JPS6027545A - マトリツクス印刷ヘツドの製造方法 - 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、非衝撃式プリンター用のマトリックス印刷ヘ
ッドに関するものである・ 〔従来技術〕 周知の非衝撃式印刷システムでは、記録しようとする情
報を示す電界を、記録材料と連動する印刷ヘッドを用い
て電気感応性のある記録材料に印加することによって、
印刷しようとする情報を電気感応性インキをしみ込ませ
た記録材料上に印刷することができる。高い抵抗率をも
つ材料製の基板、該基板上に選択的に配列され、電気信
号をそこに送るための導体と接続された複数の電極を含
むこの種の印刷ヘッドはよく知られている。

かかる印刷ヘッドを製造する通常の方法では、基板がセ
ラミックや樹脂やシリカなどの絶縁材製の場合、細い線
を基板中に埋め込むことによって、ピン電極が基板上に
形成され、または基板が導体製の場合は、ガラス毛細管
中に封入した細い線を基板中ＰＣ埋め込むことによって
電極針が形成されるＯ また、可撓性プリント回路板上に通常の銅線回路をプリ
ントして電極を形成し、この回路板を機械的にサンドイ
ンチ状にしめつけて、印刷ヘッドを形成することが知ら
れている。かかる印刷ヘッドの物理的寸法は、形成され
る電極針が例えば、０．２３ミリメートル以下のオーダ
ーになるよう小さいことが必要である“。上記に述べた
通常の方法は、小さな寸法と狭℃・許容差が要求される
ために、印刷ヘッドが製造し難く、耐久性がなく高価で
あるという欠点をもっている〇 電子パッケージングにおける比較的最近の一つの革新は
、多層セラミック（以下、ＭＬＣと称する）・モジュー
ルの開発であった。この技術では、一時性有機結合剤に
よって結合されたセラミック粉末の「グリーンコシート
を、スクリー７　印刷によって塗布された貴金属または
耐火金属（通常はそうであるが、必ずしもその必要はな
い）でメタライズする＠メタライズされたシートをスタ
ックし、積層し、焼成して、モノリシック−セラミック
ー金属パッケージを形成する。

ＭＬＣ技術は、よく知られている。米国特許第４０８２
９０６号は、多層セラミック書コンデンサ、ならびにグ
リーン働セラミック・テープをキャストし、銀／パラジ
ウム金属ペーストでシルク・スクリーニングし、その後
にテープ切片をスタックし、積層してモノリシック構造
を作り、次にクリーン・チップを焼結して、焼成モノリ
シック多層セラミック・シンデンサーを得るものである
。

米国特許第４１９２６９８号には複数のグＩＪ−ンφセ
ラミック層の各表面上に電極化インキの膜を付着させ、
次にグリーン層のスタックを作り、グリーン・セラミッ
クを焼成して、セラミック層を熟成させ、インキを金属
電極妊変形してモノリシック・セラミック・コンデンサ
ーを製造する方法が開示されている・ ＩＢＭ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　
Ｂｕｌｌｅｔｉｎ第８巻第１０号、１９６６年６月刊第
１５０７〜１３０８頁には多層セラミック構造の毛細管
を形成するのに有用なペーストが開示されているりこの
毛細管ペーストは、クリーン・セラミックの焼結温度ま
たはそれ以下で揮発するが積層温度では揮発性をもたな
い昇華性固体と、この固体用の溶媒と、分解可能な金属
レンネイト（ｒｅｓｎａｔｅ　）から成って見・る□毛
細管形成ペーストを、シルクｅスクリー＝ングによって
、互いにスタックされ積層された分離したグリーン・セ
ラミック・シート上に付着させる。焼結すると、積層さ
れたシートは融着して、シート間にはつきりした境面を
もだな℃・一体的集合体となる。次に融解した導体を形
成された開口部に導入して、セラミック中に電気導体径
路を完成することができる。

米国特許第３２３５４２８号は、互いに均一に且つじか
に接着されてはいるが、電気的には互いに絶縁されてい
る半導体または類似物質の個々のウェハの単一アレイの
製造方法を開示している。

この方法によれば、接着媒体として絶縁カラスを使用し
て複数の半導体スライスを互いに接着し、これにより薄
い絶縁カラスのセメント層で分離された半導体層を含む
接着構造が作り出される０次にこの層状構造を横方向に
切断して、やはり同様に互いに接着された一連のスライ
スにする０次にこの接着構造を再度切断して、スライス
にしその結果としてそれぞれが薄いガラス性絶縁膜によ
って互いに接着された個々の半導体ウェハの７レイから
構成される一連のスライスが生成される。

米国特許！３９５０２００号には平らな紙シートの片面
に抵抗素子と電気導体の回路パターンをプリントし、こ
の回路パターンと平らな紙の表面をキャリア樹脂層で傍
い、平らな紙シートを剥がし、回路パターンを担持する
残ったキャリア層を、回路パターンが下側になるように
して予め整形された絶縁基板の表面上に置き、基板上に
置いたキャリア層を加熱して、それを焼き払い、回路パ
ターンを基板表面に付着させることによって、熱印刷ヘ
ッドを製造する方法が開示されている〇Ｉ　ＢＭ　Ｔｅ
ｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔ
ｉｎ第２５巻第７ａ号、１９８２年１２月刊、第５５２
７〜２８頁は非衝撃式プリンター用の一体式モジュラー
書込みヘッドに関係するものである。ここに記述された
書込みヘッドは、ＭＬＣなど適当なモジュール技術を使
用して、必要な印刷エレメントとその制御回路およびド
ライバーを一つのパッケージ中に一体化したものである
＠印刷エレメントとそれに関連する回路構成を一体化し
て、必要な全てのエレメントを含む単一印刷ヘッド量ユ
ニットにすることは、低エネルギー電気化学印刷技術に
よって可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、多層セラミック技術を用いてマ）　Ｉ
Ｊラックス刷ヘッドを製造する安価且つ便利な方法を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の主要工程ステップは、下記のものを含んでいる
。

まず、多数のグリーン・セラミック・シート中の標準グ
リッド・パターン上に予め定めた孔のパターンを開ける
。

第２に、孔のあいたグリーン舎セラミック・シートを電
極化ペーストで例えばスクリーニングして孔にペースト
を詰める。

第３に、ペーストが詰められた孔が整列するようにグリ
ーン・セラミック・シートを積層する。

第４に、セラミック絶縁体をグリーン・チップの表面の
上記ペースが詰められた孔と同軸位置に例えばエンボシ
ングにより形成する。

第５に、前記第４のステップにより得られた生成物に対
し上記エンボシングにより形成された絶縁体と実質的に
厚さの等しい例えば二酸化ルテニウムが成る導電層を形
成する。

第６に、前記第６のステップにより得られた生成物を例
えば空気中で１０００°Ｃ以下で焼結する・第７に、焼
結されたアセンブリーの表面を例えばラップ仕上げして
、平滑なとぎれのない表面を形成する＠ 〔実施例〕 次に、添付の図面に示すような実施例に関して、本発明
の詳細な説明する。本発明の方法によれば、第１図に示
すステップによって分子（ｍｏｌｅｃｕｌｏｒ　）マト
リックス・プリンタ（ＭＭＰ　）印刷ヘッドが製造でき
る。ステップ１で、クリーン・セラミック基板を準備す
る。本発明用に選択されるセラミックは、先行技術で未
焼成のグリーン基板を形成するために使用されるカラス
・セラミック材料中から自由に選ぶことができる。本発
明で使用される良好なガラス型セラミックは、菫青石ま
たはユウ輝石セラミックである。かかる材料の例は米国
％杵築４２３４２６７号および米国特許第４３０１５２
４号に開示されているＯ 使用する絶縁体は、エンボシングと焼結の後に輪郭が十
分にはつきりする特性をもつべきであり、ラップ仕上げ
に耐えられる充分な強度をもたねばならない。使用する
絶縁基板は、１０００°Ｃ以下で焼結でき、１０００°
Ｃ以下で濃密焼結するものとする。この材料は、輪郭が
十分にはつきりする特性を維持するため焼結温度で高い
粘性をもつ。

米国特許第４１９２６９８号を参照されたい。

本発明で使用するセラミックの寸法はそれほど重要でな
く、先行技術で通常使用される寸法のうちから選ぶ・典
型的な場合、約１μ乃至約７μのオーダーであり、希望
する場合または必要な場合、粒度を小さくするためのボ
ール・ミリングまたはバイブロｅミリングなど通常の手
順によってこの寸法範囲を調節することができる＠ 先行技術でよく知られているように、グリーン・セラミ
ック基板は、特定のセラミック材料および高分子結合剤
から形成される。本発明で使用する高分子結合剤は、先
行技術で使用される高分子結合剤から自由に選ぶことが
できる。本発明において使用することが好ましいグリー
ン・セラミツり・シート用結合剤は、例えばポリビニル
・ブチラール、ポリビニルｅホルマール、ポリ酢酸ビニ
ル、ポリ酢酸ビニルであり、フタール酸ジオクチルやフ
タール酸ジプチルなどの可塑剤を併用する。

米国特許第４１０４３４５号にその例が示されている。

高分子結合剤の分子量は重要でなく、先行技術で使用さ
れる分子量から自分に選ぶことができる。

典型的な場合、重量平均法でめて、約５０，０００〜４
５，０（１０のオーダーである。当該技術の専門家なら
察知するように、本発明はこれに限定されるわけではな
く、高分子結合剤が、グリーン・セラミック構造を形成
するのに使用されるスラリーを容易に形成でき、グリー
ン・シートを加工中に適描に取り扱うことができるだけ
の充分な強度をもたらし、また焼結中に容易に揮発して
焼成セラミック基板の形成中にきれいに除去できる分子
量ならばどのような値でもよい。

グリーン−セラミック・シートの形成において、基本的
な成分は、粒子状のセラミック材料と上記の特性を示す
高分子結合剤だけである。

本発明にもとづいてグリーン・セラミック・シートを形
成するために利用されるスラリーは典型的な場合溶媒を
使用して形成される。溶媒の性質は重要ではな（、先行
技術で通常使用されるものの中から選ばれる。典型的な
溶媒としては、ＭＩＢＫ（メチルイソブチルク上ン、）
、およびメタノ・ミルをあげることができる。

本発明のグリーン・セラミック・シートを形成するため
に利用されるスラリーは、先行技術で通常使用される成
分比を有する。典型的な場合では、完成グリーン−シー
トに対して約８５乃至約９４重量％のセラミック粒子と
約６乃至約１５重量ぞの重合体からなっている。ただし
、これに限定されるわけではない。スラリーの形に可溶
化するための溶媒の範囲は、スラリー重量に対して溶媒
約２３乃至約３５重量％である・ 本発明のスラリーおよびグリーン・セラミック・シート
は、先行技術による通常の手Ｊ＠に従って形成される。

しかしながら、典型的な場合では、セラミック材料を適
正な比率で計り分け、希望する場合または必要な場合に
は粒度を調節し、所期の一般的プ２スナック樹脂などの
有機結合剤、可塑剤および溶媒といった各組成成分を別
々に混合し、次にセラミック・ペーストと有機ペースス
ト・を計力分けて、ボール・ミル中で混合する。それか
ら得られるスラリー（スリップと呼ばれることが多い）
をＭｙｌａｒ（登録商標）のウェブ上へのドクター・プ
レーディングによってテープ中に注入し、スラリーをブ
レード散布して均質フィルムにする。スラリーヲＭｙｌ
ａｒ（登録商標）のウェブ上に散布した後、典型的な場
合には、充分の溶媒が蒸発して移動させたときスラリー
が流れないようになるまで、それを放置する。こうして
部分乾燥したスラリーを完全に乾燥させ、次にＭｙｌａ
ｒ（登録商標）のバッキングから取り外すと、以後の操
作にすぐ使用できる状態になる。

典型的な場合、この時のグリーン・セラミック・シート
は、寸法がかなり大きいので、通常は加ニブランクをグ
リーン１セラミツク・シートから切り離し、加ニブラン
ク中に均一な標準グリッド・パターンで孔を選択的に形
成する。グリーン・セラミック基板のスリップ・キャス
トは、一般に厚さ０．０２５乃至０．５８ｍｍ、好まし
くは０．２０乃至０．２８　ｍｍである。グリーン・セ
ラミック基板中にあける孔は、直径約０．１５乃至約０
．２５ｍｍである。

ステップ２２は、クリーン−シート加ニブランク中に形
成した孔１２をがたまりのな℃・電極化インキを用いた
通常のやり方でシルク・スクリーニングによって充填す
る〇一般に、コネクタ１３を形成するために使用する電
極化材料は、酸化性焼結雰囲気に適合するものでなけれ
ばならない・良好な電極化材料には、金、銀、銀−白金
−パラジウムおよび金−白金−パラジウム−ペーストが
含まれる。最も良いのは、通常の有機結合剤系中に銀パ
ラジウム粉末を含む、市販の電極化べ〜ストである。

ステップ３では、第１図に示したグリーン・セラミック
働ブランク１１のスタックが形成され、それが完成モジ
ュールとなる。グリーンψセラミック・ブランクのスタ
ックを一般に登録ピン上にスタックすることによってペ
ーストが詰められた孔１２が、整列するように並べる。

次にこのスタックを積層プレス中に置き、適度の熱と圧
力を、例えば典型的な場合では、約２５００乃至約６０
００ＰＳＩより好ましくは２９００乃至４５００ＰＳＩ
の圧力および約７５乃至約９０°Ｃより好ましくは７１
乃至７５°Ｃの熱を約２乃至約５分間加えて、グリーン
・シート・ブランク中の熱可塑性接着剤が軟化して、各
層が互いに融着しく第２図）、ペーストが充填された孔
１２の周りで変形して電極１５を完全忙封入するように
する。

上記手順の後、ステップ４では、ペーストが詰められた
孔１２と同軸位置で各電極１３を囲むセラミック円環体
１４のパターンを、積層構造の一番上のグリーン・セラ
ミック層上にエンボスする。

エンボシングを具体的にどのように行うかは重要ではな
いが、例えば型（６山ら・）を用いて一番上のグリーン
・セラミック層に所期パターンを印刻することによって
実施される。

エンボシング条件は重要ではないが、典型的な場合では
、約７５乃至約９０°Ｃより好ましくは、７１乃至７５
°Ｃの温度下で約５００乃至約６０００ＰＳＩの圧力で
エンボシングを行う。所要によりエンボシングおよび積
層を１ステツプで実施することができる。こうしてエン
ボシングにより形成されたセラミック円環体は、典型的
な場合、外径約０．２８Ｘ０．２０ｍｍ、内径０２ろＸ
　０．１５　ｍｍの楕円形である０ ステップ５では、電極材料１６をモジュールの一番上の
層上に、エンボスシングにより形成されたセラミック円
環体１４と実質的に等しい厚さの層として、スクリーニ
ングする。第６図に示すように、電極材料をセラミック
円環体１４の内側１５と外側に付着させる。これは各電
極に対する絶縁体の働きをする。

円環体のパターンは、第６図に示す如きＭＬＣ［＝の一
番上のセラミックーブランク上に形成すべき完成電極マ
トリックス・パターンに対応する。

当該技術の専門家なら察知できるように、使用する電極
材料は、電解印刷反応分解を避けるため、基本的に不活
性でなければならない。その上、これは良導体で、安価
で、ち密な表面をもつものでなければならない。二酸化
ルテニウムを使用するのが好ましく・。何故なら、この
物質は導電性をもつとともに白金などの貴金属電極をも
分解する、印刷用に染料中で使用される臭素イオンと接
触する際に耐食性を示すためである。電極を形成するの
に使用される二酸化ルテニウムは、市販のペーストから
得ることができる。

ステップ６では、二酸化ルテニウムでスフ１フーニング
したセラミック・モジュールを空気中で約６５０乃至約
９５０°Ｃで約５分乃至約２時間焼結する。焼結温度は
、約８５０”０〜９６５°Ｃとすることが好ましい。還
元性雰囲気は二酸化ルテニウムを還元して臭素イオンに
よる腐食に対して抵抗力をもたない金属ルテニウムにす
るので、使用できない。従って、酸化性雰囲気を使用し
なければならない。酸化性雰囲気としては空気が好まし
い。

焼結ステップでは、二酸化ルテニウムを硬質セラミック
基板とセラミック円環体に融着して単一構造を形成する
。使用されるカラス・セラミック基板の性質のために、
チップのゆがみは基本的に無視できる。

完成した印刷ヘッドは、極めて平滑な表面を必要とし、
従ってステップ７では二酸化ルテニウム電極とセラミッ
ク円環体をラップ仕上げ操作によって仕上げる。本発明
で使用するラップ仕上げ法は先行技術で使用されてきた
ラップ仕上げ法から自由に選択できる。典型的な場合に
は、市販の表面研摩材を用いて、ラップ仕上げを実施す
る・ステップ７のラップ仕上げ操作の後、印刷ヘッドの
表面は、セラミック円環体１４の内側に付着させた二酸
化ルテニウムによって形成される電極パターンをもち、
円環体間の二酸化ルテニウムによって形成される共通接
地面から円環体によって絶縁された平滑なとぎれのない
表面となる０ステツプ７により得られた生成物を第６図
に示す。この生酸物は、各種後焼結操作、例えば、ビン
ろ５接、チップ接合などをいつでも始められる状態にあ
るＱ以上本発明を一般的に説明してきたが、現在良好な
本発明の最良の実施方法を例示するため、以下に具体例
を示す。

ここで示す例において、完成ＭＬＣ構造は、それぞれ厚
さ０．２０ｍｍ、寸法１．５　ｍｍ　Ｘ　３　Ｘ５ｃｒ
ｎ（１＆２インチ）の層を２０層含んでいる。使用する
セラミック・フリットの組成は次の通りである。Ｓ　１
ｏ２５０．６％、駁ｇ０２４．２％、Ａ７２０３２１．
２％、Ｐ２Ｏ５２０％、Ｂ２Ｏ５２０％、その平均粒度
は、３μである。選んだ結合剤は、ポリビニルブチラー
ルと可塑剤、例えば安息香酸ジプロヒルジグリコールで
ある。その分子量は重量平均法でめ°て”ｒ５，０００
である。選んだ溶媒はＭＩＢＫとメタノールである。セ
ラミック・７リツト、結合剤および溶媒の比率は、それ
ぞれスラリー重量に対して５６重量％、６．９重量％、
３７．１重量％である。それらを通常のやり方で、粉砕
するＯ 通常のドクター−ブレーティング法を用いて得たスラリ
ーから、厚さ０．２ｍｍのグリーン・シートを作成する
。次にグリーン・シートを空気中で、溶媒が蒸発するま
で乾燥するりその後それを切断して寸法１８５Ｘ１Ｂ５
ｍｍの加ニブランクにし。

そこに通常のやり方で位置決め用孔をあける。その後、
各加ニブランク中に直径０．１１５　ｍｍの孔を同じ標
準グリッド・パターンであけるり上記手順に続いて、銀
−パラジウム金属化ペーストを用いて通常のシルク・ス
クリーニング技術によって孔を充填する。その後、充填
された孔を揃えて、加ニブランクを位置決め用ビン上に
積み重ねる。

グリーン・セラミック骨ブランク・スタックは７２°Ｃ
で５分間ラミネートされる。ラミネーションの後、グリ
ーン・セラミック加ニブランクのスタックは、厚さ０．
１（１ｍｍ、外径ｏ、　２８　Ｘ　ｏ、　２０ｍｍ、内
径０．２　！ＩＸ　Ｏ，１５ｍｒｎの未焼成の楕円形セ
ラミック円環体のパターンを、−円環体のパターンを含
む型を用いてグリーン積層スタックを７２°Ｃ％　３５
０　ＤＰＳＩで圧縮することにより充填された各孔と同
軸位置の一番外側のグリーン・セラミック基ミ る０そして、エンボシングしたグリーンＭＬＣ中間体を
、先に付着した円環体と実質値に等しい０、１０　ｍｍ
の厚さの二酸化ルテニウムの層でスクリーニングする。

次に、二酸化ルテニウムで被覆したＭＬＣ中間体を空気
雰囲気中で９５０°Ｃで、３０分間焼結する。冷却後に
、印刷ヘッドを表面研摩材で仕上げて、極めて平滑な表
面にする＠こうして形成された印刷ヘッドは、セラミッ
ク円環面間に二酸化ルテニウムによって形成された共通
接地面からセラミック円環体によって絶縁された二酸化
ルテニウム電極を有する。

このように、本発明の実施例によれば、低い焼結温度で
寸法的に安定なグリーン・セラミック基板を使用し、Ｍ
ＬＣ技術を用いることにより耐久性があって安価な分子
マトリックス印刷ヘッドを容易に製造することができ、
従来の製造プロセスの難点、例えば寸法許容差、解像力
及び費用の問題を克服できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によるマ）　Ｉ
Ｊラックス刷ヘッドの製造方法は、実施が容易であり、
コストも低くてすむ利点がある＠

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す流れ線図で、ある。 第２図は、ペーストが詰められた孔を整列させ″たグリ
ーン・セラミック・シートのスタックの断面図を示した
ものである。 第６図は、積層後の第１．２図の構造を示した断面図で
ある。 第４図は、グリーン・セラミック絶縁体を充填された孔
と同軸的に付着させた第３図の構造を示す断面図である
。 第５図は、電極材料でスクリーニングし、焼結した後の
第４図の構造を示した断面図である。 第６図は、ラップ仕上げによって表面を平滑化した後の
第５図の構造を示した断面図である・第７図は、完成印
刷ヘッドを示す上面図である〇１１・・・・グリーン・
シート、１２・・・・孔、１５・・・・電極、１４・・
・・円環体、１６・・・・電極材料。 出ｊｌｌｉＮ人　インターナショカル・ビジネス・マシ
〒２ズ・コーポレーション代理人　弁理士　山　本　仁
　朗 （外１名） 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の離散した電極の端部が共通接地面と同一平面にあ
   り且つ前記接地面から絶縁されたマ）　ＩＪラックス刷
   ヘッドの製造方法において、（ａ）　複数の未焼成セラ
   ミツク・シートに、予め定めた孔のパターンを形成し、 （ｂ）　前記各シートの孔に、電極化ペーストを詰め、
   （ｃ）　前記ペーストが詰められた孔が整列するように
   前記シートを積層し、 （ｄ）　複数の未焼成セラミツク円環体を、前記シート
   のうち一番外側のシート表面中の前記ペーストが詰めら
   れた孔と同軸位置に形成し、 （ｅ）、円環体と実質的に同じ厚さの導体層を形成し、
   （ｆ）　前記（ｅ）のステップによって得られた生成物
   を焼結し、 （ｇ）　前記焼結された生成物に平滑面を形成するため
   に仕上げ加工することを特徴とするマドｌＪックス印刷
   ヘッドの製造方法。