DE3730619A1

DE3730619A1 - Thermodruckkopf

Info

Publication number: DE3730619A1
Application number: DE19873730619
Authority: DE
Inventors: Masanori Yagino; Masato Taniguchi; Yoshitomo Ito; Toshimitsu Takano; Wataru Ishikawa; Sadatoshi Kikuchi; Tetsuo Endo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1987-09-11
Publication date: 1988-03-17
Also published as: US4841120A; GB2194757B; KR960012768B1; GB8721483D0; KR880003748A; GB2194757A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Thermodruckkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der insbesondere in Facsimilegeräten oder Druckern der verschiedenen Typen zum Einsatz kommt und im folgenden kurz als "Thermokopf" bezeichnet wird. Speziell bezieht sich die Erfindung auf die Ver besserung einer integrierten Schaltung zur Ansteuerung eines solchen Thermo kopfes.

Herkömmlicherweise wird für einen Thermokopf bzw. thermischen Druckkopf mit Reihenanordnung der Druckelemente als Treiber zur Ansteuerung der wär meerzeugenden Widerstandselemente des Thermokopfes entweder ein DC-Trei ber oder ein Treiber mit einer Diodenmatrix verwendet. In einem Thermokopf mit einem dieser Treibersysteme bilden Halbleiterelement-Pellets, zum Bei spiel integrierte Schaltungen und Dioden, die Treiberschaltung und sind direkt auf dem Thermokopfsubstrat angeordnet, so daß eine Miniaturisierung des Thermokopfs möglich ist.

Aufgrund vieler Beschränkungen bei den konventionellen Thermoköpfen kann die Miniaturisierung jedoch nicht weit genug geführt werden. Darüber hinaus besteht der Wunsch, auch die Betriebszuverlässigkeit zu erhöhen und die Kosten zu senken.

Der Aufbau eines konventionellen Thermokopfes ist in Fig. 17 näher be schrieben. Dieser Thermokopf enthält ein Halbleiterelement 102, das auf einem Substrat 101 des Thermokopfs angeordnet ist. Zum Schutz des Halblei terelementes 102 wird dieses durch eine Masse 103 eingekapselt. Halbleiter element 102 und Masse 103 sind ferner von einer Schutzhülle 104 umgeben.

Beim Thermokopf dieser Art muß darauf geachtet werden, daß die Schutzhülle 104 außerhalb eines Transportweges für ein Papier liegt, das um eine Andruck walze 105 geführt wird. Mit anderen Worten ist der Abstand W ₁ von einem wärmeerzeugenden Widerstandselement zum Halbleiterelement 102 durch die Dicke t der Schutzhülle 104 und durch die äußere Abmessung der Andruckwalze 105 bestimmt. Es ergeben sich somit Begrenzungen hinsichtlich der Miniaturi sierung der Thermokopfes. Diese Begrenzungen verhindern ebenfalls eine Mi niaturisierung des Substrats 101, was zu hohen Kosten führt, da zur Bildung des Substrats 101 glasiertes Keramikmaterial (Al₂O₃) in herkömmlicher Weise verwendet wird, was relativ teuer ist.

Beim konventionellen Thermokopf ist ferner eine Verschleißschutzschicht vorhanden, um das wärmeerzeugende Widerstandselement gegenüber der An druckwalze 105 zu schützen. Diese Verschleißschutzschicht ist über eine Oxida tions-Widerstandsschicht auf dem wärmeerzeugenden Widerstandselement an geordnet.

Die Oxidations-Widerstandsschicht und die Verschleißschutzschicht werden mit Hilfe einer geeigneten Dünnfilmtechnologie hergestellt, beispielsweise durch Sputtern, so daß schon hierdurch die Lebensdauer des Thermokopfs auf grund von höherem Verschleiß eingeschränkt ist, da kein Dickfilm als Ver schleißschutzschicht gebildet werden kann. Soll zum Beispiel ein Film mit einer Dicke von 10 µm als Verschleißschutzschicht hergestellt werden, so ist hierzu relativ viel Zeit erforderlich. Darüber hinaus treten Sprünge oder andere Defekte infolge von Spannungen innerhalb des Films nach seiner Herstellung auf, die zu einer Verringerung der Betriebszuverlässigkeit des Thermokopfes führen.

Um eine gewünschte Kontaktcharakteristik des Thermokopfes mit der An druckwalze sicherzustellen, muß die Dicke eines Elektrodenfilms, über den das wärmeerzeugende Widerstandselement gespeist wird, auf etwa 0,5 bis 1,5 µm be grenzt werden. Ein Drahtbondbetrieb ist daher nur schwierig durchzuführen, so daß sich die Betriebszuverlässigkeit des Thermokopfes infolge schlechter Kon taktverbindungen weiter verringern kann.

Auf dem Gebiet der thermischen Aufzeichnung ist in den letzten Jahren die Tendenz zu beobachten, die Größe der Thermoköpfe zu reduzieren und ihre Be triebszuverlässigkeit zu erhöhen. Diesen Forderungen wird der konventionelle Thermokopf nicht gerecht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thermokopf zu schaffen, des sen Aufbau weiter miniaturisiert werden kann, und der eine Kontaktcharakte ristik zwischen Substrat und Andruckwalze gewährleistet, die zu einer verbes serten Druckqualität führt. Insbesondere soll es möglich sein, das Substrat zu miniaturisieren.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Thermokopf zu schaffen, bei dem eine genaue Positionierung eines wärmeerzeugenden Widerstandselementes, das auf dem Substrat gebildet wird, relativ zu einem wärmeabstrahlenden Trä gerelement möglich ist, und bei dem ein Teil des Substrats an einer Aufzeich nungsfläche mit einer vorbestimmten Dicke hergestellt werden kann, so daß eine gute Kontaktcharakteristik zwischen Substrat und Andruckwalze zwecks Erzeugung qualitativ hochwertiger Druckbilder erhalten wird.

Der Thermokopf soll darüber hinaus in einfacherer Weise und mit höherer Pro duktionsrate herstellbar sein und gute Eigenschaften hinsichtlich der Hitzebe ständigkeit und Betriebszuverlässigkeit aufweisen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentan spruchs 1 angegeben. Weitere Lösungen sind den nebengeordneten Ansprüchen zu entnehmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Thermokopf nach der Erfindung, bei dem ein wärmeerzeugendes Wider standselement und eine Treiberschaltungseinrichtung auf einem Substrat ange ordnet sind und das wärmeerzeugende Widerstandselement durch die Treiber schaltungseinrichtung angesteuert wird, um Wärme zur thermischen Aufzeich nungs zu erzeugen, zeichnet sich dadurch aus, daß

- ein wärmeabstrahlendes Trägerelement mit einer Fläche des Substrats verbunden ist, an der sich das wärmeerzeugende Widerstandselement befindet, und
- das Substrat an der dieser Fläche gegenüberliegenden Fläche wenigstens in einem dem wärmeerzeugenden Abschnitt des wärmeerzeugenden Wider standselements zugeordneten Bereich abgeschliffen ist, derart, daß der abge schliffene Teil des Substrats eine kleinere Dicke als der verbleibende Teil des Substrats aufweist, wobei der abgeschliffene Teil des Substrats zur Durchfüh rung der thermischen Aufzeichnung dient.

Bei dem Thermokopf nach der Erfindung erfolgt die thermische Aufzeichnung mit Hilfe derjenigen Fläche des Substrats, die der Fläche gegenüberliegt, auf der sich das wärmeerzeugende Widerstandselement und die Treiberschaltungsein richtung befinden, während beim konventionellen Thermokopf die thermische Aufzeichnung über diejenige Fläche des Substrats erfolgt, auf der das wärmeer zeugende Widerstandselement und die Treiberschaltungseinrichtung angeord net sind. Infolgedessen kann der Raum, in dem das wärmeerzeugende Wider standselement und die Treiberschaltungseinrichtung, zum Beispiel ein Halblei terelement oder Halbleiterelemente auf derjenigen Fläche anzuordnen sind, die sich von der Substratfläche unterscheidet, die mit einer Andruckwalze in glei tendem Kontakt steht, frei gewählt werden, ohne daß es erforderlich ist, auf einen Transportweg des Aufzeichnungspapiers Rücksicht zu nehmen, das um die Andruckwalze geführt wird. Die Größenbeschränkung des Substrats kann so mit aufgehoben werden, so daß sich der Thermokopf miniaturisieren läßt. Da gleichzeitig die gegenüberliegende Fläche des Substrats als thermische Auf zeichnungsfläche dient und eine abgeflachte Struktur aufweist, wird eine gute Andruckcharakteristik zwischen dem Substrat und dem wärmeempfindli chen Aufzeichnungspapier bzw. der Andruckwalze erhalten, so daß Aufzeich nungsbilder mit hoher Druckqualität erzeugt werden können. Die Dicke der Verschleißschutzschicht kann frei gewählt werden, und zwar durch geeignete Einstellung des Abschleifgrades des Substrats, da das Substrat selbst als kon ventionelle Verschleißschutzschicht dient. Hierdurch wird die Lebensdauer des Thermokopfes vergrößert. Eine leitfähige Schicht, eine Elektrode usw. können als Dünnfilme vorhanden sein, so daß Drähte durch ein geeignetes Bondverfah ren schnell und mit hoher Genauigkeit angeschlossen werden können, was zu einer Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des Thermokopfes führt.

In einer abgewandelten Form besteht das Substrat aus einem transparenten oder durchscheinenden verschleißfesten Material. Bei dieser abgewandelten Form können das wärmeerzeugende Widerstandselement und andere Elemente auf der einen Fläche des Substrats beobachtet werden, und zwar von der Seite der gegenüberliegenden Substratfläche. Das wärmeerzeugende Widerstandsele ment läßt sich somit relativ zum wärmeabstrahlenden Trägerelement genau positionieren, während andererseits die Dicke des Substrats in einem Bereich der Aufzeichnungsfläche oberhalb des wärmeerzeugenden Widerstandselemen tes genau eingestellt werden kann, und zwar durch geeignete Einstellung des Abschleifgrades des Substrats. Druckqualität und Betriebszuverlässigkeit des Thermokopfes lassen sich auf diese Weise erhöhen. Das wärmeabstrahlende Trägerelement ist beispielsweise plattenförmig ausgebildet.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält der Thermokopf ein Substrat, ein wärmeerzeugendes Widerstandselement auf dem Substrat, eine Treiberschaltungseinrichtung auf dem Substrat zur Ansteuerung des wär meerzeugenden Widerstandselementes, eine Drahtverbindungseinrichtung zum Verbinden von wärmeerzeugendem Widerstandselement und Treiber schaltungseinrichtung, und ein wärmeabstrahlendes Trägerelement mit einem Durchgangsloch in Dickenrichtung des Trägerelementes, das mit dem Substrat derart verbunden ist, daß die Treiberschaltungseinrichtung vom Durchgangs loch aufgenommen wird. Bei der Herstellung des Thermokopfes ist es möglich, das wärmeabstrahlende Trägerelement mit dem Substrat zu verbinden, bevor die Treiberschaltungseinrichtung und eine flexible, gedruckte Schaltungsplatte mit dem Substrat verbunden werden, die zur Übertragung eines externen Signals zur Treiberschaltungseinrichtung dient. Das bedeutet, daß der Produk tionsprozeß zur Herstellung eines Thermokopfs verändert werden kann, so daß zum Beispiel nach Verbindung des wärmeabstrahlenden Trägerelementes mit dem Substrat die Anordnung der Treiberschaltungseinrichtung auf dem Substrat möglich ist. Anschließend wird die innerhalb des Durchgangsloches liegende Treiberschaltungseinrichtung mit einem Einkapselungsmittel umhüllt bzw. vergossen, wobei das Einkapselungsmittel durch die offene Seite des Durchgangsloches innerhalb des wärmeabstrahlenden Trägerelementes in das Durchgangsloch hineingegossen wird. Sodann wird die flexible, gedruckte Schaltungskarte mit dem Substrat verbunden. Andere Schritte lassen sich dann ebenfalls durchführen.

Das Verbindungsmittel zur Verbindung des wärmeabstrahlenden Träger elementes mit dem Substrat kann in weiten Bereichen frei gewählt werden, so daß insbesondere auch ein bei hoher Temperatur aushärtendes Verbindungs mittel zum Einsatz kommen kann. Die Verbindung zwischen wärmeabstrah lendem Trägerelement und Substrat weist daher eine hohe Temperaturfestig keit auf. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Druckköpfe gleichzei tig zu erzeugen. Hierzu werden mehrere wärmeabstrahlende Trägerelemente mit einem einzigen Substrat verbunden, das anschließend zerschnitten wird. Das Einkapselungsmittel wird in die Durchgangslöcher der wärmeabstrahlen den Trägerelemente hineingegossen, die sich auf dem Substrat befinden, so daß Menge und Anordnung des Einkapselungsmittels auf dem Substrat genau kon trollierbar sind. Dies führt ebenfalls zu einem verbesserten Produktionsver fahren und zu exakter ausgebildeten Thermoköpfen.

Nach einer anderen Ausbildung enthält ein Thermokopf nach der Erfindung ein Substrat, ein wärmeerzeugendes Widerstandselement auf dem Substrat, eine Treiberschaltungseinrichtung auf dem Substrat zur Ansteuerung des wärmeer zeugenden Widerstandselementes, eine flexible Basisplatte auf dem Substrat zur Übertragung eines externen Signals zur Treiberschaltungseinrichtung, eine Drahtverbindungseinrichtung zur elektrischen Verbindung von wärmeerzeu gendem Widerstandselement, Treiberschaltungseinrichtung und flexibler Ba sisplatte, und eine Leitungsverbindungseinrichtung mit einem äußeren Lei tungsnetz, die auf einer der gegenüberliegenden Flächen der flexiblen Basisplat te angeordnet ist, auf der auch die Treiberschaltungseinrichtung montiert ist, wobei die flexible Basisplatte mit der anderen Fläche in dichtem Kontakt mit dem Substrat steht. Die Leitungsverbindungseinrichtung und die Treiberschal tungseinrichtung befinden sich also auf derselben Seite der flexiblen Basisplat te, wobei diese Seite dem Durchgangsloch innerhalb des wärmeabstrahlenden Trägerelementes zugewandt ist. Die Treiberschaltungseinrichtung kommt somit in diesem Durchgangsloch zu liegen. Die gegenüberliegende Seite der flexib len Basisplatte ist mit dem Substrat fest verbunden, zum Beispiel über eine wei tere Verbindungs- bzw. Klebeschicht. Bei dieser Ausgestaltung des Thermo kopfes dient der zum elektrischen Anschluß der flexiblen Basisplatte erforder liche Raum gleichzeitig als Raum zur Montage der Treiberschaltungseinrich tung, so daß ein zusätzlicher Raum zum Anschluß dieser Platte, wie er konven tionell erforderlich ist, nicht mehr benötigt wird.

Da die Leitungsverbindungseinrichtung und die Treiberschaltungseinrichtung auf derselben Seite der flexiblen Basisplatte montiert sind, kann ein für die Treiberschaltungseinrichtung vorgesehener Golddraht direkt mit der Leitungs verbindungseinrichtung verbunden werden, so daß von dieser ein externes Signal zur Treiberschaltungseinrichtung übertragen werden kann. Es wird auf diese Weise ein sehr einfacher Signalweg für die Signalübertragung realisiert.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Thermokopf nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen ähnlichen Thermokopf nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem eine Treiberschaltungsein richtung auf einem wärmeerzeugenden Widerstandselement angeordnet ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Thermokopfes nach einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem das gesamte Substrat dünn geschliffen ist,

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels, bei dem die Stirnseite eines Substrats schräg abgeschliffen ist,

Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht eines Thermokopfs nach einem fünften Ausführungsbeispiel, bei dem eine Treiberschaltung durch einen Dünn filmtransistor gebildet wird,

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht eines Thermokopfes nach ei nem sechsten Ausführungsbeispiel, bei dem ein transparentes oder durchschei nendes Substrat verwendet wird,

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Substrat des Thermokopfes nach Fig. 6, und zwar in Richtung auf die innere Seite,

Fig. 8A und 8B eine schematische Draufsicht und eine schematische Seiten ansicht des Substrats nach Fig. 6, das mit einer wärmeabstrahlenden Trä gerplatte verbunden ist,

Fig. 9 eine Darstellung zur Erläuterung der Art und Weise, wie das Substrat nach Fig. 6 abgeschliffen wird,

Fig. 10 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Thermokopfs nach einem siebten Ausführungsbeispiel, bei dem eine wärmeabstrahlende Träger platte mit einem Durchgangsloch zum Einsatz kommt,

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer wärmeabstrahlenden Trägerplatte mit einem Durchgangsloch,

Fig. 12 eine der Fig. 11 ähnliche Ansicht einer wärmeabstrahlenden Träger platte mit Durchgangslöchern,

Fig. 13 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Beispiels einer wärmeabstrahlenden Trägerplatte mit einem Durchgangsloch,

Fig. 14 eine der Fig. 13 entsprechende Darstellung eines weiteren Beispiels einer wärmeabstrahlenden Trägerplatte mit einem Durchgangsloch,

Fig. 15A bis 15F schematische Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung der verschiedenen Schritte bei der Herstellung eines Thermokopfes nach der Erfindung, wobei eine wärmeabstrahlende Trägerplatte mit einem Durchgangs loch zum Einsatz kommt, und wobei Fig. 15A einen Schritt zum Anbringen ei ner wärmeabstrahlenden Platte, Fig. 15B einen Schritt zum Anbringen einer integrierten Treiberschaltungseinrichtung sowie zum Anbringen von Drähten, Fig. 15C einen Schritt zum Einbetten der integrierten Treiberschaltungsein richtung, Fig. 15D einen Schritt zum Zerschneiden eines bestückten Sub strats, Fig. 15E einen Schritt zum Schleifen der hinteren Stirnfläche eines Substrats und Fig. 15F einen Schritt zum Anbringen einer flexiblen und ge druckten Schaltungsplatte zeigen.

Fig. 16 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Thermokopfes nach einem achten Ausführungsbeispiel, bei dem eine flexible Basisplatte mit einem Substrat verbunden und eine integrierte Schaltungseinrichtung auf der flexib len Basisplatte montiert ist, und

Fig. 17 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines konventionellen Thermokopfes.

Erstes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Thermokopfes nach der Erfindung. Der Thermokopf enthält wärmeerzeugende Widerstandselemente oder Muster 2 a, 2 b und eine Treiberschaltungseinrichtung bzw. ein Halbleiter element 3, das beispielsweise als integrierte Schaltung ausgebildet ist, wobei sich alle Elemente auf einer ebenen Fläche 1 a eines Substrats 1 befinden. Eine wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 ist integral mit den wärmeerzeugenden Wi derstandselementen 2 a, 2 b und dem Halbleiterelement 3 verbunden, und zwar über eine Oxidations-Widerstandsschicht 8 bzw. eine einen hohen elektrischen Widerstand aufweisende Oxidschicht und über eine adhäsive Schicht 9 bzw. Kle beschicht. Eine rückwärtige Fläche 1 b des Substrats 1 bildet eine für die Ther moaufzeichnung dienende Fläche, wobei sich in der rückwärtigen Seite 1 b des Substrats 1 eine Furche 12 befindet, und zwar für den gleitenden Kontakt mit ei ner Andruckwalze 13. Wird eine Thermoaufzeichnung auf einem wärmeempf findlichen Aufzeichnungspapier 14 durchgeführt, so wird die Andruckwalze 13 in die Furche 12 an der rückwärtigen Fläche 1 b des Substrats 1 gedrückt und ge halten, wobei sich das wärmeempfindliche Aufzeichnungspapier 14 zwischen der Andruckwalze 13 und dem Boden der Furche 12 befindet.

Die wärmeerzeugenden Widerstandselemente 2 a, 2 b und das Halbleiterelement 3 sind elektrisch miteinander verbunden, und zwar über Leiterschichten oder Elektrodenmuster 4 a, 4 b, 4 c sowie über Verbindungsdrähte 5 a, 5 b aus Gold oder anderen geeigneten Materialien, wobei die Verbindungsdrähte 5 a, 5 b mit den Leiterschichten 4 b, 4 c und dem Halbleiterelement 3 durch geeignete Techniken verbunden sind, beispielsweise mit Hilfe der Drahtbondtechnik. Auf diese Wei se wird ein wärmeerzeugender Widerstandsbereich 2 A des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 2 a erhalten, und zwar in der Nachbarschaft von Berei chen, in denen die Leitungsschichten 4a , 4 b auf dem wärmeerzeugenden Wider standselement 2 a liegen, die getrennt voneinander sind. Der wärmeerzeugende Widerstandsbereich 2 A liefert dabei die zur thermischen Aufzeichnung erfor derliche Wärme. Eine Elektrode 7 zur Herstellung einer elektrischen Verbin dung mit einer externen Treiberschaltung befindet sich an einem Endbereich der Leiterschicht 4 c, die auf dem anderen wärmeerzeugenden Widerstandsele ment 2 b liegt, wobei die Elektrode 7 mit einem Anschlußstift 15 in Kontakt steht. Die Oxidations-Widerstandsschicht 8 liegt auf den wärmeerzeugenden Widerstandselementen 2 a, 2 b sowie auf dem Halbleiterelement 3, wobei die wär meabstrahlende Trägerplatte 10 integral mit der Oxidwiderstandsschicht 8 über eine adhäsive bzw. Klebeschicht 9 verbunden ist.

Beim thermischen Druckkopf nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Halbleiterelement 3 durch einen Treiberstrom angesteuert, der über den Anschlußstift 15 zugeführt wird, um somit zu erreichen, daß der wärmeer zeugende Widerstandsbereich 2 A wahlweise Wärme erzeugt, um dadurch eine thermische Aufzeichnung mit Hilfe der rückwärtigen Fläche 1 b des Substrats 1 durchführen zu können.

Da die rückwärtige Fläche 1 b des Substrats 1 innerhalb des Thermokopfes beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Aufzeichnungsfläche dient, ergibt sich eine gute Kontaktcharakteristik bzw. Andruckcharakteristik zwischen dieser Fläche und der Andruckwalze 13. Da sich die Seite 1 a, an der die wärmeerzeu genden Widerstandselemente 2 a, 2 b und das Halbleiterelement 3 liegen, von der Aufzeichnungsfläche 1 b unterscheidet, kann ein Raum, in dem das Halbleiter element 3 und so weiter angeordnet ist, frei gewählt werden, ohne daß es notwendig ist, einen etwaigen Transportweg für das Papier von der Andruckwalze 13 zu berücksichtigen. Die Beschränkungen hinsichtlich der Abmessungen des Substrats 1 lassen sich somit signifikant verändern, wobei eine Reduktion der Größe des Substrats 1 ebenfalls möglich ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient das Substrat 1 als verschleißfeste Schicht zur Verhinderung einer möglichen Schwächung der wärmeerzeugen den Widerstandselemente infolge des gleitenden Kontakts mit der Andruckwal ze 13. Die Dicke des Substrats 1 kann frei eingestellt werden, und zwar durch Bestimmung des Abschleifgrades des Substrates 1. Diese Dicke kann ohne wei teres auf 10 bis 20 µm ansteigen. Der Thermokopf weist somit eine hohe Ver schleißfestigkeit auf, was zu einer Verlängerung seiner Lebensdauer führt. Das Substrat 1 kann aus einem relativ billigen Material bestehen, beispielsweise aus Glas oder Quartz, so daß nicht unbedingt teueres Material verwendet werden muß, etwa verglastes Keramikmaterial, was konventionell zum Einsatz kommt. Demzufolge lassen sich die Materialkosten stark reduzieren, und zwar bei gleichzeitiger Verringerung der Größe des Substrats 1, wie oben beschrieben. Darüber hinaus läßt sich als Substrat 1 ferner eine dünne Platte verwenden, beispielsweise ein Siliziumwafer. Wie bereits erwähnt, ist das wärmeerzeugen de Widerstandsmuster 2 a an der Vorderseite 1 a des Substrats 1 gebildet, also an derjenigen Seite, die der Seite 1 b gegenüberliegt, welche in Kontakt mit dem wärmeempfindlichen Aufzeichnungspapier 14 steht. Es ist daher nicht erforder lich, eine dicke Verschleißwiderstandsschicht auf den wärmeerzeugenden Wi derstandsmustern zu bilden, wie dies bei der konventionellen Technik der Fall ist. Der Schritt, bei dem durch Sputtern eine verschleißfeste Schicht erzeugt wird, und der zur Verminderung des Produktionswirkungsgrades führt, ist so mit nicht erforderlich, so daß eine bessere Produktionsrate erhalten wird. Die in Form von dicken Filmen vorliegenden wärmeerzeugenden Widerstandsmu ster 2 a, Elektrodenmuster 4 a, 4 b und so weiter lassen sich andererseits ohne teuere Geräte herstellen, insbesondere ohne den Einsatz von Sputtereinrich tungen.

Die wärmeerzeugenden Widerstände 2 a, 2 b werden getrennt voneinander auf der einen ebenen Fläche 1 a des Substrats 1 gebildet, während das Halbleiterele ment 3 direkt in einem Bereich auf der einen ebenen Fläche 1a des Substrats angeordnet wird, der einen Spalt zur Trennung der wärmeerzeugenden Wider stände 2 a, 2 b darstellt.

Die leitfähigen Schichten 4 a, 4 b aus leitfähigem, metallischem Material, wie zum Beispiel Kupfer oder Gold, liegen auf dem wärmeerzeugenden Widerstands element 2 a, wobei der wärmeerzeugende Widerstandsbereich 2 A benachbart zum Trennungsspalt zwischen den leitfähigen Schichten 4 a und 4 b Wärme er zeugt und somit zur Durchführung der thermischen Aufzeichnung dient. Diese leitfähige Schicht 4 c liegt auf dem anderen wärmeerzeugenden Widerstandsele ment 2 b, wobei ein Teil der leitfähigen Schicht 4 c die Elektrode 7 bildet, die zur elektrischen Verbindung mit einer externen Treiberschaltung dient. Die Elek trode 7 ist mit einem Ende 15 a eines Anschlußstiftes 15 verbunden, der durch eine wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 nach außen hindurchläuft, wobei sein anderes Ende 15 b mit einem äußeren Kabel verbunden werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß das wärmeerzeugende Widerstandselement 2 b, welches keinen direkten Beitrag zur thermischen Aufzeichnung liefert, vorhanden sein kann, falls dies erforderlich ist, jedoch in einigen Fällen auch fortgelassen werden kann.

Das Halbleiterelement 3 und die Leiterschichten 4 b, 4 c sind miteinander über Leitungen 5 a, 5 b verbunden, und zwar unter Einsatz der Drahtbondtechnik, wo bei alle Elemente durch eine Masse 11 eingekapselt sind. Im vorliegenden Aus führungsbeispiel dient nur die rückwärtige Fläche 1 b des Substrats 1 als Auf zeichnungsfläche, so daß Dicke und Form der Leiterschichten 4 b, 4 c frei ge wählt werden können. Es ist daher nicht erforderlich, eine dünne Leitungs schicht in einem großen Bereich vorzusehen, wie bei der konventionellen Tech nik. Besitzen daher die Leiterschichten 4 b, 4 c die Struktur eines dicken Films innerhalb eines schmalen Bereichs, so läßt sich das oben beschriebene Draht bondverfahren einfach und sicher anwenden. Der Thermokopf nach der Erfin dung kann somit relativ klein ausgelegt werden und besitzt eine erhöhte Zuver lässigkeit.

Die Oxidations-Widerstandsschicht 8 besteht zum Beispiel aus Si₃N₄, SiO₂ oder ähnlichen Substanzen und liegt auf den wärmeerzeugenden Widerstands elementen 2 a, 2 b und dem Halbleiterelement 3. Die wärmeabstrahlende Träger platte 10 ist mit den wärmeerzeugenden Widerstandselementen 2 a, 2 b und dem Halbleiterelement 3 integriert, und zwar über die isolierende adhäsive Schicht 9 bzw. Klebe- oder Verbindungsschicht.

Die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 weist eine kanalförmige Ausnehmung 10 a auf, und zwar in einem Bereich, der dem Halbleiterelement 3 gegenüber liegt. Das Halbleiterelement 3 und die Leiter 5 a, 5 b befinden sich daher in der Ausnehmung 10 a der wärmeabstrahlenden Trägerplatte und sind ferner durch die Masse 11 eingekapselt. Auf diese Weise werden die verschiedenen Elemente und auch das Halbleiterelement 3 durch die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 geschützt.

Beim Thermokopf nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die wär meabstrahlende Trägerplatte 10 eine Wärmeabstrahlfunktion und eine weitere Funktion, um das Halbleiterelement 3 durch Umhüllung zu schützen. Dies hat eine Vereinfachung der Produktionsschritte zur Folge und eine Verminderung der Anzahl der erforderlichen Teile.

Die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 kann beispielsweise aus einem geeig neten Keramikmaterial, wie zum Beispiel Al₂O₃, aus einer geeignetenMetalle gierung der Fe-Ni-Familie oder aus einem geeigneten metallischen Material wie zum Beispiel Eisen oder Aluminium bestehen, wobei wichtig ist, daß sämtliche Materialien eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, daß bei Verwendung eines Materials mit geringem elektrischen Widerstand zur Bildung der wärmeabstrahlenden Trägerplatte 10 der Kontaktstift 15 und die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 selbstverständlich gegeneinander isoliert sein müssen.

Die adhäsive Schicht 9 zwischen dem wärmeerzeugenden Widerstandselement 2 a und der wärmeabstrahlenden Trägerplatte 10 besitzt zusätzlich zu ihrer Ver bindungs- bzw. Klebefunktion die Funktion einer verglasten Schicht, wie bei der konventionellen Technik auch, so daß ein Material mit einer geeigneten Wärmeleitfähigkeit zur Bildung der adhäsiven Schicht 9 verwendet werden kann. Als Materialien hierfür kommen Glasmaterialien mit niedrigem Schmelzpunkt, Epoxyharzmaterialien, Polyimid-Harzmaterialien und so wei ter in Frage.

Beim Thermokopf nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel läßt sich daher das thermische Verhalten in einfacher Weise dadurch bestimmen, daß Dicke und Material der adhäsiven Schicht 9 und der wärmeabstrahlenden Träger platte 10 in geeigneter Weise bestimmt werden.

Die Auswahl der Oxidations-Widerstandsschicht 8 hängt lediglich davon ab, ob sie mit dem wärmeerzeugenden Widerstandselement 2 a in dichtem Kontakt ste hen kann, und zwar im Hinblick auf den thermischen Ausdehnungskoeffizien ten und so weiter, da das wärmeerzeugende Widerstandselement 2 a zwischen dem Substrat 1, das als Verschleißschutzschicht dient, und der Oxidations-Wi derstandsschicht 8 liegt. Der Grad der Auswahlfreiheit der Oxidations-Wider standsschicht 8 ist somit hoch.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel läßt sich die Größe des Substrats 1 er heblich reduzieren, so daß sich auch eine Verringerung derjenigen Fläche er gibt, die als Kontaktfläche mit der Andruckwalze 13 in Berührung gebracht wird. Es läßt sich daher auch ein Thermokopf vom sogenannten "Vertikaltyp" realisieren. Farbdrucker und ähnliche Einrichtungen vom Ein-Andruckwal zen-Multikopftyp können daher mit geringer Größe und niedrigen Kosten her gestellt werden.

Unter Bezugnahme auf die obige Fig. 1 wurde lediglich ein bevorzugtes Ausfüh rungsbeispiel beschrieben, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Weitere Ausführungsbeispiele werden nachfolgend erläutert, wobei gleiche Teile in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Diese Teile werden nicht nochmals im Einzelnen beschrieben.

Zweites Ausführungsbeispiel

Die Fig. 2 zeigt einen Thermokopf, dessen Größe noch weiter reduziert ist, da das Halbleiterelement oberhalb des wärmeerzeugenden Elementes liegt und von diesem durch eine Oxidations-Widerstandsschicht und eine adhäsive Schicht getrennt ist. Im einzelnen enthält der in Fig. 2 dargestellte Thermokopf wär meerzeugende Widerstandselemente oder Muster 2 a, 2 b sowie gleitfähige Schichten oder Elektrodenmuster 4 a, 4 b, 4 c, die sich alle auf einer ebenen Flä che 1 a eines Substrats 1 befinden. Ferner ist ein Halbleiterelement 3 benach bart zu einem wärmeerzeugenden Widerstandsbereich 2 A vorhanden, wobei in Fig. 2 das Halbleiterelement 3 unterhalb des Bereichs 2 A liegt und zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Bereich 2 A die Oxidations-Widerstands schicht 8 liegt. Das Halbleiterelement 3 befindet sich innerhalb einer Ausneh mung 10 a, die in einer wärmeabstrahlenden Trägerplatte 10 gebildet ist. Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel dient eine Zuleitung 16 zur Herstellung ei ner elektrischen Verbindung mit einer externen Elektrode über eine Elektrode 7, wobei die Zuleitung 16 an einer Seitenfläche der wärmeabstrahlenden Trä gerplatte 10 angeordnet ist. Die Zuleitung 16 kann aber auch in anderer Weise ausgebildet sein, zum Beispiel in Form eines Anschlußstiftes, ähnlich wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel.

Bei den beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2 befindet sich die Furche 12 für den gleitenden Kontakt mit der Andruckwalze 13 innerhalb der rückwärtigen Fläche 1 b des Substrats 1. Die Kontaktcharakteristik des Substrats 1 mit der Andruckwalze 13 läßt sich wei ter verbessern, wenn das Substrat 1, das als Verschleißschutzschicht dient, ge schliffen wird. Auf diese Weise erhaltene Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt.

Drittes Ausführungsbeispiel

Entsprechend der Fig. 3 enthält ein Thermokopf ein Substrat 1, das auf der ge samten rückwärtigen Fläche 1 b oberflächengeschliffen ist und zwar so weit, bis eine vorbestimmte Dicke m erreicht ist, um eine gewünschte Kontaktcharakte ristik mit der Andruckwalze 13 sicherzustellen und eine verbesserte Druckqua lität zu erhalten. Ist die Dicke m des Substrats 1 zu groß, so ist die Leitung der durch den wärmeerzeugenden Widerstandskörper 2 a gelieferten Wärme gering, was zu einer verschlechterten Druckqualität führt. Ist im Gegensatz dazu die Dicke m des Substrats zu dünn, so kann das Substrat nicht mehr seine Aufgabe als Verschleißschutzschicht in befriedigender Weise erfüllen. Die Dicke l liegt daher vorzugsweise im Bereich von l µm L 20 µm oder dergleichen, kann aber auch unter Berücksichtigung des Materials des Substrats 1 in anderer Weise gewählt werden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Der Thermokopf nach dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist so aufgebaut, daß ein Endbereich eines Substrats 1, das als Verschleißschutz schicht benachbart zu einem wärmerzeugenden Widerstandselement 2 dient, schräg abgeschliffen ist, um eine geneigte Fläche 19 zu bilden, gegen die eine Andruckwalze 13 gepreßt ist. Zwischen der Fläche 19 und der Andruckwalze 13 befindet sich ein wärmeempfindliches Aufzeichnungspapier 14, so daß beim Gegeneinanderpressen der Elemente 13 und 19 eine thermische Aufzeichnung auf dem wärmeempfindlichen Aufzeichnungspapier 14 möglich ist. Wird die ge neigte Fläche 19 in dieser Weise als Aufzeichnungsfläche ausgebildet, so erhält man eine verbesserte Andruckcharakteristik bei dichtem Kontakt der Fläche 19 mit der Andruckwalze 13 und somit eine erhöhte Druckqualität.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Die vorliegende Erfindung läßt sich auch auf einen Thermokopf anwenden, bei dem eine Treiberschaltung mit Hilfe eines Dünnfilmtransistors oder mehreren Dünnfilmtransistoren gebildet ist. Der in Fig. 5 gezeigte Thermokopf gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel enthält ein wärmeerzeugendes Widerstands element 22 A aus einem polykristallinen Siliziumdünnfilm 22, der auf einer ebenen Seite 21 a eines Substrats 21 gebildet ist und eine aktive Schicht 22 b eines Dünnfilmtransistors 23, der eine Treiberschaltung für das wärmeerzeu gende Widerstandselement 22 A bildet, wobei die aktive Schicht 22 B ebenfalls aus dem polykristallinen Siliziumdünnfilm 22 besteht. Eine wärmeabstrah lende Trägerplatte 25 ist mit dem wärmeerzeugenden Widerstandselement 22 A und dem Dünnfilmtransistor 23 über eine Oxidations-Widerstandsschicht 23′ und eine adhäsive Schicht 24 verbunden. Ein Endbereich des Substrats 21 in der Nähe des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 22 A ist quer abge schnitten, um eine geneigte Fläche 26 zu erhalten, mit deren Hilfe eine thermi sche Aufzeichnung durchgeführt werden kann. Bei dieser Gelegenheit sei darauf hingewiesen, daß ein Treiberstrom, der über eine für den äußeren Anschluß vorgesehene Elektrode 27 geliefert wird, und der durch eine leitfähige Schicht 28 a hindurchfließt, den Dünnfilmtransistor 23 antreibt, der eine MOS-FET- Struktur aufweist, zu der drei Schichten gehören, nämlich eine Gateelektrode 29, ein isolierender Film 30 und der polykristalline Siliziumdünnfilm 22 B. Dieser Treiberstrom bewirkt, daß das wärmeerzeugende Widerstandselement 22 A Wärme erzeugt, und zwar über die leitfähige Schicht 28 B. Besteht die Trei berschaltung, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, aus einem Dünn filmtransistor, so brauchen Drähte nicht gebondet zu werden. Das hat zur Fol ge, daß die Größe des Thermokopfes weiter verringert werden kann, und zwar bei gleichzeitiger Verbesserung seiner Betriebszuverlässigkeit. Er kann daher auch als Massenware produziert werden, und zwar mit sehr geringer Ausschuß rate.

Sechstes Ausführungsbeispiel

In den Fig. 6 und 7 ist ein Thermokopf gezeigt, bei dem als Substrat ein transparentes oder durchscheinendes verschleißfestes Substrat verwendet wird. Insbesondere kann das verschleißfeste Substrat 1 des Thermokopfes aus Quartz, Glas, das keine Alkalikomponenten enthält, oder aus anderen geeigne ten transparenten oder durchscheinenden Materialien bestehen. Im vorliegen den Ausführungsbeispiel wird zur Bildung des Substrats 1 Borsilikatglas ver wendet (boro-silicated glass).

Eine rückwärtige Fläche 1 b des Substrats 1 dient als eine thermische Aufzeich nungsfläche, wobei die Dicke des Substrats 1 in einem Bereich reduziert ist, der mit einem wärmeerzeugenden Bereich 2 A eines der wärmeerzeugenden Wider standsmuster oder -elemente 2 a, 2 b übereinstimmt, derart, daß eine geneigte Fläche 1 b ₁ an der rückwärtigen Fläche 1 b des Substrats erhalten wird, die in gleitendem Kontakt mit einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungspapier 14 steht und in der Lage ist, das wärmeempfindliche Aufzeichnungspapier 14 gegen eine Andruckwalze 13 zu pressen und dort zu halten, um auf dem wärmeempf findlichen Aufzeichnungspapier 14 eine thermische Aufzeichnung vorzuneh men.

Eine flexible und gedruckte Schaltungsplatte 17 zur Bildung einer elektrischen Verbindung mit einer äußeren Treiberschaltung ist über einen anisotropen, gleitenden Film 18 mit einem hinteren Halbbereich eines Elektrodenmusters oder einer leitenden Schicht 4 c verbunden, die als externer Anschluß dient und auf dem hinteren Halbbereich des anderen wärmeerzeugenden Widerstands musters 2 b liegt, das sich auf dem Substrat 1 befindet.

Da zur Bildung des Substrats 1 Glas, Quartz oder andere geeignete Materialien zum Einsatz kommen, die im Vergleich zum konventionellen verwendeten vergla sten Keramikmaterial billig sind, lassen sich die Kosten für die Herstellung des Thermokopfes stark reduzieren. Er läßt sich darüber hinaus mit noch weiterer verringerter Größe produzieren.

Wie oben beschrieben, besteht das Substrat 1 aus einem geeigneten transparen ten oder durchscheinenden sowie verschleißfesten Material, beispielsweise aus Glas. Werden das Substrat 1 und eine wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 zu sammengefügt und aneinander befestigt, so lassen sich die wärmeerzeugenden Widerstandsmuster 2 a, 2 b auf einer flachen Seite 1 a des Substrats 1 leicht be obachten und zwar gesehen von der rückwärtigen Seite 1 b des Substrats1, die als Aufzeichnungsfläche dient. Selbst wenn daher das Substrat 1 in den Abmes sungen zwischen gegenüberliegenden Kanten eine Differenz a aufweist, wie in Fig. 8A zu erkennen ist, die zum Beispiel durch einen Fehler beim Schneiden entstanden ist, lassen sich dennoch die wärmeerzeugenden Widerstandsmuster 2 a, 2 b relativ zur wärmeabstrahlenden Trägerplatte 10 genau anordnen, wie der Fig. 8B zu entnehmen ist. Ein Klebemittel, das durch Bestrahlung mit Ultravi olettstrahlen aushärtet, kann zur Bildung der adhäsiven Schicht 9 verwendet werden, die zum Verbinden bzw. Verkleben von Substrat 1 und wärmeabstrah lender Trägerplatte 10 dient, so daß bei Verwendung des Klebemittels des be stimmten Typs zur Verbindung von Substrat 1 und wärmeabstrahlender Trä gerplatte 10 miteinander das Substrat 1 keinem schädlichen Wärmeeinfluß un terworfen zu werden braucht. Substrat 1 und wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 lassen sich somit noch sicherer miteinander verbinden.

Die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 kann zum Beispiel aus einem Keramik material bestehen, etwa aus Al₂O₃, aus einer Legierung einer Fe-Ni-Familie, aus einem metallischen Material, wie zum Beispiel Fe oder Al, das eine hohe Wärmeübertragung aufweist, und so weiter. Zur Verbindung der wärmeabstrahlenden Trägerplatte 10 ist eine Schicht 20 aus Glas mit niedrigem Schmelz punkt vorgesehen, die zusätzlich eine geeignete Wärmeübertragungsrate auf weist. Diese Schicht 20 liegt auf derjenigen Fläche der der wärmeabstrahlenden Trägerplatte 10, die dem Substrat 1 gegenüberliegt. Die Glasschicht 20 besitzt zusätzlich zu ihrer Verbindungs- bzw. Klebefunktion die Funktion einer kon ventionellen verglasten Schicht.

Nach Verbindung von Substrat 1 und wärmeabstrahlender Trägerplatte 10 mit einander und in dieser Weise wird die rückwärtige Fläche 1 b des Substrats 1 teilweise und schräg abgeschliffen, bis ein Bereich des Substrats 1 oberhalb des wärmeerzeugenden Bereichs 2 A eine vorbestimmte Dicke aufweist, so daß auf diese Weise eine Aufzeichnungsfläche 1 b 1 auf dem Substrat 1 erhalten wird.

Beim Schleifen des Substrats 1 lassen sich die wärmeerzeugenden Widerstands muster 2 a, 2 b optisch beobachten, und zwar von der rückwärtigen Fläche 1 b des Substrats 1 durch das Substrat 1 hindurch. Zur Beobachtung wird ein Mikros kopmonitor 40 verwendet, wie in Fig. 9 gezeigt. Der Mikroskopmonitor 40 ist auf einen Punkt eingestellt, an dem die Muster 2 a, 2 b klar bzw. scharf erschei nen. Sie liefern ein klares Bild. Unter Bezugnahme hierauf wird eine Arbeitsbe zugsplatte S einer Arbeitsplattform 41 eingestellt, so daß unter diesen Bedin gungen das Substrat 1 auf eine vorbestimmte Dicke abgeschliffen wird, und zwar mit Hilfe einer Schleifmaschine, die eine vertikale oder horizontale Schleiffläche aufweist, um somit die Aufzeichnungsfläche 1 b ₁ zu erhalten. Die Aufzeichnungsfläche 1 b ₁ ist eine Fläche, die unter einem vorbestimmten Win kel verläuft bzw. geneigt ist, wobei der Neigungswinkel vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 45° liegt. Er wird von der Fläche 1 a aus gemessen. Ist der Nei gungswinkel kleiner als 5°, so wird das Substrat 1 im vorderen Bereich der Auf zeichnungsfläche 1 b 1 zu dünn, so daß die Schutzfunktion verloren geht. Ist der Neigungswinkel dagegen größer als 45°, so wird das Substrat 1 bzw. Material im Druckbereich zu dick, was zu einer verschlechterten Druckqualität führt.

Die Gesamtvergrößerung des zuvor erwähnten Mikroskopmonitors 40 wird in Übereinstimmung mit der erforderlichen Genauigkeit eingestellt. Für den praktischen Gebrauch wird eine Vergrößerung von 400 gewählt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dicke eines Glasmaterials für ein Substrat normalerweise zwischen 5 bis 100 µm liegt, so daß eine hinreichende Glasstärke nicht erhalten wird, wenn die Dicke kleiner als 5 µm ist. Ist die Dicke dagegen größer als 100 µm, so entstehen Verschmierungen beim Druckvorgang, was zu unsauberen Druckbildern führt. Die Oberflächenrauhigkeit sollte zwischen 0,1 bis 3,0 um Ra liegen, wobei eine Oberflächenrauhigkeit von 1 µmRa durch einen # 400- Schleifstein erhalten wird, was für praktische Zwecke hinreichend ist.

Da beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Größe des Substrats, und insbe sondere derjenige Bereich, der in Kontakt mit der Andruckwalze steht, sehr klein ausgebildet werden kann, ist es möglich, einen Thermokopf vom soge nannten Vertikaltyp zu schaffen. Es läßt sich daher ein Farbdrucker oder eine ähnliche Einrichtung erzeugen, die nur eine Andruckwalze und einen Multi- Kopf als Thermokopf aufweist, und zwar mit geringer Größe und bei reduzierten Produktionskosten.

Siebtes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 10 und 11 zeigen einen Thermokopf mit einer speziell ausgebilde ten, wärmeabstrahlenden Trägerplatte. Der dargestellte Thermokopf enthält eine wärmeabstrahlende Trägerplatte 10, die eine im wesentlichen rechteckige Form aufweist bzw. als rechtwinkliges Parallelepiped ausgebildet ist. Sie weist darüber hinaus ein rechtwinklig ausgebildetes Durchgangsloch 10 A auf, das zur Aufnahme eines Halbleiterelementes oder einer integrierten Treiberschal tungseinrichtung 3 dient, sowie zur Aufnahme einer Masse 11 zum Einkapseln bzw. Umschließen des Halbleiterelementes oder der integrierten Treiberschal tungseinrichtung 3. Die Masse 11 kann zum Beispiel in das Durchgangsloch 10 A hineingegossen werden.

Die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 braucht nicht unbedingt die oben be schriebene Struktur aufzuweisen, sondern kann auch in anderer Weise ausge bildet sein, wenn sie nur eine Öffnung aufweist, die die integrierte Treiberschal tungseinrichtung 3 zusammen mit einem Harzmaterial aufnehmen kann, das zum Umschließen bzw. Einkapseln der integrierten Treiberschaltungseinrich tung 3 dient und in die Öffnung hineingegossen werden kann. Beispielsweise kann die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 einen Aufbau besitzen, wie er in der Fig. 12 gezeigt ist. Hier sind mehrere und im wesentlichen rechteckförmi ge Durchgangslöcher 10 A zur Aufnahme individueller integrierter Treiber schaltungseinrichtungen 3 vorhanden, wobei die Durchgangslöcher 10 A durch Wände 10 B voneinander getrennt sind. Die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 kann auch gemäß Fig. 13 ausgebildet sein, wobei ein Durchgangsloch 10 A vor handen ist, das einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Es besitzt an der Seite der integrierten Treiberschaltungseinrichtung eine größere Breite, so daß diese in das Durchgangsloch 10 A leicht eingesetzt werden kann. Dagegen ist die Breite an der gegenüberliegenden Seite kleiner, so daß über diese Seite das Ein kapselungsmittel in das Durchgangsloch 10 A hineingegossen werden kann. Andererseits ist es auch möglich, eine wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 ge mäß Fig. 15 zu verwenden. Dort weist das Durchgangsloch 10 A einen Aufnah mebereich 10 c zur Aufnahme einer integrierten Treiberschaltungseinrichtung auf, der rechteckförmig ausgebildet ist. Ferner ist ein schmaler Kanal 10 d vor handen, durch den hindurch das Mittel 11 in den Bereich 10 c hineingegossen werden kann.

Bei Verwendung irgendeiner der zuvor beschriebenen Ausführungsformen für die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 läßt sich der Prozeß der Herstellung von Thermoköpfen weiter vereinfachen. Entsprechend der Fig. 10 läßt sich die wärmeabstrahlende Trägerplatte 10 schon mit dem Substrat 1 verbinden, bevor die integrierte Treiberschaltungseinrichtung 3 und eine flexible, gedruck te Schaltungsplatte 17 mit dem Substrat 1 verbunden werden, auf dem sich wär meerzeugende Widerstandselemente oder Muster 2 a, 2 b und leitfähige Schichten oder Elektrodenmuster 4 a, 4 b, 4 c befinden. Hierdurch wird es möglich, eine Hochtemperaturverbindung bzw. Verklebung mit einem Verbindungsmittel durchzuführen, das eine größere Wärmewiderstandskraft aufweist, was zu einer sicheren Verbindung der wärmeabstrahlenden Trägerplatte 10 mit dem Substrat 1 führt. Das Mittel 11 zum Einkapseln der integrierten Treiberschal tungseinrichtung 3 kann darüber hinaus in die Durchgangsöffnung hineinge gossen werden, nachdem die integrierte Treiberschaltungseinrichtung 3 auf dem Substrat 1 montiert worden ist, wobei zuvor bereits die wärmeabstrahlen de Trägerplatte 10 mit dem Substrat 1 verbunden worden ist. Das Eingießen des Mittels 11 läßt sich daher schnell und sicher vornehmen, wodurch sich eben falls der Produktionswirkungsgrad erhöht.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Thermokopfes unter Verwendung einer wärmeabstrahlenden Trägerplatte 10, die irgendeine der oben beschriebenen Formen aufweist, wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Zunächst werden mehrere Sätze von wärmeerzeugenden Widerstandselementen 2 und leitfähigen Schichten 4 auf einem Substrat 1 gebildet, und zwar unter Einsatz der normalen Technik zur Erzeugung von Thermoköpfen. Anschlie ßend werden in einem zweiten Schritt, wie die Fig. 15A zeigt, die wärmeab strahlenden Trägerplatten 10 mit der Hauptfläche 1 a des so behandelten Sub strats 1 verbunden, und zwar mit Hilfe eines Verbindungs- bzw. Klebemittels. Die wärmeabstrahlenden Trägerplatten 10 weisen jeweils ein Durchgangsloch 10A auf, das später zur Aufnahme einer integrierten Treiberschaltungseinrichtung 3 dient, die im nachfolgenden Schritt montiert wird, wobei anschließend in die jeweiligen Öffnungen ein Mittel zum Einkapseln bzw. Umschließen der einge setzten integrierten Treiberschaltungseinrichtungen 3 hineingegossen wird.

Das verwendete Verbindungs- bzw. Klebemittel kann eine hohe Hitzebeständig keit aufweisen. Dies ist möglich, da die wärmeabstrahlenden Platten 10 mit dem Substrat 1 verbunden werden, bevor die integrierten Treiberschaltungsein richtungen 3 montiert werden, die ihrerseits keine hohe Hitzefestigkeit besit zen. Es bestehen also hinsichtlich der Anwendung hoher Verbindungstempe raturen bei der Montage der wärmeabstrahlenden Trägerplatten 10 keine Be schränkungen. Aufgrund des Hochtemperaturprozesses können also die wär meabstrahlenden Trägerplatten 10 zuverlässig mit dem Substrat 1 verbunden werden.

Im nachfolgenden Schritt gemäß Fig. 15D werden die integrierten Treiber schaltungseinrichtungen 3 in den jeweiligen Durchgangslöchern 10 A der wär meabstrahlenden Trägerplatten 10 montiert und mit den leitenden Schichten 4 verbunden, die auf dem Substrat 1 liegen. Diese Verbindung erfolgt mit Hilfe von Drähten, die gebondet werden.

Im Anschluß daran wird ein Einkapselungsmittel 11 zur Umschließung der in tegrierten Treiberschaltungseinrichtungen 3, die in der oben beschriebenen Weise montiert worden sind, in die Durchgangslöcher 10 A der wärmeabstrah lenden Trägerplatten 10 hineingegossen, und zwar durch die Öffnungen der Durchgangslöcher 10 A hindurch, die von den Bereichen des Substrats 1 ent fernt liegen, auf denen die integrierten Treiberschaltungseinrichtungen 3 mon tiert sind, um auf diese Weise die integrierten Treiberschaltungseinrichtungen 3 einzubetten, wie die Fig. 15C zeigt. Das Einkapselungsmittel 11 wirkt einer seits als Verbindungsmittel bzw. Klebemittel und andererseits als Schutzmittel für die integrierten Treiberschaltungseinrichtungen 3, wobei vorzugsweise ein Einkapselungsmittel 11 mit hoher Hitzefestigkeit und hohem Wärmeübertra gungsvermögen verwendet wird. Beispielsweise kann ein Photofixier-Harzma terial oder ein Thermofixier-Harzmaterial als Einkapselungsmittel 11 zum Einsatz kommen.

Im nachfolgenden Schritt gemäß Fig. 15D wird das Substrat 1 in einzelne Thermoköpfe zerschnitten.

Dann wird die rückwärtige Fläche 1 b eines jeden Substrats 1 geschliffen, wie die Fig. 15D zeigt. Auf diese Weise läßt sich die Kontaktcharakteristik des Thermokopfes mit einer Andruckwalze verbessern. Der so erhaltene Thermo kopf wird dann auf seine Wirkungsweise hin überprüft.

Schließlich wird eine flexible und gedruckte Schaltungsplatte 17 zur Herstel lung einer äußeren Verbindung gegen das Substrat 1 gepreßt und mit diesem verbunden, wie die Fig. 15F zeigt. Die Herstellung des Thermokopfes ist damit beendet.

Es sei darauf hingewiesen, daß beim oben beschriebenen Produktionsprozeß der Schritt zum Zerschneiden des Substrats 1 in einzelne Thermoköpfe und der Schritt zur Inspektion der Thermoköpfe in der Reihenfolge auch vertauscht werden können.

Achtes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 16 zeigt einen Thermokopf bzw. thermischen Druckkopf, bei dem eine gedruckte Schaltungskarte in Form einer flexiblen Schaltungskarte als leitfä hige Schicht oder Drahtschaltung verwendet wird. Der gezeigte Thermokopf enthlt ein wärmeerzeugendes Widerstandselement oder Muster 2 in einem Be reich auf einer Hauptfläche 1 a eines Substrats 1 benachbart zum seitlichen Kantenbereich 1 c des Substrats 1, und eine flexible Basisplatte oder gedruckte Schaltungsplatte 17, die auf der einen Hauptfläche 1 a des Substrats 1 montiert ist, und zwar mit Hilfe einer Verbindungs- bzw. Klebemittelschicht 9 b. Ferner liegt eine integrierte Treiberschaltungseinrichtung 3 auf der Platte 17 in einem Bereich benachbart zum wärmeerzeugenden Widerstandselement 2. Eine wär meabstrahlende Trägerplatte 10 ist integral über eine Oxidations-Widerstands schicht 8 und eine Verbindungs- bzw. Klebeschicht 9 mit dem wärmeerzeugen den Widerstandselement 2 und der flexiblen Basisplatte 17 verbunden, auf der die integrierte Treiberschaltungseinrichtung 3 montiert ist. Ein Teil der rück wärtigen Fläche 1 b des Substrats 1 im Bereich des wärmeerzeugenden Wider standselementes 2 ist schräg abgeschliffen, um eine abgeschliffene und geneigte Fläche zu bilden, mit deren Hilfe eine thermische Aufzeichnung durchgeführt werden kann.

Ein Halbleiterelement zur Durchführung vorbestimmter Aufgaben wird als in tegrierte Treiberschaltungseinrichtung 3 verwendet, die bei Montage auf der fle xiblen Basisplatte 17 in einem Bereich benachbart zum Seitenrand 17 b der fle xiblen Basisplatte 17 angeordnet wird. Die die integrierte Treiberschaltungs einrichtung 3 tragende flexible Basisplatte 17 ist fest mit dem Substrat 1 mit Hilfe eines Verbindungs- bzw. Klebemittels 9 b verbunden.

Die flexible Basisplatte 17 trägt ein Leitungsmuster 17 a zur Übertragung exter ner Signale, das auf einer Hauptfläche der Platte 17 liegt, auf der die integrierte Treiberschaltungseinrichtung 3 montiert ist, wobei das Leitungsmuster 17 a mit der integrierten Treiberschaltungseinrichtung 3 über ein Goldgrad 5 b verbun den ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das auf der flexiblen Basisplatte 17 ge bildete Leitungsmuster 17 a nicht nur auf der einen Hauptfläche der flexiblen Basisplatte 17 sondern auch oder zusätzlich auf der anderen Fläche der flexiblen Basisplatte 17 liegen kann. Das Leitungsmuster 17 a kann somit auch auf je der der einander gegenüberliegenden Flächen der flexiblen Basisplatte 17 vor handen sein.

Beim thermischen Druckkopf nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel be nötigt das Substrat 1 nur einen minimalen Raum, der erforderlich ist, um das wärmeabstrahlende Basis- bzw. Trägerelement 10 mit dem Substrat 1 zu ver binden. Der Raum zur Montage einer integrierten Treiberschaltungseinrich tung und derjenige zur Verbindung mit einer flexiblen Basisplatte, die beim konventionellen Thermokopf getrennt voneinander sind, können durch einen einzigen Raum ersetzt werden, in dem eine integrierte Treiberschaltungseinrich tung montiert werden kann, so daß es nicht mehr erforderlich ist, ein Substrat bereitzustellen, das einen zusätzlichen Raum zur Verbindung mit einer flexib len Basisplatte besitzt. Beschränkungen hinsichtlich der Abmessung des Sub strats 1 lassen sich somit signifikant verändern, so daß es möglich ist, einen Thermokopf mit weiter verringerter Größe herzustellen.

Da das Leitungsmuster 17 a auf der flexiblen Basisplatte 17 angeordnet und di rekt mit der integrierten Treiberschaltungseinrichtung über den Golddraht 5 b verbunden ist, ist es nicht mehr erforderlich, ein konventionelles und auf ei nem Substrat liegendes Leitungsmuster, einen anisotropen, leitfähigen Film zur Verbindung mit dem Leitungsmuster oder andere Elemente zu verwenden. Der Übertragungsweg für ein externes Signal kann somit erheblich vereinfacht werden, so daß dadurch die Zuverlässigkeit bei der Signalübertragung und bei der Signalübertragung im Bereich von Verbindungspunkten verbessert wird. Das Leitungsmuster 17 a kann auch als Drahtschaltung (wiring circuit) bezeich net werden.

Im letzten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 kam eine flexible Basisplatte 17 zum Einsatz. Es ist aber auch möglich, diese flexible Basisplatte 17 inner halb des Thermokopfes durch eine unbiegsame bzw. steife Basisplatte zu erset zen.

Claims

1. Thermodruckkopf, bei dem ein wärmeerzeugendes Widerstandselement (2 a) und eine Treiberschaltungseinrichtung (3) auf einem Substrat (1) angeord net sind und das wärmeerzeugende Widerstandselement (2 a) durch die Treiber schaltungseinrichtung (3) angesteuert wird, um Wärme zur thermischen Auf zeichnung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein wärmeabstrahlendes Trägerelement (10) mit einer Fläche (1 a) des Substrats (1) verbunden ist, an der sich das wärmeerzeugende Widerstandsele ment (2 a) befindet, und
- das Substrat (1) an der dieser Fläche gegenüberliegenden Fläche (1 b) wenigstens in einem dem wärmeerzeugenden Abschnitt (2 A) des wärmeerzeu genden Widerstandselementes (2 a) zugeordneten Bereich abgeschliffen ist, der art, daß der abgeschliffene Teil des Substrats (1) eine kleinere Dicke als der ver bleibende Teil des Substrats (1) aufweist, wobei der abgeschliffene Teil des Substrats (1) zur Durchführung der thermischen Aufzeichnung dient.

2. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ab geschliffene Teil des Substrats (1) benachbart zu einer Kante oder einem Ende des Substrats (1) liegt.

3. Thermodruckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ab geschliffene Teil des Substrats (1) eine geneigte Fläche (1 b ₁) bildet, die durch Schrägabschleifen der gegenüberliegenden Fläche (1 b) im Kanten- oder Endbe reich des Substrats (1) erhalten wird.

4. Thermodruckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ge neigte Fläche (1 b ₁) unter einem Neigungswinkel von 5 bis 45 Grad liegt.

5. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ab geschliffene Teil des Substrats (1) eine Oberfläche bildet, die im wesentlichen parallel zur gegenüberliegenden Fläche (1 b) des Substrats (1) liegt.

6. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) über die gesamte Substratsfläche (1 b) abgeschliffen ist, die der einen Fläche (1 a) gegenüberliegt, derart, daß das Substrat (1) eine vorbestimmte Dicke über den gesamten Bereich aufweist.

7. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabstrahlende Trägerelement (10) eine Ausnehmung (10 a) in seinem zen tralen Bereich aufweist und die Treiberschaltungseinrichtung (3) in der Aus nehmung (10 a) angeordnet ist.

8. Thermodruckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ausnehmung (10 a) liegende Treiberschaltungseinrichtung (3) auf dem wär meerzeugenden Widerstandselement (2 a) angeordnet ist, und zwar über eine leitende Schicht (4 a) und eine Oxidations-Widerstandsschicht (8).

9. Thermodruckkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ab geschliffene Teil des Substrats (1) an einem Zwischenbereich des Substrats (1) vorhanden ist und eine Oberfläche bildet, die im wesentlichen parallel zu der gegenüberliegenden Fläche (1 b) des Substrats (1) liegt.

10. Thermodruckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in nerhalb der Ausnehmung (10 a) liegende Treiberschaltungseinrichtung (3) von einem Einkapselungsmittel (11) umschlossen ist, und zwar gemeinsam mit einer Leitungseinrichtung (5 a, 5 b) zur Verbindung des wärmeerzeugenden Wider standselementes (2 a) mit der Treiberschaltungseinrichtung (3).

11. Thermodruckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er wei terhin eine leitende Schicht (4 c) auf der einen Fläche (1 a) des Substrats (1), eine Einrichtung (5 b) zur elektrischen Verbindung der Treiberschaltungseinrich tung (3) mit der leitenden Schicht (4 c) und einen Anschlußstift (15) zur externen Verbindung aufweist, der mit der leitenden Schicht (4 c) verbunden ist und durch das wärmeabstrahlende Trägerelement (10) hindurch nach außen verläuft.

12. Thermodruckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er wei terhin eine leitende Schicht (4 c) an der einen Fläche (1 a) des Substrats (1), eine Einrichtung (5 b) zur erlektrischen Verbindung der Treiberschaltungseinrich tung (3) mit der leitenden Schicht (4 c) und einen elektrischen Leiter (16) auf weist, der zur Herstellung einer äußeren Verbindung dient und mit der leitenden Schicht (4 c) verbunden ist, wobei sich der Leiter (16) entlang einer Seitenfläche des wärmeabstrahlenden Trägerelementes (10) erstreckt.

13. Thermodruckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er wei terhin eine leitende Schicht (4 c) an der einen Fläche (1 a) des Substrats (1), eine Einrichtung (5 b) zur elektrischen Verbindung der Treiberschaltungseinrich tung (3) mit der leitenden Schicht (4 c) und eine flexible, gedruckte Schaltungs platte (17) zur Herstellung einer externen Verbindung aufweist, die mit der lei tenden Schicht (4 c) verbunden ist.

14. Thermodruckkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible, gedruckte Schaltungsplatte (17) mit der leitenden Schicht (4 c) über ei nen anisotropen Film (18) auf der leitenden Schicht (4 c) verbunden ist.

15. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltungseinrichtung (3) einen Dünnfilmtransistor (23) enthält, der auf dem Substrat (1) gebildet ist.

16. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus einem transparenten oder durchscheinenden, verschleißfesten Material besteht.

17. Thermodruckkopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente oder durchscheinende, verschleißfeste Material des Substrats (1) entweder Quartz oder Glas ist, und daß dieses Material keine alkalischen Kom ponenten enthält.

18. Thermodruckkopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente oder durchscheinende, verschleißfeste Material des Substrats (1) Borsilikatglas ist, und daß das Substrat (1) eine Dicke von 5 bis 100 µm aufweist.

19. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabstrahlende Trägerelement (10) ein Durchgangsloch (10 A) aufweist, das sich in Richtung der Dicke des wärmeabstrahlenden Trägerelementes (10) er streckt, und daß das wärmeabstrahlende Trägerelement (10) so auf dem Substrat (1) angeordnet ist, daß die Treiberschaltungseinrichtung (3) innerhalb des Durchgangsloches (10 A) zu liegen kommt.

20. Thermodruckkopf, gekennzeichnet durch

- ein Substrat (1),
- ein wärmeerzeugendes Widerstandselement (2 a) auf dem Substrat (1),
- eine Treiberschaltungseinrichtung (3) auf dem Substrat (1) zur An steuerung des wärmeerzeugenden Widerstandselementes (2 a),
- eine Schaltungseinrichtung (5 a, 5 b) zur Verbindung des wärmeerzeugen den Widerstandselementes (2 a) mit der Treiberschaltungseinrichtung (3), und
- ein wärmeabstrahlendes Trägerelement (10) mit einem Durchgangsloch (10 A), das sich in Richtung der Dicke des wärmeabstrahlenden Trägerelementes (10) erstreckt und so mit dem Substrat (1) verbunden ist, daß die Treiberschal tungseinrichtung (3) durch das Durchgangsloch (10 A) aufgenommen wird.

21. Thermodruckkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabstrahlende Trägerelement (10) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (10 A) aufweist, die sich alle in Richtung der Dicke des wärmeabstrahlenden Trägerelementes (10) erstrecken, und die jeweils zur Aufnahme einer Treiber schaltungseinrichtung (3) dienen.

22. Thermodruckkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (10 A) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, derart, daß diejenige Seite des Durchgangsloches (10 A), die zur Aufnahme der Treiber schaltungseinrichtung (3) dient, einen größeren Durchmesser als die gegenüber liegende Seite aufweist.

23. Thermodruckkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (10 A) einen ersten Bereich (10 c) aufweist, der zur Aufnahme der Treiberschaltungseinrichtung (3) dient, und einen zweiten, schmaleren Be reich (10 d), durch den hindurch ein Einkapselungsmittel (11) zur Einkapselung der Treiberschaltungseinrichtung (3) in den ersten Bereich (10 c) des Durch gangsloches (10 A) gegossen wird.

24. Thermodruckkopf, gekennzeichnet durch

- ein Substrat (1),
- ein wärmeerzeugendes Widerstandselement (2 a) auf dem Substrat (1),
- eine Treiberschaltungseinrichtung (3) auf dem Substrat (1) zur An steuerung des wärmeerzeugenden Widerstandselementes (2 a),
- eine flexible Basisplatte (17) auf dem Substrat (1) zur Übertragung eines externen Signals zur Treiberschaltungseinrichtung (3),
- eine Drahtverbindungseinrichtung (5 a, 5 b) zur elektrischen Verbindung von wärmeerzeugendem Widerstandselement (2 a), Treiberschaltungseinrich tung (3) und flexibler Basisplatte (17), und
- eine Leitungseinrichtung (17 a) mit einem externen Leitungsnetz, die sich auf einer der gegenüberliegenden Flächen der flexiblen Basisplatte (17) befindet, auf der sich auch die Treiberschaltungseinrichtung (3) befindet, wobei die flexible Basisplatte (17) mit ihrer anderen Fläche in dichtem Kontakt mit dem Substrat (1) steht.