(57)【要約】【課題】各層間に導体を配した積層基板を用いることで、従来のサーマルヘッドよりも極端な小型化及び簡素化をおこなうこと【解決手段】厚み方向に基材を積層し、該基材間に導体を設けてこれらを電気的に接続した積層基板２と、前記積層基板２の一面に設けた発熱体５と、前記積層基板２の他面に設けた前記発熱体５を駆動するドライバＩＣ３とを備える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に基材を積層し、該基材間に導体を設けてこれらを電気的に接続した積層基板と、
前記積層基板の一面に設けた発熱体と、
前記積層基板の他面に設けた前記発熱体を駆動するドライバＩＣとを備えることを特徴としたサーマルヘッド。
【請求項２】
厚み方向に基材を積層し、該基材間に導体を設けてこれらを電気的に接続した積層基板と、
前記積層基板の平坦な面に設けた発熱体と、
前記積層基板のキャビティに設けた前記発熱体を駆動するドライバＩＣとを備えることを特徴としたサーマルヘッド。
【請求項３】
前記発熱体の直下の前記積層基板の内部に導体よりなるサーマルビアを設けることを特徴とした請求項１又は２記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
前記積層基板の内部の前記発熱体の近くにアース導体を配置することを特徴とした請求項１〜３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、業務用及び民生用のプリンタ機器に搭載されるサーマルヘッド、及びパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、デジタル・カメラ（デジカメ）等に付随する印刷機能に対応するサーマルヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】（１）：一般的なサーマルヘッドの説明
図４は一般的なサーマルヘッドの説明図である。図４において、一般的なサーマルヘッドには、アルミ放熱板１、薄膜チップ（発熱体チップ）２、制御用ドライバＩＣ（集積回路）３、ガラスエポキシ（ガラエポ）基板４、発熱体５、コネクタ１１、カバー１２、プラテン１４が設けてある。
【０００３】
アルミ放熱板１は、上面に発熱体チップ２とガラスエポキシ基板４が載せられて、発熱体５等からの熱を放熱するものである。薄膜チップ２は、アルミナ基板上にグレーズ層を形成し、このグレーズ層及びアルミナ基板上に所定パターンの抵抗体層を生成すると共に、グレーズ層上の抵抗体層の頂部分を露出させて抵抗体層上に所定パターンの導体層を形成し、抵抗体層の露出部分（発熱体５位置）及び導体層上に絶縁性耐酸化膜及び熱伝導性の良い耐磨耗膜を設けるものである。
【０００４】
制御用ドライバＩＣ３は、ガラスエポキシ基板４上に取り付けられて発熱抵抗体を駆動するためのものであり、薄膜チップ２等とはワイヤボンディングにより電気的に接続されている。また、制御用ドライバＩＣ３はシリコン樹脂等の保護樹脂より保護されている。
【０００５】
ガラスエポキシ基板４は、印刷配線が設けられており、一方側にコネクタ１１が、発熱体チップ２側に制御用ドライバＩＣ３が取り付けられている。カバー１２は、制御用ドライバＩＣ３等を保護するものである。
【０００６】
このような、一般的な仕様のサーマルヘッドにおいては、発熱体がパターニングされた薄膜チップ（発熱体チップ）２は平面形状であり、制御用のドライバＩＣ３は同一平面の延長線上に設置され、発熱抵抗体と電気的に接続する。さらに、この制御用のドライバＩＣ３等は、印画するメディア等から保護される目的で、カバー１２等を設ける必要がある。このため、発熱体の近傍に制御用ドライバＩＣ３等を置くと、サーマルヘッド外形の副走査方向（紙、カード等のメディアの供給方向）の寸法はコンパクトにできるが、制御用ドライバＩＣ３が発熱抵抗体に近づくためプリンタ装置のプラテン径を小さくしなければならない。
【０００７】
一方、硬質なメディア（例えば、プリペイドカードやＩＤカードの写真）等に印字・印画する場合は、カード本体を曲げることが難しいために、できるだけプラテン径を大きくする必要がある。このことは、上述したヘッドのコンパクト化とトレードオフの関係にあり、両立は難しいものであった。特に、ＩＣカード等のプラスチックカードに対しては、カードを曲げることが物理的に不可能であり、また、高品位な印画を行うためには、ヘッドとの接触位置を安定に保つことも重要となる。
【０００８】
（２）：カードのストレートパスが可能なサーマルヘッドの説明
カード（メディア）を曲げることなく印画する、いわゆる「ストレートパス」させることを目的としたサーマルヘッドの構造がある（例えば、特開平５−１７７８４５号公報、特許第２６７６０２６号、特開平５−２０８５１４号公報参照）。
【０００９】
図５は従来のストレートパスが可能なサーマルヘッドの説明図である。図５において、ストレートパスが可能なサーマルヘッドには、アルミ放熱板１、薄膜チップ（発熱体チップ）２、制御用ドライバＩＣ３、ガラスエポキシ基板４、コネクタ１１、カバー１２、カード２０が設けてある。
【００１０】
アルミ放熱板１には、段差が設けられ、制御用ドライバＩＣ３を搭載したガラスエポキシ基板４が取り付けられると共に、段差が設けられた薄膜チップ２が取り付けられている。
【００１１】
図６は従来のフレキシブル基板を用いるサーマルヘッドの説明図である。図６において、フレキシブル基板を用いたストレートパスが可能なサーマルヘッドには、アルミ放熱板１、薄膜チップ（発熱体チップ）２、制御用ドライバＩＣ３、ガラスエポキシ・フレキシブル（ガラエポ・フレキ）複合基板４、コネクタ１１、コネクタ端子絶縁シート１５が設けてある。
【００１２】
アルミ放熱板１には、上面に段差が設けられ、制御用ドライバＩＣ３を搭載したガラスエポキシ・フレキシブル複合基板４の一方が取り付けられ、ガラスエポキシ・フレキシブル複合基板４のフレキシブル部分で９０度折り曲げられると共に、側面にコネクタ１１が設けられたガラスエポキシ・フレキシブル複合基板４が取り付けられている。さらに、アルミ放熱板１の段差の上面に、段差が設けられた薄膜チップ２が取り付けられている。なお、図６の例では、副走査方向の寸法は１６ｍｍである。
【００１３】
このような、ストレートパスが可能なサーマルヘッドは、基材の硬質セラミックである薄膜チップ２に予め段差を設けるための加工が必要であることや、この基材の段差のある表面にグレーズを均一に焼き上げることは容易でない。また、薄膜を成膜する際には、ベースとなる基材に段差があるために、製造工程が煩雑になることやパターン精度も平坦なものに比べて劣るものであった。
【００１４】
また、サーマルヘッドの熱特性については、薄膜チップの基材（ベース材料）であるセラミック（アルミナ等）の熱拡散性と発熱体直下に位置するセラミック表面に溶着されたグレーズの熱容量性とがバランスされて成り立っている。このため、サーマルヘッドの用途に応じてグレーズ厚さ等をコントロールする必要がある。
【００１５】
特に、高速で印字するためには、グレーズ厚さを薄くするか、ガラス物性であるグレーズの熱伝導率を高める必要がある。しかし、ガラス物性である熱伝導率を効果的に高めることや、ガラスの厚みを薄くすることは、さまざまな要件から容易でない。
【００１６】
そこで、ベース材料のセラミックを熱拡散性の良いもの（例えば、窒化アルミニウムＡｌＮ等）にすることで、同様の効果を期待できる。しかしながら、グレーズとベース材料の熱膨張差によって、基板の反りやガラスの内部応力の増加を生じることや、選択的にある部分について熱伝導を調整するような自由度が少ないので、容易にこれを達成することは難しいものであった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のものでは、次のような課題があった。
【００１８】
（１）：ストレートパスが可能なサーマルヘッドの構造では、構成部材のグレーズ基板に凸等の特殊な加工が必要で製造工程も複雑で製品コストを増加させている原因となっていた。
【００１９】
（２）：さらなる高速印字を可能にするためには、熱の効率の良い拡散が必要であるが、現状のヘッドの構成では、印字品質を犠牲にしなければならないものであった。
【００２０】
（３）：静電気によって制御用ドライバＩＣが、誤動作したり破壊するのを防止するための対策を、薄膜工程に盛り込む必要があった。
【００２１】
本発明はこのような従来の課題を解決し、サーマルヘッドに使用するグレーズ基板として、各層間に導体を配した積層基板を用いることで、従来のサーマルヘッドよりも極端な小型化が容易になると共に、高速化等に必要な熱の効率的な拡散を促進し、さらにドライバＩＣの破壊、誤動作等の原因となる静電気の発生も防止できるようにすることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明のサーマルヘッドの説明図である。図１中、１は放熱板、２は積層基板（薄膜チップ）、３はドライバＩＣ、４はフレキシブル基板、５は発熱体、６は積層基板内部導体、７はサーマルビアである。
【００２３】
本発明は前記従来の課題を解決するため次のように構成した。
【００２４】
（１）：厚み方向に基材を積層し、該基材間に導体を設けてこれらを電気的に接続した積層基板２と、前記積層基板２の一面に設けた発熱体５と、前記積層基板２の他面に設けた前記発熱体５を駆動するドライバＩＣ３とを備える。このため、積層基板の他面にドライバＩＣ３を搭載することで、特別な段差を積層基板（グレーズ基板）に設けることなく、ストレートパスが可能な構造とできるため、製品の簡素化、小型化が容易に達成できる。そして、このような部品点数の削減は、製品の信頼性を向上させると共に、製品の製造工程も大幅に削減することができる。
【００２５】
（２）：厚み方向に基材を積層し、該基材間に導体を設けてこれらを電気的に接続した積層基板２と、前記積層基板２の平坦な面に設けた発熱体５と、前記積層基板２のキャビティに設けた前記発熱体５を駆動するドライバＩＣ３とを備える。このため、積層基板のキャビティにドライバＩＣ３を搭載することで、ストレートパスが可能な構造とできるため、製品の簡素化、小型化が容易に達成できる。そして、このような部品点数の削減は、製品の信頼性を向上させると共に、製品の製造工程も大幅に削減することができる。
【００２６】
（３）：前記（１）又は（２）のサーマルヘッドにおいて、前記発熱体５の直下の前記積層基板２の内部に導体よりなるサーマルビア７を設ける。このため、発熱体５の熱の拡散効率が良くなり、熱応答性に優れ、尾引き等の発生しない印字品質の良い高速印画に対応したサーマルヘッドとすることが可能となる。
【００２７】
（４）：前記（１）〜（３）のサーマルヘッドにおいて、前記積層基板２の内部の前記発熱体５の近くにアース導体を配置する。このため、積層基板の内部にアース導体をグランドパターンとして自由に設定できるので、薄膜工程の変更等をせずに、ドライバＩＣの破壊、誤動作等の原因となるような静電気の発生も防止できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明は、発熱体を成膜するチップのベース材料であるグレーズ基板に、厚み方向にセラミック基材を積層して、該積層基材間に導体（内部導体）を設けてこれを電気的に接続した、いわゆるセラミック積層基板を用いる。このセラミック積層基板の平坦な面に発熱体をパターニングして、この裏面（又は表面のキャビティ）にドライバＩＣを取り付けて、スルーホールを介して電気的に接続する。これにより、サーマルヘッドの外観形状をコンパクトに維持したまま、メディアのストレートパスが可能なものとなる。
【００２９】
また、このセラミック積層基板に導体を使ったサーマルビアを発熱体の近くの適当な位置に配置することで、熱を効率よく拡散できるようにする。さらに、グランドパターンを基板の内部に自由に設定できるので、薄膜工程の変更等もせずに、静電気対策なども容易に行うことができる。
【００３０】
図１は本発明の実施の形態におけるサーマルヘッドの説明図である。図１において、断面構造が示されているサーマルヘッドには、放熱板１、薄膜チップ（積層基板）２、ドライバＩＣ３、フレキシブル基板４、発熱体５、積層基板内部導体６、サーマルビア７が設けてある。
【００３１】
放熱板１は、アルミ等の熱伝導の良い材料で形成され、上面に薄膜チップ２とフレキシブル基板４が載せられて、発熱体５等からの熱を放熱するものである。薄膜チップ２は、セラミック積層基板（多層配線基板）の上にグレーズ層を形成（積層グレーズ基板）し、このグレーズ層上に所定パターンの発熱体５（抵抗体層）を生成するものである（図１の例では、表裏あわせて４層配線で構成されている）。
【００３２】
ドライバＩＣ３は、薄膜チップ２であるセラミック積層基板の裏面に平面実装の一種であるフリップチップ搭載されており、放熱板１に設けられた窪み（溝）に納まるものであり、発熱体５を駆動するためのものである。フレキシブル基板４は、印刷配線が設けられており、ドライバＩＣ３と外部回路とを電気的に接続するものである。
【００３３】
発熱体５は、ドライバＩＣ３により駆動され、熱印刷を行うものである。積層基板内部導体６は、表裏あわせて４層配線で構成された層間配線をスルーホール等で接続するものである。サーマルビア７は、層間を接続する内部導体と同じ材料又は金属等の熱伝導性の良い材料を使って、発熱体５の熱を逃がすものである。なお、図１の例では、副走査方向の寸法が８ｍｍとなる。
【００３４】
このように、薄膜チップ２の内部には、積層基板の内部導体６があり、表裏をあわせて４層の配線で構成されている。このため、従来のサーマルヘッドでドライバＩＣ３を搭載していたガラスエポキシ基板の機構は、積層した薄膜チップ２の内部の導体のパターニングで得られる。さらに、ドライバＩＣ３を薄膜チップ２の裏面にフリップチップ搭載することで、小型化の弊害となっていたガラスエポキシ基板そのものを無くすことができる。また、サーマルビア７を、発熱体５の直下に設けることで、セラミック単体では得られない熱の拡散を行うことが可能となる。なお、このサーマルビア７は電気的接続には使用されていないが、接地導体に接続して使用することもできる。
【００３５】
以上のように、積層基板を用いることで、従来のようなガラスエポキシ基板が無用となる。また、薄膜チップ２の裏面にドライバＩＣ３を搭載することで、特別な段差をグレーズ基板（薄膜チップ２）に設けることなく、ストレートパスが可能な構造とできるため、製品の簡素化、小型化が容易に達成できる。そして、このような部品点数の削減は、製品の信頼性を向上させると共に、製品の製造工程も大幅に削減できる要因にもなる。
【００３６】
また、発熱体５の直下のグレーズ下部にサーマルビア７を設けることで、熱の拡散効率が良くなり、熱応答性に優れ、尾引き等の発生しない印字品質の良い高速印画に対応したサーマルヘッドとすることが可能となる。このことは、これまで高価で使用方法が複雑な履歴制御（前回印字を行ったか否かにより駆動パルス幅を制御する）用のドライバＩＣ等を必要とする高速な印字条件においても、通常（履歴制御を行わない）のドライバＩＣでの対応が可能となる。このため、サーマルヘッドに搭載するプリンタ装置の小型化や、電気回路の簡素化等、従来品に比べて設計の自由化が向上する（例えば、サーマルビア７のサイズや位置の構成により容易に熱制御を行える）。
【００３７】
（２）：アース導体を配置する説明
絶縁性の高いセラミック基板において、メディアが発熱体部分を直接に摺動するサーマルヘッドでは、静電気の発生が避けられず、ドライバＩＣの破壊、誤動作等が不具合として生じる場合がある。そこで、プリンタ装置やサーマルヘッド単品での除電対策を施すことも重要な機能となる。ここではサーマルヘッドに積層基板を用いることで、製品の外形・機能を損なうことなく、除電対策のためのアースとしての導体を配置することができる。
【００３８】
図２はサーマルヘッドにアース導体を配置する説明図である。図２において、断面構造が示されているサーマルヘッドには、放熱板１、薄膜チップ（積層基板）２、ドライバＩＣ３、フレキシブル基板４、発熱体５、積層基板内部導体６、サーマルビア７、グランド配線８が設けてある。
【００３９】
放熱板１は、アルミ等の熱伝導の良い材料で形成され、上面に薄膜チップ２とフレキシブル基板４が載せられて、発熱体５等からの熱を放熱するものである。薄膜チップ２は、セラミック積層基板（多層配線基板）の上にグレーズ層を形成し（積層グレーズ基板）、このグレーズ層上に所定パターンの発熱体５（抵抗体層）を生成するものである（図２の例では、表裏あわせて６層配線で構成されている）。また、図２の例では、副走査方向の寸法が８ｍｍとなる。
【００４０】
ドライバＩＣ３は、薄膜チップ２であるセラミック積層基板の裏面にフリップチップ搭載されており、放熱板１に設けられた窪み（溝）に納まるものであり、発熱体５を駆動するためのものである。フレキシブル基板４は、印刷配線が設けられており、ドライバＩＣ３と外部回路とを電気的に接続するものである。
【００４１】
発熱体５は、ドライバＩＣ３により駆動され、熱印刷体に熱印刷を行うものである。積層基板内部導体６は、表裏あわせて６層配線で構成された層間をスルーホール等で接続するものである。サーマルビア７は、層間を接続する内部導体と同じ材料又は金属等の熱伝導性の良い材料を使って、発熱体５の熱を逃がすものである。グランド配線８は、メディアが直接に摺動する発熱体部分及びセラミック積層基板の直下にアースとしての導体を配置するものである。なお、図２ではグランド配線８は、一端面が積層基板の斜め切断面に露出しており、サーマルビア７と電気的に接続され共に接地されている。
【００４２】
この構成により、発熱体５から発生する熱は、グランド配線８、サーマルビア７、放熱板１へと効果的に放熱される。また、グランド配線８は、基板の内部にグランドパターンとして自由に設定できるので、薄膜工程の変更等をせずに、静電対策を容易に施すことができる。
【００４３】
（３）：ドライバＩＣを取り付けるキャビティを設ける説明
図３はドライバＩＣを取り付けるキャビティを設ける説明図である。図３において、断面構造が示されているサーマルヘッドには、放熱板１、薄膜チップ（積層基板）２、ドライバＩＣ３、フレキシブル基板４、発熱体５、積層基板内部導体６、サーマルビア７、キャビティ９が設けてある。
【００４４】
薄膜チップ２は、基材を積み重ねた積層基板で構成されているため、この積層基板の一部を切り取って、空洞部（段差）であるキャビティ９を容易に設けることができる。そして、このキャビティ９内の配線にドライバＩＣ３を接続して取り付ける。これにより、ドライバＩＣ３は、積層基板の表面に突出することなく、サーマルヘッドの外観形状をコンパクトに維持したまま、メディアのストレートパスを可能なものとすることができる。
【００４５】
なお、図３では、キャビティ９を積層基板の表面側（発熱体５位置側）に設けたが、裏面側（放熱板１側）に設けることもできる。裏面側に設けるとドライバＩＣ３が突出しないため、図１、図２で説明した放熱板１に窪み（溝）を設ける必要はなくなる。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば下記の如き効果を奏することができる。
【００４７】
（１）：厚み方向に基材を積層し、該基材間に導体を設けてこれらを電気的に接続した積層基板の一面に発熱体を設け、前記積層基板の他面に前記発熱体を駆動するドライバＩＣを設けるため、特別な段差を積層基板（グレーズ基板）に設けることなく、ストレートパスが可能な構造とできるため、製品の簡素化、小型化が容易に達成できる。そして、このような部品点数の削減は、製品の信頼性を向上させると共に、製品の製造工程も大幅に削減することができる。
【００４８】
（２）：厚み方向に基材を積層し、該基材間に導体を設けてこれらを電気的に接続した積層基板の平坦な面に発熱体を設け、前記積層基板のキャビティに前記発熱体を駆動するドライバＩＣを設けるため、ストレートパスが可能な構造とでき、製品の簡素化、小型化が容易に達成できる。そして、このような部品点数の削減は、製品の信頼性を向上させると共に、製品の製造工程も大幅に削減することができる。
【００４９】
（３）：発熱体の直下の積層基板の内部に導体よりなるサーマルビアを設けるため、発熱体の熱の拡散効率が良くなり、熱応答性に優れ、尾引き等の発生しない印字品質の良い高速印画に対応したサーマルヘッドとすることが可能となる。
【００５０】
（４）：積層基板の内部の発熱体の近くにアース導体を配置するため、積層基板の内部のアース導体をグランドパターンとして自由に設定できるので、薄膜工程の変更等をせずに、ドライバＩＣの破壊、誤動作等の原因となるような静電気の発生も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるサーマルヘッドの説明図である。
【図２】実施の形態におけるサーマルヘッドにアース導体を配置する説明図である。
【図３】実施の形態におけるドライバＩＣを取り付けるキャビティを設ける説明図である。
【図４】一般的なサーマルヘッドの説明図である。
【図５】従来のストレートパスが可能なサーマルヘッドの説明図である。
【図６】従来のフレキシブル基板を用いるサーマルヘッドの説明図である。
【符号の説明】
１　放熱板
２　積層基板（薄膜チップ）
３　ドライバＩＣ
４　フレキシブル基板
５　発熱体
６　積層基板内部導体
７　サーマルビア
【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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