JP3652831B2

JP3652831B2 - Heat generating device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3652831B2
Application number: JP7746497A
Authority: JP
Inventors: 秀夫谷口; 泰久藤井
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JPH10264429A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、サーマルプリントヘッドなどに用いられる発熱装置、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルプリントヘッドに用いられる発熱装置においては、一般に、所望の熱特性を得るための蓄熱層として、ガラスグレーズ層が用いられていた。
【０００３】
このガラスグレーズ層は、熱伝導率が比較的大きく、また比熱も比較的大きいので、低消費電力化および印字品質の向上に限界があり、印字速度を高速化する妨げともなっていた。
【０００４】
そこで、蓄熱層として、ガラスグレーズ層２よりも熱伝導率および比熱が小さいポリイミド樹脂を用いた発熱装置が提案されている。
【０００５】
このような従来の発熱装置は、図３８に示すように、金属板あるいはセラミックからなる基板５１上に、ポリイミド樹脂からなる蓄熱層５２を全面に形成し、その上に厚さ０．１μｍ〜０．６μｍ程度の金属薄膜をスパッタリングあるいは蒸着により形成して抵抗層５３とし、その上に厚さ０．０５μｍ〜０．１μｍ程度の金属薄膜をスパッタリングあるいは蒸着により形成し、それをフォトエッチングによりパターン形成して電極層５４とし、その上に耐摩耗性を有する薄膜を形成して保護層５５としていた。
【０００６】
しかしながら、このような従来の発熱装置では、ガラスグレーズよりも軟らかいポリイミド樹脂からなる蓄熱層５２の上に、非常に薄い金属薄膜からなる抵抗層５３および電極層５４を形成していたので、蓄熱層５２と抵抗層５３および電極層５４との熱膨張率の差に起因する熱応力により抵抗層５３や電極層５４の断線が頻発することから、印刷時の高温に耐え得るポリイミド樹脂が製品化されているにも係わらず、未だ実用化には至っていない。
【０００７】
【発明の開示】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、蓄熱層としてポリイミド樹脂を用いたものでありながら、抵抗層や電極層の断線を良好に防止できる発熱装置、およびその製造方法を提供することを、その課題とする。
【０００８】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本願発明の第１の側面によれば、通電されることにより発熱する抵抗層と、この抵抗層に通電するための電極層と、前記抵抗層により発生された熱を蓄熱する蓄熱層と、前記抵抗層を覆う保護層とを、基板上に備えた発熱装置であって、前記蓄熱層をポリイミド樹脂により構成し、前記抵抗層および前記電極層を厚膜により構成するとともに、前記抵抗層および前記保護層は、ポリイミド系の樹脂を主成分とすることを特徴とする、発熱装置が提供される。
【００１０】
このようにすれば、抵抗層および電極層を厚膜により構成したので、薄膜と比較して非常に丈夫であることから、蓄熱層としてポリイミド樹脂を用いたものでありながら、抵抗層や電極層の断線を良好に防止できる。また、抵抗層および保護層が、ポリイミド系の樹脂を主成分としているので、可撓性があり、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による抵抗層や保護層の損傷を一層良好に防止できる。
【００１１】
この発熱装置は、サーマルプリントヘッドに限らず、たとえば温度を非常に高い精度で制御する必要のある恒温槽用のヒータなどにも用いることができる。
【００１２】
好ましい実施の形態によれば、蓄熱層は、抵抗層の下側付近にのみ配置されている。
【００１３】
このようにすれば、高価なポリイミド樹脂の使用量を削減でき、製造コストを低減できる。しかも、駆動ＩＣなどとの接続のためのワイヤのボンディング位置において、電極層の下側に蓄熱層としてのポリイミド樹脂が存在せず、電極層の下側に基板あるいはガラスグレーズ層を直接存在させることができ、これら基板あるいはガラスグレーズ層は蓄熱層としてのポリイミド樹脂と比較して硬いので、良好にワイヤボンディングを行え、信頼性が向上する。
【００１８】
他の好ましい実施の形態によれば、基板上に抵抗層の下側付近を除いてガラスグレーズ層を備え、蓄熱層を、基板上のガラスグレーズ層が設けられていない抵抗層の下側付近に、ガラスグレーズ層と密着させて形成した。
【００１９】
このようにすれば、製造時に、ガラスグレーズ層により形成された溝状の谷部にポリイミド樹脂の粘液を塗布して焼き付けることにより蓄熱層を形成できることから、厚い蓄熱層を容易に形成できる。
【００２０】
他の好ましい実施の形態によれば、蓄熱層の基板からの突出高さを、ガラスグレーズ層の基板からの突出高さ以上にした。
【００２１】
このようにすれば、印字圧力が増大し、蓄熱層上の抵抗層を、保護層を介して記録紙に良好に押圧できる。
【００２２】
他の好ましい実施の形態によれば、蓄熱層の基板からの突出高さを、ガラスグレーズ層の基板からの突出高さよりも１０μｍ〜２０μｍ高くした。
【００２３】
このようにすれば、印字圧力が適度に増大し、蓄熱層上の抵抗層を、保護層を介して記録紙に適切に押圧できる。
【００２４】
本願発明の第２の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、電極層を形成するに際して、蓄熱層の形成前に、蓄熱層の形成予定位置を除く部分に高温用金を印刷し、その高温用金をポリイミド樹脂の劣化点よりも高い温度で焼成して、蓄熱層の形成後に、蓄熱層上に低温用金を印刷し、その端部を高温用金に重ね合わせた状態で、その低温用金をポリイミド樹脂の劣化点よりも低い温度で焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００２５】
このようにすれば、蓄熱層の形成後に電極層の全部を形成する場合のように、電極層全体を低温用金により構成する必要がなく、製造コストを低減できるとともに、良好にワイヤボンディングでき、さらには電極層を低抵抗にできる。
【００２６】
すなわち、ポリイミド樹脂の劣化点よりも低温で焼成可能な低温用金は、ポリイミド樹脂の劣化点よりも高温で焼成する必要のある高温用金よりも、高価で、ワイヤボンディングを行い難く、シート抵抗が高く、さらには密着力が弱い。
【００２７】
なお、劣化点とは、ポリイミド樹脂に変形、流動、あるいは熱分解が生じ始める温度をいう。また、高温用金とは、たとえば一般に使用されているレジネート金のように、摂氏８００度程度の高温で焼成する必要がある金であり、低温用金とは、摂氏３００度程度で焼成可能な金である。この低温用金のペーストは、粒径８０オングストローム程度の微細な金粒子を溶剤に分散させたものである。
【００２８】
本願発明の第３の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、抵抗層を形成するに際して、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００２９】
このようにすれば、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することにより抵抗層を形成するので、抵抗層が可撓性を有し、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層と抵抗層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による抵抗層の断線を一層良好に防止できる。
【００３０】
抵抗物質としては、たとえばカーボンブラックを用いることができる。
【００３１】
本願発明の第４の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層と、抵抗層を覆う保護層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、保護層を形成するに際して、ポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００３２】
このようにすれば、ポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することにより保護層を形成するので、保護層が可撓性を有し、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層と保護層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による保護層の損傷を一層良好に防止できる。
【００３３】
耐摩耗性物質としては、たとえば酸化アルミニウム(Al₂O₃) 、二酸化珪素(SiO₂)、炭化珪素(SiC) 、あるいは窒化アルミニウム(AlN) などを用いることができる。
【００３４】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００３６】
図１は、本願発明に係る発熱装置を備えたサーマルプリントヘッドの要部の平面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図であって、平板状の基板１上には、ガラスグレーズ層２と蓄熱層３とが形成されている。蓄熱層３は、基板１の幅方向一端部寄りに、長さ方向ほぼ全長にわたって形成されており、その他の部分にはガラスグレーズ層２が全面に形成されている。蓄熱層３の上面はガラスグレーズ層２の上面よりも突出している。ガラスグレーズ層２および蓄熱層３上には、共通電極４および多数の個別電極５が形成されている。共通電極４は、基板１の幅方向他端側へ突出する多数の櫛歯部４ａを有しており、これら櫛歯部４ａと個別電極５とは基板１の長さ方向に交互に位置している。蓄熱層３上には、基板１の長さ方向ほぼ全長にわたって抵抗層６が形成されており、各櫛歯部４ａと各個別電極５との対向部分の一部は蓄熱層３と抵抗層６との間に挟み込まれている。抵抗層６は保護層７により覆われており、この保護層７は、基板１の幅方向一端から中央よりも他端側にわたって、基板１の長さ方向全長に形成されている。ガラスグレーズ層２上には、基板１の幅方向他端部の位置に、複数の駆動ＩＣ８が一列にボンディングされており、駆動ＩＣ８の出力端子と各個別電極５とはワイヤボンディングされたワイヤ９を介して接続されている。
【００３７】
基板１は、セラミック製である。ガラスグレーズ層２は、厚さが２０μｍ〜３０μｍ程度である。蓄熱層３は、たとえば商品名ユーピレックス（宇部興産株式会社製）のように、通常のポリイミド樹脂と比較して、耐熱性、硬度、および他の物体との密着性が高いポリイミド樹脂からなり、幅は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であって、ガラスグレーズ層２よりも１０μｍ〜２０μｍ程度上方へ突出している。共通電極４および個別電極５は、金製の厚膜からなり、厚さは０．６μｍ程度である。抵抗層６は、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質としてのカーボン粉との混合物を焼成した厚膜からなり、厚さは２μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは５μｍ〜１０μｍ程度である。保護層７は、ポリイミド系の樹脂と酸化アルミニウム(Al₂O₃) 、二酸化珪素(SiO₂)、炭化珪素(SiC) 、あるいは窒化アルミニウム(AlN) などの耐摩耗性物質との混合物を焼成した厚膜からなり、厚さは２μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは５μｍ〜１０μｍ程度である。駆動ＩＣ８は、印字データに応じて抵抗層６への通電を制御するものであって、各個別電極５に対応して駆動ＩＣ８に内蔵されているスイッチング素子がオンすると、電源の陽極、共通電極４、共通電極４の櫛歯部４ａ、抵抗層６、個別電極５、ワイヤ９、駆動ＩＣ８のスイッチング素子、および電源の陰極からなる閉ループが形成され、個別電極５とその両側の櫛歯部４ａとの間の抵抗層６に通電される。
【００３８】
このようなサーマルプリントヘッドによれば、蓄熱層３の厚さが３０μｍの場合、従来のガラスグレーズからなる蓄熱層を設けたサーマルプリントヘッドと比較して、消費電力を半分以下にできることが、実験により確認された。
【００３９】
このサーマルプリントヘッドの製造に際しては、図３に示すようなアルミナを９６パーセント含むセラミック製の基板１上に、図４に示すように、ガラスを印刷し、摂氏１２００度程度で焼成することによりガラスグレーズ層２を形成する。このとき、ガラスグレーズ層２に、幅０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の溝状の谷部２ａを長さ方向全長にわたって形成しておく。そして図５に示すように、ガラスグレーズ層２上に高温金１１を印刷し、摂氏８００度程度で焼成する。そして図６に示すように、基板１上にガラスグレーズ層２により形成された溝状の谷部２ａに、ポリイミド樹脂の粘液をスクリーン印刷などの方法で塗布し、摂氏４００度程度で焼き付けることにより蓄熱層３を形成する。ポリイミド樹脂の粘液は、たとえばビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）と芳香族ジアミンとを溶剤中で縮合させたものであって、溶剤分が多いので、ガラスグレーズ層２よりも１０〜２０μｍ程度突出するように厚く形成するためには、塗布と乾燥とを繰り返す必要がある。
【００４０】
そして図７に示すように、蓄熱層３上に低温金１２を印刷し、摂氏４００度〜５００度程度で焼成する。このとき、低温金１２の幅方向両端部が高温金１１上に重なるように印刷することにより、高温金１１と低温金１２とが互いに接続されるようにする。そして図８に示すように、ホトエッチングにより高温金１１および低温金１２の不要部を除去することにより共通電極４および個別電極５を形成する。そして図９および図１０に示すように、蓄熱層３上に、ポリイミド系の樹脂とカーボン粉などの抵抗物質との混合物からなる抵抗ペーストを帯状に印刷し、摂氏４００度程度で焼成することにより抵抗層６を形成する。この抵抗ペーストとしては、たとえば蓄熱層３を形成したのと同じポリイミド樹脂の粘液とカーボンブラックとを混合したものを用いることができる。カーボンブラックを、固形成分中５０重量パーセントにすれば、単位長当たり２９０Ω／ｍ²の抵抗率になり、カーボンブラックを、固形成分中４３重量パーセントにすれば、４３０Ω／ｍ²の抵抗率になる。そして図１１に示すように、抵抗層６上にポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質との混合物からなる保護膜ペーストを帯状に印刷し、摂氏４００度程度で焼成することにより保護層７を形成する。この保護膜ペーストとしては、たとえば蓄熱層３を形成したのと同じポリイミド樹脂の粘液と二酸化珪素(SiO₂)粉末とを混合したものを用いることができる。この後、基板１の幅方向他端部位置にてガラスグレーズ層２上に所定数の駆動ＩＣ８をボンディングし、駆動ＩＣ８の出力端子と個別電極５とをワイヤ９により接続することにより、図１および図２に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４１】
上記実施形態では、高温金１１と低温金１２とによって共通電極４および個別電極５を形成したが、低温金のみによって個別電極５を形成することもできる。すなわち、図１２のような基板１上に、図１３のようにガラスグレーズ層２を形成し、図１４のようにガラスグレーズ層２の谷部２ａに蓄熱層３を形成し、図１５のようにガラスグレーズ層２および蓄熱層３上に低温金１３を印刷し、摂氏４００度〜５００度程度で焼成する。そして図１６のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４およ個別電極５を形成し、図１７および図１８のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図１９のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図１および図２に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４２】
また上記実施形態では、ガラスグレーズ層２に谷部２ａを形成したが、谷部を有しないガラスグレーズ層を用いることもできる。すなわち、図２０のように基板１上に全面にわたってガラスグレーズ層１４を形成し、図２１のようにガラスグレーズ層１４上に蓄熱層３を形成し、図２２のようにガラスグレーズ層１４および蓄熱層３上に低温金１３を形成し、図２３のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４および個別電極５を形成し、図２４および図２５のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図２６のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図２７および図２８に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４３】
また上記実施形態では、ガラスグレーズ層２あるいはガラスグレーズ層１４を用いたが、これらを用いなくてもよい。すなわち、図２９のような基板１上に、図３０のように蓄熱層３を形成し、図３１のように基板１および蓄熱層３上に低温金１３を形成し、図３２のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４およ個別電極５を形成し、図３３および図３４のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図３５のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図３６および図３７に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４４】
もちろん、谷部を有しないガラスグレーズ層１４を用いる場合、あるいはガラスグレーズ層を用いない場合であっても、低温金１３の代わりに高温金および低温金を用いることができる。すなわち、ガラスグレーズ層１４を用いる場合、図２０に示すようにガラスグレーズ層１４を形成した後に、その上に蓄熱層３の形成予定位置を除いて高温金を形成し、図２１に示すように蓄熱層３を形成した後に、その上に低温金を形成すればよいのである。また、ガラスグレーズ層を用いない場合、図２９に示すような基板１上に蓄熱層３の形成予定位置を除いて高温金を形成し、図３０に示すように蓄熱層３を形成した後に、その上に低温金を形成すればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る発熱装置を備えたサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図４】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図５】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図６】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図７】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図８】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図９】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１０】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１１】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１２】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１３】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１４】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１５】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１６】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１７】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１８】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１９】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図２０】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２１】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２２】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２３】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２４】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２５】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２６】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２７】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図２８】図２７におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図２９】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３０】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３１】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３２】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３３】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３４】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３５】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３６】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図３７】図３６におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図３８】従来の発熱装置の断面図である。
【符号の説明】
１基板
２ガラスグレーズ層
２ａ谷部
３蓄熱層
４共通電極
４ａ櫛歯部
５個別電極
６抵抗層
７保護層
８駆動ＩＣ
９ワイヤ
１１高温金
１２低温金
１３低温金
１４ガラスグレーズ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat generating device used for a thermal print head and the like, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a heat generating device used for a thermal print head, a glass glaze layer is used as a heat storage layer for obtaining desired thermal characteristics.
[0003]
Since this glass glaze layer has a relatively large thermal conductivity and a relatively large specific heat, there is a limit to lowering power consumption and improving printing quality, which has hindered increasing printing speed.
[0004]
Therefore, a heat generating device using a polyimide resin having a lower thermal conductivity and specific heat than the glass glaze layer 2 as a heat storage layer has been proposed.
[0005]
As shown in FIG. 38, such a conventional heating device has a heat storage layer 52 made of polyimide resin formed on the entire surface of a substrate 51 made of a metal plate or ceramic, and has a thickness of 0.1 μm to 0 μm thereon. A metal thin film with a thickness of about 6 μm is formed by sputtering or vapor deposition to form a resistance layer 53, and a metal thin film with a thickness of about 0.05 μm to 0.1 μm is formed thereon by sputtering or vapor deposition, and a pattern is formed by photoetching. Thus, the electrode layer 54 was formed, and a thin film having wear resistance was formed thereon to form the protective layer 55.
[0006]
However, in such a conventional heat generating device, the resistance layer 53 and the electrode layer 54 made of a very thin metal thin film are formed on the heat storage layer 52 made of polyimide resin which is softer than glass glaze. Since the disconnection of the resistance layer 53 and the electrode layer 54 frequently occurs due to the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the resistance layer 53 and the electrode layer 54, a polyimide resin that can withstand high temperatures during printing has been commercialized. Nevertheless, it has not yet been put to practical use.
[0007]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention has been conceived under the circumstances described above, and uses a polyimide resin as a heat storage layer, and a heating device that can satisfactorily prevent disconnection of a resistance layer and an electrode layer, and its It is an object of the present invention to provide a manufacturing method.
[0008]
In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
[0009]
According to a first aspect of the present invention, a resistance layer that generates heat when energized, an electrode layer for energizing the resistance layer, a heat storage layer that stores heat generated by the resistance layer , and A heat generating device provided on a substrate with a protective layer covering the resistance layer , wherein the heat storage layer is composed of a polyimide resin, the resistance layer and the electrode layer are composed of a thick film , and the resistance layer and the A heat generating device is provided in which the protective layer is mainly composed of a polyimide resin .
[0010]
In this case, since the resistance layer and the electrode layer are made of a thick film, the resistance layer and the electrode layer are made of polyimide resin as a heat storage layer because it is very strong compared to the thin film. Can be prevented well. In addition, since the resistance layer and the protective layer are mainly composed of a polyimide resin, the resistance layer is flexible and has a small difference in thermal expansion coefficient from the heat storage layer made of polyimide resin. And damage to the protective layer can be prevented even better.
[0011]
This heat generating device can be used not only for a thermal print head, but also for a heater for a thermostatic bath that needs to control the temperature with very high accuracy, for example.
[0012]
According to a preferred embodiment, the heat storage layer is disposed only near the lower side of the resistance layer.
[0013]
If it does in this way, the usage-amount of an expensive polyimide resin can be reduced and manufacturing cost can be reduced. In addition, there is no polyimide resin as a heat storage layer under the electrode layer at the bonding position of the wire for connection with the driving IC or the like, and the substrate or the glass glaze layer is directly present under the electrode layer. Since these substrates or glass glaze layers are harder than the polyimide resin as the heat storage layer, wire bonding can be performed satisfactorily and reliability is improved.
[0018]
According to another preferred embodiment, a glass glaze layer is provided on the substrate except near the lower side of the resistance layer, and the heat storage layer is provided near the lower side of the resistance layer on the substrate where the glass glaze layer is not provided. And formed in close contact with the glass glaze layer.
[0019]
If it does in this way, since a heat storage layer can be formed by apply | coating and baking a polyimide resin mucus on the groove-shaped valley part formed of the glass glaze layer at the time of manufacture, a thick heat storage layer can be formed easily.
[0020]
According to another preferred embodiment, the protruding height of the heat storage layer from the substrate is set to be higher than the protruding height of the glass glaze layer from the substrate.
[0021]
In this way, the printing pressure increases, and the resistance layer on the heat storage layer can be favorably pressed against the recording paper via the protective layer.
[0022]
According to another preferred embodiment, the protruding height of the heat storage layer from the substrate is 10 μm to 20 μm higher than the protruding height of the glass glaze layer from the substrate.
[0023]
In this way, the printing pressure increases moderately, and the resistance layer on the heat storage layer can be appropriately pressed against the recording paper via the protective layer.
[0024]
According to the second aspect of the present invention, a resistive layer made of a thick film that generates heat when energized, an electrode layer made of a thick film for energizing the resistive layer, and heat generated by the resistive layer A method of manufacturing a heat generating device for manufacturing a heat generating device provided on a substrate with a heat storage layer made of a polyimide resin that stores heat, and when forming an electrode layer, the heat storage layer is formed before the heat storage layer is formed. High temperature gold is printed on the part excluding the planned position, the high temperature gold is baked at a temperature higher than the deterioration point of the polyimide resin, and after the heat storage layer is formed, the low temperature gold is printed on the heat storage layer. There is provided a method for manufacturing a heating device, characterized in that the low-temperature gold is fired at a temperature lower than the deterioration point of the polyimide resin in a state where the end portion is superposed on the high-temperature gold.
[0025]
In this way, as in the case where the entire electrode layer is formed after the formation of the heat storage layer, it is not necessary to configure the entire electrode layer with low-temperature gold, the manufacturing cost can be reduced, and good wire bonding can be achieved, Furthermore, the electrode layer can have a low resistance.
[0026]
That is, low-temperature gold that can be fired at a temperature lower than the degradation point of the polyimide resin is more expensive, harder to wire bond, and sheet resistance than the high-temperature gold that needs to be fired at a temperature higher than the degradation point of the polyimide resin. The contact strength is weak.
[0027]
The deterioration point refers to a temperature at which deformation, flow, or thermal decomposition starts to occur in the polyimide resin. The high-temperature gold is gold that needs to be fired at a high temperature of about 800 degrees Celsius, such as a generally used resinate gold, and the low-temperature gold can be fired at about 300 degrees Celsius. It is money. This gold paste for low temperature is obtained by dispersing fine gold particles having a particle size of about 80 angstroms in a solvent.
[0028]
According to the third aspect of the present invention, a resistive layer made of a thick film that generates heat when energized, an electrode layer made of a thick film for energizing the resistive layer, and heat generated by the resistive layer A method of manufacturing a heat generating device for manufacturing a heat generating device provided on a substrate with a heat storage layer made of a polyimide resin for storing heat, wherein a polyimide resin and a resistive material are mixed when forming a resistance layer. There is provided a method for manufacturing a heating device, characterized in that a material is printed at a thickness of 2 μm to 10 μm and then fired.
[0029]
In this case, the resistive layer is formed by printing a material obtained by mixing a polyimide resin and a resistive substance with a thickness of 2 μm to 10 μm and firing the printed material, so that the resistive layer has flexibility. In addition, since the difference in coefficient of thermal expansion between the heat storage layer made of polyimide resin and the resistance layer is small, disconnection of the resistance layer due to thermal stress can be further prevented.
[0030]
For example, carbon black can be used as the resistance substance.
[0031]
According to the fourth aspect of the present invention, a resistive layer made of a thick film that generates heat when energized, an electrode layer made of a thick film for energizing the resistive layer, and heat generated by the resistive layer A heating device manufacturing method for manufacturing a heating device provided with a heat storage layer made of polyimide resin for storing heat and a protective layer covering a resistance layer on a substrate. There is provided a method for manufacturing a heating device, characterized in that a material in which a resin and an abrasion-resistant substance are mixed is printed with a thickness of 2 μm to 10 μm and fired.
[0032]
In this way, a protective layer is formed by printing a material obtained by mixing a polyimide-based resin and an abrasion-resistant substance with a thickness of 2 μm to 10 μm and firing it. In addition, since the difference in coefficient of thermal expansion between the heat storage layer made of polyimide resin and the protective layer is small, damage to the protective layer due to thermal stress can be further prevented.
[0033]
As the wear resistant substance, for example, aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ), silicon dioxide (SiO ₂ ), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), or the like can be used.
[0034]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0036]
FIG. 1 is a plan view of a main part of a thermal print head provided with a heat generating device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. A glass glaze layer 2 and a heat storage layer 3 are formed. The heat storage layer 3 is formed over almost the entire length in the length direction near one end of the substrate 1 in the width direction, and the glass glaze layer 2 is formed on the entire surface in the other portions. The upper surface of the heat storage layer 3 protrudes from the upper surface of the glass glaze layer 2. A common electrode 4 and a large number of individual electrodes 5 are formed on the glass glaze layer 2 and the heat storage layer 3. The common electrode 4 has a large number of comb teeth 4 a that protrude toward the other end in the width direction of the substrate 1. The comb teeth 4 a and the individual electrodes 5 are alternately positioned in the length direction of the substrate 1. ing. On the heat storage layer 3, a resistance layer 6 is formed over almost the entire length of the substrate 1, and a part of the facing portion between each comb tooth 4 a and each individual electrode 5 is part of the heat storage layer 3 and the resistance layer 6. It is sandwiched between. The resistance layer 6 is covered with a protective layer 7, and the protective layer 7 is formed over the entire length of the substrate 1 from one end in the width direction to the other end side of the center. On the glass glaze layer 2, a plurality of drive ICs 8 are bonded in a row at the position of the other end in the width direction of the substrate 1. The output terminals of the drive IC 8 and the individual electrodes 5 are wire-bonded wires 9. Connected through.
[0037]
The substrate 1 is made of ceramic. The glass glaze layer 2 has a thickness of about 20 μm to 30 μm. The heat storage layer 3 is made of a polyimide resin having a high heat resistance, hardness, and adhesion to other objects as compared with a normal polyimide resin, such as a trade name Upilex (manufactured by Ube Industries Co., Ltd.). Is about 0.5 mm to 1.5 mm, and protrudes upward from the glass glaze layer 2 by about 10 μm to 20 μm. The common electrode 4 and the individual electrode 5 are made of a thick gold film, and the thickness is about 0.6 μm. The resistance layer 6 is made of a thick film obtained by firing a mixture of a polyimide resin and carbon powder as a resistance substance, and has a thickness of about 2 μm to 10 μm, preferably about 5 μm to 10 μm. The protective layer 7 is obtained by baking a mixture of a polyimide resin and an abrasion-resistant material such as aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ), silicon dioxide (SiO ₂ ), silicon carbide (SiC), or aluminum nitride (AlN). It consists of a thick film, and the thickness is about 2 μm to 10 μm, preferably about 5 μm to 10 μm. The drive IC 8 controls the energization to the resistance layer 6 in accordance with the print data. When the switching element built in the drive IC 8 corresponding to each individual electrode 5 is turned on, the anode of the power source, the common electrode 4. A closed loop composed of the comb-tooth portion 4a of the common electrode 4, the resistance layer 6, the individual electrode 5, the wire 9, the switching element of the driving IC 8 and the cathode of the power source is formed. The individual electrode 5 and the comb-tooth portions 4a on both sides thereof The resistance layer 6 between the two is energized.
[0038]
According to such a thermal print head, when the thickness of the heat storage layer 3 is 30 μm, the power consumption can be reduced to less than half compared to a thermal print head provided with a heat storage layer made of a conventional glass glaze. Confirmed by
[0039]
In the production of this thermal print head, glass is printed on a ceramic substrate 1 containing 96 percent alumina as shown in FIG. 3 as shown in FIG. 4 and fired at about 1200 degrees Celsius. The glaze layer 2 is formed. At this time, a groove-like valley 2a having a width of about 0.5 mm to 1.5 mm is formed in the glass glaze layer 2 over the entire length in the length direction. And as shown in FIG. 5, the high temperature gold | metal | money 11 is printed on the glass glaze layer 2, and it bakes at about 800 degree Celsius. Then, as shown in FIG. 6, a polyimide resin mucus is applied to the groove-shaped valley 2a formed by the glass glaze layer 2 on the substrate 1 by a method such as screen printing and baked at about 400 degrees Celsius. The heat storage layer 3 is formed. The polyimide resin mucus is, for example, a product obtained by condensing biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and aromatic diamine in a solvent, and has a large solvent content, so that it is about 10 to 20 μm than the glass glaze layer 2. In order to form a thick film so as to protrude, it is necessary to repeat application and drying.
[0040]
And as shown in FIG. 7, the low temperature gold | metal | money 12 is printed on the thermal storage layer 3, and it bakes at about 400 degreeC-500 degreeC. At this time, the high temperature gold 11 and the low temperature gold 12 are connected to each other by printing so that both ends in the width direction of the low temperature gold 12 overlap the high temperature gold 11. And as shown in FIG. 8, the common electrode 4 and the individual electrode 5 are formed by removing the unnecessary part of the high temperature gold | metal | money 11 and the low temperature gold | metal | money 12 by photoetching. Then, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, on the heat storage layer 3, a resistance paste made of a mixture of a polyimide resin and a resistance substance such as carbon powder is printed in a band shape and fired at about 400 degrees Celsius. The resistance layer 6 is formed. As this resistance paste, for example, a mixture of the same polyimide resin mucus and carbon black that has formed the heat storage layer 3 can be used. If the carbon black is 50 weight percent in the solid component, the resistivity is 290 Ω / m ² per unit length, and if the carbon black is 43 weight percent in the solid component, the resistivity is 430 Ω / m ^2. . Then, as shown in FIG. 11, the protective layer 7 is formed by printing a protective film paste made of a mixture of a polyimide-based resin and an abrasion-resistant material on the resistive layer 6 in a band shape and baking it at about 400 degrees Celsius. To do. As this protective film paste, for example, a mixture of the same polyimide resin mucus and silicon dioxide (SiO ₂ ) powder that has formed the heat storage layer 3 can be used. Thereafter, a predetermined number of driving ICs 8 are bonded onto the glass glaze layer 2 at the other end in the width direction of the substrate 1, and the output terminals of the driving IC 8 and the individual electrodes 5 are connected by wires 9. And a thermal print head as shown in FIG. 2 is obtained.
[0041]
In the above embodiment, the common electrode 4 and the individual electrode 5 are formed by the high temperature gold 11 and the low temperature gold 12, but the individual electrode 5 can also be formed only by the low temperature gold. That is, the glass glaze layer 2 is formed as shown in FIG. 13 on the substrate 1 as shown in FIG. 12, and the heat storage layer 3 is formed in the valley 2a of the glass glaze layer 2 as shown in FIG. The low-temperature gold 13 is printed on the glass glaze layer 2 and the heat storage layer 3 and fired at about 400 to 500 degrees Celsius. Then, the common electrode 4 and the individual electrode 5 are formed by removing unnecessary portions of the low-temperature gold 13 by photoetching as shown in FIG. 16, and the resistance layer 6 is formed on the heat storage layer 3 as shown in FIGS. Then, as shown in FIG. 19, the protective layer 7 is formed on the resistance layer 6 and the driving IC 8 and the wire 9 are bonded, whereby a thermal print head as shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
[0042]
Moreover, although the trough part 2a was formed in the glass glaze layer 2 in the said embodiment, the glass glaze layer which does not have a trough part can also be used. That is, the glass glaze layer 14 is formed on the entire surface of the substrate 1 as shown in FIG. 20, the heat storage layer 3 is formed on the glass glaze layer 14 as shown in FIG. 21, and the glass glaze layer 14 and the heat storage layer as shown in FIG. A low temperature gold 13 is formed on the layer 3, and unnecessary portions of the low temperature gold 13 are removed by photo-etching as shown in FIG. 23 to form a common electrode 4 and individual electrodes 5, and heat storage as shown in FIGS. A resistive layer 6 is formed on the layer 3, a protective layer 7 is formed on the resistive layer 6 as shown in FIG. 26, and the driving IC 8 and the wire 9 are bonded. A print head is obtained.
[0043]
Moreover, in the said embodiment, although the glass glaze layer 2 or the glass glaze layer 14 was used, these do not need to be used. That is, the heat storage layer 3 is formed on the substrate 1 as shown in FIG. 29 as shown in FIG. 30, the low-temperature gold 13 is formed on the substrate 1 and the heat storage layer 3 as shown in FIG. 31, and the photo is shown in FIG. The common electrode 4 and the individual electrode 5 are formed by removing unnecessary portions of the low temperature gold 13 by etching, and the resistance layer 6 is formed on the heat storage layer 3 as shown in FIGS. 33 and 34, as shown in FIG. By forming the protective layer 7 on the resistance layer 6 and bonding the driving IC 8 and the wire 9, a thermal print head as shown in FIGS. 36 and 37 is obtained.
[0044]
Needless to say, high-temperature gold and low-temperature gold can be used in place of the low-temperature gold 13 even when the glass glaze layer 14 having no valley is used or when the glass glaze layer is not used. That is, when using the glass glaze layer 14, after forming the glass glaze layer 14 as shown in FIG. 20, high temperature gold | metal | money is formed except the formation formation position of the thermal storage layer 3 on it, as shown in FIG. After the heat storage layer 3 is formed, low temperature gold may be formed thereon. Further, when a glass glaze layer is not used, high-temperature gold is formed on the substrate 1 as shown in FIG. 29 except for the formation planned position of the heat storage layer 3, and after forming the heat storage layer 3 as shown in FIG. What is necessary is just to form low-temperature gold on it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a main part of a thermal print head provided with a heat generating device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
6 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
7 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
8 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
9 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
10 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
11 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
12 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to another embodiment of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
13 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to another embodiment of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to another embodiment of the thermal print head shown in FIG. 1;
FIG. 15 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to another embodiment of the thermal print head shown in FIG. 1;
FIG. 16 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to another embodiment of the thermal print head shown in FIG. 1;
FIG. 17 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to another embodiment of the thermal print head shown in FIG. 1;
18 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to another embodiment of the thermal print head shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 19 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to another embodiment of the thermal print head shown in FIG. 1;
FIG. 20 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in another embodiment.
FIG. 21 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in another embodiment.
FIG. 22 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in another embodiment.
FIG. 23 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in another embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in another embodiment.
FIG. 25 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in another embodiment.
FIG. 26 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in another embodiment.
FIG. 27 is a plan view of a main part of a thermal print head according to another embodiment.
28 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 27. FIG.
FIG. 29 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in still another embodiment.
30 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in still another embodiment. FIG.
FIG. 31 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in still another embodiment.
FIG. 32 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in still another embodiment.
FIG. 33 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in still another embodiment.
FIG. 34 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in still another embodiment.
FIG. 35 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a thermal print head in still another embodiment.
FIG. 36 is a plan view of an essential part of a thermal print head in still another embodiment.
37 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 36. FIG.
FIG. 38 is a cross-sectional view of a conventional heat generating device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Glass glaze layer 2a Valley part 3 Heat storage layer 4 Common electrode 4a Comb tooth part 5 Individual electrode 6 Resistance layer 7 Protective layer 8 Drive IC
9 Wire 11 High temperature gold 12 Low temperature gold 13 Low temperature gold 14 Glass glaze layer

Claims

A resistance layer that generates heat when energized, an electrode layer for energizing the resistance layer, a heat storage layer that stores heat generated by the resistance layer, and a protective layer that covers the resistance layer are formed on the substrate. A heating device for
The heat storage layer is made of polyimide resin,
While configuring the resistance layer and the electrode layer with a thick film ,
The heating layer, wherein the resistance layer and the protective layer are mainly composed of a polyimide resin .

The heat generating device according to claim 1, wherein the heat storage layer is disposed only near the lower side of the resistance layer.

A glass glaze layer is provided on the substrate except near the lower side of the resistance layer,
The heat generating device according to claim 1 or 2 , wherein the heat storage layer is formed in close contact with the glass glaze layer in the vicinity of the lower side of the resistance layer where the glass glaze layer is not provided on the substrate.

The heat generating device according to claim 3 , wherein a protruding height of the heat storage layer from the substrate is equal to or higher than a protruding height of the glass glaze layer from the substrate.

The heat generating device according to claim 3 , wherein a protrusion height of the heat storage layer from the substrate is higher by 10 μm to 20 μm than a protrusion height of the glass glaze layer from the substrate.

A resistive layer made of a thick film that generates heat when energized, an electrode layer made of a thick film for energizing the resistive layer, and a heat storage layer made of a polyimide resin that stores heat generated by the resistive layer A method of manufacturing a heating device for manufacturing a heating device provided on a substrate,
When forming the electrode layer, before the heat storage layer is formed, high temperature gold that can be baked at 800 degrees Celsius or higher is printed on a portion excluding the formation position of the heat storage layer, and the high temperature gold is printed on the polyimide resin. After the formation of the heat storage layer, low temperature gold that can be fired at 300 degrees Celsius or higher is printed on the heat storage layer, and the end portion is superimposed on the high temperature gold. The method for manufacturing a heat generating device is characterized in that the low-temperature gold is fired at a temperature lower than the deterioration point of the polyimide resin.

A resistive layer made of a thick film that generates heat when energized, an electrode layer made of a thick film for energizing the resistive layer, and a heat storage layer made of a polyimide resin that stores heat generated by the resistive layer A method of manufacturing a heating device for manufacturing a heating device provided on a substrate,
A method of manufacturing a heating device, wherein when forming the resistance layer, a material obtained by mixing a polyimide-based resin and a resistance substance is printed with a thickness of 2 μm to 10 μm and fired.

A resistive layer made of a thick film that generates heat when energized, an electrode layer made of a thick film for energizing the resistive layer, and a heat storage layer made of polyimide resin that stores heat generated by the resistive layer; A heating device manufacturing method for manufacturing a heating device provided with a protective layer covering the resistance layer on a substrate,
A method of manufacturing a heating device, wherein when forming the protective layer, a material obtained by mixing a polyimide-based resin and an abrasion-resistant substance is printed with a thickness of 2 μm to 10 μm and fired.