JP6328295B1 - サーマルプリントヘッドモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、サーマルプリントヘッドモジュールの製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板を取得するようにシリコンピラーの二つの対向側を縦断する工程と、シリコン基板に施釉層、発熱抵抗層、電極パターン層、絶縁保護層を順に形成する工程と、制御回路モジュールを電極パターン層に電気的に接続する工程と、を含むサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドモジュール及びその製造方法に関し、特に、プリンターのサーマルプリントヘッドモジュール及びその製造方法に関する。

熱エネルギー転写原理が採用されたプリンターは、主にサーマルプリントヘッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｉｎｔ ｈｅａｄ；ＴＰＨ）モジュールによりリボンを加熱し、リボンにおける染料を気化させ、キャリア（例えば、紙又はプラスチック）に転写し、加熱時間又は加熱温度により連続的な階調を形成する。一般的には、サーマルプリントヘッドモジュールは、セラミック基板、プリント回路基板、シールゴム層、集積回路、ワイヤ等で構成される。

しかしながら、現在、市販品のサーマルプリントヘッドモジュールは、寸法が大きくとも２−８インチ（５０−２００ｍｍ）（後には小寸法と称される）程度だけにあるに過ぎず、更なる大きな寸法のサーマルプリントヘッドモジュールを持続的に提供できなかったり、大型寸法のプリント製品を一次的に産出できなかったりする。

本発明の一目的は、以上の背景技術に言及される困難を解決するために、サーマルプリントヘッドモジュール及びその製造方法を提供することにあり、即ち、上記熱エネルギー転写原理によるプリンターが大型化できないという欠点を解決するために、高くて大きい寸法と高度平坦化基板を有するサーマルプリントヘッドモジュールを提供することにある。

本発明の一実施形態によって、このようなサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法は、シリコン基板を取得するようにシリコンピラーの二つの対向側を縦断する工程と、シリコン基板に施釉層、発熱抵抗層、電極パターン層、絶縁保護層を順に形成する工程と、制御回路モジュールを電極パターン層に電気的に接続する工程と、を含む。

本発明の一つ又は複数の実施形態においては、シリコンピラーは、単結晶シリコンピラー又は多結晶シリコンピラーである。

本発明の一つ又は複数の実施形態においては、シリコン基板の長さは、１２〜６４インチ（３００〜１６００ｍｍ）又は６４インチ（１６００ｍｍ）以上である。

本発明の一つ又は複数の実施形態においては、シリコン基板を取得するようにシリコンピラーの二つの対向側を縦断する工程は、シリコンピラーの二つの対向側の間にある中間層板を取得するように、シリコンピラーの軸心方向に沿って、シリコンピラーの一端面から別の端面まで、シリコンピラーの二つの対向側をまっすぐに切断する細部工程と、二つの対向平坦面を含むシリコン基板を形成するように中間層板を研磨する細部工程と、を更に含む。

本発明の一つ又は複数の実施形態においては、シリコン基板に施釉層、発熱抵抗層、電極パターン層、絶縁保護層を順に形成する工程は、シリコン基板の一方の面にあるように主釉層を全面的に形成する細部工程と、間隔を隔てて並列される連続する複数の釉薬リブを主釉層のシリコン基板とは反対側の一方の面に形成する細部工程と、を更に含む。

本発明の一つ又は複数の実施形態においては、シリコン基板に施釉層、発熱抵抗層、電極パターン層、絶縁保護層を順に形成する工程は、導電金属層を発熱抵抗層の施釉層に対向する一方の面に形成する細部工程と、釉薬リブに合わせて覆う発熱抵抗層の隆起形状をそれぞれ露出させるように、導電金属層のそれぞれ釉薬リブと重なる局所的な箇所をエッチングする細部工程と、を更に含む。

本発明の一つ又は複数の実施形態においては、制御回路モジュールを電極パターン層に電気的に接続する工程は、電極パターン層の一部を露出させる切欠部を形成するように絶縁保護層をエッチングする細部工程と、制御回路モジュールを切欠部を介して電極パターン層に電気的に接続する細部工程と、を更に含む。

本発明の別の実施形態によって、このようなサーマルプリントヘッドモジュールは、二つの対向する平坦面を有するシリコン基板と、シリコン基板の一方の平坦面に覆われる主釉層と主釉層のシリコン基板に対向する一方の面に間隔を隔てて並列される複数の釉薬リブを有する施釉層と、主釉層とこれらの釉薬リブを覆う発熱抵抗層と、発熱抵抗層の施釉層に対向する一方の面にある電極パターン層と、電極パターン層にある絶縁保護層と、電極パターン層に電気的に接続する制御回路モジュールと、を含有する。

発明の一つ又は複数の実施形態においては、シリコン基板は、一体化成形され、最大長さが１２インチ〜６４インチ（３００ｍｍ〜１６００ｍｍ）である。

本発明の一つ又は複数の実施形態においては、シリコン基板は、シリコン単結晶又はシリコン多結晶からなる。

以上のように、本発明によれば、高くて大きい寸法と高度平坦化基板を有するサーマルプリントヘッドモジュールを提供でき、熱エネルギー転写原理によるプリンターを大型化することができる。

以上述べたのは、本発明が解决しようとする課題、課題を解决するための技術手段、及びその効果等を記述するためのものであり、本発明の具体的な細部を、下記の実施形態及び関連する図面において詳しく説明する。

下記図面の説明は、本発明の前記または他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。
本発明の一実施形態に基づくサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法を示すフローチャートである。 図１の工程１０１の細部を示すフローチャートである。 図２Ａの操作を示す模式図である。 図２Ａの操作を示す模式図である 図１の操作を示す模式図である。 図１の操作を示す模式図である。 図１の操作を示す模式図である。 図１の操作を示す模式図である。 図１の操作を示す模式図である。 図１の操作を示す模式図である。 図１の操作を示す模式図である。 図１の操作を示す模式図である。 図１の操作を示す模式図である。 本発明の一実施形態に基づくサーマルプリントヘッドを示す上面図である。 本発明の一実施形態に基づくサーマルプリントヘッドモジュールを示す模式図である。 図５の線分６−６に沿う断面図である。

以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示する。明らかに説明するために、下記で多くの実際の細部を合わせて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実際の細部が、本発明を制限するためのものではない。即ち、本発明の実施形態の一部において、これらの実際の細部は、必要ないものである。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造と素子は、図面において簡単で模式的に示される。

従来の技術では、セラミック基板をサーマルプリントヘッドの基板として採用することが多い。しかしながら、大型化セラミック基板を加熱製作するプロセスにおいて、発明者は、セラミック基板に常に大きすぎる寸法により反り等の不良な外観が発生するので、セラミック基板が加熱箇所を配置するための平坦面を提供できず、更にサーマルプリントヘッドモジュールの歩留まりを向上させることができないことを発現した。これに鑑みて、本発明は、まっすぐな特性を有するピラーからなる高平坦化シリコン板で従来のセラミック基板を取り換えることで、高くて大きい寸法と高度平坦化基板を有するサーマルプリントヘッドモジュールを作製して、大型寸法のプリント製品を一次的に産出することができる。理解すべきなのは、本発明のサーマルプリントヘッドモジュールは、如何なる熱エネルギー転写原理によるプリンター、例えば熱昇華プリンター、熱転写プリンター、ラベルプリンター又はポスタープリンター等の類似な分野にも適用されることができることである。

図１は、本発明の一実施形態に基づくサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法を示すフローチャートである。図１に示されるように、本実施形態において、サーマルプリントヘッドモジュールの製造方法１０は、以下のような工程１０１〜工程１０６を含む。工程１０１においては、シリコン基板を提供する。工程１０２においては、施釉層をシリコン基板に形成する。工程１０３においては、発熱抵抗層を施釉層に形成する。工程１０４においては、電極パターン層を発熱抵抗層に形成する。工程１０５においては、絶縁保護層を電極パターン層に形成する。工程１０６においては、制御回路モジュールを電極パターン層に電気的に接続する。

図２Ａは、図１の工程１０１の細部を示すフローチャートである。図２Ｂ〜図２Ｃは、図２Ａの操作を示す模式図である。本実施形態において、図２Ａに示されるように、上記工程１０１においては、以下のような細部工程１０１１〜１０１３を含む。細部工程１０１１においては、図２Ｂに示されるように、シリコンピラー２００を提供する。例として、結晶成長プロセスによりシリコンピラー２００を形成する。シリコンピラー２００は、円柱体に近似し、第１の端面２０１と、第１の端面２０１に対向する第２の端面２０２と、第１の端面２０１と第２の端面２０２との間にあり、且つ第１の端面２０１と第２の端面２０２を囲む円周面２０３と、を含む。また、シリコンピラー２００は、軸心方向２１０を有し、即ち、この軸心方向２１０に沿って延伸する。

次に、細部工程１０１２においては、図２Ｂと図２Ｃに示されるように、シリコンピラー２００の二つの対向側を縦断する。例として、ピラー切断機２５０によってシリコンピラー２００を個片化し、具体的には、ピラー切断機２５０によってこのシリコンピラー２００の軸心方向２１０に沿って、シリコンピラー２００の第１の端面２０１から第２の端面２０２を通じてシリコンピラー２００をまっすぐに二回切断し、それぞれシリコンピラー２００から小弓形柱体２２０と大弓形柱体２３０を除去し、更にそれらの間にある中間層板２４０を取得する。定義すべきなのは、上記小弓形柱体２２０の二つの対向する端面は、いずれも弦２２２と劣弧２２３を含む小弓形面２２１であり、上記大弓形柱体２３０の二つの対向する端面は、いずれも弦２３２と優弧２３３を含む大弓形面２３１である。

最後に、細部工程１０１３においては、次に、中間層板２４０を取得した後に、上記シリコン基板を形成するように、中間層板２４０の二つの対向する主面２４１を研磨する。このようにして、セラミック基板の形成は加熱プロセスを必要とすることに対して、シリコン基板の取得は、加熱プロセスを必要としないので、更にプロセスを簡略化して製造コストを低減することができる。

また、生産効率を向上させるために、上記の細部工程１０１２の他の実施形態においては、ピラー切断機２５０によってシリコンピラー２００の軸心方向２１０に沿って、シリコンピラー２００の第１の端面２０１から第２の端面２０２を通じてシリコンピラー２００をまっすぐに複数回切断してもよく（不図示）、それぞれシリコンピラー２００から同じ寸法の二つの小弓形柱体（図２Ｃの小弓形柱体２２０を参照）を除去し、更にそれらの間に互いに平行して配置される複数の板層（図２Ｃの中間層板２４０を参照）を取得し、このようにして、各板層の二つの対向する主面を研磨することができる。研磨を完成した後の如何なる板層も、直ちに上記シリコン基板とすることができる。

図３Ａ〜図３Ｉは、図１の操作を示す模式図である。図４は、本発明の一実施形態に基づくサーマルプリントヘッドを示す上面図である。図３Ａに示されるように、一実施形態において、上記の取り出されるシリコン基板３１０は、矩形体になり、且つ二つの対向する平坦面３１１、３１２を有し、シリコン基板３１０の各平坦面３１１、３１２の長さが、例えば、３６インチ（９００ｍｍ）である。又は、一実施形態において、シリコン基板３１０の各平坦面３１１、３１２の長さは、例えば、少なくとも１２インチ〜６４インチ（３００ｍｍ〜１６００ｍｍ）の範囲にある。

図３Ａに示されるように、上記工程１０２は、より具体的には、以下のような細部工程を含む。シリコン基板３１０の一方の平坦面３１１にあるように主釉層３２１を全面的に形成する。具体的には、スクリーン印刷プロセスを採用して釉薬スラリー層をシリコン基板３１０の平坦面３１１に均一に塗布して、高温で（１０００〜１２００℃）釉薬スラリーを焼成し硬化させる。この工程は、主釉層３２１が、熱エネルギーを保存し、容易に流失しないようにするためのものである。次に、図４と図３Ｂに示されるように、主釉層３２１を形成した後に、複数の釉薬リブ３２２を主釉層３２１のシリコン基板３１０とは反対側の一方の面に間隔を隔てて形成する。具体的には、スクリーン印刷プロセスを採用して複数の釉薬リブ３２２を主釉層３２１のシリコン基板３１０とは反対側の一方の面に均一に塗布する。これらの釉薬リブ３２２は、主釉層３２１に間隔を隔てて並列され、且つ各釉薬リブ３２２の各々は、直線状になり、主釉層３２１に連続的に形成され、且つ大よそ例えば１０インチ〜６４インチ（２５０〜１６００ｍｍ）まで長い。

図３Ｃに示されるように、上記工程１０３は、より具体的には、発熱抵抗層３３０を主釉層３２１と釉薬リブ３２２に全面的に形成し、発熱抵抗層３３０を主釉層３２１とこれらの釉薬リブ３２２に全面的に覆って、対応的にこれらの釉薬リブ３２２に合わせる隆起形状３３１を形成させる細部工程を含む。

図３Ｄに示されるように、上記工程１０４は、より具体的には、以下のような細部工程を含む。導電金属層３４１（例えば、アルミニウム、銅、銀又は金）を発熱抵抗層３３０の施釉層３２０に対向する一方の面に形成する。次に、導電金属層３４１を形成した後に、図３Ｅに示されるように、導電金属層３４１のこれらの釉薬リブ３２２に対応する局所的な箇所にエッチング開口３４２を形成するように、導電金属層３４１のそれぞれこれらの釉薬リブ３２２と重なる局所的な箇所をエッチングして、導電金属層３４１に形成されたエッチング開口３４２から発熱抵抗層３３０の上記隆起形状３３１をそれぞれ露出させる。具体的には、発熱抵抗層３３０の施釉層３２０に対向する一方の面にフォトレジストを塗布し、ＰＥＰ（ｐｈｏｔｏ ｅｎｇｒａｖｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）によってフォトレジストのパターン化を実施する。

図３Ｆに示されるように、上記工程１０５は、具体的に、絶縁保護層３５０を、その一部が電極パターン層３４０を覆い、もう一部が発熱抵抗層３３０の上記隆起形状３３１を覆って発熱抵抗層３３０を密着するようにエッチング開口３４２に入り込むように、電極パターン層３４０に全面的に覆う細部工程と、次に、絶縁保護層３５０を形成した後に、図３Ｇに示されるように、電極パターン層３４０の一部を露出させる切欠部３５１を形成するように絶縁保護層３５０を局所的にエッチングし、このようにして、サーマルプリントヘッド構造２６０を形成する細部工程と、を含む。

図３Ｈに示されるように、上記工程１０６は、具体的に、制御回路モジュール３６０を切欠部３５１を介してサーマルプリントヘッド構造２６０の電極パターン層３４０に電気的に接続する細部工程を含む。制御回路モジュール３６０は、例えば、チップオンフィルム実装構造３６１（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ；ＣＯＦ）、動作チップ３６２及び回路基板（印刷回路基板又は可とう性回路基板）の組み合わせである。

本実施形態において、サーマルプリントヘッドモジュール３００を使用しない時、効果的に熱エネルギーを放熱するために、上記の制御回路モジュール３６０を電気的に接続する工程の後に、図３Ｉに示されるように、本実施形態の製造方法は、放熱構造３７０をシリコン基板３１０の別の平坦面３１２、即ちシリコン基板３１０の施釉層３２０とは反対側の一方の面に接続することを更に含む。言及すべきなのは、名づけやすくするために、以上の制御回路モジュール３６０と放熱構造３７０をまだ接続していないサーマルプリントヘッドモジュール３００を一時的にサーマルプリントヘッド構造２６０と称する。

図３Ｉに示されるように、サーマルプリントヘッドモジュール３００は、二つの対向する平坦面３１１、３１２を有するシリコン基板３１０と、シリコン基板３１０の一方の平坦面３１１に覆われる主釉層３２１と主釉層３２１のシリコン基板３１０に対向する一方の面に間隔を隔てて並列される複数の釉薬リブ３２２を有する施釉層３２０と、主釉層３２１とこれらの釉薬リブ３２２を覆う発熱抵抗層３３０と、発熱抵抗層３３０の施釉層３２０に対向する一方の面にある電極パターン層３４０と、電極パターン層３４０上にある絶縁保護層３５０と、電極パターン層３４０に電気的に接続する制御回路モジュール３６０と、シリコン基板３１０の別の平坦面３１２にある放熱構造３７０と、を含む。本実施形態において、シリコン基板３１０は、一体化成形され、最大長さが例えば１２インチ〜６４インチ（３００ｍｍ〜１６００ｍｍ）である。また、シリコン基板３１０は、シリコン単結晶又はシリコン多結晶からなる。如何なる二つの釉薬リブ３２２間のピッチＧ（図４）も０.５〜２センチメートルである。しかしながら、本発明は、これに制限されるものではない。

図５は、本発明の一実施形態に基づくサーマルプリントヘッドモジュール３００を示す模式図である。図６は、図５の線分６−６に沿う断面図を示す。図５と図６に示されるように、制御回路モジュール３６０は、チップオンフィルム実装構造３６１と、複数の動作チップ３６２と、連結ユニット３６３と、を含む。これらの動作チップ３６２は、チップオンフィルム実装構造３６１上にあり、且つチップオンフィルム実装構造３６１に電気的に接続され、例えば、半田３６４を介してチップオンフィルム実装構造３６１に電気的に接続される。連結ユニット３６３は、プリンターの内部回路を連結するためのものである。チップオンフィルム実装構造３６１は、サーマルプリントヘッドモジュール３００と連結ユニット３６３を電気的に接続し、例えば、異方性の導電ゴム３６５（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ；ＡＣＦ）を介してサーマルプリントヘッドモジュール３００の電極パターン層３４０と連結ユニット３６３を電気的に接続する。このようにして、サーマルプリントヘッドモジュール３００は、制御回路モジュール３６０を介してプリンターの内部回路に接続される。

理解すべきなのは、本実施形態においては、例として、シリコンピラー２００は、単結晶シリコンピラー２００である。単結晶シリコンピラー２００を選択し使用する理由は、単結晶シリコンピラー２００を９０センチメートル以上まで長くすることができる特性を有し、且つ、分離することなく、高温下で施釉層材料と同時焼成できることである。また、セラミック基板に比べると、単結晶シリコン基板３１０の反りと表面平坦化度はいずれも、セラミック基板より遥かに優れる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。その他の実施形態においては、シリコンピラー２００は、多結晶シリコンピラーであってもよい。

最後に、本発明の実施例を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、したがって、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。

６−６ 線分
１０ 製造方法
１０１〜１０６ 工程
１０１１〜１０１３ 細部工程
２００ シリコンピラー
２０１ 第１の端面
２０２ 第２の端面
２０３ 円周面
２１０ 軸心方向
２２０ 小弓形柱体
２２１ 小弓形面
２２２ 弦
２２３ 劣弧
２３０ 大弓形柱体
２３１ 大弓形面
２３２ 弦
２３３ 優弧
２４０ 中間層板
２４１ 中間層板の二つの対向する主面
２５０ ピラー切断機
２６０ サーマルプリントヘッド構造
３００ サーマルプリントヘッドモジュール
３１０ シリコン基板
３１１、３１２ 平坦面
３２０ 施釉層
３２１ 主釉層
３２２ 釉薬リブ
３３０ 発熱抵抗層
３３１ 隆起形状
３４０ 電極パターン層
３４１ 導電金属層
３４２ エッチング開口
３５０ 絶縁保護層
３５１ 切欠部
３６０ 制御回路モジュール
３６１ チップオンフィルム実装構造
３６２ 動作チップ
３６３ 連結ユニット
３６４ 半田
３６５ 異方性の導電ゴム
３７０ 放熱構造
Ｇ ピッチ。

Claims (6)

1. シリコン基板を取得するようにシリコンピラーの二つの対向側を縦断することと、
   前記シリコン基板に施釉層、発熱抵抗層、電極パターン層、絶縁保護層を順に形成することと、
   制御回路モジュールを前記電極パターン層に電気的に接続することと、
   を含み、
   前記シリコン基板を取得するように前記シリコンピラーの二つの対向側を縦断することは、
   前記シリコンピラーの前記二つの対向側の間にある中間層板を取得するように、前記シリコンピラーの軸心方向に沿って、前記シリコンピラーの一端面から別の端面まで、前記シリコンピラーの前記二つの対向側をまっすぐに切断することと、
   対向する平坦面を含む前記シリコン基板を形成するように前記中間層板を研磨することと、
   を含むサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法。
2. 前記シリコンピラーは、単結晶シリコンピラー又は多結晶シリコンピラーである請求項１に記載のサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法。
3. 前記シリコン基板は、長さが１２〜６４インチ（３００ｍｍ〜１６００ｍｍ）である請求項１又は請求項２に記載のサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法。
4. 前記シリコン基板に前記施釉層、前記発熱抵抗層、前記電極パターン層、前記絶縁保護層を順に形成することは、
   前記シリコン基板の一方の面にあるように主釉層を全面的に形成することと、
   間隔を隔てて並列される連続する複数の釉薬リブを前記主釉層の前記シリコン基板とは反対側の一方の面に形成することと、
   を含む請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法。
5. 前記シリコン基板に前記施釉層、前記発熱抵抗層、前記電極パターン層、前記絶縁保護層を順に形成することは、
   導電金属層を前記発熱抵抗層の前記施釉層に対向する一方の面に形成することと、
   これらの釉薬リブに合わせて覆う前記発熱抵抗層の隆起形状をそれぞれ露出させるように、前記導電金属層のそれぞれこれらの釉薬リブと重なる局所的な箇所をエッチングすることと、
   を含む請求項４に記載のサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法。
6. 前記制御回路モジュールを前記電極パターン層に電気的に接続することは、
   前記電極パターン層の一部を露出させる切欠部を形成するように前記絶縁保護層をエッチングすることと、
   前記制御回路モジュールを前記切欠部を介して前記電極パターン層に電気的に接続することと、
   を含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッドモジュールの製造方法。

Images