(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の一方の面に発熱部が配置され、当該発熱部と対応する前記絶縁基板の他方の面の位置にサーミスタが配置されるサーマルヘッドにおいて、
上記サーミスタが、２以上の金属を含む複合酸化物からなるサーミスタ素体であり、
絶縁基板面にサーミスタ素体接続用ランドを２つ有し、一方のランド上にサーミスタ素体の一方の電極面が当該一方のランドと電気接続されるよう金属粉末を含む導電性接着剤により固定され、
当該サーミスタ素体の他方の電極面から導出される端子が他方のランドと接続され、当該端子部及び接続部が、サーミスタ素体と共に、はんだによらず、封止固定されることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
封止が樹脂ペーストを硬化することであり、絶縁基板面のサーミスタ素体を取囲う位置に当該樹脂ペースト堰き止め部材を有することを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
絶縁基板の一方の面に抵抗発熱体を形成する第１の工程と、当該抵抗発熱体形成箇所と対応する前記絶縁基板の他方の面の複数箇所にランドを形成する第２の工程と、一のランド面に２以上の金属を含む複合酸化物からなるサーミスタ素体の一方の電極面が接触するよう載値する第３の工程と、該サーミスタ素体の他方の電極面と他の一のランドとをボンディングワイヤにより接続する第４の工程と、樹脂を主成分とするペーストを前記サーミスタ素体と、サーミスタ素体から導出される端子とランドとの接続部とを封止するよう配する第５の工程と、該ペーストの流出を抑制する堰き止め部材を形成する第６の工程と、該ペーストを硬化させる第７の工程と、前記各々のランドと外部リード線とを接続する第８の工程を有し、前記サーミスタ素体と前記ランドとの接続にはんだを用いないことを特徴とするサーマルヘッドの製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リライトカードへ印字した情報の消去用発熱体等に用いられるサーマルヘッド及びその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁基板を介して発熱部とサーミスタとが一体化されたサーマルヘッドについては、特開平１１−１３８８８１号公報にその開示がある。ここで、図６を用いて説明すると、まず基板裏面２０の中央部に形成した一対の電極２１に面実装型のチップサーミスタ２２を実装（はんだにて固定）する。また電極２１と一体形成されているランド２３と電気線２４とをはんだ２５にて固定していた。このようにしてチップサーミスタ２２の基板裏面２０への固定と、チップサーミスタ２２と電気線２４との結線を実現していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
サーマルヘッドの用途としては、いわゆるリライトカードへの情報入力又はリライトカードの情報消去等がある。このような用途では、サーマルヘッドは通電により１００〜１７０℃程度までの急激な加熱と、通電停止により常温までの自然冷却を多数回繰り返す。ここでサーミスタは、サーマルヘッドの発熱部の温度を感知するため当然に高温となる領域へ配置されるのが常である。
【０００４】
このように、多数回に亘り急激に昇温・降温を繰り返す使用形態でサーマルヘッドを長期間に亘り使用し続けると、チップサーミスタ２２を固定するはんだが変質する。例えばリライトカードの情報消去等に要する１００〜１７０℃程度の温度と、常温とを多数回繰り返す環境下に、融点が１８０〜２００℃程度のはんだを置くと、はんだの組織が肥大化し、被保持体（図６ではチップサーミスタ２２、電極２１、ランド２３、電気線２４）の保持力を高く維持できなくなり、機械的な衝撃を受けたときにはチップサーミスタ２２が外れてしまうおそれがある。
【０００５】
そこで本発明が解決しようとする課題は、絶縁基板面を介して発熱部とサーミスタとが一体化されたサーマルヘッドにおいて、サーミスタの絶縁基板への固定を確実にすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明のサーマルヘッドは、絶縁基板３の一方の面に発熱部が配置され、当該発熱部と対応する前記絶縁基板の他方の面の位置にサーミスタ１が配置されるサーマルヘッドにおいて、上記サーミスタ１が、２以上の金属を含む複合酸化物からなるサーミスタ素体であり、絶縁基板面にサーミスタ素体接続用ランドを２つ有し、一方のランド上にサーミスタ素体の一方の電極面が当該一方のランドと電気接続されるよう金属粉末を含む導電性接着剤により固定され、当該サーミスタ素体の他方の電極面から導出される端子が他方のランドと接続され、当該端子部及び接続部が、サーミスタ素体と共に、はんだ１１によらず、封止固定されることを特徴とする前記発熱部は主に抵抗発熱体からなる。図１に本発明のサーマルヘッドの構成の概要の例を示す。
【０００７】
封止に用いられる材料（以下「封止部材」と記す。）は、当初ペースト状で、加熱等の工程を経ることで固化し、且つ接着性を有する物質等である。ペースト状であった封止部材４が被封止部へ配され、該ペーストの流動により被封止部が覆われる。その後封止部材４が固化することで前記封止固定が為される。このような封止固定の操作は、従来の溶接やはんだ付けによる固定の操作に比べ、要する設備の数を低減でき、且つ要する設備が複雑なものとはならず、更には固定操作に要する工数及び時間をも飛躍的に低減することができ、サーミスタ１の絶縁基板３への固定操作を簡略化することができる。また通常使用する封止部材４は、従来のサーミスタ１固定部材であったはんだのように、組織が肥大化し、被保持体の保持力を高く維持できなくなるようなこともない。従って絶縁基板３面を介して発熱部とサーミスタとが一体化されたサーマルヘッドにおいて、サーミスタ１の絶縁基板３への固定を更に確実にすることができ、本発明の課題を解決することができる。
【０００８】
ここで言う封止部材４の代表例は、樹脂を必須成分とする接着剤等である。例えばエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等、が好適に用いることができる。これら材料は、従来のサーミスタ保持部材であるはんだに比して高い弾力性を有しているため、機械的な衝撃を受けた場合であってもサーミスタ１が外れるおそれが殆ど無い。
【０００９】
また本発明のサーマルヘッドは、上記した特徴に加え、サーミスタ１素体が実質的に直接絶縁基板３面に配されていることを特徴とする。サーミスタ１素体が直接絶縁基板３面に接触する、あるいはそれに準ずる状態にあれば、サーマルヘッドの急激な温度変化への追随性を良好にすることができる利点がある。
【００１０】
ここで、「サーミスタ１素体が実質的に直接絶縁基板３面に配されている」状態とは、絶縁基板３の急激な温度変化をサーミスタ１素体が感知する、温度に対する感度を大きく損なわない程度に両者が配置されている状態をいう。例えばサーミスタ１素体と絶縁基板３面との間に、熱伝導性の高い物質が介在している状態や、熱伝導性が低くてもその存在が熱伝導の観点からは無視できる程度の薄い物質がサーミスタ１素体と絶縁基板３面との間に介在している状態である。前記熱伝導性の高い物質は、例えば金属、メタルグレーズ、金属粉末を含む導電性接着剤等である。
【００１１】
サーミスタ１素体は、例えばマンガン、コバルト、ニッケル、アルミニウム、銅等から選ばれる２以上の金属を含む複合酸化物からなるものである。このような複合酸化物は、通常のサーマルヘッドの使用温度である１００℃を越える環境下に曝されると、酸化度の増減等に起因する組成変化によりサーミスタ１特性値が変化し、サーマルヘッドの発熱温度を正確に把握できなくなってしまう。そこでサーミスタ１素体を封止することにより、サーミスタ１素体と大気中の酸素との接触を防ぐこととなり、サーミスタ１特性値変化を防止することともなる。
【００１２】
また本発明のサーマルヘッドは、上記した全ての特徴に加え、サーミスタ１が配される側の絶縁基板３面の複数箇所にランド６が形成され、ランド６を経由してサーミスタ１端子が引き出されることを特徴とする。このとき封止部材４が、サーミスタ１と、サーミスタ１から導出される端子と別のランド６との接続部とを封止するよう配することが好ましい。これは図１においては、ボンディングワイヤ１７及びその両端のランド６との接続部を含めて封止するという意味である。ランド６は通常サーミスタ１の端子数に相当する２つ形成される。
【００１３】
サーミスタ１を封止固定する場合には、サーミスタ１端子をどのように封止部材４の外に引き出すかが問題となる場合がある。仮に使用するサーミスタ１がリード付きサーミスタであれば、当該リード以外の部分を封止固定すればよいので前記問題解決は容易である。しかしリード付きサーミスタ以外のサーミスタ１、例えばチップサーミスタ等の場合は、リード線をサーミスタ１自身に十分な強度を保ちつつ取付けることが困難であるため、一旦サーミスタ１自身の端子をランド６に接続し、更にランド６からの接続強度を高く維持できる接続方法（例えば溶接手段）によって接続することで、前記問題解決が可能となる。従ってここでいう、サーミスタ１が配される側の絶縁基板３面の複数箇所にランド６が形成され、ランド６を経由してサーミスタ１端子が引き出される、という特徴は、リード付きサーミスタ以外のサーミスタ１を用いる場合を主に考慮したものである。
【００１４】
また本発明の課題を解決できる、本発明のサーマルヘッドの製造法は、絶縁基板３の一方の面に抵抗発熱体を形成する第１の工程と、当該抵抗発熱体形成箇所と対応する前記絶縁基板３の他方の面の複数箇所にランド６を形成する第２の工程と、一のランド６面に２以上の金属を含む複合酸化物からなるサーミスタ素体の一方の電極面が接触するよう載値する第３の工程と、該サーミスタ素体の他方の電極面と他の一のランド６とをボンディングワイヤ１７により接続する第４の工程と、樹脂を主成分とするペーストを前記サーミスタ素体と、サーミスタ素体から導出される端子とランド６との接続部とを封止するよう配する第５の工程と、該ペーストの流出を抑制する堰き止め部材を形成する第６の工程と、該ペーストを硬化させる第７の工程と、前記各々のランド６と外部リード線とを接続する第８の工程を有し、前記サーミスタ素体と前記ランドとの接続にはんだ１１を用いないことを特徴とする
【００１５】
ここで第１の工程〜第７の工程の順番には特に限定はない。後述するように、この製造法の利点の一つは、第６の工程を設けたことである。過剰に樹脂を主成分とするペーストが流出すると、後述する封止状態のばらつきのような不都合を生じる。
【００１６】
また上記本発明のサーマルヘッドの製造法において、第１の工程、第２の工程、及び第６の工程が厚膜技術により為され、他の工程に先だって実施されることが好ましい。厚膜技術、特にスクリーン印刷技術による絶縁基板３面への部材形成は、その製造コストを低く抑えることができ、且つ大量生産が可能な利点を有する。また、スクリーン印刷技術のような厚膜技術は、被印刷物形状が板状である場合に特に適用が容易となる。従って板の上に突起物、例えばサーミスタ１等が載値された状態ではスクリーン印刷技術のような厚膜技術の適用が困難になるため、第１の工程、第２の工程、及び第６の工程が厚膜技術により為され、他の工程に先だって実施されることが好ましい。
【００１７】
但し、前記突起物がスクリーン印刷の妨げにならない程度の高さである場合は、上記第５の工程についてもスクリーン印刷技術を採用するのが好ましい。樹脂ペーストを特定箇所に多数配する工法としては、スクリーン印刷が適しており、製造コスト低減の点で有利だからである。またこの場合、用いるスクリーン印刷用マスクは、ペースト通過箇所に紗が存在せず、前記突起物を損傷させにくい、いわゆるメタルマスクが好ましい。更に当該マスクの厚みを前記突起物高さよりも大きい値に設定することで、前記突起物がスクリーン印刷の妨げになりにくくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照しながら説明する。
図３に示すように、まず縦横に多数の分割溝１５を有する厚み０．８ｍｍの絶縁基板３としてのアルミナ板を用意する。その絶縁基板３表面にＡｇ−Ｐｄ合金粉末とガラスフリットを含む導電ペーストをアルミナ板スルーホール１４周縁付近にスクリーン印刷・焼成し、電極５を形成する（膜厚１０〜１２μｍ）。次いでアルミナ板裏面のスルーホール１４裏側周縁付近及びそこからアルミナ板面中心方向に伸びるよう前記導電ペーストをスクリーン印刷・焼成し、電極５を形成する。これでアルミナ板表面に形成した電極５とアルミナ板裏面に形成した電極５とがスルーホール１４を介して繋がったことになる。また、後述するアルミナ板裏面に電極５と同時にランド６を形成する。この形成が前述した第２の工程に相当する。
【００１９】
次いでＡｇ−Ｐｄ合金粉末を主成分とする抵抗体ペーストをアルミナ板表面にスクリーン印刷・焼成して形成する。このとき抵抗体７両端が、先に形成された電極５に一部重畳するよう抵抗体を形成する。この抵抗体７が抵抗発熱部４となる。以上が前述した第１の工程に相当する。
【００２０】
その後ホウ珪酸鉛系ガラスを主成分とするペーストを抵抗体７全面、及び一部の電極５を残し、電極５のほぼ全面にスクリーン印刷・焼成することで抵抗体７膜及び電極５膜をガラス８膜で保護する。
【００２１】
図２（ａ）は、ここまでの工程を経た絶縁基板３裏面におけるランド６周辺を示している。同図（ｂ）は、上記と同じホウ珪酸鉛系ガラスを主成分とするペーストを用い、ガラス膜８と同時にスクリーン印刷・焼成することで環状の堰き止め部材１６を形成する。この堰き止め部材１６の厚みは１５〜２０μｍ程度とする。この形成が前述した第６の工程に相当する。
【００２２】
次いで露出した素体両端に金電極が配されたサーミスタ１（三菱マテリアル製ＦＨ１０−３Ｕ１０４ＨＳ）の一方の電極面を、図２（ｃ）に示すようランド６の一方に接触するよう載置し、図１に示すよう銀粉末とエポキシ系樹脂ペーストからなる導電性接着剤２（ダイボンディングペースト：九州松下電器製ＤＢＣ１３０ＳＤ）で固定する。この固定の操作は、まず導電性接着剤２を板上に一定厚み塗布し、導電性接着剤２の湿潤状態を維持したままその板面と前記一方の電極面とを接触させ、当該一方の電極面に導電性接着剤２を転写・塗布し、その後当該一方の面を前記ランド６の一方の面に押しつけ、導電性接着剤２を加熱硬化させて完了する。この固定の状態は、前述した「サーミスタ素体が実質的に直接絶縁基板３面に配されている」状態に該当する。
【００２３】
そしてこのサーミスタ１の素体の他方の電極面へ３本の金線（図１におけるボンディングワイヤ１７）のそれぞれの一端を金：錫＝８０：２０の合金（融点：２８０℃）により固定し、更に当該金線の他端を他方のランド６へ固定する一連の操作を、公知のワイヤボンディング技術により実施する（図２（ｄ））。これで一対のランド６それぞれが、サーミスタ１の端子となる。本例ではボンディングワイヤ１７を３本として、ランド６とサーミスタ１との電気接続との確実化を図った。しかしこのボンディングワイヤ１７の本数に限定されず、１本以上であればよいことはことは言うまでもない。
【００２４】
その後図２（ｅ）に示すようにエポキシ系樹脂ペースト（松下電工製ＣＶ５４０１Ａ）を、シリンジにより堰き止め部材１６の内側に所定量供給する。ペースト状態の樹脂は、堰き止め部材１６の存在により流出が抑制され、過剰に絶縁基板３面を覆わない。樹脂が過剰に絶縁基板３面を覆う場合の不都合な点は、サーマルヘッドの電子機器等への装着の妨げとなる場合があることが挙げられる。具体的には、図５に示す、絶縁基板３を補強し、且つ電子機器へのサーマルヘッドの取付けを容易にするためのサーマルヘッド用ホルダー３０が絶縁基板３の発熱面とは逆の面に装着される形態のサーマルヘッド（例えば特開平１１−１３８８８１号公報に示されている。）にあっては、絶縁基板３端部が平滑であることが前記装着を容易にするため好ましい。
【００２５】
またそのような形態でないサーマルヘッドにあっても、前記流出のし方が様々である結果、封止部材４厚みがばらついていては、各種特性（例えばサーミスタ１固定強度等）に影響がある場合がある。従って本例のように円環状の堰き止め部材１６を有していることが好ましい。本例では堰き止め部材１６高さ（厚み）を１５〜２０μｍに設定したが、この高さを下回る高さであっても、ペーストを堰き止める効果を有することは明らかである。当該高さは使用するペースト（本例では樹脂ペーストに相当）の性状により適した値が決定されるため、最適値は一概に言えない。
【００２６】
また堰き止め部材１６は、厚膜形成する他に、絶縁基板３面に凹部又は凸部を設けるなどして、予め形成してもよい。この場合において当該凹部にサーミスタ１を配することにより、サーミスタ１の位置決めが容易となる効果がある。
【００２７】
樹脂が供給された後、その樹脂を硬化させるため、１００℃で１時間、更に１５０℃で３時間加熱処理を施す。この加熱工程が、前述した第７の工程に相当する。本例で用いた樹脂は、ガラス転移温度が１６０℃である。ガラス転移温度が封止状態や、長期間に亘る樹脂の耐久性などに影響を与えるかどうかの詳細については不明である。本発明者が検討した範囲は、ガラス転移温度が１４０℃〜１６５℃（公称値）であり、それらは好適に用いることができた。
【００２８】
その後アルミナ板５に予め施されている分割溝１５を開くように応力を付与してアルミナ板を各々のサーマルヘッドとなる単位に分割する。
【００２９】
次に図１におけるサーミスタ用リード線１９とランド６、及び通電用リード線１８と電極５との接続法について説明する。
まず表面にはんだメッキを施した銅からなる厚み約０．１ｍｍのリボン状金属板９の一端を、ランド６及び電極５にそれぞれ溶接する。溶接条件は、５０ミリ秒の休止を挟み１５ミリ秒ずつ０．４５ｋＷを２パルス印加する。溶接用電極による通電端子への押圧力は、溶接後の溶接痕１０が深さ約０．１ｍｍとなる程度とした。電極５の膜厚が１０〜１２μｍであることから、リボン状金属板９の平板部が局部的に薄くなって、溶接後の溶接痕１０深さが約０．１ｍｍとなったと考えられる。
【００３０】
次いでリボン状金属板９の溶接をしなかった他端と、サーミスタ用リード線１９、及び通電用リード線１８となるビニール被覆リード線とを接続する。図４に示すように、リボン状金属板９とを絶縁基板４から裏面方向に２ｍｍ以上離れた位置ではんだ１１により結線する。これに用いるはんだ１１は、錫−銀−銅系合金で、その融点は約２３０℃である。これらサーミスタ用リード線１９とランド６との接続が前述した第８の工程に相当する。
【００３１】
ここで少なくともリボン状金属板９とそれぞれのリード線との接続部は熱収縮チューブ１２等で被覆し、絶縁・補強するのが好ましい（図４）。
【００３２】
ここではんだ１１を電気接続手段として用いている。従って前述したような組織の肥大化等が起こり、十分に安定した電気接続状態が得られないという懸念があるかもしれない。しかしながら図６に示した従来の、表面に抵抗発熱部を有する基板の裏面に配したランド２３と電気線２４とをはんだ２５で接続する場合とは異なり、図１に示すように、表面に抵抗発熱部を有する絶縁基板３裏面に配したサーミスタ用リード線１９部分、及び通電用リード線１８を接続、延長するのにはんだ１１を使うのである。従って抵抗体７からなる発熱部から十分に離れた位置に接続部、即ちはんだ１１を存在させることができる。従って前記懸念は解消できる。
【００３３】
この場合サーマルヘッドの機器への取付け場所の換気環境等に左右されることが考えられるが、概ね絶縁基板４から裏面方向に２ｍｍ以上離れた位置を接続部とすべきであると考えられる。またここで用いるはんだ１１の融点は概ね２１０℃以上であることが更に好ましい。これらの理由は前述したようなはんだ１１組織の肥大化を極力避けるためである。
【００３４】
またここで用いるはんだ１１及び必要に応じて用いる、図４に示すはんだ１１の好ましい合金は、錫−銀−ビスマス系合金、錫−ビスマス−銀−銅系合金、錫−銀−銅系合金、錫−銀−インジウム系合金、錫−銀−銅−アンチモン系合金、錫−銀系合金、錫−銅系合金、錫−アンチモン系合金等である。これらは鉛を含まず、環境調和性に優れている。ここで、不純物程度に混入する程度の鉛の存在は、環境調和性の観点からは無視できるため、実質的に鉛を含まない範囲が好ましい合金となる。またこれらはその融点が２１０℃以上である合金組成の幅が広く、種々の合金を選択可能である利点もある。
このようにして本発明のサーマルヘッドを得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明により、絶縁基板面を介して発熱部とサーミスタとが一体化されたサーマルヘッドにおいて、サーミスタの絶縁基板への固定を確実にすることができた。
また本発明により、サーマルヘッドの急激な温度変化への追随性を良好にすることができた。従ってリライトカードの情報消去等の用途に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサーマルヘッドの側面概要の一例を示した図である。
【図２】本発明にかかる封止部材が配される様子の一例を示した図である。
【図３】本発明のサーマルヘッドの製造の様子の一例を示した図である。
【図４】本発明にかかるリード線接続状態を示した図である。
【図５】本発明に使用できるサーマルヘッド用ホルダーの概要図である。
【図６】従来のサーマルヘッドの概要の一例を示した図である。
【符号の説明】
１．サーミスタ
２．導電性接着剤
３．絶縁基板
４．封止部材
５．電極
６．ランド
７．抵抗体
８．ガラス
９．リボン状金属板
１１．はんだ
１２．熱収縮チューブ
１４．スルーホール
１５．分割溝
１６．堰き止め部材
１７．ボンディングワイヤ
１８．通電用リード線
１９．サーミスタ用リード線
２０．基板裏面
２１．電極
２２．チップサーミスタ
２３．ランド
２４．電気線
２５．はんだ
３０．サーマルヘッド用ホルダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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