JP6209040B2

JP6209040B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP6209040B2
Application number: JP2013203257A
Authority: JP
Inventors: 隆司古川
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015066809A

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。

一般的なサーマルヘッドは、放熱板と、放熱板に取り付けられた発熱体板と、発熱体板と同じ側で放熱板に取り付けられた回路基板とを備えている。この発熱体板の放熱板と相対する表面の反対側の表面の帯状に延びる発熱領域には、電極を介し電流を流される発熱抵抗体が所定の間隔で直線状に配列されている。また、発熱抵抗体を駆動する駆動回路の一部となるドライバＩＣ（Integrated Circuit）は、たとえば回路基板に搭載されており、ボンディングワイヤを介して電極に駆動電力を供給する（たとえば特許文献１参照）。

特開２０１２−６６４７６号公報

このようなサーマルヘッドにおいては、精細度が高くなるに連れ電極幅が狭くなっていくため、電極において印画時に電流が流れても形状や抵抗値などが変化しない耐電流性が低下していく。

そこで電極の厚さを厚くすることにより耐電流性を保持しようとすると、電極の凹凸が大きくなってしまい、保護層により電極を被覆する段差被覆性が低下してしまう。このため、段差被覆性を保つためには電極の厚さを厚くしないことが望ましい。

これに対し、耐電流性が高い材料により電極を形成すると、製造時において電極にボンディングを接着する接着性が損なわれてしまう傾向にある。

このためサーマルヘッドの電極は、印画時における耐電流性と、製造時におけるボンディングワイヤとの接着性という機能が求められている。

そこで、本発明は、サーマルヘッドにおける電極層の耐電流性を向上させつつ、ボンディングワイヤとの接着性を向上させることを目的とする。

上述の課題を解決するため、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れた絶縁基板と、前記絶縁基板の上面に形成された保温層と、前記保温層の上面に形成され、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、銅の含有量が０．５％以下であるアルミニウム−銅合金により構成され、前記発熱抵抗体の上面に形成され電流が流れることにより前記発熱抵抗体を発熱させる第１電極層と、前記発熱抵抗体および前記第１電極層の上面に形成され、前記回路基板に隣接する箇所に開口が形成された保護層と、銅の含有量が前記第１電極層よりも少ないまたは含有しないアルミニウムにより構成され、前記第１電極層の上面において外部に露出するよう形成された第２電極層と、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、前記第２電極層と前記駆動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、サーマルヘッドにおける電極層の耐電流性を向上させつつ、ボンディングワイヤとの接着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を用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。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における発熱体板の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、図３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を説明するための図であって、図３のＸ１−Ｘ１'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３のＸ２−Ｘ２'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における製造方法のフローチャートである。

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。

なお、図１乃至図６では、矢印ｄｓの方向が、被印刷体を搬送する方向（副走査方向）を表し、矢印ｄｍの方向が、被印刷体を搬送する方向に直交する方向（主走査方向）を表している。

図１乃至図６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における感熱記録媒体６０が搬送される主走査方向ｄｍに直交する副走査方向ｄｓの一端側に沿ってたとえば両面テープなどの接着剤により放熱板３０に固着されている。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。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。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。

このサーマルヘッド１０を用いたサーマルプリンタは、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラ５０を有している。このプラテンローラ５０は、主走査方向ｄｍに平行な直線上に軸５２を持つ。また、プラテンローラ５０の周側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸５２を中心に回転可能に設けられる。

プラテンローラ５０の回転によって、プラテンローラ５０と発熱領域２４との間に挿入された感熱記録媒体６０は副走査方向ｄｓに移動する。感熱記録媒体６０は、発色温度以上に加熱されると発色する、たとえば感熱記録紙である。

サーマルプリンタは、駆動モータにより構成された図示しないヘッド押圧部によりサーマルヘッド１０をプラテンローラ５０に押し付ける方向へ押圧することにより、発熱領域２４を感熱記録媒体６０に押し付けてニップ圧を加える。

それとともにサーマルプリンタは、その感熱記録媒体６０を副走査方向ｄｓに移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを感熱記録媒体６０の移動とともに変化させることにより、所望の画像を感熱記録媒体６０上に形成する。

発熱体板２０は、支持基板２２と、発熱抵抗体層２３と、第１電極層２８と、第２電極層２５と、保護層２９とを有している。

支持基板２２は、長方形の板状に形成され、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）などのセラミックでなる厚さ約１ｍｍの絶縁板２２ａと、この絶縁板２２ａの上面に酸化珪素（ＳｉＯ_２）でなり約４０μｍの厚みで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。

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、それぞれ副走査方向ｄｓに延設している。

第１電極層２８は、発熱抵抗体層２３の上面の一部に層状に形成される。第１電極層２８には、電極２８ａおよび電極２８ｂが形成され、当該電極２８ａと電極２８ｂ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。この第１電極層２８の厚さは１μｍ以下となっている。

第１電極層２８は、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金で形成される。このＡｌ−Ｃｕ合金は、アルミニウム（Ａｌ）の化学成分が９９．５％〜９９．９％であり、銅（Ｃｕ）の化学成分が０．５％〜０．１％となっている。

電極２８ｂを流れてきた電流は、電極２８ａと電極２８ｂとの間に位置する間隙部分では発熱抵抗体２３ａを通ることとなるため、間隙部分の発熱抵抗体２３ａが発熱部２３ｂとして機能する。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。

第２電極層２５は、第１電極層２８の上面の一部における回路基板４０と接する端部の近傍において層状に、たとえばアルミニウムで形成される。この第２電極層２５の厚さは、第１電極層２８と第２電極層２５との厚さを含めて０．７μｍ以上となるようにする。

保温層２２ｂの一部と、発熱抵抗体層２３の一部と、第１電極層２８とは、保護層２９で覆われている。保護層２９は、たとえば厚さが約４μｍでなり、酸化珪素（ＳｉＯ_２）や酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）で形成される。この保護層２９には、第２電極層２５を除く開口が形成されているため、保護層２９は第２電極層２５を外部に露出させる。

第２電極層２５は、保護層２９の開口部分がボンディングパッド２６となり回路基板４０上のドライバＩＣ４２とボンディングワイヤ４４を介して接続される。第２電極層２５は、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。ドライバＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、樹脂４８で封止されている。

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図７を参照して説明する。

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（Ａｌ_２Ｏ_３）などの絶縁板２２ａを形成する（Ｓ１）。

次に、Ｓ１で形成された絶縁板２２ａの上面に、酸化珪素（ＳｉＯ_２）から成るガラスペーストをスクリーン印刷などにより塗布する（Ｓ２）。

次に、ガラスペーストが印刷された絶縁板２２ａを焼成する。（Ｓ３）。これにより、ガラスペーストが溶解して絶縁板２２ａに固着し、保温層２２ｂが形成される。

次に、保温層２２ｂの表面にサーメットなどの抵抗材料をスパッタリングなどで固着させことにより、保温層２２ｂの表面に発熱抵抗体層２３を成膜する（Ｓ４）。

次に、発熱抵抗体層２３が成膜された板に、Ａｌ−Ｃｕ合金の導電性材料をスパッタリングなどで固着させることにより、発熱抵抗体層２３の表面に第１電極層２８を成膜する（Ｓ５）。

その後、主走査方向ｄｍに間隔を置いて配列した発熱抵抗体２３ａおよび第１電極層２８を形成するように、第１電極層２８および発熱抵抗体層２３をパターニングする。（Ｓ６）。より具体的には、第１電極層２８の全面にフォトレジスト膜を塗布またはコーティングした後、当該フォトレジスト膜上にマスクパターンを配置する。その状態でフォトレジスト膜を露光し現像することにより、マスクパターンをフォトレジスト膜に転写する。マスクパターンが転写されたフォトレジスト膜をエッチングマスクとして第１電極層２８をリン酸等によりウェットエッチングしてパターニングする。

次に、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ことにより、保温層２２ｂと発熱抵抗体層２３と第１電極層２８とを覆う保護層２９を成膜する（Ｓ７）。

次に、第２電極層２５におけるボンディングパッド２６になる部分を除去するように、エッチングにより保護層２９をパターニングする（Ｓ８）。より具体的には、保護層２９の全面にフォトレジスト膜を塗布またはコーティングした後、当該フォトレジスト膜上にマスクパターンを配置する。その状態でフォトレジスト膜を露光し現像することにより、マスクパターンをフォトレジスト膜に転写する。マスクパターンが転写されたフォトレジスト膜をエッチングマスクとしてボンディングパッド２６となる領域をリアクティブイオンエッチングなどのドライエッチング装置によりドライエッチングしてパターニングする。

次に、保護層２９における開口に、アルミニウムでなる導電性材料をスパッタリングなどで固着させることにより、第２電極層２５を形成する（Ｓ９）。

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（Ｓ１０）。また、発熱体板２０と回路基板４０とをボンディングワイヤ４４で結線し（Ｓ１１）、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（Ｓ１２）ことなどにより、サーマルヘッド１０が製造される。

このように本実施の形態におけるサーマルヘッド１０の製造方法においては、保護層２９を形成した後に第２電極層２５を形成するようにしたため、保護層２９が第１電極層２８を保護した状態で、第１電極層２８のパターニングに影響することなく第２電極層２５のパターニングを行うことができる。

発熱体板２０は、第１電極層２８の厚さを従来よりも薄くするようにした。このため発熱体板２０は、第１電極層２８および発熱抵抗体層２３を被覆している保護層２９を平坦にして表面性を向上させ、保護層２９の剥離を防止できるとともに、保護層２９の段差被覆性を向上させ、段差の影響から発生する印字カスによる印字不良を軽減できる。

しかしながら第１電極層２８を薄く形成すると、高精細化に伴い電極幅が狭いため、仮に第１電極層２８をアルミニウムにより形成した場合、電流が流れるとマイグレーションが発生するなどして第１電極層２８が劣化してしまい、耐電流性が保てない可能性があった。

これに対し発熱体板２０は、第１電極層２８をＡｌ−Ｃｕ合金により形成するようにした。これにより発熱体板２０は、アルミニウムで形成した場合と比べて、高精細化に伴い電極幅が狭くなっても第１電極層２８の耐電流性を向上させることができる。

しかしながら第１電極層２８をＡｌ−Ｃｕ合金により形成する場合、アルミニウムにより形成する場合と比べて、エッチングがしにくくなるため製造難易度が上がってしまう。

このため第１電極層２８は、必要な耐電流性を保ちつつ、許容できる製造難易度となるように、Ａｌ−Ｃｕ合金の銅の含有量が設定されている。

ところで、第２電極層２５を第１電極層２８と同様にＡｌ−Ｃｕ合金により形成した場合、銅の含有量が多いと、ワイヤボンディングにおいて接触不良が発生し易い。

これに対し発熱体板２０は、第２電極層２５をアルミニウムにより形成するようにした。これにより発熱体板２０は、第２電極層２５とボンディングワイヤ４４との接着性を向上させることができる。

また発熱体板２０は、第１電極層２８をＡｌ−Ｃｕ合金により形成し、第２電極層２５をアルミニウムにより形成するようにした。

このように第１電極層２８と第２電極層２５とには、どちらもアルミニウムが含有されているため、発熱体板２０は、第１電極層２８と第２電極層２５との接着性を保つことができる。

このように発熱体板２０は、第１電極層２８の耐電流性を向上させつつ第２電極層２５とボンディングワイヤ４４との接着性を向上させることができる。

また、上述した発熱体板２０においては、第２電極層２５としてアルミニウムを用いたが、これに限らず、Ａｌ−Ｃｕ合金を用いても良い。その場合、銅の含有量が第１電極層２８よりも少なく、０．１％以下とし、ボンディングワイヤ４４との接着性を保つことができれば良い。

要は、第２電極層２５は、ボンディングワイヤ４４との接着性および第１電極層２８との接着性を保つことができれば良い。

１０……サーマルヘッド、２０……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……第２電極層、２６……ボンディングパッド、２８……第１電極層、２８ａ……電極、２８ｂ……電極、２９……保護層、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…ドライバＩＣ、４４…ボンディングワイヤ、４８…樹脂、５０…プラテンローラ、５２…軸、６０……感熱記録媒体、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た絶縁基板と、
前記絶縁基板の上面に形成された保温層と、
前記保温層の上面に形成され、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、
銅の含有量が０．５％以下であるアルミニウム−銅合金により構成され、前記発熱抵抗体の上面に形成され電流が流れることにより前記発熱抵抗体を発熱させる第１電極層と、
前記発熱抵抗体および前記第１電極層の上面に形成され、前記回路基板に隣接する箇所に開口が形成された保護層と、
銅の含有量が前記第１電極層よりも少ないまたは含有しないアルミニウムにより構成され、前記第１電極層の上面において外部に露出するよう形成された第２電極層と、
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、
前記第２電極層と前記駆動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。
前記第１電極層は、銅の含有量が０．１〜０．５％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。
前記第２電極層は、銅の含有量が０．１％以下であることを特徴とする請求項２に記載のサーマルヘッド。