JP2014188683A

JP2014188683A - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2014188683A
Application number: JP2013063434A
Authority: JP
Inventors: Junichi Higuchi; 淳一樋口
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】ヘッド基板と回路基板との間に架け渡したボンディングワイヤーの健全性を確保する。
【解決手段】サーマルプリントヘッドに放熱板３０とヘッド基板２０と回路基板４０と第１樹脂封止体９１と第２樹脂封止体９２と第３樹脂封止体９３とを備える。ヘッド基板２０と回路基板４０との間には、ヘッド基板２０と回路基板４０とを電気的に接続するボンディングワイヤー４４が架け渡されている。第１樹脂封止体９１は、ボンディングワイヤー４４のヘッド基板２０との接続部分を封止する。第２樹脂封止体９２は、ボンディングワイヤー４４の回路基板４０との接続部分を封止する。第１樹脂封止体９１と第２樹脂封止体９２との間のボンディングワイヤー４４は、第３樹脂封止体９３で封止される。第３樹脂封止体９３は、第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２よりも軟らかい。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

近年、サーマルプリントヘッドは、ビデオプリンターやイメージャー、シールプリンターなどの出力用デバイスとして注目されている。サーマルプリントヘッドは、保温層を有する支持基体上に配列された発熱抵抗体を発熱させることによって、感熱紙や、製版フィルム印画紙、メディアなどに記録を行うものである。サーマルプリントヘッドに関して、低騒音、低ランニングコストなどの利点から、様々な開発が行われている。

サーマルプリントヘッドの支持基体は、たとえばアルミナなどのセラミック基板上に、保温層としてグレーズ層を形成したものである。この支持基体の表面に抵抗体層および導電層をスパッタ法などの薄膜形成法によって積層形成し、パターニングプロセスを通すことによって、対となる発熱抵抗体と個別電極とが一線上に形成される。さらに、抵抗体層および導電層の必要部位に保護被膜層をスパッタ法などの薄膜形成法で形成することによって、サーマルプリントヘッドのヘッド基板が形成される。

このヘッド基板と別途製造された回路基板とが放熱板で合体される。ヘッド基板の放熱板への接着には、接着剤による固定、両面テープによる固定などの方法が一般的に用いられる。ヘッド基板、回路基板および放熱板の合体の後、電極に駆動ＩＣ（Integrated Circuit）を介して回路基板とボンディングワイヤーで接続される。このボンディングワイヤーを樹脂封止するなどして、サーマルプリントヘッドが完成する。

ボンディングワイヤーを封止する樹脂として、硬化後に常温で十分な強度を持つエポキシ系樹脂が用いられる場合が多い。熱硬化型のエポキシ系樹脂でボンディングワイヤーを封止する場合、熱硬化後にヘッド基板がたわみ、発熱抵抗体の配列が曲がってしまう場合がある。これは、硬化の際の温度上昇に伴うヘッド基板および回路基板の熱膨張が異なる状態で両者がヘッド基板および回路基板に跨って配置された硬質の樹脂によって固定されるからである。そこで、ヘッド基板および回路基板に跨る部分を軟質のシリコーン系樹脂で封止し、この封止部分をたとえば金属製のカバーで保護する方法がある。

特開２０００−２９６６３３公報

サーマルプリントヘッドのヘッド基板および回路基板に架け渡したボンディングワイヤーを熱硬化型樹脂で封止すると、加熱時の熱膨張差に起因して発熱抵抗体の配列の直線性を確保できない場合がある。しかし、ボンディングワイヤーを軟質のシリコーン系樹脂などで封止すると、健全性を確保するために、硬質の部材で形成したカバーなどを設ける必要がある。このようなカバーを用いるとサーマルプリントヘッドの小型化を阻害する。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドの小型化を阻害することなく、ヘッド基板と回路基板との間に架け渡したボンディングワイヤーの健全性を確保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、サーマルプリントヘッドにおいて、放熱板と、絶縁基板の表面に間隔を置いて配列されたヒータとそれぞれのヒータの両端部に接続された電極とを有して前記放熱板に載置されたヘッド基板と、前記ヘッド基板と同じ側で前記放熱板に載置された回路基板と、前記ヘッド基板と前記回路基板との間に架け渡されて前記ヒータのそれぞれと前記回路基板とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤーと、前記回路基板から離間して前記ヘッド基板の表面で帯状に延びて前記ボンディングワイヤーの前記ヘッド基板との接続部分を封止する第１樹脂封止体と、前記ヘッド基板から離間して前記回路基板の表面で帯状に延びて前記ボンディングワイヤーの前記回路基板との接続部分を封止する第２樹脂封止体と、前記第１樹脂封止体および前記第２樹脂封止体よりも軟らかく前記第１樹脂封止体と前記第２樹脂封止体との間のボンディングワイヤーを封止する第３樹脂封止体と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、サーマルプリントヘッドの製造方法において、絶縁基板の表面に間隔を置いて配列されたヒータとそれぞれのヒータの両端部に接続された電極とを有して前記放熱板に載置されたヘッド基板と、回路基板と、を放熱板の同じ側の表面に載置する載置工程と、前記載置工程の後に、前記ヒータのそれぞれと前記回路基板とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤーを前記ヘッド基板と前記回路基板との間に架け渡すボンディング工程と、前記ボンディング工程の後に、前記ボンディングワイヤーの前記ヘッド基板との接続部分を前記回路基板から離間して前記ヘッド基板の表面で帯状に延びた熱硬化性の第１樹脂封止体で封止する第１封止工程と、前記ボンディング工程の後に、前記ボンディングワイヤーの前記回路基板との接続部分を前記ヘッド基板から離間して前記回路基板の表面で帯状に延びた熱硬化性の第２樹脂封止体で封止する第２封止工程と、前記第１封止工程および前記第２封止工程の後に、前記第１樹脂封止体および前記第２樹脂封止体よりも軟らかく前記第１樹脂封止体と前記第２樹脂封止体との間のボンディングワイヤーを第３樹脂封止体で封止する第３封止工程と、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小型化を阻害することなく、ヘッド基板と回路基板との間に架け渡したボンディングワイヤーの健全性を確保することができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の一部切欠き上面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態を用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。

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、本発明はこれに限定されない。

図１は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の断面図である。図２は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの一部切欠き上面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、ヘッド基板２０、放熱板３０および回路基板４０を有している。ヘッド基板２０は、長方形板状の絶縁基板２２を有している。絶縁基板２２は、たとえばアルミナなどのセラミック板２１の表面にガラスのグレーズ層２５を被着させた、電気絶縁性の平板である。

絶縁基板２２の表面には、たとえば絶縁基板２２の長辺方向に所定の間隔を置いて短辺方向に延びる抵抗体層２３と、その抵抗体層２３の表面に形成された金属配線層２８とが積層されている。金属配線層２８は、絶縁基板２２の短辺方向の一部に切欠部が形成されていて、抵抗体層２３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。発熱抵抗体２６に接続された金属配線層２８は、発熱抵抗体に電流を供給する電極となる。発熱抵抗体２６の列は、絶縁基板２２の一方の表面に長辺に沿って帯状に延びる発熱領域２４を形成している。発熱領域２４が延びる方向を主走査方向と呼ぶ。絶縁基板２２、発熱抵抗体２６および金属配線層２８は、保護膜２９で被覆されている。保護膜２９には、金属配線層２８の一部を露出させる開口が形成されている。

発熱抵抗体２６を発熱させる駆動回路は、たとえば回路基板４０に搭載された駆動用ＩＣ４２などによって形成されている。ヘッド基板２０および回路基板４０は、放熱板３０の同じ側の面に載置されている。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板である。ヘッド基板２０および回路基板４０は、両面テープ６１あるいは樹脂によって放熱板３０に固定される。

駆動用ＩＣ４２と金属配線層２８とは、保護膜に形成された開口を通じて、ボンディングワイヤー４４によって電気的に接続されている。また、駆動用ＩＣ４２と回路基板４０に形成された配線パターンの間も、ボンディングワイヤー４４によって電気的に接続されている。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は、たとえばコネクタを介して回路基板４０に入力される。

ヘッド基板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ー４４のヘッド基板２０との接続部分は、第１樹脂封止体９１で封止されている。第１樹脂封止体９１は、エポキシ系の熱硬化型樹脂である。第１樹脂封止体９１は、回路基板４０から離間している。すなわち、第１樹脂封止体９１は、ヘッド基板２０上にのみ位置していて、回路基板４０には接触していない。第１樹脂封止体９１は、ヘッド基板２０の表面で主走査方向に帯状に延びている。

ヘッド基板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ー４４の回路基板４０との接続部分は、第２樹脂封止体９２で封止されている。第２樹脂封止体９２は、回路基板４０に搭載された駆動用ＩＣ４２および駆動用ＩＣ４２から回路基板４０に形成された配線パターンとの間のボンディングワイヤー４４も封止している。第２樹脂封止体９２は、ヘッド基板２０から離間している。すなわち、第２樹脂封止体９２は、回路基板４０上にのみ位置していて、ヘッド基板２０には接触していない。第２樹脂封止体９２は、回路基板４０の表面で主走査方向に帯状に延びている。

ヘッド基板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ー４４の第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２で封止された部分の間は、第３樹脂封止体９３で封止されている。第３樹脂封止体９３は、第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２よりも軟らかいシリコーン系樹脂で形成されている。第３樹脂封止体９３は、ヘッド基板２０および回路基板４０に跨る領域で主走査方向に帯状に延びている。

ヘッド基板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ー４４は、第１樹脂封止体９１の頂部稜線よりも回路基板４０側の斜面から出ている。また、ヘッド基板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ー４４は、第２樹脂封止体９２の頂部稜線よりもヘッド基板２０側の斜面から出ている。第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２のそれぞれの頂部稜線近傍に跨って保護板９４が配置されている。つまり、保護板９４は、ヘッド基板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ー４４よりも放熱板３０から遠い位置に位置している。保護板９４は、たとえば硬質の樹脂板である。保護板９４は、たとえば第３樹脂封止体９３に埋め込まれている。

図３は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０を用いたサーマルプリンタは、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラ５８を有している。このプラテンローラ５８は、発熱領域２４が延びる方向である主走査方向に平行な直線上に軸５９を持つ。また、プラテンローラ５８の側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸５９を中心に回転可能に設けられる。

プラテンローラ５８の回転によって、プラテンローラ５８と発熱領域２４との間に挿入された感熱紙などの被印刷体５７は、主走査方向に垂直な副走査方向に移動する。プラテンローラ５８によって被印刷体５７を発熱領域２４に押し付けつつ、その被印刷体５７を副走査方向に移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを被印刷体５７の移動とともに変化させることにより、所望の画像を媒体上に形成する。

次に、このサーマルプリントヘッドの製造方法について説明する。

まず、ヘッド基板２０、放熱板３０および回路基板４０をそれぞれ製造する。次に、放熱板３０に両面テープを貼り、ヘッド基板２０および回路基板４０を放熱板３０に固定する。

その後、回路基板４０に駆動用ＩＣ４２を取り付ける。また、駆動用ＩＣ４２とヘッド基板２０との間、および、駆動用ＩＣ４２と回路基板４０上の端子との間をボンディングワイヤー４４で結線する。

ボンディングワイヤー４４での結線の後、ヘッド基板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ー４４のヘッド基板２０との接続部分に熱硬化性エポキシ系樹脂を帯状に塗布する。また、ボンディングワイヤー４４での結線の後、ヘッド基板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ー４４の回路基板４０との接続部分に熱硬化性エポキシ系樹脂を帯状に塗布する。熱硬化性エポキシ系樹脂を塗布した後、放熱板３０に固定されたヘッド基板２０および回路基板４０を熱硬化性エポキシ系樹脂の硬化温度以上に加熱することにより、第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２を形成する。

第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２が形成された後、シリコーン系樹脂を第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２との間の領域にボンディングワイヤー４４を覆う程度に塗布し、保護板９４を載置した後、さらにシリコーン系樹脂を塗布する。その後、そのシリコーン系樹脂を硬化させ、第３樹脂封止体９３を形成する。その後、コネクタなどの部品をはんだ付けするなどしてサーマルプリントヘッド１０が完成する。

このようなサーマルプリントヘッド１０では、硬質の熱硬化性樹脂がヘッド基板２０および回路基板４０に跨って配置されていないため、熱硬化時に、ヘッド基板２０および回路基板４０はそれぞれ独立して熱膨張および収縮する。その結果、熱硬化時のヘッド基板２０および回路基板４０の熱膨張差に起因するヘッド基板２０のたわみは生じない。したがって、ヘッド基板２０上の発熱抵抗体２６の配列の直線性は損なわれない。

ボンディングワイヤー４４は、硬質の第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２、あるいは、軟質の第３樹脂封止体９３で封止されているため、動作時などにおいても健全性が維持できる。シリコーン系樹脂などの軟質の樹脂を用いているものの、その部分を保護する硬質のカバーは不要であるため、サーマルプリントヘッド１０の小型化は阻害されない。

たとえば搬送される被印刷媒体などから受ける横からの力に対しては、硬質の第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２によって、ボンディングワイヤー４４への力の伝搬が抑制される。第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２の頂部稜線をボンディングワイヤー４４よりも高くしておくことにより、サーマルプリントヘッド１０の上側からの力の伝搬を抑制できる。さらに、ボンディングワイヤー４４を硬質の第１樹脂封止体９１および第２樹脂封止体９２ともに保護板９４で囲んでおくことによって、ボンディングワイヤー４４への外部からの力の伝搬をさらに抑制することができる。

このように、本実施の形態によれば、サーマルプリントヘッドの小型化を阻害することなく、ヘッド基板と回路基板との間に架け渡したボンディングワイヤーの健全性を確保することができる。

なお、本実施の形態では、保護板９４を第３樹脂封止体９３に埋め込んだ状態としているが、保護板９４のボンディングワイヤー４４とは反対側の表面は、第３樹脂封止体９３から露出していてもよい。保護板９４は、金属製であってもよいが、ボンディングワイヤー４４との接触による短絡の可能性を低減するためには、少なくとも表面が非導電性材料で形成されることが好ましい。

また、本実施の形態では、ヘッド基板２０と回路基板４０との間は硬質の樹脂で固定されていない。これに起因して、印刷時などにおけるプラテンローラ５８の回動によるヘッド基板２０に加えられる副走査方向への力によってヘッド基板２０が移動してしまう可能性がある場合には、たとえば放熱板３０の端面に押え部を設けて、ヘッド基板２０の副走査方向への移動を規制してもよい。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…ヘッド基板、２１…セラミック板、２２…絶縁基板、２３…抵抗体層、２４…発熱領域、２５…グレーズ層、２６…発熱抵抗体、２８…金属配線層、２９…保護膜、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…駆動用ＩＣ、４４…ボンディングワイヤー、５７…被印刷体、５８…プラテンローラ、５９…軸、６１…両面テープ、９１…第１樹脂封止体、９２…第２樹脂封止体、９３…第３樹脂封止体、９４…保護板

Claims

放熱板と、
絶縁基板の表面に間隔を置いて配列されたヒータとそれぞれのヒータの両端部に接続された電極とを有して前記放熱板に載置されたヘッド基板と、
前記ヘッド基板と同じ側で前記放熱板に載置された回路基板と、
前記ヘッド基板と前記回路基板との間に架け渡されて前記ヒータのそれぞれと前記回路基板とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤーと、
前記回路基板から離間して前記ヘッド基板の表面で帯状に延びて前記ボンディングワイヤーの前記ヘッド基板との接続部分を封止する第１樹脂封止体と、
前記ヘッド基板から離間して前記回路基板の表面で帯状に延びて前記ボンディングワイヤーの前記回路基板との接続部分を封止する第２樹脂封止体と、
前記第１樹脂封止体および前記第２樹脂封止体よりも軟らかく前記第１樹脂封止体と前記第２樹脂封止体との間のボンディングワイヤーを封止する第３樹脂封止体と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
前記第１樹脂封止体および前記第２樹脂封止体は熱硬化性エポキシ系樹脂で形成されていて、前記第３樹脂封止体はシリコーン系樹脂で形成されている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。
前記ボンディングワイヤーよりも前記放熱体から遠い位置で前記前記第１樹脂封止体と前記第２樹脂封止体との間に架け渡された保護板をさらに具備する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。
前記回路基板は基板の表面に載置された駆動ＩＣを備えていて、
前記ボンディングワイヤーは前記ヘッド基板の表面に形成されたボンディングパッドと前記駆動ＩＣとの間に架け渡されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
絶縁基板の表面に間隔を置いて配列されたヒータとそれぞれのヒータの両端部に接続された電極とを有して前記放熱板に載置されたヘッド基板と、回路基板と、を放熱板の同じ側の表面に載置する載置工程と、
前記載置工程の後に、前記ヒータのそれぞれと前記回路基板とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤーを前記ヘッド基板と前記回路基板との間に架け渡すボンディング工程と、
前記ボンディング工程の後に、前記ボンディングワイヤーの前記ヘッド基板との接続部分を前記回路基板から離間して前記ヘッド基板の表面で帯状に延びた熱硬化性の第１樹脂封止体で封止する第１封止工程と、
前記ボンディング工程の後に、前記ボンディングワイヤーの前記回路基板との接続部分を前記ヘッド基板から離間して前記回路基板の表面で帯状に延びた熱硬化性の第２樹脂封止体で封止する第２封止工程と、
前記第１封止工程および前記第２封止工程の後に、前記第１樹脂封止体および前記第２樹脂封止体よりも軟らかく前記第１樹脂封止体と前記第２樹脂封止体との間のボンディングワイヤーを第３樹脂封止体で封止する第３封止工程と、
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。