JP6277038B2

JP6277038B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP6277038B2
Application number: JP2014068495A
Authority: JP
Inventors: 智法鈴木
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015189121A

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、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駆動ＩＣ（Integrated Circuit）は、たとえば回路基板に搭載されている（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、発熱領域の主走査方向の一端から他端までに亘って印画濃度を均一化させ、印画品質を向上することが望まれている。

そこで、本発明は、サーマルヘッドの印画品質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であって、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、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、隣り合う一対の前記発熱抵抗体の第１端を接続する折返電極と、前記一対の発熱抵抗体の第２端の一方に形成された個別電極と、前記発熱抵抗体の第２端の他方に形成された共通電極子線と接続し前記個別電極よりも前記回路基板に近接する位置に主走査方向に沿って形成された共通電極母線とを有する絶縁基板と、前記共通電極母線の上面に主走査方向に沿って形成され、電流路の抵抗値を下げる補強ボンディングワイヤ群と、前記回路基板に形成され前記共通電極母線における主走査方向の端部に電源を供給する電源供給部と、前記保温層の上方に形成された保護層と、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、サーマルヘッドの印画品質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、図１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部分上面図である。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、（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５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し発熱抵抗体２３ａが間隔をおいて複数配列され発熱領域２４が延びる方向（主走査方向）を表している。

図１、図２、図３および図４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。

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。

発熱体板２０は、支持基板２２と、発熱抵抗体層２３と、電極２８と、補強ボンディングワイヤ群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。

共通電極２８ａの共通電極子線３４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。共通電極２８ａの複数の共通電極子線３４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、発熱体板２０の主走査方向ｄｍの一端側から他端側に亘って延びる共通電極母線３２と互いに接続している。この共通電極母線３２は、副走査方向ｄｓ方向の幅である共通部幅Ｗ１が約３００μｍに形成されている。

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の共通電極子線３４の搬送方向下流側における端部（発熱抵抗体２３ａの第２端の他方）と、折返電極２８ｃの搬送方向上流側における一端（発熱抵抗体２３ａの第１端の他方）とは、発熱抵抗体長となる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。

同様に折返電極２８ｃの搬送方向上流側における他端（発熱抵抗体２３ａの第１端の一方）と、個別電極２８ｂの搬送方向下流側における端部（発熱抵抗体２３ａの第２端の一方）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を流れてきた電流は、共通電極２８ａの共通電極子線３４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とを通ることになるため、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、主走査方向ｄｍに延びる発熱領域２４を形成する。

個別電極２８ｂのボンディングパッドである個別電極ボンディングパッド２６には、たとえば金（Ａｕ）で形成された直径２０〜３０μｍ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、共通電極母線３２の主走査方向ｄｍの一端および他端に設けられた共通電極ボンディングパッド２７に接続されたボンディングワイヤを介して、回路基板４０に設けられた図示しない電源供給部から駆動電力が供給される。共通電極ボンディングパッド２７に接続されたボンディングワイヤは、個別電極２８ｂの個別電極ボンディングパッド２６に接続されたボンディングワイヤ４４と接触しないように電源供給部と接続される。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。

共通電極２８ａの共通電極母線３２には、補強ボンディングワイヤ群７０が形成されている。補強ボンディングワイヤ群７０は、主走査方向ｄｍに沿って所定の間隔を空けて鎖線状に配列された複数の補強ボンディングワイヤ７２が、副走査方向ｄｓに所定の間隔を空けて２列配列されることにより構成されている。この補強ボンディングワイヤ群７０の上面は、樹脂４８で覆われるものの、保護層２９では覆われていない。

また、副走査方向ｄｓに隣り合う補強ボンディングワイヤ７２は、それぞれ互いに主走査方向ｄｍに一部が重なりつつ位置がずれて配置される。

この補強ボンディングワイヤ７２は、ボンディングワイヤ４４と同様に金で形成された直径（ワイヤ径Ａ１）が２０〜３０μｍのワイヤであり、一端が共通電極２８ａの共通電極母線３２と接続され、主走査方向ｄｍに沿って共通電極母線３２から上方へ浮いて延び、その他端は共通電極２８ａの共通電極母線３２と再び接続されている。補強ボンディングワイヤ７２の上端部の高さであるワイヤ高さＨ１は、５０μｍ以下となっている。

ここで、補強ボンディングワイヤ７２の主走査方向ｄｍの長さであるワイヤ長さＬ１は、約５００μｍとなっており、主走査方向ｄｍにおける補強ボンディングワイヤ７２同士の間の距離である主走査方向ワイヤ間隔Ｄ１は、たとえば２００〜３００μｍとなっている。また副走査方向ｄｓに隣り合う補強ボンディングワイヤ７２同士の間の距離である副走査方向ワイヤ間隔Ｄ２は、約１００μｍとなっている。

共通電極ボンディングパッド２７から共通電極母線３２の主走査方向ｄｍの中央に向かって電流が流れると、電流は共通電極母線３２と補強ボンディングワイヤ７２とに一旦分流し、その後合流する。このように補強ボンディングワイヤ群７０は、共通電極ボンディングパッド２７から主走査方向ｄｍの中央に向かって流れる電流をジャンピングさせる。このためサーマルヘッド１０は、共通電極ボンディングパッド２７から主走査方向ｄｍの中央に向かって電流が流れる際の電流路の抵抗値を下げることができ、電流の減衰を抑止できる。また補強ボンディングワイヤ７２は、主走査方向ｄｍに沿って規則的にボンディングして鎖線状に延在されているため、サーマルヘッド１０は、主走査方向ｄｍに沿って共通電極母線３２における電圧をほぼ均等にすることができる。

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２３ａが電極２８の下面に配列されるように、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および保温層２２ｂを覆いつつ、共通電極２８ａの共通電極ボンディングパッド２７部分と、補強ボンディングワイヤ群７０と、個別電極２８ｂの個別電極ボンディングパッド２６部分とを除くように、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、共通電極２８ａの共通電極母線３２の上面に複数の補強ボンディングワイヤ７２を超音波ボンディングで接着することにより、補強ボンディングワイヤ群７０を形成する。

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と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。

ところで、サーマルヘッド１０のように、発熱体板２０ではなく回路基板４０上に駆動ＩＣ４２が載置され、発熱体板２０において主走査方向ｄｍに延びるよう形成された共通電極２８ａを用いる場合、駆動ＩＣ４２が発熱体板２０に載置されていないため、発熱体板２０に駆動ＩＣ４２が載置されている場合と比較して当該発熱体板２０の副走査方向ｄｓの幅を短縮できるものの、図５に示す発熱体板１２０のように、ボンディングワイヤ４４が存在するために共通電極２８ａの主走査方向ｄｍの両端部における共通電極ボンディングパッド（図示せず）にしかボンディングワイヤを介して駆動電力を供給できなかった。

このため従来のサーマルヘッドにおいては、共通電極ボンディングパッドに印加された電圧が、共通電極２８ａの共通電極母線３２の主走査方向ｄｍの中央部に向かうに連れて共通電極母線３２の抵抗により降下してしまい、発熱抵抗体に流れる電流が少なくなってしまう。よって従来のサーマルヘッドにおいては、主走査方向ｄｍの中央部の方が両端部よりも印画濃度が薄くなってしまい、印画濃度が均一にならない可能性があった。

このように従来のサーマルヘッドにおいては、主走査方向ｄｍに沿って電圧降下が生じ、印画濃度が均一にならないため、発熱領域２４の主走査方向ｄｍの一端から他端までに亘って印画濃度を均一化させることが困難であった。

これに対しサーマルヘッド１０は、共通電極２８ａにおける共通電極母線３２において、主走査方向ｄｍに延設するワイヤでなる複数の補強ボンディングワイヤ７２が主走査方向ｄｍに沿って所定の間隔を空けて配列された補強ボンディングワイヤ群７０を設けるようにした。

このためサーマルヘッド１０は、共通電極ボンディングパッド２７から主走査方向ｄｍの中央に向かって流れる電流を補強ボンディングワイヤ群７０でジャンピングさせて並列に分流させ、電源を補強して主走査方向ｄｍに沿った電圧降下を防ぐことにより、共通電極２８ａの共通電極母線３２の主走査方向ｄｍに亘って一端から他端まで電位を安定化でき、全ての発熱抵抗体２３ａに流れる電流をほぼ均一にすることができる。

これによりサーマルヘッド１０は、発熱領域２４の主走査方向ｄｍの一端から他端までに亘って印画濃度を均一化させ、印画品質を向上できる。

またサーマルヘッド１０は、アルミニウムよりも導電率が高い材質である金で形成された補強ボンディングワイヤ７２を共通電極母線３２に接続するようにしたため、共通電極母線３２と同じアルミニウムで補強ボンディングワイヤ７２を形成する場合と比べて、共通電極ボンディングパッド２７から主走査方向ｄｍの中央部に向かってより電流を流し易くすることができる。

さらにサーマルヘッド１０は、主走査方向ｄｍに沿って主走査方向ワイヤ間隔Ｄ１を空けて配列された複数の補強ボンディングワイヤ７２を、副走査方向ｄｓに副走査方向ワイヤ間隔Ｄ２を空けて２列配列するようにしたため、１列だけ複数の補強ボンディングワイヤ７２を形成する場合と比べて、より電流を流し易くすることができる。

さらにサーマルヘッド１０は、副走査方向ｄｓに隣り合う補強ボンディングワイヤ７２同士における共通電極母線３２への接続箇所の位置を、主走査方向ｄｍにずらすようにしたため、副走査方向ｄｓに隣り合う補強ボンディングワイヤ７２同士の接続箇所を互いに干渉させることなく、主走査方向ｄｍに沿う複数の補強ボンディングワイヤ７２を２列配列させることができる。

また共通電極母線３２は、共通部幅Ｗ１が約３００μｍに形成されているため、非常に幅が狭いが、補強ボンディングワイヤ７２は、ワイヤ径Ａ１が２０〜２３μｍのワイヤであるため、そのように幅が狭い共通電極母線３２であっても上面に２列配列させることができる。

このように本実施の形態のサーマルヘッド１０においては、放熱板３０の上面に載置された回路基板４０と、回路基板４０に対し、副走査方向ｄｓに隣接して放熱板３０の上面に載置された絶縁板２２ａと、絶縁板２２ａの上面に形成された保温層２２ｂと、保温層２２ｂの上面に形成され、主走査方向ｄｍに間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体２３ａと、隣り合う一対の発熱抵抗体２３ａの第１端を接続する折返電極２８ｃと、折返電極２８ｃの一端と間隙を設け、一対の発熱抵抗体２３ａの第２端の一方に形成された個別電極２８ｂと、折返電極２８ｃ他端と間隙を設け、発熱抵抗体２３ａの第２端の他方に形成された共通電極子線３４と接続し個別電極２８ｂよりも回路基板４０に近接する位置に主走査方向ｄｍに沿って形成され主走査方向の端部に電源が供給される共通電極２８ａの共通電極母線３２と、共通電極２８ａの共通電極母線３２の上面に主走査方向ｄｍに沿って形成され、電流路の抵抗値を下げる補強ボンディングワイヤ群７０と、回路基板４０に形成され共通電極２８ａの共通電極母線３２における主走査方向ｄｍの端部に電源を供給する電源供給部と、保温層２２ｂの上面に形成された保護層２９と、回路基板４０に搭載され発熱抵抗体２３ａを駆動する駆動ＩＣ４２と、個別電極２８ｂと駆動ＩＣ４２とを接続するボンディングワイヤ４４とを設けるようにした。

なお、上述したサーマルヘッド１０においては、補強ボンディングワイヤ７２は、金により形成されたが、これに限らず、たとえば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウムなど、たとえばアルミニウムで形成された共通電極２８ａの共通電極母線３２にボンディングで接続可能であり導電性を有する種々の材質で構成しても良い。ただし、サーマルヘッド１０においては、既にボンディングワイヤ４４を使用しているため、当該ボンディングワイヤ４４と同様のワイヤを補強ボンディングワイヤ７２として流用した場合、新たなワイヤを用意する必要がない。

また、上述したサーマルヘッド１０においては、補強ボンディングワイヤ群７０は、主走査方向ｄｍに沿って配列された複数の補強ボンディングワイヤ７２が、副走査方向ｄｓに間隔を空けて２列配列されたが、これに限らず、主走査方向ｄｍに沿って配列された複数の補強ボンディングワイヤ７２が、副走査方向ｄｓに間隔を空けて３列以上列数配列されても良く、又は１列のみ配列されていても良い。

このように、補強ボンディングワイヤ群７０における補強ボンディングワイヤ７２の太さ、長さ、列数、主走査方向ｄｍに沿った本数、配置などは、種々であって良いが、主走査方向ｄｍに沿って印画濃度を均一にするため、規則的に並んで配置されていることが望ましい。

さらに、補強ボンディングワイヤ７２の材質に応じて、補強ボンディングワイヤ群７０における補強ボンディングワイヤ７２の太さ、長さ、列数、主走査方向ｄｍに沿った本数、配置などを設定することが望ましい。

要は補強ボンディングワイヤ群７０は、共通電極ボンディングパッド２７から主走査方向ｄｍの中央に向かって流れる電流を共通電極母線３２中において分流することができれば良い。

さらに、共通電極２８ａの共通電極母線３２において主走査方向ｄｍに沿って予め測定した抵抗値に応じて、想定される電圧効果を相殺するよう、共通電極母線３２内での位置によって補強ボンディングワイヤ７２それぞれの太さや長さや材質を変化させたり、補強ボンディングワイヤ７２の列数や、主走査方向ｄｍに沿った本数や、配置を変化させたりしても良い。

さらに、上述したサーマルヘッド１０においては、補強ボンディングワイヤ７２において共通電極母線３２から上方へ浮く部分を設けたが、これに限らず、補強ボンディングワイヤ７２の主走査方向ｄｍに沿う全ての部分が共通電極母線３２に接触するようにしても良い。

さらに、上述したサーマルヘッド１０においては、主走査方向ｄｍに一列に個別電極ボンディングパッド２６が並ぶ構成に本発明を適用したが、これに限らず、規則的に副走査方向ｄｓに位置が変わりながら主走査方向ｄｍに個別電極ボンディングパッドが並ぶ構成に本発明を適用しても良い。

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、２６……個別電極ボンディングパッド、２７……共通電極ボンディングパッド、２８……電極、２８ａ……共通電極、２８ｂ……個別電極、２８ｃ……折返電極、２９……保護層、３０…放熱板、３２……共通電極母線、３４……共通電極子線、４０…回路基板、４２…駆動ＩＣ、４４…ボンディングワイヤ、４８…樹脂、７０……補強ボンディングワイヤ群、７２……補強ボンディングワイヤ、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であって、
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、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、
隣り合う一対の前記発熱抵抗体の第１端を接続する折返電極と、
前記一対の発熱抵抗体の第２端の一方に形成された個別電極と、
前記発熱抵抗体の第２端の他方に形成された共通電極子線と接続し前記個別電極よりも前記回路基板に近接する位置に主走査方向に沿って形成された共通電極母線と
を有する絶縁基板と、
前記共通電極母線の上面に主走査方向に沿って形成され、電流路の抵抗値を下げる補強ボンディングワイヤ群と、
前記回路基板に形成され前記共通電極母線における主走査方向の端部に電源を供給する電源供給部と、
前記保温層の上方に形成された保護層と、
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。
前記補強ボンディングワイヤ群は、主走査方向に沿って所定の長さを有し主走査方向の一端および他端が前記共通電極母線に接続されたワイヤである複数の補強ボンディングワイヤにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記補強ボンディングワイヤ群は、複数の補強ボンディングワイヤが主走査方向に沿って鎖線状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のサーマルヘッド。
前記補強ボンディングワイヤ群は、主走査方向に沿って所定の間隔を空けて配列された複数の補強ボンディングワイヤが、副走査方向に所定の間隔を空けて複数配列されていることを特徴とする請求項２に記載のサーマルヘッド。
前記補強ボンディングワイヤは、前記ボンディングワイヤと同一のものが用いられることを特徴とする請求項２に記載のサーマルヘッド。
前記共通電極母線はアルミニウムにより構成され、前記補強ボンディングワイヤは、金により構成されることを特徴とする請求項２に記載のサーマルヘッド。