JPH0717068A - サーマルプリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リード配線密度を低く抑えて絶縁性基板の外
形寸法の小型化を実現し、かつ印字濃度むらの発生を抑
えて高精細で高品位な印字を実現することのできるサー
マルプリントヘッドを提供する。 【構成】 複数の発熱体１２３の列に対してほぼ直交方
向に配列された出力パッド１０５と、該出力パッド１０
５列にほぼ平行して設けられたパワーＧＮＤ配線１０７
と、該パワーＧＮＤ配線１０７上に積層形成された電流
容量増強用配線１１３とを有するドライバＩＣ１０１
と、前記出力パッド１０５列に沿って配置され該出力パ
ッド１０５にボンティングワイヤ１２７を介して接続さ
れる接続パッド１２９が一端に形成され他端が前記発熱
体１２３に接続されたリード配線１１１とを具備するこ
とを特徴とするサーマルプリントヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルプリントヘッ
ドに係り、特に高精細印字対応のプリンタ装置やファク
シミリ等に用いられるサーマルプリントヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】サーマルプリントヘッドは、セラミック
基板のような絶縁性基板上に列設された複数の発熱体
（発熱素子）と、この発熱素子を画像信号に応じてドッ
トごとにオン・オフさせるドライバ回路とからその主要
部が構成されている。ドライバ回路としては通常、複数
個の駆動用ドライバＩＣが用いられる。近年、記録画質
の向上や 300ｄｐｉ（dot per inch）以上の高精細ヘッ
ドが実現されてきており、さらには 600ｄｐｉ以上のサ
ーマルプリントヘッドの実用化も検討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな高精細・高密度なサーマルプリントヘッドにおいて
は、前記のドライバＩＣを含めてその駆動回路系の配線
基板上での実装技術として、 200ｄｐｉ程度のサーマル
プリントヘッドには見られなかった以下に述べるような
解決すべき技術的課題がある。

【０００４】すなわち、図２に示すように、ドライバＩ
Ｃ２０１の出力パッド２０３と列設された発熱体２０５
から引き出されたリード配線（引き出し配線）２０７と
の接続には、通常ワイヤボンディングあるいはＴＡＢ
（Tape Automated Bonding）などが用いられるが、 200
ｄｐｉ程度以下の記録密度のサーマルプリントヘッドに
おいてはボンディングピッチを列設された発熱体２０５
のピッチにほほ等しくすることができるため、前記のリ
ード配線２０７は発熱体２０５列と直交方向にほぼ直線
状に引き出すことができる。ところが記録密度を向上さ
せるために発熱体２０５の列設する密度を 300ｄｐｉ程
度以上にすると、上述のようなリード配線２０７の形状
ではボンディングピッチが 100μｍ未満になるため、ワ
イヤボンディングの際にワイヤを供給するキャピラリが
隣り合うワイヤあるいは隣り合う接続パッドと接触ある
いは衝突するなどしてボンディング不良が発生し、信頼
性あるワイヤボンディングが不可能となる。

【０００５】このため、従来は図２に示すように、リー
ド配線２０７をＬ字型に曲げた、いわゆるＬ字型配線に
して、ボンディングピッチを適度に拡げるとともに、出
力パッド２０３の列が発熱体２０５の列とほぼ直交方向
になるようにドライバＩＣ２０１を絶縁性基板２０９上
に実装している。さらにドライバＩＣ２０１の内部にお
いては、ドライバＩＣ２０１上の長手方向の 2辺に沿っ
て複数の出力パッド２０３ごとに（図２では 3つの出力
パッド２０３ごとに）パワーＧＮＤパッド２１１を 1パ
ッドずつ配置している。このような複数のパワーＧＮＤ
パッド２１１はＩＣ内のパワーＧＮＤ（Ground）配線２
１３によって互いに電気的に接続されている。そしてパ
ワーＧＮＤパッド２１１それぞれに対応する位置ごとに
パワーＧＮＤリード２１５が絶縁性基板２０９上に配設
されており、パワーＧＮＤパッド２１１とパワーＧＮＤ
リード２１５とはボンディングワイヤ２１７で接続され
ている。そしてさらにパワーＧＮＤリード２１５は絶縁
性基板２０９上のパワーＧＮＤ配線２１９に接続されて
いる。このようにパワーＧＮＤパッド２１１を複数配設
し、そのそれぞれをパワーＧＮＤリード２１５の一つず
つに各々接続しているのは、ＩＣ内のパワーＧＮＤ配線
２１３での電圧降下により生じる発熱体２０５の印字濃
度が不均一となることを防ぐためである。また絶縁性基
板２０９上のパワーＧＮＤ配線２１９には例えばＡｌ薄
膜などの金属材料が用いられており、その電圧降下を防
ぐために幅を 0.5〜 0.8ｍｍ程度と比較的広く形成され
ている。なお図２においてドライバＩＣ２０１とその下
のＬ字型のリード配線２０７との間に絶縁膜を介挿する
ことで電気的な絶縁が図られている。（注；図２におい
ては図示の簡潔化のために表現を一部省略しているが、
実際はドライバＩＣ２０１上のＧＮＤ配線２１３、出力
パッド２０３、パワーＧＮＤパッド２１１は中心線Ａ−
Ａ´を軸に左右ほぼ線対称に配置されていることは言う
までもない。）しかしながら、上記のようなＬ字型配線
方式を用いた従来のサーマルプリントヘッドにおいて
は、絶縁性基板２０９上に比較的大きな面積が必要なパ
ワーＧＮＤ配線２１９やパワーＧＮＤリード２１５を配
設しているので、それらとの接触を避けるようにリード
配線２０７をパターニングしなければならないため、リ
ード配線２０７の配線密度を発熱体２０５の密度よりも
さらに大幅に高密度に絞り込む必要がある。リード配線
２０７をこのような高密度に絞り込んだパターンに形成
することは、製造中のショートあるいはオープンなどの
欠陥を起こしやすいという問題がある。そこで、比較的
大きな面積が必要なパワーＧＮＤ配線２１９やパワーＧ
ＮＤリード２１５と、本数の多いリード配線２０７とを
別の層に設けて 2層配線構造として、配線密度の増大を
解消する技術が提案されているが、層構造の繁雑化にと
もなって層間ショートの発生が顕著になるという問題
や、また製造工程が長くなるために製造コスト増につな
がるという問題がある。

【０００６】また、図２に示すように比較的幅の広いパ
ワーＧＮＤ配線２１９を隣り合うドライバＩＣ２０１ど
うしの間に配設することにより、少なくともその幅ａの
分だけドライバＩＣ２０１の出力パッド２０３とリード
配線２０７の端部の接続パッド２２３との間の距離が小
さくなるため、ワイヤボンディングのための十分な長さ
を確保することが困難になるという問題がある。これは
特に記録密度が高くなるほどドライバＩＣ２０１の実装
間隔が小さくなるので顕著な問題となる。例えば 600ｄ
ｐｉのサーマルプリントヘッドにおいて、ドライバＩＣ
２０１の集積ドット数が64ドットの場合、図２に示すド
ライバＩＣ２０１の実装間隔ｐが約 2.7ｍｍ、ドライバ
ＩＣ２０１自体の幅ｗが 1.2ｍｍ、パワーＧＮＤ配線２
１９の幅ａが 0.8ｍｍとすると、ボンディングワイヤの
ワイヤ長ｌは0.35ｍｍ程度となって、ワイヤボンディン
グは実際上不可能となる。

【０００７】この問題を避けるために、従来はドライバ
ＩＣ２０１の集積ドット数を多くして、ドライバＩＣ２
０１の実装間隔を大きくとれるようにするという技術が
提案されているが、この方法ではドライバＩＣ２０１の
外形寸法が大きくなり過ぎるため、それを実装する絶縁
性基板２０９の寸法も大きくしなければならず、サーマ
ルプリントヘッド全体の外形寸法やそれを用いた印字装
置の外形寸法が大きくなって、印字装置の小型化への支
障となるという問題や、コスト高につながるという問題
がある。

【０００８】あるいは、従来の技術としては上記の他に
もドライバＩＣ２０１を千鳥状に配置して配線可能な面
積を稼ぐという方法も知られているが、この場合にも絶
縁性基板２０９の寸法が大きくなってしまい上記と同様
の問題がある。さらにこの場合にはリード配線２０７の
全長が隣り合うドライバＩＣ２０１ごとに周期的に異な
るため、その周期ごとにリード配線２０７の抵抗値が周
期的にばらつく。この抵抗値のばらつきによりリード配
線２０７の電圧降下が周期的にばらついて主走査方向に
発熱体２０５の発熱の周期的なばらつきが生じるという
問題がある。

【０００９】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、リード配線密度を低く
抑えて絶縁性基板の外形寸法の小型化を実現し、かつ印
字濃度むらの発生を抑えて高精細で高品位な印字を実現
することのできるサーマルプリントヘッドを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のサーマルプリントヘッドは、複数の発熱体
と、前記複数の発熱体各々にリード配線を介して接続さ
れる出力パッドが形成されて印字データに基づいて前記
発熱体に電圧を印加するドライバＩＣとが絶縁性基板上
に配置されたサーマルプリントヘッドにおいて、前記複
数の発熱体の列に対してほぼ直交方向に配列された出力
パッドと、該出力パッド列にほぼ平行して設けられたパ
ワーＧＮＤ配線と、該パワーＧＮＤ配線上に積層形成さ
れた電流容量増強用配線とを有するドライバＩＣと、前
記出力パッド列に沿って配置され該出力パッドにボンテ
ィングワイヤを介して接続される接続パッドが一端に形
成され他端が前記発熱体に接続されたリード配線とを具
備することを特徴としている。

【００１１】あるいは、前記の電流容量増強用配線がＡ
ｕ、ＣｕおよびＴｉのうち少なくともいずれかを材料と
して用いて積層形成された多層膜であることを特徴とし
ている。

【００１２】

【作用】ドライバＩＣ内のパワーＧＮＤ配線上に電流容
量増強用配線を積層形成して電流容量を増強し、このド
ライバＩＣ内部に形成したパワーＧＮＤ配線および電流
容量増強用配線を従来の絶縁性基板２０９上に設けてい
たパワーＧＮＤ配線の代りに用いて、電圧降下を起すこ
となく発熱体を駆動するための電流を流すことができる
ようになる。これにより、従来の絶縁性基板上に設けて
いたパワーＧＮＤ配線およびパワーＧＮＤリードを省略
することができるので、リード配線の引き回しのための
スペースを十分に取ることができ、またドライバＩＣを
千鳥状に配置せずともワイヤボンディングのための十分
な距離を取ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係るサーマルプリントヘッド
の一実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は
本発明に係るサーマルプリントヘッドの主要部の構造を
示す図である。ドライバＩＣ１０１の内部には、パワー
ＧＮＤパッド１０３がその下辺近くに配置され、これに
接続してパワーＧＮＤ配線１０７が配設されている。ま
たパワーＧＮＤパッド１０３は列設された出力パッド１
０５列の中間に介挿してもよいが、配線の引き回しの簡
易化を考慮すれば、この図１（ａ）に示すようにＩＣ下
辺近くに設けることが望ましい。図１（ａ）においては
パワーＧＮＤパッド１０３、出力パッド１０５、および
出力ＧＮＤ配線１０７は図示の簡潔化のために左半分の
み示したが、実際は一点鎖線で示した中心線Ａ−Ａ´を
中心として左右対称に右半分にも同様に配設されてい
る。ここで図１（ａ）ではパッドおよびＧＮＤ配線をＩ
Ｃの左半分のみ示したが、中心線Ａ−Ａ´にほぼ対称に
右半分にも同様に形成されている。またボンディングワ
イヤはＩＣの右半分のみについて示したが、左半分にも
同様に形成されている。なお、番号を付与していないパ
ッドはロジック制御信号パッドおよびロジック電源・Ｇ
ＮＤパッドである。なお図示は省略したがＩＣと絶縁性
基板上の配線との間には誘電体膜が形成されて絶縁が成
されている。また図１（ｂ）はドライバＩＣ１０１の近
傍の構造を示すＢ−Ｂ´断面図である。

【００１４】そしてドライバＩＣ１０１の内部には、パ
ワーＧＮＤ配線１０７上に電流容量増強用配線１１３が
以下に述べるように形成される。通常のワイヤボンディ
ング用ＩＣの製造工程に即して各ボンディングパッド１
０５、１０３上およびパワーＧＮＤ配線１０７上のパッ
シベーション膜１１５を除去してその下に被覆されてい
た各ボンディングパッド１０５およびパワーＧＮＤ配線
１０７を露出させた後、このドライバＩＣ１０１の全面
に真空蒸着またはスパッタリングによってＴｉ薄膜を約
0.5μｍの厚さに形成し、引き続きＣｕ薄膜を約 0.5μ
ｍの厚さに形成する。

【００１５】続いてフォトレジストでこのドライバＩＣ
１０１の全面を覆い、フォトリソグラフィによりパワー
ＧＮＤ配線１０７に対応する部分の上のフォトレジスト
のみを除去してその下に被覆されていたパワーＧＮＤ配
線１０７のＣｕ薄膜からなる表面を露出させる。

【００１６】そしてこの露出したパワーＧＮＤ配線１０
７のＣｕ薄膜からなる表面上に電解めっきによりＣｕを
約10μｍ析出させた後、残ったレジストを剥離剤を用い
て除去する。そしてＣｕのエッチャントを用いてＣｕの
部分を上から約 0.5μｍ除去し、さらにＡｌを冒さない
エッチャントを用いてパワーＧＮＤ配線１０７以外の不
要な露出した厚さ約 0.5μｍのＴｉを除去する。こうし
てパワーＧＮＤ配線上のみに約 0.5μｍの厚さのＴｉ層
および約 0.5の厚さのＣｕ層とめっき膜からなるＣｕ膜
の合計約10μｍ以上の電流容量増強用配線１１３が形成
される。この電流容量増強用配線１１３の膜厚は、 5μ
ｍから15μｍが好ましい。あるいは、電流容量増強用配
線１１３の電気抵抗値が 0.4Ω以下になるようにその形
成材料、パターン幅および膜厚を設定することが好まし
い。

【００１７】本実施例においては、前述したようにパワ
ーＧＮＤパッド１０３をドライバＩＣ１０１の下辺近く
に配置しており、このパワーＧＮＤパッド１０３に接続
される、絶縁性基板１１７上に設けられたパワーＧＮＤ
リード１１９とこれに連なるパワーＧＮＤ配線１２１
は、前記のパワーＧＮＤパッド１０３よりも上方の出力
パッド１０５が列設されたドライバＩＣが実装される部
分には延設されていない構造となっている。

【００１８】ドライバＩＣ１０１の内部には、発熱体１
２３の各ドットごとに電圧印加を制御するためのスイッ
チング回路１２５がトランジスタアレイを用いて構成さ
れている。すなわちロジック回路部（図示省略）に一旦
保持された記録信号とイネーブル信号との論理積により
選択されたドット（発熱体１２３）に対応するスイッチ
ング回路１２５内のトランジスタ（図示省略）がＯＮと
なり、パワー電流が電流容量増強用配線１１３によって
増強されたパワーＧＮＤ配線１０７を通ってボンディン
グワイヤ１２７を介して絶縁性基板１１７上のパワーＧ
ＮＤリード１１９へ流れさらにパワーＧＮＤ配線１２１
へと流れる。そして図示は省略したがさらにプリント配
線板上のパワーＧＮＤ配線層や外部接続用コネクタを通
して外部の電源回路へと帰電される。

【００１９】このように、ドライバＩＣ１０１のパワー
ＧＮＤ配線１０７の上に電流容量増強用配線１１３を形
成することにより電流容量を増強して、このパワーＧＮ
Ｄ配線１０７および上に電流容量増強用配線１１３を、
従来の絶縁性基板１１７上に設けていた図２に示したよ
うなパワーＧＮＤ配線２１９の代りにパワーＧＮＤ配線
として電圧降下を起すことなく用いることができるよう
になる。これにより、従来の絶縁性基板１１７上に設け
ていたパワーＧＮＤ配線２１９およびパワーＧＮＤリー
ド２１５を省略することができるので、リード配線１１
１の引き回しのためのスペースを十分に取ることがで
き、またワイヤボンディングのための十分な距離を大き
く取ることができる。その結果、リード配線１１１の配
線密度を高くすることなく絶縁性基板１１７の外形寸法
の小型化を実現し、かつ印字濃度むらの発生を抑えて高
精細で高品位な印字を実現するサーマルプリントヘッド
を提供することができる。

【００２０】上述したように本発明に係るサーマルプリ
ントヘッドにおいては、 1個のドライバＩＣ１０１あた
りに接続されるリード配線１１１が配列形成される幅
は、幅ｂから幅ｃへと緩やかに幅を絞りこむことができ
るようになる。すなわち、 1個のドライバＩＣ１０１あ
たりに接続されるリード配線１１１群の最も配線密度の
高い部分での幅ｃは、発熱体１２３から直線的に引き出
された部分での幅ｂとの関係は、 ｃ＝ｂ− 2ｄ （ｄは第１ドットのパッド長さ）とな
る。

【００２１】一方、前述した図２に示すような従来のサ
ーマルプリントヘッドの場合では 1個のドライバＩＣ２
０１あたりに接続されるリード配線２０７群の最も配線
密度の高い部分での幅ｅは、発熱体２０５から直線的に
引き出された部分での幅ｂとの関係は、 ｅ＝ｂ− 2ｄ−ａ であった。上式からも明らかなように、本発明により絶
縁性基板１１７上から省略することのできたパワーＧＮ
Ｄ配線２１９の幅ａの分だけリード配線１１１およびそ
の端部の接続パッド１２９の形成可能面積を広く取るこ
とができる。

【００２２】また、記録密度 600ｄｐｉの高精細サーマ
ルプリントヘッドに本発明を適用した場合を例にとり、
前記の従来例と同様に64ドットを集積したドライバＩＣ
１０１の幅をｗ＝ 1.2ｍｍとすると、ドライバＩＣ１０
１の配列ピッチがｐ＝ 2.7ｍｍ程度であることから、ボ
ンディングワイヤ１２７に許される長さｌは概ね下記に
示す数式で決定される値となる。すなわち、 ｌ＝（ｐ−ｗ）／ 2、 ここでｐ＝ 2.7ｍｍ、ｗ＝ 1.2ｍｍであるから、ボンデ
ィングワイヤに許される長さｌは、ｌ＝0.75ｍｍとな
り、ボンディング可能な長さの条件；ｌ≧0.5 を十分に
満たすものとなる。

【００２３】一方、前述した図２に示すような従来のサ
ーマルプリントヘッドの場合では、ボンディングワイヤ
に許される長さｌ´は、 ｌ´＝（ｐ−ｗ−ａ）／2 となり、通常必要なパワーＧＮＤ配線２１９の幅ａが
0.8ｍｍ程度以上であるから、このときボンディングワ
イヤに許される長さｌ´は0.35ｍｍ以下となり、実際上
ボンディング不可能な長さしか取れなかったのである。
このように本発明によればワイヤボンディングを行なう
ことが十分に可能となる。

【００２４】ここで、前記の発熱体１２３については、
その一端を上記のようにリード配線１１１に接続される
とともに、他端をコモンリード１３１に接続されて、発
熱動作するための電圧が供給されるような回路構成に設
定されていることは言うまでもない。

【００２５】なお、以上の実施例においては、ドライバ
ＩＣ１０１内のパワーＧＮＤ配線１０７の上に形成する
電流容量増強用配線１１３として、Ｔｉ薄膜とＣｕ薄膜
とそれに続く電解めっきによるＣｕ膜を積層して形成し
たが、本発明に係る電流容量増強用配線１１３としては
このような材料構成のみには限定しない。その他の金
属、例えばＣｒ／Ａｕ薄膜および電解Ａｕめっき膜など
を用いてもよい。また、上記の薄膜として形成した部分
の膜厚をさらに厚く形成して厚さを稼ぎ、その上のめっ
き膜は省略するようにしてもよい。そしてこのような各
場合においても、電流容量増強用配線１１３の電気抵抗
値や膜厚を前述のような値に設定することが望ましいこ
とは言うまでもない。

【００２６】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、本発明のサーマルプリントヘッドの各部位の形成材
料などの変更が種々可能であることは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、リード配線１１１密度を低く抑えるとと
もに絶縁性基板１１７の外形寸法の小型化を実現し、か
つ印字濃度むらの発生を抑えて高品位な高精細印字を実
現することのできるサーマルプリントヘッドを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルプリントヘッドの主要部の構
造を示す一部省略平面図（ａ）および断面図（ｂ）。

【図２】従来のサーマルプリントヘッドの主要部の構造
を示す断面図。

【符号の説明】

１０１…ドライバＩＣ、１０３…パワーＧＮＤパッド、
１０５…出力パッド、１０７…パワーＧＮＤ配線、１０
９…絶縁膜、１１１…リード配線、１１３…電流容量増
強用配線、１１５…パッシベーション膜、１１７…絶縁
性基板、１１９…パワーＧＮＤリード、１２１…パワー
ＧＮＤ配線、１２３…発熱体、１２５…スイッチング回
路、１２７…ボンディングワイヤ、１２９…接続パッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発熱体と、前記複数の発熱体各々
   にリード配線を介して接続される出力パッドが形成され
   て印字データに基づいて前記発熱体に電圧を印加するド
   ライバＩＣとが絶縁性基板上に配置されたサーマルプリ
   ントヘッドにおいて、 前記複数の発熱体の列に対してほぼ直交方向に配列され
   た出力パッドと、該出力パッド列にほぼ平行して設けら
   れたパワーＧＮＤ配線と、該パワーＧＮＤ配線上に積層
   形成された電流容量増強用配線とを有するドライバＩＣ
   と、 前記出力パッド列に沿って前記絶縁性基板上に配置され
   該出力パッドにボンティングワイヤを介して接続される
   接続パッドが一端に形成され、他端が前記発熱体に接続
   されたリード配線とを具備することを特徴とするサーマ
   ルプリントヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１記載のサーマルプリントヘッド
   において、 前記電流容量増強用配線が、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉのうち少
   なくともいずれかを材料として用いて積層形成された多
   層膜であることを特徴とするサーマルプリントヘッド。