JP5183217B2

JP5183217B2 - サーマルプリントヘッド

Info

Publication number: JP5183217B2
Application number: JP2008003919A
Authority: JP
Inventors: 弘隆上出
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2028-01-11
Also published as: JP2009166267A

Description

本発明はサーマルプリントヘッドに関する。

サーマルプリントヘッドは、図３に示すように多数の発熱素子１２２を配列した発熱素子基板１２０とこれらの発熱素子を電流駆動する回路を配置したプリント回路基板１３０とを膨張率の大きい例えばアルミニウム放熱基板１１０上に併設した構成を有している。それぞれの部材は熱膨張係数が異なるために、放熱基板の間に介在する接着剤に柔軟性を持たせて膨張差による相互影響を防止している（特許文献１参照）。

放熱基板の表面を段付面にして上段１１０に発熱素子基板１２０を良熱伝導ゲル状接着剤１２４で接着し、下段１１２に回路基板１３０を両面接着テープ１３２で接着する。境界の下段部に溝１１４を形成して、ゲル状接着剤１２４が回路基板の接着部にはみ出るのを防いでいる。

回路基板の発熱素子基板に近い側に発熱素子を駆動するＩＣドライバ１３１を配置してワイヤボンディング１４０，１４１により発熱素子の電極端子とＩＣドライバ端子、回路基板の配線回路とＩＣドライバ端子とを電気的に接続する。脆弱なボンディングワイヤを保護するために樹脂の保護層１４２でＩＣドライバを含むボンディング領域を覆うように塗布する。各基板間の膨張差を考慮して樹脂保護層１４２をシリコン樹脂のような柔らかな熱可塑性樹脂を用いることがあるが、樹脂内でボンディングワイヤが外部衝撃や膨張収縮のたびに引張力を受けて断線する恐れがあるために、最近では保護層１４２に熱硬化性樹脂を用いて強固に固め信頼性を向上させている。
特開平１０−１６６６３４号公報

熱硬化性樹脂は未硬化状態ではゲルまたは液状であり、高温処理により硬化する。この性質が製造の樹脂塗布工程を制約する。発熱素子基板の発熱素子に接触する感熱記録媒体の通過に支障が無い高さに盛り上げるために一定量で塗布される。

ところが発熱素子基板１２０と回路基板１３０の突合せ部から未硬化樹脂が漏れることが多く放熱基板の溝に流入して塗布工程で硬化する。この漏れ量１４３が一定でなく余分な量を注入するため保護層高さが制御できず、さらに保護層の漏れた一部が放熱基板と直接的に接着することにより、放熱基板の熱膨張が保護層を介して発熱素子基板と回路基板に伝達し不所望な変形ひずみを与えることになる。

本発明は上記した不都合を解決するもので、一態様によれば第１の面領域と第２の面領域を有し前記第１の面領域が前記第２の面領域よりも高く前記第１の面領域と前記第２の面領域との境界に段部を形成した放熱基板と、前記段部において前記第１の面領域から前記第２の面領域側に張り出し前記放熱基板の前記第１の面領域に接着され発熱素子を有する発熱素子基板と、前記発熱素子基板に突き合わされ前記段部、前記第２の面領域および前記発熱素子基板とともに空隙部を形成し前記放熱基板の前記第２の面領域に接着された回路基板と、前記発熱素子基板と前記回路基板との間をまたいで設けられたボンディングワイヤと、前記ボンディングワイヤを被覆する熱硬化性樹脂の保護層と、前記放熱基板の前記空隙部に充填された柔軟性樹脂材とを具備してなるサーマルプリントヘッドにある。

ボンディングワイヤの保護層の高さを制御でき、また保護層に起因する発熱素子基板の不所望な変形を防止したサーマルプリントヘッドが得られる。

本発明の実施形態を図面により説明する。

図１は本発明の第１の実施形態を示しており、放熱基板１０面上に、発熱素子基板２０と回路基板３０が配設される。

放熱基板１０は、金属例えばアルミニウムでできた長尺の板体であり、一主面の第１の面領域１１と第２の面領域１２を形成しており、面領域境界は段部１３をなして、段部部分に板体の長尺方向に沿って矩形の凹溝１４が設けられその上部で突き合わされる各基板相互の熱膨張差を緩衝する空隙部１４ａが形成されている。段部の上段に第１の面領域が形成され、下段に第２の面領域が形成される。

発熱素子基板２０はアルミナなどの薄いセラミック板２１の面に複数の発熱素子２２を並べた構造であり、発熱素子の副走査方向の両端から電極端子２３が基板面にそって引出される。発熱素子基板は発熱素子２２の整列方向が放熱基板の長手方向に沿うように、放熱基板の第１の面領域に熱伝導性のよいフィラー入りシリコン樹脂コンパウンドなどのゲル状接着剤２４により接着される。

回路基板３０は通常ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた積層板やポリイミド樹脂の多層配線板が用いられ、放熱基板の第２の面領域１２に例えば不織布にアクリル樹脂を塗布した両面接着テープ３２で接着されており、発熱素子基板に近い側にＩＣ（半導体集積回路）ドライバ３１が配置される。回路基板面にＩＣドライバの入力配線、電源配線３３が施されている。ＩＣドライバ３１は表面に入出力端子となるボンディングパッド（図示しない）を備えており、出力端子は分担する発熱素子２２の数（ビット数）に対応した個数を有している。ＩＣドライバ３１は、出力端子のパッドが発熱素子基板２０側にくるように発熱素子基板にそって複数個、連接して回路基板に配置される。

ボンディングワイヤ４０，４１がＩＣドライバ３１の入力端子と回路基板の配線３３間、ＩＣドライバ３１の出力端子と発熱素子の電極端子２３間を接続している。ＩＣドライバ３１とボンディングワイヤ４０，４１を硬質樹脂の保護層４２が被覆しており、ボンディングワイヤ４０，４１はこの保護層４２に埋設されている。保護層４２は発熱素子基板２０と回路基板３０にまたがって配置される。

放熱基板の凹溝１４内に柔軟性のある樹脂材５０が充填される。樹脂材はシリコン樹脂のような柔軟性の熱可塑性樹脂が望ましく、エストラマー、ゴムを範囲に含む。充填量は第１の面領域１１に達するようにするのが望ましいが、充填量を半量以上としで溝内にわずかな空間を残してもよい。

以下製造方法について説明する。アルミニウム金属の放熱基板を用意し、上段の第１の面領域１１に発熱素子基板２０を良熱伝導性のゲル状接着剤２４で貼り付ける。つぎに放熱基板の凹溝１４中にシリコン樹脂などの熱可塑性樹脂からなる柔軟性樹脂材５０を充填する。ここで柔軟性とは、保護層４２よりも軟質であり、放熱基板、各基板間に熱膨張差が生じても変形して吸収可能であることを意味する。充填量は凹溝１４がある程度埋まって、発熱素子基板２０と回路基板３０の突合せ部３４の隙間から漏れる保護層４２の量を制御可能な程度でよい。

続いて、放熱基板の第２の面領域１２に予めＩＣドライバ３１を配置した回路基板３０を不織布にアクリル樹脂を塗布した両面接着テープ３２で貼り付ける。ＩＣドライバ３１は回路基板のエッジ近くに配置されており、第２の面領域上の回路基板３０の厚みとＩＣドライバチップ３１の厚みの和が、第１の面領域１１上の発熱素子基板２０の高さに等しいか、またはそれよりも低くなるように設定されている。この設定はボンディングワイヤ長の短縮をはかることと、保護層がプラテンにより送られる記録媒体のパスに影響がないようにするためである。

つぎに、金線でできたボンディングワイヤ４０，４１を用いて、ＩＣドライバ３１と、回路基板の配線３３および発熱素子基板の電極端子２３間をボンディング接続する。ＩＣドライバと発熱素子基板の電極端子間のボンディングワイヤ４０は両基板をまたがることになる。

引き続き、熱硬化性樹脂例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など、代表的にはエポキシ樹脂からなる硬質保護層４２を塗布する。第１段階で、ゲル状または液状の流動性のある未硬化のエポキシ樹脂をＩＣドライバおよびボンディングワイヤが施された領域に塗布する。塗布された未硬化樹脂の一部が塗布時または加熱過程で発熱素子基板と回路基板の突合せ部３４から染み出すが、凹溝１４内の柔軟性樹脂材５０の存在により、染み出しが制限されて漏れ量が制御できるので、塗布量の調整が容易になる。

塗布後、加熱処理により所定の温度まで加熱して熱硬化性樹脂は強固に硬化する。保護層４２は、溝内の柔軟性樹脂材５０により放熱基板１０との接触がなく、または僅かな接触にとどまるので、加熱処理後に常温にもどしても、放熱基板１０の熱収縮の影響を受けることが少なく、発熱素子基板２０や回路基板３０への不要なひずみを招くことがない。なお熱硬化性樹脂は硬化剤を混入させて常温で硬化させるものでもよい。

図２は本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態の説明と同符号の部分は同様部分を示し、説明を省略する。放熱基板１０は、一主面に第１の面領域１１と第２の面領域１２を形成しており、面領域境界は放熱基板の長手方向に延びる段部１３を有している。段部の上段に第１の面領域１１が形成され、下段に第２の面領域１２が形成される。放熱基板の段部１３部分の第２の面領域１２側には第１の実施形態で説明した凹溝１４が形成されていない。

第１の面領域１１の短手方向の幅が狭く形成され、発熱素子基板２０の発熱素子形成側縁２１ａと反対側の縁が張り出し部２１ｂを形成し、第２の面領域１２側に張り出して接着される。

回路基板３０はガラスクロス入りエポキシの基板３５を有しており、両面接着テープ３２で接着されたときに放熱基板１０の段部１３の高さよりも表面が高くなる厚みを有している。これにより、回路基板３０が発熱素子基板２０に突き合わされて接着された状態で、発熱素子基板張り出し部２１ｂの裏面、放熱基板段部１３壁、第２の面領域１２および回路基板縁３５ａで囲まれた空隙部１４ａが段部１３に沿って放熱基板１０の長手方向にわたって形成される。

この空隙部１４ａにシリコン樹脂などの柔軟性のある樹脂材５０を塗布する。この塗布工程は回路基板を放熱基板に貼り付ける工程の前に行う。

ワイヤボンディング工程後に保護層４２を塗布する。保護層として未硬化状態で低粘度で流動性の高い熱硬化性樹脂を用いる場合は、発熱素子基板２０と回路基板３０の両方にボンディングワイヤ領域を囲んで一定の高さの土手を樹脂で形成しておき、この土手をダムにして未硬化の熱硬化性樹脂を滴下する。未硬化樹脂は発熱素子基板と回路基板の突合せ部には染込むが、柔軟性樹脂材の存在により空隙部側に漏れることがない。その後の熱処理工程または硬化剤により常温で未硬化の樹脂は硬化する。

以上により保護層に用いる樹脂量を調整することができて、保護層の高さを制御できる。また、硬化後の樹脂が放熱基板に直接接触しないので、放熱基板との熱膨脹差が原因になるそりなどのひずみの抑制に効果がある。

本発明の一実施形態を説明する断面図。本発明の他の実施形態を説明する断面図。従来装置を説明する断面図。

符号の説明

１０：放熱基板
１１：第１の面領域
１２：第２の面領域
１３：段部
１４：凹溝
１４ａ：空隙部
２０：発熱素子基板
２２：発熱素子
２４：ゲル状接着剤
３０：回路基板
３２：両面接着テープ
３１：ＩＣドライバ
４０，４１：ボンディングワイヤ
４２：保護層
５０：柔軟性樹脂材

Claims

第１の面領域と第２の面領域を有し前記第１の面領域が前記第２の面領域よりも高く前記第１の面領域と前記第２の面領域との境界に段部を形成した放熱基板と、
前記段部において前記第１の面領域から前記第２の面領域側に張り出し前記放熱基板の前記第１の面領域に接着され発熱素子を有する発熱素子基板と、
前記発熱素子基板に突き合わされ前記段部、前記第２の面領域および前記発熱素子基板とともに空隙部を形成し前記放熱基板の前記第２の面領域に接着された回路基板と、
前記発熱素子基板と前記回路基板との間をまたいで設けられたボンディングワイヤと、
前記ボンディングワイヤを被覆する熱硬化性樹脂の保護層と、
前記放熱基板の前記空隙部に充填された柔軟性樹脂材とを具備してなるサーマルプリントヘッド。
前記空隙部が前記第２の面領域に形成された凹溝を含むことを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。