JP5905203B2

JP5905203B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP5905203B2
Application number: JP2011072077A
Authority: JP
Inventors: 優樹小森
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP2012206302A

Description

本発明は、サーマルプリンタなどに用いられるサーマルヘッドに関する。

サーマルヘッドは、感熱記録紙などの被印刷体が搬送される方向に直交する方向（主走査方向）に配列された複数の発熱抵抗体の発熱部を発熱させ、その熱により被印刷体に文字や図形などの画像を形成する出力用デバイスである。このサーマルヘッドは、バーコードプリンタ、デジタル製版機、ビデオプリンタ、イメージャ、シールプリンタなどの記録機器に広く利用されている。

従来のサーマルヘッドについて、その一部を抜き出した図５、図６および図７を参照して説明する。

図６に示すように、発熱体板１２０と回路基板４０とは、主走査方向ｄｍに直交する副走査方向ｄｓに互いに隣接して放熱板３０に載置されている。

発熱体板１２０における支持基板２２は、絶縁板２２ａと、この絶縁板２２ａの上面に層状に形成された保温層２２ｂとを有している。支持基板２２上面に、複数の発熱抵抗体を構成する発熱抵抗体層２３が設けられ、複数の電極１２８が発熱抵抗体層２３上面に設けられている。

図５に示すように、電極１２８は、発熱抵抗体における発熱部に接続された個別電極１２８ｂと、発熱部に接続され個別電極１２８ｂよりも回路基板４０に近接する位置に形成された共通電極１２８ａとを有する。

発熱体板１２０には、主走査方向ｄｍへ帯状に延びる発熱領域が形成される。個別電極１２８ｂには、ボンディングワイヤ４４で接続された回路基板４０上の駆動ＩＣ（Integrated Circuit）４２から、発熱領域に所定の発熱パターンを形成する制御信号が供給される。

共通電極１２８ａには、ボンディングワイヤ４４で接続された回路基板４０から、駆動電力が供給される。図６に示すように、電極１２８、保温層２２ｂおよび発熱部の上面には、絶縁体材料から成る保護層１２９が形成される（たとえば特許文献１参照）。

このような構成において、被印刷体に印画する場合、サーマルプリンタは発熱領域に沿って被印刷体を副走査方向ｄｓに移動させる。これと同時に、サーマルヘッドは発熱部に電流を流して発熱させ、その熱により被印刷体への印画を行う。

特開２００５−２６２８２８号公報

このようなサーマルヘッドを製造する際、図７に示すように、保護層１２９が保温層２２ｂから剥がれてしまう場合がある。このとき、保護層１２９の端部が欠落して、共通電極１２８ａが露出してしまう可能性がある。

この状態で駆動ＩＣ４２と個別電極１２８ｂとを接続しているボンディングワイヤ４４が所定の張力により正しく結線されず、下方へ垂れてしまうと、ボンディングワイヤ４４が共通電極１２８ａに接触してしまう可能性がある。

このような場合、個別電極１２８ｂと接続されているボンディングワイヤ４４を介して、共通電極１２８ａと個別電極１２８ｂとが短絡してしまうため、共通電極１２８ａからほぼ電気抵抗が無い状態で個別電極１２８ｂを介し駆動ＩＣ４２に膨大な電流が流れ込んで駆動ＩＣ４２が破壊されてしまうおそれがある。

このように、従来のサーマルヘッドは、発熱体板１２０において保護層１２９が保温層２２ｂから剥がれてしまい、サーマルヘッドの信頼性が低くなってしまうおそれがある。

そこで、本発明は、サーマルヘッドの信頼性を向上させることを目的とする。

上述の課題を達成するため、本発明は、サーマルヘッドにおいて、放熱板と、前記放熱板の上面に載置された回路基板と、前記回路基板に対し、被印刷体が搬送される方向である副走査方向に隣接して前記放熱板の上面に載置さ上面に保温層を有する支持基板と、前記支持基板の上面に形成され、前記副走査方向と直交する主走査方向に間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体と、前記支持基板の上面に形成され隣り合う一対の前記発熱抵抗体の前記回路基板から遠い方の端部を接続する折返電極と、前記折返電極の一端と間隙を設け、前記支持基板の上面に形成された個別電極と、前記折返電極の他端と間隙を設け、前記支持基板の上面の前記個別電極よりも前記回路基板に近接する位置に形成された共通電極と、前記共通電極と、前記回路基板に近接する端辺との間の前記支持基板の上面に前記共通電極から絶縁され離れて設けられた補強金属群と、前記補強金属群および前記保温層の上面に形成される保護層と、前記回路基板に搭載され前記発熱抵抗体を駆動する駆動ＩＣと、前記個別電極と前記駆動ＩＣとを接続するボンディングワイヤと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、サーマルヘッドの信頼性を向上させることができる。

本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態における一部切欠き上面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態を説明するための図であって、（ａ）は部分上面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ'矢視断面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態を説明するための図であって、図２のＹ−Ｙ'矢視断面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態の異常時を説明するための図である。従来のサーマルヘッドを説明するための図であって、（ａ）は部分上面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ'矢視断面図である。従来のサーマルヘッドを説明するための図であって、図５のＹ−Ｙ'矢視断面図である。従来のサーマルヘッドの一実施の形態の異常時を説明するための図である。

本発明に係るサーマルヘッドの実施の形態を、図面を参照して説明する。この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。

図１、図２および図３に示すように、本実施の形態のサーマルヘッド１０は、たとえば発熱体板２０、回路基板４０および放熱板３０を有している。発熱体板２０は、回路基板４０に対し、被印刷体が搬送される方向における搬送方向下流側に隣接して放熱板３０に載置されている。放熱板３０は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された板である。

図１に示すように、発熱体板２０には帯状に延びる発熱領域２４が形成されている。発熱領域２４に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力は、回路基板４０に入力され、さらにボンディングワイヤ４４を介して、回路基板４０と電気的に接続された発熱体板２０に入力される。

図２および図３に示すように、発熱体板２０は、支持基板２２と、発熱抵抗体層２３と、電極２８と、補強金属群７０と、保護層２９とを有している。

支持基板２２は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックの絶縁板２２ａと、この絶縁板２２ａの上面に層状に形成されたグレーズ層と称される保温層２２ｂとを有している。保温層２２ｂは、たとえば酸化珪素（ＳｉＯ_２）で形成される。

発熱抵抗体層２３は、保温層２２ｂの上面の一部に層状に、たとえばＴａＳｉＯ_２などのサーメットで形成される。発熱抵抗体層２３は、発熱抵抗体２３ａが主走査方向ｄｍに間隔をおいて複数配列される。

電極２８は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）で形成された共通電極２８ａ、個別電極２８ｂおよび折返電極２８ｃにより構成される。電極２８と発熱抵抗体層２３とは、たとえば酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）で形成された保護層２９で覆われる。

図１に示すように、共通電極２８ａと個別電極２８ｂとは、発熱抵抗体２３ａの上面に層状に、主走査方向ｄｍに交互に形成される。複数の共通電極２８ａは、発熱体板２０における回路基板４０に近接する端部付近において互いに接続している。図２に示すように、共通電極２８ａと、発熱体板２０における回路基板４０と隣接する端部である回路基板側端部７４との間には、副走査方向ｄｓに所定の幅を有する端部領域７６が設けられている。

図１に示すように、折返電極２８ｃはＵ字型の形状であり、発熱抵抗体層２３の上面に層状に、発熱体板２０における回路基板４０から離隔する端部付近に形成されている。

共通電極２８ａの搬送方向下流側における端部と、折返電極２８ｃの搬送方向上流側における一端とは、所定長さの間隙を副走査方向ｄｓから挟むよう対向して配置される。

折返電極２８ｃの搬送方向上流側における他端と、個別電極２８ｂの搬送方向下流側における端部とは、所定長さの間隙を副走査方向ｄｓから挟むよう対向して配置される。これにより折返電極２８ｃは、主走査方向ｄｍに隣り合う一対の発熱抵抗体２３ａを導通接続している。

共通電極２８ａと折返電極２８ｃとの間隙部分に位置する発熱抵抗体２３ａと、個別電極２８ｂと折返電極２８ｃとの間隙部分に位置する発熱抵抗体２３ａとは、サーマルヘッド１０が被印刷体に印画する際に発熱する発熱部２３ｂとなる。この発熱部２３ｂは、主走査方向ｄｍに間隔をおいて配列されて、副走査方向ｄｓに延びる発熱領域２４を形成する。

図２に示すように、個別電極２８ｂは、主走査方向ｄｍに約１２０μｍのピッチで配列されている。また個別電極２８ｂは、主走査方向ｄｍの幅が２０〜３０μｍでなる電極配線部２５における搬送方向上流側に、主走査方向ｄｍの幅が７０〜８０μｍでなるボンディングパッド２６が設けられている。

個別電極２８ｂのボンディングパッド２６には、直径２０〜２３μｍのボンディングワイヤ４４の一端が接続され、その他端は回路基板４０上の駆動ＩＣ４２と接続される。共通電極２８ａは、所定の位置に設けられたボンディングパッド（図示しない）に接続されたボンディングワイヤ４４を介して回路基板４０から駆動電力が供給される。図１に示すように、駆動ＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、樹脂４８で封止される。

ここで、図２に示すように端部領域７６には、発熱抵抗体層２３の上面に導電層が形成された補強金属群７０が形成されている。補強金属群７０は、副走査方向ｄｓに所定の間隔をおいて配列された略正方形でなる板状の複数の補強金属７２が、主走査方向ｄｍに所定の間隔で分離して配置されることにより構成されている。補強金属群７０は、発熱抵抗体層２３および電極２８と同じ材料で形成されている。

補強金属群７０は共通電極２８ａとは接触していないため、共通電極２８ａに対し電気的に絶縁されている。

また、主走査方向ｄｍに隣り合う補強金属７２は、それぞれ互いに副走査方向ｄｓに位置がずれており、主走査方向ｄｍに千鳥状に配置される。

ここで、補強金属７２の主走査方向ｄｍの幅は、２０〜３０μｍとなっており、主走査方向ｄｍにおける補強金属７２同士の間の距離（以下では補強金属間距離と呼ぶ）は、たとえば３５μｍとなっている。このため、補強金属間距離は、ボンディングワイヤ４４の直径よりも大きくなるよう形成されている。

この補強金属群７０と保温層２２ｂにおける端部領域７６の上面とは、保護層２９で覆われている。

ここで、本実施の形態におけるサーマルヘッド１０の製造方法について説明する。

本実施の形態におけるサーマルヘッド１０の製造方法では、まず、アルミナなどから成る絶縁板２２ａの上面に酸化珪素などから成る保温層２２ｂを固着させる。

次に保温層２２ｂの上面にＴａＳｉＯ_２などのサーメットでなる発熱抵抗体層２３をスパッタリングなどにより固着させる。その後、アルミニウムなどの導電性材料をスパッタリングなどにより全面に固着させる。

次に、発熱抵抗体層２３ａが電極２８の下面に配列し、かつ補強金属群７０が形成されるように、エッチングにより発熱抵抗体層２３および導電性材料をパターニングする。

その後、電極２８、発熱部２３ｂ、補強金属群７０および保温層２２ｂを覆いつつ、共通電極２８ａのボンディングパッド部分と個別電極２８ｂのボンディングパッド２６部分とを除去するように、酸窒化珪素などの保護層２９をスパッタリングなどにより全面に固着させる。

次に、保護層２９までが形成された板を、ダイシングなどによって板厚方向に切断し、複数の発熱体板２０に分割する。

このようにして形成された発熱体板２０を、回路基板４０とともに放熱板３０に載置する。また、発熱体板２０と回路基板４０をボンディングワイヤ４４で結線し、さらにボンディングワイヤ４４による結線部を樹脂４８で封止することなどにより、サーマルヘッド１０が製造される。

このようにサーマルヘッド１０を製造する場合、ダイシングを行う際や、分割された発熱体板２０を搬送する際などにおいて、図４に示すように、保護層２９の端部が保温層２２ｂから剥がれて欠落してしまう可能性がある。

さらにこの状態において、駆動ＩＣ４２と個別電極２８ｂとを接続しているボンディングワイヤ４４が所定の張力により正しく結線されず、下方へ垂れてしまう可能性がある。

特に、回路基板側端部７４における保護層２９において欠落が生じた状態でボンディングワイヤ４４が垂れた場合、ボンディングワイヤ４４は補強金属７２の上面に接触する。

このときボンディングワイヤ４４は、特に最も回路基板側端部７４に近い補強金属７２に当接する。ここで、補強金属７２と共通電極２８ａとは電気的に接続されていないため、ボンディングワイヤ４４は、補強金属７２に接触したとしても共通電極２８ａとは導通しない。

このように本実施の形態の発熱体板２０は、保温層２２ｂにおける端部領域７６において、共通電極２３ａと乖離した複数の補強金属７２により構成された補強金属群７０を設けるようにした。

ここで、保護層２９は酸窒化珪素で形成されており、酸化珪素で形成されている保温層２２ｂとは接着性が低いため、保温層２２ｂから剥がれやすい。これに対し、表面がアルミニウムで形成された補強金属群７０は、酸窒化珪素で形成されている保護層２９とは接着性が高い。このため発熱体板２０は、保護層２９を保温層２２ｂから剥がれにくくすることができる。

また発熱体板２０は、保温層２２ｂにおける端部領域７６に補強金属群７０を設けるために、従来の発熱体板１２０と比較して共通電極２８ａを回路基板側端部７４から搬送方向下流側へ離隔する位置に設けるようにした。

このため、ダイシングの際に通常よりも発熱体板２０の内側に位置がずれて切断されてしまうことがあっても、サーマルヘッド１０は、発熱体板２０における回路基板側端部７４の側面から共通電極２８ａが露出してしまうことを防ぐことができる。これによりサーマルヘッド１０は、回路基板側端部７４の側面に露出した共通電極２８ａにボンディングワイヤ４４が接触してしまうことを防ぐことができる。

また発熱体板２０は、主走査方向ｄｍに千鳥状に複数の補強金属７２を配置するようにした。このため発熱体板２０は、主走査方向ｄｍに直線状に複数の補強金属７２が配置される場合と比較して、補強金属群７０の面方向において保護層２９を保温層２２ｂにバランス良く接着させることができる。

また、仮に回路基板側端部７４における保護層２９が剥がれてボンディングワイヤ４４が補強金属７２に接触することがあっても、この補強金属７２は共通電極２８ａとは絶縁されているため、共通電極２８ａとボンディングワイヤ４４とは電気的に導通しない。

このためサーマルヘッド１０は、個別電極２８ｂと接続されているボンディングワイヤ４４を介して、共通電極２８ａと個別電極２８ｂとが短絡してしまうことを防ぐことができる。

これによりサーマルヘッド１０は、共通電極２８ａからほぼ電気抵抗が無い状態で個別電極２８ｂを介し駆動ＩＣ４２に膨大な電流が流れ込んで駆動ＩＣ４２が破壊されてしまうことを防止することができる。

また発熱体板２０は、補強金属７２を主走査方向ｄｍに間隔をおいて配列し、補強金属間距離を、ボンディングワイヤ４４の直径よりも大きくするようにした。

このため、仮に主走査方向ｄｍに隣り合うボンディングワイヤ４４が２本垂れることがあっても、それらのボンディングワイヤ４４両方が１つの補強金属７２の上面に接触する可能性は低くなる。

これにより、サーマルヘッド１０は、それらのボンディングワイヤ４４が１つの補強金属７２を介して互いに導通してしまうことを防ぐことができる。

また、補強金属７２自体の主走査方向ｄｍの幅を狭く、たとえば１０μｍ程度にすることにより、１つの補強金属７２の上面に複数本のボンディングワイヤ４４が接触する可能性を低くしても良い。

しかしながら、補強金属７２自体の面積が小さくなると、保護層２９は保温層２２ｂに接着しにくくなる。このため、保温層２２ｂに対する保護層２９の接着性を保ちつつ、複数本のボンディングワイヤ４４が垂れた際に１つの補強金属７２を介して互いに導通してしまわない程度に、補強金属間距離と、補強金属７２自体の主走査方向ｄｍの幅とを設計することが望ましい。

また、保温層２２ｂの端部領域７６に補強金属群７０を設けるためには、共通電極２８ａと保温層２２ｂにおける回路基板側端部７４との間に、ある程度の面積が必要となる。このとき、補強金属群７０の副走査方向ｄｓの幅を広げると、発熱体板２０の副走査方向ｄｓの幅も広がり、発熱体板２０が面方向に大型化してしまう。

しかしながら、補強金属群７０の副走査方向ｄｓの幅を狭めると、保護層２９は保温層２２ｂに接着しにくくなる。このため、発熱体板２０の副走査方向ｄｓのサイズと、保温層２２ｂに対する保護層２９の接着性とのバランスを保ちつつ、補強金属群７０の副走査方向ｄｓの幅を設計することが望ましい。

１０……サーマルヘッド、２０，１２０……発熱体板、２２……支持基板、２２ａ……絶縁板、２２ｂ……保温層、２３……発熱抵抗体層、２３ａ……発熱抵抗体、２３ｂ……発熱部、２４……発熱領域、２５……電極配線部、２６……ボンディングパッド、２８ａ，１２８ａ……共通電極、２８ｂ，１２８ｂ……個別電極、２８ｃ……折返電極、２９，１２９……保護層、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…駆動ＩＣ、４４…ボンディングワイヤ、４８…樹脂、７０……補強金属群、７２……補強金属、７４……回路基板側端部、７６……端部領域、ｄｍ……主走査方向、ｄｓ……副走査方向

Claims

放熱板と、
前記放熱板の上面に載置された回路基板と、
前記回路基板に対し、被印刷体が搬送される方向である副走査方向に隣接して前記放熱板の上面に載置され上面に保温層が形成された支持基板と、
前記支持基板の上面に形成され、前記副走査方向と直交する主走査方向に間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体と、
前記支持基板の上面に形成され隣り合う一対の前記発熱抵抗体の前記回路基板から遠い方の端部を接続する折返電極と、
前記折返電極の一端と間隙を設け、前記支持基板の上面に形成された個別電極と、
前記折返電極の他端と間隙を設け、前記支持基板の上面の前記個別電極よりも前記回路基板に近接する位置に形成された共通電極と、
前記共通電極と、前記回路基板に近接する端辺との間の前記支持基板の上面に前記共通電極から絶縁され離れて設けられた補強金属群と、
前記補強金属群および前記保温層の上面に形成される保護層と、
前記回路基板に搭載され前記発熱抵抗体を駆動する駆動ＩＣと、
前記個別電極と前記駆動ＩＣとを接続するボンディングワイヤと、
を具備することを特徴とするサーマルヘッド。
前記補強金属群は、前記主走査方向に千鳥状に配置される複数の補強金属により構成さ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。
前記補強金属同士の間の前記主走査方向における距離は、前記ボンディングワイヤの直径以上であることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。