(57)【要約】【課題】封止樹脂が硬質記録媒体の直線的な搬送の妨げにならないようにする。【課題を解決するための手段】サーマルプリントヘッド１０に、絶縁基板２２と発熱抵抗体２６とパッド６５と電極層２８とバンプボール６６と駆動素子４２とボンディングワイヤー４４と樹脂４８とを備える。絶縁基板２２は、上面６３とその上面６３に対して傾いた側面６４とを持つ。発熱抵抗体２６は、上面６１上に間隔を置いて配列されている。パッド６５は、側面６４上に設けられている。電極層２８は、発熱抵抗体２６からパッド６５に延びている。バンプボール６６は、パッド６５上に設けられて、断面が曲線を描いている。駆動素子４２は、発熱抵抗体２６を駆動する。ボンディングワイヤー４４は、駆動素子４２とバンプボール６６とを接続する。樹脂４８は、駆動素子４２およびボンディングワイヤー４４を封止する。【選択図】図１
2014069374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面とその上面に対して傾いた側面とを持つ絶縁基板と、
前記上面上に間隔を置いて配列された発熱抵抗体と、
前記側面上に設けられた端子と、
前記発熱抵抗体から前記端子に延びる電極と、
前記端子上に設けられたバンプボールと、
前記絶縁基板を支持し前記上面に平行な底面を持ち放熱板と、
前記放熱板に固定される回路基板と、
前記回路基板に搭載されて前記発熱抵抗体を駆動する駆動素子と、
前記駆動素子と前記バンプボールとを接続するボンディングワイヤーと、
前記駆動素子およびボンディングワイヤーを封止する樹脂と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
【請求項２】
前記樹脂の最頂部は前記上面を含む平面よりも側面側に位置することを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項３】
前記回路基板は前記底面を含む平面を横切る方向に延びていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項４】
上面とその上面に対して傾いた側面とを持つ絶縁基板を形成する工程と、
前記上面上に間隔を置いて配列された発熱抵抗体および前記側面上に設けられた端子と前記発熱抵抗体から前記端子に延びる電極を形成する工程と、
前記端子上にバンプボールを配置する工程と、
キャピラリーから導電性のボンディングワイヤーを繰り出してその先端を前記発熱抵抗体を駆動する駆動素子に接続する工程と、
先端を前記バンプボールの前記上面に平行な部分に押し付けて前記ボンディングワイヤーの先端を前記バンプボールに結合させる工程と、
前記駆動素子およびボンディングワイヤーを樹脂で封止する工程と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
サーマルプリントヘッドは、その発熱部の発熱を利用して感熱記録紙、製版フィルム印画紙、各種カード類などの記録媒体に文字などからなる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や、計量器、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各種記録機器に広く利用されており、省エネ、高寿命化に向けて様々な開発が行われている。
【０００３】
一般に、サーマルプリントヘッドは、アルミナなどの基板上に保温層としてグレーズ層を形成した支持基板を有している。この支持基板上に発熱抵抗体および電極となる導電層がスパッタ法などの薄膜形成方法によって積層される。導電層には、フォトエングレービングプロセスを通すことによって、一線上に設けられた発熱抵抗体と個別電極とが形成される。さらに、発熱抵抗体層および電極の必要部位に保護被膜層をスパッタ法などの薄膜形成法で形成し、ヘッド基板となる。
【０００４】
ヘッド基板と回路基板とは放熱板上で固定され、それぞれ一対の発熱抵抗体と電極とが駆動ＩＣを介して回路基板とワイヤーなどで接続される。これによりサーマルプリントヘッド単体の様相となる。
【０００５】
サーマルプリントヘッドが組み込まれたプリンターにおいて、被印刷物とインクリボンなどの媒体がサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体部分にプラテンで押し付けられる。プラテンの回転に合わせて、直線上に形成された印画ラインを連続形成することで、印刷物が得られる。
【０００６】
サーマルプリントヘッドを用いたプリンターにおいては、近年、ＩＤカードなどの硬質記録媒体への印画が要求されるようになってきた。このため、媒体搬送を直線的にする必要が生じ、サーマルプリントヘッドの構造変更などの対策が行われてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２４８４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ヘッド基板と回路基板とをワイヤーボンディングによって電気的に接続する場合、一般にボンディングワイヤーを樹脂封止する。この封止に用いる樹脂は、ヘッド基板の表面から突出することとなるため、硬質記録媒体の直線的な搬送の妨げとなる場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドのヘッド基板と回路基板とを電気的に接続するワイヤーを封止する樹脂が硬質記録媒体の直線的な搬送の妨げにならないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、上面とその上面に対して傾いた側面とを持つ絶縁基板と、前記上面上に間隔を置いて配列された発熱抵抗体と、前記側面上に設けられた端子と、前記発熱抵抗体から前記端子に延びる電極と、前記端子上に設けられたバンプボールと、前記絶縁基板を支持し前記上面に平行な底面を持ち放熱板と、前記放熱板に固定される回路基板と、前記回路基板に搭載されて前記発熱抵抗体を駆動する駆動素子と、前記駆動素子と前記バンプボールとを接続するボンディングワイヤーと、前記駆動素子およびボンディングワイヤーを封止する樹脂と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、サーマルプリントヘッドの製造方法において、上面とその上面に対して傾いた側面とを持つ絶縁基板を形成する工程と、前記上面上に間隔を置いて配列された発熱抵抗体および前記側面上に設けられた端子と前記発熱抵抗体から前記端子に延びる電極を形成する工程と、前記端子上にバンプボールを配置する工程と、キャピラリーから導電性のボンディングワイヤーを繰り出してその先端を前記発熱抵抗体を駆動する駆動素子に接続する工程と、先端を前記バンプボールの前記上面に平行な部分に押し付けて前記ボンディングワイヤーの先端を前記バンプボールに結合させる工程と、前記駆動素子およびボンディングワイヤーを樹脂で封止する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、サーマルプリントヘッドのヘッド基板と回路基板とを電気的に接続するワイヤーを封止する樹脂が硬質記録媒体の直線的な搬送の妨げにならないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態の断面図である。
【図２】本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態のセラミック板の図３のII−II矢視断面図である。
【図３】図２のIII−III矢視上面図である。
【図４】本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態の一部切欠き上面図である。
【図５】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。
【図６】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ワイヤーボンディングの過程を示す断面図である。
【図７】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断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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］
【００１５】
図１は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態の断面図である。図２は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドのセラミック板の図３のII−II矢視断面図である。図３は、図２のIII−III矢視上面図である。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一部切欠き上面図である。
【００１６】
本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、放熱板３０、ヘッド基板２０および回路基板４０を有している。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。ヘッド基板２０および回路基板４０は、放熱板３０の同じ側に載置されている。放熱板３０のヘッド基板２０が載置された面３１は、放熱板３０の底面３２と平行である。ヘッド基板２０および回路基板４０は、放熱板３０に接着剤あるいは両面テープなどで固定されている。
【００１７】
ヘッド基板２０は、長方形板状の絶縁基板２２を有している。絶縁基板２２は、たとえばアルミナなどのセラミック板２１の表面にガラスのグレーズ層２５を被着させた、電気絶縁性の平板である。
【００１８】
セラミック板２１は、長方形の底面６０と上面６１と側面６２とを有している。上面６１は底面６０に平行である。上面６１の一方の長辺は、底面６０の一方の長辺と重なっている。上面６１の短辺は、底面６０の短辺よりも短い。上面６１の他方の長辺は、底面６０の他方の長辺近傍に位置している。
【００１９】
側面６２は、底面６０の長辺と重ならない方の上面６１の長辺を一方の長辺とし、他方の長辺が底面６０の長辺と重なっている。側面６２は、底面６０および上面６１に対して傾いている。
【００２０】
グレーズ層２５は、セラミック板２１の上面６１および側面６２に被着している。グレーズ層２５の厚さは、上面６１部分および側面６２部分で実質的に一様である。すなわち、絶縁基板２２の表面すなわちグレーズ層２５の表面にも上面６３および側面６４が形成されている。
【００２１】
絶縁基板２２の表面には、たとえば絶縁基板２２の長辺方向（主走査方向）に所定の間隔を置いて短辺方向に延びる抵抗体層２３と、その抵抗体層２３の表面に形成された金属配線層２８とが積層されている。金属配線層２８は、絶縁基板２２の上面６３上で短辺方向（副走査方向）の一部に切欠部が形成されていて、抵抗体層２３の金属配線層２８と重なり合わない部分が発熱抵抗体２６となる。発熱抵抗体２６に接続された金属配線層２８は、発熱抵抗体に電流を供給する電極となる。発熱抵抗体２６の列は、絶縁基板２２の一方の表面に長辺に沿って帯状に延びる発熱領域２４を形成している。
【００２２】
絶縁基板２２、発熱抵抗体２６および金属配線層２８は、保護膜２９で被覆されている。保護膜２９には、側面６４上で金属配線層２８の一部を露出させる開口が形成されている。この開口で露出した金属配線層２８が、外部との接続用のパッド６５となる。パッド６５の表面にはバンプボール６６が配置されている。バンプボール６６は、たとえば金（Ａｕ）などの金属製である。
【００２３】
発熱抵抗体２６を発熱させる駆動回路は、たとえば回路基板４０の上にＩＣ（Integrated Circuit）である駆動素子４２などによって形成されている。駆動素子４２と金属配線層２８とは、保護膜に形成された開口を通じて、パッド６５上のバンプボール６６との間に架け渡されたボンディングワイヤー４４によって電気的に接続されている。また、駆動素子４２と回路基板４０に形成された配線パターンの間も、たとえばボンディングワイヤー４４によって電気的に接続されている。
【００２４】
駆動素子４２およびボンディングワイヤー４４は、樹脂４８によって封止されている。駆動素子４２およびボンディングワイヤー４４を封止する樹脂４８の最頂部は、保護膜２９の平坦面よりも放熱板３０側に位置している。
【００２５】
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、たとえば図示しないコネクタを介して回路基板４０に入力される。
【００２６】
図５は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。
【００２７】
本実施の形態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５８を有している。このプラテンローラ５８は、発熱領域２４が延びる方向である主走査方向に平行な直線上に軸５９を持つ。また、プラテンローラ５８の側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸５９を中心に回転可能に設けられる。
【００２８】
プラテンローラ５８の回転によって、プラテンローラ５８と発熱領域２４との間に挿入されたカードなどの硬質の被印刷体５７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５８によって被印刷体５７を発熱領域２４に押し付けつつ、その被印刷体５７を副走査方向に移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを被印刷体５７の移動とともに変化させることにより、所望の画像を媒体上に形成する。
【００２９】
本実施の形態では、駆動素子４２およびボンディングワイヤー４４を封止する樹脂４８の最頂部は、保護膜２９の平坦面よりも放熱板３０側に位置している。つまり、ヘッド基板２０の側面および回路基板４０から突出した樹脂４８の放熱板３０から離れる方向の最も高い位置は、保護膜２９の平坦面よりも低い。このため、発熱領域２４で印画された被印刷体５７を、樹脂４８に干渉させることなく、直線的に搬送することができる。なお、本実施の形態ではグレーズ層２５には突条部を設けていないが、グレーズ層に突条部を設けその突条部上に発熱領域２４を形成しておけば、その突条部の最頂部よりも樹脂４８の最頂部を低くしておくことにより、被印刷体５７を直線的に搬送することができる。
【００３０】
次に、このサーマルプリントヘッド１０の製造方法について説明する。
【００３１】
まず、アルミナなどで副走査方向の幅が数ｍｍ程度、板厚が０．５ｍｍ〜１ｍｍの細長のセラミックの平板を形成する。この平板の一方の長辺に沿って一方の表面を研磨し、側面６２を形成する。研磨されずに残った部分が上面６１となる。アルミナの焼結前に上面および側面を持つ板を形成し、その板を焼結して上面６１および側面６２を持つセラミック板２１を形成してもよい。
【００３２】
研磨されてできあがったセラミック板２１の上面６１および側面６２の上に膜厚が２５〜２００μｍのグレーズ層２５を形成する。このグレーズ層２５の形成では、ＳｉＯ２のガラス粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加・混合して得たガラスペーストを周知のスクリーン印刷法で塗布形成する。そして、所定の温度で焼成することで所要の膜厚のガラス膜をセラミック板２１表面に形成させる。
【００３３】
次に、グレーズ層２５表面上に、たとえばスパッタ法によりＴａＳｉＯ２を被着させて厚さが０．０５μｍ程度の抵抗体層２３を形成する。引き続いて、ＡｌあるいはＡｌＣｕ合金をスパッタ法により抵抗体層２３の表面に被着させ、たとえば膜厚が０．５μｍ程度の膜等の金属配線層２８を形成する。
【００３４】
その後、フォトエングレービングプロセスにより、金属配線層２８と抵抗体層２３とをパターニングし、エッチングすることによって、発熱抵抗体２６およびこれに接続された電極などを形成する。フォトエングレービングプロセスでは、金属配線層２８を覆うフォトレジストを塗布し、そのフォトレジストをグレーズ層２５の上面６３に平行なマスクを用いて露光し、フォトレジストのパターニングを行う。その後、露光されたフォトレジストをエッチングし、さらに金属配線層２８および抵抗体層２３をエッチングすることにより、金属配線層２８および抵抗体層２３のパターニングを行う。
【００３５】
グレーズ層２５の側面６２の傾きは、上面６３に平行なマスクを用いて抵抗体層２３の表面のフォトレジストを露光できる程度であることが好ましい。グレーズ層２５の側面６３の傾きが過度に大きくなり、たとえば上面６３に対して垂直な状態に近づくと、一回の露光によって側面６２部分のフォトレジストを感光できなくなる。この場合、フォトレジストへの露光を複数回行う必要があり、製造コストが増大する。
【００３６】
しかし、グレーズ層２５の側面６２の傾きを、側面６２の上面６３から最も離れた部分でも上面と同時に露光できるような角度としておくことにより、一度の露光でパターニングが可能となる。その結果、露光に要するコストが低減され、また、複数の露光の位置のずれが生じるおそれがなくなる。
【００３７】
その後、スパッタ法により全面を被覆する保護膜２９を成膜する。ここで、保護膜２９は、たとえば膜厚が５μｍ〜１０μｍ程度に堆積される。次に、保護膜２９上にドライフィルムレジストを貼付し、フォトリソグラフィにより電極の端部のパッド６５の位置のレジスト部分を除去して開口し、これをマスクとした保護膜２９のドライエッチングにより保護膜２９に開口を形成する。保護膜２９に開口を形成した後、マスクとして用いたドライフィルムレジストを除去する。
【００３８】
その後、ボンディングプロセスによって、パッド６５にバンプボール６６を配置する。たとえばワイヤーボンディング装置を用いて、Ａｕのワイヤーをキャピラリーの先端から若干繰り出した状態で溶融させてＡｕボールを形成し、このＡｕボールをパッド６５に接触させたうえで切り離してバンプボール６６とする。パッド６５へのバンプボール６６の取付の際には、側面６２がワイヤーボンディング装置の台に平行、すなわち、キャピラリーに対して垂直になるようにヘッド基板２０を配置するとよい。また、他の方法で、バンプボール６６をパッド６５に取り付けてもよい。
【００３９】
このようにして形成されたヘッド基板２０および別途製造した回路基板４０を、別途製造した放熱板３０の上に固定する。また、回路基板４０上に駆動素子４２を固定する。
【００４０】
図６は、本実施の形態におけるワイヤーボンディングの過程を示す断面図である。
【００４１】
次に、ワイヤーボンディング装置の台７３の上に放熱板３０の底面３２を載置する。ワイヤーボンディング装置は、台７３に対して垂直に延びるキャピラリー７１を有している。キャピラリー７１は、台７３の上方の空間を移動できる。
【００４２】
キャピラリー７１の先端からから、Ａｕのワイヤー７２を若干繰り出した状態で溶融させてＡｕボールを形成する。このＡｕボールを駆動素子４２の所定の部分に押し付けてワイヤー７２の一端を駆動素子４２に接続する。その後、キャピラリー７１の先端をバンプボール６６の表面に移動させる。さらに、キャピラリー７１の先端をバンプボール６６の表面で超音波振動させてワイヤー７２とバンプボール６６を接合し、キャピラリー７１をバンプボール６６から離して、ワイヤー７２を切断する。このようにしてボンディングワイヤー４４が架け渡される。
【００４３】
バンプボール６６は断面が弧を描いているため、キャピラリー７１の先端をバンプボール６６の表面のキャピラリー７１が延びる方向に垂直な部分に接触させることができる。側面６１上に形成されたパッド６５の表面にキャピラリー７１の先端を接触させると側面６１下側でキャピラリー７１が浮いてしまう。しかし、本実施の形態では、キャピラリー７１の先端をバンプボール６６の表面のキャピラリー７１が延びる方向に垂直な部分に接触させることにより、キャピラリー７１の先端の一部が浮いてしまうことがない。このため、超音波の伝達の効率が高まり、ワイヤー７２をより確実にバンプボール６６を介してパッド６５に接続することができる。
【００４４】
このようにしてボンディングワイヤー４４を架け渡した後、さらに駆動素子４２と回路基板４０上の端子とのワイヤーボンディングも行う。その後、ボンディングワイヤー４４を樹脂４８で封止する。
【００４５】
その後、サーマルプリントヘッド１０およびプラテンローラ５８などを筐体に組み付けてサーマルプリンタが完成する。本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、放熱板３０の底面３２と発熱領域２６が形成された面が平行である。このため、サーマルプリンタへのサーマルプリントヘッドの１０の組み付けの際に、サーマルプリントヘッド１０の角度調整を実質的に行わなくても、サーマルプリントヘッド１０とプラテンローラ５８とが適切な位置で接触することになり、印画精度が向上する。したがって、印画精度を維持したまま、組み立て作業が簡素化され、製造に要するコストが低減する。
［第２の実施の形態］
【００４６】
図７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断面図である。
【００４７】
本実施の形態のサーマルプリントヘッド１１において、回路基板４１は、たとえばフレキシブル基板である。この回路基板４１は、放熱板３０の底面３２を横切り、ヘッド基板２０に垂直な方向に配置される。したがって、ボンディングワイヤー４４が架け渡される駆動素子４２の端子部は、ヘッド基板２０の発熱領域２４が形成された面に対して垂直な平面上に位置している。
【００４８】
金属配線層２８のパッド６５には、バンプボール６６が配置されている。また、バンプボール６６は断面が弧を描いている。このため、キャピラリー７１（図６参照）の先端をバンプボール６６の表面のキャピラリー７１が延びる方向に垂直な部分に接触させることができる。したがって、第１の実施の形態と同様に、ボンディングワイヤー４４をより確実にバンプボール６６を介してパッド６５に接続することができる。
【００４９】
また、ボンディングワイヤー４４は、上面６４を含む平面から離れる方向にバンプボール６６から駆動素子４２に延びることとなるため、ボンディングワイヤー４４などを封止する樹脂４８の上面６４方向への突出量が小さくて済む。このため、樹脂４８の量を多くしてボンディングワイヤー４４の健全性を高めても、硬質の被印刷体５７（図５参照）の搬送経路を妨害する可能性が小さくなる。さらに、サーマルプリントヘッド１１の短手方向の長さを短くすることができる。
［他の実施の形態］
【００５０】
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。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。
【符号の説明】
【００５１】
１０…サーマルプリントヘッド、１１…サーマルプリントヘッド、２０…ヘッド基板、２１…セラミック板、２２…絶縁基板、２３…抵抗体層、２４…発熱領域、２５…グレーズ層、２６…発熱抵抗体、２８…金属配線層、２９…保護膜、３０…放熱板、３１…面、３２…底面、４０…回路基板、４１…回路基板、４２…駆動素子、４４…ボンディングワイヤー、４８…樹脂、５７…被印刷体、５８…プラテンローラ、５９…軸、６０…底面、６１…上面、６２…側面、６３…上面、６４…側面、６５…パッド、６６…バンプボール、７１…キャピラリー、７２…ワイヤー、７３…台
【図１】
2014069374.tif 000003
【図２】
2014069374.tif 000004
【図３】
2014069374.tif 000005
【図４】
2014069374.tif 000006
【図５】
2014069374.tif 000007
【図６】
2014069374.tif 000008
【図７】
2014069374.tif 000009