JP5054470B2 - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば熱転写型プリンタに搭載されるサーマルヘッド及びその製造方法に関する。

サーマルヘッドは、通電により発熱する複数の発熱抵抗体を備え、この複数の発熱抵抗体が発生した熱エネルギーを印刷媒体に与えることにより、印刷動作する。従来では、複数の発熱抵抗体、これら複数の発熱抵抗体の一端部に共通に接続された共通電極、及び各発熱抵抗体の他端部にそれぞれ接続された複数の個別電極を有するヘッド基板と、このヘッド基板の複数の個別電極を介して複数の発熱抵抗体を通電制御する複数の駆動素子を備えたプリント回路基板とが別々に備えられ、このヘッド基板及びプリント回路基板を、放熱用のアルミ放熱板上に接着固定している。ヘッド基板の複数の個別電極とプリント回路基板の複数の駆動素子は、各々がワイヤボンディングされ、ワイヤボンディング部は樹脂材料により封止されている。封止樹脂としては、ワイヤボンディング部を隙間なく埋めるため、例えばエポキシ系樹脂材料のような加熱によって粘度が低下する樹脂材料が用いられている。
特開2004-58541号公報 特開2004-106293号公報 特開2005-280204号公報

上記構造のサーマルヘッドでは、ヘッド基板とプリント回路基板の長手方向（複数の発熱抵抗体の整列方向）に延びる封止樹脂の両端部が、該ヘッド基板とプリント回路基板内にきちんと収まることが理想的である。しかしながら、封止樹脂は加熱によって粘度が低下する樹脂材料からなること、及びその量の厳密な管理が困難なことから、ヘッド基板とプリント回路基板の両端部から放熱板上に漏れ出ることがあった。そして、放熱板上に漏れ出ると、ワイヤボンディング部のワイヤが露出するワイヤ見え不良となり、さらに、放熱板上の封止樹脂は、高温環境に置かれることから、クラックが発生し、ワイヤ断線の原因となることがあった。

本発明は、以上の問題意識に基づき、通電により発熱する複数の発熱抵抗体、これら複数の発熱抵抗体の一端部に共通に接続された共通電極、及び各発熱抵抗体の他端部にそれぞれ接続された複数の個別電極を有するヘッド基板；ヘッド基板の複数の発熱抵抗体への通電制御を行なう複数の駆動素子を備えたプリント回路基板；このヘッド基板とプリント回路基板とを隣接させて接着固定する放熱板；及びヘッド基板の複数の個別電極と上記プリント回路基板の複数の駆動素子を接続したワイヤボンディング部を封止する封止樹脂；を備えたサーマルヘッドにおいて、封止樹脂が放熱板上に漏れ出すことがなく、ワイヤ見え不良、ワイヤ断線不良の発生するおそれのないサーマルヘッド及びその製造方法を得ることを目的とする。

本発明のサーマルヘッドは、通電により発熱する複数の発熱抵抗体、これら複数の発熱抵抗体の一端部に共通に接続された共通電極、及び各発熱抵抗体の他端部にそれぞれ接続された複数の個別電極を有するヘッド基板；上記ヘッド基板の複数の発熱抵抗体への通電制御を行なう複数の駆動素子を備えたプリント回路基板；このヘッド基板とプリント回路基板とを隣接させて接着固定する放熱板；及び上記ヘッド基板の複数の個別電極と上記プリント回路基板の複数の駆動素子を接続したワイヤボンディング部を封止する封止樹脂；を備えたサーマルヘッドにおいて、上記ヘッド基板とプリント回路基板の長手方向の幅は、放熱板の同方向の幅より狭く設定されていること、上記ヘッド基板を放熱板上に接着固定するためのヘッド基板用接着剤は、ヘッド基板の長手方向に沿う長手方向部分と、この長手方向部分の両端部において該ヘッド基板の短手方向に延びる一対の直交延長部分とを有する平面コ字状をなしていること、この直交延長部分の長さは上記ヘッド基板の短手方向の長さより大きく設定されていること、上記ヘッド基板用接着剤の一対の上記直交延長部分は、該ヘッド基板とプリント回路基板の境界部の長手方向の両端部において該両基板を跨いで該境界部と直交する方向に延びていて、該放熱板上に露出する一対のヘッド基板用露出接着剤を構成していること、及びワイヤボンディング部を封止した上記封止樹脂のヘッド基板の長手方向の両端部は、放熱板上に露出している一対の上記ヘッド基板用露出接着剤の同方向の両端部よりも内側に位置していることを特徴としている。

また、本発明のサーマルヘッドの製造方法は、通電により発熱する複数の発熱抵抗体、これら複数の発熱抵抗体の一端部に共通に接続された共通電極、及び各発熱抵抗体の他端部にそれぞれ接続された複数の個別電極を有するヘッド基板；上記ヘッド基板の複数の発熱抵抗体への通電制御を行なう複数の駆動素子を備えたプリント回路基板；このヘッド基板とプリント回路基板とを隣接させて接着固定する放熱板；及び上記ヘッド基板の複数の個別電極と上記プリント回路基板の複数の駆動素子を接続したワイヤボンディング部を封止する封止樹脂；を備えたサーマルヘッドの製造方法において、上記ヘッド基板とプリント回路基板の長手方向の幅を、放熱板の同方向の幅より狭く設定するステップ；上記ヘッド基板を放熱板上に接着固定するヘッド基板用接着剤を、上記放熱板上に、該ヘッド基板の長手方向に沿う長手方向部分と、この長手方向部分の両端部において該ヘッド基板の短手方向に延びる一対の直交延長部分とを有する平面コ字状とし、かつ該一対の直交延長部分の長さを上記ヘッド基板の短手方向の長さより大きく設定して塗布するステップ；上記ヘッド基板用接着剤の一対の直交延長部分を、上記ヘッド基板とプリント回路基板の境界部の長手方向の両端部において該両基板を跨ぎかつ該境界部と直交させて該放熱板上に露出させた状態で、該放熱板上にヘッド基板を接着固定するステップ；上記放熱板上に上記ヘッド基板に隣接させてプリント配線基板を接着固定するステップ；上記ヘッド基板の複数の個別電極と上記プリント回路基板の複数の個別電極とをワイヤボンディングするステップ；及びこのワイヤボンディング部と上記露出させたヘッド基板用接着剤の上に跨らせて、上記封止樹脂を形成するステップ；を有することを特徴としている。

ヘッド基板用接着剤には、アルミナビーズが混合されていることが好ましい。

本発明は、ヘッド基板を放熱板上に接着固定するためのヘッド基板用接着剤とプリント回路基板を同放熱板上に接着固定するためのプリント回路基板用接着剤の少なくともヘッド基板用接着剤を、両基板の境界部の両端部において放熱板上に露出させ、封止樹脂の長手方向の両端部を、少なくともヘッド基板上に位置させたので、少なくともヘッド基板上おいて封止樹脂の端部を定める（止める）ことができる。すなわち、封止樹脂が放熱板上に漏れ出すことがないので、ワイヤ見え不良、ワイヤ断線不良の発生するおそれのないサーマルヘッドを得ることができる。そして本発明では、封止樹脂の漏れ出し防止を、ヘッド基板（及びプリント回路基板）を放熱板上に接着固定する接着剤を用いて行うので、工数、コストの増加を招くことがない。

図１、図２は本発明の対象とするサーマルヘッドＨ１の構造例を示している。サーマルヘッドＨ１は、アルミ放熱板１上に接着固定されたヘッド基板１０とプリント回路基板３０とを備えている。ヘッド基板１０とプリント回路基板３０は、互いの一端面接触面１０ａ、３０ａを接しさせてアルミ放熱板１の表面１ａ上に配置されている。

ヘッド基板１０には、アルミナやセラミック材料からなる基板１１の上に、基板一端側に形成された凸形状部と該凸形状部から基板他端側へ延出された均一膜厚の平坦部とを有するグレーズ層１２と、グレーズ層１２の凸形状部上に形成された複数の発熱抵抗体１３と、各発熱抵抗体１３の表面を覆って該各発熱抵抗体１３の平面的な大きさ（抵抗長Ｌ、抵抗幅Ｗ）を規定する絶縁バリア層１４と、複数の発熱抵抗体１３に通電する電極層１５と、絶縁バリア層１４及び電極層１５をプラテン等との接触から保護する耐磨耗保護層１７とが備えられている。図２は、ヘッド基板１０単体の模式平面図である。複数の発熱抵抗体１３は、グレーズ層１２上に形成された抵抗層１３’の一部であり、図示Ｙ方向（ヘッド基板１０及びプリント回路基板３０の長手方向）に所定間隔をあけて配列されている。

電極層１５は、抵抗層１３’及び絶縁バリア層１４の上に全面的に成膜した後に、絶縁バリア層１４の表面を露出させる開放部１５ｃをあけて形成されている。この電極層１５は、開放部１５ｃを介して、全発熱抵抗体１３の抵抗長方向の一端に接続する共通電極１５ａと、各発熱抵抗体１３の抵抗長方向の他端に接続する複数の個別電極１５ｂとに分離されている。各個別電極１５ｂには、ワイヤボンディング用の電極パッド１６がそれぞれ形成されている。電極層１５及び電極パッド１６は、例えばＡｌにより形成されている。

プリント回路基板３０は、ヘッド基板１０とは別個に設けられており、複数の発熱抵抗体１３への通電を制御する複数の駆動素子３１、及び、該駆動素子３１を含む回路系と外部を接続するためのパターンランド部（図示せず）を有している。駆動素子３１は発熱抵抗体１３毎に備えられていて、プリント回路基板３０のヘッド基板１０に接する側の一端部に配列されている。

ヘッド基板１０の複数の個別電極１５ｂの電極パッド１６とプリント回路基板３０の複数の駆動素子３１は、該ヘッド基板１０とプリント回路基板３０を、ヘッド基板用ヘッド基板用接着剤２３とプリント回路基板用接着剤２４を介してアルミ放熱板１上に接着固定した後、両基板の境界４０を越えて、Ａｕ接合ワイヤ３３によりボンディングされている。この個別電極１５ｂ、電極パッド１６、駆動素子３１及びＡｕ接合ワイヤ３３を含むボンディング部は、例えばエポキシ系樹脂等からなる封止樹脂３４により封止されている。また各駆動素子３１は、Ａｕ接合ワイヤ３３により、プリント回路基板３０の回路系にも接続されている。

本実施形態は、以上の基本構造を有するサーマルヘッドＨ１において、ヘッド基板１０とプリント回路基板３０をアルミ放熱板１に接着固定する構造（手順）及び封止樹脂３４による封止構造を特徴としている。図３の中段に示すように、ヘッド基板１０とプリント回路基板３０の幅Ｒ（Ｙ方向長さ）は実質的に同一で、アルミ放熱板の幅Ｑ（同）より小さい。

ヘッド基板１０をアルミ放熱板１に接着固定するためのヘッド基板用接着剤２３は、熱伝導性及び熱歪を吸収する弾性を有する接着樹脂であり、例えばシリコン系の接着剤にアルミナビーズを混合してなっている。このヘッド基板用接着剤２３は、ヘッド基板１０の下面に可及的に均一に塗布することで、ヘッド基板１０の放熱性を高め、色むらの発生を防止する作用を有する。プリント回路基板３０をアルミ放熱板１上に接着固定するプリント回路基板用接着剤２４は、例えばシリコン系接着剤からなっている。

図３は、アルミ放熱板１に対するヘッド基板用接着剤２３とプリント回路基板用接着剤２４の接着ステップ及び封止樹脂の形成ステップの一実施形態を示している。図３の上段に示すように、アルミ放熱板１のヘッド基板接着用領域に塗布されるヘッド基板用接着剤２３は、ヘッド基板１０の長手方向に沿う長手方向部分２３ａと、この長手方向部分２３ａの両端部においてヘッド基板１０の短手方向に延びる直交延長部分２３ｂとを有するコ字状をなしている。この直交延長部分２３ｂの長さＳは、ヘッド基板１０の短手方向の長さｓより大きく設定されており（Ｓ＞ｓ）、ヘッド基板用接着剤２３の全体の長手方向の幅Ｐは、ヘッド基板１０の幅Ｑより、大きく設定されている。さらに、この実施形態では、ヘッド基板用接着剤２３は、自身の有する形状保持力により、少なくともヘッド基板上、すなわち、アルミ放熱板１より内側にあり、その幅Ｐは、アルミ放熱板１の幅Ｑより僅かに小さい。図３、図４は、ヘッド基板用接着剤２３とプリント回路基板用接着剤２４の厚さを誇張して描いたものである。

これに対し、アルミ放熱板１のプリント配線基板接着用領域に塗布されるプリント回路基板用接着剤２４は、直線状にプリント回路基板３０の長手方向の幅より若干長い幅だけ塗布されている。

この左右対称のコ字状のヘッド基板用接着剤２３の上に、ヘッド基板１０を正しく位置させて接着すると、ヘッド基板用接着剤２３の長手方向部分２３ａは、ヘッド基板１０の下面に広がり、直交延長部分２３ｂ部分は、ヘッド基板１０の長手方向の両端部において、アルミ放熱板１上に露出する。この露出部分をヘッド基板用露出接着剤２３ｃとする。このヘッド基板用露出接着剤２３ｃの高さは、ヘッド基板１０の高さ（厚さ）を超えることはない。またヘッド基板用露出接着剤２３ｃは、ヘッド基板１０とプリント回路基板３０の境界４０の外側にあって、両基板を跨いで該境界４０と直交する方向に延びている。

次に、アルミ放熱板１上に接着されたヘッド基板１０の複数の個別電極１５ｂの電極パッド１６とプリント回路基板３０の複数の駆動素子３１は、前述のように、常法に従って、Ａｕ接合ワイヤ３３によりボンディングされる。具体的には、例えば、各個別電極１５ｂの電極パッド１６の表面に超音波振動を与えて表面酸化膜を破壊し、該電極パッド１６上にＡｌとＡｕの合金層を形成することにより、電極パッド１６とＡｕ接合ワイヤ３３を接続する。同様にして、各駆動素子３１の電極パッド（不図示）とＡｕ接合ワイヤ３３を接続する。

その後、この個別電極１５ｂの電極パッド１６と各駆動素子３１の電極パッドとのボンディング部を、例えばエポキシ系樹脂等からなる適量の封止樹脂３４により封止する。すると、該封止樹脂３４の長手方向の両端部は、ヘッド基板用接着剤２３のヘッド基板用露出接着剤２３ｃ（及びプリント基板用露出接着剤２４）上に留まり、アルミ放熱板１上に漏れ出ることがない。図４は、封止樹脂３４の理想的な端部形状を実線で示し、該封止樹脂３４がヘッド基板用露出接着剤２３ｃ上に漏れ出た場合の形状例を破線３４’（図３下段右図も参照）で示している。このように、仮に封止樹脂３４がアルミ放熱板１上に漏れ出しても、ヘッド基板用露出接着剤２３ｃがこれを阻止するから、ワイヤ見え不良、アルミ放熱板１上に封止樹脂３４が漏れることによるクラック発生、及びクラック発生によるワイヤ断線の事故を未然に防止することができる。

以上の本実施形態ではリアルエッジタイプのヘッド基板１０を用いているが、本発明は、部分グレーズタイプや全面グレーズタイプのヘッド基板を用いたサーマルヘッドにも、また、シリコンヘッド基板を用いたサーマルヘッドにも適用可能である。

本発明の対象とするサーマルヘッドの構造例を示す断面図ある。 図１のヘッド基板（耐磨耗保護層を除く）を示す平面図である。 本発明によるサーマルヘッドのヘッド基板とプリント回路基板の放熱板に対する接着工程及び封止樹脂の形成工程を示す平面図である。 図３のIV-IV線に沿う模式断面図である。

符号の説明

１ アルミ放熱板
１０ ヘッド基板
１１ 基板
１２ グレーズ層
１３ 発熱抵抗体
１３’ 抵抗層
１４ 絶縁バリア層
１５ 電極層
１５ａ 共通電極
１５ｂ 個別電極
１５ｃ 開放部
１６ 電極パッド
１７ 耐磨耗保護層
２３ ヘッド基板用接着剤
２３ａ 長手方向部分
２３ｂ 直交延長部分
２３ｃ ヘッド基板用露出接着剤
２４ プリント基板用接着剤
３０ プリント回路基板
３１ 駆動素子
３３ Ａｕ接合ワイヤ
３４ 封止樹脂
Ｈ１ サーマルヘッド

Claims (6)

1. 通電により発熱する複数の発熱抵抗体、これら複数の発熱抵抗体の一端部に共通に接続された共通電極、及び各発熱抵抗体の他端部にそれぞれ接続された複数の個別電極を有するヘッド基板；
   上記ヘッド基板の複数の発熱抵抗体への通電制御を行なう複数の駆動素子を備えたプリント回路基板；
   このヘッド基板とプリント回路基板とを隣接させて接着固定する放熱板；及び
   上記ヘッド基板の複数の個別電極と上記プリント回路基板の複数の駆動素子を接続したワイヤボンディング部を封止する封止樹脂；
   を備えたサーマルヘッドにおいて、
   上記ヘッド基板とプリント回路基板の長手方向の幅は、放熱板の同方向の幅より狭く設定されていること、
   上記ヘッド基板を放熱板上に接着固定するためのヘッド基板用接着剤は、ヘッド基板の長手方向に沿う長手方向部分と、この長手方向部分の両端部において該ヘッド基板の短手方向に延びる一対の直交延長部分とを有する平面コ字状をなしていること、
   この直交延長部分の長さは上記ヘッド基板の短手方向の長さより大きく設定されていること、
   上記ヘッド基板用接着剤の一対の上記直交延長部分は、該ヘッド基板とプリント回路基板の境界部の長手方向の両端部において該両基板を跨いで該境界部と直交する方向に延びていて、該放熱板上に露出する一対のヘッド基板用露出接着剤を構成していること、及び
   ワイヤボンディング部を封止した上記封止樹脂のヘッド基板の長手方向の両端部は、放熱板上に露出している上記一対のヘッド基板用露出接着剤の同方向の両端部よりも内側に位置していること、
   を特徴とするサーマルヘッド。
2. 請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、上記ヘッド基板用接着剤は、ヘッド基板の幅より幅広に上記放熱板上に塗布されているサーマルヘッド。
3. 請求項１または２記載のサーマルヘッドにおいて、上記ヘッド基板用接着剤には、アルミナビーズが混合されているサーマルヘッド。
4. 通電により発熱する複数の発熱抵抗体、これら複数の発熱抵抗体の一端部に共通に接続された共通電極、及び各発熱抵抗体の他端部にそれぞれ接続された複数の個別電極を有するヘッド基板；
   上記ヘッド基板の複数の発熱抵抗体への通電制御を行なう複数の駆動素子を備えたプリント回路基板；
   このヘッド基板とプリント回路基板とを隣接させて接着固定する放熱板；及び
   上記ヘッド基板の複数の個別電極と上記プリント回路基板の複数の駆動素子を接続したワイヤボンディング部を封止する封止樹脂；
   を備えたサーマルヘッドの製造方法において、
   上記ヘッド基板とプリント回路基板の長手方向の幅を、放熱板の同方向の幅より狭く設定するステップ；
   上記ヘッド基板を放熱板上に接着固定するヘッド基板用接着剤を、上記放熱板上に、該ヘッド基板の長手方向に沿う長手方向部分と、この長手方向部分の両端部において該ヘッド基板の短手方向に延びる一対の直交延長部分とを有する平面コ字状とし、かつ該一対の直交延長部分の長さを上記ヘッド基板の短手方向の長さより大きく設定して塗布するステップ；
   上記ヘッド基板用接着剤の一対の直交延長部分を、上記ヘッド基板とプリント回路基板の境界部の長手方向の両端部において該両基板を跨ぎかつ該境界部と直交させて該放熱板上に露出させた状態で、該放熱板上にヘッド基板を接着固定するステップ；
   上記放熱板上に上記ヘッド基板に隣接させてプリント配線基板を接着固定するステップ；
   上記ヘッド基板の複数の個別電極と上記プリント回路基板の複数の個別電極とをワイヤボンディングするステップ；及び
   このワイヤボンディング部と上記露出させたヘッド基板用接着剤の上に跨らせて、上記封止樹脂を形成するステップ；
   を有することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
5. 請求項４記載のサーマルヘッドの製造方法において、上記ヘッド基板用接着剤は、ヘッド基板の幅より幅広に上記放熱板上に塗布されているサーマルヘッドの製造方法。
6. 請求項４または５記載のサーマルヘッドの製造方法において、上記ヘッド基板用接着剤には、アルミナビーズが混合されているサーマルヘッドの製造方法。

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