JP2022018608A - サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタ - Google Patents
サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022018608A JP2022018608A JP2020121828A JP2020121828A JP2022018608A JP 2022018608 A JP2022018608 A JP 2022018608A JP 2020121828 A JP2020121828 A JP 2020121828A JP 2020121828 A JP2020121828 A JP 2020121828A JP 2022018608 A JP2022018608 A JP 2022018608A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- print head
- thermal
- potential
- thermal print
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 52
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 23
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 37
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 10
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 244000126211 Hericium coralloides Species 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- -1 silver ions Chemical class 0.000 description 2
- UKHWJBVVWVYFEY-UHFFFAOYSA-M silver;hydroxide Chemical compound [OH-].[Ag+] UKHWJBVVWVYFEY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VFWRGKJLLYDFBY-UHFFFAOYSA-N silver;hydrate Chemical compound O.[Ag].[Ag] VFWRGKJLLYDFBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
Abstract
【課題】よりコストを低減させ、かつ、配線間に生じる突発的な高電圧を抑制するサーマルプリントヘッドを提供する。また、当該サーマルプリントヘッドを備えたサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】発熱抵抗部を有するサーマルプリントヘッドであって、前記発熱抵抗部と接する共通電極と、前記発熱抵抗部を介して前記共通電極と電気的に接続される個別電極と、前記サーマルプリントヘッドに対する接地電位が供給される対象である接地電極と、前記個別電極と前記接地電極とに電気的に接続される駆動ＩＣと、前記サーマルプリントヘッドに対する電源電位が供給される対象である電源電極と、前記電源電極と前記接地電極とに電気的に接続されるサージ保護素子と、を備え、前記共通電極および前記個別電極は金属粒子を含む、サーマルプリントヘッド。
【選択図】図１
【解決手段】発熱抵抗部を有するサーマルプリントヘッドであって、前記発熱抵抗部と接する共通電極と、前記発熱抵抗部を介して前記共通電極と電気的に接続される個別電極と、前記サーマルプリントヘッドに対する接地電位が供給される対象である接地電極と、前記個別電極と前記接地電極とに電気的に接続される駆動ＩＣと、前記サーマルプリントヘッドに対する電源電位が供給される対象である電源電極と、前記電源電極と前記接地電極とに電気的に接続されるサージ保護素子と、を備え、前記共通電極および前記個別電極は金属粒子を含む、サーマルプリントヘッド。
【選択図】図１
Description
本実施形態は、サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタに関する。
サーマルプリントヘッドは、例えば、ヘッド基板上に主走査方向に並ぶ多数の発熱部を備えている。各発熱部は、ヘッド基板にグレーズ層を介して形成した抵抗体層上に、その一部を露出させるようにして、共通電極と個別電極をそれらの端部を対向させて積層することにより形成されている。共通電極と個別電極間を通電することにより、上記抵抗体層の露出部（発熱部）がジュール熱により発熱する。
また、共通電極及び個別電極を介して抵抗体に通電する配線層の形成には、金を使用したペーストを用いて配線パターンを形成することが行われている。金を使用したペーストは高価であり、製品のコスト低減の観点から、金の使用量を低減する技術、又は金以外の金属を使用したペーストが提案されている。比較的に安価で電気伝導性の良好な金属として銀を用いた技術が多数提案されている。
例えば、導体層間の界面抵抗値を低減するとともに、同時に、焼成工程の繰り返しにより生じる膜厚が薄くなってしまう「スケ」の発生、あるいはこれによる導体抵抗値の上昇ないしは断線の問題を回避するために、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％とした合金が開示されている。
また、よりコストを低減させるために配線を用いた接続から、配線を用いず、駆動ＩＣを直接、はんだバンプと接触させるフリップチップの実装の要求が高まっている。
しかしながら、単に配線の材料を金から銀に変更し、はんだバンプを用いてフリップチップを実装するだけでは、イオンマイグレーションによる配線間のショート不良の問題があり、配線間に突発的な高電圧が印加されてしまうことで製品に不具合が生じるため、実用化するには十分な性能が得られないおそれがある。
本実施形態の一態様は、よりコストを低減させ、かつ、配線間に生じる突発的な高電圧を抑制するサーマルプリントヘッドを提供する。また、本実施形態の他の一態様は、当該サーマルプリントヘッドを備えたサーマルプリンタを提供する。
本実施形態は、配線間にサージ保護素子を設けることでよりコストを低減させ、かつ、配線間に生じる突発的な高電圧を抑制する。本実施形態の一態様は以下のとおりである。
本実施形態の一態様は、発熱抵抗部を有するサーマルプリントヘッドであって、前記発熱抵抗部と接する共通電極と、前記発熱抵抗部を介して前記共通電極と電気的に接続される個別電極と、前記サーマルプリントヘッドに対する接地電位が供給される対象である接地電極と、前記個別電極と前記接地電極とに電気的に接続される駆動ＩＣと、前記サーマルプリントヘッドに対する電源電位が供給される対象である電源電極と、前記電源電極と前記接地電極とに電気的に接続されるサージ保護素子と、を備え、前記共通電極および前記個別電極は金属粒子を含む、サーマルプリントヘッドである。
また、本実施形態の他の一態様は、上記サーマルプリントヘッドを備えるサーマルプリンタである。
本実施形態によれば、よりコストを低減させ、かつ、配線間に生じる突発的な高電圧を抑制するサーマルプリントヘッドを提供することができる。また、本実施形態の他の一態様は、当該サーマルプリントヘッドを備えるサーマルプリンタを提供することができる。
次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。本実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
具体的な本実施形態の一態様は、以下の通りである。
＜１＞ 発熱抵抗部を有するサーマルプリントヘッドであって、前記発熱抵抗部と接する共通電極と、前記発熱抵抗部を介して前記共通電極と電気的に接続される個別電極と、前記サーマルプリントヘッドに対する接地電位が供給される対象である接地電極と、前記個別電極と前記接地電極とに電気的に接続される駆動ＩＣと、前記サーマルプリントヘッドに対する電源電位が供給される対象である電源電極と、前記電源電極と前記接地電極とに電気的に接続されるサージ保護素子と、を備え、前記共通電極および前記個別電極は金属粒子を含む、サーマルプリントヘッド。
＜２＞ 前記金属粒子は銅及び銀からなる群から選択される少なくとも１つを含む、＜１＞に記載のサーマルプリントヘッド。
＜３＞ 前記サージ保護素子はツェナーダイオードである、＜１＞又は＜２＞に記載のサーマルプリントヘッド。
＜４＞ 前記電源電位は、前記駆動ＩＣに供給される第１電位である、＜１＞～＜３＞のいずれか１項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に対する他の電源電位は、前記共通電極に供給される第２電位である、＜４＞に記載のサーマルプリントヘッド。
＜６＞ 前記第２電位は、前記第１電位と同電位又はより高電位である、＜５＞に記載のサーマルプリントヘッド。
＜７＞ ＜１＞～＜６＞のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッドを備えるサーマルプリンタ。
＜サーマルプリントヘッド＞
本実施形態に係るサーマルプリントヘッドについて図面を用いて説明する。
本実施形態に係るサーマルプリントヘッドについて図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明する配線図である。本実施形態のサーマルプリントヘッドＡ１は、発熱抵抗部を有し、発熱抵抗部と接する共通電極と、発熱抵抗部を介して共通電極と電気的に接続される個別電極と、サーマルプリントヘッドＡ１に対する接地電位が供給される対象である接地電極（ＧＮＤ）と、個別電極と接地電極とに電気的に接続される駆動ＩＣ（図１では、駆動ＩＣ１～ＩＣ３）と、サーマルプリントヘッドＡ１に対する電源電位が供給される対象である電源電極（ＶＤＤ及びＶＨ）と、電源電極及び接地電極に電気的に接続されるサージ保護素子１０と、を備える。言い換えれば、サーマルプリントヘッドＡ１が使用される場合には、接地電極（ＧＮＤ）に接地電位が供給され、電源電極（ＶＤＤ及びＶＨ）に電源電位が供給される。
図１に示す駆動ＩＣ１周辺の拡大図である図２を用いてより詳細に説明する。駆動ＩＣ１周辺には、サーマルプリントヘッドＡ１が使用される場合において接地電位（Ｖｇｎｄ）が供給される接地電極、駆動ＩＣ用電位（Ｖｄｄ）が供給される駆動ＩＣ用電源電極、共通電位（Ｖｈ）が供給される共通電極などの電源配線及び信号配線が密集している。後述するサーマルプリントヘッドＡ１の発熱抵抗部及びその周辺は、配線がオーバーコート用ガラス層で覆われているため、外部からの水分が配線に達することがない。そのため配線の材料である金属のイオンマイグレーションが生じることはない。しかし、駆動ＩＣ１周辺や駆動ＩＣ直下は、ガラス層が設けられていない。イオンマイグレーションは各電源配線及び信号配線の間の電界強度が大きいほど発生しやすいため、電源配線及び信号配線が密集している駆動ＩＣ１周辺や直下はイオンマイグレーションが生じやすい箇所である。一般的に、共通電極に供給される共通電位（Ｖｈ）は駆動ＩＣ１に供給される駆動ＩＣ用電位（Ｖｄｄ）よりも高い。場合によっては、共通電位（Ｖｈ）と駆動ＩＣ用電位（Ｖｄｄ）とが等しい。
ここで、配線の材料に銀を用いたときのイオンマイグレーションについて簡単に説明する。配線の材料である銀（Ａｇ）が電極間（例えば、共通電極及び個別電極間）の電位差と周囲雰囲気中から表面に吸着された水の存在により以下のように電離が起こる。
次いで、銀イオン（Ａｇ＋）及び水酸化物イオン（ＯＨ－）が共通電極側で反応し、水酸化銀（ＡｇＯＨ）を生成して共通電極表面に析出する。
共通電極側の水酸化銀（ＡｇＯＨ）が分解されて酸化銀（Ａｇ２Ｏ）となり、コロイド状に分散される。
水和反応により銀イオン（Ａｇ＋）が個別電極側に移動し、銀（Ａｇ）のデンドライト状の析出が生じる。
以上に示すように、外部からの水が配線に達することでイオンマイグレーションが生じる。ここでは、銀を用いた配線を例示したが他の金属でも同様にイオンマイグレーションが生じ得、金属の性質、イオン化傾向の大きさ等によりイオンマイグレーションの生じやすさが異なる。例えば、銀と銅とを比較すると、銀の性質から、銀は銅よりも低い電圧でイオンマイグレーションを生じやすい。銀と金とを比較すると、イオン化傾向によって銀は金よりも陽イオンになりやすく、銀は金よりもイオンマイグレーションを生じやすい。
駆動ＩＣ１は、基板上に設けられたはんだバンプを介して配線と電気的に接続され、実装される。また、はんだバンプは、基板を支える支持体としての機能を有する。本実施形態では、駆動ＩＣ１を実装後、接地電極（ＧＮＤ）と高電源電極（ＶＤＤ）との間にサージ保護素子１０を電気的に介するように設ける。サージ保護素子１０のアノードが接地電極（ＧＮＤ）と電気的に接続し、カソードが高電源電極（ＶＤＤ）と電気的に接続する。サーマルプリントヘッドＡ１が使用される場合には、駆動ＩＣは、制御部からの信号に基づいて発熱抵抗部４１の導通状態を制御する。具体的には、駆動ＩＣは、接地電極、高電源電極、共通電極のそれぞれと電気的に接続される。サーマルプリントヘッドＡ１が使用される場合には、制御部からの信号に基づいて発熱抵抗部４１と接する共通電極から発熱抵抗部４１及び個別電極を介して接地電源に電流が流れるようにして発熱抵抗部４１の導通状態を制御する。
なお、本明細書等において、「電気的に接続」とは、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に限定されない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極、配線、スイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、容量素子、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
サージ保護素子１０は、配線間に突発的な高電圧が印加されることを抑制する機能を有し、例えば、一時的に規定外の大きな電流が製品の回路に流れた場合に製品が壊れることを防ぎ、供給される電圧を一定に保つために使用することができる。サージ保護素子１０としては、例えば、ツェナーダイオード、バリスタ、ＥＳＤサプレッサなどが挙げられ、ツェナーダイオードであることが好ましい。
また、図３に示すように、接地電極（ＧＮＤ）と共通電極（ＶＨ）との間にサージ保護素子１０を電気的に介するように設ける構成としてもよい。サージ保護素子１０のアノードが接地電極（ＧＮＤ）と電気的に接続し、カソードが共通電極（ＶＨ）と電気的に接続する。サージ保護素子１０は、接地電極（ＧＮＤ）と高電源電極（ＶＤＤ）との間、接地電極（ＧＮＤ）と共通電極（ＶＨ）との間の少なくともどちらか設けられていればよい。また、共通電極（ＶＨ）に供給される共通電位（Ｖｈ）は高電源電極（ＶＤＤ）に供給される電位（Ｖｄｄ）より高電位であっても、同電位であってもよく、例えば、電位（Ｖｄｄ）を供給する電源と共通電位（Ｖｈ）を供給する電源とを単一電源で兼用してもよい。
また、図１において、サージ保護素子１０が複数設けられているがこれに限られず、１種の電源に対して少なくとも１つのサージ保護素子１０を介して接地電極（ＧＮＤ）と電気的に接続されていればよい。
本実施形態における共通電極及び個別電極、並びに配線は、金属粒子を含み、金属粒子は銅、銀、パラジウム、イリジウム、白金、及び金であり、金属のイオン化傾向の観点から、銅、銀、白金、及び金であることが好ましく、金属のイオン化傾向及びコスト低減の観点から、銅及び銀であることがより好ましい。
基板と駆動ＩＣ１の隙間にはアンダーフィル材となる樹脂を充填し、硬化させたアンダーフィル材が設けられている。アンダーフィル材となる樹脂を硬化させる際、樹脂を流して封止するがこのときに気泡が樹脂に混入し、はんだバンプの裏側（樹脂が流れる先の方向側）にまで樹脂が入りにくいためボイドが生じることがあり、はんだバンプが多いとボイドが生じる確率が高くなり、これらが駆動ＩＣ１の信頼性に影響を及ぼす恐れがある。一方、はんだバンプが少ないと支持体としての機能が低下するため、これらを考慮して、はんだバンプの配置及び個数等は適切に調整することが好ましい。
ここでは、駆動ＩＣ１を用いて説明したが、駆動ＩＣ２及び駆動ＩＣ３も駆動ＩＣ１と同様である。
さらに、本実施形態のサーマルプリントヘッドＡ１の平面図を図４、要部平面図を図５、要部拡大平面図を図６、図４のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図を図７にそれぞれ示す。
本実施形態のサーマルプリントヘッドＡ１は、基板１、接続基板５、及び放熱部材８を備える。基板１及び接続基板５は、放熱部材８上に副走査方向ｙに隣接させて搭載されている。基板１には、主走査方向ｘに配列される複数の発熱抵抗部（発熱部）４１が形成されている。当該発熱抵抗部４１は、接続基板５上に搭載された駆動ＩＣにより選択的に発熱するように駆動される。当該発熱抵抗部４１は、コネクタ５９を介して外部から送信される印字信号にしたがって、プラテンローラ９１（図７参照）により発熱抵抗部４１に押圧される感熱紙等の印字媒体９２に印字を行う。
基板１は、主走査方向ｘを長手方向とし、副走査方向ｙを短手方向とする細長矩形状の平面形状を有する。基板１の大きさは限定されないが、一例を挙げると、主走査方向ｘの寸法は、例えば５０～１５０ｍｍ、副走査方向ｙの寸法は、例えば、２．０～５．０ｍｍ、厚さ方向ｚの寸法は、例えば７２５μｍである。なお、以下の説明において、基板１における副走査方向ｙの駆動ＩＣに近い側を上流側といい、駆動ＩＣから遠い側を下流側という。
基板１は、セラミック又は単結晶半導体からなる。セラミックとしては、例えば、アルミナなどを用いることができる。単結晶半導体としては、例えば、シリコンなどを用いることができる。
接続基板５は、例えば、プリント配線基板を用いることができる。接続基板５は、基材層と図示しない配線層とが積層された構造を有する。基材層は、例えば、ガラスエポキシ樹脂などを用いることができる。配線層は、例えば、上述した金属粒子などを用いることができる。
放熱部材８は、基板１からの熱を放散させる機能を有する。放熱部材８には、基板１及び接続基板５が取り付けられている。放熱部材８は、例えば、アルミニウムなどの金属を用いることができる。
絶縁層１９は、基板１を覆っている。絶縁層１９は、絶縁性材料を用いることができ、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。絶縁層１９の厚さは、特に限定されず、例えば、５～１５μｍであり、好ましくは５～１０μｍである。なお、絶縁層１９を設けない構成としてもよい。
抵抗体層４は、電極３からの電流が流れた部分が発熱する。このように発熱することによって印字ドットが形成される。抵抗体層４は、電極３を構成する材料よりも抵抗率が高い材料を用い、例えば、窒化タンタル、又はタンタルを含む酸化シリコンなどを用いることができる。抵抗体層４の材料として、酸化ルテニウムを使用してもよい。図５に示すように、抵抗体層４は、発熱抵抗部４１を含む。本実施形態では、抵抗体層４の厚さは、例えば、０．０５～０．２μｍ程度である。
電極３は、抵抗体層４に通電するための経路を構成している。電極３は、基板１に形成される複数の個別電極３１と、共通電極３２とを含む。電極３は導電体からなる。導電体としては、例えば、上述した銀などの金属粒子などを用いることができる。本実施形態では、電極３の厚さは、例えば、０．２～０．８μｍ程度である。
各個別電極３１は、概ね副走査方向ｙに延伸する帯状をしており、それらの下方側先端は領域１３の位置まで延伸している。各個別電極３１は、互いに導通していない。そのため、各個別電極３１には、サーマルプリントヘッドの組み込まれたプリンタが使用される際に、個別に、互いに異なる電位が付与されうる。各個別電極３１の上方側端部には、個別パッド部３１１が形成されている。
共通電極３２は、サーマルプリントヘッドの組み込まれたプリンタが使用される際に複数の個別電極３１に対して電気的に逆極性となる部位である。共通電極３２は、複数の櫛歯部３２４と、これら複数の櫛歯部３２４を共通につなげる共通部３２３と、を有する。共通部３２３は基板１の上方側の縁に沿って主走査方向ｘに形成され、各櫛歯部３２４は、共通部３２３から分かれて副走査方向ｙに延伸する帯状をしており、その上方側先端は、各個別電極３１の先端に対して所定間隔を隔てて対向させられている。
電極３及び抵抗体層４等は保護膜で覆われている。当該保護膜は絶縁性の材料を用いることができ、例えば、窒化シリコン、酸化シリコンなどを用いることができる。当該保護膜の厚さは、例えば、３～８μｍ程度である。
駆動ＩＣは、はんだバンプを介して接続基板５上に実装されており、発熱抵抗部４１に個別に通電させるために設けられる。駆動ＩＣと上記各個別電極３１の各個別パッド部３１１間は、接続基板５上の配線に接続されたワイヤ（図示なし）によって接続される。駆動ＩＣには、コネクタ５９を介して外部から送信される印字信号が入力される発熱抵抗部４１は、印字信号に従って個別に通電されることにより、選択的に発熱させられる。
ここで、上述した構成要素を含むサーマルプリントヘッドの一例の断面図を示す。
図８及び図９を用いて上述した構成要素について詳細に説明する。図８及び図９に示すサーマルプリントヘッドは、基板３５と、基板３５上の蓄熱層３３と、蓄熱層３３上の個別電極３１及び共通電極３２と、個別電極３１上及び共通電極３２上の発熱抵抗部４１と、発熱抵抗部４１上の保護膜３４と、を備える。
基板３５は上述の基板１に対応する。
蓄熱層３３は、絶縁性材料を用いることができ、例えば、ガラスの主成分である酸化シリコン、窒化シリコンを用いることが好ましい。蓄熱層３３の厚さは、特に限定されず、例えば、５～１５μｍであり、好ましくは５～１０μｍである。
個別電極３１、共通電極３２、及び発熱抵抗部４１の詳細は、上述の通りである。個別電極３１、共通電極３２は、印刷機を用いてパターン形成してもよいし、フォトリソグラフィ工程にてパターン形成してもよい。
保護膜３４は上述の電極３及び抵抗体層４等を覆う保護膜に対応する。
ここで、本実施形態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、基板３５上に蓄熱層３３を形成し、次いで、個別電極３１、共通電極３２を形成する。また、個別電極３１及び共通電極３２の形成と同時に配線やパッド部等も形成する。例えば、アルミナ基板上にガラスを形成し、ガラス上に個別電極３１及び共通電極３２となる導電体を形成する。その後、当該導電体に対して印刷機を用いたスクリーン印刷やフォトリソグラフィ工程により電極、配線、及びパッド部等のパターンを形成して個別電極３１及び共通電極３２、配線、及びパッド部等を形成する。導電体は、例えば、銀等を用いて形成することができる。
次に、共通電極３２と電気的に接続する補助電極を形成する。補助電極は、共通電極３２と電気的に接続されているため同一の電位に保持される。言い換えると、補助電極は、共通電極３２の全ての部分に対する共通接続部として機能する。補助電極は大きな面積を有していることから、電流路を拡大し、サーマルプリントヘッドの長手方向の電圧降下を実質的に解消する。したがって、発熱抵抗部４１が広範囲に発熱する場合（例えば、「ベタ状印刷」する場合）にも、十分な電流を流すことができ、印字品質の低下を抑制することができる。補助電極は、例えば、銀、アルミニウム等を用いて形成することができる。
次に、個別電極３１上及び共通電極３２上に発熱抵抗部４１を形成する。その後、保護膜３４としてオーバーコート用ガラス層を形成する。
次に、蓄熱層３３、個別電極３１、共通電極３２、発熱抵抗部４１等が搭載された基板３５を個片化する。基板３５の個片化には、例えば、ダイサーを用いることができる。更に、レーザーなどを用いて基板３５の個片化を行うことができる。レーザーとしては、例えば、ファイバーレーザーなどの固体レーザーを用いることができる。
次に、個片化した基板（個片基板ともいう）に駆動ＩＣ及びサージ保護素子であるツェナーダイオードを実装する。実装には、個片基板と駆動ＩＣの間にはんだバンプを設けておき、リフロー炉内で、窒素などの不活性ガス雰囲気下で加熱処理を行い、はんだバンプを溶融させ、はんだと導電体を接合させて個片基板と駆動ＩＣとを電気的に接続させる。
次に、個片基板と駆動ＩＣとの間に充填したアンダーフィル材となる樹脂を熱硬化させてアンダーフィル材を形成する。
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を製造することができる。
本実施形態によれば、コストを低減させるために比較的に安価で電気伝導性の良好な金属材料を用いて配線等を形成しつつ、当該配線間等に生じる突発的な高電圧を抑制するサーマルプリントヘッドを得ることが可能となる。
＜サーマルプリンタ＞
本実施形態のサーマルプリンタは、上述のサーマルプリントヘッドを備えることができる。サーマルプリンタは、印刷媒体に印刷を施す。印刷媒体としては、例えば、バーコードシートやレシートを作成するための感熱紙等が挙げられる。
本実施形態のサーマルプリンタは、上述のサーマルプリントヘッドを備えることができる。サーマルプリンタは、印刷媒体に印刷を施す。印刷媒体としては、例えば、バーコードシートやレシートを作成するための感熱紙等が挙げられる。
サーマルプリンタは、例えば、サーマルプリントヘッドＡ１と、プラテンローラ９１（図７参照）と、主電源回路と、計測用回路と、制御部と、を備える。プラテンローラ９１は、サーマルプリントヘッドＡ１に正対している。
主電源回路は、サーマルプリントヘッドＡ１における複数の発熱抵抗部４１に電力を供給する。計測用回路は、複数の発熱抵抗部４１の各々の抵抗値を計測する。計測用回路は、例えば、印刷媒体への印字を行わない時に、複数の発熱抵抗部４１の各々の抵抗値を計測する。これにより、発熱抵抗部４１の寿命や故障した発熱抵抗部４１の有無が確認されうる。制御部は、主電源回路及び計測用回路の駆動状態を制御する。制御部は、複数の発熱抵抗部４１の各々の通電状態を制御する。計測用回路は省略される場合がある。
コネクタ５９（図７参照）は、サーマルプリントヘッドＡ１外の装置と通信するために用いられる。コネクタ５９を介して、サーマルプリントヘッドＡ１は、主電源回路及び計測用回路に電気的に接続している。コネクタ５９を介して、サーマルプリントヘッドＡ１は、制御部に電気的に接続している。
駆動ＩＣは、コネクタ５９を介して、制御部から信号を受ける。駆動ＩＣは制御部から受けた当該信号に基づき、複数の発熱抵抗部４１の各々の通電状態を制御する。具体的には、駆動ＩＣは、複数の個別電極３１を選択的に通電させることにより、複数の発熱抵抗部４１のいずれかを任意に発熱させる。
次に、サーマルプリンタの使用方法について説明する。
印刷媒体への印刷時には、コネクタ５９に、主電源回路から、電位Ｖ１として電位ｖ１１が付与される。この場合、複数の発熱抵抗部４１が選択的に通電し、発熱する。当該熱を印刷媒体に伝えることにより、印刷媒体への印刷がなされる。上述のとおり、コネクタ５９に、主電源回路から、電位Ｖ１として電位ｖ１１が付与されている場合、複数の発熱抵抗部４１の各々への通電経路が確保されている。
印刷媒体への印字を行わない時には、各発熱抵抗部４１の抵抗値を計測する。当該計測時には、主電源回路からコネクタ５９に電位は付与されない。各発熱抵抗部４１の抵抗値の計測時には、コネクタ５９に、計測用回路から、電位Ｖ１として電位ｖ１２が付与される。この場合、複数の発熱抵抗部４１が順番に（例えば、主走査方向ｘの端に位置する発熱抵抗部４１から順番に）通電する。発熱抵抗部４１に流れる電流の値および電位ｖ１２に基づき、計測用回路は、各発熱抵抗部４１の抵抗値を計測する。上述のとおり、コネクタ５９に、主電源回路から、電位Ｖ１として電位ｖ１１が付与されている場合、複数の発熱抵抗部４１の各々への通電経路が実質的に遮断される。これにより、計測用回路によって、より正確に各発熱抵抗部４１の抵抗値を計測でき、発熱抵抗部４１の寿命や故障した発熱抵抗部４１の有無が確認されうる。
本実施形態によれば、当該サーマルプリンタは上述のサーマルプリントヘッドを備えるため、コストを低減させるために比較的に安価で電気伝導性の良好な金属材料を用いて配線等を形成しつつ、当該配線間等に生じる突発的な高電圧を抑制するサーマルプリンタを得ることが可能となる。
［その他の実施形態］
上述のように、いくつかの実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載していない様々な実施形態等を含む。
上述のように、いくつかの実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載していない様々な実施形態等を含む。
１ 基板
３ 電極
４ 抵抗体層
５ 接続基板
８ 放熱部材
１０ サージ保護素子
１３ 領域
１９ 絶縁層
３１ 個別電極
３２ 共通電極
３３ 蓄熱層
３４ 保護膜
３５ 基板
４１ 発熱抵抗部
５９ コネクタ
９１ プラテンローラ
９２ 印字媒体
３１１ 個別パッド部
３２３ 共通部
３２４ 櫛歯部
Ａ１ サーマルプリントヘッド
ＩＣ 駆動ＩＣ
ＩＣ１ 駆動ＩＣ
ＩＣ２ 駆動ＩＣ
ＩＣ３ 駆動ＩＣ
ＧＮＤ 接地電極
Ｖｄｄ 高電位
ＶＤＤ 高電源電極
Ｖｇｎｄ 接地電位
Ｖｈ 共通電位
ＶＨ 共通電極
３ 電極
４ 抵抗体層
５ 接続基板
８ 放熱部材
１０ サージ保護素子
１３ 領域
１９ 絶縁層
３１ 個別電極
３２ 共通電極
３３ 蓄熱層
３４ 保護膜
３５ 基板
４１ 発熱抵抗部
５９ コネクタ
９１ プラテンローラ
９２ 印字媒体
３１１ 個別パッド部
３２３ 共通部
３２４ 櫛歯部
Ａ１ サーマルプリントヘッド
ＩＣ 駆動ＩＣ
ＩＣ１ 駆動ＩＣ
ＩＣ２ 駆動ＩＣ
ＩＣ３ 駆動ＩＣ
ＧＮＤ 接地電極
Ｖｄｄ 高電位
ＶＤＤ 高電源電極
Ｖｇｎｄ 接地電位
Ｖｈ 共通電位
ＶＨ 共通電極
Claims (7)
- 発熱抵抗部を有するサーマルプリントヘッドであって、
前記発熱抵抗部と接する共通電極と、
前記発熱抵抗部を介して前記共通電極と電気的に接続される個別電極と、
前記サーマルプリントヘッドに対する接地電位が供給される対象である接地電極と、
前記個別電極と前記接地電極とに電気的に接続される駆動ＩＣと、
前記サーマルプリントヘッドに対する電源電位が供給される対象である電源電極と、
前記電源電極と前記接地電極とに電気的に接続されるサージ保護素子と、を備え、
前記共通電極および前記個別電極は金属粒子を含む、サーマルプリントヘッド。 - 前記金属粒子は銅及び銀からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
- 前記サージ保護素子はツェナーダイオードである、請求項１又は２に記載のサーマルプリントヘッド。
- 前記電源電位は、前記駆動ＩＣに供給される第１電位である、請求項１～３のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
- 前記サーマルプリントヘッドに対する他の電源電位は、前記共通電極に供給される第２電位である、請求項４に記載のサーマルプリントヘッド。
- 前記第２電位は、前記第１電位と同電位又はより高電位である、請求項５に記載のサーマルプリントヘッド。
- 請求項１～６のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッドを備えるサーマルプリンタ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020121828A JP2022018608A (ja) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタ |
| CN202110751872.1A CN113942315A (zh) | 2020-07-16 | 2021-07-02 | 热敏打印头和热敏打印机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020121828A JP2022018608A (ja) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022018608A true JP2022018608A (ja) | 2022-01-27 |
Family
ID=80203378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020121828A Pending JP2022018608A (ja) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022018608A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116714372A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-09-08 | 湖南纳洣小芯半导体有限公司 | 热敏打印头及热敏打印机 |
-
2020
- 2020-07-16 JP JP2020121828A patent/JP2022018608A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116714372A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-09-08 | 湖南纳洣小芯半导体有限公司 | 热敏打印头及热敏打印机 |
| CN116714372B (zh) * | 2023-07-18 | 2024-02-23 | 湖南纳洣小芯半导体有限公司 | 热敏打印头及热敏打印机 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9358804B2 (en) | Fine wiring pattern, manufacturing method thereof, and thermal print head | |
| JP2022044731A (ja) | サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリントヘッドの製造方法 | |
| US9953749B2 (en) | Resistor element and resistor element assembly | |
| CN103596767A (zh) | 热敏头以及具备该热敏头的热敏打印机 | |
| JP2022018608A (ja) | サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタ | |
| CN110509672B (zh) | 热敏打印头 | |
| CN110461614A (zh) | 热敏头及热敏打印机 | |
| CN110356122B (zh) | 热敏打印头 | |
| CN109397884B (zh) | 热敏打印头 | |
| JP6368520B2 (ja) | サーマルプリントヘッド | |
| CN114379242A (zh) | 热敏打印头及其制造方法、以及热敏打印机 | |
| JP6001465B2 (ja) | サーマルヘッドおよびこれを備えるサーマルプリンタ | |
| CN113942315A (zh) | 热敏打印头和热敏打印机 | |
| JP7016642B2 (ja) | サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリントヘッドの製造方法 | |
| CN114728523B (zh) | 热敏打印头及其制造方法 | |
| JP2024009569A (ja) | サーマルプリントヘッド及びその製造方法 | |
| JP2023114780A (ja) | サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタ | |
| JP2023115544A (ja) | サーマルプリントヘッド、サーマルプリンタ、及びサーマルプリントヘッドの製造方法 | |
| CN116160779A (zh) | 层叠体、热敏打印头、热敏打印机、蓄热层的形成方法及热敏打印头的制造方法 | |
| KR20170073400A (ko) | 저항 소자 및 그 실장 기판 | |
| JP2022114596A (ja) | サーマルプリントヘッドとその製造方法 | |
| CN114940027A (zh) | 蓄热层的形成方法、热敏打印头及制造方法和热敏打印机 | |
| JP2023167948A (ja) | サーマルプリントヘッド、サーマルプリンタ、及びサーマルプリントヘッドの製造方法 | |
| JP2022059865A (ja) | サーマルプリントヘッド及びその製造方法、並びにサーマルプリンタ | |
| JP2022059793A (ja) | サーマルプリントヘッド及びその製造方法、並びにサーマルプリンタ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230607 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240221 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240227 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240418 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20240507 |