TWI631022B - 熱印頭模組之製造方法 - Google Patents

熱印頭模組之製造方法 Download PDF

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Abstract

一種熱印頭模組之製造方法包含步驟如下。縱切一矽晶柱之二相對側以取得一矽晶基板。依序形成一釉面層、一發熱電阻層、一電極圖案層、一絕緣保護層於矽晶基板上。電連接一控制電路模組至電極圖案層。

Description

熱印頭模組之製造方法
本發明有關於一種熱印頭模組及其製造方法，尤指一種印表機之熱印頭模組及其製造方法。
按，採用熱能轉印原理之印表機主要係利用熱印頭(thermal print head，TPH)模組來加熱色帶，使色帶上的染料氣化，而轉印到一載體(例如紙或塑膠)上，並依加熱的時間長短或加熱的溫度高低來形成連續的色階。一般來說，熱印頭模組包括陶瓷基板、印刷線路板、封裝膠層、積體電路、引線等構成。
然而，目前市售熱印頭模組的尺寸最大都僅處於2-8吋(後稱小尺寸)左右，無法持續提供更大尺寸之熱印頭模組，或無法一次性產出大型尺寸的印刷產品。
本發明之一目的在於提供一種熱印頭模組及其製造方法，用以解決以上先前技術所提到的困難，意即，用以提 供具有高大尺寸與高度平整基板的熱印頭模組，以解決上述熱能轉印原理之印表機無法大型化的缺點。
依據本發明之一實施方式，此種熱印頭模組之製造方法包含步驟如下。縱切一矽晶柱之二相對側以取得一矽晶基板。依序形成一釉面層、一發熱電阻層、一電極圖案層、一絕緣保護層於矽晶基板上。電連接一控制電路模組至電極圖案層。
在本發明一或複數個實施方式中，矽晶柱為單晶矽晶柱或多晶矽晶柱。
在本發明一或複數個實施方式中，矽晶基板之長度為12~64吋或64吋以上。
在本發明一或複數個實施方式中，縱切矽晶柱之二相對側以取得矽晶基板更包含細部步驟如下。沿矽晶柱之一軸心方向，自矽晶柱之一端面至另一端面，筆直地切割矽晶柱之二相對側以取得位於矽晶柱之二相對側之間的一中間層板。研磨中間層板，以形成包含二相對平整表面之矽晶基板。
在本發明一或複數個實施方式中，依序形成釉面層、發熱電阻層、電極圖案層、絕緣保護層於矽晶基板上更包含細部步驟如下。全面地形成一主釉層位於矽晶基板之一面。形成多個間隔並排之釉質凸條於主釉層背對矽晶基板之一面，其中每一釉質凸條為連續地。
在本發明一或複數個實施方式中，依序形成釉面層、發熱電阻層、電極圖案層、絕緣保護層於矽晶基板上更包含細部步驟如下。形成一導電金屬層於發熱電阻層相對釉面層 之一面。蝕刻導電金屬層分別重疊釉質凸條之局部位置，以分別顯露出發熱電阻層覆蓋釉質凸條所匹配之***外型。
在本發明一或複數個實施方式中，電連接控制電路模組至電極圖案層上更包含細部步驟如下。蝕刻絕緣保護層以形成一缺口，缺口露出一部分之電極圖案層。將控制電路模組經缺口電性導接電極圖案層。
依據本發明之另一實施方式，此種熱印頭模組包含一矽晶基板、一釉面層、一發熱電阻層、一電極圖案層、一絕緣保護層與一控制電路模組。矽晶基板具有二相對平整表面。釉面層包含一主釉層與多個釉質凸條。主釉層覆蓋於矽晶基板之其中一平整表面。這些釉質凸條間隔並排於主釉層相對矽晶基板之一面。發熱電阻層覆蓋主釉層與這些釉質凸條。電極圖案層位於發熱電阻層相對釉面層之一面。絕緣保護層位於電極圖案層。控制電路模組電連接電極圖案層。
在本發明一或複數個實施方式中，矽晶基板為一體成形。矽晶基板之最大長度為12吋~64吋。
在本發明一或複數個實施方式中，矽晶基板包含單矽晶或多矽晶。
以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。
6-6‧‧‧線段
10‧‧‧製造方法
101~106‧‧‧步驟
1011~1013‧‧‧細部步驟
200‧‧‧矽晶柱
201‧‧‧第一端面
202‧‧‧第二端面
203‧‧‧圓周面
210‧‧‧軸心方向
220‧‧‧小弓形柱體
221‧‧‧小弓形面
222‧‧‧弦
223‧‧‧劣弧
230‧‧‧大弓形柱體
231‧‧‧大弓形面
232‧‧‧弦
233‧‧‧優弧
240‧‧‧中間層板
241‧‧‧中間層板之二相對主面
250‧‧‧晶柱切割機
260‧‧‧熱印頭結構
300‧‧‧熱印頭模組
310‧‧‧矽晶基板
311、312‧‧‧平整表面
320‧‧‧釉面層
321‧‧‧主釉層
322‧‧‧釉質凸條
330‧‧‧發熱電阻層
331‧‧‧***外型
340‧‧‧電極圖案層
341‧‧‧導電金屬層
342‧‧‧蝕刻開口
350‧‧‧絕緣保護層
351‧‧‧缺口
360‧‧‧控制電路模組
361‧‧‧薄膜覆晶封裝結構
362‧‧‧工作晶片
363‧‧‧連接單元
364‧‧‧焊料
365‧‧‧異方性導電膠
370‧‧‧散熱結構
G‧‧‧間距
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實 施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示依照本發明一實施方式之熱印頭模組之製造方法的流程圖；第2A圖繪示第1圖步驟101之細部流程圖；第2B圖~第2C圖繪示第2A圖之操作示意圖；第3A圖~第3I圖繪示第1圖之操作示意圖；第4圖繪示依照本發明一實施方式之熱印頭之上視圖；第5圖繪示依照本發明一實施方式之熱印頭模組之示意圖；以及第6圖繪示第5圖沿線段6-6之剖視圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
習知技術大多採用陶瓷基板作為熱印頭的基板，然而，在加熱製作大型化陶瓷基板之製程中時，發明人發現陶瓷基板常常因為尺寸過大而產生翹曲等不良外觀，因此陶瓷基板無法提供用以配置加熱點之平整表面，進而無法提高熱印頭模組之良率。有鑒於此，本發明藉由具有筆直特性之晶柱製成高平整度之矽晶板取代習知之陶瓷基板，以製成具有高大尺寸 與高度平整基板的熱印頭模組，以致得以一次性產出大型尺寸的印刷產品。需理解到，本發明之熱印頭模組可應用於任何熱能轉印原理之印表機，例如熱昇華印表機、熱轉印印表機、標籤列印機或海報列印機等類似領域。
第1圖繪示依照本發明一實施方式之熱印頭模組之製造方法的流程圖。如第1圖所示，在本實施方式中，熱印頭模組之製造方法10包含步驟101~步驟106如下。在步驟101中，提供一矽晶基板。在步驟102中，形成一釉面層於矽晶基板上。在步驟103中，形成一發熱電阻層於釉面層上。在步驟104中，形成一電極圖案層於發熱電阻層上。在步驟105中，形成一絕緣保護層於電極圖案層上。在步驟106中，電連接一控制電路模組至電極圖案層。
第2A圖繪示第1圖步驟101之細部流程圖。第2B圖~第2C圖繪示第2A圖之操作示意圖。在本實施方式中，如第2A圖所示，在上述步驟101中更包含細部步驟1011~1013如下。在細部步驟1011中，如第2B圖所示，提供一矽晶柱200。舉例來說，藉由長晶製程以形成一矽晶柱200。矽晶柱200近似為圓柱體，包含第一端面201、第二端面202與圓周面203。第一端面201相對第二端面202，圓周面203介於第一端面201與第二端面202之間，且圍繞第一端面201與第二端面202。此外，矽晶柱200具有一軸心方向210，意即，矽晶柱200沿此軸心方向210延伸。
接著，在細部步驟1012中，如第2B圖與第2C圖所示，縱切矽晶柱200之二相對側。舉例來說，藉由一晶柱切割 機250對矽晶柱200進行切片，具體來說，藉由晶柱切割機250沿此矽晶柱200之軸心方向210，自矽晶柱200之第一端面201通過第二端面202筆直地切割矽晶柱200二次，以致分別從矽晶柱200上移除一小弓形柱體220與一大弓形柱體230，進而於其二者之間取得一中間層板240。應定義的是，上述小弓形柱體220之二相對端面皆為包含弦222與劣弧223之小弓形面221，上述大弓形柱體230之二相對端面皆為包含弦232與優弧233之大弓形面231。
最後，在細部步驟1013中，接著，在取得中間層板240後，研磨中間層板240之二相對主面241，以形成上述矽晶基板。如此，相較於陶瓷基板之形成需要通過加熱製程，矽晶基板之取得不須通過加熱製程，故，更可簡化製程而降低製造成本。
此外，為了提高生產效率，上述之細部步驟1012之其他實施方式中，也可以透過晶柱切割機250沿矽晶柱200之軸心方向210，自矽晶柱200之第一端面201通過第二端面202筆直地切割矽晶柱200多次(未示於圖中)，以致分別從矽晶柱200上移除相同尺寸之二小弓形柱體(參考第2C圖之小弓形柱體220)，進而於其二者之間取得多個彼此平行配置之板層(參考第2C圖之中間層板240)，以便後續研磨每一板層之二相對主面。完成研磨後之任一板層即可當作上述矽晶基板。
第3A圖~第3H圖繪示第1圖之操作示意圖。第4圖繪示依照本發明一實施方式之熱印頭之上視圖。如第3A圖所示，在一實施方式中，上述所取出之矽晶基板310呈矩形體， 且此矽晶基板310具有二相對平整表面311、312，矽晶基板310之每一平整表面311、312之長度例如為36吋；或者，在一實施方式中，矽晶基板310之每一平整表面311、312之長度例如至少為12吋~64吋之範圍中。
如第3A圖所示，上述步驟102更具體地包含細部步驟如下。全面地形成一主釉層321位於矽晶基板310之一平整表面311。具體地，採用網版印刷工藝均勻塗覆一釉質漿料層在矽晶基板310之平整表面311，並在高溫下(1000~1200℃)將釉質漿料燒結固化，故，主釉層321用以保存熱能，使其不致輕易流失。接著，如第4圖與第3B圖所示，在形成主釉層321後，間隔形成多個釉質凸條322於主釉層321背對矽晶基板310之一面。具體地，採用網版印刷工藝均勻塗覆多個釉質凸條322在主釉層321背對矽晶基板310之一面。這些釉質凸條322間隔並排於主釉層321上，且每一釉質凸條322呈直線狀，且每一釉質凸條322為連續地形成於主釉層321上，且大致長達例如10吋~64吋。
如第3C圖所示，上述步驟103更具體地包含細部步驟如下。全面地形成一發熱電阻層330於主釉層321與釉質凸條322上，使得發熱電阻層330全面覆蓋主釉層321與這些釉質凸條322後，得以對應地形成匹配這些釉質凸條322的***外型331。
如第3D圖所示，上述步驟104更具體地包含細部步驟如下。形成一導電金屬層341(例如鋁、銅、銀或金)於發熱電阻層330相對釉面層320之一面；接著，在形成導電金屬 層341後，如第3E圖所示，蝕刻導電金屬層341分別重疊這些釉質凸條322之局部位置，以致導電金屬層341對應這些釉質凸條322之局部位置分別形成蝕刻開口342，使得導電金屬層341分別從其形成之蝕刻開口342露出發熱電阻層330之上述***外型331。具體來說，於發熱電阻層330相對釉面層320之一面塗布光阻劑，藉由PEP(photo engraving process)實施光阻劑之圖案化。
如第3F圖所示，上述步驟105具體地包含細部步驟如下。將絕緣保護層350全面覆蓋於電極圖案層340上，其中絕緣保護層350之一部分覆蓋電極圖案層340，絕緣保護層350之另一部分進入蝕刻開口342以覆蓋發熱電阻層330之上述***外型331並緊密接著發熱電阻層330。接著，在形成絕緣保護層350後，如第3G圖所示，局部蝕刻絕緣保護層350以形成一缺口351。此缺口351露出一部分之電極圖案層340。如此，形成一熱印頭結構260。
如第3H圖所示，上述步驟106具體地包含細部步驟如下。將控制電路模組360經缺口351電性導接熱印頭結構260之電極圖案層340。控制電路模組360例如為薄膜覆晶封裝結構361(Chip on Film，COF)、工作晶片362與電路板(印刷電路板或可撓性電路板)的組合。
在本實施方式中，為了使熱印頭模組300在不使用時，能有效將熱能散去，上述電連接控制電路模組360之步驟後，如第3I圖所示，本實施方式之製造方法更包含，連接一散熱結構370於矽晶基板310之另一平整表面312，即矽晶基板 310背對釉面層320之一面。需一提的是，為方便命名，以上尚未連接控制電路模組360與散熱結構370之熱印頭模組300暫稱熱印頭結構260。
如第3I圖與第4圖所示，熱印頭模組300包含一矽晶基板310、一釉面層320、一發熱電阻層330、一電極圖案層340、一絕緣保護層350、一控制電路模組360與一散熱結構370。矽晶基板310具有二相對平整表面311、312。釉面層320包含一主釉層321與多個釉質凸條322。主釉層321覆蓋於矽晶基板310之其中一平整表面311。這些釉質凸條322間隔並排於主釉層321相對矽晶基板310之一面。發熱電阻層330覆蓋主釉層321與這些釉質凸條322。電極圖案層340位於發熱電阻層330相對釉面層320之一面。絕緣保護層350位於電極圖案層340。控制電路模組360電連接電極圖案層340。散熱結構370位於矽晶基板310之另一平整表面312。在本實施方式中，矽晶基板310為一體成形，例如矽晶基板310之最大長度為12吋~64吋。此外，矽晶基板310包含單矽晶或多矽晶。任二釉質凸條322之間的間距G(第4圖)為0.5~2公分。然而，本發明不限於此。
第5圖繪示依照本發明一實施方式之熱印頭模組300之示意圖。第6圖繪示第5圖沿線段6-6之剖視圖。如第5圖與第6圖所示，控制電路模組360包含一薄膜覆晶封裝結構361、多個工作晶片362與一連接單元363。這些工作晶片362位於薄膜覆晶封裝結構361上，且電性連接薄膜覆晶封裝結構361，例如透過焊料364電性連接薄膜覆晶封裝結構361。連接 單元363用以連接印表機之內部電路。薄膜覆晶封裝結構361電性連接熱印頭模組300與連接單元363，例如透過異方性導電膠365(Anisotropic Conductive Film，ACF)電性連接熱印頭模組300之電極圖案層340與連接單元363。如此，熱印頭模組300透過控制電路模組360印表機之內部電路。
須了解到，本實施方式中，舉例來說，矽晶柱200之種類為單晶矽晶柱200。選用單晶矽晶柱200的原因是，由於單晶矽晶柱200之特性可以長達90公分以上，並且可以與釉層材料在高溫下共燒，而不會有相分離狀況。此外，相較於陶瓷基板，單矽晶基板310之翹曲度與表面平整度皆遠遠優於陶瓷基板。然而，本發明並不限於此，其他實施方式中，矽晶柱200也可以為多矽晶柱。
最後，上述所揭露之各實施例中，並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，皆可被保護於本發明中。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (6)

  1. 一種熱印頭模組之製造方法，包含：沿一矽晶柱之一軸心方向，自該矽晶柱之一端面至另一端面，筆直地縱向切割該矽晶柱之二相對側以取得位於該矽晶柱之該二相對側之間的一中間層板；研磨該中間層板，以形成包含二相對平整表面之一矽晶基板；依序形成一釉面層、一發熱電阻層、一電極圖案層、一絕緣保護層於該矽晶基板上；以及電連接一控制電路模組至該電極圖案層。
  2. 如請求項1所述之熱印頭模組之製造方法，其中該矽晶柱為單晶矽晶柱或多矽晶柱。
  3. 如請求項1所述之熱印頭模組之製造方法，其中該矽晶基板之長度為12~64吋。
  4. 如請求項1所述之熱印頭模組之製造方法，其中依序形成該釉面層、該發熱電阻層、該電極圖案層、該絕緣保護層於該矽晶基板上，包含：全面地形成一主釉層位於該矽晶基板之一面；以及形成多個間隔並排之釉質凸條於該主釉層背對該矽晶基板之一面，其中每一該些釉質凸條為連續地。
  5. 如請求項4所述之熱印頭模組之製造方法，其中依序形成該釉面層、該發熱電阻層、該電極圖案層、該絕緣保護層於該矽晶基板上，包含：形成一導電金屬層於該發熱電阻層相對該釉面層之一面；蝕刻該導電金屬層分別重疊該些釉質凸條之局部位置，以分別顯露出該發熱電阻層覆蓋該些釉質凸條所匹配之***外型。
  6. 如請求項1所述之熱印頭模組之製造方法，其中電連接該控制電路模組至該電極圖案層，包含：蝕刻該絕緣保護層以形成一缺口，該缺口露出一部分之該電極圖案層；以及將該控制電路模組經該缺口電性導接該電極圖案層。
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