JP2014188980A

JP2014188980A - サーマルプリントヘッド

Info

Publication number: JP2014188980A
Application number: JP2013069105A
Authority: JP
Inventors: Takashi Furukawa; 隆司古川
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】主走査方向の精細度を高める。
【解決手段】サーマルプリントヘッドにおいて、長方形の絶縁基板２２と配線層と保護膜２９とを備える。配線層は、絶縁基板２２の表面に積層された第１抵抗体層６１と第１電極層６２と絶縁層６３と第２抵抗体層６４と第２電極層６５とを有する。第１抵抗体層６１には、絶縁基板２２の長手方向に間隔を置いて配列された第１発熱抵抗体６０が形成されている。第１発熱抵抗体６０は、第１電極層６２に形成された第１電極に接続する。第２抵抗体層６４には、第１発熱抵抗体６０に重なる位置に、第２発熱抵抗体２６が形成されている。第１電極層６２および第２電極層６５に形成された電極は、積層方向に延びる折返電極７１，７２で接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドに関する。

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。

特開２０１２−６６４７６公報

サーマルプリントヘッドでは、精細度が高くなるにつれ、発熱抵抗体の面積が小さくなる。発熱抵抗体の面積が小さくても、発熱量を大きくする、すなわち、抵抗値を高めるには、抵抗体材料を変える方法がある。しかし、抵抗体材料の変更に伴い、別の問題が生じる場合がある。あるいは、主走査方向に並んだ２つの抵抗体を電気的に直列に接続する方法がある。主走査方向に並んだ２つの抵抗体を１つの画点として用いると、主走査方向の精細度を高めにくい。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドの主走査方向の精細度を高め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、長方形の絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に積層された第１抵抗体層と第１電極層と絶縁層と第２抵抗体層と第２電極層とを有し、前記絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列されて前記第１電極層に形成された第１電極に接続する複数の第１発熱抵抗体が前記第１抵抗体層に形成されていて、前記絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列されて前記第２電極層に形成された第２電極に接続する複数の第２発熱抵抗体が前記第２抵抗体層に形成されていて、前記長手方向の同じ位置に形成された前記第１発熱抵抗体と前記第２発熱抵抗体とが積層方向に延びる折返電極で接続されている配線層と、前記配線層を覆う保護膜と、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主走査方向の精細度を高めることができる。

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ヘッド基板の断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。図１のII−II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、本実施の形態のサーマルプリントヘッドのヘッド基板の断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。図２は、図１のII−II矢視断面図である。図３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を融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、第１抵抗体層６１と第１電極層６２と絶縁層６３と第２抵抗体層６４と第２電極層６５とがこの順番で積層されている。第１抵抗体層６１には、主走査方向すなわち絶縁基板２２の長手方向に間隔を置いて配列された抵抗体パターンが形成されている。それぞれの抵抗体パターンは、副走査方向すなわち絶縁基板２２の短手方向に延びている。それぞれの抵抗体パターンと同じ位置に電極のパターンが第１電極層６２に形成されている。第１電極層６２中の電極のパターンには、それぞれ副走査方向に空隙が形成されている。この空隙部分が、第１発熱抵抗体６０となる。第１電極層６２の電極のパターンの第１発熱抵抗体６０に対して一方の側を第１折返電極７１と呼ぶこととする。

第１電極層６２、露出した第１抵抗体層６１および露出したグレーズ層２５は、絶縁層６３で覆われている。ただし、第１折返電極７１の一部は、絶縁層６３で覆われずに露出している。第２抵抗体層６４および第２電極層６５には、第１抵抗体層６１および第１電極層６２に重なる位置に、それぞれ抵抗体パターンおよび電極パターンが形成されている。第２電極層６５中の電極パターンにも副走査方向の空隙が形成されている。この空隙部分が、第２発熱抵抗体２６となる。第２発熱抵抗体２６は、第１発熱抵抗体６０に重なる位置に形成されている。

主走査方向の同じ位置に形成された第１電極層６２中の電極パターンと第２電極層６５中の電極パターンとは、第１折返電極７１および第２折返電極７２で接続されている。つまり、これらの折返電極は、積層方向に延びていることとなる。

第１発熱抵抗体６０および第２発熱抵抗体２６は、主走査方向に配列されて、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。第２電極層６５、露出した第２抵抗体層６４および露出したグレーズ層２５は、保護膜２９で被覆されている。保護膜２９には、第２電極層６５の一部を露出させる開口が形成されている。

また、第１電極層６２に形成されたパターンは、発熱領域２４から遠い方の端辺の近傍で主走査方向に延びる電極パターンに接続され、主走査方向の両端部近傍で第２電極層６５中のパッド７３に接続している。

第１発熱抵抗体６０および第２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の上に駆動用ＩＣ４２などによって形成されている。駆動用ＩＣ４２と第２電極層６５中の電極パターンおよびパッド７３とは、保護膜２９に形成された開口を通じて、たとえば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、たとえば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。駆動用ＩＣ４２およびボンディングワイヤー４４は、たとえば樹脂４８によって封止されている。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。

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。放熱板３０の一方の面に、ヘッド基板２０および回路基板４０が固定される。

図４は、本実施の形態における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、たとえば厚さが約１ｍｍのセラミック板２１の表面に厚さが約４０μｍのグレーズ層２５を融着させて、絶縁基板２２を得る。セラミック板２１は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）などで形成される。グレーズ層２５は、たとえば耐熱ガラスなどで形成される。グレーズ層２５は、たとえばガラスペーストをセラミック板２１の表面にスクリーン印刷などによって塗布し、その後、焼成することによって、形成される。

このようにして形成された絶縁基板２２の表面に、タンタル（Ｔａ）などがドーピングされたＳｉＯ_２の第１抵抗体層６１がスパッタリング法などによって形成される。さらに、第１抵抗体層６１の表面に第１電極層６２をスパッタリング法などによって積層形成する。第１電極層６２は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、あるいはこれらを主成分とする合金、あるいはこれらの金属または合金の積層体である。第１抵抗体層６１および第１電極層６２を積層した厚さは、たとえば１μｍである。

次に、第１抵抗体層６１および第１電極層６２をパターニングする。パターニングでは、まず第１電極層６２の全面にフォトレジスト膜を塗布した後、そのフォトレジスト膜上に第１のマスクパターンを配置する。その状態で、フォトレジスト膜を露光し、現像することによって、第１のマスクパターンをフォトレジスト膜に転写する。第１のマスクパターンが転写されたフォトレジスト膜をエッチングマスクとして第１電極層６２をリン酸などによってウェットエッチングしてパターニングする。これにより、第１電極層６２が所定の形状にパターニングされる。

その後、残存した第１電極層６２および第１抵抗体層６１の表面に第２のマスクパターンを配置する。この第２のマスクパターンは、第１抵抗体層６１中の第１発熱抵抗体６０の形状を決めるためのパターンである。第２のマスクパターンには、第１発熱抵抗体６０およびその両端部に接続された第１電極層６２の電極間の空隙と、第１発熱抵抗体６０間のスリットとに対応する形状が規定されている。

第２のマスクパターンを配置した状態でフォトレジスト膜を露光し、現像することによって、第２のマスクパターンがフォトレジスト膜に転写される。その後、第２のマスクパターンが転写されたフォトレジスト膜をエッチング膜として、第１抵抗体層６１をドライエッチングする。これにより、第１抵抗体層６１が所定の形状にパターニングされる。第１発熱抵抗体６０およびその表面に積層された電極の幅は、たとえば１０μｍ程度である。隣り合う第１発熱抵抗体６０の間の距離は、たとえば１０μｍ程度である。

このようにして、第１抵抗体層６１および第１電極層６２が所定の形状にパターニングされた後、第１抵抗体層６１、第１電極層６２および露出したグレーズ層２５を覆うように絶縁層６３を積層する。ただし、第１電極層６２の第２電極層６５と接続する部分、すなわち、第１折返電極７１の一部は、絶縁層６３で覆わずに、露出させておく。絶縁層６３は、たとえばＳｉＯ_２やＳｉＯＮで形成される。絶縁層６３の厚さは、たとえば１０μｍ程度である。

このようにして形成された絶縁層６３の表面に、タンタル（Ｔａ）などがドーピングされたＳｉＯ_２の第２抵抗体層６４がスパッタリング法などによって形成される。さらに、第２抵抗体層６４の表面に第２電極層６５をスパッタリング法などによって積層形成する。第２電極層６５は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、あるいはこれらを主成分とする合金、あるいはこれらの金属または合金の積層体である。第２抵抗体層６４および第２電極層６５を積層した厚さは、たとえば１μｍである。

次に、第２抵抗体層６４および第２電極層６５をパターニングする。パターニングでは、まず第２電極層６５の全面にフォトレジスト膜を塗布した後、そのフォトレジスト膜上に第３のマスクパターンを配置する。その状態で、フォトレジスト膜を露光し、現像することによって、第３のマスクパターンをフォトレジスト膜に転写する。第３のマスクパターンが転写されたフォトレジスト膜をエッチングマスクとして第２電極層６５をリン酸などによってウェットエッチングしてパターニングする。これにより、第２電極層６５が所定の形状にパターニングされる。

その後、残存した第２電極層６５および第２抵抗体層６４の表面に第４のマスクパターンを配置する。この第４のマスクパターンは、第２抵抗体層６４中の第２発熱抵抗体２６の形状を決めるためのパターンである。第４のマスクパターンには、第２発熱抵抗体２６およびその両端部に接続された第２電極層６５の電極間の空隙と、第２発熱抵抗体２６間のスリットとに対応する形状が規定されている。

第４のマスクパターンを配置した状態でフォトレジスト膜を露光し、現像することによって、第４のマスクパターンがフォトレジスト膜に転写される。その後、第４のマスクパターンが転写されたフォトレジスト膜をエッチング膜として、第２抵抗体層６４をドライエッチングする。これにより、第２抵抗体層６４が所定の形状にパターニングされる。第２発熱抵抗体２６およびその表面に積層された電極の幅は、たとえば１０μｍ程度である。隣り合う第２発熱抵抗体２６の間の距離は、たとえば１０μｍ程度である。

このようにして、第２抵抗体層６４および第２電極層６５が所定の形状にパターニングされた後、第２抵抗体層６４、第２電極層６５、露出した絶縁層６３およびグレーズ層２５を覆うように保護膜２９を積層する。保護膜２９は、高い耐酸化性および耐摩耗性を有する材料である、たとえばＳｉＯ_２やＳｉＯＮで形成される。保護膜２９の厚さは、たとえば１０μｍ程度である。

このようにして、ヘッド基板２０が完成する。このヘッド基板２０および別途製造した回路基板４０を別途製造した放熱板３０上で合体する。その後、駆動用ＩＣ４２を回路基板４０上に配置し、駆動用ＩＣ４２とヘッド基板２０上の第１電極層６２に形成された電極との間にボンディングワイヤー４４を架け渡す。さらに、ボンディングワイヤー４４などを樹脂４８で封止することなどによってサーマルプリントヘッドが完成する。

このようなサーマルプリントヘッドでは、２つの発熱抵抗体２６，６０を厚さ方向に重ねて配置しているため、発熱抵抗体２６，６０の面積、特に副走査方向の長さが小さくなって抵抗値が小さくなっても、発熱量を高くすることができる。したがって、高精細化しても、印画品質を維持することができる。また、２つの発熱抵抗体が重なっているため、温度分布が鋭くなり、省電力化が図れる。

さらに、第１抵抗体層６１は、ボンディングワイヤー４４と接続されることがないため、ワイヤーボンディングの容易性を考慮して材料を選択する必要がない。つまり、第２電極層６５よりも電気抵抗が小さい材料で第１電極層６２を形成することにより、全体として抵抗値を小さくなり、消費電力を抑えることができる。たとえば第２電極層６５にはワイヤーボンディングの容易性を考慮してアルミニウムあるいはアルミニウム合金を選択し、第１電極層６２にはアルミニウムあるいはアルミニウム合金よりも電気抵抗が小さい銅あるいは銅合金を用いてもよい。

２０…ヘッド基板、２１…セラミック板、２２…絶縁基板、２４…発熱領域、２５…グレーズ層、２６…第２発熱抵抗体、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、４８…樹脂、５７…被印刷体、５８…プラテンローラ、５９…軸、６０…第１発熱抵抗体、６１…第１抵抗体層、６２…第１電極層、６３…絶縁層、６４…第２抵抗体層、６５…第２電極層、７１…第１折返電極、７２…第２折返電極、７３…パッド

Claims

長方形の絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面に積層された第１抵抗体層と第１電極層と絶縁層と第２抵抗体層と第２電極層とを有し、前記絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列されて前記第１電極層に形成された第１電極に接続する複数の第１発熱抵抗体が前記第１抵抗体層に形成されていて、前記絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列されて前記第２電極層に形成された第２電極に接続する複数の第２発熱抵抗体が前記第２抵抗体層に形成されていて、前記長手方向の同じ位置に形成された前記第１発熱抵抗体と前記第２発熱抵抗体とが積層方向に延びる折返電極で接続されている配線層と、
前記配線層を覆う保護膜と、
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電極層は前記第２電極層よりも電気抵抗が小さい材料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。
前記第１電極層はアルミニウムを含有し、前記第２電極層は銅を含有することを特徴とする請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体を駆動する駆動回路を搭載する回路基板と、
前記第２電極層と前記回路基板との間に架け渡された金を含有するボンディングワイヤーと、
をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載のサーマルプリントヘッド。