JP2014188682A - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディングワイヤーを封止する樹脂突出高さを低減する。
【解決手段】サーマルプリントヘッド１０に、放熱板３０とヘッド基板２０と回路基板４０とシリコーン樹脂４９とを備える。ヘッド基板２０は、長方形の絶縁基板の表面に間隔を置いて配列された発熱抵抗体２６とそれぞれの発熱抵抗体２６の両端部に接続された電極とを有して放熱板３０に載置される。回路基板４０は、ヘッド基板２０と長辺同士が対向するように放熱板３０に載置される。ヘッド基板２０と回路基板４０との間には、発熱抵抗体２６と回路基板４０とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤー４４が架け渡される。ボンディングワイヤー４４などは、エポキシ系の封止樹脂４８で封止される。シリコーン樹脂４９は、ヘッド基板２０と回路基板４０との突合せ部に位置する。
【選択図】図１

Description

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。

近年、サーマルプリントヘッドは、ビデオプリンターやイメージャー、シールプリンターなどの出力用デバイスとして注目されている。サーマルプリントヘッドは、保温層を有する支持基体上に配列された発熱抵抗体を発熱させることによって、感熱紙や、製版フィルム印画紙、メディアなどに記録を行うものである。サーマルプリントヘッドに関して、低騒音、低ランニングコストなどの利点から、様々な開発が行われている。

サーマルプリントヘッドの支持基体は、たとえばアルミナなどのセラミック基板上に、保温層としてグレーズ層を形成したものである。この支持基体の表面に抵抗体層および導電層をスパッタ法などの薄膜形成法によって積層形成し、パターニングプロセスを通すことによって、対となる発熱抵抗体と個別電極とが一線上に形成される。さらに、抵抗体層および導電層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することによって、サーマルプリントヘッドのヘッド基板が形成される。

このヘッド基板と別途製造された回路基板とが放熱板で合体される。ヘッド基板の放熱板への接着には、接着剤による固定、両面テープによる固定などの方法が一般的に用いられる。ヘッド基板、回路基板および放熱板の合体の後、電極に駆動ＩＣ（Integrated Circuit）を介して回路基板とボンディングワイヤーで接続される。このボンディングワイヤーを樹脂封止するなどして、サーマルプリントヘッドが完成する。

特開２００５−２８０２０４号公報

ヘッド基板と回路基板との間に架け渡されるボンディングワイヤーを封止する樹脂は、ヘッド基板および回路基板の表面に帯状に突出する。この樹脂が少なすぎると、ボンディングワイヤーが露出してしまい、健全性が損なわれる。そこで、ある程度余裕をもって樹脂を塗布する必要がある。一方、余裕を大きくとりすぎると、樹脂の突出高さが大きくなる。樹脂の突出高さが大きくなると、被印刷体の搬送を阻害する可能性が高まり、また、樹脂の硬化に時間を要することとなる。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドのヘッド基板から回路基板へ架け渡されたボンディングワイヤーを封止する樹脂突出高さを低減することを目的とする。

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、放熱板と、絶縁基板の表面に間隔を置いて配列されたヒータとそれぞれのヒータの両端部に接続された電極とを有して前記放熱板に載置された長方形のヘッド基板と、前記ヘッド基板と長辺同士が対向するように前記放熱板に載置された回路基板と、前記ヘッド基板と前記回路基板との間に架け渡されて前記ヒータのそれぞれと前記回路基板とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤーと、前記ヘッド基板と前記回路基板の前記長辺同士が対向する位置に充填されたシリコーン系樹脂体と、前記ヘッド基板および前記回路基板に跨って帯状に延びて前記ボンディングワイヤーを封止するエポキシ系樹脂封止体と、を具備することを特徴とする。

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、長方形の絶縁基板との表面にその絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列された複数のヒータと前記ヒータの両端部に接続された電極とを形成してヘッド基板を得る工程と、前記ヒータを駆動する駆動回路を搭載した回路基板を形成する工程と、長方形の板状の放熱板を製造する工程と、前記ヘッド基板を前記放熱板に載置する工程と、前記ヘッド基板の前記ヒータから遠い方の長辺側の側面にシリコーン系樹脂を塗布する工程と、前記シリコーン系樹脂が塗布された側の前記ヘッド基板の側面に前記回路基板を押し付けながら前記回路基板を前記放熱板に載置する工程と、前記ヘッド基板と前記回路基板との間にボンディングワイヤーを架け渡す工程と、前記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。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドのヘッド基板から回路基板へ架け渡されたボンディングワイヤーを封止する樹脂突出高さを低減することができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の一部切欠き上面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一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。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。

図１は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の断面図である。図２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。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、ヘッド基板２０、放熱板３０および回路基板４０を有している。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。

絶縁基板２２の表面には、たとえば絶縁基板２２の長辺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の短辺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。発熱領域２４が延びる方向を主走査方向と呼ぶ。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、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。

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の上に駆動用ＩＣ４２などによって形成されている。

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。放熱板３０の一方の面には、放熱面５５および接着面５２が形成されている。放熱面５５と接着面５２との間は、主走査方向に延びる溝５３で仕切られている。

放熱面５５には、たとえばシリコーン樹脂６２が塗布される。接着面５２には、一枚の両面テープ６１が貼付される。ヘッド基板２０および回路基板４０は、放熱板３０の同じ側の面に対向するように載置される。ヘッド基板２０の金属配線層２８の一部を露出させる開口が配列された近傍の長辺と、回路基板４０の駆動用ＩＣ４２が配置された近傍の長辺とは、対向するように配置されている。より具体的には、ヘッド基板２０は、放熱面５５および接着面５２を跨いで放熱板３０に載置される。回路基板４０は、接着面５２に載置される。

したがって、ヘッド基板２０の発熱領域２４の下面と放熱板３０との間には、シリコーン樹脂６２が介在することになる。また、両面テープ６１は、ヘッド基板２０と放熱板３０との間から回路基板４０と放熱板３０との間に広がっている。ヘッド基板２０および回路基板４０は、両面テープ６１で放熱板３０に固定される。シリコーン樹脂６２もヘッド基板２０と放熱板３０との間の固定にある程度は寄与する。

駆動用ＩＣ４２と金属配線層２８とは、保護膜に形成された開口を通じて、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。また、駆動用ＩＣ４２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。駆動用ＩＣ４２およびボンディングワイヤー４４は、たとえば封止樹脂４８によって封止されている。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、たとえばコネクタを介して回路基板４０に入力される。

図３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。

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。

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感熱紙などの被印刷体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。

次に、このサーマルプリントヘッドの製造方法について説明する。

まず、ヘッド基板２０、放熱板３０および回路基板４０をそれぞれ製造する。次に、放熱板３０の放熱面５５に熱硬化性のシリコーン樹脂６２を塗布する。また、放熱板３０の接着面５２に両面テープ６１を貼る。

その後、ヘッド基板２０の発熱領域２４の裏側が放熱面５５に対向し、回路基板４０との接続部が設けられた側の裏面が接着面５２に対向するように、ヘッド基板２０を放熱板３０に載置する。次に、ヘッド基板２０の回路基板４０と対向する側面にシリコーン樹脂４９を塗布する。

ヘッド基板２０の側面にシリコーン樹脂４９を塗布した後、回路基板４０を裏面が接着面５２に対向するように放熱板３０に載置する。この際、回路基板４０の駆動用ＩＣ４２が配置された近傍の長辺が、ヘッド基板２０の長辺と対向するように押し付ける。このようにして、ヘッド基板２０および回路基板４０を放熱板３０に仮止めした後、雰囲気をたとえば０．２気圧程度まで減圧する。これによりシリコーン樹脂４９，６２が脱泡される。その後、ヘッド基板２０、回路基板４０および放熱板３０の全体を２００℃程度に加熱して、シリコーン樹脂４９，６２を硬化する。

このようにしてヘッド基板２０と回路基板４０とを放熱板３０に固定した後、回路基板４０に駆動用ＩＣ４２を取り付ける。また、駆動用ＩＣ４２とヘッド基板２０との間、および、駆動用ＩＣ４２と回路基板４０上の端子との間をボンディングワイヤー４４で結線する。ワイヤーボンディングの後、駆動用ＩＣ４２およびボンディングワイヤー４４を樹脂封止する。その後、コネクタなどの部品をはんだ付けするなどしてサーマルプリントヘッド１０が完成する。

ヘッド基板２０と回路基板４０とを直接突き合わせて配置すると、ヘッド基板２０の側面および回路基板４０の側面の凹凸によって、隙間が生じることが避けられない。ワイヤーボンディングの後に封止する樹脂を塗布した際には、樹脂の粘度が高いため、この隙間の全てに樹脂が流れ込むわけではない。しかし、この隙間の一部に封止用の樹脂が流れ込んでしまうため、隙間の一部が硬化前の樹脂で囲まれた気泡となってしまう。

硬化前の樹脂中に気泡が存在すると、硬化時の加熱によって、気泡が成長して表面に逃げ出していくため、硬化後の表面に凹凸が生じる場合がある。このため、硬化後の封止樹脂の表面に凹凸が生じてもボンディングワイヤー４４が露出しないように、ある程度、多めに樹脂を塗布する必要がある。

このような気泡の逃げ道として放熱板３０に溝を形成しておき、その溝を経由して気泡中の気体をサーマルプリントヘッド１０の外部に逃がしてやる方法が有効である。しかし、ヘッド基板２０の側面および回路基板４０の側面の間の隙間の全てがこの溝に連通しているわけではないので、封止樹脂中の気泡を排除することは困難である。

一方、本実施の形態では、ヘッド基板２０と回路基板４０との突合せ部がシリコーン樹脂４９で埋められている。シリコーン樹脂４９の硬化前にヘッド基板２０に回路基板４０を押し付けることによって、ヘッド基板２０の側面および回路基板４０の側面の間の隙間にシリコーン樹脂４９が充填された状態となる。この状態は、シリコーン樹脂４９を硬化させた状態でも維持される。

その結果、ボンディングワイヤー４４を封止樹脂４８で封止する際に、気泡のふくらみによる封止樹脂４８表面の凹凸の発生は抑制される。このため、ボンディングワイヤー４４を封止する封止樹脂４８の塗布量を低減することができ、ヘッド基板２０および回路基板４０からの封止樹脂４８の突出量を低減できる。このため、被印刷体５７の搬送を阻害する可能性が小さくなる。

また、放熱板３０に封止用の封止樹脂４８からの気体の逃げ道としての溝を形成する必要がない。このため、放熱板３０の成型加工コストが低減される。また、これに伴って、ヘッド基板２０および回路基板４０を一枚の両面テープ６１で放熱板３０に固定することができるため、組み立てに要する時間および費用が低減される。

１０…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、４０…回路基板、４２…駆動用ＩＣ、４４…ボンディングワイヤー、４８…封止樹脂、４９…シリコーン樹脂、５２…接着面、５３…溝、５５…放熱面、５７…被印刷体、５８…プラテンローラ、５９…軸、６１…両面テープ、６２…シリコーン樹脂

Claims (4)

1. 放熱板と、
   絶縁基板の表面に間隔を置いて配列されたヒータとそれぞれのヒータの両端部に接続された電極とを有して前記放熱板に載置された長方形のヘッド基板と、
   前記ヘッド基板と長辺同士が対向するように前記放熱板に載置された回路基板と、
   前記ヘッド基板と前記回路基板との間に架け渡されて前記ヒータのそれぞれと前記回路基板とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤーと、
   前記ヘッド基板と前記回路基板の前記長辺同士が対向する位置に充填されたシリコーン系樹脂体と、
   前記ヘッド基板および前記回路基板に跨って帯状に延びて前記ボンディングワイヤーを封止するエポキシ系樹脂封止体と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記ヘッド基板と前記放熱板との間から前記回路基板と前記放熱板との間に広がって前記ヘッド基板および前記回路基板を前記放熱板に固定する両面テープをさらに具備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。
3. 前記放熱板は一方の主面に前記長辺方向に延びる溝によって仕切られた放熱面および接着面が形成されていて、前記ヘッド基板は前記ヒータが配列された領域の裏面が前記放熱面に対向するように前記放熱面および前記接着面に跨って配置され、前記回路基板は前記接着面に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 長方形の絶縁基板との表面にその絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列された複数のヒータと前記ヒータの両端部に接続された電極とを形成してヘッド基板を得る工程と、
   前記ヒータを駆動する駆動回路を搭載した回路基板を形成する工程と、
   長方形の板状の放熱板を製造する工程と、
   前記ヘッド基板を前記放熱板に載置する工程と、
   前記ヘッド基板の前記ヒータから遠い方の長辺側の側面にシリコーン系樹脂を塗布する工程と、
   前記シリコーン系樹脂が塗布された側の前記ヘッド基板の側面に前記回路基板を押し付けながら前記回路基板を前記放熱板に載置する工程と、
   前記ヘッド基板と前記回路基板との間にボンディングワイヤーを架け渡す工程と、
   前記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。
   
   

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