DE2810800C2 - Mehrschichtige gedruckte Schaltung - Google Patents

Mehrschichtige gedruckte Schaltung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrschichtige gedruckte Schaltung, insbesondere für einen Thermo-Druckkopf, einer ersten Schicht, die ein isolierendes Substrat mit mehreren darauf aufgebrachten Leitern aufweist, wobei die Leiter in Gruppen unterteilt sind und ein Ende je eines Leites einer Gruppe mit dem Ende je eines Leiters aller anderen Gruppen und mit einem Anschluß verbunden ist, mit einer zweiten Schicht, die ein Substrat mit mehreren parallelen Leitern auf seiner Oberfläche aufweist, wobei jeder Leiter der /weiten Schicht die Verbindung zwischen den zusammengehörigen Leitern aller Gruppen unter Überbrückung einiger Leiter der ersten Schicht bildet.
Im Verlaufe der Weiterentwicklung der elektronischen Datenverarbeitung und/oder Daten- und Faksimile-Bildübertragungen sind die Anforderungen an die Verarbeitungsgeschwindigkeit immer höher geworden. Zur Erzielung einer hohen Druckgeschwindigkeit ist es bekannt, einen Thermo-Drucker zu verwenden, der mindestens einen Thermo-Druckkopf zum Bedrucken von Papier aufweist und so steuerbar ist, daß er örtlich entsprechend dem gewünschten Abdruck erwärmt und selektiv die Farbe eines temperaturabhängigen Papiers, weiterhin Thermo- Papier genannt, oder das Aufdrucken eines temperaturabhängigen Farbstoffs auf dem Papier bewirkt. Ein thermischer Drucker hat den Vorteil, daß er jede beliebige Anordnung von Zeichen und jedes beliebige Zeichen, einschließlich Bilder, chinesische und/oder arabische Zeichen, drucken kann.
Ein thermischer Drucker ist eine Art Punkt-Drucker, der ein abzudruckendes Zeichen oder Bild aus mehreren Punkten zusammensetzt und einen Thermo-Druckkopf jnit mehreren Heizelementen aufweist, die zum Beispiel in einer geraden Linie angeordnet sind. Die Heizelemente werden selektiv eingeschaltet, so daß das Thermo-Papier chemisch reagiert und seine Farbe selektiv ändert Auf diese Weise wird das gewünschte Bild oder
Μ Zeichen auf dem Papier abgedruckt
Da bei einem Punkt-Drucker die Dichte dsr Punkte maßgebend für die Druckqualität ist, muß die Dichte der Heizelemente im Thermo-Druckkopf entsprechend hoch, das heißt, ihr Abstand sehr klein sein. Da die Thermo-Druckköpfe als gedruckte Schaltung ausgebildet sind, kann der Aufbau der gedruckten Schaltung die Dichte der Heizelemente begrenzen, so daß auch die Druckqualität entsprechend begrenzt ist Bei einer bekannten gedruckten Schaltung für einen Thermo-Druckkopf sind der Verlauf und die Form der gedruckten Schaltungsverdrahtung so kompliziert, daß die Dichte der Heizelemente nicht hoch sein kann. Ein weiterer Nachteil einer bekannten gedruckten Schaltung für einen Thermo-Druckkopf besteht darin, daß die Abmessungen der gedruckten Schaltung groß im Vergleich zur erforderlichen Länge der Thermo-Druckköpfe ist. Sodann besteht bei einer bekannten gedruckten Schaltung die Gefahr, daß wegen der hohen Packungsdichte Kurzschlüsse zwischen den VcrbinvX'ngsleitungen der Heizelemente auftreten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mehrschichtige gedruckte Schaltung der eingangs genannten Art, insbesondere für einen Thermo-Druckkopf. anzugeben, die eine höhere Leiter-Dichte in der gedruckten Schaltung, insbesondere eine höhere Dichte der Heizelemente des Thermo-Druckkopfes, ermöglicht.
Nach der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die Enden der Leiter jeder Gruppe auf einer bezüglich der Begrenzungslinicn der ersten Schicht schräg verlaufenden Geraden liegen, daß das Substrat der zweiten Schicht parallelogrammförmig ist und daß zwei parallele Seiten des Parallelogramms parallel zur schräg verlaufenden Geraden der Leiterenden verlaufen.
Diese Ausbildung ermöglicht es, die Leiter jeder Gruppe, in denen im Fall eines Thermo-Druckkopfes die Heizelemente und je eine Entkopplungsdiode liegen.
dichter beieinander anzuordnen, ohne daß Schwierigkeiten bezüglich der Anbringung von Anschlüssen entstehen. Ferner können mehrere gedruckte Schaltungen verhältnismäßig dicht beieinander angeordnet werden, um bei Anwendung für einen Thcrmo-Druckcr größere zusammenhängende Flächen zu bedrucken.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbcispiels naher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 die elektrische Schaltung eines Thermo-Druckkopfes, die in der erfindungsgemäßen gedruckten Schaltung vorgesehen sein kann,
Fig.2 einen Querschnitt der Heizvorrichtung des Thermo-Druckkopfes nach F i g. 1,
Fig.3 (A) und 3 (B) den Aufbau einer bekannten mehrschichtigen gedruckten Schaltung,
F i g. 4 (A) und 4 (B) den Aufbau einer weiteren bekannten mehrschichtigen gedruckten Schaltung,
F i g. 5 (A) und 5 (B) den Aufbau der mehrschichtigen gedruckten Schaltung nach der Erfindung,
Fig.6 einen Querschnitt der mehrschichtigen gedruckten Schaltung nach der Erfindung, und
F i g. 7 den Aufbau der zweiten Schicht in der erfindungsgemäßen mehrschichtigen gedruckten Schaltung.
Obwohl die erfindungsgemäße mehrschichtige gedruckte Schaltung auf vielen Gebieten anwendbar ist, wird sie nachstehend anhand der Anwendung für einen Thermo-Druckkopf beschrieben, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
Zunächst werden der Aufbau eines Thermo-Druckkopfes und der bekannien mehrschichtiger, gedrückten Schaltungen anhand der Fig. 1, 2, 3A. 3B. 4A, 4B beschrieben, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
F i g. I zeigt die elektrische Schaltung des Thermo-Druckkopfes. In der Figur bezeichnet H„,„ eine Heizvorrichtung bzw. ein Heizelement zum Erwärmen eines temperaturabhängigen Papiers oder temperaturabhängiger Tinte (Farbstoff), die linear auf das Papier aufgebracht ist, wobei diese nachstehend kurz Thermo-Papier bzw. Thermo-Tintc genannt werden. Die Heizelemente Hmn sind in diesem Ausführungsbeispiel in vier Gruppen Mi, M2, M% und M4 zu je fünf Heizelementen unterteilt. So enthält die erste Gruppe Mi die Heizelemente Wn, Hn, Wi3, W14 und W15. Die erste Indexziffer des Bezugszeichens Hn,,, bezeichnet die Nummer der Gruppe, während die zweite Indexziffer π das w-te Heizelement in der Gruppe m bezeichnet.
Jedes Heizelement Hm„ ist mit einem Anschluß N, von Anschlüssen /Vi, N2, ΛΛ und Na über eine zugehörige Diode Dmn verbunden. Die ersten Heizelemente Wn, W21. Wn und W41 jeder Gruppe sind mit dsm Anschluß N\ verbunden. In ähnlicher Weise sind die zweiten, dritten, vierten und fünften Heizelemente jeder Gruppe jeweils mit den Anschlüssen Ni, /Vj, N4 und N-, über die zugehörige Diode verbunden.
Wie sich aus Fig.] ergibt, wird bei Auswahl bzw. Ansteuerung eines der Anschlüsse Mi bis M4 und Auswahl bzw. Ansteuerung eines der Anschlüsse N\ bis ΛΛ nur ein Heizelement von 20 Heizelementen ausgewählt bzw. angesteuert. Leitet man einen elektrischen Strom über ein ausgewähltes Anschlußpaar, wird das zugehörige Heizelement erwärmt, so daß es das Papier an der Stelle bedruckt, an der es in die Nähe des Papiers gebracht wird. Wie weiter aus Fig. 1 zu ersehen ist, kommt man mit 9 Anschlüssen Mi bis M4 und ΛΊ bis Ni zur wahlweisen Ansteuerung von 20 Heizelementen aus.
Der Abstand zwischen den Heizelementen ist sehr gering, um einen klaren Abdruck mit hohem Kontrast nach dem Prinzip eines Punktdruckers zu erzielen. In der Praxis können 28 Gruppen M1 mit 32 Heizelementen vorgesehen sein, also insgesamt 32 ■ 28 «= 896 Heizelemente, während der Abstand der Heizelemente bei 125 Mikrometer liegen kann. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind in Fig. 1 jedoch nur 20 Heizelemente Wie Fig. 1 weiter zeigt, ist jedes Heizelement H1,,,, mit dem zugehörigen Anschluß Nn über eine Diode D„,„, eine vertikale Leitung lmn und horizontale Leitung Ln verbunden, wobei sich horizontale und vertikale Leitungen kreuzen, aber nur an den punktierten Stellen elektrisch verbunden sind. Um einen Kurzschluß an den übrigen Kreuzungsstellen zu verhindern, ist eine mehrschichtige gedruckte Schaltung bzw. Schaltungsplatte vorgesehen.
F i g. 2 zeigt den Querschnitt eines Heizelements H„,„ nach Fig. 1. In Fig. 2 bezeichnet a ein Substrat aus Aluminiumoxid, b eine Wärmeisolationsschicht, c eine Heizleitung in Form eines elektrischen Widerstands aus beispielsweise TajN, deinen elektrischen Leiter für den Anschluß des Widerstands an einen äußeren Kreis, e eine Widerstandsschutzschicht und / eine Abnutzungsschutzschicht. Der elektrische Strom fließt durch die Widerstandsleitung c und erzeugt d'.e für das thermische Drucken erforderliche Wärme.
Die Fig.3 (A) und 3 (B) zeigen eine bekannte gedruckte Schaltung für den Therrrr-Druckkopf, wobei Fig.3 (A) nur die erste Schicht und Fig.3 (B) die zusammengesetzte gedruckte Schaltung aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht darstellt In den F i g. 3
(A) und 3 (B) bezeichnet die Bezugszahl 1 das isolierende Substrat der ersten Schicht. Auf dem Substrat 1 sind mehrere vertikale elektrische Leitungen lmn und die Anschlüsse M, und Λ/, vorgesehen, wobei die Heizelemente W und die Dioden D entsprechend dem in F i g. 1 dargestellten Schaltbild mit den vertikalen Leitungen verbunden sind. Die vertikalen Leitungen und die Anschlüsse sind auf dem Substrat beispielsweise aufgedruckt oder fotolithografisch aufgebracht. Die rechteckigen zweiten Schichten 21a, 216 und 21c bilden die horizontalen Verbindungen Ln. So bildet die erste Leitung L\ auf der zweiten Schicht 21a die Verbindung zwischen den vertikalen Leitungen I11 und /21, die erste Leitung auf der zweiten Schicht 21 b die Verbindung zwischen den vertikalen Leitungen /21 und /31, und die erste Leitung auf der zweiten Schicht 21cdie Verbindung zwischen den vertikalen Leitungen /31 und Ai. Die ersten vertikalen Leitungen aller Gruppen M\, M2, M^ und M4 sind daher alle miteinander verbunden, und da die erste Leitung /n in der ersten Gruppe M\ mit dem Anschluß Ni der ersten Schicht verbunden ist, wie es in F i g. 3 (A) dargestellt ist, sind die ersten Leitungen aller vier Gruppen auch mit dem Anschluß /Vi verbunden. In ähnlicher Weise sind die zweiten Leitungen aller Gruppen über die zweiten Schichten 21a, 2\b und 21c mit dem Anschluß N2 verso bunden. Die dritten Leitungen aller Gruppen sind mit dem Anschluß /Vj, die vierten Leitungen aller Gruppen mit dem Anschluß N4 und die fünften Leitungen aller Gruppen mit dem Anschluß N5 verbunden. Das Heizelement Hmn und/oder die Diode Dmn sind mit der vertikalen Leitung beispielsweise durch eine Thermokompressionsbindung verbunden.
Die Verbindung zwischen den Anschlüssen M, uiid den Heizelementen der Gruppe Mi läßt sich nur auf der ersten Schicht ausbilden, während die Verbindung zwisehen der ersten Leitung jeder Gruppe und dem Anschluß Nj durch Verwendung der ersten und zweiten Schicht hergestellt wird.
Die vertikalen Leitungen In,,, haben einen schrägen Teil S, um die vertikale Leitung mit der horizontalen Leitung zu verbinden, und der Winkel zwischen einer Leitung S und einer vertikalen oder horizontalen Leitung beträgt 45°. Nach dem Lehrsalz des Pythagoras ist die Dichte der Leitungen in dem schrägen Teil 5 das
/7UcKe der der vertikalen und horizontalen Teile, und die Teilung (der Mittelpunktabstand) der Leitungen im schrägen Teil S ist das 1/j/ 2fache der der vertikalen und horizontalen Teile. Da der obere Grenzwert der Dichte der Leitungen oder Leiter einer gedruckten Schaltung vom Aufbau der gedruckten Schaltung bestimmt wird, begrenzt der schräge Teil die Dichte der Heizelemente Hm„ und damit die Deutlichkeit oder Schärfe der Abdrucke.
Die F i g. 4 (A) und 4 (B) stellen eine andere bekannte gedruckte Schaltung dar, die keinen schrägen Teil aufweist. Hier steüt F i g. 4 (A) die erste Schicht und F i g. 4 (B) den vollständigen Aufbau mit der ersten und der zweiten Schicht dar. Zur Vereinfachung der Darstellung stellen beide Figuren jedoch nur den unteren Teil der gedruckten Schaltung dar. Bei dieser gedruckten Schaltung weist die erste Schicht 1 die vertikalen Leitungen lm„ und die Anschlüsse Nx, N2, N1 und N* auf. Die vertikalen LCiiUnZSR /„,„ habef* Ä!!T* renhlwinLliciA AHwinl/inncr BN, und die abgewinkelten Teile der Leitungen /„,„ sind durch die zweiten Schichten 22 (22a, 22i> und 22c) verbunden. Der Anschluß N1 ist mit dem abgewinkelten Teil der Leitung /M verbunden, während die Anschlüsse N2, Ni, Ni und AZ5 mit den abgewinkelten Teilen der Leitungen /42, /«, /« und U% über einen abgekröpften Brückenteil BR verbunden sind. Die Brücke BR ist unumgänglich, um einen Kurzschluß zwischen den zu den Anschlüssen N1 führenden Leitungen zu vermeiden.
Bei der Ausführung nach den F i g. 4 (A) und 4 (B) hat der Brückenteil BP den Nachteil, daß er die Breite der gedruckten Schaltung erhöht und eine kontinuierliche Anordnung der Heizelemente verhindert, wenn mehrere gedruckte Schaltungen nebeneinander angeordnet werden, um einen breiteren Papierbogen zu bedrucken.
Nach der Erfindung sind die Nachteile der bekannten mehrschichtigen gedruckten Schaltungen vermieden.
F i g; 5 (A) Stellt die erste Schicht der erfindungsgemäßen mehrschichtigen gedruckten Schaltung dar, während Fig.5 (B) die vollständige mehrschichtige gedruckte Schaltung nach der Erfindung mit sowohl der ersten als auch der zweiten Schicht darstellt. Fig.6 stellt den Querschnitt und F i g. 7 die zweite Schicht der erfindungsgemäßen mehrschichtigen gedruckten Schaltung dar. In diesen Figuren ist das isolierende Substrat der ersten Schicht mit I bezeichnet, und auf dem Substrat 1 sind die Anschlüsse Mx bis M* und ΛΛ bis ΛΛ und die vertikalen Leitungen lmn aufgedruckt. Die Heizelemente H und die Dioden D sind an den vertikalen Leitungen /-., durch eine Thermokompressionsverbindung befestigt. Die ersten Leitungen jeder Gruppe (lxx, I2\.1», U\) sind durch dk. zweite Schicht verbunden, und in ähnlicher Weise sind die zweiten, dritten, vierten und fünften Leitungen in jeder Gruppe jeweils durch die zweite Schicht verbunden. Hierbei müssen die Zweitschichtverbindungen zwischen den Leitungen In und /21 die Leitung /12 und/oder den Anschluß N2 ohne Kurzschluß mit der Leitung /12 kreuzen.
Wie F i g. 5 (A) zeigt, liegen die Anschlußenden der vertikalen Leitungen /m„ auf einer schrägen geraden Linie, so daß die zweite Schicht, die die Anschlußenden einer Gruppe mit den entsprechenden Anschlußenden der nächsten Gruppe verbindet, die Form eines Parallelogramms hat Zwei parallele Seiten des Parallelogramms verlaufen parallel zu der schrägen Linie der Anschlußenden, wie es in F i g. 5 (A) dargestellt ist. Die erste zweite Schicht 23a verbindet die Leitungen der ersten Gruppe M1 mit denen der zweiten Gruppe Af2, die zweite Schicht 236 verbindet die Leitungen der zweiten Gruppe M2 mit denen der dritten Gruppe Mi und die dritte zweite Schicht 23c verbindet die Leitungen der dritten Gruppe M> mil denen der vierten Gruppe Mt. So sind beispielsweise die Anschlußenden a. b. c. d und c der Leitungen lix, /«, In, Ih und Iy, in der dritten Gruppe mit den Anschltißcndcn a'. b'. c'. d' und c' der Leitungen Ux, U2. U1, U* und U·, der vierten Gruppe durch die zweite Schicht 23c verbunden.
Die Parallelogrammform der zweiten Schicht ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Wie man sieht, hai die erfindungsgemäß gedruckte Schaltung keinen schrägen Leiter wie die nach Fig.3 (A) und auch keinen Bruckcntcil an der Seite des Substrats wie die Ausführung nach F i g. 4 (A).
Nachstehend wird die Herstellung der erfindungsgemäßen mehrschichtigen gedruckten Schaltung näher erläutert. Zunächst werden die Leitungen /,„ 1, In, 2, /„, u l,„* und I1n-, an der isolierenden Platte 31 nach einem fotolithografisch.en Verfahren und/oder durch Niederschlagen im Vakuum befestigt, so daß sich die erste Schicht I (siehe F i g. 6) ergibt. Die zweite Schicht 23 hat ein Glassubslrat 24 und mehrere Leiter oder Leitungen L, Die Leitungen L, sind auf der Oberfläche des Substrats 24 fotolithografisch und/oder durch Niederschlagen im Vakuum aufgebracht Das Glassubstrat 24 hat im Querschnitt Trapezform, wie es in F i g. 7 dargestellt ist, wobei die Enden des Glassubstrats durch ein Lichtätzverfahren c-'tfcrnl wurden. Die Verbindung der zweiten Schicht mit der ersten Schicht wird dadurch bewirkt, daß die Enden der Leiter der zweiten Schicht mit den Leitern der ersten Schicht durch eine Thermokompressionsbindung verbunden wcrder:. Wenn die zweite Schicht an der ersten Schicht befestigt ist, werden die überstehenden Enden der Leiter der zweiten Schicht abgebogen, wie es durch die gestrichelten Linien in F i g. 7 dargestellt ist. Um die Thermokompressionsverbindung zu erleichtern, sind die Leiter in der ersten und zweiten Schicht vorzugsweise mit Gold plattiert.
Abwandlungen bei der Herstellung der zweiten Schicht sind möglich. So kann die zweite Schicht dadurch hergestellt werden, daß eine Kupferfolie auf eine isolierende trapezförmige Polyimidfolie aufgebracht die Kupferfolie mit Gold plattiert und die zweite Schicht mit der ersten Schicht durch eine Thermokompressionsbindung verbunden wird. Ferner kann die zweite Schicht dadurch hergestellt werden, daß eine Kupferfolie auf einer isolierenden Polyimidfolie befestigt und eine trapezförmige Polyesterfolie an der Kupferfolie befestigt und die Kupferfolie mit der ersten Schicht verbunden wird, so daß die Polyesterfolie zwischen der ersten und der zweiten Schicht liegt.
Wie bereits erwähnt wurde, werden nach der Erfindung durch die Parallelogrammform der zweiten Schicht schräge Leitungsteile oder Brückenteile der vertikalen Leiter in der ersten Schicht vermieden, so daß die Anschlüsse N1 mit den vertikalen Leitungen unter der zweiten Schicht verbunden werden können. Aufgrund der Para'.lelogrammform der zweiten Schicht kann die Dichte der Leiter in der ersten Schicht erhöht werden. Bei Anwendung der gedruckten Schaltung für einen Thermo-Druckkopf ergibt sich mithin eine höhere Packungsdichte der Heizelemente.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Mehrschichtige gedruckte Schaltung, insbesondere für einen Thermo-Druckkopf, mit einer ersten Schicht, die ein isolierendes Substrat mit mehreren darauf aufgebrachten Leitern aufweist, wobei die Leiter in Gruppen unterteilt sind und ein Ende je eines Leiters einer Gruppe mit dem Ende je eines Leiters aller anderen Gruppen und mit einem Anschluß verbunden ist, mit einer zweiten Schicht, die ein Substrat mit mehreren parallelen Leitern auf seiner Oberfläche aufweist, wobei jeder Leiter der zweiten Schicht die Verbindung zwischen den zusammengehörigen Leitern aller Gruppen unter Überbrückung einiger Leiter der ersten Schicht bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (a bis e) der Leiter (lm„) jeder Gruppe (M) auf einer bezüglich der Begrenzungslinien der ersten Schicht scöiäg verlaufenden Geraden liegen, daß das Substrat (24) der zweiten Schicht (23) paraüclcgrammförmig ist und daß zwei parallele Seiten des Parallelogramms parallel zur schräg verlaufenden Geraden der Leiterenden (a bis e) verlaufen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Oberfläche der Leiter der zweiten Schicht Gold ist
3. Schaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Leiter der zweiten Schicht Kupfer ist.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Has Material des Substrats der zweiten Schicht Glas ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Substrats der zweiten Schicht eine Polyimidfolie ist.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Substrats der zweiten Schicht Polyester ist.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der zweiten Schicht über den Rand des Substrats hinausragen.
8. Schallung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der zweiten Schicht nach dem Zusammenbau mit einer dielektrischen Folie abgedeckt sind.
DE2810800A 1977-03-17 1978-03-13 Mehrschichtige gedruckte Schaltung Expired DE2810800C2 (de)

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