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JP2006041249A - 電子部品搭載基板及びインクジェットヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】 電子部品から発生する熱をより効率的に放散することが可能な電子部品搭載基板等を提供すること。
【解決手段】 電子部品搭載基板１は、金属製のプレート２，３と、プレート２の表面にセラミックス材料で形成され、且つ、その表面に発熱性の電子部品５が設けられる絶縁材料層４と、プレート２，３内に形成された流路１０とを有するため、電子部品５で発生した熱は、絶縁材料層４及びプレート２，３を介して流路１０内の液体Ｗに伝達されて効率よく外部へ放散される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＩＣ等の発熱性の電子部品が設けられる電子部品搭載基板及びインクジェットヘッドに関する。
携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器は、基板の表面に実装された、ＩＣ（集積回路）や抵抗、コンデンサ等の多数の電子部品を備えている。このような電子部品が搭載される基板としては、ガラスクロスの表面にエポキシ樹脂を含浸させたもの（ガラスエポキシ基板）が広く用いられている。ところで、基板にＩＣ等の発熱性の電子部品が設けられている場合には、この電子部品から発生した熱によりその電子部品自体やその周辺の部品が破壊されるのを防止するために、電子部品から発生した熱を確実に外部へ放散する必要がある。しかし、近年では、電子機器を小型化するために、多数の電子部品が基板上の狭い領域に密集して配置される傾向にあるため、発熱性の電子部品から発生する熱を外部へ放散させることがより困難となっている。そこで、電子部品から発生した熱をより効率よく放散することが可能な種々の電子機器が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の電子機器には、ＣＰＵ等の発熱性の電子部品の表面に接触する金属板等からなる熱伝導体と、この熱伝導体の近傍に設置された冷却ファンと、電子部品から熱伝導体に伝わった熱を熱媒体に伝達する熱交換部とが設けられている。そして、電子部品から熱伝導体に伝わった熱は熱交換部において熱媒体（流体）に伝達され、この熱媒体を介して熱が外部へ放散される。
特開２００３−７６４４５号公報
しかし、前記特許文献１の電子機器のように、電子部品の表面からの放熱が促進されるように構成されたとしても、電子部品が実装される基板はエポキシ樹脂等の熱伝導率の低い材料で構成されているために、基板側からはほとんど放熱が行われない。そのため、電子部品で発生した熱が十分に放散されず、電子部品の温度が過度に上昇してしまう虞がある。
本発明の目的は、電子部品から発生する熱をより効率的に放散することが可能な電子部品搭載基板及びインクジェットヘッドを提供することである。
課題を解決するための手段及び発明の効果
第１の発明の電子部品搭載基板は、金属製の基材と、この基材の一表面にセラミックス材料で形成され、且つ、その表面に発熱性の電子部品が設けられる絶縁材料層と、前記電子部品から前記絶縁材料層を介して前記基材に伝達された熱を放散する放熱手段とを有することを特徴とするものである。
この電子部品搭載基板においては、熱伝導率が高い金属製の基材の一表面に、同じく熱伝導率が高いセラミックス材料からなる絶縁材料層が形成されており、この絶縁材料層の表面に発熱性の電子部品が設けられる。従って、電子部品で発生した熱が絶縁材料層から基材に伝わりやすくなるため、その熱を絶縁材料層及び基材から放熱手段に伝達させて、効率的に外部へ放散することができる。
第２の発明の電子部品搭載基板は、前記第１の発明において、前記絶縁材料層の表面には、前記電子部品の端子と接合される配線が形成されることを特徴とするものである。この場合には、電子部品同士を接続する配線が絶縁材料層により絶縁されるため、回路の短絡を確実に防止することができる。
第３の発明の電子部品搭載基板は、前記第１又は第２の発明において、前記放熱手段は、複数の凸状の放熱部を備え、且つ、前記基材又は前記絶縁材料層の前記電子部品に近接する部分の表面に設けられた放熱器を有することを特徴とするものである。従って、電子部品で発生した熱は、絶縁材料層から基材に伝達されて複数の放熱部から放散される。
第４の発明の電子部品搭載基板は、前記第１又は第２の発明において、前記放熱手段は、前記基材に形成されてその内部を液体が流れる液体流路を有することを特徴とするものである。従って、電子部品で発生した熱は、絶縁材料層から基材に伝わり、さらに、基材に形成された液体流路内の液体に伝わることになる。そして、液体により電子部品から離れた場所へ熱が移送されるため、熱をより効率よく放散することができる。
第５の発明の電子部品搭載基板は、前記第４の発明において、前記液体流路は閉ループ状に形成されていることを特徴とするものである。従って、閉ループ状の液体流路内を液体が循環することになるため、外部から液体を供給したり、あるいは、外部へ液体を排出するための構成が不要であり、電子部品搭載基板の構成が簡単になる。
第６の発明の電子部品搭載基板は、前記第４又は第５の発明において、前記液体流路と前記絶縁材料層との間に、前記基材の層が介在することを特徴とするものである。このように、液体流路が形成された部分において、一般的に金属材料よりも強度の低いセラミックス材料からなる絶縁材料層の下側に、強度の高い金属製の基材の層が存在するため、液体流路が形成された部分における電子部品搭載基板の強度低下が抑制される。
第７の発明の電子部品搭載基板は、前記第４又第５の発明において、前記液体流路内の前記液体は、少なくとも前記電子部品が設けられた前記絶縁材料層の部分の前記基材側の面に直接接触していることを特徴とするものである。従って、電子部品で発生した熱が、絶縁材料層から液体流路内の液体に伝わりやすくなる。
第８の発明の電子部品搭載基板は、前記第４〜第７の何れかの発明において、前記液体流路の内面が少なくとも部分的に凹凸状に形成されていることを特徴とするものである。従って、液体流路の内面の面積が大きくなるため、基材及び絶縁材料層に伝達された熱が、液体流路内の液体に伝わりやすくなる。
第９の発明の電子部品搭載基板は、前記第４〜第８の何れかの発明において、前記放熱手段は、複数の凸状の放熱部を備え、且つ、前記基板又は前記絶縁材料層の前記液体流路に近接する部分の表面に設けられた放熱器を有することを特徴とするものである。従って、液体流路内を流れる液体により移送された熱が、液体流路に近接する放熱器を介して確実に外部へ放散される。
第１０の発明の電子部品搭載基板は、前記第４〜第９の何れかの発明において、前記放熱手段は、前記液体流路の途中部に設けられて前記液体を加圧する加圧手段を有することを特徴とするものである。従って、加圧手段により液体を加圧して液体を流路内で強制的に流すことにより、電子部品で発生した熱をこの電子部品から離れた位置へ確実に移送することができるため、効率よく熱を外部へ放散することができる。
第１１の発明の電子部品搭載基板は、前記第１０の発明において、前記加圧手段は、前記液体流路の途中部に形成された加圧室と、この加圧室の容積を変化させる圧電アクチュエータとを有し、前記圧電アクチュエータは、前記絶縁材料層の前記基材と反対側の面において前記加圧室と対向する位置に形成された第１の電極と、この第１の電極の表面に形成された圧電層と、この圧電層の前記第１の電極と反対側の面に形成された第２の電極とを有することを特徴とするものである。
この加圧手段において、圧電アクチュエータの第１の電極と第２の電極に電圧が印加されて、これら２つの電極の間に電位差が生じたときには、２つの電極の間に挟まれた圧電層に電界が作用して圧電層が変形する。そして、この圧電層の変形に伴って、基材及び絶縁材料層の加圧室を覆っている部分が変形するため、加圧室の容積が変化してその内部の液体が加圧される。
第１２の発明の電子部品搭載基板は、前記第１１の発明において、前記加圧室には、前記液体が前記液体流路に沿う所定の一方向にのみ流れるように規制する流れ方向規制部が設けられていることを特徴とするものである。従って、流れ方向規制部により液体の逆流が防止されるため、液体による熱の移送が連続的且つスムーズに行われる。
第１３の発明のインクジェットヘッドは、ノズルに連通する圧力室を含む流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットと、このアクチュエータユニットを駆動する駆動装置とを有するインクジェットヘッドであって、前記流路ユニットは、互いに積層されて前記圧力室を含むインク流路を形成する複数の金属プレートを有し、前記アクチュエータユニットは、前記金属プレートの一表面に前記圧力室を覆うように設けられた金属製の振動板と、この振動板の前記金属プレートと反対側の面にセラミックス材料で形成された絶縁材料層とを有し、前記駆動装置は、前記絶縁材料層の表面に設けられ、前記金属プレートに、その内部を液体が流れる液体流路が形成されていることを特徴とするものである。
このインクジェットヘッドにおいては、駆動装置によりアクチュエータユニットが駆動されて、圧力室の容積が変化すると、圧力室内のインクが加圧されて、圧力室に連通するノズルからインクが吐出される。ここで、駆動装置は、金属製の振動板に形成された絶縁材料層の表面に設けられており、さらに、インク流路を形成する金属プレートには、液体が流れる液体流路が形成されている。従って、駆動装置で発生した熱は、絶縁材料層を介して金属製の振動板に伝達され、さらに、金属プレートに伝わって、液体流路内を流れる液体に伝達されるため、熱を効率的に放散することができる。
第１４の発明のインクジェットヘッドは、前記第１３の発明において、前記液体は、インクであることを特徴とするものである。このように、ノズルから吐出するインクを駆動装置から発生する熱を移送する液体として使用することにより、インクとは別の種類の液体を使用する場合に比べて、駆動装置から発生する熱を放散させる為の構成を簡単にすることができる。
本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられる電子部品搭載基板に本発明を適用した一例である。
図１は第１実施形態に係る電子部品搭載基板１の概略平面図、図２は図１の電子部品搭載基板１に実装されたＩＣの周辺の拡大図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。尚、電子部品搭載基板１の図１における紙面手前側の面を上面と定義して以下説明する。図１〜図３に示すように、電子部品搭載基板１（以下、単に基板１という）は、基材としての２枚の金属製のプレート２，３と、上側のプレート２の上面に形成された絶縁材料層４とを有する。
２枚のプレート２，３は、熱伝導率の高い金属材料、例えば、ステンレス鋼、鉄、銅、ニッケル、あるいは、アルミニウム等により形成されている。また、上側のプレート２の上面に形成された絶縁材料層４は、アルミナ、窒化アルミ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ムライト、あるいは、ジルコニア等の、熱伝導率の高いセラミックス材料からなる。この絶縁材料層４は、例えば、超微粒子材料を高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて非常に薄い層に形成することができる。その他、ゾルゲル法、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いて薄い絶縁材料層４を形成することもできる。
この絶縁材料層４の上面には、端子を介してＩＣ５，６、抵抗（図示省略）、コンデンサ（図示省略）等の多数の電子部品が実装されている。さらに、絶縁材料層４の上面には、ＩＣ５，６等の電子部品の端子（例えば、端子５ａ）と接合されて電子部品同士を接続する、複数の配線７も形成されている。従って、複数の配線７は絶縁材料層４により互いに絶縁されており、回路の短絡が防止されている。
ここで、表１に、プレート２，３を構成する金属材料及び絶縁材料層４を構成するセラミックス材料の熱伝導率と、従来から、ガラスクロス等の基材の表面に含浸される樹脂材料として一般的に使用されているエポキシ樹脂の熱伝導率とを示す。
Figure 2006041249
表１に示すように、金属材料やセラミックス材料の熱伝導率は、エポキシ樹脂の熱伝導率の数十倍〜数百倍の大きさである。そのため、図３の矢印で示すように、ＩＣ５で発生した熱の大部分は、端子５ａを介して絶縁材料層４及びプレート２に伝わり、このプレート２を介してＩＣ５から離れた位置へ熱が伝わっていく。ここで、一般的に、セラミックス材料は金属材料よりも高価であり、また、セラミックス材料の熱伝導率は金属材料よりも小さい場合が多いことから、安価で且つ熱の放散効率が良好な基板とするために、セラミックス材料からなる絶縁材料層４の厚さは金属製のプレート２，３と比較して十分薄いことが好ましい。さらに、ＩＣ５と絶縁材料層４との接触面積を大きくして、ＩＣ５で発生した熱が絶縁材料層４により伝わりやすくするために、図３に示すように、ＩＣ５と絶縁材料層４との間に金属ペーストや金属フィルム等の高熱伝導性材料１１が介装されていてもよい。
図１〜図３に示すように、２枚のプレート２，３の内部には閉ループ状の流路１０（液体流路）が形成されている。この流路１０は、例えば、上側のプレート２の下面にハーフエッチングにより形成される。この流路１０内には水Ｗが充填されており、この水Ｗは後述の加圧機構８により加圧されて閉ループ状の流路１０を循環するようになっている。さらに、この流路１０は、多量の熱を発生するＩＣ５が配置された領域を通るように形成されている。図３に示すように、流路１０は２枚のプレート２，３の内部において断面矩形状に形成されており、流路１０と絶縁材料層４との間には上側のプレート２の薄肉部２ａが介在している。このように、流路１０が形成された部分において、金属製のプレート２，３に比べて強度の小さいセラミックス材料からなる絶縁材料層４の下側に、強度の大きい金属材料層（薄肉部２ａ）が存在するため、流路１０が形成された部分における基板１の強度低下が抑制されている。
さらに、図１に示すように、流路１０の途中部には、流路１０内の水Ｗを加圧して強制的に循環させる加圧機構８（加圧手段）と、ＩＣ５から水Ｗに伝達された熱を外部へ放散する放熱器９（放熱手段）とが設けられている。
図４は図１の加圧機構８周辺の拡大図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図である。図４、図５に示すように、加圧機構８は、流路１０の途中部に形成された加圧室２０と、この加圧室２０の上方に配置され加圧室２０の容積を変化させる圧電アクチュエータ２１とを有する。図４に示すように、加圧室２０は流路１０の他の部分よりも幅が広くなっており、流路１０内を循環する水Ｗは図４及び図５の右側からこの加圧室２０に流入し、加圧室２０内で加圧されて、図４及び図５の左側へ送り出される。また、加圧室２０と、この加圧室２０よりも上流側（図４及び図５における右側）の流路１０、及び、下流側（図４及び図５における左側）の流路１０との接続部には、加圧室２０の上面から下方へ突出する２つの突出部２０ａ，２０ｂが夫々形成されている。これら２つの突出部２０ａ，２０ｂは、夫々、流路１０の下流側において鉛直的に突出し且つこの鉛直的に突出した部分から流路１０の上流側へ上方に傾斜した、略直角三角形の断面形状を有する。そのため、突出部２０ａ，２０ｂが形成された部分において、流路１０の上流側から下流側へ流れる場合の流路抵抗が、流路１０の下流側から上流側へ流れる場合の流路抵抗よりも小さくなっており、水Ｗは、上流側から下流側へのみ流れるように規制される。従って、下流側から上流側への逆流が防止されるため、水Ｗによる熱の移送が連続的且つスムーズに行われる。尚、これら２つの突出部２０ａ，２０ｂが本願発明の流れ方向規制部に相当する。また、突出部２０ａ，２０ｂの代わりに弁を設けて水の流れ方向を規制するようにしてもよい。
圧電アクチュエータ２１は、絶縁材料層４の上面において加圧室２０と対向する位置に形成された電極２４（第１の電極）と、電極２４の表面に形成された圧電層２２と、この圧電層２２の電極２４と反対側の面に形成された電極２３（第２の電極）とを有する。圧電層２２は、強誘電性のチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするものである。圧電層２２の上側の電極２３は配線２３ａを介して接地されている。一方、圧電層２２の下側の電極２４は配線２４ａを介してＩＣ５（図１参照）に接続されており、この圧電層２２の下側の電極２４にはＩＣ５から駆動パルス信号が供給されて、この電極２４に対して所定の電圧が一定時間おきに印加されるようになっている。そして、ＩＣ５から下側の電極２４に対して所定電圧が印加されたときには、２つの電極２３，２４に挟まれた圧電層２２にその厚み方向の電界が生じて、圧電層２２が分極方向と直交する水平方向に収縮する。この圧電層２２の収縮に伴い、プレート２及び絶縁材料層４の加圧室２０の上方を覆っている部分が、図５の鎖線で示すように加圧室２０側に凸となるように変形して、加圧室２０の容積が減少するため、加圧室２０内の水Ｗが加圧されて下流側の流路１０へ送出される。
図６は図１の放熱器９周辺の拡大図、図７は図６のＣ−Ｃ線断面図である。図１、図６、図７に示すように、放熱器９は、絶縁材料層４の上面においてＩＣ５から離れた位置に設けられており、この放熱器９の下側を流路１０が通っている。また、この放熱器９は上方へ突出する多数の放熱部９ａを有する。そして、流路１０内を循環する水Ｗにより移送されてきた熱は、図７の矢印で示すように、プレート２及び絶縁材料層４を介して放熱器９に伝達され、多数の放熱部９ａから外部へ熱が放散される。尚、図９においては、放熱器９は上側のプレート２の表面の絶縁材料層４に設けられているが、下側のプレート３の下面に設けられていてもよい。
以上説明した第１実施形態の基板１においては、ＩＣ５で発生した熱は、熱伝導率の高い絶縁材料層４及びプレート２，３を介して流路１０内の水Ｗに伝わり、水Ｗが流路１０内を循環する間にプレート２，３を介して外部に放散されるため、熱を効率よく放散することができる。また、流路１０の途中部であってＩＣ５から離れた場所には放熱器９が設けられているため、この放熱器９から、水Ｗに伝達された熱を確実に外部へ放散することができる。さらに、流路１０の途中部に設けられた加圧機構８により流路１０内の水Ｗが強制的に加圧されるため、水Ｗにより、ＩＣ５で発生した熱がＩＣ５から離れた位置に連続的且つ速やかに移送されるため、より効率よく熱を外部に放散することができる。
次に、前記第１実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］図８の基板１Ａのように、絶縁材料層４の下側のプレート２Ａに流路１０Ａを形成する穴がフルエッチング等により上下貫通状に形成されており、流路１０Ａ内の水Ｗが絶縁材料層４の下面に直接接触していてもよい（変更形態１）。この場合には、ＩＣ５で発生した熱がより確実に水Ｗに伝達される。あるいは、図９の基板１Ｂのように、順に積層された金属プレート２Ｂａ，２Ｂｂ，３内の流路１０Ｂの上面が凹凸状に形成されていてもよい（変更形態２）。この場合には、基材としてのプレート２Ｂａと水Ｗの接触面積が大きくなり、プレート２Ｂａから水Ｗへ熱が伝わりやすくなる。尚、図９に示すように、最上層のプレート２Ｂａにハーフエッチングによりプレート２Ｂｂとの接合面に開口する凹部を形成し、プレート２Ｂｂにフルエッチングにより貫通穴を形成すれば、上面が凹凸状の流路１０Ｂを容易に形成できる。さらに、流路１０の側面あるいは下面が凹凸状に形成されていてもよい。
２］図１０の基板１Ｃのように、放熱器９の下側においても、プレート２Ｃに流路１０Ｃがフルエッチング等により上下貫通状に形成されて、流路１０内の水Ｗが絶縁材料層４の下面に直接接触していてもよい（変更形態３）。この場合には、循環する水Ｗにより運ばれてきた熱が放熱器９に伝わりやすくなる。あるいは、図１１の基板１Ｄのように、放熱器９の下側において、順に積層された３枚の金属プレート２Ｄａ，２Ｄｂ，３内の流路１０Ｄの上面が凹凸状に形成されていてもよい（変更形態４）。この場合には、プレート２Ｄａと水Ｗの接触面積が大きくなり、水Ｗから放熱器９へ熱が伝わりやすくなる。尚、流路１０Ｄは、前述の変更形態２の流路１０Ｂと同様にして形成することができる。
３］水Ｗを加圧する加圧機構は、前記実施形態の加圧室２０及び圧電アクチュエータ２１で構成されたものに限られず、種々の構成の加圧機構を採用できる。さらに、この加圧機構を省略することも可能である。例えば、図１２に示す基板１Ｅ（変更形態５）においては、基材の下部を構成する下側のプレート２Ｅの下面に絶縁材料層４が形成され、この絶縁材料層４の下面にはＩＣ５が設けられている。一方、基材の上部を構成する上側のプレート３Ｅの上面には、上方へ突出する複数の放熱部９ａを有する放熱器９Ｅが設けられている。さらに、２枚のプレート２Ｅ，３Ｅの内部には水Ｗが充填された流路１０Ｅが形成されている。この基板１Ｅでは、下側のＩＣ５で発生した熱は、絶縁材料層４から下側のプレート２Ｅに伝達され、さらに、直接上側のプレート３Ｅに伝達される。この一連の熱伝達と並行して、流路１０Ｅ内の水Ｗを介してさらに熱が上側のプレート３Ｅに伝達される。ここで、流路１０Ｅ内においては、下側のプレート２Ｅの近傍の水Ｗの温度が上昇して流路１０内において上下に水温差が生じるため、流路１０内に、図１２の矢印で示すような自然対流が発生する。この水Ｗの流れにより、下側のプレート２Ｅから上側のプレート３Ｅへの熱の伝達が促進される。
４］さらに、流路をも省略して、ＩＣで発生した熱を金属プレートのみを介して放熱器に伝達させて、放熱器から外部へ放散するようにしてもよい。例えば、図１３に示す基板１Ｆ（変更形態６）においては、下側のプレート２Ｆの下面に絶縁材料層４が形成され、この絶縁材料層４の表面にＩＣ５が設けられている。一方、上側のプレート３Ｆの上面には、平面視でＩＣ５と略重なる位置に放熱器９Ｆが設けられている。従って、ＩＣ５で発生した熱は、プレート２Ｆ，３Ｆから放熱器９Ｆに伝達される。この場合には、基板１Ｆの構造が簡単なものとなるため製造が容易になる。さらに、図１４の基板１Ｇのように、２枚のプレート２Ｇ，３Ｇのうち、上側のプレート２Ｇに絶縁材料層４が形成され、放熱器９ＧとＩＣ５とが、この絶縁材料層４の表面に近接して設けられていてもよい（変更形態７）。尚、この場合、ＩＣ５で発生した熱の伝達経路としては、絶縁材料層４からプレート２Ｇを介して放熱器９Ｇに伝達される経路（Ｒ１）と、絶縁材料層４から直接放熱器９Ｇに伝達される経路（Ｒ２）の２つが考えられる。しかし、絶縁材料層４はプレート２Ｇに比べて非常に薄いためにその熱容量は小さく、ＩＣ５で発生した熱の大部分は、経路Ｒ１を通って放熱器９Ｇに伝達される。
５］水が流れる流路は閉ループ状のものに限られない。例えば、流路の両端が外部へ開放されており、この流路の一端からチューブ等を介して外部から冷却された比較的温度の低い水Ｗが供給されるとともに、流路の他端から流路内で熱が伝達されて温度が高くなった水を外部へ排出するように構成されていてもよい。尚、この場合、水を加圧する加圧機構や水に伝達された熱を放散する放熱器が基板外に設けられていてもよい。
６］熱の放散効率を向上させるには、前記第１実施形態及びその変更形態（変更形態１〜６）のように、ＩＣあるいは放熱器と重なる領域に流路が形成されていることが好ましいが、レイアウト等の面から困難な場合には、ＩＣあるいは放熱器と、流路とが、平面視で互いにずれた領域に夫々配置されていてもよい。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、記録用紙に対してインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。図１５は第２実施形態に係るインクジェットヘッドの概略斜視図、図１６は図１５の一点鎖線で囲まれた部分の平面図、図１７は図１６のＤ−Ｄ線断面図である。
図１５〜図１７に示すように、第２実施形態のインクジェットヘッド３０は、内部に個別インク流路５１が形成された流路ユニット３１と、この流路ユニット３１の上面に積層されたアクチュエータユニット３２とを備えている。
まず、流路ユニット３１について説明する。図１５〜図１７に示すように、流路ユニット３１はキャビティプレート４０、ベースプレート４１、マニホールドプレート４２、及びノズルプレート４３を備えており、これら４枚のプレート４０〜４３が積層状態で接着されている。このうち、キャビティプレート４０、ベースプレート４１及びマニホールドプレート４２は略矩形のステンレス鋼製の板である。また、ノズルプレート４３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート４２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート４３も、３枚のプレート４０〜４２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。
図１６に示すように、キャビティプレート４０には、平面に沿って配列された複数の圧力室４４が形成され、これら複数の圧力室４４は、流路ユニット３１の表面（後述する振動板６０が接合されるキャビティプレート４０の上面）において開口している。尚、図１６には、複数の圧力室４４のうちの一部（８つ）が示されている。各圧力室４４は、平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向がキャビティプレート４０の長手方向に平行になるように配置されている。
ベースプレート４１の平面視で圧力室４４の長軸方向両端部に重なる位置には、夫々連通孔４５，４６が形成されている。また、マニホールドプレート４２には、マニホールドプレートの短手方向（図１６の上下方向）に２列に延び、平面視で圧力室４４の図１６における略右半分と重なるマニホールド４７が形成されている。このマニホールド４７には、キャビティプレート４０に形成されたインク供給口４８を介してインクタンク（図示省略）からインクＩが供給される。また、平面視で圧力室４４の図１６における左端部と重なる位置には、連通孔４９も形成されている。さらに、ノズルプレート４３には、平面視で複数の圧力室４４の左端部に重なる位置に、複数のノズル５０が夫々形成されている。
そして、図１７に示すように、マニホールド４７は連通孔４５を介して圧力室４４に連通し、さらに、圧力室４４は、連通孔４６，４９を介してノズル５０に連通している。このように、流路ユニット３１内には、マニホールド４７から圧力室４４を経てノズル５０に至る個別インク流路５１が形成されている。
次に、アクチュエータユニット３２について説明する。図１６、図１７に示すように、アクチュエータユニット３２は、流路ユニット３１の表面に配置された振動板６０と、この振動板６０の表面に形成された絶縁材料層６１と、絶縁材料層６１の表面に形成され、複数の圧力室４４に夫々対応する複数の個別電極６２と、これら複数の個別電極６２の表面に形成された圧電層６３と、この圧電層６３の表面に形成され、複数の個別電極６２に亙って共通に設けられた共通電極６４とを備えている。
振動板６０は、平面視で略矩形状のステンレス鋼の板であり、複数の圧力室４４を覆うようにキャビティプレート４０の上面に接合されている。この振動板６０の表面には、アルミナ、ジルコニア、あるいは、窒化ケイ素等の熱伝導率の高いセラミックス材料からなる絶縁材料層６１が形成されている。
さらに、この絶縁材料層６１の表面には、圧力室４４よりも一回り小さい楕円形の平面形状を有する複数の個別電極６２が形成されている。個別電極６２は、平面視で対応する圧力室４４の中央部に重なる位置に形成されている。個別電極６２は金などの導電性材料からなり、隣接する個別電極６２は絶縁材料層６１により互いに電気的に絶縁されている。
絶縁材料層６１の表面において、複数の個別電極６２の一端部（図２における右端部）からは、夫々、個別電極６２の長軸方向に平行に複数の配線部６５が延びており、これら複数の配線部６５の端部には夫々複数の端子部６６が形成されている。また、これら複数の端子部６６の高さ位置は全て同じである。そして、複数の個別電極６２に夫々対応する複数の端子部６６には、複数の個別電極６２に対して選択的に駆動電圧を供給するドライバＩＣ６７（駆動装置）の端子６７ａが接合されており、ドライバＩＣ６７は接続端子６７ａを介して絶縁材料層６１の表面に配置されている。また、ドライバＩＣ６７と絶縁材料層６１の間には、金属ペーストや金属フィルム等の高熱伝導性材料６９が介装されている。尚、ドライバＩＣ６７は、絶縁材料層６１の表面に形成された複数の接続端子６８とこれら複数の接続端子６８に接続されたフレキシブルプリント配線板等の可撓性を有する配線部材（図示省略）を介して、インクジェットプリンタの制御装置（図示省略）と接続されている。
複数の個別電極６２の表面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層６３が形成されている。この圧電層６３は、複数の個別電極６２の表面全域を覆うように、複数の個別電極６２の全てに亙る連続した１つの層として形成されている。さらに、この圧電層６３の表面には、複数の個別電極６２に共通の共通電極６４が圧電層６３の全面に亙って形成されている。この共通電極６４も金などの導電性材料からなる。図１６に示すように、共通電極６４はは１本の配線部７１によりドライバＩＣ６７と接続されている。そして、共通電極６４は配線部７１及びドライバＩＣ６７を介して接地されて、グランド電位に保持されている。
次に、インク吐出時におけるアクチュエータユニット３２の作用について説明する。
ドライバＩＣ６７に複数の配線部６５を介して夫々接続された複数の個別電極６２に対して、ドライバＩＣ６７から選択的に駆動電圧が供給されると、駆動電圧が供給された圧電層６３下側の個別電極６２とグランド電位に保持されている圧電層６３上側の共通電極６４の電位が異なった状態となり、両電極６２，６４の間に挟まれた圧電層６３に上下方向の電界が生じる。すると、圧電層６３のうち、駆動電圧が印加された個別電極６２の直上の部分が、分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。ここで、圧電層６３の下側の絶縁材料層６１及び振動板６０はキャビティプレート４０に対して固定されているため、両電極６２，６４の間に挟まれた圧電層６３の部分が圧力室４４側に凸となるように変形し、この圧電層６３の部分的な変形に伴い、振動板６０の圧力室４４を覆う部分も圧力室４４側に凸となるように変形する。すると、圧力室４４内の体積が減少するためにインク圧力が上昇し、圧力室４４に連通するノズル５０からインクＩが吐出される。
ところで、図１６、図１７に示すように、ドライバＩＣ６７の下側の領域において、積層された振動板６０、キャビティプレート４０及びベースプレート４１の内部には、マニホールド４７に連通するインク流路７０が形成されている。このインク流路７０は、振動板６０にハーフエッチングで形成された凹部と、キャビティプレート４０にフルエッチングで形成された穴と、ベースプレート４１の上面とで形成されている。そして、ノズル５０からインクＩが吐出されるときに、マニホールド４７から圧力室４４へインクＩが引き込まれる際に、インク流路７０内のインクＩが流れるため、マニホールド４７とドライバＩＣ６７の下側の領域の間でインクＩが循環する。
そのため、ドライバＩＣ６７で発生した熱の大部分は、熱伝導率の高いセラミックス材料からなる絶縁材料層６１、金属製の振動板６０及びキャビティプレート４０を介してインク流路７０内のインクＩに伝達される。そして、インク流路７０内のインクＩがマニホールド４７へ流れることにより、熱がドライバＩＣ６７から離れた位置へ移送されて、金属製のプレート４０〜４２で構成された流路ユニット３１の表面から放散される。従って、ドライバＩＣ６７で発生した熱を効率的に外部へ放散することができ、ドライバＩＣの温度が過度に上昇してしまうのを確実に防止できる。
尚、インク流路７０の途中部に、インク流路７０内のインクＩを加圧する種々の加圧手段（例えば、図４、図５の前記第１実施形態の加圧機構８等）や、インクＩに伝達された熱を放散する放熱器（例えば、図６、図７の前記第１実施形態の放熱器９）等が設けられていてもよい。また、ドライバＩＣ６７の下側の領域を循環する液体は、インクＩの他、水等の他の種類の液体であってもよい。
本発明の実施形態に係る電子部品搭載基板の概略平面図である。 図１のＩＣ周辺の拡大図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図１の加圧機構周辺の拡大図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図１の放熱器周辺の拡大図である。 図６のＣ−Ｃ線断面図である。 第１実施形態の変更形態１の図３相当の断面図である。 変更形態２の図３相当の断面図である。 変更形態３の図７相当の断面図である。 変更形態４の図７相当の断面図である。 変更形態５のＩＣ及び放熱器周辺部分の断面図である。 変更形態６のＩＣ及び放熱器周辺部分の断面図である。 変更形態７のＩＣ及び放熱器周辺部分の断面図である。 第２実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。 図１５の一点鎖線で示された部分の平面図である。 図１６のＤ−Ｄ線断面図である。
符号の説明
１，１Ａ〜１Ｇ 電子部品搭載基板
２，２Ａ，２Ｂａ，２Ｂｂ，２Ｃ，２Ｄａ，２Ｄｂ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ プレート
２ａ 薄肉部
３，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ プレート
４ 絶縁材料層
５ ＩＣ
５ａ 接続端子
７ 配線
８ 加圧機構
９，９Ｅ〜９Ｇ 放熱器
９ａ 放熱部
１０，１０Ａ〜１０Ｅ 流路
２０ 加圧室
２０ａ，２０ｂ 突出部
２１ 圧電アクチュエータ
２２ 圧電層
２３ 電極
２４ 電極
３０ インクジェットヘッド
３１ 流路ユニット
３２ アクチュエータユニット
４０ キャビティプレート
４１ ベースプレート
４２ マニホールドプレート
４３ ノズルプレート
４４ 圧力室
５０ ノズル
５１ 個別インク流路
６０ 振動板
６１ 絶縁材料層
６７ ドライバＩＣ
７０ インク流路

Claims (14)

  1. 金属製の基材と、
    この基材の一表面にセラミックス材料で形成され、且つ、その表面に発熱性の電子部品が設けられる絶縁材料層と、
    前記電子部品から前記絶縁材料層を介して前記基材に伝達された熱を放散する放熱手段と、
    を有することを特徴とする電子部品搭載基板。
  2. 前記絶縁材料層の表面には、前記電子部品の端子と接合される配線が形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品搭載基板。
  3. 前記放熱手段は、複数の凸状の放熱部を備え、且つ、前記基材又は前記絶縁材料層の前記電子部品に近接する部分の表面に設けられた放熱器を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品搭載基板。
  4. 前記放熱手段は、前記基材に形成されてその内部を液体が流れる液体流路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品搭載基板。
  5. 前記液体流路は閉ループ状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子部品搭載基板。
  6. 前記液体流路と前記絶縁材料層との間に、前記基材の層が介在することを特徴とする請求項４又は５に記載の電子部品搭載基板。
  7. 前記液体流路内の前記液体は、少なくとも前記電子部品が設けられた前記絶縁材料層の部分の前記基材側の面に直接接触していることを特徴とする請求項４又は５に記載の電子部品搭載基板。
  8. 前記液体流路の内面が少なくとも部分的に凹凸状に形成されていることを特徴とする請求項４〜７の何れかに記載の電子部品搭載基板。
  9. 前記放熱手段は、複数の凸状の放熱部を備え、且つ、前記基板又は前記絶縁材料層の前記液体流路に近接する部分の表面に設けられた放熱器を有することを特徴とする請求項４〜８の何れかに記載の電子部品搭載基板。
  10. 前記放熱手段は、前記液体流路の途中部に設けられて前記液体を加圧する加圧手段を有することを特徴とする請求項４〜９の何れかに記載の電子部品搭載基板。
  11. 前記加圧手段は、前記液体流路の途中部に形成された加圧室と、この加圧室の容積を変化させる圧電アクチュエータとを有し、
    前記圧電アクチュエータは、
    前記絶縁材料層の前記基材と反対側の面において前記加圧室と対向する位置に形成された第１の電極と、
    この第１の電極の表面に形成された圧電層と、
    この圧電層の前記第１の電極と反対側の面に形成された第２の電極と、
    を有することを特徴とする請求項１０に記載の電子部品搭載基板。
  12. 前記加圧室には、前記液体が前記液体流路に沿う所定の一方向にのみ流れるように規制する流れ方向規制部が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の電子部品搭載基板。
  13. ノズルに連通する圧力室を含む流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットと、このアクチュエータユニットを駆動する駆動装置とを有するインクジェットヘッドであって、
    前記流路ユニットは、互いに積層されて前記圧力室を含むインク流路を形成する複数の金属プレートを有し、
    前記アクチュエータユニットは、前記金属プレートの一表面に前記圧力室を覆うように設けられた金属製の振動板と、この振動板の前記金属プレートと反対側の面にセラミックス材料で形成された絶縁材料層とを有し、
    前記駆動装置は、前記絶縁材料層の表面に設けられ、
    前記金属プレートに、その内部を液体が流れる液体流路が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
  14. 前記液体は、インクであることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットヘッド。
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