CN1676342A - 热敏头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种热敏头，在散热板上具备头基板，该头基板具有通电发热的多个发热电阻、与所有的发热电阻的一端相连的公共电极、以及与各发热电阻的另一端相连的多个分离电极，其中，至少在头基板的多个发热电阻的正下方的位置设置扩宽头基板与散热板的粘接面间隔的扩宽间隔阶梯部，在包含该扩宽间隔阶梯部的头基板与散热板的粘接面中夹有具备发挥吸收热变形作用的弹性的弹性粘接剂。

Description

热敏头及其制造方法
技术领域
本发明涉及安装在例如热转印型打印机中的热敏头及其制造方法。
背景技术
热敏头具有多个通电发热的发热电阻，通过将该多个发热电阻产生的热能施加给打印媒体进行打印动作。以往，一般分别具备头基板和印制电路板，所述头基板具有上述多个发热电阻、共同与该多个发热电阻的一端部相连接的公共电极、以及多个分别与各发热电阻的另一端部连接接的分离电极(单独电极)，所述印制电路板具备多个通过该头基板上的多个分离电极来控制多个发热电阻通电的驱动元件，在该头基板和印制电路板的底面贴有散热用的铝制散热板。为了实现高速打印，必须通过铝制散热板散发掉多余的热量，由此来提高发热电阻的热响应性。具备散热板的热敏头的结构例如记载在专利文献2及3中。
近年来，热敏头不断小型化，伴随于此，头基板也正在小型化。但是，如果头基板小型化，由于虽然头基板与散热板的接触面积变小了但发热电阻的发热量没有改变，因此打印动作时从头基板通过粘接层传递到散热板的热量相对增大，该过剩的热量引起散热板伸长，结果随条件的不同粘接层有可能剥离。如图7所示，特别是散热板的端部伸长量大，粘接层容易剥离。随加热温度的上升这种倾向越明显。粘接层剥离的区域空气容易混入，混入空气的区域起蓄热层的作用使发热电阻的温度进一步上升。因此，位于端部的发热电阻的打印浓度变浓，使整个打印浓度产生不均匀。
并且，如果头基板小型化，该头基板的耐弯曲性变小。例如，如果在引线接合分离电极和驱动元件并密封后，使头基板和印制电路板与散热板粘接，  则由于密封树脂的热收缩在头基板的平面方向上产生大的翘曲，成为打印时模糊不清等降低打印质量的主要因素。另外，以往由于头基板的面积至少在6mm2以上，因此即使密封树脂热收缩头基板也不容易弯曲，即使头基板产生翘曲也抑制在不影响打印质量的范围内。
为了抑制头基板的平面方向的翘曲，可以考虑预先将头基板和印制电路板粘贴在散热板上，在用粘接剂使头基板不弯曲的状态下引线接合分离电极和驱动元件并密封。但是，以往为了降低成本，一般用Al形成分离电极，用Au连接引线来连接分离电极和驱动元件，该Al-Au引线接合由于为了用超声波振动破坏分离电极的表面氧化层来形成Al和Au合金层而需要在约150℃左右的环境中进行，因此有可能在该高温环境下，散热板伸长，粘接层剥离。如上所述，粘接层剥离的区域混入空气成为蓄热层，产生打印浓度不均匀。
[专利文献1]日本特开平1-190467号公报
[专利文献2]日本特开平11-28829号公报
[专利文献3]日本实开平1-131538号公报微缩胶片
发明内容
本发明就是鉴于上述问题，目的是获得实现小型化并抑制热变形引起翘曲，而且能够防止因粘接层剥离引起打印浓度不均匀的热敏头及其制造方法。
本发明着眼于在预先将头基板和印制电路板与散热板粘接后进行引线接合工序和密封工序，由此抑制头基板和印制电路板翘曲；通过在头基板与散热板之间设置足够膜厚的弹性粘接剂来吸收散热板的热变形；以及通过部分地具备上述弹性粘接剂来维持散热板的散热特性良好。
即，本发明的热敏头，将头基板粘接固定在散热板上，该头基板具有通电发热的多个发热电阻、与该多个发热电阻的一端部共同连接的公共电极、以及分别与各发热电阻的另一端部连接的多个分离电极，其中，在头基板的至少多个发热电阻的正下方的位置设置扩宽头基板与散热板的粘接面间隔的扩宽间隔阶梯部，在包含该扩宽间隔阶梯部的头基板与散热板的粘接面中夹有具备发挥吸收热变形作用的弹性的弹性粘接剂。
多个发热电阻排成一列地配置在头基板的一端。扩宽间隔阶梯部优选分别设置在头基板的与发热电阻的排列方向正交(垂直)的方向的两端。如果扩宽间隔阶梯部设置在头基板的两端，则能够获得填充到该扩宽间隔阶梯部的弹性粘接剂固化时的收缩平衡。更好的方法是将头基板以大致相等的面积粘接到各扩宽间隔阶梯部上的弹性粘接剂上。
具体为，扩宽间隔阶梯部优选分别配置在多个发热电阻的正下方和多个分离电极的正下方。由于多个发热电阻的正下方位置受热敏头工作时发热电阻产生的热变成高温，因此用扩宽间隔阶梯部上的弹性粘接剂良好地吸收散热板因该热量产生的热变形。并且，由于多个分离电极正下方的位置在引线接合该分离电极和驱动元件时为高温，因此用扩宽间隔阶梯部上的弹性粘接剂良好地吸收散热板因该热量产生的热变形。
使扩宽间隔阶梯部上的弹性粘接剂的膜厚为50μm以上。通过满足该范围，弹性粘接剂具有吸收热变形的弹性，能够容许散热板在多个发热电阻发热时或从外部施加了热量时产生热变形。
头基板与散热板的粘接面优选某一个面为平坦的面，另一个面为具有扩宽间隔阶梯部的凹凸面。散热板实际上为铝制散热板。
本发明的制造方法的方式包括以下工序：准备头基板、印制电路板和散热板的工序，所述头基板具有通电发热的多个发热电阻、与该多个发热电阻的一端部共同连接的公共电极、以及分别与各发热电阻的另一端部连接的多个分离电极，所述印制电路板具备控制向该头基板的多个发热电阻通电的多个驱动元件，所述散热板粘接固定这些头基板和印制电路板；在头基板与散热板的粘接面的一部分上形成扩宽该头基板与散热板的粘接面间隔的扩宽间隔阶梯部的工序；在包含该扩宽间隔阶梯部的头基板与散热板的粘接面上涂敷具备发挥吸收热变形作用的弹性的弹性粘接剂，用该弹性粘接剂填充扩宽间隔阶梯部的工序；在至少使头基板的多个发热电阻的正下方的位置位于扩宽间隔阶梯部上的状态下使弹性粘接剂固化，粘接头基板与散热板的工序；引线接合头基板的分离电极与印制电路板的驱动元件的工序；密封引线接合后的头基板的分离电极与印制电路板的驱动元件的工序。
多个发热电阻排成一列配置在头基板的一端，扩宽间隔阶梯部优选在与发热电阻的排列方向正交的方向上用相对置的一对阶梯形成。此时，头基板使沿与发热电阻的排列方向正交的方向的两端分别位于扩宽间隔阶梯部上，粘接在散热板上。更具体为，头基板优选使多个发热电阻的正下方的位置和多个分离电极的正下方的位置位于扩宽间隔阶梯部上，在此状态下粘接到散热板上。
为了降低成本，头基板的多个分离电极用Al形成，各分离电极与印制电路板的驱动元件用Au连接线引线接合。
如果采用本发明，能够获得实现小型化并抑制了热变形引起的翘曲，而且能够防止粘接层的剥离因此打印浓度不均匀的热敏头及其制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的热敏头的结构的剖视图。
图2是表示图1的头基板(除去耐磨性保护层)的俯视图。
图3是图1的局部放大图。
图4是表示在多个不同的测定点测定的厚膜部分的厚度不同(薄膜部分的厚度固定)的多个弹性粘接剂各自的加热前后的剪切强度比的结果的曲线图。
图5是表示在第1或第6测定点测定的厚膜部分的厚度不同(薄膜部分的厚度固定)的多个弹性粘接剂各自的加热前后的剪切强度比的结果的曲线图。
图6是表示另外的实施方式的热敏头的结构的剖视图。
图7是说明膜厚均匀的粘接剂的加热前后的剪切强度的位置依存性和温度依存性的曲线图。
具体实施方式
图1为表示本发明的一个实施方式的热敏头的结构的剖视图。热敏头H1具备粘接固定在铝制散热板1上的图2所示的头基板10和印制电路板20。
如图1及图2所示，头基板10在铝或陶瓷材料形成的基板11上具有如下部分：具有在基板的一端形成的突起形状部分和从该突起形状部分向基板另一端延伸的膜厚均匀的平坦部分的光滑(glaze)层12，光滑层12的突起形状部分上形成的多个发热电阻13，覆盖各发热电阻13的表面限制该多个发热电阻13的平面的大小(电阻的长度L、电阻的宽度W)的绝缘阻挡层14，给多个发热电阻13通电的电极层15，保护绝缘阻挡层14及电极层15不与压纸滚筒等接触的耐磨性保护层17。多个发热电阻13为光滑层12上形成的电阻层13′的一部分，隔开规定的间隔沿图示Y方向排列。在电阻层13′及阻挡层14的整个面上形成膜后挖开露出绝缘阻挡层14的表面的开放部15c形成电极层15。该电极层15分离成通过开放部15c与所有的发热电阻13的电阻长度方向的一端相连接的公共电极15a和多个分别与发热电阻13的电阻长度方向的另一端相连接的分离电极15b。各分离电极15b上分别形成有引线接合用的电极焊盘(pad)16。本实施方式的电极层15和电极焊盘16用Al形成。
印制电路板20与上述头基板10分开形成，具有多个控制向多个发热电阻13通电的驱动元件21、以及用来连接包括该驱动元件21的电路系和外部的外部连接用端子22等。驱动元件21在每个发热电阻13上都具备，排列在印制电路板20的一端。对应的驱动元件21与分离电极15b的电极焊盘16用Au连接线30引线接合(wirebonding)。包括分离电极15b、电极焊盘16、驱动元件21和Au连接线30的结合部用例如环氧系树脂等形成的密封树脂31密封。并且，各驱动元件21还通过Au连接线30与印制电路板20的电路系相连接。
如图3的放大图所示，在头基板10与铝制散热板1的粘接面上，位于头基板10的图示X方向(与多个发热电阻13的排列方向正交的方向)的两端，形成分别扩宽头基板10与铝制散热板1的粘接面间隔d(d1＜d2＝的扩宽间隔阶梯部α1、α2。扩宽间隔阶梯部α1、α2隔开规定的间隔沿图示左右方向呈大致平行，第1扩宽间隔阶梯部α1位于多个发热电阻13的正下方，第2扩宽间隔阶梯部α2位于头基板10与印制电路板20的连接端的下方。第2扩宽间隔阶梯部α2以沿图示X方向的尺寸比第1扩宽间隔阶梯部α1的尺寸大的尺寸形成。在本实施方式中，头基板10与印制电路板20的底面呈粗看没有凹凸的平坦面，铝制散热板1的上表面成为包含扩宽间隔阶梯部α1、α2的凹凸面。
包含上述扩宽间隔阶梯部α1、α2的头基板10与铝制散热板1的粘接面中，夹有具备发挥吸收热变形作用的弹性的弹性粘接剂2。该弹性粘接剂2具有：厚度不均匀的、填充各扩宽间隔阶梯部α1、α2的、膜厚至少在50μm以上的厚膜部分2a、2b；以及膜厚为约20μm左右的薄膜部分2c、2d。第1厚膜部分2a在多个发热电阻13的正下方粘接头基板10和铝制散热板1，通过弹性吸收因该多个发热电阻13产生的热引起的铝制散热板1的热变形。第2厚膜部分2b在多个电极焊盘16的正下方粘接头基板10、印制电路板20与铝制散热板1。第2厚膜部分2b的沿图示左右方向的尺寸比第1厚膜部分2a的相同方向的尺寸大，但头基板10粘接在第1厚膜部分2a上的面积ΔSa与粘接在第2厚膜部分2b上的面积ΔSb大致相等(Δsa＝ΔSb)。头基板10通过该第1厚膜部分2a和第2厚膜部分2b保持粘接平衡。而第1薄膜部分2c形成在第1厚膜部分2a与第2厚膜部分2b之间，使头基板10的中央部分10c与铝制散热板1相粘接。第2薄膜部分2d将第2厚膜部分2b夹在它与第1薄膜部分2c之间地形成，粘接印制电路板20的一端20a以外的部分与铝制散热板1。多个发热电阻13产生的多余的热量或从外部传来的多余的热量，通过该薄膜部分2c、2d快速地从头基板10和印制电路板20传递到铝制散热板1，从铝制散热板1散发到外面。薄膜部分2c、2d的膜厚与头基板10和印制电路板20与铝制散热板1之间的粘接面间隔d1大致相同。
图4为表示在多个不同的测定点测定厚膜部分2a、2b的膜厚不同(薄膜部分2c、2d的厚度固定)的多个弹性粘接剂2各自加热后的剪切强度的结果的曲线图。加热温度为170℃左右，是固定的。第1测定点到第6测定点沿图3的X方向排成一列，第1测定点相当于头基板10的另一端10b，第6测定点相当于头基板10的一端10a。图4的曲线图表示各测定点的剪切强度与第3测定点和第4测定点的剪切强度的平均值之比。看图4可以知道，弹性粘接剂2的厚膜部分2a、2b的厚度越大，头基板10的中央部分10c与两端部分10a、10b的剪切强度之差就越小，可以获得整体近似均匀的剪切强度。即可以看出，如果弹性粘接剂2的厚膜部分2a、2b以更大的厚度形成，则铝制散热板1的热变形的容许范围可以更宽。
图5为表示使加热温度为固定(例如170℃)，改变弹性粘接剂2的厚膜部分2a、2b的厚度(薄膜部分2c、2d的厚度为固定)在第1测定点和第6测定点测定的加热前后的剪切强度的结果的曲线图。看图5可以知道，在厚膜部分2a、2b的厚度为10μm以下的范围内，加热前后的剪切强度比为0.5以下，由于加热，厚膜部分2a、2b的粘接强度降低到约一半以下。并且如果观察图5，随着厚膜部分2a、2b的厚度变大，加热前后的剪切强度之比也变大，在厚膜部分2a、2b的厚度超过50μm的范围内，加热前后的剪切强度比基本稳定在约0.95以上的值。即可以知道，如果厚膜部分2a、2b的厚度超过50μm，则能够良好地抑制加热引起的粘接强度的降低。
在本实施方式中，由于必须使头基板10的两端即第1及第6测定点的弹性粘接剂2的剪切强度(粘接强度)不产生恶化，因此根据图4及图5的测定结果，使厚膜部分2a、2b的厚度至少为50μm以上。厚膜部分2a、2b的厚度与扩宽间隔阶梯部α1、α2和头基板10的粘接面间隔d2大致相同。因此，最好是适当设定粘接面间隔d2使其大小为能够耐铝制散热板1的热变形。另外，弹性粘接剂2的厚膜部分2a、2b与薄膜部分2c、2d的厚度差相当于扩宽间隔阶梯部α1、α2与铝制散热板1的上表面1a的位置高度之差。
下面说明上述热敏头H1的制造方法的一个实施方式。
首先，分别准备好图1所示的头基板10和印制电路板20。接着，准备铝制散热板1，在该铝制散热板1的上表面1a的特定位置形成扩宽头基板10与铝制散热板1的粘接面间隔d的扩宽间隔阶梯部α1、α2。第1扩宽间隔阶梯部α1和第2扩宽间隔阶梯部α2隔开规定的间隔形成在粘接固定的头基板10的与发热电阻13的排列方向正交的方向上，两者大致平行。在本实施方式中，将第2扩宽间隔阶梯部α2的图示X的方向上的尺寸设定为比第1扩宽间隔阶梯部α1的同方向的尺寸大。
接着，在包含扩宽间隔阶梯部α1、α2的铝制散热板1的上表面1a上涂敷具备发挥吸收热变形作用的弹性的弹性粘接剂2。此时，将所有的扩宽间隔阶梯部α1、α2全部埋住地涂敷弹性粘接剂2，形成使这些扩宽间隔阶梯部α1、α2上的弹性粘接剂2的表面高度位置与铝制散热板1的上表面1a上的弹性粘接剂2的表面高度位置相同的平坦的表面。由此，在各扩宽间隔阶梯部α1、α2上分别形成弹性粘接剂2的厚膜部分2a、2b，在铝制散热板1的上表面1a上分别形成弹性粘接剂2的薄膜部分2c、2d。在本实施方式中，以75μm左右的膜厚形成弹性粘接剂2的厚膜部分2a、2b，以20μm左右的膜厚形成薄膜部分2c、2d。
再接着，在涂敷了弹性粘接剂2的铝制散热板1上设置头基板10和印制电路板20。这里，如下所述地设置头基板10，使位于多个发热电阻13的正下方的一端10a位于第1厚膜部分2a上，位于多个电极焊盘16的正下方的另一端10b位于第2厚膜部分2b之上，并且使一端10a与另一端10b中间的中央部分10c位于第1薄膜部分2c上。并且，印制电路板20这样配置，使配置了多个驱动元件21的一端20a与头基板10的另一端10b相连，并位于第2厚膜部分2b之上，并且使一端20a以外的区域位于第2薄膜部分2d之上。在这种状态下，实施例如热处理等使弹性粘接剂2固化，使铝制散热板1与头基板10和印制电路板20相粘接。在本实施方式中，由于使头基板10与第1厚膜部分2a的粘接区域ΔSa与头基板10与第2厚膜部分2b的粘接区域ΔSb的位置关系，为关于头基板10与第1薄膜部分2c的粘接区域对称的关系，因此使弹性粘接剂2固化使能够获得收缩平衡，头基板10没有倾斜、水平地粘接在铝制散热板1的表面上。
在将铝制散热板1和头基板10与印制电路板20粘接后，将头基板10上形成的多个分离电极15b和印制电路板20上形成的多个驱动元件21连接导通。具体为，给各分离电极15b的电极焊盘16的表面施加超声波振动，破坏表面的氧化膜，在该电极焊盘16上形成Al与Au的合金，由此将电极焊盘16与Au连接线30连接。同样地将各驱动元件21的电极焊盘(没有图示)与Au连接线30连接。在该引线接合的工序中，为了结合Au和Al有必要使分离电极15b的电极焊盘16和驱动元件21的电极焊盘为约150℃以上的高温状态，为了获得该高温状态，与粘合机接地的铝制散热板1被从其里面加热。此时，虽然铝制散热板1、头基板10和印制电路板20被加热而膨胀，但其热变形被弹性粘接剂2的第2厚膜部分2b伸缩而吸收(相抵消)，维持其原来的形状。
然后，用例如环氧系树脂或硅系树脂等制成的密封树脂31覆盖用Au连接线30连接的电极焊盘16、分离电极15b和驱动元件21等，该密封树脂31通过例如热处理等固化而密封。在本实施方式中，由于预先将头基板10和印制电路板20与铝制散热板1相粘接后密封，因此弹性粘接剂2使头基板10和印制电路板20不容易弯曲，即使密封树脂31在受热膨胀的状态下固化，也能够良好地抑制头基板10和印制电路板20的翘曲。并且，虽然在密封工序中由于固化密封树脂31时的热处理而使电极焊盘16的周围和各驱动元件21的周围处于约120℃以上的高温环境，但没有传递的多余的热量主要是通过弹性粘接剂2的第2薄膜部分2d传递给铝制散热板1，从铝制散热板1散发到外面。铝制散热板1、头基板10和印制电路板20的热变形被弹性粘接剂2的第2厚膜部分2b伸缩而吸收。
经过以上的工序完成图1的热敏头H1。在热敏头H1动作的状态下，多个发热电阻13以极短的周期反复进行发热和散热，多余的热量通过弹性粘接剂2的第1薄膜部分2c、第1厚膜部分2a和铝制散热板1从发热电阻13散发到外面。此时，虽然铝制散热板1容易被受热膨胀，但其热变形被弹性粘接剂2的第1厚膜部分2a的弹性吸收。
虽然以上的实施方式使头基板10及印制电路板20的底面为平坦面，使铝制散热板1的上表面为包含扩宽间隔阶梯部α1、α2的凹凸面，但也可以采用相反的结构。即如图6所示那样使铝制散热板1的表面为宏观上没有凹凸的平坦面1e，在头基板10的底面11a及印制电路板20的底面20b上，分别形成扩宽头基板10和印制电路板20与铝制散热板1的粘接面间隔d的扩宽间隔阶梯部α3、α4。该实施方式在包含扩宽间隔阶梯部α3、α4的头基板10和印制电路板20的底面上涂敷弹性粘接剂2设置铝制散热板1，通过使弹性粘接剂2固化将铝制散热板1与头基板10和印制电路板20粘接。此时，由于铝制散热板1与头基板10和印制电路板20的位置关系不必像本实施方式这样严格，因此制造变得容易。
并且，虽然本实施方式使用实边界型(real edge type)头基板10，但本发明也可以用于使用了部分光滑型(glaze type)或全部光滑型头基板的热敏头，或者使用了硅头基板的热敏头。

Claims (10)

1.一种热敏头，将头基板粘接固定在散热板上，所述头基板具有通电发热的多个发热电阻、与该多个发热电阻的一端部共同连接的公共电极、以及分别与各发热电阻的另一端部连接的多个分离电极，其特征在于：
在上述头基板的至少上述多个发热电阻的正下方的位置，设置扩宽上述头基板与上述散热板的粘接面间隔的扩宽间隔阶梯部，在包含该扩宽间隔阶梯部的头基板与散热板的粘接面中，夹有具备发挥吸收热变形作用的弹性的弹性粘接剂。
2.如权利要求1所述的热敏头，其中，上述多个发热电阻排成一列地配置在上述头基板的一端部，上述扩宽间隔阶梯部分别设置在上述头基板的与上述发热电阻的排列方向正交的方向的两端部。
3.如权利要求2所述的热敏头，其中，上述扩宽间隔阶梯部分别配置在上述多个发热电阻的正下方和上述多个分离电极的正下方。
4.如权利要求2所述的热敏头，其中，上述头基板以大致相同的面积粘接在上述扩宽间隔阶梯部上的弹性粘接剂上。
5.如权利要求1所述的热敏头，其中，上述扩宽间隔阶梯部上的弹性粘接剂的膜厚在50μm以上。
6.如权利要求1所述的热敏头，其中，上述头基板与上述散热板的粘接面中任意一个面为平坦的面，另一个面为具有上述扩宽间隔阶梯部的凹凸面。
7.如权利要求1所述的热敏头，其中，上述散热板为铝制散热板。
8.一种热敏头的制造方法，其特征在于包括以下工序：
准备头基板、印制电路板和散热板的工序，所述头基板具有通电发热的多个发热电阻、与该多个发热电阻的一端部共同连接的公共电极、以及分别与各发热电阻的另一端部连接的多个分离电极，所述印制电路板具备控制向该头基板的多个发热电阻通电的多个驱动元件，所述散热板粘接固定上述头基板和印制电路板；
在上述头基板与上述散热板的粘接面的一部分上形成扩宽该头基板与散热板的粘接面间隔的扩宽间隔阶梯部的工序；
在包含该扩宽间隔阶梯部的头基板与散热板的粘接面上涂敷具备发挥吸收热变形作用的弹性的弹性粘接剂，用该弹性粘接剂填充上述扩宽间隔阶梯部的工序；
在至少使上述头基板的上述多个发热电阻的正下方的位置位于上述扩宽间隔阶梯部上的状态下使上述弹性粘接剂固化，粘接上述头基板与上述散热板的工序；
引线接合上述头基板的分离电极与上述印制电路板的驱动元件的工序；
将引线接合后的上述头基板的分离电极与上述印制电路板的驱动元件密封的工序。
9.如权利要求8所述的热敏头制造方法，上述多个发热电阻配置在上述头基板的一端部，上述多个分离电极配置在上述头基板的另一端部；上述扩宽间隔阶梯部在与上述发热电阻的排列方向正交的方向上隔开规定的间隔形成2个，上述头基板在与上述发热电阻的排列方向正交的方向的两端部分别粘接在上述扩宽间隔阶梯部上的弹性粘接剂上。
10.如权利要求8所述的热敏头制造方法，上述头基板的多个分离电极用Al形成，各分离电极与上述印制电路板的驱动元件用Au连接线引线接合。
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