JP2014201029A - Circuit board and thermal print head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回路基板およびサーマルプリントヘッドに関する。
回路基板の製造時における工程数を削減するとともに高価な材料に対する安価な代替品の使用を提案するものであり、製造工程の効率化および材料費の低価格化を達成することにより安価でしかも性能の優れた回路基板を提供するものであり、サーマルプリントヘッドに特に有用である。
The present invention relates to a circuit board and a thermal print head.
It proposes the use of inexpensive alternatives to expensive materials while reducing the number of processes when manufacturing circuit boards, and achieves low cost and high performance by achieving more efficient manufacturing processes and lower material costs. Of the present invention, and is particularly useful for a thermal print head.
サーマルプリントヘッドは、絶縁基板上に形成した金属膜からなる共通電極と個別電極とからなる一対の電極間に発熱体としての抵抗体を電気的に接続して構成し、両電極間に必要とする電圧を印加制御して発熱させ、その熱を感熱記録紙に与えて抵抗体の発熱量に応じて感熱記録を行うものであり、抵抗体に通電する電気回路の形成には、金ペーストを用いて印刷、焼成の繰り返しにより、所望の金による膜を形成し、これをフォトリソ処理することにより配線パターンを形成することが通常行われている。 A thermal print head is configured by electrically connecting a resistor as a heating element between a pair of electrodes consisting of a common electrode made of a metal film and an individual electrode formed on an insulating substrate, and is necessary between both electrodes. The voltage is applied and controlled to generate heat, the heat is applied to the thermal recording paper, and thermal recording is performed according to the amount of heat generated by the resistor. Usually, a desired gold film is formed by repeating printing and baking, and a wiring pattern is formed by photolithography treatment.
このような厚膜印刷は金属膜の密着性は比較的小さいものの、金属ペーストを基板上に塗布・焼成するだけで製造できるという特徴がある。すなわち、大規模な設備を必要とすることなく、簡便な工程と装置で連続的に成膜できるので、生産性が高く安価であるというメリットがあり、広く活用されている。厚膜印刷は、各種の金属を微粒子にして溶媒に分散させた不均一な粘性液体であるペーストを使用している。このため、基板に塗布して焼成するだけでは、金属粒子が基板に接触した状態の金属膜となり、均一な膜が形成され難いという問題があった。
また、金を使用したペーストは高価であるため金使用量を低減する技術,あるいは金以外の金属を主体としたペーストが提案されてきた。安価で電気伝導性の良好な金属として銀が採用された技術が数多く提案されている。
Such thick film printing is characterized in that although the adhesion of the metal film is relatively small, it can be produced simply by applying and baking a metal paste on a substrate. That is, since a film can be continuously formed with a simple process and apparatus without requiring a large-scale facility, there is a merit of high productivity and low cost, and it is widely used. Thick film printing uses a paste that is a non-uniform viscous liquid in which various metals are dispersed in a solvent. For this reason, there has been a problem that even if it is applied to the substrate and fired, the metal particles are in a state of being in contact with the substrate and a uniform film is difficult to form.
Also, since pastes using gold are expensive, techniques for reducing the amount of gold used, or pastes mainly made of metals other than gold have been proposed. Many techniques have been proposed in which silver is employed as an inexpensive metal with good electrical conductivity.
例えば、導体層間の界面抵抗値を低減するとともに、焼結によって抵抗値が上昇することがなく、しかも微細配線パターン形成の可能な導体形成用ペーストにあって、銀の有機化合物とニッケルの有機化合物とを含みこれらを樹脂で混合してペースト状としたレジネートペーストであって、金属元素成分中、銀を95ないし99重量%、ニッケルを1ないし5重量%とした合金が使用されている(特許文献1)。また、従来に比して低抵抗率であってエレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーションに対する耐性に優れた銀ペーストおよびその製造方法を提供するにあたり、上記金属粉末は、Agを主成分とし、Pdを0.1wt%以上5.0wt%以下含有し、Al、Au、Pt、Cu、Ta、Cr、Ti、Ni、Co、Siからなる群から選ばれた複数の元素を合計で0.1wt%以上5.0wt%以下含有する金属粉末およびビヒクルからなる銀ペーストが提案されている(特許文献2)。 For example, in a paste for forming a conductor capable of forming a fine wiring pattern without reducing the interface resistance value between conductor layers and increasing the resistance value by sintering, an organic compound of silver and an organic compound of nickel And a resinate paste made by mixing these with a resin, and an alloy containing 95 to 99% by weight of silver and 1 to 5% by weight of nickel in the metal element component is used (patent) Reference 1). In addition, in providing a silver paste having a low resistivity and excellent resistance to electromigration and stress migration as compared with the prior art and a method for producing the same, the metal powder is mainly composed of Ag and 0.1 wt% of Pd. %, And a total of a plurality of elements selected from the group consisting of Al, Au, Pt, Cu, Ta, Cr, Ti, Ni, Co, and Si. A silver paste composed of a metal powder and a vehicle containing at most% is proposed (Patent Document 2).
銀−パラジウム合金含有ペーストの場合には、ペーストを塗布した後、約950℃の高温で焼成し、金属微粒子を溶融させることにより均一な金属膜を形成しているが、従来の厚膜印刷では、基板として、例えば、セラミック基板や金属板のような高融点の材料しか使用できないという問題があった。また、銀粒子が多数の微細なパラジウム粒子によって被覆された粉末からなる導電材料を使用して1300℃以上の高温で焼き付けすることが可能な導電材料とすることが提案されている(特許文献3)。しかし、高温で溶融・焼成を行うので、高熱に耐える大型焼成炉と周辺施設、および大きなエネルギーを必要とするという問題があった。 In the case of a silver-palladium alloy-containing paste, a uniform metal film is formed by applying the paste and then baking at a high temperature of about 950 ° C. to melt the metal fine particles. As a substrate, for example, there is a problem that only a high melting point material such as a ceramic substrate or a metal plate can be used. In addition, it has been proposed that a conductive material that can be baked at a high temperature of 1300 ° C. or higher using a conductive material made of powder in which silver particles are coated with a large number of fine palladium particles (Patent Document 3). ). However, since melting and firing are performed at a high temperature, there is a problem that a large firing furnace that can withstand high heat, peripheral facilities, and large energy are required.
また、金ペーストの使用量を必要以上使用しなくても済むボンディングパッドの形成が可能な回路基板として、絶縁基板上にサーマルプリントヘッドを構成する有機金ペーストを印刷焼成して個別電極、共通電極を形成し、さらに発熱抵抗体及び保護膜が形成される。個別電極のボンディングパッドにおいて、有機金ペーストと無機金ペーストとを混合した混合ペーストを個別電極上に積層してボンディングパッドを形成する。このボンディングパッドとドライバーICのボンディングパッドとを金ワイヤで接続すると、ボンディングパッドを1回の印刷焼成回数で必要な膜厚を得ることができ、コストダウンが可能となる(特許文献4)。 In addition, as a circuit board that can form bonding pads that do not require the use of gold paste more than necessary, an organic gold paste that constitutes a thermal print head is printed and fired on an insulating substrate to produce individual electrodes and common electrodes. Further, a heating resistor and a protective film are formed. In a bonding pad of an individual electrode, a mixed pad obtained by mixing an organic gold paste and an inorganic gold paste is laminated on the individual electrode to form a bonding pad. When this bonding pad and the bonding pad of the driver IC are connected by a gold wire, the required film thickness can be obtained by one printing and firing, and the cost can be reduced (Patent Document 4).
サーマルプリントヘッドなどに使用される配線パターンを形成するには,従来、金を主体としたペーストが使用されてきた。しかしながら、金ペーストが非常に高価であり、製造コストを押し上げている最大の要因となっている。金ペーストに代替する材料として特性が近い銀を使用した銀ペーストが試験され種々の提案がなされてきたものの、耐熱性が弱く、イオンマイグレーションによるリークの問題があり実用化するには十分な性能が得られなかった。
本発明は、こうした従来の金ペーストあるいは銀ペーストの問題点を解決して実用化に適した導体ペーストを使用した回路基板であり優れた性能を発揮するサーマルプリントヘッドの提供を可能とすることを目的とする。
本発明は、回路基板の製造時における工程数を削減するとともに高価な材料に対する安価な代替品の使用を提案するものであり、製造工程の効率化および材料費の低価格化を達成することにより安価でしかも性能の優れた回路基板を提供することを目的とする。
Conventionally, a paste mainly composed of gold has been used to form a wiring pattern used for a thermal print head or the like. However, gold paste is very expensive, which is the biggest factor pushing up manufacturing costs. Although silver paste using silver with similar properties has been tested and various proposals have been made as a substitute for gold paste, its heat resistance is weak, and there is a problem of leakage due to ion migration, so it has sufficient performance for practical use. It was not obtained.
The present invention solves the problems of the conventional gold paste or silver paste and makes it possible to provide a thermal printhead that is a circuit board using a conductor paste suitable for practical use and that exhibits excellent performance. Objective.
The present invention proposes the use of an inexpensive alternative to an expensive material while reducing the number of processes during the production of a circuit board, and achieving an increase in the efficiency of the manufacturing process and a reduction in material costs. An object of the present invention is to provide an inexpensive circuit board with excellent performance.
本発明は、特に、銀粒子の表面にパラジウムの被膜が形成されている導体粒子を含有し、金属元素分が、銀80〜99.5重量%、パラジウム0.5〜20重量%である導体粒子を含有する導体ペーストにより回路基板とし、これをサーマルプリントヘッドに用いることにより従来の導電銀ペーストの欠点を解消したサーマルプリントヘッドを提供することを可能としたものであり、サーマルプリントヘッドに特に有用である。
すなわち、本発明は以下の(1)ないし(9)の回路基板を要旨とする。
(1)絶縁基板上に、パラジウムの被膜が形成された銀粒子からなる導体粒子を含有する導体ペーストを用いて回路が形成されている回路基板であって、導体粒子中の銀およびパラジウムの各成分が銀80〜99.5重量%およびパラジウム0.5〜20重量%であることを特徴とする回路基板。
(2)上記の導体粒子が、パラジウムの被膜が表面積の50〜100%に形成された銀粒子からなる導体粒子である上記(1)に記載の回路基板。
(3)上記の導体粒子が、0.4nm〜0.02μmの厚さのパラジウムの被膜が形成された銀粒子からなる導体粒子である上記(1)または(2)に記載の回路基板。
(4)上記の導体粒子が、メッキ操作により表面にパラジウムの被膜が形成され銀粒子からなる導体粒子である上記(1)から(3)のいずれかに記載の回路基板。
(5)上記の導体粒子が、直径30nm〜1μmの導体粒子である上記(1)から(4)のいずれかに記載の回路基板。
(6)上記の回路基板が、絶縁基板上で共通電極と個別電極との間に発熱抵抗体を形成した回路基板であって、該共通電極および個別電極が上記の絶縁基板上に形成されている回路である上記(1)から(5)のいずれかに記載の回路基板。
(7)上記の共通電極および個別電極が、その少なくとも一つの電極が単層の導体層からなる上記(6)に記載の回路基板。
(8)上記の共通電極および個別電極が、一体に形成されている上記(6)または(7)に記載の回路基板。
(9)上記の回路基板が、絶縁基板または絶縁基板上にグレーズ層を介して回路を有する回路基板である請求項1から8のいずれかに記載の回路基板。
In particular, the present invention includes conductor particles in which a palladium film is formed on the surface of silver particles, and the metal element content is 80 to 99.5% by weight of silver and 0.5 to 20% by weight of palladium. It is possible to provide a thermal print head that eliminates the disadvantages of conventional conductive silver paste by using a conductive paste containing particles as a circuit board and using it in a thermal print head. Useful.
That is, the gist of the present invention is the following circuit boards (1) to (9).
(1) A circuit board in which a circuit is formed using a conductive paste containing conductive particles made of silver particles with a palladium film formed on an insulating substrate, each of silver and palladium in the conductive particles A circuit board comprising 80 to 99.5% by weight of silver and 0.5 to 20% by weight of palladium.
(2) The circuit board according to (1), wherein the conductive particles are conductive particles made of silver particles having a palladium coating formed on a surface area of 50 to 100%.
(3) The circuit board according to (1) or (2), wherein the conductor particles are conductor particles made of silver particles on which a palladium film having a thickness of 0.4 nm to 0.02 μm is formed.
(4) The circuit board according to any one of (1) to (3), wherein the conductive particles are conductive particles made of silver particles having a palladium film formed on a surface thereof by a plating operation.
(5) The circuit board according to any one of (1) to (4), wherein the conductor particles are conductor particles having a diameter of 30 nm to 1 μm.
(6) The circuit board is a circuit board in which a heating resistor is formed between the common electrode and the individual electrode on the insulating substrate, and the common electrode and the individual electrode are formed on the insulating substrate. The circuit board according to any one of (1) to (5), wherein the circuit board is a circuit.
(7) The circuit board according to (6), wherein each of the common electrode and the individual electrode includes a single conductor layer.
(8) The circuit board according to (6) or (7), wherein the common electrode and the individual electrodes are integrally formed.
(9) The circuit board according to any one of claims 1 to 8, wherein the circuit board is an insulating board or a circuit board having a circuit on the insulating board via a glaze layer.
また、本発明は以下の(10)のサーマルプリントヘッドを要旨とする。
(10)上記(1)から(9)のいずれかに記載の回路基板を用いたサーマルプリントヘッド。
Further, the gist of the present invention is the following thermal print head (10).
(10) A thermal print head using the circuit board according to any one of (1) to (9).
本発明は、製造工程の効率化および材料費の低価格化を達成することにより安価でしかも性能の優れた回路基板、およびそれを用いたサーマルプリントヘッドを提供することができる。
すなわち、本発明により以下の効果が奏される。
1.非常に高価で製造コストを押し上げている金ペーストを使用しなくても特性に優れた銀ペーストによる回路基板およびサーマルプリントヘッドを提供することができる。
2.銀を使用した導電ペーストの弱点であった耐熱性が弱く、イオンマイグレーションによるリークの問題が解決される。
3.銀粒子を耐熱性の高いパラジウムで被覆すること、および従来使用されている金よりも熱伝導性の高い銀を使用することにより、発熱体の耐エネルギー性の向上、発熱体の熱応答性の向上が達成される。
4.印字品位の向上が達成される。
5.共通電極(第2導体層)を設ける必要がなくなることから回路基板あるいはサーマルプリントヘッドの製造工程が削減される。
6.個別電極(第1導体層)の層数が削除できるため製造工程の削減および層形成材料のコストが削減できる。
7.グレーズ層の部分的な削除が可能となる。
The present invention can provide an inexpensive circuit board with excellent performance and a thermal print head using the same by achieving efficiency in the manufacturing process and reducing the material cost.
That is, the following effects are exhibited by the present invention.
1. It is possible to provide a circuit board and a thermal print head using a silver paste having excellent characteristics without using a gold paste which is very expensive and increases the manufacturing cost.
2. The heat resistance that was a weak point of the conductive paste using silver is weak, and the problem of leakage due to ion migration is solved.
3. By covering the silver particles with palladium, which has high heat resistance, and using silver that has higher thermal conductivity than gold used in the past, the heat resistance of the heating element is improved, and the thermal response of the heating element is improved. Improvement is achieved.
4). Improvement of printing quality is achieved.
5. Since there is no need to provide the common electrode (second conductor layer), the manufacturing process of the circuit board or the thermal print head is reduced.
6). Since the number of individual electrodes (first conductor layers) can be eliminated, the manufacturing process can be reduced and the cost of the layer forming material can be reduced.
7). Partial deletion of the glaze layer is possible.
本発明は、銀粒子の表面にパラジウムの被膜が形成されている導体粒子を含有する導電ペーストであって、該導体粒子の金属元素分が、銀80〜99.5重量%,パラジウム0.5〜20重量%である導体ペーストを用いた回路が形成されている回路基板およびサーマルプリントヘッドに関するものである。本発明の導体粒子を使用することにより、サーマルプリントヘッドの製造に当たり、導電層の形成に必要な材料費の低減、製造工程の削減による製造コストの削減、および成膜品位の向上が達成される。
本発明の導体粒子は、銀粒子の表面がパラジウム金属の薄膜により被覆されたものであり、図1(3)でその一例を示すが、その単一の粒子は銀粒子の表面の全面あるいは一部がパラジウムの薄膜により覆われている構造となっている。
従来提案されている銀導体粒子の例を図1(1)および(2)に示す。図1(2)の導体銀粒子は表面にはパラジウムの細粒が多数付着した構造になっている。こうした構造ではパラジウム粒子で覆われていない銀の表面積が広いために導体粒子として満足できる性能を呈することはできない。本発明は図1(3)に示すように、銀粒子の表面にパラジウムの薄膜で覆った構造をしているものである。
銀、金、パラジウムの各金属の融点および熱伝導率を対比すると、融点については銀が961℃、金が1064℃、パラジウムが1555℃であり、融点の低い銀の表面を融点の高いパラジウムで被覆して粒子全体の融点を高めることができる。また、熱伝導率に関しては、銀が429w/mk、金が318w/mk、パラジウムが71.8w/mkであり、銀を使用することにより生成した導体層全体の熱伝導は金粒子に比べ実質的に向上する。導体層の熱伝導率の向上により発熱体の熱応答性の向上がなされ、それにより印字品位の向上が得られる。
The present invention is a conductive paste containing conductive particles in which a palladium film is formed on the surface of silver particles, wherein the conductive particles have a metal element content of 80 to 99.5% by weight of silver, 0.5% of palladium. The present invention relates to a circuit board and a thermal print head on which a circuit using a conductive paste of ˜20% by weight is formed. By using the conductive particles of the present invention, in manufacturing a thermal print head, the material cost required for forming the conductive layer is reduced, the manufacturing cost is reduced by reducing the manufacturing process, and the film quality is improved. .
The conductor particles of the present invention are those in which the surface of silver particles is coated with a thin film of palladium metal, and an example thereof is shown in FIG. 1 (3). The structure is covered with a palladium thin film.
Examples of conventionally proposed silver conductor particles are shown in FIGS. 1 (1) and (2). The conductive silver particles in FIG. 1 (2) have a structure in which a large number of fine palladium particles adhere to the surface. In such a structure, since the surface area of silver not covered with palladium particles is large, satisfactory performance as conductor particles cannot be exhibited. In the present invention, as shown in FIG. 1 (3), the surface of silver particles is covered with a thin film of palladium.
Comparing the melting point and thermal conductivity of each metal of silver, gold, and palladium, the melting point is 961 ° C for silver, 1064 ° C for gold, and 1555 ° C for palladium. The surface of silver with a low melting point is palladium with a high melting point. The melting point of the entire particle can be increased by coating. Regarding thermal conductivity, silver is 429 w / mk, gold is 318 w / mk, palladium is 71.8 w / mk, and the heat conduction of the entire conductor layer produced by using silver is substantially higher than that of gold particles. Improve. By improving the thermal conductivity of the conductor layer, the heat responsiveness of the heating element is improved, thereby improving the printing quality.
[導電粒子の構造・組成]
本発明の導体粒子は、その粒直径が30nm〜1μmの範囲であることが好ましい。さらには0.2〜0.6μmであることが好ましく、粒直径がこの範囲を下回るとブリスタの発生により、絶縁基板との密着性が低下し、上回るとポーラスの発生により、成膜性が低下し、導電ペーストとしての機能が低下する。
導体粒子は、その金属元素が、銀80〜99.5重量%、パラジウム0.5〜20重量%であることが好ましく、さらにはパラジウムが0.5〜3重量%であることが好ましい。パラジウムの量がこれより少なくなると導電粒子の熱的特性や電気的特性が低下することとなり、大きくなるとこれらの特性がさらに改善されることはなく、また価格の大きい材料が増えるため好ましくはない。
本発明の銀粒子の表面の50〜100%がパラジウムで被覆されていることが好ましく、さらには、80〜100%がパラジウムで被覆されていることが好ましく、これらの範囲が好ましいのは耐熱性、耐マイグレーション性が良好である理由による。
また、パラジウムによる被覆は0.4nm〜0.02μmの厚みがあることが本発明のサーマルプリントヘッドを製造するに適している。さらには、0.4nm〜3.0nmのパラジウム膜厚であることが好ましく、これらの範囲が好ましいのは前述の耐熱性、耐マイグレーション性が良好である理由による。
[Structure and composition of conductive particles]
The conductor particles of the present invention preferably have a particle diameter in the range of 30 nm to 1 μm. Further, it is preferably 0.2 to 0.6 μm, and if the particle diameter is below this range, the adhesion to the insulating substrate is reduced due to the generation of blisters, and if it exceeds, the film formability is reduced due to the generation of porous. In addition, the function as a conductive paste is reduced.
In the conductive particles, the metal elements are preferably 80 to 99.5% by weight of silver and 0.5 to 20% by weight of palladium, and more preferably 0.5 to 3% by weight of palladium. If the amount of palladium is less than this, the thermal properties and electrical properties of the conductive particles will be lowered, and if the amount is larger, these properties will not be further improved, and more expensive materials will be added.
It is preferable that 50 to 100% of the surface of the silver particles of the present invention is coated with palladium, more preferably 80 to 100% is coated with palladium, and these ranges are preferred for heat resistance This is because the migration resistance is good.
Moreover, it is suitable for manufacturing the thermal print head of the present invention that the coating with palladium has a thickness of 0.4 nm to 0.02 μm. Further, the palladium film thickness is preferably 0.4 nm to 3.0 nm, and these ranges are preferable because the heat resistance and migration resistance described above are good.
熱伝導率の関係からみると銀粒子は純銀であることが好ましいが、銀の合金であってもよく、例えば、銀中にニッケル(Ni)、金(Au)、プラチナ(Pt)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、アンチモン(Sb)、アルミニウム(Al)などを含ませても良い。 From the viewpoint of the thermal conductivity, the silver particles are preferably pure silver, but may be an alloy of silver, for example, nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt), cobalt ( Co), zinc (Zn), chromium (Cr), tungsten (W), molybdenum (Mo), antimony (Sb), aluminum (Al), or the like may be included.
[実施例]
従来のサーマルプリントヘッドの構造は図3に示すように、セラミックスなどの絶縁基板上にグレーズ層を設け、その上に個別電極となる第1導体層が設けられる。例えば、第1導体層は金を含有するペーストにより印刷され焼成されて形成された4層からなる。第1導体層の端部には別工程で形成された共通電極が設けられている。個別電極と共通電極上には個別に通電制御が可能な発熱抵抗体が設けられている。
これに対し、本発明のサーマルプリントヘッドの構造は図2に示すように、セラミックスなどの絶縁基板上の一部にグレーズ層を設け、絶縁基板上に直接個別電極となる第1導体層と共通電極となる第2導体層を設けられる。第1導体層はパラジウムの被膜を有する銀を含有するペーストが印刷され焼成されて形成された単層からなる。
本発明における第1導体層の厚さは1〜6μmの範囲であり、さらに好ましくは2〜4μmの範囲である。この範囲の層厚とすることにより本発明の目的が容易に達成される。
また、本発明では従来第1導体層である金と絶縁基板との密着力向上のため、絶縁基板の全面に設けられていたグレーズ層は、発熱体層下層の部分にのみ設けることで良くなる。これは絶縁基板と第1導体層の密着力が高い為グレーズを必要としないという理由による。
本発明のサーマルプリントヘッドが簡便な工程で製造できることは、本発明の導体粒子が、熱伝導性に優れると同時に厚膜の導体層を形成することができることに由来する。
[Example]
As shown in FIG. 3, the conventional thermal print head has a glaze layer on an insulating substrate such as ceramics, and a first conductor layer serving as an individual electrode. For example, the first conductor layer is composed of four layers formed by printing and baking with a paste containing gold. A common electrode formed in a separate process is provided at the end of the first conductor layer. A heating resistor capable of individually controlling energization is provided on the individual electrode and the common electrode.
On the other hand, the structure of the thermal print head of the present invention is common to the first conductor layer which is provided with a glaze layer on a part of an insulating substrate such as ceramics and directly serves as an individual electrode, as shown in FIG. A second conductor layer serving as an electrode can be provided. The first conductor layer is formed of a single layer formed by printing and baking a silver-containing paste having a palladium coating.
The thickness of the 1st conductor layer in this invention is the range of 1-6 micrometers, More preferably, it is the range of 2-4 micrometers. By setting the layer thickness within this range, the object of the present invention is easily achieved.
Further, in the present invention, in order to improve the adhesion between the gold, which is the first conductor layer, and the insulating substrate, the glaze layer provided on the entire surface of the insulating substrate may be provided only on the lower layer of the heating element layer. . This is because glaze is not required because the adhesion between the insulating substrate and the first conductor layer is high.
The fact that the thermal print head of the present invention can be produced by a simple process is derived from the fact that the conductor particles of the present invention are excellent in thermal conductivity and at the same time can form a thick conductive layer.
[材料コストの低減]
本発明の回路基板またはサーマルプリントヘッドの製造では、製造工程の減縮および使用材料の低減を行うことができる。従来のサーマルプリントヘッドは、例えば、金ペーストを使用して4層からなる第1導体層が設けられる。これらの導体層はスクリーン印刷により金ペーストが印刷されこれを焼成炉により焼成することにより複数工程を必要としていた。これに対して、本発明では、1重量%のパラジウム膜を被覆した銀マイクロ粒子を使用することにより1層からなる導体層を形成することで十分となり、製造工程数を激減させることが可能となる。焼成温度、時間は両者ともに770から820℃前後で60分間と同じ程度である。本発明と従来の工法において使用した材料の使用量と単価より計算した原価試算では、本発明は従来工法より材料原価を大幅に削減できる。
[Reducing material costs]
In the production of the circuit board or thermal print head of the present invention, the production process can be reduced and the materials used can be reduced. A conventional thermal print head is provided with a first conductor layer composed of four layers using, for example, a gold paste. These conductor layers require a plurality of processes by printing a gold paste by screen printing and firing the paste in a firing furnace. In contrast, in the present invention, it is sufficient to form a single conductor layer by using silver microparticles coated with a 1% by weight palladium film, and the number of manufacturing steps can be drastically reduced. Become. The firing temperature and time are both about 770 to 820 ° C. and about 60 minutes. In the cost estimation calculated from the usage amount and unit price of the material used in the present invention and the conventional method, the present invention can significantly reduce the material cost compared to the conventional method.
[耐熱性試験]
本発明の導体ペーストを使用して形成したドットパターンの形状を、銀粒子ペースト(銀化合物によるレジネートペースト)、銀粒子とパラジウム粒子の混合ペースト、パラジウム膜被覆銀粒子ペーストを対比した。ドットパターンは図4に示す幅25μmとして、スクリーン印刷、焼成後フォトリソ処理によりパターンを形成した。フォトリソ処理により絶縁体上に設けられた皮膜が焼成により如何に変化するかを模式的に示したのが図5である。銀ペーストあるいは銀粒子にパラジウム粒子を混合したペーストを用いて絶縁基板上に設けられたパターンでは、焼成によって粒子間に無秩序な間隙の発生、あるいは粒子の溶融による粒子間の合体が発生してパターンが均質なものとはなり難いため、パターンのエッジ部分がシャープにはならない。
本発明による微細パターンを従来例と対比すると、図4に示すように、パターンのエッジ部分のシャープさは本発明が大きく優れていることが明らかに認められる。
[Heat resistance test]
The shape of the dot pattern formed using the conductor paste of the present invention was compared with a silver particle paste (resinate paste using a silver compound), a mixed paste of silver particles and palladium particles, and a palladium film-coated silver particle paste. The dot pattern had a width of 25 μm shown in FIG. 4 and was formed by photolithography after screen printing and baking. FIG. 5 schematically shows how the coating provided on the insulator by photolithography is changed by firing. In patterns provided on an insulating substrate using silver paste or silver particles mixed with palladium particles, firing creates random gaps between particles or coalescence between particles due to particle melting. Since it is difficult for the pattern to be uniform, the edge portion of the pattern does not become sharp.
When the fine pattern according to the present invention is compared with the conventional example, as shown in FIG. 4, it is clearly recognized that the sharpness of the edge portion of the pattern is greatly excellent in the present invention.
[イオンマイグレーション]
本発明の回路を用いて、イオンマイグレーション試験を行い短絡の発生する時間を測定してイオンマイグレーションの程度を推定した。イオンマイグレーションとは金属の電気化学的な移動現象であり、これが発生すると電圧を印加すると電気分解作用により銀が樹枝状に移動成長し、電極間の絶縁抵抗が低下したり短絡する問題点があることが一般に知られている。
この試験には、粒径0.6μmの銀粒子にパラジウム5ないし10重量%を電解メッキにより4.5nm〜9.0nmの膜厚を被覆した導体粒子を含有するペーストを使用した。比較例として、銀粒子粒径0.6μmに粒径0.2μmのパラジウム微粒子を5、10重量%混合し付着させた導体を使用し、脱イオン水滴下法(試験条件 電源電圧:1.00V、滴下量:3.0μm、測定ラインL/S=150/150μm)にてイオンマイグレーションの試験を実施しその結果を図6に示した。短絡時間(定義:通電にパターン間の抵抗値が1MΩ以下に到達する時間)が長いほど耐マイグレーション性が向上していることとなり、この導体を実際に使用するにあたっては銀を使いながらイオンマイグレーションが生じない利点があることになる。
試験の結果、パラジウムを被覆または混合することにより短絡時間が長くなる傾向を示すが、本発明のパラジウム皮膜を形成した銀粒子が耐マイグレーション性においては圧倒的に優れていることが図6から明らかである。
[Ion migration]
Using the circuit of the present invention, an ion migration test was performed to measure the time for occurrence of a short circuit, and the degree of ion migration was estimated. Ion migration is a phenomenon of metal electrochemical migration, and when this occurs, there is a problem in that when voltage is applied, silver migrates and grows in a dendritic shape due to electrolysis, and the insulation resistance between the electrodes decreases or shorts. It is generally known.
In this test, a paste containing conductive particles in which silver particles having a particle diameter of 0.6 μm were coated with 5 to 10% by weight of palladium by electrolytic plating to a film thickness of 4.5 nm to 9.0 nm was used. As a comparative example, a conductor in which 5 and 10% by weight of palladium fine particles having a particle diameter of 0.2 μm were mixed with 0.6 μm of silver particles was attached, and a deionized water dropping method (test condition power supply voltage: 1.00 V) was used. The amount of dropping: 3.0 μm, the measurement line L / S = 150/150 μm) was subjected to an ion migration test, and the results are shown in FIG. The longer the short-circuit time (definition: the time it takes for the resistance between patterns to reach 1 MΩ or less during energization), the better the resistance to migration. In actual use of this conductor, ion migration is performed using silver. There will be advantages that do not occur.
As a result of the test, the short-circuiting time tends to be longer by coating or mixing palladium, but it is clear from FIG. 6 that the silver particles forming the palladium film of the present invention are overwhelmingly superior in migration resistance. It is.
[耐パルス性]
パルス耐性について第1導体層材料としてパラジウム被覆銀(銀粒径0.5μm、パラジウム添加率1重量%、パラジウム膜厚0.9nm、1層構造)を使用して評価試験を行った。相対比較として、第1導体層材料として有機金(3層構造)を使用した試料を用意した。試験方法として発熱抵抗体にパルス電圧を印加し段階的に印加電圧を上げて、印加電圧毎の抵抗値を測定した。図7には、印加電圧に対する抵抗値ドリフト率の関係を、表1にパルス耐性試験の結果を示す。
パラジウム被覆銀は現行に比べて抵抗値が上昇しにくい(パルス耐性が高い)傾向がある。これは第1導体層の膜厚が5倍もあり、熱伝導性が向上したためと考えられる。パラジウム被覆銀は導体抵抗値が0.03Ω・mm2/μmであり、現行の導体抵抗値0.70Ω・mm2/μmの約1/20以下に低くなるため、コモン電流通電時に生じる電圧降下対策としての共通電極層(第2導体層)を必要としない。
[Pulse resistance]
For pulse resistance, an evaluation test was performed using palladium-coated silver (silver particle size: 0.5 μm, palladium addition rate: 1 wt%, palladium film thickness: 0.9 nm, single layer structure) as the first conductor layer material. As a relative comparison, a sample using organic gold (three-layer structure) as a first conductor layer material was prepared. As a test method, a pulse voltage was applied to the heating resistor, the applied voltage was increased stepwise, and the resistance value for each applied voltage was measured. FIG. 7 shows the relationship between the resistance value drift rate and the applied voltage, and Table 1 shows the results of the pulse tolerance test.
Palladium-coated silver tends to have a resistance value that is less likely to increase (high pulse resistance) than the current one. This is thought to be because the film thickness of the first conductor layer was five times and the thermal conductivity was improved. Palladium-coated silver has a conductor resistance value of 0.03 Ω · mm 2 / μm, which is about 1/20 or less of the current conductor resistance value of 0.70 Ω · mm 2 / μm. No common electrode layer (second conductor layer) is required as a countermeasure.
[発色性]
本実施例では、トランジェント試験を行った。試験を行った試料は第1導体層材料としてパラジウム被覆銀(銀粒径0.5μm、パラジウム添加率1重量%、パラジウム膜厚0.9nm、1層構造)を使用して評価試験を行った。相対比較として、第1導体層材料として有機金(3層構造)を使用した現行品を用意した。トランジェント試験は通電時と、通電停止後の保護膜表面温度を測定した結果を図8に示す。
試験の結果トランジェントの波形より、パラジウム被覆銀は現行品と比べて通電停止時間中の温度下降速度が大きい。これはパラジウム被覆銀の熱伝導性が良いために、第1導体層からの放熱が大きくなったためと考えられる。また、パラジウム被覆銀は現行品と比べてピーク温度とボトム温度の差が大きい。これも熱伝導性の向上が影響していると考えられる。
[Color development]
In this example, a transient test was performed. The tested sample was subjected to an evaluation test using palladium-coated silver (silver particle size 0.5 μm, palladium addition rate 1 wt%, palladium film thickness 0.9 nm, one layer structure) as the first conductor layer material. . As a relative comparison, a current product using organic gold (three-layer structure) as a first conductor layer material was prepared. FIG. 8 shows the results of measuring the surface temperature of the protective film during the energization and after the energization was stopped in the transient test.
As a result of the test, the temperature of the palladium-coated silver during the current stoppage time is larger than that of the current product due to the transient waveform. This is presumably because the heat radiation from the first conductor layer was increased due to the good thermal conductivity of the palladium-coated silver. Further, palladium-coated silver has a larger difference between the peak temperature and the bottom temperature than the current product. This is also thought to be due to the improvement in thermal conductivity.
本発明の回路基板およびサーマルプリントヘッドは、絶縁基板上に形成した金属膜からなる共通電極と個別電極とからなる一対の電極間に発熱体としての抵抗体を電気的に接続して構成し、両電極間に必要とする電圧を印可制御して発熱させ、その熱を感熱記録紙に与えて抵抗体の発熱量に応じて感熱記録を行うものであるが、金属膜からなる電極が安価な銀粒子を主体とするペーストにより作製することができ、しかも、回路基板あるいはサーマルプリントヘッドとしての性能に優れていることから、安価で性能のより優れたサーマルプリントヘッドの供給が可能となり、高価で産出量の少ない金の消費を抑えることができることは産業上大きな貢献をするものということができる。 The circuit board and the thermal print head of the present invention are configured by electrically connecting a resistor as a heating element between a pair of electrodes consisting of a common electrode made of a metal film and an individual electrode formed on an insulating substrate, The required voltage is applied between both electrodes to generate heat and heat is applied to the thermal recording paper to perform thermal recording according to the amount of heat generated by the resistor. However, the electrode made of a metal film is inexpensive. It can be produced with a paste mainly composed of silver particles, and because it has excellent performance as a circuit board or thermal printhead, it is possible to supply a thermal printhead with better performance at a lower cost. It can be said that the fact that the consumption of gold with a small amount of output can be suppressed greatly contributes to the industry.
Claims (10)
A thermal print head using the circuit board according to claim 1.
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