JP2013071383A

JP2013071383A - サーマルプリントヘッドの製造方法

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Publication number: JP2013071383A
Application number: JP2011213482A
Authority: JP
Inventors: Jungo Nakamigi; 純吾中右
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: JP5905224B2

Abstract

【課題】グレーズ層の突条の幅を延びる方向にわたって均一化する。
【解決手段】セラミックの素板７１に、その表面から突出してその表面に沿って延びる凸部９５を含むパターンでガラスペーストをスクリーン印刷する。この凸部９５は、中央の幅太部９６と両端部の幅細部９７とを持つ。素板７１に付着したガラスペーストを焼成して、グレーズ層を形成する。その後、グレーズ層の表面に所定のパターンで抵抗体層および電極層を形成し、保護被膜層で覆う。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドの製造方法に関する。

サーマルプリントヘッドは、発熱抵抗素子を配列した発熱体板と、その素子を発熱させる駆動素子を搭載した回路基板と、それらを支える放熱板とを有する。発熱体板は、絶縁基板と、発熱抵抗体層と、アルミニウムなどの電極となる導電層とを有している。この絶縁基板は、アルミナなどのセラミック基板上にグレーズ層を形成したものである。発熱抵抗体層および導電層は、絶縁基板の表面にスパッタ法などの薄膜形成方法によって、積層形成された後、フォトエッチングプロセスにより所定のパターンに形成される。発熱抵抗体層および導電層には、発熱抵抗体と個別電極とが一直線上に形成したものを主走査方向に配列されている。発熱抵抗体および電極の表面には、保護膜層が薄膜形成方法で形成される。

発熱体板は、製品の要求仕様に応じてグレーズ層の厚さを変えたり、あるいは、発熱抵抗体が配列される部分の形状を凸に形成して製品性の向上を図ったりしている。発熱体板にとって、記録媒体との密着性は重要である。したがって、発熱体板の表面層である保護膜層の平滑性が重要であり、また、下地を形成している絶縁基板の全体的な平坦性および記録媒体と直接接触する凸部の直線性や表面形状の平坦性が重要である。

絶縁基板は、平滑に面加工されたセラミック基板上にグレーズ（ガラス）を所定の厚みにスクリーン印刷し、高温焼成することによって形成される。グレーズには、平面状のグレーズをフォトエッチングプロセスによって所定のパターンに形成した後、グレーズをエッチングすることにより、グレーズ面に凹凸部を形成する。その後、グレーズ（ガラス）を高温招請して溶融するＲ化処理を施す。これにより、絶縁基板に曲面を持つ凹凸が形成される。

特開２００４−３５１７９９号公報

サーマルプリントヘッドの絶縁基板を形成する際、高温で溶融したグレーズの流動性とレベリング作用とにより、グレーズは基板における面分布の構造や、形成する凹凸部の面内の配置により、所望の形状にならない場合がある。たとえば、基板を分割して複数の製品を製造する場合など基板面に複数本の凸条を形成する場合において、直線状に形成された凸部の両端部は、表面張力による膨らみが発生して盛り上がるメカニカス作用が及ぼされる場合がある。また、凸部の裾野には、逆にへこみが発生する場合がある。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドのグレーズ層の突条の幅を延びる方向にわたって均一化することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、素板を分割した基板とその基板の表面に形成されたガラスの突条とその突条の表面にその突条が延びる方向に間隔を置いて配列された複数の抵抗体と間隙を挟んでその抵抗体に接続された電極とを有するサーマルプリントヘッドの製造方法において、前記素板の表面から突出して前記表面に沿って延びて両端部の幅が細い帯状の凸部を含むパターンでガラスペーストを前記表面に付着させるパターニング工程と、前記パターニング工程の後に、前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、前記焼成工程の後に、前記抵抗体および前記電極を形成する金属層工程と、前記焼成工程の後に前記前記素板を複数の部分に分割する分割工程と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、基板とその基板の表面に形成されたガラスの突条とその突条の表面にその突条が延びる方向に間隔を置いて配列された複数の抵抗体と間隙を挟んでその抵抗体に接続された電極とを有するサーマルプリントヘッドの製造方法において、基板の表面から突出して前記表面に沿って延びて両端部の幅が細い帯状の凸部を含むパターンでガラスペーストを前記表面に付着させるパターニング工程と、前記パターニング工程の後に、前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、前記焼成工程の後に、前記抵抗体および前記電極を形成する金属層工程と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、基板とその基板の表面に形成されたガラス層と間隔を置いて配列された複数の抵抗体と間隙を挟んでその抵抗体に接続された電極とを有するサーマルプリントヘッドの製造方法において、基板の表面に外縁部にその内側よりも前記ガラスペーストの厚さが薄い部分を含むパターンでガラスペーストを前記表面に付着させるパターニング工程と、前記パターニング工程の後に、前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、前記焼成工程の後に、前記抵抗体および前記電極を形成する金属層工程と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、基板とその基板の表面に形成されたガラスの突条とその突条の表面にその突条が延びる方向に間隔を置いて配列された複数の抵抗体と間隙を挟んでその抵抗体に接続された電極とを有するサーマルプリントヘッドの製造方法において、基板の表面から突出して前記表面に沿って延びて両端部の幅が細い複数の互いにほぼ平行に延びる凸部とほぼ平行な２つの前記凸部の間に延びる溝部とを含むパターンでガラスペーストを前記表面に付着させるパターニング工程と、前記パターニング工程の後に、前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、前記焼成工程の後に、前記抵抗体および前記電極を形成する金属層工程と、前記焼成工程の後に前記溝部で前記前記素板を複数の部分に分割する分割工程と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドのグレーズ層の凸条の幅を延びる方向にわたって均一化することができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態におけるガラスペーストのパターニング終了後の上面図である。図１のII−II矢視断面図である。図１のIII−III矢視側面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態における焼成後のグレーズ層の上面図である。図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。図４のVI−VI矢視断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態を断面図とともに示すフローチャートである。本発明に係る製造方法の一実施の形態によって製造されたサーマルプリントヘッドの上面図である。本発明に係る製造方法の一実施の形態によって製造されたサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの断面図である。幅および高さが一定の直線状の凸部を持つパターンに形成されたガラスペーストを焼成した場合の上面図である。平行な複数の凸部を持つパターンに形成されたガラスペーストを焼成した場合の断面図である。平行な複数の凸部を持つパターンに形成されたガラスペーストを焼成した場合の他の断面図である。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。

図８は、本発明に係る製造方法の一実施の形態によって製造されたサーマルプリントヘッドの上面図である。図９は、本実施の形態の製造方法によって製造されたサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの断面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１１は、放熱板３０と発熱体板２０と回路基板４０とを有している。放熱板３０は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された長方形の平板である。

発熱体板２０は、セラミック基板２２およびグレーズ層２５からなる絶縁基板を有している。セラミック基板２２は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成された長方形の平板である。セラミック基板２２の一方の表面は放熱板３０と向かい合っており、他方の表面にはグレーズ層２５が融着している。グレーズ層２５は、ガラスで形成されている。グレーズ層２５には、セラミック基板２２の表面から突出する突条部２１が形成されている。突条部２１は、セラミック基板２２の一方の長辺に近接してほぼ直線状に延びている。

グレーズ層２５の表面には、突条部２１が延びる方向に沿って間隔を置いて突条部２１を跨ぐように抵抗体層が形成されている。また、抵抗体層の表面には、金属配線層２８が形成されている。金属配線層２８には突条部２１の一部を跨ぐ切欠部が形成されていて、抵抗体層の金属配線層２８と重なり合わない部分が発熱抵抗体２６となる。このようにして発熱抵抗体２６が突条部２１の表面に間隔を置いて複数配列されて、突条部２１のラインに沿った帯状の発熱領域２４が形成されている。発熱体板２０には、グレーズ層２５、金属配線層２８および抵抗体層の保護のために、これらを覆う絶縁保護層２９が形成されている。

また、サーマルプリントヘッド１１は、発熱領域２４を発熱させる駆動回路を有している。その駆動回路は、たとえば発熱体板２０と同じ側の表面で放熱板３０に載置された回路基板４０の上に形成されている。回路基板４０には、発熱領域２４に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力が入力される。この駆動回路は、たとえば回路基板４０に設けられた駆動素子４２などの電気部品を有している。発熱体板２０と駆動回路とは、たとえば発熱体板２０と回路基板４０との間に架け渡されたボンディングワイヤ４４によって電気的に接続される。さらに、回路基板４０の表面に形成された配線パターンと駆動素子４２との間もボンディングワイヤ４４で電気的に接続される。駆動素子４２およびボンディングワイヤ４４は、たとえば樹脂４８によって封止される。

このサーマルプリントヘッド１１を用いたプリンタは、発熱領域２４の表面の法線上に位置する軸５２を中心とする円筒状のプラテンローラ５０を有している。プラテンローラ５０によって被印刷媒体６０がサーマルプリントヘッド１１に押し付けられる。この状態で発熱領域２４の発熱抵抗体２６が発熱することによって、被印刷媒体６０に印画される。被印刷媒体６０が副走査方向に搬送されながら、主走査方向に延びる発熱領域２４が所定のパターンで発熱することによって、被印刷媒体６０には所望の画像が形成される。

次に、本実施の形態の製造方法を説明する。

図７は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの製造方法を断面図とともに示すフローチャートである。

まず、セラミックの素板７１の主面にガラスペースト７２を印刷する（Ｓ１）。ガラスペースト７２の厚さは、たとえば３０〜１２０μｍとする。

次に、ガラスペースト７２の表面に感光性レジスト７３を塗布する（Ｓ２）。感光性レジスト７３の厚さは、たとえば１０〜２０μｍである。所定のマスクを用いて感光性レジスト７３の一部を露光させ、エッチングにより露光部分を取り除く（Ｓ３）。

一部が取り除かれた感光性レジスト７３が表面に残っている状態で、ガラスペースト７２の一部をエッチングによって取り除く（Ｓ４）。エッチングによって取り除く厚さは、たとえば１〜５μｍである。これによりガラスペースト７２の表面に、溝９１および外周部の小厚部９２が形成される。エッチング（Ｓ４）の後、ガラスペースト７２の表面に残存している感光性レジスト７３を除去する（Ｓ５）。

次に、溝９１および小厚部９２を含むガラスペースト７２の表面全体に、再び感光性レジスト７４を塗布する（Ｓ６）。次に、所定のマスクを用いて感光性レジスト７４の一部を露光させ、エッチングにより露光部分を取り除く（Ｓ７）。この際、少なくとも工程Ｓ４で形成された溝９１および小厚部９２は、感光性レジスト７４が取り除かれるようにする。

感光性レジスト７４が残っている状態で、ガラスペースト７２の一部をエッチングによって取り除く（Ｓ８）。エッチングによって取り除く厚さは、たとえば２０〜７０μｍである。このとき、工程Ｓ４で形成された段差は保持されたまま、エッチングが進行する。その結果、工程Ｓ４で形成された溝９１および小厚部９２に対応する位置に、溝９３および小厚部９４が形成されることとなる。

次に、感光性レジスト７４を除去する（Ｓ９）。これによりガラスペースト７２のパターニングが完了し、絶縁基板に所定のパターンでガラスペースト７２が付着した素板７１ができあがる。

ガラスペースト７２のパターニングが完了した（Ｓ９）後、素板７１に所定のパターンで付着したガラスペースト７２を焼成する（Ｓ１０）。この際、ガラスペースト７２の温度をガラスの軟化点温度以上にして、所定の時間保持し、その後、常温まで冷却する。ガラスペースト７２は、軟化点以上の温度になって流動性が大きくなり、表面張力および重力の作用によって、丸みを帯びた形状となり、グレーズ層２５が形成される。

図１０は、幅および高さが一定の直線状の凸部を持つパターンに形成されたガラスペーストを焼成した場合の上面図である。図１１は、平行な複数の凸部を持つパターンに形成されたガラスペーストを焼成した場合の断面図である。図１２は、平行な複数の凸部を持つパターンに形成されたガラスペーストを焼成した場合の他の断面図である。

幅および高さが一定の直線状の凸部を持つパターンでガラスペーストを形成した場合、そのガラスペーストを焼成すると、その凸部の端部近傍には、盛り上がった部分８１が形成される。同様に、素板７１の外縁においても盛り上がった部分８４が形成される。また、凸部の端部近傍では、突条の幅が広い部分８２が形成される。これは表面張力によるメニスカス作用によるものである。

また、平行な複数の凸部を持つパターンに形成されたガラスペーストを焼成した場合、それらの凸部の間隔が小さいと、２つの凸部の表面張力が互いに影響を与える。その結果、それらのガラスペーストの状態で凸部の間が平坦だと、焼成した後に、凸部の間に盛り上がった部分８３が形成されたり、凸部の裾野部分で傾斜角度が小さくなる場合がある。特に、凸部のピッチが３ｍｍ以下の場合に、この影響が顕著に現れる。

しかし、本実施の形態では、焼成時のガラスの流動に対応して、予めガラスペーストのパターンを形成しておくことにより、焼成後のグレーズ層２５の形状を適切に制御している。

図１は、本実施の形態におけるガラスペーストのパターニング終了後の上面図である。図２は、図１のII−II矢視断面図である。図３は、図１のIII−III矢視側面図である。なお、本実施の形態では、一枚のセラミックの素板７１から８枚の発熱体板２０を形成することとしている。図１の破線は、これらの複数の発熱体板２０に切り分けるための切断線を示している。

工程Ｓ８まででガラスペースト７２のパターニングが完了する。焼成前のガラスペースト７２は、焼成後の突条部２１に対応する位置に帯状の凸部９５が形成されている。この帯状の凸部９５は、中央の幅太部９６と、両端の幅細部９７とからなっている。

また、本実施の形態では、一枚の素板７１から複数の発熱体板２０を形成するため、一枚の素板７１上にガラスペースト７２の複数の凸部９５が形成されている。これらの凸部９５のうち、平行に延びる２つの凸部９５の間のほぼ中央には、溝９３が形成されている。

さらに、素板７１の外縁部分には、ガラスペースト７２の厚さが薄い小厚部９４が形成されている。小厚部９４の幅は、コーナー部を除き、外縁に沿って一定である。コーナー部において小厚部９４の幅は、広くなっている。

図４は、本実施の形態における焼成後のグレーズ層の上面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。図６は、図４のVI−VI矢視断面図である。

このように本実施の形態では、焼成時のガラスの流動に対応して、予めガラスペーストのパターンを形成している。このため、焼成後のグレーズ層２５の形状が適切に制御される。

突条部２１の両端部では、ガラスペースト７２の状態で幅を小さくしているため、図１２に示すような盛り上がった部分８１，８４や図１０に示すような幅が広い部分８２は形成されていない。その結果、突条部２１の高さは、主走査方向でほぼ一定で、端部では増大することなく小さくなっていく。突条部２１の幅は、主走査方向でほぼ一定で、端部では増大することなく小さくなっていく。

また、平行に延びる突条部２１の間では、ガラスペースト７２の状態で溝９３を形成しているため、図１１に示すような盛り上がった部分８１は形成されない。その結果、突条２１の間は、平坦になる。

さらに、素板７１の外縁部分には、ガラスペースト７２の状態で薄肉部９４を設けているため、盛り上がった部分は形成されない。その結果、素板７１の表面に形成されたグレーズ層２５の外縁部分も盛り上がることなく、外縁のごく近傍までその内側と厚さが同じグレーズ層２５が形成される。

このようにして素板７１の表面にグレーズ層２５が形成された後、グレーズ層の表面に抵抗膜層および金属層を形成する。抵抗膜層および金属層を所定の形状にエッチングすることにより、本実施の形態の発熱抵抗体２６および金属配線層２８が形成される。

発熱抵抗体２６および金属配線層２８が形成された板に、絶縁保護層２９を被膜する。その後、図１に破線で示す切断線で切断して、８枚の発熱体板２０が形成される。このようにして製造された発熱体板２０および駆動素子４２を搭載した回路基板４０を放熱板３０に載置し、駆動素子４０と発熱体板２０との間にボンディングワイヤ４４を架け渡し、駆動素子４０およびボンディングワイヤ４４を封止することにより、サーマルプリントヘッド１１が完成する。

このように本実施の形態によれば、焼成前のガラスペーストの形状を適切に設定することにより、焼成後に適切な形状のグレーズ層を得ることができる。このため、グレーズ層の形成後に盛り上がった部分などを研磨しなくても、適切な形状のサーマルプリントヘッド１１を製造することができる。つまり、低コストで高い品質のサーマルプリントを製造することができる。

たとえば、グレーズ層２５に形成された突条部２１の端部に盛り上がった部分は形成されないため、より長い範囲で断面形状が実質的に同じ突条部２１が形成される。その結果、より長い範囲で高さが均一な発熱領域２４を形成することができる。

また、突条部２１の端部に盛り上がった部分が形成されると、その部分にプラテンローラ５０が接触することにより、主走査方向の中央部付近でのプラテンローラ５０の発熱領域２４への押しつけ圧力が低下し、印画にかすれが生じる不具合が生じる可能性がある。しかし、本実施の形態によれば、突条部２１には一部盛り上がったところがないため、プラテンローラ５０の押しつけ圧力が主走査方向で均一になりやすい。したがって、印画精度が向上する。

プラテンローラ５０は、ある幅で発熱領域２４に接触する。したがって、突条部２１の幅が変化すると、プラテンローラ５０と発熱領域２４との接触状態が変化する。つまり、突条部２１の端部に幅が広い部分が形成されると、その部分でのプラテンローラ５０と発熱領域２４との接触状態が他の部分と異なることになる。その結果、印画精度が低下する可能性がある。しかし、本実施の形態によれば、突条部２１は実質的に一定の幅で両端部のごく近傍まで延びているため、プラテンローラ５０と発熱領域２４との接触状態は、主走査方向に長い領域でほぼ一定となる。その結果、印画精度が向上する。

また、素板７１の外縁部分にはグレーズ層２５が盛り上がった部分が形成されると、製品にする際にはその部分を切り落としたり、その盛り上がりがあっても問題ない構造のサーマルプリントヘッドとする必要がある。しかし、本実施の形態では、素板７１の外縁部分にはグレーズ層２５が盛り上がった部分が形成されず、グレーズ層２５が平坦な部分が素板７１の大部分を占めることになる。

その結果、一枚の素板７１からより多くのサーマルプリントヘッド１１を製造することができる。あるいは、素板７１の外縁部分を切り落とさなくても、外縁近傍まで発熱領域２４などを形成したコンパクトなサーマルプリントヘッド１１を製造することができる。また、グレーズ層２５が盛り上がった部分が形成されると、製品にする際にはその部分を切り落とす必要がなければ、その分の作業工数を低減できる。

また、一枚の板からそれぞれ突条部２１を持つ複数のサーマルプリントヘッド１１を製造する場合であっても、それらの突条部２１の間に盛り上がった部分は形成されない。したがって、突条部２１の間隔を狭くすることができ、一枚の板からより多くのサーマルプリントヘッド１１を製造することができる。突条２１の間隔を狭くしても、それらの間に盛り上がった部分が形成されないため、盛り上がった部分の研磨を行う必要がなく、作業工数を低減できる。あるいは、盛り上がった部分を避けてサーマルプリントヘッド１１を製造する必要がないため、材料の無駄が低減される。

１１…サーマルプリントヘッド、２０…発熱体板、２１…突条部、２２…セラミック基板、２４…発熱領域、２５…グレーズ層、２６…発熱抵抗体、２８…金属配線層、２９…絶縁保護層、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…駆動素子、４４…ボンディングワイヤ、４８…樹脂、５０…プラテンローラ、５２…軸、６０…被印刷媒体、７１…素板、７２…ガラスペースト、７３…感光性レジスト、７４…感光性レジスト、９１…溝、９２…小厚部、９３…溝、９４…小厚部、９５…凸部、９６…幅太部、９７…幅細部

Claims

素板を分割した基板とその基板の表面に形成されたガラスの突条とその突条の表面にその突条が延びる方向に間隔を置いて配列された複数の抵抗体と間隙を挟んでその抵抗体に接続された電極とを有するサーマルプリントヘッドの製造方法において、
前記素板の表面から突出して前記表面に沿って延びて両端部の幅が細い帯状の凸部を含むパターンでガラスペーストを前記表面に付着させるパターニング工程と、
前記パターニング工程の後に、前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、
前記焼成工程の後に、前記抵抗体および前記電極を形成する金属層工程と、
前記焼成工程の後に前記前記素板を複数の部分に分割する分割工程と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。
前記パターンには互いにほぼ平行に延びる複数の前記凸部とほぼ平行な２つの前記凸部の間に延びる溝部を含むことを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
前記パターンは外縁部にその内側よりも前記ガラスペーストの厚さが薄い部分を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
基板とその基板の表面に形成されたガラスの突条とその突条の表面にその突条が延びる方向に間隔を置いて配列された複数の抵抗体と間隙を挟んでその抵抗体に接続された電極とを有するサーマルプリントヘッドの製造方法において、
基板の表面から突出して前記表面に沿って延びて両端部の幅が細い帯状の凸部を含むパターンでガラスペーストを前記表面に付着させるパターニング工程と、
前記パターニング工程の後に、前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、
前記焼成工程の後に、前記抵抗体および前記電極を形成する金属層工程と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。
基板とその基板の表面に形成されたガラス層と間隔を置いて配列された複数の抵抗体と間隙を挟んでその抵抗体に接続された電極とを有するサーマルプリントヘッドの製造方法において、
基板の表面に外縁部にその内側よりも前記ガラスペーストの厚さが薄い部分を含むパターンでガラスペーストを前記表面に付着させるパターニング工程と、
前記パターニング工程の後に、前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、
前記焼成工程の後に、前記抵抗体および前記電極を形成する金属層工程と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。
基板とその基板の表面に形成されたガラスの突条とその突条の表面にその突条が延びる方向に間隔を置いて配列された複数の抵抗体と間隙を挟んでその抵抗体に接続された電極とを有するサーマルプリントヘッドの製造方法において、
基板の表面から突出して前記表面に沿って延びて両端部の幅が細い複数の互いにほぼ平行に延びる凸部とほぼ平行な２つの前記凸部の間に延びる溝部とを含むパターンでガラスペーストを前記表面に付着させるパターニング工程と、
前記パターニング工程の後に、前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、
前記焼成工程の後に、前記抵抗体および前記電極を形成する金属層工程と、
前記焼成工程の後に前記溝部で前記前記素板を複数の部分に分割する分割工程と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。