JP2018058271A - サーマルプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 組立工程時の熱膨張を抑制する。【解決手段】 一つの実施形態によれば、サーマルプリントヘッドは、回路基板、駆動回路、ヘッド基板を含む。回路基板は、第１の補強板上に第１の接着層を介して設けられ、第１の接着層により第１の補強板に固定される。駆動回路は、回路基板上に載置される。ヘッド基板は、放熱板上及び第１の補強板上に第１の接着層を介して設けられ、端部が放熱板よりもせり出して回路基板に隣接配置され、第１の接着層により放熱板及び第１の補強板に固定される。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、サーマルプリントヘッド及びその製造方法に関する。

サーマルプリントヘッドは、主走査方向に沿う発熱領域に配列された複数の発熱抵抗体を発熱させて、発熱抵抗体で発生する熱により感熱記録紙などの記録媒体に文字や図形などの画像を形成する出力用デバイスである。サーマルプリントヘッドは、バーコードプリンタ、デジタル製版機、ビデオプリンタ、イメージャ、シールプリンタ等のサーマルプリンタなどに利用されている。

近年、大判化が進行して４００ｍｍを超える印字記録幅のサーマルプリントヘッドが出現している。このようなサーマルプリントヘッドでは、樹脂封止などの組立工程時で発生する熱膨張係数の差に起因する隣接材料間の接触やボンディングワイヤの切断等が発生するという問題点がある。

特開２００９−２２６８６８号公報

本発明は、組立工程時の熱膨張を抑制することができるサーマルプリントヘッドを提供することにある。

一つの実施形態によれば、サーマルプリントヘッドは、回路基板、駆動回路、ヘッド基板を含む。回路基板は、第１の補強板上に第１の接着層を介して設けられ、第１の接着層により第１の補強板に固定される。駆動回路は、回路基板上に載置される。ヘッド基板は、放熱板上及び第１の補強板上に第１の接着層を介して設けられ、端部が放熱板よりもせり出して回路基板に隣接配置され、第１の接着層により放熱板及び第１の補強板に固定される。

第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す図である。 第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す断面図である。 図２の領域Ａの拡大断面図である。 第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの製造工程を示すフローチャート。 比較例のサーマルプリントヘッドを示す断面図である。 第１の実施形態に係る組立工程で発生する熱膨張を説明する図である。 第１の実施形態に係る走査線方向での伸びを示す図である。 第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの製造工程を示すフローチャート。

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッド及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図１は、サーマルプリントヘッドを示す図である。図２は、サーマルプリントヘッドを示す断面図である。図３は、図２の領域Ａの拡大断面図である。本実施形態では、サーマルプリントヘッドの組立工程時で発生する熱膨張を抑制している。

図1に示すように、サーマルプリントヘッド１００は、放熱板１、ヘッド基板２、発熱抵抗体３、駆動回路４、共通電極５、個別電極６、封止材７、回路基板８、コネクタ９を含む。サーマルプリントヘッド１００は、４００ｍｍを超える印字記録幅を有するサーマルプリントヘッドである。サーマルプリントヘッド１００は、バーコードプリンタ、デジタル製版機、ビデオプリンタ、イメージャ、シールプリンタ等のサーマルプリンタなどに適用される。

サーマルプリントヘッド１００には、回路基板８が図中左右に２つ配置されている。回路基板８には、上部に複数の駆動回路が図中水平方向に並列配置され、下部に外部接続用のコネクタ９が並列配置される。ヘッド基板２は、２つの回路基板と接するように配置される。ヘッド基板２には、上部に発熱抵抗体３が図中水平方向に延在し、共通電極５と個別電極６が図中水平方向に複数並列配置される。駆動回路４、共通電極５及び個別電極６の一部領域は、封止材７で樹脂封止されている。なお、図中のＸ方向（左右方向）が主走査線方向である。

図２に示すように、補強板１３（第１の補強板）は、接着層１１ａを介して放熱板１上に載置される。接着層１１ａは、補強板１３（第１の補強板）を放熱板１に固定する。補強板１２（第２の補強板）は、接着層１１ａを介して放熱板１上に載置される。接着層１１ａは、補強板１２（第２の補強板）を放熱板１に固定する。コネクタ９は、補強板１２（第２の補強板）の下面側に設けられる。

回路基板８は、接着層１４（第１の接着層）を介して補強板１３（第１の補強板）上と、接着層１１ｂを介して補強板１２（第２の補強板）上とに載置される。接着層１４（第１の接着層）は、回路基板８を補強板１３（第１の補強板）に固定する。接着層１１ｂは、回路基板８を補強板１２（第２の補強板）に固定する。

ヘッド基板２は、回路基板８と相対向する端部が接着層１４（第１の接着層）を介して補強板１３（第１の補強板）上に載置され、その他の部分が接着層１４（第１の接着層）を介して放熱板１上に載置される。接着層１４（第１の接着層）は、ヘッド基板２を補強板１３（第１の補強板）と放熱板１に固定する。ヘッド基板２は、端部が放熱板１よりもせり出すように補強板１３（第１の補強板）の一部分上にも形成される。

放熱板１は、補強板１３（第１の補強板）と補強板１２（第２の補強板）を載置する部分の高さよりも、ヘッド基板２を載置する部分の放熱板１の上部の高さが高く設定される。このため、補強板１３（第１の補強板）と補強板１２（第２の補強板）の上部の高さと、ヘッド基板２を載置する部分の放熱板１の上部の高さが略同一に設定することができる。

駆動回路４は、補強板１３（第１の補強板）及び接着層１４を介して、回路基板８上に載置される。ボンディングワイヤ１５（第１のボンディングワイヤ）は、一端がヘッド基板２の端子と駆動回路４の第１の端子を接続する。ボンディングワイヤ１６（第２のボンディングワイヤ）は、一端が回路基板８の端子と駆動回路４の第２の端子を接続する。封止材７は、駆動回路４、ボンディングワイヤ１５（第１のボンディングワイヤ）、ボンディングワイヤ１６（第２のボンディングワイヤ）、補強板１３（第１の補強板）上の回路基板８の部分、補強板１３（第１の補強板）及び放熱板１上のヘッド基板２の部分を覆うように樹脂封止している。

図３に示すように、回路基板８とヘッド基板２の端部は、接着層１４（第１の接着層）を介して補強板１３上に離間配置されている。駆動回路４は、接着層１８を介して、回路基板８上に載置される。接着層１８は、駆動回路４を回路基板８に固定する。

ヘッド基板２は、支持基板２１、グレース層２２、発熱抵抗体３、折返電極２３、共通電極５、個別電極６、保護膜２４を含む。支持基板２１は、接着層１４を介して放熱板１上に載置される。接着層１４は、支持基板２１を放熱板１に固定する。グレース層２２は、支持基板２１上に設けられる。グレース層２２は、発熱抵抗体３から発生する熱を保温する保温層として機能する。発熱抵抗体３は、グレース層２２上に設けられる。折返電極２３は、発熱抵抗体３上に設けられる。共通電極５は、折返電極２３上に設けられる。個別電極６は、共通電極５に設けられる。保護膜２４は、個別電極６上に設けられ、ヘッド基板２を保護する。

折返電極２３、共通電極５、及び個別電極６が除去されて発熱抵抗体３が露呈される領域は、発熱抵抗体３が発熱したときに、保護膜２４を介して熱を外部に放出する発熱領域２５となる。

ここで、放熱板１は、熱伝導率が大きな金属、例えばアルミニウム、銅などを用いる。接着層１１ａ、接着層１１ｂ、接着層１４、接着層１８は、熱可塑性樹脂（例えばシリコン樹脂）或いは両面接着テープなどを用いる。支持基板６１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用いる。グレース層２２は、ガラス膜（例えばＳｉＯ_２）を用いる。駆動回路４は、駆動用ＩＣである。ここでは、駆動回路４を1チップ構成にしているが複数チップ構成にしてもよい。回路基板８は、例えばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などを用いる。接着層１１ａ及び接着層１１ｂは、接着層１４（第１の接着層）よりも高温時（例えば、組立工程）での熱流動性を有する部材を用いるのが好ましい。

補強板１３（第１の補強板）と補強板１２（第２の補強板）は、回路基板８と熱膨張係数が略同一なものを用いるのが好ましい。熱膨張係数が略同一なものに設定すると、樹脂封止工程時で発生する熱による補強板１３（第１の補強板）、補強板１２（第２の補強板）、及び回路基板８の熱膨張（例えば、横方向の伸びの割合）を同一に設定することができ、サーマルプリントヘッド１００の信頼性を向上することができる。

次に、サーマルプリントヘッド１００の製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、サーマルプリントヘッドの製造工程を示すフローチャートである。

図４に示すように、まず、放熱板１上に接着層１１ａを介して、補強板１２と補強板１３を載置する。補強板１２の下面側に半田を介してコネクタ９を設ける（ステップＳ１）。

次に、補強板１３上及び放熱板１上に接着層１４を形成する。補強板１２上に接着層１１ｂを形成する。接着層１１ｂを介して補強板１２上と、接着層１４を介して補強板１３上とに回路基板８を載置する。接着層１４を介して放熱板１及び補強板１３上にヘッド基板２を載置する（ステップＳ２）。

続いて、回路基板８のヘッド基板２側の上部に接着層１８を介して、駆動回路４を載置する（ステップＳ３）。

そして、熱処理等を実施して、接着層１１ａにより補強板１２と補強板１３を放熱板１に固定する。コネクタ９を半田により補強板１２に固定する。接着層１４により回路基板８を補強板１３に固定し、接着層１１ｂにより回路基板８を補強板１２に固定する。接着層１４によりヘッド基板２を放熱板１及び補強板１３に固定する。接着層１８により、駆動回路４を回路基板８に固定する。

ここでは、熱処理工程を１回実施して、接着層を用いて各部品を接着固定しているが、必ずしもこれに限定するものではない。複数回の熱処理を実施して各部品を接着固定してもよい。また、接着テープを用いた場合、熱処理を実行しなくともよい。

次に、ボンディング装置（ワイヤボンダー）を用いてボンディングワイヤ１５の一端をヘッド基板２の端子を接続し、他端を駆動回路４の第１の端子に接続する。ボンディングワイヤ１６の一端を回路基板の端子に接続し、他端を駆動回路４の第２の端子に接続する（ステップＳ４）。

続いて、駆動回路４、ボンディングワイヤ１５、ボンディングワイヤ１６、回路基板８の補強板１３上の部分、ヘッド基板２の補強板１３上の部分及び放熱板１の端部上の部分を覆うように、封止材７を用いて樹脂封止する（ステップＳ５）。以上の工程により、サーマルプリントヘッド１００が完成する。

次に、図５を参照して比較例のサーマルプリントヘッドを説明する。図５は、比較例のサーマルプリントヘッドを示す断面図である。

図５に示すように、比較例のサーマルプリントヘッド２００は、放熱板１、ヘッド基板２ａ、駆動回路４、封止材７、回路基板８ａ、コネクタ９、接着層１１ａ、接着層１１ｂ、補強板１２、補強板１３ａ、接着層１４、ボンディングワイヤ１５、ボンディングワイヤ１６を含む。本実施形態のサーマルプリントヘッド１００と同一構成部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。

補強板１３ａは、本実施形態の補強板１３とは熱膨張係数が異なる。ヘッド基板２ａは、放熱板１上に形成され、補強板１３ａ側にせり出していない。回路基板８ａは、補強板１２及び補強板１３ａ上に形成されている。ここでは、回路基板８ａの右端部は、補強板１３ａの右端部上に形成されている。

次に、組立工程で発生する熱膨張について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、組立工程で発生する熱膨張を説明する図であり、図６（ａ）は常温時の図、図６（ｂ）は組立工程での熱発生時の図である。図７は、走査線方向での伸びを示す図である。

ここでは、ヘッドは走査線方向の長さが７００ｍｍであり、放熱板１にアルミ（熱膨張係数が２３×１０^−６／℃）、ヘッド基板２の支持基板２１にアルミナ（熱膨張係数が７．１×１０^−６／℃）、補強板１２及び補強板１３にアルミナ（熱膨張係数が７．１×１０^−６／℃）をそれぞれ用い、回路基板８はＦＰＣである。

図６（ｂ）に示すように、組立工程で熱が発生して、例えば１２５℃に温度上昇した場合、図６（ａ）での常温時に対して熱膨張により放熱板１、ヘッド基板２、回路基板８などに伸びが発生する。

例えば、放熱板１の伸び量が片側で１．０２５ｍｍとなり、ヘッド基板２（支持基板２１）の伸び量が片側で０，３１５ｍｍとなり、補強板１３及び補強板１２に固定されている回路基板の伸び量が片側で０，３１５ｍｍとなる（ヘッド基板２と同一）。

図７に示すように、比較例のサーマルプリントヘッド２００では、ヘッド基板２ａは放熱板１にだけ固定されている。このため、走査線方向で伸びが発生して、ヘッド端付近で０．７ｍｍのズレが発生する。

したがって、比較例のサーマルプリントヘッド２００では、組立工程で発生する熱膨張係数の差による隣接間接触、ストレス、ボンディングワイヤの切断等の発生を抑制することが困難となる。

これに対して、本実施形態のサーマルプリントヘッド１００では、回路基板８とヘッド基板２の端部が接着層１４を介して補強板１３に固定されている。接着層１４よりも高温時での熱流動性を有する接着層１１ａを用いて、補強板１２及び補強板１３を放熱板１に固定している。接着層１４よりも高温時での熱流動性を有する接着層１１ｂを用いて、回路基板８を補強板１２に固定している。

このため、ヘッド基板２の走査線方向で伸びが大幅に抑制され、ヘッド端付近でのズレを略０（ゼロ）ｍｍにすることができる。

したがって、本実施形態のサーマルプリントヘッド１００では、組立工程で発生する熱膨張係数の差による隣接間接触、ストレス、ボンディングワイヤの切断等を大幅に抑制することができる。

上述したように、本実施形態のサーマルプリントヘッドでは、放熱板１、ヘッド基板２、駆動回路４、封止材７、回路基板８、コネクタ９、接着層１１ａ、接着層１１ｂ、強板１２、補強板１３、接着層１４、ボンディングワイヤ１５、ボンディングワイヤ１６が設けられる。回路基板８は、接着層１１ｂにより補強板１２に固定され、接着層１４により補強板１３に固定される。ヘッド基板２は、接着層１４により放熱板１及び補強板１３の端部に固定される。回路基板８は、熱膨張係数が補強板１２及び補強板１３と略同一に設定される。

このため、本実施形態では、サーマルプリントヘッド１００の信頼性を大幅に向上することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの製造方法について、図面を参照して説明する。図８は、サーマルプリントヘッドの製造工程を示すフローチャート。本実施形態では、サーマルプリントヘッドの製造方法の形成順序を変更している。

図８に示すように、まず、接着層１４を介して補強板１３上と、接着層１１ｂを介して補強板１２上とに路基板を載置する。補強１３上に接着層１４を介してヘッド基板２を載置する（ステップＳ１１）。

次に、回路基板８の上部に接着層１８を介して、駆動回路４を載置する。続いて、熱処理等を実施して、接着層１４により回路基板８を補強板１２に固定し、接着層１１ｂにより回路基板８を補強板１３に固定する。接着層１４によりヘッド基板２を補強板１３に固定する。接着層１８により、駆動回路４を回路基板８に固定する（ステップＳ１２）。

そして、ボンディング装置（ワイヤボンダー）を用いてボンディングワイヤ１５の一端をヘッド基板２の端子を接続し、他端を駆動回路４の第１の端子に接続する。ボンディングワイヤ１６の一端を回路基板の端子に接続し、他端を駆動回路４の第２の端子に接続する（ステップＳ１３）。

次に、駆動回路４、ボンディングワイヤ１５、ボンディングワイヤ１６、回路基板８の補強板１３上の部分、ヘッド基板２の補強板１３上の部分及び放熱板１の端部上の部分を覆うように、封止材７を用いて樹脂封止する（ステップＳ１４）。

続いて、回路基板８を固定した補強板１２及び補強板１３を、着層１１ａを介して放熱板１上に載置する。補強板１３で固定されたヘッド基板２を接着層１４を介して放熱板１上に載置する。補強板１２の下面側に半田を介してコネクタ９を設ける。熱処理等を実施して、補強板１２及び補強板１３を放熱板１に固定し、ヘッド基板２を放熱板１に固定し、コネクタ９を補強板１２に固定する（ステップＳ１５）。以上の工程により、本実施形態のサーマルプリントヘッドが完成する。

上述したように、本実施形態のサーマルプリントヘッドの製造方法では、第１の実施形態のサーマルプリントヘッド１００の製造方法に対して形成順序を変更し、樹脂封止後に放熱板１に貼り付けている。

このため、第１の実施形態と同様に、サーマルプリントヘッドの信頼性を大幅に向上することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 放熱板
２、２ａ ヘッド基板
３ 発熱抵抗体
４ 駆動回路
５ 共通電極
６ 個別電極
７ 封止材
８、８ａ 回路基板
９ コネクタ
１１ａ、１１ｂ、１４、１８ 接着層
１２、１３、１３ａ 補強板
１５、１６ ボンディングワイヤ
２１ 支持基板
２２ グレース層
２３ 折返電極
２４ 保護膜
２５ 発熱領域
１００、２００ サーマルプリントヘッド

Claims (8)

1. 第１の補強板上に第１の接着層を介して設けられ、前記第１の接着層により前記第１の補強板に固定される回路基板と、
   前記回路基板上に載置された駆動回路と、
   放熱板上及び前記第１の補強板上に前記第１の接着層を介して設けられ、端部が前記放熱板よりもせり出して前記回路基板に隣接配置され、前記第１の接着層により前記放熱板及び前記第１の補強板に固定されるヘッド基板と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 第２の補強板及び前記第１の補強板は、第２の接着層を介して前記放熱板上に設けられ、前記第２の接着層により前記第１の補強板及び前記第２の補強板が前記放熱板上に固定される
   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。
3. 前記第１の補強板、前記第２の補強板、及び前記ヘッド基板が載置される部分の前記放熱板は、上部の高さが略同一である
   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。
4. 前記第１の補強板、前記第２の補強板、及び前記回路基板は、熱膨張係数が略同一である
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記サーマルプリントヘッドは、４００ｍｍを超える印字記録幅を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
6. 放熱板上に第１の接着層を介して、第１の補強板と第２の補強板を載置し、
   第２の接着層を介して前記第１の補強板上と、第３の接着層を介して前記第２の補強板上とに回路基板を載置し、
   前記放熱板上及び前記回路基板に隣接配置される部分の前記第１の補強板上に前記第２の接着層を介してヘッド基板２を載置し、
   熱処理を実施して、前記第１の接着層により前記第１の補強板と前記第２の補強板を前記放熱板に固定し、前記第２の接着層により前記回路基板を前記第１の補強板に固定し、前記第２の接着層によりヘッド基板を前記第１の補強板と前記放熱板に固定し、前記第３の接着層により前記回路基板を前記第２の補強板に固定する
   ことを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。
7. 前記ヘッド基板は、支持基板、グレース層、発熱抵抗体、電極が積層形成され、
   前記支持基板、前記第１の補強板、及び前記第２の補強板は、アルミナから構成される
   ことを特徴とする請求項６に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
8. 前記第１及び第３の接着層は、前記第２の接着層よりも高温時での熱流動性を有する
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。