FIG. 21, the second plate is an independent frame H1400A or H1400B having a shape surrounding each of the two recording element substrates. Except for the difference in the shape of the second plate, the members used, the adhesives used, etc. are exactly the same as in Example 1. FIG. 22 shows a state in which the first plate H1200, the first (or second) recording element substrate H1100 (H1101), the second plates H1400A and H1400B, and the electric wiring tape (flexible printed circuit board) H1300 are stacked and fixed. It is sectional drawing. In the case of the present embodiment, since the second plate is a frame body that surrounds the recording element substrate, the electric wiring tape H1300 is only near the H bump 1105 of the recording element substrate H1100 (H1101) and around the recording element substrate. It is located one step higher than other places. Also in this example, as in Example 1, the bump H1105 and the electrode lead H1302 could be easily joined by the thermal ultrasonic pressure bonding method (inner lead bonding).
[0097]
[Example 7]
In the embodiment shown in FIG. 23, the second plate H1400C is positioned only in the vicinity of the bumps H1105 of the two recording element substrates. Except for the difference in the shape of the second plate, the members used, the adhesives used, etc. are exactly the same as in Example 1. In this embodiment, since the second plate H1400C is located only in the vicinity of the bump H1105 of the recording element substrate H1100 (H1101), the electrode lead H1302 of the electric wiring tape H1300 is the same as that of the recording element substrate H1100 (H1101). Only the vicinity of the bump H1105 is positioned one step higher than the other portions.
[0098]
Also in this example, as in Example 1, the bump H1105 and the electrode lead H1302 could be easily joined by the thermal ultrasonic pressure bonding method (inner lead bonding).
[0099]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality ofRecording element on wiring boardIn the inkjet recording head configured to be bonded,Element substrate support memberA plurality of semiconductor chips (recording element substrates) are bonded to each other, and then a wiring substrate is laminated to form a recording element substrate.Electrode partAnd the wiring boardElectrode terminalIn contrast, in the manufacturing method in which the inner lead bonding step and the inner lead sealing step are performed, the reliability of the inner lead bonding can be improved and the electrical connection can be reliably realized.
[0100]
In particular, a plurality of recording element substratesWiring board support memberWas pasted with adhesiveElement substrate support memberFixed with adhesive,Electrode section of recording element substrateAnd the wiring boardWith electrode terminalsAfter aligning the wiring boardWiring board support memberFixed with adhesive,Electrode section of recording element board and electrode terminal of wiring boardAndThe jointBy sealing the resin with resin, it is possible to provide an ink jet recording head with good print quality, high reliability, and low cost.
[0101]
Electrode section of recording element substrate and electrode terminal of wiring substrateCan be provided with a more productive ink cartridge.
[0102]
further,Wiring board support memberThe top surface ofElectrode partBy making the distance from the upper surface constant, the metal-to-metal bonding and the sealing of the joint are performed, whereby a high-quality, high-reliability, and low-cost inkjet recording head can be provided.
[Brief description of the drawings]
1A is a perspective view of a recording head cartridge according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view thereof.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the recording head shown in FIG.
3 is an exploded perspective view in which the recording head shown in FIG. 2 is further finely disassembled. FIG.
FIG. 4 is a partially cut-out explanatory perspective view showing a configuration of a recording element substrate in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a partially cut-away explanatory perspective view showing a configuration of another recording element substrate in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the recording head cartridge in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing an assembly of a recording element unit and an ink supply unit in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing the bottom side of the recording head in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 9 is an exploded schematic cross-sectional view of a main part of a recording element unit according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the recording element unit in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 11 is an enlarged exploded perspective view of a main part of the recording element unit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the recording element unit in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a recording element unit in Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 14 is an exploded cross-sectional view of a recording element unit in Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a recording element unit manufacturing process in Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a recording element unit in Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a recording element unit manufacturing process in a modification of Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a recording element unit in Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 19 is a perspective view of a recording head cartridge according to Embodiment 5 of the present invention.
20 is an exploded perspective view showing the configuration of the recording head shown in FIG.
FIG. 21 is an enlarged exploded perspective view of a main part of a recording element unit according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 22 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a recording element unit according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 23 is an enlarged exploded perspective view of a main part of a recording element unit according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 24 is an exploded schematic cross-sectional view of a main part of a conventional recording element unit.
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view of a main part of a conventional recording element unit.
[Explanation of symbols]
H1000 recording head cartridge
H1001 recording head (inkjet recording head)
H1002 Recording element unit
H1003 Ink supply unit
H1100 First recording element substrate
H1101 Second recording element substrate
H1102 Ink supply port (supply port)
H1103 Electrothermal conversion element (recording element)
H1104 electrode(Electrode part)
H1105 Bump
H1106 Ink channel wall
H1107 Discharge port
H1108 Discharge port group
H1110 Si substrate
H1200 first plate(Element substrate support member)
H1201 Ink communication port
H1202 first adhesive layer
H1203 Second adhesive layer
H1300, H1300W Electrical wiring tape(Wiring board)
H1301 External signal input terminal
H1302 Electrode lead(Electrode terminal)
H1306 Third adhesive layer
H1309 Terminal positioning hole
H1400, H1400A, H1400B, H1400C Second plate(Wiring board support member)
H1500 ink supply member
H1501 ink flow path
H1503 1st hole
H1509 X butting part
H1510 Y butting part
H1511 Z butting part
H1512 terminal fixing part
H1515 Terminal positioning pin
H1520 joint
H1600 flow path forming member
H1601 wearing guide
H1602 Ink communication port
H1700 filter
H1800 seal rubber
H1900 ink tank
H1901 Black ink tank
H1902 cyan ink tank
H1903 Magenta ink tank
H1904 Yellow ink tank
H1907 Ink communication port
H1910 2nd nail
H2000 tank holder
H2300 Joint seal member
H2400 screw
H1, H2 device hole

Claims (10)

インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子と、該記録素子に接続される電極部と、がそれぞれ設けられた複数の記録素子基板
該複数の記録素子基板の前記電極部と電気的に接続される電極端子を有し、前記記録素子に対してインクを吐出するための電気パルスを伝達する配線基板と、
前記複数の記録素子基板を支持する素子基板支持部材と、
前記配線基板を支持し、前記素子基板支持部材上に固定される配線基板支持部材と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記複数の記録素子基板および前記配線基板支持部材を前記素子基板支持部材上に固定する工程と、
前記複数の記録素子基板の前記電極部に対して前記配線基板の前記電極端子を位置合わせし、該配線基板を前記配線基板支持部材上に固定する工程と、
前記複数の記録素子基板の前記電極部と前記配線基板の前記電極端子とを金属間結合する工程と、
をこの順に含むことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
A recording element for generating energy utilized for discharging ink, and the electrode portion is connected to the recording element, but a plurality of recording element substrates respectively provided,
A wiring board having an electrode terminal electrically connected to the electrode portion of the plurality of recording element substrates, and transmitting an electric pulse for ejecting ink to the recording element;
An element substrate supporting member for supporting the plurality of recording element substrates;
A wiring board supporting member that supports the wiring board and is fixed on the element substrate supporting member;
A method of manufacturing an ink jet recording head having
Fixing the plurality of recording element substrates and the wiring board support member on the element substrate support member;
Aligning the electrode terminals of the wiring board with respect to the electrode portions of the plurality of recording element boards, and fixing the wiring board on the wiring board support member;
A step of inter-metal coupling the electrode portions of the plurality of recording element substrates and the electrode terminals of the wiring substrate;
In this order, the manufacturing method of the inkjet recording head characterized by the above-mentioned.
前記複数の記録素子基板および前記配線基板支持部材を前記素子基板支持部材上に固定する工程は接着剤を用いてなされ、
前記複数の記録素子基板の前記電極部と前記配線基板の前記電極端子とを金属間結合する工程の後、前記電極部と前記電極端子との結合部を樹脂により封止する工程をさらに含む請求項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
The step of fixing the plurality of recording element substrates and the wiring board support member on the element substrate support member is performed using an adhesive.
The method further includes a step of sealing the connecting portion between the electrode portion and the electrode terminal with a resin after the step of inter-metal bonding the electrode portion of the plurality of recording element substrates and the electrode terminal of the wiring substrate. Item 10. A method for manufacturing an ink jet recording head according to Item 1 .
前記配線基板を前記配線基板支持部材上に固定する工程において、前記複数の記録素子基板の前記電極部と前記配線基板の前記電極端子との間隙が100μm以下になる様に位置決めし、その後両者を金属間結合する請求項1または2に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。In the step of fixing the wiring board on the wiring board support member, the gap between the electrode portions of the plurality of recording element boards and the electrode terminals of the wiring board is positioned so as to be 100 μm or less, and then both are positioned. a method for producing an ink jet recording head according to claim 1 or 2, bonds the metal. 前記複数の記録素子基板および前記配線基板支持部材を前記素子基板支持部材上に固定する工程は、前記複数の記録素子基板を前記素子基板支持部材上に第1の接着層により固定する工程と、前記配線基板支持部材を前記素子基板支持部材上に第2の接着層により固定する工程とを含み、
前記複数の記録素子基板の厚さと前記第1の接着層の厚さとを加えた厚さは、前記配線基板支持部材の厚さと前記第2の接着層の厚さとを加えた厚さより薄い請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
The step of fixing the plurality of recording element substrates and the wiring board support member on the element substrate support member includes fixing the plurality of recording element substrates on the element substrate support member by a first adhesive layer; Fixing the wiring board support member on the element substrate support member with a second adhesive layer,
The thickness of the plurality of recording element substrates plus the thickness of the first adhesive layer is thinner than the sum of the thickness of the wiring board support member and the thickness of the second adhesive layer. The manufacturing method of the inkjet recording head of any one of 1-3 .
前記複数の記録素子基板の前記電極部は金属間結合されたバンプを含む請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。The electrode portions A method for producing an ink jet recording head according to any one of claims 1 to 4 including the bumps coupled between the metal of the plurality of recording element substrates. 前記配線基板には前記複数の記録素子基板がそれぞれ組み込まれる複数の開口部が設けられ、該開口部内で前記記録素子基板の周囲を樹脂により封止する工程をさらに含む請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。The wiring board plurality of openings wherein the plurality of recording element substrates are incorporated respectively is provided in any of the claims 1-5, further comprising the step of sealing with resin the periphery of the recording element substrate in the opening portion A method for producing an ink jet recording head according to claim 1. 前記複数の記録素子基板の大きさまたは形状の少なくとも一方が互いに異なる請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。A method for producing an ink jet recording head according to any one of the plurality of recording element substrates at least one of different claims size or shape 1-6. 前記配線基板には前記複数の記録素子基板がそれぞれ組み込まれる複数の開口部が設けられ、該開口部の大きさまたは形状の少なくとも一方が互いに異なる請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。Wherein the plurality of openings of the plurality of recording element substrates are incorporated respectively provided on the wiring board, according to any one of the opening size or at least one of different claims shapes 1-7 A method for manufacturing an inkjet recording head. 前記金属間結合は熱超音波圧着法によってなされる請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。A method for producing an ink jet recording head according to any one of claims 1-8 wherein the intermetallic bond is made by thermal ultrasonic pressing method. 前記金属間結合はワイヤーボンディングによってなされる請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。A method for producing an ink jet recording head according to any one of claims 1-8 wherein the intermetallic bond is made by wire bonding.
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