JPH08150749A

JPH08150749A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JPH08150749A
Application number: JP29758594A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Katsuyama; 茂勝山; Shinji Hirata; 伸二平田; Hideo Noguchi; 秀生野口; Takuji Hashiguchi; 拓二橋口; Hitoshi Takao; 仁志鷹尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】感熱記録媒体に濃度むらのない良好な印字画像
を形成することが可能な小型のサーマルヘッドを提供す
る。【構成】多数の発熱抵抗体１２と、該発熱抵抗体１２に
接続される個別電極配線１３及び共通電極配線１４と、
前記発熱抵抗体１２を選択的に駆動させる複数個の駆動
用ＩＣ１５と、複数個の配線１８を有し、前記駆動用Ｉ
Ｃ１５に外部電気回路からの制御信号を供給する配線基
板１７とから成るサーマルヘッドであって、前記駆動用
ＩＣ１５は、下面に出力電極１５ａ、上面に入力電極１
５ｂを有し、該出力電極１５ａに前記個別電極配線１３
が、入力電極１５ｂに前記配線基板１７の配線１８が各
々フリップチップ接続により接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワードプロセッサやフ
ァクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマ
ルヘッドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、図７に示す如
く、長方形状をなすアルミナ製セラミック基板１の上面
に、窒化タンタル等からなる多数の発熱抵抗体２と、該
各発熱抵抗体２に接続される個別電極配線３及び共通電
極４と、前記個別電極配線３に半田等を介して接続され
る複数個の駆動用ＩＣ５と、該駆動用ＩＣ５を駆動する
ための種々の制御信号が入力される制御信号線６とを取
着し、該セラミック基板１の一端に、前記共通電極４及
び制御信号線６をプリンタ装置と接続する複数個の配線
７ａを有したポリイミド樹脂製の配線基板７を半田を介
して接続した構造を有しており、前記駆動用ＩＣ５の駆
動に伴い個別電極配線３及び共通電極４間に所定の電力
を印加し、発熱抵抗体２を印字信号に基づいて選択的に
ジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱記録
媒体に伝導させ、感熱記録媒体に所定の印字画像を形成
することによってサーマルヘッドとして機能する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、多数の発熱抵抗体２が
設けられているセラミック基板１の上面に、複数個の駆
動用ＩＣ５を取着する領域Ａと樹脂基板７を半田接合す
るための領域Ｂとが必要であることから、セラミック基
板１の面積が大となってしまい、このことがサーマルヘ
ッドを小型化するにあたって大きな障害となっていた。

【０００４】また前記セラミック基板１を形成するアル
ミナの熱膨張率（６×１０^-5１／℃）が配線基板７を形
成するポリイミド樹脂の熱膨張率（４×１０^-4１／℃）
と大きく相違しており、この両者を半田接合した後、室
温に冷却すると、セラミック基板１及び配線基板７に大
きな応力が印加され、サーマルヘッドが前記応力によっ
てセラミック基板１側を突出させた形に湾曲する。この
結果、全ての発熱抵抗体２を感熱記録媒体に対し均一な
強さで押圧することが不可となり、感熱記録媒体に印字
画像の濃度むらが形成されるという欠点を有していた。

【０００５】

【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑みて案出されたも
ので、その目的は、感熱記録媒体に濃度むらのない良好
な印字画像を形成することが可能な小型のサーマルヘッ
ドを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、多数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接続される個
別電極配線と、前記発熱抵抗体を選択的に駆動させる複
数個の駆動用ＩＣと、複数個の配線を有し、前記駆動用
ＩＣに外部電気回路からの制御信号を供給する配線基板
とから成るサーマルヘッドであって、前記駆動用ＩＣ
は、下面に出力電極、上面に入力電極を有し、該出力電
極に前記個別電極配線が、入力電極に前記配線基板の配
線が各々フリップチップ接続により接続されていること
を特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。

【０００８】図１は本発明のサーマルヘッドの一実施例
を示す平面図、図２（ａ）は図１のＸ−Ｘ線断面図、図
２（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線断面図であり、１１はセラミ
ック基板、１２は発熱抵抗体、１３は個別電極配線、１
５は駆動用ＩＣ、１６は半田バンプ、１７は配線基板、
１８は配線、１９は封止材、２０は放熱板である。

【０００９】前記セラミック基板１１はアルミナ等から
成っており、例えば、アルミナ、シリカ、マグネシア等
のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加
混合して泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクタ
ーブレード法やカレンダーロール法等を採用することに
よってセラミックグリーンシートを形成し、しかる後、
前記セラミックグリーンシートを長方形状（長辺方向の
長さ：２７０ｍｍ、短辺方向の長さ：５〜１２ｍｍ）に
打ち抜き加工するとともに高温で焼成することによって
製作される。

【００１０】また前記セラミック基板１１の上面には、
該基板１１の一方の長辺に沿って直線状に配列された多
数の発熱抵抗体１２と、該各発熱抵抗体１２に接続され
る個別電極配線１３及び共通電極１４と、前記発熱抵抗
体１２の配列と略平行に配列され前記個別電極配線１３
に半田を介して接続される複数個の駆動用ＩＣ１５とが
取着されている。

【００１１】前記発熱抵抗体１２は、例えば窒化タンタ
ル等から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有
しているため、個別電極配線１３及び共通電極１４を介
して所定の電力が印加されると、ジュール発熱を起こ
し、印字画像を形成するのに必要な所定の温度、例えば
２００℃乃至３５０℃の温度に発熱する。

【００１２】また前記発熱抵抗体１２に接続される個別
電極配線１３及び共通電極１４はアルミニウム等から成
っており、発熱抵抗体１２にジュール発熱を起こさせる
ために必要な所定の電力を印加する作用を為す。

【００１３】尚、前記発熱抵抗体１２、個別電極配線１
３及び共通電極１４は従来周知のスパッタリング法及び
フォトリソグラフィー技術を採用することによってセラ
ミック基板１１の上面に所定パターン、所定厚み（発熱
抵抗体１２は０．０１μｍ乃至０．５μｍの厚み、個別
電極配線１３及び共通電極１４は０．５μｍ乃至２．０
μｍの厚み）に被着される。

【００１４】更に前記個別電極配線１３は、図３及び図
４に示す如く、発熱抵抗体１２の配列方向に対し角度α
だけ傾斜した方向にその配列間隔を狭くしながら導出さ
れるとともに、前記発熱抵抗体１２の配列方向に対し角
度βを形成する線を起点として発熱抵抗体１２の配列方
向と直交する方向に折り曲げられている。

【００１５】ここで個別電極配線１３にかかる前記角度
α及び角度βを、関係式：ｓｉｎ²( α＋β）≧ｃｏｓ
²βを満足する値に設定しておけば、個別電極配線１３
の配列間隔が狭くなっている領域Ｉにおいて、隣接する
個別電極配線１３間の距離に余裕をもたせることがで
き、個別電極配線１３をフォトリソグラフィー技術等に
よって形成するにあたり、個別電極配線１３の短絡等が
発生することを少なくなすことができる。従って個別電
極配線１３にかかる前記角度α及び角度βを、関係式：
ｓｉｎ²( α＋β）≧ｃｏｓ²βを満足する値に設定し
ておくことが好ましい。

【００１６】また前記個別電極配線１３は、図５に示す
如く、セラミック基板１１の他方の長辺まで導出され、
該導出部に前記他方の長辺に沿って千鳥状に配列された
接続端子１３ａを有している。

【００１７】前記接続端子１３ａは、個別電極配線１３
の一部上面に、ニッケルめっき、及び／又は、金めっき
を被着させることによって形成されており、個別電極配
線１３を後述する駆動用ＩＣ１５の出力電極１５ａに半
田１６ａ、或いは、異方性導電膜を介して接続する作用
を為す。

【００１８】また前記個別電極配線１３は、その接続端
子１３ａが駆動用ＩＣ１５の出力電極１５ａにフリップ
チップ接続によって接続されている。

【００１９】前記駆動用ＩＣ１５は、そのベースが単結
晶シリコン（熱膨張率：７．６×１０^-6℃^-1）により形
成されており、外部より入力される印字信号や種々の制
御信号に基づいて発熱抵抗体１２を選択的にジュール発
熱させる作用、具体的には、個別電極配線１３及び共通
電極１４を介して発熱抵抗体１２に印加される電力のオ
ン・オフを制御する作用を為す。

【００２０】尚、前記駆動用ＩＣ１５の個別電極配線１
３への接続は、出力電極１５ａ上に高融点半田（融点：
約２５０℃）から成るバンプ１６ａを設け、これが個別
電極配線１３の接続端子１３ａに当接するようにして駆
動用ＩＣ１５をセラミック基板１１上に載置させ、しか
る後、これを２５０℃〜２８０℃の温度に加熱した炉の
中に入れ、半田バンプ１６ａを加熱溶融させることによ
って行われる。

【００２１】この場合、前記個別電極配線１３の接続端
子１３ａは千鳥状に配列されているため、駆動用ＩＣ１
５を個別電極配線１３に半田接合するにあたって全ての
半田１６ａが溶融した際、駆動用ＩＣ１５は２列に配列
した複数個の半田によってセラミック基板１１の上面で
安定した状態で支持される。

【００２２】また前記駆動用ＩＣ１５に半田接合される
接続端子１３ａは、図５に示す如く、その面積が各駆動
用ＩＣ１５の中心から離れる程、大きくなるように形成
されており、これに接続される半田バンプ１６ａの体積
も前記接続端子１３ａの面積に応じた量と成してある。

【００２３】図６は、駆動用ＩＣ１５の中心から半田バ
ンプ１６ａが設けられた位置までの距離ｄ（横軸）と、
半田バンプ１６ａに印加される単位面積当たりの応力の
大きさ（縦軸）との関係を示すグラフであり、同図によ
れば、前記距離ｄが長くなるほど、半田バンプ１６ａに
印加される応力も大きくなっていることが判る。従って
各半田バンプ１６ａに印加される応力の大きさが一定と
なるように各接続端子１３ａの面積を設定しておけば、
セラミック基板１１と駆動用ＩＣ１５とをより強固に接
続することができ、駆動用ＩＣ１５のセラミック基板１
１に対する接続信頼性を向上することができる。具体的
には、駆動用ＩＣ１５の中心からｄｍｍ離れた位置の接
続端子１３ａの面積は、（駆動用ＩＣ１５の中心に位置
する接続端子１３ａの面積）と（図６のｄｍｍの縦軸
値）との積に設定され、例えば、駆動用ＩＣ１５の中心
（ｄ＝０）に設けられる接続端子１３ａの面積が２．０
×１０^-3ｍｍ²であるとき、駆動用ＩＣ１５の中心から
１．６７ｍｍ離れた位置に設けられる接続端子１３ａの
面積は４．０×１０^-3ｍｍ²に設定される。

【００２４】前記駆動用ＩＣ１５の上面にはまた、入力
電極１５ｂが設けられており、該入力電極１５ｂは、外
部電気回路からの印字信号や種々の制御信号等を駆動用
ＩＣ１５に供給する配線基板１７の配線１８に対してフ
リップチップ接続により接続されている。

【００２５】前記配線基板１７は、例えば、ポリイミド
樹脂（熱膨張率：約４×１０^-4１／℃）からなるベース
フィルム上に銅箔等からなる複数個の配線１８を被着さ
せ、これを更にポリイミド樹脂からなるカバーフィルム
で被覆した構造を有しており、該配線基板１７の両端部
近傍には、所定のスリットｓが形成され、該スリットｓ
の内側領域１７Ａで駆動用ＩＣ１５の出力電極１５ｂに
接続されるとともに、スリットｓの外側領域１７Ｂでセ
ラミック基板１１上の共通電極１４に接続されている。

【００２６】このように前記駆動用ＩＣ１５は、下面に
出力電極１５ａ、上面に入力電極１５ｂを有し、該出力
電極１５ａに前記個別電極配線１３が、入力電極１５ｂ
に前記配線基板１７の配線１８が各々フリップチップ接
続により接続されていることから、セラミック基板１１
の上面に制御信号線等を取着したり、或いは、これらを
配線基板１７と接続するための領域をセラミック基板１
１の上面に別途設ける必要がなくなり、セラミック基板
１１の面積を極めて小さくなすことができる。これによ
ってサーマルヘッドを小型化することが可能となる。

【００２７】尚、前記配線基板１７と駆動用ＩＣ１５と
の接続は、まず半田バンプ１６ｂ（融点：約１８０℃）
を被着させた配線１８を、駆動用ＩＣ１５の上面に設け
た入力電極１５ｂに当接するようにして駆動用ＩＣ１５
上に載置し、しかる後、これを２００℃乃至２３０℃の
温度に加熱した炉の中に入れ、半田を加熱溶融すること
によって行われる。

【００２８】このように駆動用ＩＣ１５と、配線基板１
７及びセラミック基板１１とを半田によって接続すれ
ば、セラミック基板１１と配線基板１７との間に介在さ
れる２つの半田バンプ１６ａ、１６ｂがそれぞれ変形し
て応力を吸収するため、セラミック基板１１と配線基板
１７とを直に半田接合する場合に比し、サーマルヘッド
の湾曲を有効に防止するとともに、全ての発熱抵抗体２
を感熱記録媒体に対して一定の強さで押圧し感熱記録媒
体に濃度むらのない良好な印字画像を形成することが可
能となる。

【００２９】また前記駆動用ＩＣ１５を、配線基板１７
及びセラミック基板１１と半田によって接続する場合、
前記半田バンプ１６ｂの融点を、前記半田バンプ１６ａ
の融点よりも低く設定しておけば、駆動用ＩＣ１５と配
線基板１７とを半田接合する際に駆動用ＩＣ１５とセラ
ミック基板１１とを接続する半田１６ａが変形するのが
有効に防止される。従って前記半田バンプ１６ｂの融点
を、前記半田バンプ１６ａの融点よりも低く設定してお
くことが好ましい。

【００３０】尚、駆動用ＩＣ１５とセラミック基板１１
及び駆動用ＩＣ１５との接続部は、エポキシ樹脂等から
なる封止材１９によって被覆されており、該封止材１９
によって、駆動用ＩＣ１５及びその接続部を大気中に含
まれる水分等の接触による腐食から保護している。

【００３１】また更に前記セラミック基板１１及び配線
基板１７は、上述の如く、相互に接続された状態で放熱
板２０上に接着固定されている。

【００３２】前記放熱板２０は、アルミニウム等の良熱
伝導性材料から成っており、セラミック基板１１の熱の
一部を吸収し大気中に放散することによってセラミック
基板１１の温度状態を良好に維持する作用を為す。

【００３３】前記放熱板２０は、アルミニウムからなる
インゴット（塊）を従来周知の金属加工法を採用し、所
定形状になすことによって製作されており、該放熱板２
０の上面にセラミック基板１１等をシリコーン樹脂等を
介して載置させることによって両者は接着固定される。

【００３４】かくして、本発明のサーマルヘッドは、駆
動用ＩＣ１５の駆動に伴って個別電極配線１３及び共通
電極１４間に所定の電力を印加し、発熱抵抗体１２を印
字信号に基づいて選択的にジュール発熱させると共に、
該発熱した熱を感熱記録媒体に伝導させ、感熱記録媒体
に所定の印字画像を形成することによってサーマルヘッ
ドとして機能する。

【００３５】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において
種々の変更、改良等が可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、セラミック基板の上面
に制御信号線等を取着したり、或いは、これらを配線基
板に接続するための領域をセラミック基板の上面に別途
設ける必要がなくなり、これによってセラミック基板の
面積を極めて小さくなすことができるようになり、サー
マルヘッドの小型化が可能となる。

【００３７】また本発明によれば、配線基板とセラミッ
ク基板とを半田接合した後、これを室温に冷却したと
き、セラミック基板と配線基板との間に介在される２つ
の半田バンプがそれぞれ変形して応力を吸収することに
より、セラミック基板と配線基板とを１個の半田バンプ
で直接接合する場合に比し、半田バンプに印加される応
力が小さくなり、サーマルヘッドの湾曲が有効に防止さ
れる。これによって全ての発熱抵抗体を感熱記録媒体に
均一な強さで押圧することができるようになり、感熱記
録媒体に濃度むらのない良好な印字画像を形成すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施例を示す平面
図である。

【図２】（ａ）は図１のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）は図１
のＹ−Ｙ線断面図である。

【図３】図１に示すサーマルヘッドの個別電極配線パタ
ーンを示す平面図である。

【図４】図３のＺ部拡大平面図である。

【図５】個別電極配線と駆動用ＩＣとの接続状態を示す
平面図である。

【図６】半田バンプに印加される応力の大きさを示すグ
ラフである。

【図７】従来のサーマルヘッドの平面図である。

【符号の説明】

１１・・・セラミック基板１２・・・発熱抵抗体１３・・・個別電極配線１４・・・共通電極１５・・・駆動用ＩＣ１５ａ・・・出力電極１５ｂ・・・入力電極１６ａ、１６ｂ・・・半田バンプ１７・・・配線基板１８・・・配線１９・・・封止材２０・・・放熱板ｓ・・・・スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋口拓二鹿児島県姶良郡隼人町内999番地３京セラ株式会社隼人工場内 (72)発明者鷹尾仁志鹿児島県姶良郡隼人町内999番地３京セラ株式会社隼人工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接続
される個別電極配線と、前記発熱抵抗体を選択的に駆動
させる複数個の駆動用ＩＣと、複数個の配線を有し、前
記駆動用ＩＣに外部電気回路からの制御信号を供給する
配線基板とから成るサーマルヘッドであって、前記駆動用ＩＣは、下面に出力電極、上面に入力電極を
有し、該出力電極に前記個別電極配線が、入力電極に前
記配線基板の配線が各々フリップチップ接続により接続
されていることを特徴とするサーマルヘッド。