JP5260038B2

JP5260038B2 - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法

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Publication number: JP5260038B2
Application number: JP2007326079A
Authority: JP
Inventors: 友次仁義
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: JP2009148897A

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

サーマルプリントヘッドは、抵抗発熱部に配列された複数の発熱体を発熱させ、その熱により感熱記録紙などの被印刷体に文字や図形などの画像を形成する出力用デバイスである。このサーマルプリントヘッドは、バーコードプリンタ、デジタル製版機、ビデオプリンター、イメージャー、シールプリンターなどの記録機器に広く利用されている。

一般的なサーマルプリントヘッドは、放熱板と、放熱板に取り付けられた発熱体板と、発熱体板と同じ側で放熱板に取り付けられた回路基板とを備えている。この発熱体板の放熱板と相対する表面の反対側の表面の帯状に延びる発熱領域には、発熱体が所定の間隔で直線状に配列されている。また、発熱体を駆動する駆動回路の一部となるドライバＩＣは、たとえば発熱体板に搭載されている。

このようなサーマルプリントヘッドを用いたプリンタは、一般的に、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラを備えている。このプラテンローラは、発熱抵抗体が配列された主走査方向を軸として、その側面が支持基板上の発熱領域に接するように配置され、その軸を中心に回転可能に設けられる。プラテンローラの回転によって、プラテンローラと発熱領域の間に挿入された媒体は、主走査方向に垂直な副走査方向に移動する。プラテンローラによって媒体を発熱領域に押し付けつつ、その媒体を副走査方向に移動させ、発熱領域の発熱パターンを媒体の移動とともに変化させることにより、所望の画像を被印刷体上に形成する。
特開平２−２２９０５４号公報特開平５−２５４１６４号公報実開平４−８９３５２号公報

サーマルプリントヘッドの印刷の精細度を向上させるためには、発熱体のピッチを小さくする必要がある。一方、印刷可能範囲を大きくするためには、発熱体の数を多くする必要がある。しかし、１個のドライバＩＣで駆動する発熱体の数は、ある程度限定されるため、所定の印刷可能範囲を確保しつつ、精細度を高めるためには、複数のドライバＩＣを用いる必要がある。

１個のドライバＩＣが駆動する発熱体が主走査方向に配列した長さが、そのドライバＩＣの長さよりも短い場合、複数のドライバＩＣを主走査方向に並べて配置することはできない。また、ドライバＩＣから発熱体板の配線パターンへのワイヤボンディングをすべて平行にしようとすると、ドライバＩＣを主走査方向に配列した場合の発熱体のピッチは、ドライバＩＣの電極のピッチに限定されてしまう。

そこで、たとえば特許文献１ないし特許文献３には、ドライバＩＣを主走査方向に対して斜めに配置する方法が開示されている。しかし、発熱体板に形成された配線パターンと同じ面上にドライバＩＣを配置すると、ドライバＩＣは配線パターンを避けて配置する必要があるため、印刷の精細度の向上には限界がある。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドの印刷の精細度を向上させることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、サーマルプリントヘッドにおいて、長方形の支持基板と、前記支持基板の表面に形成された、前記支持基板の一方の長辺に沿って間隔を置いて配列されて帯状に延びる発熱領域を形成する複数の発熱体と、これらの発熱体のそれぞれに対して設けられ、隣接する前記発熱体をまとめたグループごとに前記発熱領域が延びる方向に対して傾いた直線に沿って配列されたボンディングパッドと、前記発熱体とこの発熱体に対して設けられたボンディングパッドとを接続するリード電極と、を含む配線層と、前記配線層を覆い、前記ボンディングパッドの表面に開口部が形成された保護膜と、前記保護膜の表面に前記グループごとに載置され、それぞれの一部が隣り合う前記グループに属する前記リード電極の上に配置された、前記発熱体を発熱させる複数のドライバＩＣと、前記ドライバＩＣから前記ボンディングパッドに架け渡されたボンディングワイヤと、を具備し、前記ドライバＩＣは、前記ボンディングパッドが配列する直線に対してほぼ平行に配置されていて、前記グループ内での前記ボンディングパッドの前記発熱領域が延びる方向のピッチが前記発熱体のピッチよりも小さく、前記配線層には、さらに、前記ボンディングパッドが配列された直線に沿って形成された入力信号用ボンディングパッドと、前記ドライバＩＣに対して前記発熱領域の反対側で前記支持基板の長辺に沿って配列された複数の信号入力部と、前記入力信号用ボンディングパッドと前記信号入力部とに接続されて前記ドライバＩＣへ入力される信号を伝達する入力信号線とが前記支持基板の表面に形成されていて、前記ボンディングワイヤは、前記ドライバＩＣから前記入力信号用ボンディングパッドにも架け渡されていて、前記配線層には、前記支持基板の前記発熱領域から遠い方の長辺と前記信号入力部との間を延びてさらに前記信号入力部の間を通って前記ドライバＩＣに近づくように延びる接地線が形成されていて、前記ドライバＩＣはそのドライバＩＣに対して前記ボンディングパッドの反対側の複数の場所で前記接地線と前記信号入力部よりも前記発熱領域に近い側で接続されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドの印刷の精細度を向上させることができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図３は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態を用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。

サーマルプリントヘッド１０は、たとえば発熱体板２０、回路基板４０および放熱板３０を有している。発熱体板２０は、放熱板３０に載置されている。発熱体板２０には、主走査方向に延びる発熱領域２４が形成されている。

放熱板３０は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された板である。発熱領域２４に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力は、たとえばコネクタ４６を介して回路基板４０に入力され、さらに回路基板４０と電気的に接続された発熱体板２０に入力される。回路基板４０は、たとえばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）である。

このサーマルプリントヘッド１０を用いたサーマルプリンタは、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラ５０を有している。このプラテンローラ５０は、主走査方向に平行な直線上に軸５２を持つ。また、プラテンローラ５０の側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸５２を中心に回転可能に設けられる。

プラテンローラ５０の回転によって、プラテンローラ５０と発熱領域２４との間に挿入された感熱記録媒体６０は、主走査方向に対して垂直な副走査方向に移動する。感熱記録媒体６０は、発色温度以上に加熱されると発色する、たとえば感熱紙である。プラテンローラ５０によって感熱記録媒体６０を発熱領域２４に押し付けつつ、その感熱記録媒体６０を副走査方向に移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを感熱記録媒体６０の移動とともに変化させることにより、所望の画像を感熱記録媒体６０上に形成する。

図１は、本実施の形態における発熱体板の一部を拡大して一部を切り欠いた、図２におけるＩ−Ｉ矢視上面図である。図２は、図１のII−II矢視断面図である。

発熱体板２０は、支持基板１１と、配線層７０と、保護膜１４と、ドライバＩＣ４２と、ボンディングワイヤ４４とを有している。

支持基板１１は、絶縁体で形成された板であり、たとえば絶縁板３１とその絶縁板３１の表面に固着されたグレーズ層３２を備えている。絶縁板３１は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックで形成されている。グレーズ層３２は、たとえば酸化珪素（ＳｉＯ_２）で形成されている。

配線層７０は、支持基板１１の表面に形成されている。この配線層７０は、たとえばグレーズ層３２の表面に積層した抵抗体層７１と電極層７２とからなる。抵抗体層７１の厚さは、たとえば０．０５〜０．０７μｍ程度である。また、電極層７２の厚さは、たとえば０．５〜０．７μｍ程度である。配線層７０には、ボンディングパッド７５と、リード電極７３と、発熱体７４とが形成されている。

発熱体７４は、複数形成されていて、それぞれ間隔を置いて配列されて帯状に延びる発熱領域２４を形成している。このような発熱体７４は、たとえば電極層７２の一部に設けられた間隙の部分に抵抗体層７１が露出することにより、電流が流れると発熱する部分として形成されている。

ボンディングパッド７５は、発熱体７４のそれぞれに対して設けられている。また、ボンディングパッド７５は、隣接する発熱体７４をまとめたグループ８１ごとに、発熱領域２４に対して傾いた直線８２に沿って配列されている。本実施の形態では、１つのグループ８１は、８個の発熱体７４をまとめたものである。

リード電極７３は、発熱体７４とボンディングパッド７５とを接続する。また、発熱体７４に対してボンディングパッド７５の反対側の電極層７２は、たとえば共通電極７６に接続されている。

配線層７０には、さらに、信号入力部７７および入力信号線７８が形成されている。信号入力部７７には、発熱領域２４に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力が回路基板４０から入力されて、入力信号線７８を介して伝達される。

保護膜１４は、配線層７０を覆うように形成されている。また、保護膜１４には、ボンディングパッド７５の表面および入力信号線７８の一部の表面に開口部１５が形成されている。保護膜１４の厚さは、たとえば３〜１０μｍ程度である。

ドライバＩＣ４２は、保護膜１４の表面に載置されている。ドライバＩＣ４２の厚みは、たとえば０．２５〜０．３ｍｍ程度である。ボンディングワイヤ４４は、ドライバＩＣ４２からボンディングパッド７５に架け渡されている。発熱領域２４を発熱させる駆動回路は、発熱体板２０の上に実装されたドライバＩＣ４２などによって形成されているドライバＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、たとえば樹脂４８によって封止されている。

また、ドライバＩＣ４２は、図１において１点鎖線で示すグループ８１の境界線８３を跨いで配置されている。つまり、ドライバＩＣ４２の一部は、隣のグループ８１のリード電極７３の上に配置されている。

なお、本実施の形態では、図の簡略化のために、１つのドライバＩＣ４２が駆動する発熱体７４の数を比較的少ない８個としている。しかし、１つのドライバＩＣ４２が駆動する発熱ビット数をさらに大きくすることもできる。

また、本実施の形態では、ボンディングパッド７５から発熱体７４に向かう途中でリード電極７３を曲げて、ボンディングパッド７５の近傍におけるリード電極７３の主走査方向へのピッチを、発熱体７４の近傍におけるピッチよりも小さくしている。しかし、ボンディングパッド７５を配置することができれば、ボンディングパッド７５の近傍におけるリード電極７３の主走査方向へのピッチを、発熱体７４の近傍におけるピッチと等しくしてもよい。

次に、このようなサーマルプリントヘッド１０の製造方法を説明する。

図４は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの製造方法の流れ図である。

まず、支持基板１１を形成する（工程Ｓ１）。支持基板１１は、たとえばアルミナの板に酸化珪素を融着させて形成する。

次に、たとえば薄膜プロセスによって、支持基板１１の表面に抵抗膜を形成し（工程Ｓ２）、その表面にさらに電極膜を形成する（工程Ｓ３）。その後、抵抗膜および電極膜の積層に、たとえばフォトエングレービングプロセスによってパターニングを施し、配線層７０の配線パターンを形成する。その後に、抵抗安定化処理を施してもよい。

さらに、配線層７０の表面を覆う保護膜１４を形成する。保護膜１４は、適切な位置に開口部１５ができるように、たとえばシャドウマスクを用いたスパッタリングによって形成する。

このようにして形成された発熱体板２０は、放熱板３０に貼り付けられる（工程Ｓ６）。なお、この状態では、発熱体板２０には、ドライバＩＣ４２などが取り付けられていない状態である。また、放熱板３０には、回路基板４０が貼り付けられ（工程Ｓ７）て、発熱体板２０と回路基板４０とを電気的に接続する。

その後、ドライバＩＣ４２を保護膜１４の上に、ダイボンディングする（工程Ｓ８）。さらに、ボンディングパッド７５からドライバＩＣ４２にボンディングワイヤ４４を架け渡（ワイヤボンディング）する（工程Ｓ９）。また、この際、ドライバＩＣ４２と入力信号線７８との間などにもワイヤボンディングを施す。

ワイヤボンディングが終了した後に、ボンディングワイヤ４４を樹脂４８で封止するなど、必要なモールディングを行う（工程Ｓ１０）。さらに、コネクタ４６を取り付け、必要に応じてカバーを取り付けるなどの外装を施し（工程Ｓ１１）て、サーマルプリントヘッドが完成する。

ドライバＩＣ４２から発熱体７４への電気的な接続の一部にワイヤボンディングを用いる場合、ボンディングパッド７５にある程度の広がりが必要である。ボンディングパッド７５に要求される幅が大きくなり、発熱体７４の主走査方向への幅よりも大きくなると、ボンディングパッド７５を、主走査方向に配列することができない。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０では、ボンディングパッド７５を、１つのドライバＩＣ４２によって駆動されるグループ８１ごとに主走査方向に対して傾いた直線８２に沿って配列している。このため、発熱体７４の主走査方向への幅よりも大きなボンディングパッド７５を適切に配列することができる。したがって、発熱体７４の大きさを小さくし、それらの間隔を小さくすることができる。

また、本実施の形態では、ドライバＩＣ４２を保護膜１４の表面に載置している。このため、ドライバＩＣ４２は、保護膜１４の開口部１５を避けて配置すればよく、ドライバＩＣ４２の配置の自由度が増す。このため、ドライバＩＣ４２を、ボンディングパッド７５が配列する直線８２に沿って配置して、隣のグループ８１のリード電極７３の上にも、ドライバＩＣ４２を配置することができる。したがって、１個のドライバＩＣ４２が駆動する発熱体７４の主走査方向に沿った長さよりも長いドライバＩＣ４２を用いることができる。

さらに、ドライバＩＣ４２を保護膜１４の表面に載置しているため、配線層７０の配線パターンの自由度が増す。配線層７０の配線パターンの自由度が小さいと、配線パターンの一部に細い部分を設けなければならない場合がある。また、配線パターンを長く引き回さなければならない場合がある。配線パターンに細い部分を形成すると、その部分の電気抵抗が大きくなる。また、長く引き回された配線パターンの電気抵抗も大きくなる。

配線パターンの電気抵抗が大きくなると、電気的な損失が大きくなる。また、その電気抵抗が、発熱体７４に接続される電極ごとに異なると、発熱体７４の印刷時の発熱量が均一でなくなり、印刷にムラを生じる場合がある。

しかし、本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０では、配線層７０の配線パターンの自由度を高めることができるため、このような電気抵抗の増加を抑制することが可能であり、印刷ムラを抑制することができる。

このように本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０では、印刷ムラを抑制しつつ、発熱体７４の大きさを小さくし、それらの間隔を小さくすることができるため、印刷の精細度を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの第２の実施の形態における発熱体板の一部を拡大して、一部を切り欠いた上面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッドは、第１の実施の形態に比べて、１個のドライバＩＣ４２が駆動する発熱体７４（図１参照）を１２８個に増加させて、精細度を高めたものである。また、入力信号線７８とドライバＩＣ４２とのワイヤボンディングする場所を、発熱体７４（図１参照）につながるボンディングパッド７５と同じ直線状に配置している。

また、配線層７０（図２参照）には、接地線７９が形成されている。接地線７９の表面の複数の場所には、保護膜１４の開口部１５が設けられている。ドライバＩＣ４２は、そのドライバＩＣ４２に対して、発熱体７４（図１参照）につながるボンディングパッド７５の反対側の開口部１５で、接地線７９に接続されている。接地線７９は、このサーマルプリントヘッドを用いたプリンタの接地電位の部分に電気的に接続されている。

このようにドライバＩＣ４２への入力側のボンディングワイヤ４４を、ドライバＩＣ４２に対して、ドライバＩＣ４２からの出力側のボンディングワイヤ４４と同じ側に設けている。このため、このようなワイヤボンディングに際して、ワイヤボンダーの移動距離が短くなるため、製造時間を短縮することができる。また、開口部１５を集約しているため、開口部１５の形成のために用いるシャドウマスクのパターンを単純化することができる。

また、ドライバＩＣ４２に対してボンディングパッド７５の反対側に接地線７９を設けているため、幅が広い接地線７９を形成することができる。このため、接地線７９での電気抵抗を小さくすることができ、接地線７９の各部での電位差を小さくすることができる。このため、電気的な損失が低下し、また、電気的に安定する。

このように本実施の形態のサーマルプリントヘッドのように、ドライバＩＣ４２が駆動する発熱体７４の数が多くなっても、印刷ムラを抑制しつつ、発熱体７４の大きさを小さくし、それらの間隔を小さくすることができる。このため、印刷の精細度を向上させることができる。

［その他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態における発熱体板の一部を拡大して一部を切り欠いた、図２におけるＩ−Ｉ矢視上面図である。図１のII−II矢視断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態を用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態の製造方法の流れ図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第２の実施の形態における発熱体板の一部を拡大して、一部を切り欠いた上面図である。

符号の説明

１０…サーマルプリントヘッド、１１…支持基板、１４…保護膜、１５…開口部、２０…発熱体板、２４…発熱領域、３０…放熱板、３１…絶縁板、３２…グレーズ層、４０…回路基板、４２…ドライバＩＣ、４４…ボンディングワイヤ、４６…コネクタ、４８…樹脂、５０…プラテンローラ、５２…軸、６０…感熱記録媒体、７０…配線層、７１…抵抗体層、７２…電極層、７３…リード電極、７４…発熱体、７５…ボンディングパッド、７６…共通電極、７７…信号入力部、７８…入力信号線、７９…接地線、８１…グループ、８２…直線

Claims

長方形の支持基板と、
前記支持基板の表面に形成された、前記支持基板の一方の長辺に沿って間隔を置いて配列されて帯状に延びる発熱領域を形成する複数の発熱体と、これらの発熱体のそれぞれに対して設けられ、隣接する前記発熱体をまとめたグループごとに前記発熱領域が延びる方向に対して傾いた直線に沿って配列されたボンディングパッドと、前記発熱体とこの発熱体に対して設けられたボンディングパッドとを接続するリード電極と、を含む配線層と、
前記配線層を覆い、前記ボンディングパッドの表面に開口部が形成された保護膜と、
前記保護膜の表面に前記グループごとに載置され、それぞれの一部が隣り合う前記グループに属する前記リード電極の上に配置された、前記発熱体を発熱させる複数のドライバＩＣと、
前記ドライバＩＣから前記ボンディングパッドに架け渡されたボンディングワイヤと、
を具備し、
前記ドライバＩＣは、前記ボンディングパッドが配列する直線に対してほぼ平行に配置されていて、
前記グループ内での前記ボンディングパッドの前記発熱領域が延びる方向のピッチが前記発熱体のピッチよりも小さく、
前記配線層には、さらに、前記ボンディングパッドが配列された直線に沿って形成された入力信号用ボンディングパッドと、前記ドライバＩＣに対して前記発熱領域の反対側で前記支持基板の長辺に沿って配列された複数の信号入力部と、前記入力信号用ボンディングパッドと前記信号入力部とに接続されて前記ドライバＩＣへ入力される信号を伝達する入力信号線とが前記支持基板の表面に形成されていて、
前記ボンディングワイヤは、前記ドライバＩＣから前記入力信号用ボンディングパッドにも架け渡されていて、
前記配線層には、前記支持基板の前記発熱領域から遠い方の長辺と前記信号入力部との間を延びてさらに前記信号入力部の間を通って前記ドライバＩＣに近づくように延びる接地線が形成されていて、
前記ドライバＩＣはそのドライバＩＣに対して前記ボンディングパッドの反対側の複数の場所で前記接地線と前記信号入力部よりも前記発熱領域に近い側で接続されている、
ことを特徴とするサーマルプリントヘッド。