JPH03218856A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプリンタやファクシミリなどに利用されるサー
マルヘッドに関するものである。

（従来の技術） サーマルヘッドの基板としては一般にはセラミック基板
の表面をガラス質のグレーズ層で被ったものが用いられ
ている。

サーマルヘッドで、例えばファクシミリのＧＩＶ規格に
対応させるなど、高速動作をさせたり消費電力を少なく
するためには，発熱抵抗体と基板の間に保温層として耐
熱樹脂層を設けることが１つの方法である。耐熱樹脂層
としてはポリイミド樹脂層、ポリアミド樹脂層、ポリア
ミドイミド樹脂層などが有望である。例えばポリイミド
層はガラス質のグレーズ層に比べると熱伝導率が約１／
１０である。

保温層としてポリイミド層を設けたサーマルヘッドとし
て，第５図に示される構造のものが検討されている。１
はセラミック基板などの絶縁基板であり、その表面がポ
リイミド層２によって被われている。ポリイミド層２上
には抵抗体３が形成されており、抵抗体３上には共通電
極４と選択電極５が形成されている。電極４，５から露
出した部分の抵抗体が発熱体となる。６は保護膜である
。

７は支持板であり，発熱体が形成された絶縁基板１が支
持板７上に取りつけられ、支持板７上にはさらにプリン
ト配線基板８が取りつけられている。

プリント配線基板８上には馳動回路用半導体集積回路装
置（ＩＣ，ＬＳＩ，ＶＬＳＩなどト分類されることもあ
るが、それらを総称してＩＣという。

以下でも同じ）９が実装され、駆動ＩＣ９と選択電極５
の間がワイヤ１０ａにより接続され，駆動ＩＣ９とプリ
ント配線基板８の配線との間がワイヤ１０ｂで接続され
ている。共通電極４もまた、プリント配線基板８上の配
線とワイヤ（図示略）により接続されている。

第５図のサーマルヘッドでは、電極４，５にワイヤを接
続するボンディングパッド部分の下にポリイミド層２が
存在するため、ワイヤのボンディング時に電極膜が剥が
れるなど、ボンディング特性が悪くなることが知られて
いる。一般にワイヤボンディングでは接続される電極と
その下地にある程度以上の硬度が必要とされている。電
極４，５の下には抵抗体３が存在しているが、抵抗体３
は薄く、十分な硬度を確保することは困難である。

これは、昨今の低電力化の要求のために発熱体の抵抗値
が高抵抗化される傾向にあり、そのため抵抗体３の厚さ
は薄くせざるを得ないためである。

そのため、電極膜にメッキを施すことが行なわれている
が，あまり良い結果は得られていない。

そこで、ボンディング性能を改善するために、耐熱樹脂
層と抵抗体層の間の全面に下地層として無機絶縁膜を形
成することが考えられる。無機絶縁膜としてＳｉＯＮ膜
を用いるサーマルヘッドが提案されている（特開昭６３
−２９７０６６号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） ＳｉＯＮ膜はポリイミド樹脂層などの樹脂層への付着力
が弱く、樹脂層上の広い面積にわたってＳｉＯＮ膜を形
成するときはＳｉＯＮ膜の形成前に樹脂層に特殊な処理
を施すことが必要である。

上記の引例では表面改質処理と称し、例としてプラズマ
処理、スパッタエッチング処理、紫外線照射処理、オゾ
ンガス照射処理などがあげられている。

本発明はポリイミド樹脂層などの耐熱樹脂層を用いて熱
効率の良い特性を維持しながら、電極のボンデイングパ
ッドのボンデイング特性を向上させ、信頼性の高いサー
マルヘッドを提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明では耐熱樹脂層と抵抗体層の間に全面にわたって
下地層を設けるときは、下地層としてＳｉＡｌＯＮ膜、
ＳｉＣｅＯＮ膜又はこれらの積層膜を用いる。

また、本発明では、耐熱樹脂層を導電性支持基板上で選
択的に形成し，耐熱樹脂層の存在しない部分で導電体の
一部を支持基板と接続させて支持基板を共通電極として
用い，かつ、導電体が信号線と接続されるボンディング
部にも耐熱樹脂層を設けず、ボンディング部の導電体と
支持基板の間に無機絶縁膜を下地層として設ける。

（作用） 基板上にポリイミド樹脂層などの耐熱樹脂層を形成し、
その耐熱樹脂層の表面にＳｉＡＲＯＮ膜やＳｉＣｅＯＮ
膜の下地層を形成する際、耐熱樹脂層の表面にプラズマ
処理のような特殊な表面改質処理を施さなくてもＳｉＡ
ｌＯＮやＳｉＣｅＯＮは耐熱樹脂層へ強く付着する。

ＳｉＡｌＯＮ膜やＳｉＣｅＯＮ膜はＳｉＯＮ膜と同様に
硬質の無機絶縁膜であり、導電体のボンディング部のボ
ンディング性を向上させる。

ボンディング部に耐熱樹脂層を設けないことによっても
ボンディング部の硬度を確保することができる。その際
、支持基板が導電性であるときは無機絶縁膜の下地層が
ボンディング部の導電体と支持基板の間を絶縁する。

（実施例） 第１図一実施例を表わす。

１１は基板であり、例えばセラミック基板、ガラス板、
金属板などを用いることができる。基板１１上には耐熱
樹脂層としてポリイミド層１２が形成されている。ポリ
イミド層１２の厚さは数μｍ〜２０μｍ程度である。ポ
リイミド層１２上には下地層としてＳｉＡｌＯＮ膜１３
が形成されている。ＳｉＡｌＯＮ膜１３はその上に形成
される薄い抵抗体の剛性を補い、ワイヤーボンディング
などのボンディング時に必要な堅さを維持するために、
２０００人程度以上、好ましくは５０００人以上の厚さ
が必要である。

ＳｉＡｌＯＮ膜１３上には抵抗体１４が形成されている
。抵抗体１４はＴａ−Ｓｉ０２などにてなり、その膜厚
は数１００〜３０００人程度、例えば５００人である。

抵抗体１４上には電極１５，１６が形成されている。電
極１５は全ての発熱体１７に接続される共通電極であり
、電極１６は各発熱体１７に接続されて発熱体１７を個
別に選択する選択電極である。電極１５．１６としては
例えばＡＱ膜、又はＮｉＣｒ上にＡｕを積層した膜など
を用い、その厚さは８０００人〜１μｍ程度である。電
極１５．１６の間に抵抗体１４が露出している部分１７
が発熱体であり、発熱体１７は図で紙面垂直方向に配列
されて形成されている。

１８は保護膜であり、例えばＳｉ，Ｎ．やシリコンーア
ルミナナイトライドなどを用いる。保護膜１８は共通電
極１５のボンデイングパッド部分及び選択電極１６のボ
ンディングパッド部分を除いて電極１５．１６と発熱体
１７を被う領域に形成されている。保護膜１８の厚さは
１〜２μｍ程度である。

１９は支持板であり、発熱体が形成された絶縁基板１１
が支持板１９上に取りつけられ、支持板１９上にはさら
にプリント配線基板２０が取りつけられている。プリン
ト配線基板２０上には駆動ＩＣ２１が実装され，廓動Ｉ
Ｃ２１と選択電極１６の間がワイヤ２２ａにより接続さ
れ、駆動ＩＣ２１とプリント配線基板２０の配線との間
がワイヤ２２ｂで接続されている．共通電極１５もまた
，プリント配線基板２０上の配線とワイヤ（図示略）に
より接続されている。

上記の実施例における基板を製造する方法について示す
と、基板１１上に塗布法やディップ法によりポリイミド
樹脂層１２を塗布し、焼成し、その後ポリイミド樹脂層
１２の表面をブラシ洗浄と有機溶剤により洗浄する。そ
の後、ポリイミド樹脂層１２上に下地層としてＳｉＡｌ
ＯＮ膜１３をＣＶＤ法やスパッタリング法などにより形
成する。

実施例のサーマルヘッドのボンディング性能を調べるた
めに、基板１１としてステンレス基板を用い，その上に
ポリイミド樹脂層１２を約１０μｍの厚さに形成する。

第１の試料はポリイミド樹脂層１２上に下地層１３とし
てＳｉＡｆｌＯＮ膜を約５０００人の厚さに形成したも
のであり、第２の試料はポリイミド樹脂層１２上に下地
層１３としてＳ　ｉ　Ｃ　ｅ　Ｏ　Ｎ膜を約５０００人
の厚さに形成したものである。それぞれの試料基板に一
般的な薄膜サーマルヘッドの製造プロセスによって発熱
体、電極及び保護膜を形成してサーマルヘッドの発熱基
板を形成した。下地層１３を形成する前のポリイミド樹
脂層１２の表面の前処理はブラシ洗浄と有機溶剤洗浄の
みを行なった。これらの２種類の試料基板を用いたサー
マルヘッドについてボンディング性と信頼性を評価する
と、従来のように基板としてセラミック基板の表面にグ
レーズ層を形成したものの場合と同等の特性を有するこ
とがわかった。

ポリイミド樹脂層１２の表面を下地層１３の形成前にア
ルゴンの逆スパッタリングなどの特殊な前処理を行なっ
た場合について、上記の２種類の試料基板を作成して同
様にボンディング性や信頼性を評価しても、これらの前
処理を施さないものとの有意差はみられなかった。

ステンレス基板上にポリイミド樹脂層を約１０μｍの厚
さに形成し、その上に形成する下地層のＳ　ｉ　Ａ　Ｑ
　Ｏ　Ｎ膜の膜厚を変えてサーマルヘッドを形成し、ワ
イヤボンデイングによるボンデイング性能を調べた結果
を下表に示す。

下地層の膜厚を１０００人、２０００人、５０００人と
変えた場合、１０００人の下地層ではボンディングされ
たワイヤが剥がれる不良が発生する。２０００人でもま
だ十分とは言えず、５０００人になるとボンデイング性
は十分なものとなる。

この結果、下地層の膜厚は２０００人より厚いことが必
要であり，好ましくは５０００人以上である。

次に、本発明で用いる２種類の下地層Ｓ　ｉ　Ａ　ＱＯ
Ｎ膜、ＳｉＣｅＯＮ膜と、他の無機絶縁層との付着力を
比較した。付着力の目安として折曲げによる破壊テスト
を行なった。そのため、下地層を形成する耐熱樹脂層と
し・てポリイミド樹脂シートを用いた。ポリイミド樹脂
シートをブラシ洗浄と有機溶剤洗浄により洗浄した後，
その上に種々の下地層を約１００００人の厚さに形成し
た。下地層の種類としてはＳｉＡｌＯＮ膜、ＳｉＣｅＯ
Ｎ膜、Ｓｉｎ２膜、Ｔａ２０，膜、ＳｉＯＮ膜の５種類
を選んだ。下地層が外側になるようにしてポリイミド樹
脂シートを折り曲げると、Ｓｉｎ２膜、Ｔａ２０，膜、
ＳｉＯＮ膜の３種類の膜は９０度折り曲げた時点で膜の
破壊が起こった。それに対し、本発明で用いるＳｉＡｌ
ＯＮ膜とＳｉＣｅＯＮ膜では１８０度折り曲げても破壊
が起こらなかった。

これにより、本発明で用いる下地層の付着力が優れてい
ることがわかる。

本実施例では、下地層はＳｉＡｌＯＮ膜とＳ　ｉ　Ｃ　
ｅ　Ｏ　Ｎ膜の積層膜であってもよい。

第１図の実施例では基板１１上の全面にポリイミド層１
２が形成されている。ポリイミド層１２は発熱体１７の
保温層としての役目を果たすので、発熱体１７の下部に
は必要であるが、駆動ＩＣ２１との間にボンデイングが
なされるボンデイング部やプリント配線基板２０の駆動
用電源のための配線との間にボンデイングがなされる共
通電極のボンディング部においては、ポリイミド層１２
は必要ではない。むしろ、ボンデイング部においてはポ
リイミド層１２が存在しない方がボンデイングの信頼性
を高める上で好都合である。そこで、第１図の実施例に
おいて、ポリイミド層１２を発熱体１７の下部を含む領
域に選択的に形成し、特にボンディング部にはポリイミ
ド層１２を形成しないようにすることが好ましい。

この場合、基板１１としてはセラミックやガラスなどの
ｗＡ＃ｉｌｉ体の他に、ステンレスやアルミニウムなど
の導電体である場合も含まれる。ポリイミド層１２が存
在しない部分では下地層１３が基板１１を被っているの
で、基板１１が導電体である場合には下地層１３が抵抗
体１４及び電極１６と基板１１との間の絶縁体として作
用する。

第２図は他の実施例を表わす。

第２図では基板３０としてステンレスやアルミニウムな
どの導電性基板を用い，かつ基板３０を共通電極の一部
に用いることにより，基板３０上の共通電極幅を狭くし
てサーマルヘッド幅を狭くしている。

導電性基板３０上で発熱体１７が形成される領域を含む
部分にポリイミド層１２が選択的に形成されている。ポ
リイミド層１２は共通電極１５が基板３ｏと接続される
部分、共通電極１５がプリント配線基板（図示略）の配
線と接続される部分、及び選択電極１６を駆動ＩＣと接
続するボンディング部３２の下部には形成されていない
。３１は無機絶縁膜であり、ポリイミド層１２上と、ポ
リイミド層１２の設けられていない基板３０上のうち共
通電極１５が基板３０と接続される部分及び共通電極１
５がプリント配線基板の配線と接続される部分を除く部
分を被うように、形成されている。無機絶縁膜３１とし
ては、第１図の実施例におけるようにＳｉＡΩＯＮやＳ
ｉＣｅＯＮが好ましいが、第２図の場合にはボンディン
グ部の下部にはポリイミド層が設けられていないので、
無機絶縁膜３１としてＳｉＯＮやＳ　ｉ　Ｏ２、Ｓｉ３
Ｎ．など種々のものを用いることができる。無機絶縁膜
３１は例えば数１０００人以上の厚さに形成する。

無機絶縁膜３１上には、第１図の実施例と同じく，抵抗
体１４が形成され、その上に共通電極１５、選択電極１
６が形成され、発熱体１７から電極１５．１６に及ぶ範
囲には保護膜１８が形成されている。

第２図においてはポリイミド層１２が選択的に形成され
ており、共通電極１５が抵抗体１４を経て導電性基板３
０と接続されているため、基板３０が共通電極の一部と
して利用され、共通電極１５の幅が狭くても基板３０に
より十分な電流容量を得ることができる。

選択電極１６のうち保護膜１８から露出した部分３２は
駐動ＩＣとの間にワイヤボンデイング法やテープキャリ
ア法により接続がなされるボンディング部であり、ボン
デイング部３２の下部にもポリイミド層１２は形成され
ておらず、無機絶縁膜３１により導電性基板３０と抵抗
体１４や選択電極１６との間の絶縁が保たれている。

第２図の発熱基板も第１図と同様に支持板１９上に接着
され、プリント配線基板２０に搭載された駆動ＩＣ２１
との間に接続がなされ、基板３０の一部（共通電極取出
し部）とプリント配線基板２０の通電用電源のための配
線との間もワイヤなどにより接続がなされる。

第１図や第２図の実施例では、発熱体１７と耐熱樹脂層
であるポリイミド層１２の間に無機絶縁膜１３．３１が
存在しているので、ポリイミド層１２からガスが発生し
て発熱体１７を劣化させることがない。

第３図はさらに他の実施例を表わす。

基板としてアルミニウム板３３が用いられ、基板３３が
共通電極１５と接続される部分と、基板３３の共通電極
取出し部（プリント配線基板の配線との間に接続がなさ
れる部分）を除いて、基板３３の表面には絶縁層である
アルマイト層３４が形成されている。アルマイト層３４
の厚さは０．５〜２μｍ程度である。

基板３３表面で発熱部１７の下部を含む領域にはポリイ
ミド層１２が選択的に形成されている。

基板３３．３４及びポリイミド層１２上には発熱体１４
が形成され，その上に共通電極１５と選択電極１６が形
成されて発熱体１７が形成されている。１８は保護膜で
あり、保護膜１８から露出した選択電極１６はボンディ
ング部３２である。

第３図では無機＃ｉ！！縁膜を別に形成する必要がなく
、アルミニウム基板３３の表面を部分的にアルマイトに
することにより無機絶縁膜の機能を果たしている。

次に、第４図により第３図の基板を形成する方法を説明
する。

（Ａ）アルミニウム板３３のうち、少なくとも共通電極
１５と接続される部分と、共通電極取出し部にレジスト
パターン３５を形成する。

（Ｂ）アルミニウム基板３３を酸化してアルマイト層３
４を形成する。

その後，レジスト３５を除去する。

アルミニウム基板の酸化方法としては，陽極酸化法を用
いることができる。陽極酸化でアルマイト層３４を形成
したときは、封孔処理を行なう。

（Ｃ）発熱部が形成される領域にポリイミド層１２を選
択的に形成する。すなわち、共通電極１５と基板３３と
が接続される部分、基板３３の共通電極取出し部、及び
ボンディング部にはポリイミド層１２を形成しない。

ポリイミド層１２を選択的に形成する方法として、基板
３３．３４表面にポリイミド層を全面に塗布した後、写
真製版とエッチングによりパターン化を施してポリイミ
ド層１２を部分的に残す。

ポリイミド層１２をエッチングする方法は、ウエットエ
ッチングでもドライエッチングでもよいが、エッチング
された後のポリイミド層１２のエッジが基板となす角度
が小さい方がポリイミド層１２上に形成される電極のパ
ターン切れを防ぐ上で好都合であるため、エッチング条
件を選択するのが望ましく，一例としてウェットエッチ
ングでエツチンダ液にヒドラジンを用いる。これにより
、ポリイミド層１２のエッジが基板となす角度を４５度
以下にすることができる。

ポリイミド層ｌ２を選択的に形成する他の方法として、
例えばスクリーン印刷法や、感光性ポリイミドを用いて
写真製版によりパターン化を施す方法などがあり、それ
らの方法によってポリイミド層１２を形成してもよい。

なお、第２図におけるポリイミド層１２の選択的形成も
同様に行なうことができる。

第３図では，ポリイミド層１２及び基板３３，３４上に
抵抗体膜をスパッタリング法により全面に形成し、抵抗
体膜上に電極膜を全面に形成した後、写真製版とエッチ
ングによりパターン化を施して発熱体，電極を形成する
。このとき、抵抗体膜を形成する前に、抵抗体膜とポリ
イミド層１２との付着力を向上させるために、逆スパッ
タリングを行なってポリイミド層１２の表面を活性化さ
せておくのが好ましい。

第２図のようにボンディング部にはポリイミド層を形成
せず、基板３ｏとの間に無機絶縁膜３１を形成した発熱
基板におけるボンディング部のワイヤボンディングと、
第５図のようにボンデイング部の下部にもポリイミド層
を形成した場合のワイヤボンディングとを比較し，両者
のボンディング強度を測定してみると、第２図の実施例
におけるワイヤボンディングの場合はワイヤを切断する
のに要する平均荷重は９．２ｇであり、最大で１１ｇ、
最小で６．４ｇであったのに対し、第５図におけるワイ
ヤボンディングの場合にはワイヤを切断する平均荷重は
４．１ｇと減少し、最大でも７．９ｇ、最小のものでは
ほとんど荷重をかけることはできないという結果であっ
た。これにより、ボンディング部にポリイミド層を形成
しないことによりボンディングの信頼性が向上すること
がわかる。

耐熱樹脂層としては実施例に示したポリイミド樹脂層の
他にポリアミド樹脂層やポリアミドイミド樹脂層を用い
ることもできる。

（発明の効果） ポリイミド樹脂層などの耐熱樹脂層上に下地層を介して
発熱体や電極を形成したサーマルヘッドにあっては、下
地層としてＳｉＡρＯＮ膜やＳｉＣｅＯＮ膜を用いたの
で、ＳｉＡＩ２０Ｎ膜やＳｉＣ　ｅ　Ｏ　Ｎ膜を形成す
る際にその下の耐熱樹脂層にプラズマ処理などの特殊な
前処理を施さなくても下地層は耐熱樹脂層との間に十分
な付着力をもち、下地層上に形成される発熱体の劣化が
起きず、ボンディング部のボンディング性も優れたサー
マルヘッドを得ることができる。

また、本発明では、ボンディング部の下部に耐熱樹脂層
を設けないことによってもボンディングの信頼性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す断面図、第２図及び第３図はそ
れぞれ他の実施例を示す断面図、第４図は第３図の実施
例の基板の製造方法を示す工程断面図である。第５図は
従来のサーマルヘッドを示す断面図である。 １１・・・・・・基板、１２・・・・・・ポリイミド樹
脂層、ｌ３・・・・・・ＳｉＡρＯＮ膜、１４・・・・
・・抵抗体，１５，１６・・・・・電極、１７・・・・
・・発熱体、３０・・・・・・導電性基板、３１・・・
・・・無機絶縁膜、３２・・・・・ボンディング部、３
３・・・・・・アルミニウム基板，３４・・・・・・ア
ルマイト層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持基板上に耐熱樹脂層が形成され、この耐熱樹
   脂層上に下地層が形成され、この下地層上に多数の発熱
   体及びこれらの発熱体に接続された導電体が形成され、
   少なくとも前記発熱体上には保護膜が形成されているサ
   ーマルヘッドにおいて、前記下地層はＳｉＡｌＯＮ膜、
   ＳｉＣｅＯＮ膜又はそれらの積層膜からなることを特徴
   とするサーマルヘッド。
2. （２）導電性支持基板上に耐熱樹脂層が形成され、この
   耐熱樹脂層上に直接又は下地層を介して多数の発熱体及
   びこれらの発熱体に接続された導電体が形成され、少な
   くとも前記発熱体上には保護膜が形成されているサーマ
   ルヘッドにおいて、前記耐熱樹脂層は支持基板上で選択
   的に形成されており、耐熱樹脂層の存在しない部分で前
   記導電体の一部が支持基板と接続されて支持基板が共通
   電極として用いられ、かつ、前記導電体が信号線と接続
   されるボンディング部にも耐熱樹脂層は存在せず、ボン
   ディング部の導電体と支持基板の間には無機絶縁膜が下
   地層として形成されていることを特徴とするサーマルヘ
   ッド。