JP3824246B2

JP3824246B2 - サーマルヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP3824246B2
Application number: JP30824797A
Authority: JP
Inventors: 克人長野; 真人薄田; 良夫斉田; 潤平林; 萩原　　淳
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH11138880A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマルヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルヘッドは、インク等の補充が不要である感熱紙あるいは熱転写紙の利便性を活かし、低廉で簡易なプリンターに広く用いられている。これらのサーマルヘッドに用いるプリンターも、最近では高画質プリントと高速プリントが要請されている。また、熱転写方式によるカラープリンター方式や、高画質を重視する写真プリントの自動化ミニラボのインデックスプリンター等に用いるまでに微細化し、６００ｄｐｉないし１２００ｄｐｉのような高密度なサーマルヘッドも要求されてきている。
【０００３】
しかしながら、サーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体の発熱部を急速に加熱して瞬時に昇温させ、素早く放熱して滲みを起こさせないという昇温・放熱の配慮が必要になる。急速な昇温には、熱が発熱部に集中して回りに逃げず、急速な放熱には、発熱部の熱が素早く逃げるという、相反する熱応答特性が要求される。
【０００４】
すなわち、サーマルヘッドには、基本的に次のような事項が要請される。
１）軽薄短小化
２）低廉化
３）Ａ３等への大画面化
４）低消費電力化
５）高速化
６）高密度で鮮明な、いわゆる高精細な画像プリント
７）色むらのない均質な画面
８）汚れが残らないメンテナンスフリー
従来のサーマルヘッドは一般に図３に示すように構成されている。図３に示すように、放熱体（ヒートシンク）を兼ねるアルミナ基板３１上に、その全面または図示のように一部に例えば１０００℃程度の融点を有するガラスからなる蓄熱層３２を設け、該蓄熱層３２上に発熱抵抗体３３を設ける。３４は発熱部３５を形成する電極であり、電極３４と発熱抵抗体３３の表面は、感熱紙等の記録紙３６等による摩耗を防ぐ保護層としての耐摩耗層３７が形成されている。３８はローラ、３９は基板３１上に固定した周辺回路を構成する駆動ＩＣ、４０は外部電源や駆動回路に接続する端子である。駆動ＩＣ３９は紙面の垂直方向に例えば数十個取付けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、基板３１上に、ローラ３８に対面する発熱部３５および駆動ＩＣ３９を形成、搭載した従来構成においては、記録紙３６や駆動ＩＣ３９との干渉を防ぐため、発熱部３５と駆動ＩＣ３９との間の間隔Ｌを大きく設定しなければならず、サーマルヘッドの小型化ができない。
【０００６】
このような問題点を解決するため、本発明者等は、ガラス板等の基体上に保護層、発熱抵抗体、電極、蓄熱層を順次形成し、ローラとの対向面、すなわち印字面と反対側に露出した電極に駆動ＩＣを接続することにより、ローラや記録紙と駆動ＩＣとの干渉を無くし、これにより小型化を達成したサーマルヘッドを開発している。
【０００７】
このようなサーマルヘッドを実現する場合、発熱抵抗体の一方にそれぞれ接続される各共通電極の母線や駆動ＩＣ３９と端子４０との間の共通回路を膜形成技術によって設ける場合、製造工程が複雑化すると共に、電気抵抗を低くするには膜厚を厚くする必要があるために膜形成のための時間がかかり、コスト高を招くという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、積層体の印字面の反対面に駆動ＩＣを搭載すると共に、共通電極や駆動ＩＣにつながる外部接続用配線の形成が容易かつ廉価に行えるサーマルヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明のサーマルヘッドの製造方法は、仮の基板である基体上に溝を形成するステップと、
前記溝を形成した基体上に保護層を形成するステップと、
該保護層上に発熱抵抗体を形成するステップと、
該発熱抵抗体を形成する前または後に、該発熱抵抗体に接続する共通電極、個別電極およびＩＣ駆動電極を形成するステップと、
前記基体の一部または全部を除去または分離して少なくとも前記溝により形成された凸状の発熱部に相当する保護層を露出するステップとにより積層体を構成し、
該積層体以外に設けたプリント基板を、前記積層体の前記共通電極および前記ＩＣ駆動電極の形成面に合わせ、前記プリント基板に設けた外部接続用配線を、前記共通電極および前記ＩＣ駆動電極に接続し固定すると共に、駆動ＩＣを、前記積層体の前記個別電極および前記ＩＣ駆動電極に接続し固定する
ことを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
【作用】
本発明においては、積層体に形成された共通電極とＩＣ駆動電極を外部に接続するためのプリント基板を別体に構成しておいて、積層体に組み合わせるようにしたので、積層体に共通電極の母線となる導体を形成する必要がなくなる。また、プリント基板側には比較的大電流を流すことのできる外部接続用配線を容易かつ廉価に形成することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明による製造方法により得られるサーマルヘッドの一例を、長手方向に垂直な断面で示す断面図、図１（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の製造方法において用いる基板の一例を示す平面図、図２は本例のサーマルヘッドの断面構造を示す断面図である。
【００１２】
図１（Ａ）において、１０は発熱積層部５を有するサーマルヘッドの積層体、１１はサーマルヘッドの駆動ＩＣ、１３は、図１（Ｂ）の平面図に示すように外部接続用配線である共通電極用ブスバー１４を有するガラスエポキシ等でなるプリント基板、１５は、図１（Ｃ）に示すように、外部接続用配線である接地電極用ブスバー１６と電源用ブスバー１７と、クロック等の制御線や信号線等の導体パターン１９を有するガラスエポキシ等でなるプリント基板であり、これらは積層体１０の裏面に半田付けされる。ブスバー１６、１７や導体パターン１９はプリント基板１５に立体交差状に多層構造で形成される。プリント基板１５の裏面にはコネクタ１８が設けられ、コネクタ１８と前記ブスバー１６、１７および導体パターン１９はスルーホール（図示せず）等を介して接続され、また、プリント基板１３の外部接続用配線としてのブスバー１４も別設の導体（図示せず）を介してコネクタ１８が接続される。
【００１３】
２２はアルミニウム板でなるヒートシンクであり、該ヒートシンク２２は前記プリント基板１３、１５や駆動ＩＣ１１等と共に、シリコン樹脂等でなる接着剤２３あるいは両面テープにより接着される。
【００１４】
図２に示すように、サーマルヘッドの積層体１０は、耐摩耗層として作用する保護層１と、紙面に垂直方向に多数配置される発熱抵抗体２と、発熱抵抗体２上に間隔をおいて重ねて設けられる共通電極３ａおよび個別電極３ｂと、蓄熱層９と、前記電極３ａ、３ｂと発熱抵抗体２により形成される発熱積層部５と前記蓄熱層９との間に介在させて蓄熱層９からの物質の拡散を防止するバリア層８とからなる。７は発熱積層部５を含む積層体１０を形成する際の基体を残留させたものであり、ガラスからなるものである。
【００１５】
前記保護層１としては、ＳｉＣ系化合物、ＳｉＢ系化合物、ＳｉＯ系化合物、ＳｉＯＮ系化合物等が用いられる。特に表面層を、摩擦係数が小さく、硬度が高く、化学的に安定なＳｉＢとし、発熱抵抗体２側の裏面層を電気抵抗が高いＳｉＯ_２とすることが、発熱抵抗体２との間の電気絶縁性を確保する意味で好ましい。この保護層１の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ等、従来より用いられている各方法を採用することができる。
【００１６】
前記発熱抵抗体２としては、Ｎｂ−ＳｉＯ_２、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａ、あるいはＴｉＯ_２、ＢＮ等を用いることができる。発熱抵抗体２の成膜方法としては、ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等を用いることができる。
【００１７】
また、各発熱抵抗体２は、発熱ドット毎に形成されるようにエッチングする必要がある。このエッチング方法としては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチングを用いることが好ましいが、ウェットエッチングを用いることも可能である。また、ドライエッチングのエッチャー（反応性ガス）としては、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃｌ_２、Ｏ_２等が一般的であり、これらを混合して用いることもできる。
【００１８】
前記電極３ａ、３ｂとしては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ等の金属の一種または複数種を重ねて用いることができる。中でも、Ａｌは廉価であって、他の層との密着性を、特別の層を介在させる必要なく、容易に得ることができ、プロセスが簡単になり、さらに電気抵抗が低いので、微細パターンを得やすいという点において好ましい。また、成膜方法としては、蒸着やスパッタリング等が用いられる。
【００１９】
これらの電極３ａ、３ｂのパターンを得るためのエッチング方法としては、ドライエッチングを用いることもできるが、ウェットエッチングを用いることが好ましい。ウェットエッチングのエッチャント（エッチング溶液）としては、Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＮＯ_３等が一般的である。特にＡｌのエッチングに際しては、Ｈ_３ＰＯ_４、Ｃ_２Ｈ_４Ｏ_２、ＨＮＯ_３を混合した混合液を用いることもある。
【００２０】
前記バリア層８にはＳｉＯ_２を用いる。成膜方法としては、ＬＰＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等を用いることができる。エッチング方法としては、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれを用いてもよく、ウェットエッチングを行う場合は、エッチャントとしてＨＦあるいはＨＦとＮＨ_４Ｆとの混合液を用いるのが一般的である。
【００２１】
前記蓄熱層９としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂にアルミナ、シリカ等のセラミック粉や金属粉を分散含有させることにより、機械的強度や熱伝導率を調整することも可能である。
【００２２】
また、該蓄熱層９として低融点ガラスを用いることが可能である。この低融点ガラスは、電極としてＡｌを用いる場合、電極の劣化、反応を防ぐ意味において、軟化点が４５０℃以下、より好ましくは軟化点が４００℃以下であり、また、蓄熱層９の形成後の製造工程での加熱による軟化を防止する意味で軟化点が３００℃以上、さらに好ましくは３５０℃である。すなわち、電極としてＡｌを用いる場合、低融点ガラスの軟化点は好ましくは３００℃〜４５０℃、さらに好ましくは３５０℃〜４００℃である。
【００２３】
蓄熱層９として低融点ガラスを用いる場合の成膜方法としては、スクリーン印刷法やディスペンサを用い、これを３５０℃〜４００℃で焼成する。また、この鉛ガラスの組成としては、例えばＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３系あるいはＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系のものを用いることが好ましい。
【００２４】
１２は発熱積層部５と前記ブスバー１６、１７や各種信号の導体パターン１９等との間を接続するために積層体１０に形成したＩＣ駆動電極である。プリント基板１３上に共通電極用ブスバー１４は、前記各発熱部ごとの共通電極３ａにメタライズ層２１と半田２０を介して接続される。メタライズ層２１はバリア層８に穴を開けてその穴を埋めるように形成されるものであり、駆動ＩＣ１１や前記ブスバー１６、１７との接続部も同様のメタライズ層２１と半田２０により接続される。
【００２５】
図３は図２のサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図である。本実施例においては、まず図３（Ａ）に示すように、基体７上に印字面を形成するための溝７ａを形成する。基体７としては、安価で入手が容易な０．７ｍｍ厚のホウケイ酸ガラス板（日本電気硝子社製、商品名ＢＬＣ）を用いた。
【００２６】
次に図３（Ｂ）に示すように、保護層１として、ＳｉＢ層およびＳｉＯ_２層をプラズマＣＶＤにより４００℃の雰囲気で順に形成した。ＳｉＢ層の厚みは７μｍとし、ＳｉＯ_２層の厚みは３μｍとした。
【００２７】
保護層１を形成後、図３（Ｃ）に示すように、発熱抵抗体２となるＮｂ−ＳｉＯ_２層を、３００℃〜３５０℃の温度において、スパッタリングにより０．１μｍの厚みに形成し、ＲＩＥにより、個々の発熱抵抗体２に分離形成した。発熱抵抗体２のピッチは１６７μｍとし、発熱抵抗体２同士の間隔を１０μｍとした。なお、Ｎｂ−ＳｉＯ_２層とは、アモルファスのＳｉＯ_２層の中に金属ＮｂやＮｂの珪化物、酸化物が混在したものである。このように発熱抵抗体２を設けた後、そのＴＣＲを改善するために、４００℃程度で熱処理を行ってもよい。
【００２８】
次に図３（Ｄ）に示すように、電極３ａ、３ｂとしてのＡｌ層を１００℃の温度において蒸着により０．５μｍの厚みに形成し、Ｈ_３ＰＯ_４、Ｃ_２Ｈ_４Ｏ_２、ＨＮＯ_３を混合した混合液をエッチャントとして用い、共通電極３ａと個別電極３ｂとを、これらの一部を発熱抵抗体２上に重ねて形成し、かつ別の位置に図２に示すＩＣ駆動電極１２を形成した。
【００２９】
次に図３（Ｅ）に示すように、バリア層８としてのＳｉＯ_２層をプラズマＣＶＤにより０．３μｍの厚みに成膜した。そして成膜したＳｉＯ_２層を、ＨＦをエッチャントとしてエッチングすることにより、図２のように、保護層１の反対側に駆動ＩＣ１１を設け、かつプリント基板１３、１５上の導体を接続するため、電極３ｂ、１２にフリップチップボンディングによって接続するための穴をバリア層８に設けた。
【００３０】
次に、図３（Ｆ）に示すように、蓄熱層９を形成するため、ポリイミド樹脂を含むペーストの塗布を行い、３６０℃、２時間の加熱により硬化させた。蓄熱層９として低融点のガラスを用いる場合は、ガラスフリットをバインダーに混合したペーストをバリア層８にスクリーン印刷後、３６０℃、２時間で焼成した。ガラスペーストとしては、日本電気硝子社製、品名ＰＬＳ−１３０１のものを用いた。
【００３１】
次に駆動ＩＣ１１およびプリント基板１３、１５のブスバー１４、１６、１７のパッドに設けた半田ボールを電極３ａ、３ｂ、１２に融着してフリップチップボンディングにより接続した。なお、ここで、駆動ＩＣ１１は基板１３、１５に固定した状態、または固定しない状態で積層体１０に同時に固定してもよく、別々に固定してもよい。
【００３２】
その後、基体７より下の部分を、日化精工社製、品名ブラックマスクからなるエッチングレジスト（プロテクトワックスでもよい）により覆い、ＨＦ液等に浸漬し、基体７を全部溶解させるか、本実施例のように部分溶解させて残留させる。これにより、図２に示すように、基体７上に形成された平滑な面の保護層１を露出させることができる。基体７を残留させれば、積層体１０の強度を向上させることができる。
【００３３】
このように、共通電極３ａやＩＣ駆動電極１２に接続する母線としての配線（ブスバー１４、１６、１７）をプリント基板１３、１５に設ければ、プリント基板１３、１５は安価でかつ電流容量の大きなものが容易に得られるため、積層体１０に共通電極３ａの母線部分やＩＣ駆動電極１２につながる母線を膜形成技術によって設ける必要がなく、製造工程が簡略化すると共に、膜厚を厚く形成する必要がなく、膜形成のための時間が短縮され、サーマルヘッドのコストが低減される。
【００３４】
また、駆動ＩＣ１１および外部への配線１２を印字面の反対側に配しているので、駆動ＩＣ１１およびその電気的接続部と記録紙等との接触がなくなり、電気系の断線や短絡等の不具合が発生する危険性を無くすることが可能となる。
【００３５】
また、駆動ＩＣ１１が印字面の反対面にあるため、駆動ＩＣ１１を印字部に近接させて配置することができ、サーマルヘッドの大きさを従来構造に比較して大幅に小型化することができる。また、この小型化により、１枚の集合基板から得られるサーマルヘッドの個数を増加させることができ、その結果、一度に多数分の成膜が可能となり、サーマルヘッドの製造効率の向上が達成でき、サーマルヘッドの低コスト化が可能となる。具体的には、従来のサーマルヘッドのように、配線接続箇所（ボンディングパッド）と発熱部との間の距離を、１０ｍｍ程度まで長くする必要がなくなり、積層体１０の幅を２ｍｍ程度にまで狭くすることができる。このため、従来のサーマルヘッドチップと比較して、同面積の集合基板から約５倍の数のサーマルヘッドチップ（積層体１０）を得ることが可能となり、製造コストを大幅に低減することが可能となる。
【００３６】
なお、低融点ガラスによって蓄熱層９を構成することにより、ポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂により蓄熱層を構成する場合に比較し、発熱積層部５の強度を向上させることができ、砂等の硬質粒子を噛み込んだ場合においても損傷を免れることができる。蓄熱層９は単層として設けるのではなく、低融点ガラスからなる部分グレーズ層としての蓄熱層９を設けると共に、その下に例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる蓄熱層を設けてもよい。このように、樹脂でなる蓄熱層をガラスでなる蓄熱層９に重ねることにより、蓄熱作用が増大し、低消費電力のサーマルヘッドが提供できる。
【００３７】
また、蓄熱層９を低融点ガラスやポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂によって構成することにより、蓄熱層９を比較的低温で形成できるため、発熱部を蓄熱層９の形成あるいは硬化温度より高い前記した温度で熱処理を行った後、これらの蓄熱層９の形成を行っても発熱部に悪影響を及ぼすことがない。
【００３８】
基体７として高価な板材を使用する場合には、基体７上にＭｇＯ等の犠牲層を成膜し、前述のように各層の成膜、駆動ＩＣの固定後、前記犠牲層をりん酸等により溶解して基体７を発熱積層部５から分離し、基体７を再使用するようにしてもよい。
【００３９】
また、電極３ａ、３ｂ、１２は、発熱抵抗体２を形成した後に形成するのではなく、発熱抵抗体２の形成前に形成してもよい。また、基体７に設ける溝７ａの形状の選定により、印字面をＲ面でなる凸状ではなく、台形状等に形成することが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、共通電極やＩＣ駆動電極に接続する母線としての配線を、積層体に合わせて固定するプリント基板に設けたものであり、プリント基板は安価でかつ電流容量の大きなものが容易に得られるため、積層体に共通電極の母線部分やＩＣ駆動電極につながる母線を膜形成技術によって設ける必要がなく、製造工程が簡略化されると共に、膜厚を厚く形成する必要がなく、膜形成のための時間が短縮され、サーマルヘッドのコストが低減される。
【００４１】
また、積層体における印字面の反対側の面に駆動ＩＣが取付けられるため、積層体の大幅な小型化が可能となり、サーマルヘッドのコストをさらに低減することができる。
【００４２】
また、仮の基板である基体を用いて得る方法であり、凸状とする印字面の形状の選定が容易であり、また、樹脂や低融点ガラスで蓄熱層を低温で後付けすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明による製造方法により得られるサーマルヘッドの一例を示す断面図、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本例の共通電極側、駆動ＩＣ側プリント基板の概略平面図である。
【図２】図１の例のサーマルヘッドの断面構造を示す断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の製造方法の一実施例を示す製造工程図である。
【図４】従来のサーマルヘッドの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：保護層、２：発熱抵抗体、３ａ：共通電極、３ｂ：個別電極、５：発熱積層部、７：基体、８：バリア層、９：蓄熱層、１０：積層体、１１：駆動ＩＣ、１２：ＩＣ駆動電極、１３、１５：プリント基板、１４：共通電極用ブスバー、１６：接地電極用ブスバー、１７：電源用ブスバー、１８：コネクタ、１９：導体パターン、２０：半田、２１：メタライズ層、２２：ヒートシンク、２３：接着剤（両面テープ）

Claims

仮の基板である基体上に溝を形成するステップと、
前記溝を形成した基体上に保護層を形成するステップと、
該保護層上に発熱抵抗体を形成するステップと、
該発熱抵抗体を形成する前または後に、該発熱抵抗体に接続する共通電極、個別電極およびＩＣ駆動電極を形成するステップと、
前記基体の一部または全部を除去または分離して少なくとも前記溝により形成された凸状の発熱部に相当する保護層を露出するステップとにより積層体を構成し、
該積層体以外に設けたプリント基板を、前記積層体の前記共通電極および前記ＩＣ駆動電極の形成面に合わせ、前記プリント基板に設けた外部接続用配線を、前記共通電極および前記ＩＣ駆動電極に接続し固定すると共に、駆動ＩＣを、前記積層体の前記個別電極および前記ＩＣ駆動電極に接続し固定する
ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。