JP3466446B2 - サーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はビデオプリンタやフ
ァクシミリ等の印画デバイスとして組み込まれるサーマ
ルヘッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラスチックカードのような曲げ
ることが困難な硬質の記録媒体等に対しても感熱記録を
良好に行うために、記録媒体と接するサーマルヘッドの
表面を出来るだけ平坦になす試みがなされている。

【０００３】このような従来のサーマルヘッドとして
は、例えば、断面円弧状のグレーズ層が部分的に被着さ
れているアルミナセラミックス製のセラミック基板に、
前記グレーズ層から所定の距離だけ離れた位置にグレー
ズ層と略平行に貫通穴を形成するとともに、この貫通穴
内に上面に端子を有した矩形状のドライバーＩＣを埋設
させ、前記グレーズ層上に複数個の発熱抵抗体を、また
前記グレーズ層上からセラミック基板の上面を介してド
ライバーＩＣの端子上にかけて所定の薄膜回路パターン
を被着させた構造のものが知られている。

【０００４】かかるサーマルヘッドによれば、ドライバ
ーＩＣをセラミック基板の貫通穴内に埋設させたことで
サーマルヘッドの表面より大きく突出するものがなくな
ることから、プラスチックカードのような硬質の記録媒
体に感熱記録を行う場合であっても記録媒体をフラット
な形状のまま発熱抵抗体上に搬送すること、即ち、記録
媒体のフラットパスが可能となっていた。

【０００５】尚、前述のサーマルヘッドにおけるセラミ
ック基板の貫通穴は、薄膜回路パターン等をセラミック
基板の上面に被着・形成する前に、セラミック基板にレ
ーザー加工を施して穴明けすることにより形成されてい
た。具体的には、図４に示す如く、セラミック基板１１
の上面に、ＣＯ₂ レーザーもしくはＹＡＧレーザーを、
セラミック基板上面の貫通穴を形成したい領域の輪郭に
沿って環状に照射させ、該照射したレーザー光によりセ
ラミック基板１１を溶断することによって所定の貫通穴
が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のサーマルヘッドにおいては、セラミック基板
１１に貫通穴を形成する際、レーザー光がセラミック基
板１１の上面に直に照射されることから、レーザー光の
照射によってセラミック基板１１の上面近傍より溶融・
飛散したアルミナ等の粒子がセラミック基板１１の表面
に再び付着して突起物（径：１０〜１００μｍ）を形成
していた。このような突起物は溶融固着物であるために
除去することが難しく、そのため、後の工程においてセ
ラミック基板１１の上面に従来周知のフォトリソグラフ
ィー技術によって薄膜回路パターンを形成しようとする
と、前述の突起物が形成されている部位とそれ以外の部
位とでフォトレジストの塗布厚みにバラツキを生じ、そ
の結果、薄膜回路パターンに断線や短絡が多発してサー
マルヘッドの量産性が著しく低下する欠点を有してい
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、上面にグレーズ層が被着されているセラミック基板
に対してグレーズ層側よりガスを吹き付けながらレーザ
ー光をグレーズ層側から照射し、グレーズ層の一部を蒸
発させるとともにセラミック基板を溶断してセラミック
基板の所定箇所に貫通穴を形成する工程と、前記貫通穴
内に、上面に端子を有するドライバーＩＣを埋設させる
工程と、前記グレーズ層上に、複数個の発熱抵抗体及び
薄膜回路パターンを該パターンの一部がドライバーＩＣ
上面の端子上まで延在するようにして被着させる工程
と、を含むことを特徴とするものである。また本発明の
サーマルヘッドの製造方法は、前記ドライバーＩＣの埋
設が、ドライバーＩＣを粘着テープを用いて貫通穴に仮
留めした状態で貫通穴にワニスを充填するとともに該ワ
ニスを熱硬化させ、粘着テープを取り外すことによって
行われることを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。 〔第１形態〕図１は本発明の第１形態によって製作され
るサーマルヘッドの断面図であり、１はセラミック基
板、１ａは貫通穴、２はグレーズ層、３は発熱抵抗体、
４は薄膜回路パターン、５はドライバーＩＣ、５ａはド
ライバーＩＣ５の端子である。前記セラミック基板１は
厚み0.5 〜1.5 ｍｍのアルミナセラミックス等から成
り、その中央には貫通穴１ａが設けられ、上面でグレー
ズ層２や発熱抵抗体３，薄膜回路パターン４等を、貫通
穴１ａ内でドライバーＩＣ５を支持するための支持母材
として機能する。

【０００９】また前記セラミック基板１上のグレーズ層
２は、基板１の上面全体にわたって一部が断面円弧状に
突出するように形成されている。前記グレーズ層２は高
融点ガラス等の低熱伝導性材料から成り、その上面に被
着される発熱抵抗体３を突出部２ａによって上方に突出
させ記録媒体に対する印圧を有効に高めるとともに、発
熱抵抗体３の発する熱を突出部２ａの部分で適当な温度
となるように蓄積及び放散しサーマルヘッドの熱応答特
性を良好に維持する蓄熱層としての作用を為す。

【００１０】尚、前記グレーズ層２を、発熱抵抗体３の
直下のみならずセラミック基板１の上面全体にわたって
被着させておくのは、セラミック基板１に従来周知のレ
ーザー加工法によって貫通穴１ａを形成する際に、レー
ザー光の照射によって溶融するアルミナ等の粒子がセラ
ミック基板１の上面に再付着することのないようにする
ためである。

【００１１】また、このようなグレーズ層２の突出部２
ａ上には、発熱抵抗体３と薄膜回路パターン４とが該パ
ターン４の一部が後述するドライバーＩＣ５の端子５ａ
上まで延在するようにして被着される。

【００１２】前記発熱抵抗体３は、その各々がＴａＳｉ
ＯやＴｉＳｉＯ，ＴａＮ等の電気抵抗材料により形成さ
れているため、薄膜回路パターン４を介して外部電源か
らの電力が印加されると個々に選択的にジュール発熱を
起こし、記録媒体に印画を形成するのに必要な温度、例
えば150 〜250 ℃の温度に発熱する作用を為す。

【００１３】また前記薄膜回路パターン４は、発熱抵抗
体３やドライバーＩＣ５の端子５ａに電気的に接続され
て発熱抵抗体３やドライバーＩＣ５に外部電源からの電
力を印加したり、或いは、ドライバーＩＣ５に外部から
の印画信号等を供給する作用を為す。

【００１４】一方、セラミック基板１の貫通穴１ａ内に
埋設されるドライバーＩＣ５は、外部からの印画信号に
基づいて発熱抵抗体３に印加される電力のオン・オフを
制御するためのものであり、端子５ａからの出力を前述
の薄膜回路パターン４を介して発熱抵抗体３に印加し、
発熱抵抗体３を個々に選択的にジュール発熱させるよう
になっている。

【００１５】ここで前記ドライバーＩＣ５をセラミック
基板１の貫通穴１ａ内に埋設させておくのは、ドライバ
ーＩＣ５の上面がサーマルヘッドの表面よりも上方に大
きく突出しないようにするためであり、これによって記
録媒体のフラットパス、即ち、記録媒体をフラットな形
状のまま発熱抵抗体３上に搬送し得るようになってい
る。

【００１６】尚、このようなドライバーＩＣ５はエポキ
シ樹脂やポリイミド樹脂，ポリエーテルアミド等の接着
剤６によって貫通穴１ａ内の所定位置に固定される。

【００１７】そして、前述のような絶縁基板１上の発熱
抵抗体３や薄膜回路パターン４，ドライバーＩＣ５等の
上面には更に、窒化珪素等から成る保護膜７が被着さ
れ、この保護膜７によって発熱抵抗体３や薄膜回路パタ
ーン４等を記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれ
ている水分等の接触による腐食等から保護するようにな
っている。

【００１８】かくして上述したサーマルヘッドは、例え
ば、インクリボンを用いて印画する場合、ドライバーＩ
Ｃ５の駆動に伴い、発熱抵抗体３に外部からの印画信号
に基づいて薄膜回路パターン４を介して所定の電力を印
加し、発熱抵抗体３を個々に選択的にジュール発熱させ
るとともに、該発熱した熱によってインクリボンのイン
クを加熱・溶融させ、これを外部のプラテン等を用いて
記録媒体に転写させることによって記録媒体に所定の印
画を形成する。

【００１９】次に上述したサーマルヘッドの製造方法に
ついて図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。 （１）まず、図２（ａ）に示す如く、上面の略全体にわ
たってグレーズ層２が被着されているセラミック基板１
を準備し、次に図２（ｂ）に示す如く、前記セラミック
基板１にグレーズ層２上よりレーザー光を照射して貫通
穴１ａの穴明けを行う。

【００２０】前記セラミック基板１は、例えばアルミナ
セラミックスから成る場合、Ａｌ₂O₃ （アルミナ），Ｓ
ｉＯ₂ （シリカ），ＭｇＯ（マグネシア）等のセラミッ
クス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥
漿状に成すとともにこれを従来周知のドクターブレード
法を採用することによってセラミックグリーンシートを
形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所
定形状に打ち抜き加工を施して高温（約1600℃）で焼成
することによって例えば、0.5 〜 1.5ｍｍの厚みをもっ
て製作される。

【００２１】またセラミック基板上面のグレーズ層２
は、セラミック基板１の上面に、例えば、高融点ガラス
の粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して得たガ
ラスペーストを従来周知のスクリーン印刷法等によって
一部が突出するように印刷・塗布し、これを高温（1000
℃〜1200℃）で焼き付けることによって形成され、これ
によってグレーズ層２の一部に断面円弧状の突出部２ａ
が形成される。尚、前記突出部２ａは、ガラスペースト
を部分的に２重，３重に塗布したり、或いは、突出部２
ａ以外の部位をエッチングする等して表面形状を加工す
ることにより形成され、このようなグレーズ層２は、例
えば、突出部２ａで５０〜２５０μｍ、それ以外の部位
で２０〜１００μｍの厚みとなる。

【００２２】そして、前述したセラミック基板１の穴明
け加工は、セラミック基板１にグレーズ層２上より、Ｏ
₂ （酸素）やＮ₂ （窒素）等のアシストガスを上方より
２〜１０ｋｇｆ／ｃｍ² の強さで吹きつけながら、ＣＯ
₂ レーザー（５０Ｗ〜１５０Ｗ）もしくはＹＡＧレーザ
ー（５０Ｗ〜１５０Ｗ）を、貫通穴１ａを形成する領域
の輪郭に沿って環状に照射させるとともに、該照射した
レーザー光によりグレーズ層２の一部を蒸発させるとと
もにセラミック基板１を溶断することによって貫通穴１
ａが形成される。

【００２３】この場合、レーザー光が照射されるセラミ
ック基板１の上面にはグレーズ層２が被着されているた
め、その表面近傍においてセラミック基板１を形成する
アルミナ等の粒子が溶けて飛び散ることはなく、またこ
のレーザー加工によって溶融するアルミナ等の粒子は前
述のアシストガスによってセラミック基板１の下面側に
放出されることから、溶融したアルミナ粒子等がセラミ
ック基板１の上面に再付着することはなく、しかもレー
ザー光の照射によって蒸発するグレーズ層２の一部はそ
の後、冷却されて凝固しても従来例におけるアルミナ粒
子のようにセラミック基板１の表面に強固に付着するの
ではなく、霧状のガラス微粒子となってセラミック基板
１の表面にただ単に積もるだけであるため、これらはブ
ラシ洗浄や超音波洗浄によって極めて簡単に除去するこ
とができ、薄膜回路パターン４等が被着・形成されるグ
レーズ層２の表面を極めて平滑になすことができる。

【００２４】尚、前記グレーズ層２は、その一部（突出
部２ａ）が蓄熱層として作用するものであって、このよ
うな蓄熱層としてのグレーズ層を形成する際に突出部以
外の部位も同時に形成することができるのであるから、
従来の製造方法等と比べて工程数が増加するようなこと
はない。

【００２５】（２）次に、図２（ｃ）に示す如く、前述
したセラミック基板１の貫通穴１ａ内にドライバーＩＣ
５を埋設させる。

【００２６】前記ドライバーＩＣ５は、その上面に設け
られている複数個の端子５ａがセラミック基板１上に被
着されているグレーズ層２の上面と略等しい高さ（±３
０μｍ以内）に位置設定されるように真空吸着コレット
を用いて貫通穴１ａ内に埋設する。

【００２７】また、前記ドライバーＩＣ５のセラミック
基板１への固定は、ドライバーＩＣ５を粘着テープ等を
用いて貫通穴１ａ内の所定箇所に仮留めした状態で、ド
ライバＩＣ５の側面と穴部１ａの内壁との間にエポキシ
樹脂等のワニスをディスペンサー等を用いて充填し、し
かる後、前記ワニスを熱硬化させるとともに粘着テープ
を取り外すことによって行われる。

【００２８】（３）そして最後に、図２（ｄ）に示す如
く、セラミック基板上面のグレーズ層２上に、ＴａＳｉ
Ｏ等から成る複数個の発熱抵抗体３と、Ａｌ（アルミニ
ウム）等から成る薄膜回路パターン４とを、該回路パタ
ーン４の一部がドライバーＩＣ上面の端子５ａ上まで延
在するようにして被着させ、更にこれらを保護膜７でも
って被覆する。

【００２９】前記発熱抵抗体３及び薄膜回路パターン４
は、まず貫通穴１ａ内にドライバーＩＣ５が埋設されて
いるセラミック基板１の上面全域にわたってＴａＳｉＯ
とＡｌとを従来周知のスパッタリング法によって順次、
被着させるとともに、これらを従来周知のフォトリソグ
ラフィー技術によって所定パターンに加工することによ
って形成される。また薄膜回路パターン４と端子５ａと
の電気的接続は、薄膜回路パターン４を前述のフォトリ
ソグラフィー技術等によってグレーズ層２の上面に被着
させる際に、薄膜回路パターン４の一部をドライバーＩ
Ｃ上面の端子５ａ上まで延在させておくことにより行わ
れる。

【００３０】このとき、グレーズ層２の上面には、前述
したように、極めて平滑であることから、フォトレジス
トの塗布厚みに大きなバラツキが生じることはなく、こ
れによって断線や短絡のない良好な薄膜回路パターン４
を比較的簡単に形成することができるようになり、サー
マルヘッドの量産性も著しく向上される。

【００３１】尚、前記保護膜７はセラミック基板１上
に、Ｓｉ₃ Ｎ₄ （窒化珪素）等を従来周知のスパッタリ
ング法によって発熱抵抗体３や薄膜回路パターン４，ド
ライバーＩＣ５等の上面を被覆するように被着させるこ
とによって形成され、これによって製品としてのサーマ
ルヘッドが完成する。

【００３２】〔第２形態〕次に本発明の第２形態を図３
（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。但し、前述の第１形
態と重複する内容については説明を省略し、第１形態と
相違する点についてのみ説明を付加することとする。

【００３３】この第２形態においては、以下の（１）〜
（３）の工程によりサーマルヘッドを製造する。

【００３４】（１）まず、図３（ａ）に示す如く、上面
に第１グレーズ層２Ａと第２グレーズ層２Ｂとが間に所
定の間隔を空けて被着されているセラミック基板１を準
備し、このセラミック基板１の第２グレーズ層２Ｂ上よ
り、アシストガスを吹きつけながら、所定のレーザー光
を環状に照射し、図３（ｂ）に示す如く、第２グレーズ
層２Ｂを蒸発させるとともにセラミック基板１を溶断す
ることによってセラミック基板１の所要箇所に貫通穴１
ａを形成する。

【００３５】前記第１グレーズ層２Ａ，第２グレーズ層
２Ｂは、前述した第１形態のグレーズ層２と同様に、セ
ラミック基板１の上面にガラスペーストを印刷し、これ
を焼き付けることによってセラミック基板１の上面に同
時に形成される。

【００３６】（２）次に図３（ｃ）に示す如く、前述し
たセラミック基板１の貫通穴１ａ内に、上面に端子５ａ
を有するドライバーＩＣ５を埋設させる。

【００３７】（３）そして最後に、セラミック基板１上
の第１グレーズ層２Ａ上に、複数個の発熱抵抗体３及び
薄膜回路パターン４を該パターン４の一部がセラミック
基板１の上面及び第２グレーズ層２Ｂの上面を介してド
ライバーＩＣ５の端子５ａ上まで延在するようにして被
着させる。

【００３８】かかる第２形態の製造方法は、グレーズ層
２をセラミック基板１の上面全体に形成した第１形態と
異なり、グレーズ層２Ａ，２Ｂを必要な箇所にのみ部分
的に形成するようにしたものであるが、かかる製法にお
いても、レーザー光が照射されるセラミック基板１の上
面にはグレーズ層２Ｂが被着されており、その表面近傍
ではセラミック基板１を形成するアルミナ等の粒子が溶
けて飛び散ることはなく、またこのレーザー加工によっ
て溶融するアルミナ等の粒子は前述のアシストガスによ
ってセラミック基板１の下面側に放出されることから、
溶融したアルミナ粒子等がセラミック基板１の上面に再
付着することはなく、しかもレーザー光の照射によって
蒸発する第２グレーズ層２Ｂの一部はその後、冷却され
て凝固しても従来例におけるアルミナ粒子のように大き
な突起物となってセラミック基板１の表面に強固に付着
するのではなく、霧状のガラス微粒子となってセラミッ
ク基板１の表面にただ単に積もるだけであるため、これ
らはブラシ洗浄や超音波洗浄によって極めて簡単に除去
することができ、薄膜回路パターン４等が被着・形成さ
れるセラミック基板１等の表面を極めて平滑になすこと
ができる。従って薄膜回路パターン４等を従来周知のフ
ォトリソグラフィー技術によって形成する際に、フォト
レジストの塗布厚みに大きなバラツキが生じることはな
く、断線や短絡のない良好な薄膜回路パターン４を比較
的簡単に形成することができるようになる。

【００３９】尚、本発明の製造方法は上述の第１，第２
形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、セラミック基板の表面
近傍においてセラミック基板を形成するアルミナ等の粒
子が溶けて飛び散ることはなく、またこのレーザー加工
によって溶融するアルミナ等の粒子はガスによってセラ
ミック基板の下面側に放出されることから、溶融したア
ルミナ粒子等がセラミック基板の上面に再付着すること
はなく、しかもレーザー光の照射によって蒸発するグレ
ーズ層の一部はその後、冷却されて凝固しても従来例に
おけるアルミナ粒子のようにセラミック基板の表面に強
固に付着するのではなく、霧状のガラス微粒子となって
セラミック基板の表面にただ単に積もるだけであるた
め、これらはブラシ洗浄や超音波洗浄によって極めて簡
単に除去することができ、薄膜回路パターン等が被着・
形成されるグレーズ層の表面を極めて平滑になすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１形態によって製作されるサーマル
ヘッドの断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明のサーマルヘッドの製
造方法の第１形態を説明するための工程毎の断面図であ
る。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明のサーマルヘッドの製
造方法の第２形態を説明するための工程毎の断面図であ
る。

【図４】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・セラミック基板 １ａ・・貫通穴 ２・・・ガラスグレーズ層 ３・・・発熱抵抗体 ４・・・薄膜回路パターン ５・・・ドライバーＩＣ ５ａ・・端子

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面にグレーズ層が被着されているセラミ
   ック基板に対してグレーズ層側よりガスを吹き付けなが
   らレーザー光をグレーズ層側から照射し、グレーズ層の
   一部を蒸発させるとともにセラミック基板を溶断してセ
   ラミック基板の所定箇所に貫通穴を形成する工程と、 前記貫通穴内に、上面に端子を有するドライバーＩＣを
   埋設させる工程と、 前記グレーズ層上に、複数個の発熱抵抗体及び薄膜回路
   パターンを該パターンの一部がドライバーＩＣ上面の端
   子上まで延在するようにして被着させる工程と、を含む
   サーマルヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】前記ドライバーＩＣの埋設は、ドライバー
   ＩＣを粘着テープを用いて貫通穴に仮留めした状態で貫
   通穴にワニスを充填するとともに該ワニスを熱硬化さ
   せ、粘着テープを取り外すことによって行われることを
   特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッドの製造方
   法。