(57)【要約】【課題】ワイヤ接続部の保護のための保護被膜に硬質の熱硬化性樹脂を用いてもヘッド基板の湾曲を軽減させることができ、高品位、高耐久性のサーマルプリントヘッドを提供する。【解決手段】複数の発熱抵抗体１２を一表面に配置したセラミックの長尺のヘッド基板１３と、配線回路３０を配置したヘッド基板よりも膨張係数の大きな樹脂製の駆動回路基板１５とを並行して配列し、さらにヘッド基板１３または駆動回路基板１５上に実装される駆動用ＩＣ１４と、ＩＣ１４のボンディングワイヤの接続部１７を被覆する樹脂の保護被膜１８とを具備するサーマルプリントヘッドにおいて、前記保護被膜１８は熱硬化性樹脂で形成され、前記駆動回路基板１５には両面に駆動回路基板よりも熱膨張係数が小さい第１の膨張制御板３２と第２の膨張制御板３３が接着されて複合板を形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱抵抗体とこれらの発熱抵抗体に接続される電極パターンを一表面に配置したセラミックの長尺のヘッド基板と、
外部回路に接続される配線回路を配置した前記ヘッド基板よりも膨張係数の大きな樹脂製の駆動回路基板と、
前記ヘッド基板と前記駆動回路基板とを隣接して一表面上に接着配置した支持板と、
前記ヘッド基板または前記駆動回路基板上に実装され、前記ヘッド基板の電極パターンとの間、前記駆動回路基板の配線回路との間でボンディングワイヤを介して接続される駆動用ＩＣと、
前記駆動用ＩＣ、ボンディングワイヤ、前記ヘッド基板の一部および前記配線回路基板の一部を被覆する樹脂の保護被膜とを具備するサーマルプリントヘッドにおいて、
前記保護被膜は熱硬化性樹脂で形成され、
前記駆動回路基板は両面に前記駆動回路基板よりも熱膨張係数が小さい第１の膨張制御板と第２の膨張制御板が接着されて複合板を形成してなるサーマルプリントヘッド。
【請求項２】
前記第１および第２の膨張制御板の線膨張係数が１１．５ｐｐｍ以下の膨張制御板である請求項１記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項３】
前記第１および第２の膨張制御板の厚さが前記駆動回路基板の厚さよりも小さい請求項１記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項４】
前記膨張制御板の電極パターンまたは前記駆動用ＩＣにワイヤボンディングされる配線回路を配置した表面に前記ワイヤボンディングされる配線回路領域が開口するように前記第１の膨張制御板が接着されている請求項１記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項５】
前記駆動回路基板と前記第１および第２の膨張制御板を接着する接着剤が引っ張りせん断強度が７．０Ｎ／ｍｍ２以上のエポキシ系接着剤である請求項１記載のサーマルプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は文字や画像などの印刷に使用されるサーマルプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＡ機器やビデオプリンターの分野においてサーマルプリントヘッドは記録用デバイスとして重要な位置を占めている。サーマルプリントヘッドは、基板上に配置された発熱抵抗体を発熱させることにより、感熱紙、インクリボンや製版フィルム印画紙に記録を行うものであり、低騒音、低コスト等の利点からさまざまな開発が行われている。図５は従来装置を示しており、ヘッド基板１０１は長尺板でなり表面にグレーズ層を直線状に凸部ができるように形成し、グレーズ層上の凸部上に発熱抵抗体１０２の列を同じく直線状に形成している。ヘッド基板１０１と駆動回路基板１０３は支持板１００上に両面テープで接着され、ヘッド基板１０１もしくは駆動回路基板上に駆動用ＩＣ１０４を搭載し、ボンディングワイヤ１０５によってヘッド基板１０１と駆動基板ＩＣおよび駆動回路基板１０２と駆動用ＩＣ１０４を接合し、ワイヤ接続部の保護として、シリコン系樹脂やエポキシ樹脂１０６を用いてエンキャップしている。
【０００３】
シリコン樹脂で保護した場合、硬化後の硬度が低いため、熱ストレスや外圧によってワイヤが切れやすいという問題がある。またエポキシ樹脂で保護した場合はハードコートになるが、ヘッド基板と駆動回路基板の線膨張係数が異なるため、エポキシ樹脂が高温で硬化した後、常温に戻るとヘッド基板が湾曲するという問題がある。
【０００４】
このようにハードコートを形成するエポキシ樹脂による場合は、高耐久性等の点から高温処理を経てエポキシ樹脂を硬化させる。図６に示すように、高温状態ではヘッド基板１０１および駆動回路基板１０３は直線性が保たれて突合せ接合しているが、常温状態に戻る時特に印字長すなわち走査方向の長いサーマルプリントヘッドにおいてはヘッド基板および駆動回路基板の線膨張係数の違いから、図示するように、ヘッド基板１０１は面方向に弓状に反り、同じく発熱抵抗体１０２の列Ｒも反る。またその傾向は印字長が長いほど顕著になる。印画は記録紙をプラテンローラによって発熱抵抗体列に押し付けて行われるが、このような弓状の変形はプラテンローラのニップラインｎｉｐから発熱抵抗体１０２の列Ｒの端部または中央部が図示矢印のように外れることになり印画のかすれが発生する。
【特許文献１】特開平０８‐３９８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
弓状変形を 考慮してあらかじめ発熱抵抗体列を変形する分だけ、逆に反らせてパターン化することが提案されている（特許文献１参照）。しかし変形が不均一であること、設計が複雑になることが避けられない。
【０００６】
本発明は上記の不都合を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の発熱抵抗体とこれらの発熱抵抗体に接続される電極パターンを一表面に配置したセラミックの長尺のヘッド基板と、外部回路に接続される配線回路を配置した前記ヘッド基板よりも膨張係数の大きな樹脂製の駆動回路基板と、前記ヘッド基板と前記駆動回路基板とを隣接して一表面上に接着配置した支持板と、前記ヘッド基板または前記駆動回路基板上に実装され、前記ヘッド基板の電極パターンとの間、前記駆動回路基板の配線回路との間でワイヤボンディングを介して接続される駆動用ＩＣと、前記駆動用ＩＣ、ワイヤボンディング、前記ヘッド基板の一部および前記配線回路基板の一部を被覆する樹脂の保護被膜とを具備するサーマルプリントヘッドにおいて、
前記保護被膜は熱硬化性樹脂で形成され、前記駆動回路基板は両面に前記駆動回路基板よりも熱膨張係数が小さい第１の膨張制御板と第２の膨張制御板が接着されて複合板を形成してなるサーマルプリントヘッドを提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は駆動回路基板を膨張制御板により積層複合板としてその合成線膨張係数をヘッド基板の線膨張係数に近づけることにより、ワイヤ接続部の保護のための硬質の熱硬化性樹脂に例えばエポキシ樹脂を用いて高温硬化させてもヘッド基板の湾曲を軽減させることができて、設計も容易で高品位、高耐久性のサーマルプリントヘッドを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１ないし図４は本発明の一実施形態を説明するもので、アルミニウムＡｌなどの金属ででき放熱を兼ねる長尺の支持板１１の一表面上に、発熱抵抗体１２を形成したヘッド基板１３と、外部回路に接続されて駆動用ＩＣ（半導体集積回路）１４に電源を供給するとともにその入出力信号を伝送する駆動回路基板１５を配置する。ここに長尺とは長辺と短辺をもつ長方形状を意味する。ヘッド基板１２と駆動回路基板１５は各対向する長辺を当接して配置され、複数の駆動用ＩＣ１４がヘッド基板１３の前記当接辺近傍に実装される。この当接辺近傍の領域がワイヤ接続部１７になる。
【００１０】
ヘッド基板１３は図２に示すようにアルミナなどの長尺のセラミックス基板１３ａ上にグレーズ層２１を被覆し、グレーズ層の一部を長尺方向に沿って凸状に盛り上げてこの凸状部２２上に複数のドット状発熱抵抗体１２を同長尺方向に直線状に配列している。各発熱抵抗体の両端に電極パターン２３ａ，２３ｂが接続され、一方のパターン２３ａは各発熱抵抗体の個別電極として、他方のパターン２３ｂは共通電極として基板上に配置される。
【００１１】
駆動用ＩＣ１４は全発熱抵抗体ドット数のうちの一部を分担駆動するようにヘッド基板上に実装され、このため、基板の長尺方向に沿って複数のＩＣが一列に並列する配置になっている。
【００１２】
駆動回路基板１５はヘッド基板に合わせた長尺の形状でガラスエポキシ板などの樹脂材料を主体にできており表面に配線回路３０およびこれらに接続された外部回路接続端子３１を有している。ガラスエポキシ板はガラス繊維布にエポキシ樹脂を含浸させて熱硬化させたガラス繊維強化樹脂板である。
【００１３】
図３および図４は本実施形態の駆動回路基板１５の複合板を示している。この駆動回路基板１５の両面にアルミナセラミックス板でなる熱膨張制御板３２，３３が接着されている。一般に樹脂材はセラミックス材よりも線膨張係数が大きく、また柔軟性に富んでいる。図のような３層積層複合板構造にすることにより、複合板構造の線膨張係数は両面に接着した熱膨張制御板３２，３３の線膨張係数に近づけることができる。
【００１４】
これらの熱膨張制御板にはヘッド基板のセラミックス材と同じ材料を用いることができ、さらにこの駆動回路基板１５と熱膨張制御板３２，３３の接着を強固にすることが望ましく、このため接着に引っ張りせん断強度が７．０Ｎ／ｍｍ２以上のエポキシ系接着剤が適している。
【００１５】
図２のようにヘッド基板１３および駆動回路基板１５は支持板１１に両面接着テープ３４，３５により貼付される。金属である支持板１１、セラミックスのヘッド基板１３および樹脂の駆動回路基板１５はそれぞれ線膨張係数が大きく異なっており、支持板１１とヘッド基板１３との間の熱膨張係数差、支持板１１と駆動回路基板１５との間の熱膨張係数差はこの両面接着テープで吸収される。
【００１６】
ヘッド基板１３の電極パターン２３と駆動用ＩＣ１４との間、駆動回路基板１５の配線回路３０と駆動用ＩＣ１４との間をボンディングワイヤ１６でワイヤ接続する。ワイヤ接続部１７はヘッド基板の電極パターン２３領域の一部、駆動用ＩＣ１４、駆動回路基板１５の配線回路３０の領域の一部および両基板１３，１５の当接部にわたる領域であり、この領域にボンディングワイヤ１６および駆動用ＩＣ１４を保護するエンキャップとしてエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の硬質の保護被膜１８が被覆される。保護被膜１８によりヘッド基板１３と駆動回路基板１５が一体基板として振舞うことになり、両基板の線膨張係数差が相互に各基板の熱膨張・収縮に影響を及ぼす。しかし駆動回路基板１５の上下面に接着された熱膨張制御板３２，３３は駆動回路基板１５との複合板となり合成線膨張係数を下げてヘッド基板１３の係数に近づける。
【００１７】
さらに最終的に保護被膜１８上に保護カバー４０を駆動回路基板に設けたねじ４１で取りつけ、プラテンや記録紙などによる外部衝撃による損傷を防止する。
【００１８】
一具体例を説明すると、ヘッド基板１３に例えば厚さ０．８ｍｍ、線膨張係数６．１ｐｐｍのアルミナ基板を、また駆動回路基板１５に厚さ０．９ｍｍ、線膨張係数１４．５ｐｐｍのガラスエポキシ基板を用いる。熱膨張制御板３２，３３にヘッド基板と同一材料で厚さ１ｍｍのアルミナ基板を用いて、駆動回路基板１５の上下面にエポキシ樹脂で接着して複合板とする。複合板の線膨張係数は接合する板材の線膨張係数や厚さによって変わるが、板材の厚さや特性を選択することによって所期の値以下に制御することができ、例えば１１．５ｐｐｍに下げることができる。
【００１９】
これによりワイヤ接続部の保護としてエポキシ樹脂で高温熱硬化させてもヘッド基板の面内方向の湾曲を軽減することができる。
【００２０】
（実施例）
ここで本発明の実施例について説明する。セラミック基板１３ａ上の所定部位に保温と平滑を兼ねるグレーズ層２１を保持したグレーズドセラミック基板をヘッド基体１３とし、抵抗体層１２、Ａｌ電極パターン２３ａ，２３ｂを順次、スパッタ等の薄膜形成方法にて形成し、さらにその基板にフォトエングレービングプロセスを行い、発熱抵抗体と電極の対が同一パターンで複数並ぶよう形成する。その後少なくとも抵抗体部を保護するように保護被膜１８を形成させてヘッド基板１３とした。ここでヘッド基板の発熱抵抗体列は３５６ｍｍでヘッド基板１３外形は３７０ｍｍ×１３ｍｍとした。
【００２１】
また、印刷配線３０を形成したガラスエポキシ製の駆動回路基板１５の上面、下面に線膨張係数が６．１ｐｐｍの第１および第２のセラミックの熱膨張制御板３２，３３をエポキシ系接着剤で接合し、駆動回路基板１５を複合板とした。ここで、駆動回路基板１５は樹脂がＦＲ４（商品名）で厚さ０．９ｍｍ、外形３７０ｍｍ×３０ｍｍとし、熱膨張制御板は上面側の板は厚さ１ｍｍ、外形３７０×１５ｍｍ、下面側の板は厚さｌｍｍ、外形３７０×２０ｍｍとし、駆動回路基板１５の上面熱膨張制御板は、ヘッド基板と配線回路３０のワイヤ接続のために、ヘッド基板と隣接する長手方向外形より５ｍｍ内側から短く接合して配線回路領域の露出開口部３６を形成している。上面、下面の膨張制御板はともに外部信号や電源供給するコネクタ等の部品接続部３７として、ヘッド基板隣接部とは反対側の長辺を支持板縁から１０ｍｍ突出させた。駆動回路基板１５と膨張制御板３２，３３の接続はエポキシ系接着剤をスタンプツールによりセラミック基板上に転写し、駆動回路基板と加圧し高温で硬化させた。
【００２２】
上記駆動回路基板複合体とヘッド基板１３をＡｌ製支持板１１に両面接着テープで接合し、駆動ＩＣ１４をヘッド基板１３上に搭載し、Ａｕボンティングワイヤ１６によってヘッド基板の電極パターン２３ａと駆動ＩＣ１４、および駆動回路基板の配線回路３０と駆動ＩＣ１４を接合する。ワイヤ接続部１７の保護被膜１８として、ヘッド基板１４と駆動回路基板１５を橋絡するようにエポキシ樹脂を用いて高温で硬化させた。
【００２３】
上記において従来のように駆動回路基板を複合板にしない場合、線膨張係数の違いによりセラミックスのヘッド基板は約０．３ｍｍだけ面方向に湾曲する。印画は記録紙をプラテンローラによって発熱抵抗体列に押し付けて行われ、通常プラテンローラのニップ幅は０．２ｍｍ程度であるから、０．３ｍｍの面方向曲がりが生じるとプラテンローラのニップから発熱抵抗体列の端部又は中央部が外れることになり印画のかすれが発生する。
【００２４】
本実施形態の複合板はシミュレーションの結果、線膨張係数は７．３ｐｐｍであり、ヘッド基板の面方向曲がりは実測値で０．０３５ｍｍであった。
【００２５】
こうして作製されたサーマルプリントヘッドは駆動回路基板がセラミック基板との複合板としたことでヘッド基板と駆動回路基板複合体との間の熱膨張率差が緩和されていることで発熱体列の直線性が保たれることが可能となった。従来は抵抗体列が変形してエポキシのようなハードコート剤を保護被膜として使用することができなかった比較的長い印字長をもつサーマルプリントヘッドに対してもハードコート剤を使用することが可能となり、製品の寿命拡大、印画品質の向上といった効果が達成できる。
【００２６】
本実施形態によれば、線膨張係数が１４．６ｐｐｍ以上の駆動回路基板を線膨張係数が６．１ｐｐｍ以下の板材とエポキシ系接着剤で接合し線膨張係数が７．３ｐｐｍの複合板とすることができ、実質的な駆動回路基板とヘッド基板との熱膨張率差を低減することができた。これにより発熱体列の直線性が保たれたサーマルプリントヘッドの製造が可能となり、従来、印字長が大きなサーマルプリントヘッドでは不可能であったワイヤ接合部の樹脂によるハードコート化が可能となり、高信頼性、高耐久性の面において大きな効果が得られた。
【００２７】
以上本実施形態でハードコートの保護被膜にエポキシ樹脂を例に説明したが、他の樹脂例えばアクリル樹脂でも同様な効果が得られる。
【００２８】
また駆動回路基板の樹脂としてポリイミドや高分子液晶などを用いることができる。
【００２９】
また駆動用ＩＣをヘッド基板でなく、駆動回路基板に実装する構造にも適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態を説明する断面図
【図２】図１の一部を示す拡大断面図
【図３】本発明の一実施形態の駆動回路基板を説明する分解斜視図
【図４】本発明の一実施形態の駆動回路基板を説明する組立後の斜視図
【図５】従来装置を説明する断面図
【図６】ヘッド基板の反りを説明する平面図
【符号の説明】
【００３１】
１１：支持板
１２：発熱抵抗体
１３：ヘッド基板
１４：駆動用ＩＣ
１５：駆動回路基板
１６：ボンディングワイヤ
１７：ワイヤ接続部
１８：保護被膜
２１：グレーズ層
２３ａ，２３ｂ：電極パターン
３０：配線回路
３２：第１の膨張制御板
３３：第２の膨張制御板
【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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