JP2547876B2 - Method of manufacturing thermal head - Google Patents
Method of manufacturing thermal headInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、感熱式プリンターや熱転写式プリンター
に使用するサーマルヘッドに関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermal head used in a thermal printer or a thermal transfer printer.
(ロ)従来の技術 従来、サーマルヘッドにおいては、第3図に示すよう
に、セラミック基板12に設けられたガラスグレーズ層13
を介して、TaSiO2等の発熱抵抗体14、A1又はAl−Si等の
共通電極16およびリード電極15を、フォトエッチング法
により所定のパターンに形成した後、保護膜17として、
SiAlON,SiON等をスパッタ蒸着又はプラズマCVD法により
形成するようにしている。(B) Conventional Technology In a conventional thermal head, as shown in FIG. 3, a glass glaze layer 13 provided on a ceramic substrate 12 is used.
Via, the heating resistor 14 such as TaSiO 2 , the common electrode 16 such as A1 or Al-Si and the lead electrode 15, after forming a predetermined pattern by photoetching method, as a protective film 17,
SiAlON, SiON, etc. are formed by sputter deposition or plasma CVD.
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来のこのようなグレーズセラミック
基板を用いたサーマルヘッドの場合、原材料コストが高
く、又、加工性に乏しいため製造プロセスが複雑になる
という問題点があった。(C) Problems to be Solved by the Invention However, in the case of a conventional thermal head using such a glaze ceramic substrate, there are problems that the raw material cost is high and the manufacturing process is complicated due to poor workability. there were.
そこで、セラミック基板の代わりに安価で加工性に富
む高耐熱性樹脂基板を使用したサーマルヘッドの実用化
が進められている。つまり、このサーマルヘッドにおい
ては、第4図に示すように、高耐熱性樹脂基板22上にパ
ータン化された電極層(共通電極29およびリード電極2
8)を形成し、この後にワニス状のポリイミド前駆体を
塗布し、予備加熱(乾燥・ハーフキュア)を行い、層状
のポリイミド前駆体を形成し、所定のパターンにエッチ
ングした後、オーブン又は赤外線の照射装置を用いて30
0℃以上の温度に加熱して、前記ポリイミド前駆体のイ
ミド化を行い、ポリイミド樹脂蓄熱層23を形成し、この
上に共通電極29とリード電極28とに電気的に接合される
発熱抵抗体24を形成して、更に、保護膜27を積層した構
成を採用している。Therefore, a thermal head using an inexpensive and highly workable resin substrate having high heat resistance instead of the ceramic substrate is being put into practical use. That is, in this thermal head, as shown in FIG. 4, a patterned electrode layer (common electrode 29 and lead electrode 2 is formed on the high heat resistant resin substrate 22.
8) is formed, and then a varnish-shaped polyimide precursor is applied, preheating (drying / half-cure) is performed to form a layered polyimide precursor, and after etching into a predetermined pattern, an oven or infrared With irradiation device 30
By heating to a temperature of 0 ° C. or higher, the polyimide precursor is imidized to form a polyimide resin heat storage layer 23, and a heating resistor electrically bonded to the common electrode 29 and the lead electrode 28 is formed thereon. A structure in which 24 is formed and a protective film 27 is further laminated is adopted.
ところで、このような高耐熱性樹脂基板を用いたサー
マルヘッドにおいては、電極層、ポリイミド樹脂蓄熱
層、発熱抵抗体、保護膜をそれぞれ形成して行く際に、
フォトエッチングや、熱処理工程を経るにしたがって樹
脂基板が反り、ファインパターン化が困難になるという
問題点がある。By the way, in the thermal head using such a high heat resistant resin substrate, when forming the electrode layer, the polyimide resin heat storage layer, the heating resistor, and the protective film,
There is a problem in that the resin substrate warps as a result of photo-etching and heat treatment, making it difficult to form a fine pattern.
さらに、このサーマルヘッドは動作時に、発熱抵抗体
に発する熱に対して、発熱特性が十分でなく、その熱が
基板に蓄積し、連続パルス印加による熱応答性が悪くな
る。その結果、ピーク温度(温度の最高値)及びパルス
印加直前のベース温度(温度の最低値)が次第に上昇
し、高速印加が難しく、連続印字した際にいわゆる尾引
き現象が発生しやすいという問題点がある。Further, this thermal head has insufficient heat generation characteristics with respect to the heat generated by the heat generating resistor during operation, and the heat accumulates on the substrate, resulting in poor thermal response due to continuous pulse application. As a result, the peak temperature (maximum temperature value) and the base temperature immediately before pulse application (minimum temperature value) gradually increase, making high-speed application difficult, and the so-called tailing phenomenon easily occurs during continuous printing. There is.
この発明はこのような事情を考慮してなされたもの
で、材料コストが低く、熱処理時の高耐熱性樹脂基板の
反りを緩和してパターン精度を向上させ、放熱特性を向
上させて高速印字を可能にした印字品質の良いサーマル
ヘッドを提供するものである。The present invention has been made in consideration of such circumstances, the material cost is low, the warp of the high heat-resistant resin substrate during heat treatment is mitigated to improve the pattern accuracy, and the heat dissipation property is improved to perform high-speed printing. It is intended to provide a thermal head that enables good printing quality.
(ニ)課題を解決するための手段 この発明は、予め上面と下面にそれぞれ一様に金属箔
を接着した基板を使用し、基板上面の金属箔を用いて共
通電極とリード電極を形成し、基板上面の発熱抵抗体層
形成予定領域に蓄熱層を形成し、蓄熱層上に共通電極か
らリード電極にわたって発熱抵抗体層を形成し、発熱抵
抗体層を覆う保護層を形成する工程からなるサーマルヘ
ッドの製造方法を提供するものである。(D) Means for Solving the Problems The present invention uses a substrate in which metal foils are uniformly adhered to the upper surface and the lower surface in advance, and a common electrode and a lead electrode are formed using the metal foil on the upper surface of the substrate. A thermal process consisting of forming a heat storage layer in the area where the heating resistor layer is to be formed on the upper surface of the substrate, forming a heating resistor layer on the heat storage layer from the common electrode to the lead electrode, and forming a protective layer covering the heating resistor layer. A method for manufacturing a head is provided.
前記、高耐熱性樹脂基板の裏面全面に、樹脂基板より
も熱伝導性のよい金属層、例えば、銅箔等を、接着又は
スパッタ蒸着などによって設けるか、若しくはサーマル
ヘッド基板として両面銅張積層基板を用い、一方は、電
極層として利用し、裏面の銅箔をテープあるいはレジス
ト等でマスクして、前記電極層のフォトエッチング工程
を行い、そのままま銅箔を残して熱伝導層とすることが
好ましい。On the entire back surface of the high heat resistant resin substrate, a metal layer having better thermal conductivity than the resin substrate, for example, a copper foil or the like is provided by adhesion or sputter deposition, or a double-sided copper clad laminated substrate as a thermal head substrate. One is used as an electrode layer, the copper foil on the back side is masked with a tape or a resist, and the photoetching step of the electrode layer is performed. preferable.
(ホ)作用 高耐熱性樹脂基板を用いることにより、材料コストが
低下できる。また、樹脂基板よりも熱伝導性のよい金属
層を基板裏面に設けることにより、フォトエッチングや
熱処理工程で生じる基板の反りを緩和できるために、パ
ターン精度が向上する。さらに、発熱抵抗体より発生す
る熱を、すみやかに放散させる結果、熱応答性が良くな
り、高速印字が可能になり、印字の尾引き現象を解消す
ることができる。(E) Action Material cost can be reduced by using a highly heat-resistant resin substrate. Further, by providing a metal layer having better thermal conductivity than the resin substrate on the back surface of the substrate, the warp of the substrate caused by the photoetching or heat treatment step can be alleviated, so that the pattern accuracy is improved. Further, as a result of promptly dissipating the heat generated by the heating resistor, the thermal response is improved, high-speed printing becomes possible, and the tailing phenomenon of printing can be eliminated.
(ヘ)実施例 以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に
説明する。(F) Embodiment Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings.
実施例(1) 第1図は、実施例(1)のサーマルヘッドの要部断面
図である。このサーマルヘッドは両面銅張積層基板Pを
用いて次のように製作される。なお、2は縦300mm、横4
00mm、厚さ0.8mmの高耐熱性樹脂基板であり、その両面
に厚さ3〜5μmの銅箔1,1Aが接着されている。Embodiment (1) FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts of a thermal head of embodiment (1). This thermal head is manufactured using the double-sided copper clad laminate P as follows. 2 is 300 mm long and 4 horizontal
It is a high heat resistant resin substrate with a thickness of 00 mm and a thickness of 0.8 mm, and copper foils 1 and 1A having a thickness of 3 to 5 μm are adhered to both surfaces thereof.
まず、銅箔1A上に、N−メチルピロドリン/(NMP)
を溶媒とするポリイミド前駆体をスピンコータあるいは
ロールコータを用いて所定の厚さに塗布し、120℃程度
の温度で数分間乾燥後、200℃の温度で30分間予備硬化
を行いポリイミド層を形成する。First, on the copper foil 1A, N-methylpyrrodoline / (NMP)
Is applied to a predetermined thickness using a spin coater or a roll coater, and a polyimide precursor is dried at a temperature of about 120 ° C. for several minutes, and then pre-cured at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes to form a polyimide layer. .
次に、両面銅張積層基板Pの片面上に形成されたポリ
イミド層のパターン形成を行った後に、オーブンあるい
は赤外線の照射によって約300℃〜350℃の温度で30分間
程度加熱し、ポリイミド樹脂蓄熱層3を形成する。Next, after patterning a polyimide layer formed on one surface of the double-sided copper-clad laminated substrate P, it is heated at a temperature of about 300 ° C. to 350 ° C. for about 30 minutes by irradiation of an oven or infrared rays to store the polyimide resin heat. Form layer 3.
ついで、スパッタ法を用いて発熱抵抗体層4を全面に
形成し、更にフォトエッチングにより発熱抵抗体層4を
パターン化し、その上部に共通電極6及びリード電極5
をフォトエッチングにより所定のパターンに形成後、最
後にスパッタ法により保護膜7を成膜してサーマルヘッ
ドを完成させる。Then, the heating resistor layer 4 is formed on the entire surface by sputtering, and the heating resistor layer 4 is patterned by photoetching. The common electrode 6 and the lead electrode 5 are formed on the patterned resistor layer 4.
Is formed into a predetermined pattern by photoetching, and finally, a protective film 7 is formed by a sputtering method to complete the thermal head.
実施例(2) 第2図は、実施例(2)のサーマルヘッド断面図であ
る。このサーマルヘッドは次のようにして製作される。Embodiment (2) FIG. 2 is a sectional view of the thermal head of the embodiment (2). This thermal head is manufactured as follows.
まず、高耐熱性樹脂基板として、両面銅張積層基板P
を用いて、一方の銅箔をフォトリソグラフィ法によって
所定のパターンにエッチングし、パターン化された銅層
8Aを形成する。この際、裏面の銅箔1はテープあるいは
レジスト等でマスクしておき、そのまま残しておく。First, as a high heat resistant resin substrate, a double-sided copper clad laminate P
By using, one of the copper foil is etched into a predetermined pattern by photolithography method, the patterned copper layer
Form 8A. At this time, the copper foil 1 on the back surface is masked with a tape or a resist and left as it is.
次に、この銅層8Aの上に無電解メッキ法によって厚さ
1μmのニッケル・リンメッキ層8Bおよび厚さ0.1μm
の金メッキ層8Cを順に積層して、電極層すなわち共通電
極9とリード電極8を形成する。Next, a nickel-phosphorus plating layer 8B having a thickness of 1 μm and a thickness of 0.1 μm is formed on the copper layer 8A by an electroless plating method.
The gold-plated layers 8C are sequentially laminated to form an electrode layer, that is, the common electrode 9 and the lead electrode 8.
次に、この上部に、実施例(1)と同様にしてポリイ
ミド前駆体を形成し、フォトリソグラフィ法を用いて、
所定のパターンにエッチングして台形状のポリイミド層
を形成する。Next, a polyimide precursor is formed on this upper part in the same manner as in Example (1), and the photolithography method is used.
A trapezoidal polyimide layer is formed by etching in a predetermined pattern.
次に、このポリイミド前駆体層をオーブンあるいは赤
外線の照射によって300℃〜400℃の温度で30分間の熱処
理を行い、台形状のポリイミド樹脂蓄熱層3を形成す
る。この際、基板裏面に設けられた熱伝導性のよい銅箔
1があるため、樹脂基板2の冷却効果がより向上し、樹
脂基板2の劣化及びソリの発生を防ぐことができる。Next, this polyimide precursor layer is heat-treated for 30 minutes at a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. by irradiation of an oven or infrared rays to form a trapezoidal polyimide resin heat storage layer 3. At this time, since the copper foil 1 having good thermal conductivity is provided on the back surface of the substrate, the cooling effect of the resin substrate 2 is further improved, and the deterioration and warpage of the resin substrate 2 can be prevented.
次に、スパッタ法より、発熱抵抗体層4を形成し、更
にスパッタ法を用いて保護膜7を形成して、サーマルヘ
ッドを完成させる。Next, the heating resistor layer 4 is formed by the sputtering method, and the protective film 7 is further formed by the sputtering method to complete the thermal head.
このサーマルヘッドをアルミニウム製放熱板11上に接
着剤10によって接合したもの(第2図)と、高耐熱性樹
脂基板2の裏面に銅箔1が無いサーマルヘッド(比較
例)との駆動パルス印加時における放熱特性を第5図お
よび第6図に示す。Applying a drive pulse between a thermal head in which this thermal head is bonded to an aluminum radiator plate 11 with an adhesive 10 (Fig. 2) and a thermal head in which the copper foil 1 is not provided on the back surface of the high heat resistant resin substrate 2 (comparative example). The heat dissipation characteristics at the time are shown in FIGS. 5 and 6.
第5図は、1パルス印加時の発熱抵抗体層の表面温度
の時間的変化を示しており、(A)は比較例、(B)は
実施例を示す。これから基板裏面に銅箔が設けられてい
ると、発熱抵抗体層4下のポリイミド樹脂蓄熱層3およ
び耐熱性樹脂基板2中に、局所的に蓄熱部H(第2図)
が発生しても、基板裏面の銅箔1を通じて熱がすみやか
に放散し、熱応答性が向上していることがわかる。FIG. 5 shows the temporal change of the surface temperature of the heating resistor layer when one pulse is applied, (A) shows a comparative example, and (B) shows an example. When a copper foil is provided on the back surface of the substrate, the heat storage part H (FIG. 2) is locally formed in the polyimide resin heat storage layer 3 and the heat-resistant resin substrate 2 below the heating resistor layer 4.
It can be seen that even if occurs, heat is quickly dissipated through the copper foil 1 on the back surface of the substrate, and the thermal response is improved.
また、第6図は、連続パルス印加した際のピーク温度
と、ベース温度の時間的変化を示している。(Ap)及び
(Ab)は従来例のピーク温度とベース温度を示し、(B
p)および(Bb)は実施例のピーク温度とベース温度を
示している。つまり、基板裏面に銅箔1が設けられてい
る方がピーク温度、ベース温度共に低い値を示している
ことから、発熱抵抗体部の残熱による尾引き現象が改善
されることが理解される。Further, FIG. 6 shows the peak temperature and the base temperature with time when a continuous pulse is applied. (Ap) and (Ab) show the peak temperature and base temperature of the conventional example, and (B
p) and (Bb) show the peak temperature and base temperature of the examples. That is, since the peak temperature and the base temperature are lower when the copper foil 1 is provided on the back surface of the substrate, it is understood that the tailing phenomenon due to the residual heat of the heating resistor portion is improved. .
また、さらに、第2図の放熱板11とサーマルヘッド基
板との接着剤10に熱伝導性のよい接着ペースト剤を用い
ることにより、さらに放熱特性を向上させることができ
る。Further, by using an adhesive paste having good thermal conductivity as the adhesive 10 between the heat dissipation plate 11 and the thermal head substrate shown in FIG. 2, the heat dissipation characteristics can be further improved.
(ト)発明の効果 この発明によれば、高耐熱性樹脂基板の裏面に熱伝導
性のよい金属層を設けることで、駆動パルス印加時に発
熱する抵抗体部の熱応答性を向上することができ、高速
印字が可能となる。また、熱の放散性も改善され、尾引
き現象を防止することができる。さらに、基板裏面が金
属層のため、加工時の樹脂基板自体の反りが緩和され、
パターン加工精度が向上し、ファインパターン化が容易
になる。従って、信頼性に優れた安価なサーマルヘッド
が提供される。(G) Effect of the Invention According to the present invention, by providing a metal layer having good thermal conductivity on the back surface of the high heat-resistant resin substrate, it is possible to improve the thermal response of the resistor portion that generates heat when a drive pulse is applied. Yes, high-speed printing is possible. In addition, heat dissipation is also improved, and the tailing phenomenon can be prevented. Furthermore, since the back surface of the substrate is a metal layer, the warpage of the resin substrate itself during processing is alleviated,
The pattern processing accuracy is improved, and fine patterning is facilitated. Therefore, an inexpensive thermal head having excellent reliability is provided.
第1図はこの発明の実施例(1)のサーマルヘッドを示
す断面図、第2図はこの発明の実施例(2)のサーマル
ヘッドを示す断面図、第3図は従来のサーマルヘッドを
示す断面図、第4図は比較例の構成を示す断面図、第5
図および第6図は印加パルスに対する温度特性を示す説
明図である。 1,1A……銅箔、2……高耐熱性樹脂基板、 3……ポリイミド樹脂蓄熱層、 4……発熱抵抗体層、5……リード電極、 6……共通電極、7……保護膜。1 is a sectional view showing a thermal head of an embodiment (1) of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a thermal head of an embodiment (2) of the present invention, and FIG. 3 is a conventional thermal head. Sectional view, FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a comparative example, FIG.
FIG. 6 and FIG. 6 are explanatory views showing the temperature characteristics with respect to the applied pulse. 1,1A ... Copper foil, 2 ... High heat resistant resin substrate, 3 ... Polyimide resin heat storage layer, 4 ... Heating resistor layer, 5 ... Lead electrode, 6 ... Common electrode, 7 ... Protective film .
Claims (1)
箔を接着した基板を使用し、基板上面の金属箔を用いて
共通電極とリード電極を形成し、基板上面の発熱抵抗体
層形成予定領域に蓄熱層を形成し、蓄熱層上に共通電極
からリード電極にわたって発熱抵抗体層を形成し、発熱
抵抗体層を覆う保護層を形成する工程からなるサーマル
ヘッドの製造方法。1. A substrate in which a metal foil is uniformly adhered to the upper surface and the lower surface of the substrate in advance, a common electrode and a lead electrode are formed using the metal foil on the upper surface of the substrate, and a heating resistor layer is formed on the upper surface of the substrate. A method of manufacturing a thermal head, comprising the steps of forming a heat storage layer in a predetermined area, forming a heating resistor layer on the heat storage layer from a common electrode to a lead electrode, and forming a protective layer covering the heating resistor layer.
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