JP2005074650A - Thermal head and thermal printer using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発熱素子の熱を利用して印画記録等を行うサーマルヘッド、並びにサーマルプリンタに関するものである。 The present invention relates to a thermal head that performs print recording or the like using heat of a heating element, and a thermal printer.
従来より、発熱素子の熱を利用して感熱紙等の記録媒体に印画を形成する記録デバイスとしてサーマルヘッドが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a thermal head is known as a recording device that forms a print on a recording medium such as thermal paper using heat of a heating element.
かかるサーマルヘッドは、図4や図5に示す如く、ベースプレート22上に、直線状に配列された複数の発熱素子23と、該発熱素子23の両端に接続されるAl(アルミニウム)等からなる電極配線24と、を備えた構造のものが知られており、記録動作時、発熱素子23上に感熱紙等の記録媒体を搬送しながら、発熱素子23を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させ、その熱を記録媒体に伝達させることで所定の印画を形成する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the thermal head includes a plurality of
このようなサーマルヘッドは、発熱素子23に接続される電極配線24の一端が基板端部まで導出され、該導出部に電極パッド25が設けられている。この電極パッド25は、フレキシブル印刷配線板等の外部ヘッド基板27の配線導体28に対して半田やボンディングワイヤ等の導電材を介して電気的に接続されており、これによって外部ヘッド基板27から供給される電力がサーマルヘッド上の発熱素子23に供給される。電極パッド25は、導電材が半田である場合、半田ぬれ性が良好なNi(ニッケル)等が好適に使用される。
ところで、上述した電極パッド25に接続される外部配線板25に大きな外力が加わる場合、その外力によって電極パッド25が電極配線24より剥がれることがある。このため、電極パッド25が電極配線24より剥がれることを良好に防止できるようなサーマルヘッドが求められていた。
Incidentally, when a large external force is applied to the external wiring board 25 connected to the electrode pad 25 described above, the electrode pad 25 may be peeled off from the
本発明は上記課題に鑑み案出されたものであり、その目的は電極パッドと電極配線との剥離を良好に防止可能なサーマルヘッド並びにサーマルプリンタを提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermal head and a thermal printer capable of satisfactorily preventing peeling between an electrode pad and an electrode wiring.
本発明のサーマルヘッドは、発熱素子と、該発熱素子に接続される電極配線と、該電極配線上に設けられる電極パッドとを備えたサーマルヘッドにおいて、前記電極パッドの直下に位置する電極配線上で、且つ電極パッドの端部に沿った領域に溝状の窪みを設け、該窪み内に電極パッドの一部を延在したことを特徴とする。 The thermal head according to the present invention is a thermal head including a heating element, an electrode wiring connected to the heating element, and an electrode pad provided on the electrode wiring, on the electrode wiring positioned immediately below the electrode pad. In addition, a groove-like depression is provided in a region along the end portion of the electrode pad, and a part of the electrode pad extends in the depression.
また本発明のサーマルヘッドは、上記サーマルヘッドにおいて、前記電極パッドの延在部が電極パッドの両端部に位置していることを特徴とする。 The thermal head of the present invention is characterized in that, in the above thermal head, the extending portions of the electrode pads are located at both ends of the electrode pads.
更に本発明のサーマルヘッドは、上記サーマルヘッドにおいて、前記窪みの深さが前記電極パッドの直下領域における電極配線の厚みの30%〜80%に設定されていることを特徴とする。 Furthermore, the thermal head of the present invention is characterized in that, in the thermal head, the depth of the recess is set to 30% to 80% of the thickness of the electrode wiring in the region immediately below the electrode pad.
また更に本発明のサーマルヘッドは、上記サーマルヘッドにおいて、前記電極パッドに対して外部配線板の配線導体が電気的に接続されることを特徴とする。 Furthermore, the thermal head of the present invention is characterized in that, in the thermal head, a wiring conductor of an external wiring board is electrically connected to the electrode pad.
本発明によれば、発熱素子と、該発熱素子に接続される電極配線と、該電極配線上に設けられる電極パッドとを備えたサーマルヘッドにおいて、電極パッドの直下に位置する電極配線で、且つ電極パッドの端部に沿った領域に溝状の窪みを設け、該窪み内に電極パッドの一部を延在したことから、該延在部によって剥離の起点となりやすい電極パッドの端部で電極パッドと電極配線との接触面積を大きくして両者の被着強度を高めることができる。従って、電極配線に対する電極パッドの剥離が良好に防止され、信頼性の高いサーマルヘッド及びサーマルプリンタを実現できる。 According to the present invention, in a thermal head including a heating element, an electrode wiring connected to the heating element, and an electrode pad provided on the electrode wiring, the electrode wiring is located immediately below the electrode pad, and Since a groove-like depression is provided in a region along the edge of the electrode pad, and a part of the electrode pad extends in the depression, the electrode is formed at the edge of the electrode pad that tends to be a starting point of peeling by the extension. The contact area between the pad and the electrode wiring can be increased to increase the adhesion strength between the two. Therefore, peeling of the electrode pad from the electrode wiring is well prevented, and a highly reliable thermal head and thermal printer can be realized.
なお、前記窪みの深さは、前記電極パッドの直下領域における電極配線の厚みの30%〜80%に設定することが好ましい。 The depth of the recess is preferably set to 30% to 80% of the thickness of the electrode wiring in the region immediately below the electrode pad.
また本発明によれば、前記電極パッドの延在部を電極パッドの両端部に位置させることにより、電極配線に対する電極パッドの剥離をより効果的に防止することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to more effectively prevent peeling of the electrode pad from the electrode wiring by positioning the extended portion of the electrode pad at both ends of the electrode pad.
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図、図2は図1のサーマルヘッドの要部拡大断面図であり、同図に示すサーマルヘッドは、大略的に、ヘッド基板1と、フレキシブル配線板8とで構成されている。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a thermal head according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the thermal head of FIG. 1. The thermal head shown in FIG. And the flexible wiring board 8.
ヘッド基板1は、グレーズドアルミナセラミックス等から成る矩形状のベースプレート2上に、複数の発熱素子3、電極配線4、電極パッド5等を取着させた構造を有している。
The head substrate 1 has a structure in which a plurality of heating elements 3, electrode wirings 4, electrode pads 5 and the like are attached on a
ベースプレート2は、その上面で発熱素子3や電極配線4、電極パッド5等を支持するための支持母材として機能するものであり、グレーズドアルミナセラミックスから成る場合、まずアルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤を添加・混合する等してセラミックグリーンシートを形成するとともに、該シートを所定形状に打ち抜いて高温で焼結させることによってアルミナ基板を形成し、得られたアルミナ基板の上面に従来周知のスクリーン印刷等によってガラスペーストを印刷・塗布し、これを高温で焼き付けグレーズ層を形成することによって製作される。
The
尚、上述したグレーズドアルミナセラミックス基板のグレーズ層は、印画に際して後述する発熱素子3の発する熱の一部を蓄積し、発熱素子3の温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させるための蓄熱層として機能するものであり、かかる機能を有するものであれば、グレーズ層の形状は、断面山状を成す帯状であっても良いし、厚みが略均一な層状であっても良いし、層状グレーズに帯状グレーズを被着させたものであっても良い。 Note that the glaze layer of the above-described glazed alumina ceramic substrate accumulates a part of heat generated by the heating element 3 to be described later at the time of printing, and raises the temperature of the heating element 3 to a predetermined temperature necessary for printing in a short time. As long as it has such a function, the shape of the glaze layer may be a strip shape having a mountain-shaped cross section, or a layer shape having a substantially uniform thickness. Alternatively, a layered glaze may be coated with a belt-shaped glaze.
またベースプレート2上の複数の発熱素子3は、例えば600dpi(dot per inch)の密度でベースプレート2の一方長辺に沿って主走査方向に直線状に被着・配列されており、その各々がTaSiOやTiSiO,TiCSiO等の電気抵抗材料からなる抵抗体膜から成っているため、電極配線4や電極パッド5、後述するフレキシブル配線板8の配線導体9等を介して電源電力が供給されるとジュール発熱を起こし、感熱紙等の記録媒体に印画を形成するのに必要な所定の温度となる。
The plurality of heating elements 3 on the
また発熱素子3の両端に接続される電極配線4は、外部からの電源電力等を発熱素子3に供給するための給電配線、或いは、図示しないドライバーICに印画信号等を供給するための信号配線として機能するものであり、例えばAl(アルミニウム)やCu(銅)等の加工性の良好な金属によってベースプレート2の上面に所定パターンをなすように形成される。
The electrode wiring 4 connected to both ends of the heat generating element 3 is a power supply wiring for supplying power from the outside to the heat generating element 3, or a signal wiring for supplying a print signal or the like to a driver IC (not shown). For example, it is formed so as to form a predetermined pattern on the upper surface of the
この電極配線4は、大略的には、複数の発熱素子3の一端側で共通に接続される共通電極配線4aと、各発熱素子3の他端側で個別に接続される個別電極配線4bとで構成されており、かかる共通電極配線4a及び個別電極配線4bの一部がベースプレート2の他方長辺まで導出される。
In general, the electrode wiring 4 includes a common electrode wiring 4a commonly connected on one end side of the plurality of heating elements 3, and an individual electrode wiring 4b individually connected on the other end side of each heating element 3. A part of the common electrode wiring 4 a and the individual electrode wiring 4 b is led out to the other long side of the
この導出部4cには電極パッド5が2μm〜3μmの厚みで被着されており、この導出部4cにおける電極配線4の厚みD1は他の領域における電極配線4の厚みD2よりも薄くなっており、電極配線4には電極パッド5の下部領域が接触する段差部が形成されている。 An electrode pad 5 is attached to the lead-out portion 4c with a thickness of 2 μm to 3 μm, and the thickness D1 of the electrode wiring 4 in the lead-out portion 4c is thinner than the thickness D2 of the electrode wiring 4 in other regions. The electrode wiring 4 is formed with a stepped portion in contact with the lower region of the electrode pad 5.
電極パッド5は、ヘッド基板1の電極配線4と後述するフレキシブル印刷配線板8の配線導体9とを半田やボンディングワイヤ等の導電材6を介して電気的に接続するための接続端子として機能するものであり、本実施形態のように導電材6が半田から成る場合、半田ぬれ性が良好な金属層、例えばZn(亜鉛)、Ni(ニッケル)を順次積層したもの、Ni(ニッケル)及びAu(金)を順次積層したもの、Zn(亜鉛)、Ni(ニッケル)、Au(金)を順次積層したもの、Pd(パラジウム)、Ni(ニッケル)、Au(金)を順次積層したもの等、Niを含む金属層が好適に採用される。
The electrode pad 5 functions as a connection terminal for electrically connecting the electrode wiring 4 of the head substrate 1 and a wiring conductor 9 of a flexible printed wiring board 8 to be described later via a
そして、電極パッド5の直下に位置する電極配線4、すなわち、導出部4cで、且つ電極パッド5の端部に沿った領域には、溝状の窪み4dが設けられており、該窪み4d内に電極パッド5の一部が延在され、該延在部5aと窪み4dとが接触している。
A groove-
このため、電極パッド5の起点となりやすい電極パッド5の端部で電極パッド5と電極配線4との接触面積を大きくすることができ、両者の被着強度を高めることができる。従って、フレキシブル配線板8に大きな外力が印加される等して、電極パッド5に大きな負荷がかかったとしても、電極配線4に対する電極パッド5の剥離が良好に防止され、信頼性の高いサーマルヘッドを実現できる。 For this reason, the contact area between the electrode pad 5 and the electrode wiring 4 can be increased at the end of the electrode pad 5 that is likely to be the starting point of the electrode pad 5, and the adhesion strength of both can be increased. Therefore, even if a large external force is applied to the flexible wiring board 8 and a large load is applied to the electrode pad 5, the electrode pad 5 is prevented from peeling off from the electrode wiring 4, and a highly reliable thermal head. Can be realized.
なお、ここでいう電極パッド5の端部とは、電極配線4の導出方向における端部であり、片側端部であってもよいし、両側端部であっても良いが、両側端部の方が被着強度アップの観点から好ましい。 In addition, the edge part of the electrode pad 5 here is an edge part in the derivation | leading-out direction of the electrode wiring 4, may be a one-side edge part, may be a both-sides edge part, Is preferable from the viewpoint of increasing the deposition strength.
また窪み4dの深さ(D3)としては、電極パッド5の直下領域における電極配線4の厚みD1(導出部4cの厚み)の30%〜80%に設定されていることが好ましい。その理由は、窪み4dが導出部4cの厚みD1の80%よりも大きいと、窪み4dの直下領域での電極配線4の厚みが薄くなりすぎて、この部分の配線抵抗が大きくなって消費電力を小さく抑えることが困難となり、一方、窪み4dが導出部4cの厚みD1の30%よりも小さいと、電極パッド5の被着強度アップの効果をそれほど高めることができないからである。
Further, the depth (D3) of the
更に本実施形態においては、先に述べたように、電極配線4の厚みを電極パッド5の直下領域で他の領域よりも薄く成して段差部を形成し、該段差部に対して電極パッド5の下部領域を接触させているため、電極パッド5と電極配線4との接触面積を更に大きくすることができ、電極配線4に対する電極パッド5の被着強度がより高められる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the thickness of the electrode wiring 4 is made thinner in the region immediately below the electrode pad 5 than in other regions to form a stepped portion, and the electrode pad is formed with respect to the stepped portion. 5, the contact area between the electrode pad 5 and the electrode wiring 4 can be further increased, and the adhesion strength of the electrode pad 5 to the electrode wiring 4 can be further increased.
尚、上述した発熱素子3及び電極配線4は、例えばTaSiO等の電気抵抗材料とAl等の金属材料を従来周知のスパッタリングや蒸着法等によってベースプレート2上に所定厚みに順次被着させ、これを従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術を採用し、所定パターンに加工することによって形成される。
The heating element 3 and the electrode wiring 4 described above are formed by sequentially depositing an electric resistance material such as TaSiO and a metal material such as Al on the
また電極パッド5は、Zn,Niの2層構造である場合、例えば、電極配線4の形成後、一部を露出させるように電極配線4の上面をマスキングした状態で膜を従来周知のエッチング技術を用いて電極配線4の表面を厚み方向にエッチングし、導出部4cや溝状の窪み4dを形成する。次に、従来周知の置換めっき法を採用し、電極配線4の露出部分を硫酸亜鉛溶液に所定時間、浸漬することによって電極配線4を形成するAlの一部をZnで置換し、しかる後、このZnを触媒とした無電解Niめっきを行うことによって形成される。
Further, when the electrode pad 5 has a two-layer structure of Zn and Ni, for example, after the formation of the electrode wiring 4, the film is masked on the upper surface of the electrode wiring 4 so that a part of the electrode pad 5 is exposed. Is used to etch the surface of the electrode wiring 4 in the thickness direction, thereby forming the lead-out portion 4c and the groove-
そして上述した発熱素子3や電極配線4上には窒化珪素(Si3N4)や酸化珪素(SiO2)、サイアロン(Si-Al-O-N)等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成る保護膜7が被着されており、該保護膜7によって発熱素子3や電極配線4が共通に被覆されている。
An inorganic material having excellent wear resistance, such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxide (SiO 2 ), sialon (Si—Al—O—N), etc., on the heating element 3 and the electrode wiring 4 described above. A
保護膜7は、発熱素子3や電極配線4等を記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護するためのものであり、その一端が電極パッド5の近傍まで延在されている。
The
尚、保護膜7は、従来周知の薄膜形成技術、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法やスパッタリング等を採用し、窒化珪素(Si3N4)や酸化珪素(SiO2)、サイアロン(Si-Al-O-N)等の無機質材料を発熱素子3や電極配線4等の上面に5μm〜10μmの厚みに被着させることにより形成される。
The
一方、ヘッド基板1に対して接続されるフレキシブル配線板8は、ヘッド基板1上の電極配線4等に電気的に接続される複数個の配線導体9を有し、これをポリイミド樹脂等から成るフィルム9で両側より挟持した構造を成しており、該フィルム9の一部を切り欠いて露出された配線導体9の露出部をヘッド基板1上の電極配線4に対して電気的に接続される接続部としている。 On the other hand, the flexible wiring board 8 connected to the head substrate 1 has a plurality of wiring conductors 9 electrically connected to the electrode wirings 4 and the like on the head substrate 1, which are made of polyimide resin or the like. The film 9 is sandwiched from both sides, and the exposed portion of the wiring conductor 9 exposed by cutting out a part of the film 9 is electrically connected to the electrode wiring 4 on the head substrate 1. Connection part.
このフレキシブル配線板8は、記録動作時、外部からの電力や電気信号を、配線導体9を介してヘッド基板1上の発熱素子3に供給するためのものであり、サーマルヘッドをプリンタ本体に組み込む際、配線導体9をフレキシブル配線板8の一端に取着される図示しないコネクタ部材を介してプリンタ本体に接続させておくことにより、外部からの電力や電気信号がサーマルヘッドに供給可能な状態となる。 This flexible wiring board 8 is for supplying electric power and electric signals from the outside to the heating element 3 on the head substrate 1 through the wiring conductor 9 during the recording operation, and the thermal head is incorporated in the printer body. At this time, the wiring conductor 9 is connected to the printer body via a connector member (not shown) attached to one end of the flexible wiring board 8 so that electric power and electric signals from the outside can be supplied to the thermal head. Become.
尚、フレキシブル配線板8は、例えばポリイミド樹脂製のフィルム8aに銅箔を貼り付けた上、この銅箔を従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術にて所定パターンに加工することで複数個の配線導体9を形成し、しかる後、フィルム8aを貼り付けて配線導体9の接続部以外の領域をフィルム8aで被覆することによって製作される。
The flexible wiring board 8 has a plurality of wiring conductors obtained by, for example, pasting a copper foil on a
またフレキシブル配線板8とヘッド基板1との接続は、例えば、導電材6が半田からなる場合、配線導体9の接続部が設けられているフレキシブル配線板8の一端部を、配線導体9の接続部が電極パッド5と対向するようにしてヘッド基板1の一部上面に重畳させ、しかる後、電極パッド5と配線導体9の接続部との間に介在させた半田をヒーターバー等を用いて加熱・溶融させ、両者を半田接合することによって行なわれる。
For example, when the
かくして上述したサーマルヘッドは、ヘッド基板1の発熱素子3上に感熱紙等の記録媒体を搬送しながら、複数の発熱素子3を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該熱を記録媒体に伝達させ、所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図3に示す如く、プラテンローラ10と、搬送ローラ11と、駆動手段Cとが配設される。
Thus, the above-described thermal head selectively causes Joule heating of the plurality of heating elements 3 individually based on image data from the outside while conveying a recording medium such as thermal paper onto the heating elements 3 of the head substrate 1. Then, the heat is transmitted to the recording medium to form a predetermined print, thereby functioning as a thermal head.
A thermal printer incorporating the thermal head as described above is provided with a
プラテンローラ10は、SUS等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を3mm〜15mm程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドTの発熱素子3上に回転可能に支持されている。
The
かかるプラテンローラ10は、記録媒体をサーマルヘッドTに対して押圧し、発熱素子3からの熱を感熱紙やインクリボン等の記録媒体に対して伝導しやすくするとともに、記録媒体を発熱素子3の配列と直交する方向(図中の矢印方向)に搬送するようにしている。
The
一方、搬送ローラ11は、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドTに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ11と前述のプラテンローラ10とで記録媒体の走行を支持している。
On the other hand, the outer periphery of the
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
例えば上述の実施形態においては、電極配線4の導出部4cの厚みを薄くして電極配線4に段差を設けるようにしたが、電極配線の導出部と他の領域とで厚みを均一にしても良い。また導出部4cの厚みが他の領域の電極配線4よりも薄いか、等しいかに関わらず、該導出部4cに凹部を設け、該凹部に上述の電極パッド5の下部領域全体を埋設させるようにすれば、電極パッド5の外周に沿って電極配線4が接触するようになり、電極パッド5の被着強度を更に高めることができる。この場合、窪み4dは凹部内に形成されることとなる。
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the thickness of the lead-out portion 4c of the electrode wiring 4 is reduced to provide a step in the electrode wiring 4. However, the thickness is uniform between the lead-out portion of the electrode wiring and other regions. good. Regardless of whether the thickness of the lead-out portion 4c is thinner than or equal to the electrode wiring 4 in other regions, the lead-out portion 4c is provided with a recess so that the entire lower region of the electrode pad 5 is embedded in the recess. By doing so, the electrode wiring 4 comes into contact along the outer periphery of the electrode pad 5, and the adhesion strength of the electrode pad 5 can be further increased. In this case, the
1・・・ヘッド基板
2・・・ベースプレート
3・・・発熱素子
4・・・電極配線
4a・・・共通電極配線
4b・・・個別電極配線
4c・・・導出部
4d・・・窪み
5・・・電極パッド
5a・・・延在部
6・・・導電材
7・・・保護膜
8・・・フレキシブル配線板
8a・・・フィルム
9・・・配線導体
10・・・プラテンローラ
11・・・搬送ローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (5)
前記電極パッドの直下に位置する電極配線上で、且つ電極パッドの端部に沿った領域に溝状の窪みを設け、該窪み内に電極パッドの一部を延在したことを特徴とするサーマルヘッド。 In a thermal head comprising a heating element, an electrode wiring connected to the heating element, and an electrode pad provided on the electrode wiring,
A thermal structure characterized in that a groove-like depression is provided on an electrode wiring located immediately below the electrode pad and along an end portion of the electrode pad, and a part of the electrode pad extends in the depression. head.
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