JP2019111751A - サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 プラテンローラの回転に応じたヘッド基板の繰り返し移動よるボンディングワイヤーの疲労破断を防止したサーマルプリントヘッドおよび該サーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタを提供する。【解決手段】 放熱板１２と、放熱板１２に載置され、主走査方向Ｓ１に配列された複数の発熱素子を有するヘッド基板１３と、放熱板１２にヘッド基板１３と副走査方向Ｓ２に隣り合うように載置され、接続回路が設けられた回路基板１４と、第１ボンディングワイヤー２４を介して発熱素子に電気的に接続され、第２ボンディングワイヤー２５を介して接続回路に電気的に接続された制御素子１５とを備え、第１および第２ボンディングワイヤー２４、２５の少なくとも一方が、銅ワイヤー、銅合金ワイヤー、および銅を主材とし銅と異なる金属で被覆されたワイヤーのいずれかを含む。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタに関する。

サーマルプリントヘッド（ＴＰＨ）は、発熱領域に配列された複数の抵抗体を発熱させ、その熱により感熱記録媒体に文字や図形などの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、デジタル製版機、ビデオプリンタ、イメージャ、シールプリンタなどの記録機器に広く利用されている。

サーマルプリントヘッドは、放熱板と、放熱板上に設けられたヘッド基板および回路基板を備えている。ヘッド基板の上にはグレーズ層が設けられ、グレーズ層の上に複数の発熱素子が設けられている。回路基板には、複数の発熱素子の発熱を制御するための駆動用ＩＣが実装されている。複数の発熱素子と駆動用ＩＣとは、ボンディングワイヤーを介して電気的に接続されている。

サーマルプリンタは、サーマルプリントヘッドとプラテンローラを備えている。印画するときには、受像紙がサーマルプリントヘッドとプラテンローラとの隙間に挿入され、プラテンローラは受像紙をサーマルプリントヘッドに押し付ける。押し圧が高い場合、プラテンローラの回転に応じてヘッド基板がわずかに繰り返し移動する。

その結果、駆動用ＩＣと発熱素子とを接続するボンディングワイヤーが疲労して、破断する場合がある。

特開２００５−１６７０２０公報

本発明が解決しようとする課題は、プラテンローラの回転に応じたヘッド基板の繰り返し移動によるボンディングワイヤーの疲労破断を防止したサーマルプリントヘッドおよび該サーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタを提供することにある。

一つの実施形態によれば、サーマルプリントヘッドは、放熱板と、前記放熱板に載置された支持基板と、前記支持基板に積層されたグレーズ層と、前記グレーズ層上に設けられ主走査方向に配列された複数の発熱素子とを有するヘッド基板と、前記放熱板に前記ヘッド基板と副走査方向に隣り合うように載置され、接続回路が設けられた回路基板と、第１ボンディングワイヤーを介して前記発熱素子に電気的に接続され、第２ボンディングワイヤーを介して前記接続回路に電気的に接続された制御素子と、を備え、前記第１ボンディングワイヤーおよび前記第２ボンディングワイヤーの少なくとも一方が、銅ワイヤー、銅合金ワイヤーおよび銅を主材とし銅と異なる金属で被覆されたワイヤーのいずれかを含む。

本実施形態によれば、プラテンローラの回転に応じたヘッド基板の繰り返し移動によるボンディングワイヤーの疲労破断を防止したサーマルプリントヘッドおよび該サーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタが得られる。

実施形態１に係るサーマルプリントヘッドを示す図 実施形態１に係るサーマルプリントヘッドのボンディングワイヤーの配置例を示す図 実施形態１に係るボンディングワイヤーの径とせん断強度との関係を比較例のボンディングワイヤーと対比して示す図 実施形態１に係るボンディングワイヤーのＰＵＬＬ強度とボンディングパッドの厚さとの関係を比較例のボンディングワイヤーと対比して示す図 実施形態１に係るボンディングワイヤーの径とＰＵＬＬ強度との関係を比較例のボンディングワイヤーと対比して示す図 実施形態１に係るサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタを示す断面図 実施形態１に係る繰り返し基板移動による疲労破断特性の測定方法を説明するための図 実施形態１に係る繰り返し基板移動によるボンディングワイヤーの疲労破断特性を比較例のボンディングワイヤーと対比して示す図 実施形態１に係る繰り返し基板移動によるボンディングワイヤーの疲労破断特性を比較例のボンディングワイヤーと対比して示す図 実施形態１に係るワイヤーボンディング方法の一例を示す図 実施形態２に係るサーマルプリントヘッドを示す図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
本実施形態に係るサーマルプリントヘッドについて、図１および図２を用いて説明する。図１はサーマルプリントヘッドを示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＶ１−Ｖ１線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図、図２はサーマルプリントヘッドのボンディングワイヤーの配置例を示す図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＶ２−Ｖ２線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。

なお本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。図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。

始めに、サーマルプリントヘッドについて説明する。

図１に示すように、サーマルプリントヘッド１０は、記録媒体に画像が形成可能な主走査方向Ｓ１に長い長尺型のヘッドユニット１１を有している。ヘッドユニット１１は、放熱板１２、ヘッド基板１３、回路基板１４及び複数の駆動用ＩＣ１５（制御素子）を有している。

放熱板１２は、放熱性の良いアルミニウム、ステンレス等の金属製である。放熱板１２は、主走査方向Ｓ１と直交する副走査方向Ｓ２の放熱板一端面１２Ａ及び当該副走査方向Ｓ２とは反対方向（以下、これを副走査反対方向とも呼ぶ）の放熱板他端面１２Ｂがほぼ平行で、ほぼ均一な厚みを有し、主走査方向Ｓ１に長い平板状に形成されている。

放熱板１２の副走査反対方向の放熱板他端部は、回路基板１４が配置される回路基板配置部となり、主走査方向Ｓ１に長い長方形状に形成されている。そして放熱板１２は、一面に回路基板１４及びヘッド基板１３が副走査方向Ｓ２へ順に並べて配置されている。

ヘッド基板１３は、主走査方向Ｓ１に長く、副走査方向Ｓ２のヘッド基板一端面１３Ａ及び副走査反対方向のヘッド基板他端面１３Ｂがほぼ平行である。

ヘッド基板１３は、耐熱性を有する絶縁体材料、例えばＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックにより直方体状に形成された支持基板１６を有している。支持基板１６の外形が、そのままヘッド基板１３の外形になっている。支持基板１６は、ＳｉＮ、ＳｉＣ、石英、ＡｌＮ、あるいはＳｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ等を含むファインセラミックスであってもよい。

支持基板１６には、一面にＳｉＯ_２等のガラス膜でなるグレーズ層１７が設けられている。グレーズ層１７は、ガラスの粉末を有機溶剤で混合したガラスペーストを印刷し、焼成することにより形成できる。

グレーズ層１７の一面には、副走査方向Ｓ２に長い複数の発熱抵抗体１８が主走査方向Ｓ１へ順に所定の基板内抵抗体配置間隔で配置されている。またグレーズ層１７の一面には、複数の発熱抵抗体１８において副走査方向Ｓ２に沿った両端部に共通電極１９及び個別電極２０が配置され、これら複数の発熱抵抗体１８と共通電極１９及び個別電極２０とにより発熱素子が形成されている。これによりヘッド基板１３は、主走査方向Ｓ１に沿った帯状の部分が、共通電極１９及び個別電極２０間で複数の発熱抵抗体１８が発熱する発熱領域２１になっている。

またグレーズ層１７の一面には、複数の発熱抵抗体１８、共通電極１９及び個別電極２０を覆う保護膜２２が形成されている。

なお、図１（ａ）には、ヘッド基板１３に配置される複数の発熱抵抗体１８として、発熱領域２１を形成する共通電極１９及び個別電極２０間の抵抗体電極間部分を実線で示している。そしてヘッド基板１３は、接着剤２３を介して放熱板１２に接着されている。支持基板１６の他面が両面テープ又はシリコーン樹脂等の熱可塑性の樹脂である接着剤２３を介して放熱板１２のヘッド基板配置部の一面に接着されている。

回路基板１４は、主走査方向Ｓ１に長いプリント配線基板として形成され、又はそれぞれ主走査方向Ｓ１に長いセラミック板もしくはガラエポ樹脂（ガラスエポキシ樹脂：ガラス繊維製の布（クロス）を重ねたものに、エポキシ樹脂を含浸したもの）板等にフレキシブル基板が貼着されて形成されている。回路基板１４は、放熱板１２の回路基板配置部の一面に両面テープまたは接着剤２３を介して他面が接着されている。

回路基板１４には、駆動用ＩＣ１５を介してヘッド基板１３に電気的に接続される接続回路（図示せず）が形成され、外部から当該接続回路に駆動電力及び制御信号を入力するコネクタ（図示せず）が実装されている。

複数の駆動用ＩＣ１５は、それぞれ一面に複数の第１端子及び第２端子が設けられ、発熱素子を制御可能なスイッチング機能を有する。複数の駆動用ＩＣ１５は、例えば回路基板１４の一面の副走査方向Ｓ２の一端部（すなわちヘッド基板１３との境界部分）に、主走査方向Ｓ１に沿って順に並べて配置されている。

複数の駆動用ＩＣ１５は、複数の第１端子が複数のボンディングワイヤー２４（第１ボンディングワイヤー）を介して個別電極２０と電気的に接続されている。また複数の駆動用ＩＣ１５は、複数の第２端子が複数のボンディングワイヤー２５（第２ボンディングワイヤー）を介して、回路基板１４の接続回路に形成された対応する基板電極（図示せず）と電気的に接続されている。

複数の駆動用ＩＣ１５は、複数のボンディングワイヤー２４、２５と共にヘッド基板１３の一面及び回路基板１４の一面の境界付近に、シリコーン系樹脂からなる封止体２６によって封止されている。

シリコーン系樹脂は、エポキシ樹脂よりも低い硬度を有しているので、エポキシ樹脂より駆動用ＩＣ１５に印加される応力が低減される利点がある。駆動用ＩＣ１５に過大な応力をかけたくない場合に適している。駆動用ＩＣ１５に、例えば基準電圧発生回路等が含まれている場合などである。

尚、樹脂の硬度は、一般にロックウェル硬度（押し込み深さに基づく硬度）またはショア硬度（反発距離に基づく硬度）等であらわされる。シリコーン系樹脂は、いずれの硬度でもエポキシ樹脂より低い硬度を有している。

次に、本実施形態の特徴であるボンディングワイヤーについて説明する。以後、ボンディングワイヤーを単にワイヤーと称する場合もある。

図２に示すように、ボンディングワイヤー２４は、駆動用ＩＣ１５の出力側のボンディングパッド３１と、個別電極２０の対応するボンディングパッド３２とに接続されている。ボンディングワイヤー２５は、駆動用ＩＣ１５の入力側のボンディングパッド３３と、回路基板１４の接続回路に形成された対応する基板電極のボンディングパッド３４とに接続されている。

ボンディングワイヤー２４、２５およびボンディングパッド３１乃至３４は、それぞれ複数設けられている。

ワイヤー２４、２５は、銅（Ｃｕ）ワイヤーである。ワイヤー２４、２５は、銅ワイヤー以外に銅合金ワイヤー、または銅を主成分とする金属ワイヤーであってもよい。

銅合金ワイヤーとは、純銅（例えば純度４Ｎ、９９．９９％以上）に微量（パーセントオーダ以下）の不純物が添加された銅ワイヤーである。添加できる元素の例としては、カルシウム（Ｃａ）、ホウ素（Ｂ）、燐（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、セレン（Ｓｅ）等が挙げられる。これらの元素を添加すると、高い伸び特性が得られ、ボンディングワイヤーの強度がより向上することが期待されている。

また、ベリリウム（Ｂｅ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、水素（Ｈ）などが挙げられる。銅以外の元素が０．００１重量％以上含まれることにより、高い伸び特性が期待されている。

銅を主成分とする金属ワイヤーとは、例えばパラジウム（Ｐｄ）メッキおよび金（Ａｕ）メッキが施された銅ワイヤーである。これらのメッキ層は銅の酸化を抑制するために設けられている。

ボンディングパッド３１乃至３４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属である。アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属とは、例えばＡｌに数パーセントのシリコン（Ｓｉ）を混ぜた合金である。

ボンディングワイヤー２４として、例えば直径２３μｍφの銅ワイヤーを用い、０．５ｍｍ〜３ｍｍのロングスパンでワイヤー２４をボンディングした場合、ワイヤー２４の曲がりは認められなかった。一般的な金（Ａｕ）ワイヤーに比べて直線性は良好であった。

直線性が良好なため、複数のワイヤー２４が平行に配置され、ピッチが１９μｍ〜１１０μｍと狭くても、ワイヤー２４同士が接触する恐れはない。銅ワイヤーは、高密度ボンディングに適している。ボンディングワイヤー２５に関しても同様である。ボンディングワイヤー２４、２５は同じ直径を有することができる。

図３乃至図５を用いて、ボンディングワイヤーとしての銅（Ｃｕ）ワイヤーの機械的強度について比較例のボンディングワイヤーと対比して説明する。比較例のボンディングワイヤーとは、ボンディングワイヤーとして一般的な金（Ａｕ）ワイヤーである。

図３はボンディングワイヤーの径とせん断強度との関係を示す図で、実線は銅ワイヤーのせん断強度、破線は金ワイヤーのせん断強度を示している。ここでは、ワイヤー径を２３μｍφ、２５μｍφ、３０μｍφと変化させた。

図３に示すように、金ワイヤーでは、せん断強度は、それぞれ３５Ｎ／ｍ^２、３９Ｎ／ｍ^２、５８Ｎ／ｍ^２であった。一方、銅ワイヤーでは、それぞれ金ワイヤーより高いせん断強度６４Ｎ／ｍ^２、６８Ｎ／ｍ^２、９５Ｎ／ｍ^２が得られた。これから、銅ワイヤーのせん断強度は、金ワイヤーのせん断強度より略１．６〜１．８倍高いことが分かる。

尚、せん断とは、物が切断される方向に力が加わり、材料が破損することをいう。物が切断される方向に荷重が加わると、材料の断面にずれようとするせん断力が働く。材料のせん断強度以上の力が加わると、材料内部ですべりが生じて、材料が切断される。せん断強度は、一般に圧縮強度の数分の一程度である。

図４はボンディングワイヤーのＰＵＬＬ強度とボンディングパッドの厚さとの関係を示す図で、実線は銅ワイヤーのＰＵＬＬ強度、破線は金ワイヤーのＰＵＬ強度を示している。ここでは、ワイヤー径を２３μｍφとし、ボンディングパッドのアルミニウム（Ａｌ）の厚さを０．３７５μｍ、０．６μｍ、０．７５μｍ、１．５μｍと変化させた。

尚、ＰＵＬＬ強度とは、ボンディングされたワイヤーのループ部分にフックを掛けてワイヤーを引張り、ボンディングワイヤーが破壊されたときの荷重である。破壊モードとしては、ワイヤー自身の破断以外に、ボンディングワイヤーのボンディングパッド接続部の破断、ボンディングワイヤーネック部の破断などがある。

図４に示すように、金ワイヤーでは、ＰＵＬＬ強度は、それぞれ５．７ｇｆ、７．８ｇｆ、８．３ｇｆ、７．７ｇｆであり、Ａｌ膜厚が０．３７５μｍと薄い領域でＰＵＬＬ強度が大きく低下した。一方、銅ワイヤーでは、ＰＵＬＬ強度は、それぞれ金ワイヤーより高い７．８ｇｆ、８．６ｇｆ、８．８ｇｆ、９．１ｇｆであり、Ａｌ膜厚０．３７５μｍ〜１．５μｍに対して安定したＰＵＬＬ強度が得られた。破断モードは基本的にワイヤー自身の破断であったが、Ａｌ膜厚が０．３７５μｍにおける金ワイヤーの破断モードは、ボンディングパッド接続部の破断であった。

これから、銅ワイヤーのＰＵＬＬ強度は、金ワイヤーのＰＵＬＬ強度以上であり、特にＡｌ膜厚が０．３７５μｍと薄い領域では金ワイヤーのＰＵＬＬ強度より格段に優れていることかわかる。これは、後述するように銅ワイヤーのボンディング条件等によるものと考えられる。従って、銅ワイヤーでは、ボンディングパッドのＡｌ膜厚を金ワイヤーより薄くすることが可能であり、ボンディングパッドのＡｌ膜厚に十分なマージンがあると言える。

図５はボンディングのワイヤー径とＰＵＬＬ強度との関係を示す図で、実線は銅ワイヤーのＰＵＬＬ強度、破線は金ワイヤーのＰＵＬ強度を示している。ここではボンディングパッドのＡｌ膜厚は０．３７５μｍとし、ワイヤー径を２３μｍφ、２５μｍφ、３０μｍφと変化させた。

図５に示すように、金ワイヤーでは、ＰＵＬＬ強度は、それぞれ５ｇｆ、６．５ｇｆ、１０ｇｆであった。一方、銅ワイヤーでは、ＰＵＬＬ強度は、それぞれ金ワイヤーより高い８ｇｆ、１０ｇｆ、１５ｇｆが得られた。これから、銅ワイヤーのＰＵＬＬ強度は、金ワイヤーのＰＵＬＬ強度より略１．５〜１．６倍高いことがわかる。

上述したように、銅ワイヤーのせん断強度が金ワイヤーのせん断強度より高いことに対応して、銅ワイヤーのＰＵＬＬ強度は金ワイヤーのＰＵＬＬ強度以上である。銅ワイヤーのボンダビリティも金ワイヤーのボンダビリティと比べて遜色が無い。従って、銅ワイヤーは、ボンディングワイヤーとして金ワイヤーより強度的に高い信頼性を得ることが可能である。

次に、サーマルプリントヘッドにボンディングワイヤーとして銅ワイヤーを用いた場合の効果について説明する。図６は本実施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を示す図である。

図６に示すように、サーマルプリンタ４０はプラテンローラ４１を備えている。このプラテンローラ４１は、主走査方向Ｓ１を軸として、側面が発熱領域（複数の発熱抵抗体が配列された帯状の領域）２１に接するように配置され、その軸４２を中心に回転可能に設けられている。

サーマルプリンタ４０は、プラテンローラ４１の回転によって、プラテンローラ４１と発熱領域２１の間に挿入された感熱紙４３（受像紙）を主走査方向Ｓ１に対して垂直な副走査方向Ｓ２に移動させる。この感熱紙４３の移動に伴って、複数の発熱抵抗体１８を選択的に発熱させることにより、所望の画像を形成する。

印画の際には、プラテンローラ４１は感熱紙４３を発熱抵抗体１８に押し付ける。副走査方向Ｓ２にプラテンローラ４１を回転させる事で発熱抵抗体１８から発した熱によって感熱紙４３に印画をおこなう。

プラテンローラ４１が回転すると、摩擦によりヘッド基板１３を副走査方向Ｓ２側へ押し出す力が働く。ヘッド基板１３は両面テープ等の接着剤２３で固定されてはいるが、プラテンローラ４１の押し圧が高い場合、プラテンローラ４１の回転に応じてヘッド基板１３がわずかに繰り返し移動する。

ヘッド基板１３が繰り返し移動するのは、プラテンローラ４１が回転している間は、ヘッド基板１３は副操作方向Ｓ２側へずれ、プラテンローラ４１が停止すると、ヘッド基板１３は元の位置に戻るためである。

その結果、ボンディングワイヤー２４に繰り返し負荷がかかり、ボンディングワイヤー２４が疲労して破断する場合がある。この破断が生じる箇所は、ボンディングワイヤー２４が接続されている駆動用ＩＣ１５側のボンディングネック部分、およびヘッド基板１３側に接続されたボンディングワイヤーネック部分となる確率が高い。

図７乃至図９を用いて、ヘッド基板１３の繰り返し移動による疲労破断特性を比較例のボンディングワイヤーと対比して説明する。図７はヘッド基板１３の繰り返し移動による疲労破断特性を測定する方法を説明するための図、図８および図９は疲労破断特性を示す図である。

ヘッド基板１３の繰り返し移動による疲労破断特性の測定は、被測定物が載置された基板を水平方向に一定の振幅で繰り返し移動させるように構成された加速試験装置を用いて行った。加速試験装置について簡単に説明する。

図７に示すように、加速試験装置５０では、ベース基板５１の上面に第１基板５２および第２基板５３が隣接して載置されている。第１基板５２および第２基板５３は、両面テープにより、ベース基板５１の上面に固定されている。

第１基板５２は、ベース基板５１の上面に載置された第１部分５２ａと、ベース基板５１から水平方向（Ｙ方向）に延在する第２部分５２ｂとを有している。第２部分５２ｂには開口５２ｃが設けられている。

ＩＣ５４は第１部分５２ａの第２基板５３側で第１基板５２および第２基板５３の隣接部近傍に載置されている。ＩＣ５４のボンディングパッド（図示せず）と、第２基板５３のボンディングパッド（図示せず）とは、ボンディングワイヤー５５により電気的に接続されている。

ダイシェアツール５６の先端部５６ａが開口５２ｃに挿通されている。ダイシェアツール５６をＹ方向に往復運動させることにより、ＩＣ５４が載置された第１基板５２は水平方向に一定の振幅で繰り返し移動する。これにより、ボンディングワイヤー５５に繰り返し負荷がかかるので、ボンディングワイヤー５５の疲労破断試験が行える。

疲労破断試験は、ヘッド基板１３の副走査方向Ｓ２側（Ｙ方向）への繰り返し移動量を０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍと変化させ、ボンディングワイヤー２４が破断するまでの繰り返し移動回数をカウントするという加速試験により求めた。ワイヤー径は、銅ワイヤーおよび金ワイヤーとも２３μｍφとした。さらに、金ワイヤーのみワイヤー径を３０μｍφとした場合を追加した。

図８は封止体２６がない場合の疲労破断特性を示す図で、実線が銅ワイヤーの疲労破断特性、破線および一点鎖線が金ワイヤーの疲労破断特性を示している。

図８に示すように、封止体２６が無い場合、繰り返し移動量が０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍに対して、２３μｍφ金ワイヤーはそれぞれ繰り返し移動回数が９７回、７２回、５０回で破断した。一方、２３μｍφ銅ワイヤーはそれぞれ繰り返し移動回数が２１２回、１３８回、８９回まで破断しなかった。ワイヤーが破断した箇所は、ボンディングワイヤー２４と、ボンディングパッド３１またはボンディングパッド３２との接続のネック部分であった。

ちなみに、金ワイヤーの径を３０μｍφにすると、繰り返し移動量が０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍのいずれの場合でも、３０μｍφ金ワイヤーの繰り返し移動回数は、２３μｍφ銅ワイヤーの繰り返し移動回数に近づいた。

図９は封止体２６が有る場合の疲労破断特性を示す図で、実線が銅ワイヤーの疲労破断特性、破線および一点鎖線が金ワイヤーの疲労破断特性を示している。

図９に示すように、封止体２６がある場合でも、繰り返し移動量と繰り返し移動量回数の関係は、図８と略同様である。繰り返し移動量が０．ｍｍ１、０．３ｍｍ、０．５ｍｍに対して、２３μｍφ金ワイヤーはそれぞれ繰り返し移動回数が１０５回、５７回、３９回で破断した。一方、２３μｍφ銅ワイヤーはそれぞれ繰り返し移動回数１５３回、９８回、６８回まで破断しなかった。ワイヤーが破断した箇所は、概ねボンディングワイヤー２４とボンディングパッドとの接続のネック部分であった。

ちなみに、金ワイヤーの径を３０μｍφにすると、繰り返し移動量が０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍのいずれの場合でも、３０μｍφ金ワイヤーの繰り返し移動回数は、２３μｍφ銅ワイヤーの繰り返し移動回数に近づいた。

これから、封止体２６の有無に関わらず、銅ワイヤーは金ワイヤーに比べて略２倍の繰り返し移動に耐えることが分かる。金ワイヤーで、銅ワイヤーと同等の繰り返し移動回数を得るには、ワイヤー径を３０μｍφより大きくする必要がある。

封止体２６の有無に依存して、繰り返し移動回数には差が見られた。封止体２６が無い場合の繰り返し移動回数は、封止体２６が有る場合の繰り返し移動回数に比べて概ね１．３程度高い。封止体２６がある場合、封止体２６によりボンディングワイヤー２４の自由な伸縮が制限されるためと考えられる。封止体２６は、駆動用ＩＣ１５およびボンディングワイヤー２４、２５を外部環境から保護するために必要なものである。

ボンディングワイヤーとして銅ワイヤーを用いることにより、ボンディングワイヤー２４とボンディングパッド３１、３２との接続のネック部分の強度を向上させることが可能である。プラテンローラ４１の回転に応じたヘッド基板１３の繰り返し移動によるボンディングワイヤー２４の疲労破断を防止することが可能である。

なお、銅ワイヤーは金ワイヤーに比べてワイヤー先端の曲がり、付着物が発生しやすいので、金ワイヤーに比べてボンディング条件が難しくなる。これに対しては、例えば図１０に示すワイヤーボンディング方法によると良い。

図１０に示すワイヤーボンディング方法は、ワイヤーのテール先端に第１エネルギーを有する第１スパークを印加し、その後第１エネルギーより大きい第２エネルギーを有する第２スパークを印加する２ステップで初期ボールを形成するものである。

図１０に示すように、ワイヤー１１１がキャピラリー１１２に挿通される。電気トーチ１１４にてキャピラリー１１２に挿通されたワイヤー１１１の先端に第１エネルギーＰ１を有する第１スパーク１３１を印加する。これにより、テール１１１ａの曲り１１１ｂや異種金属等の付着物１１１ｃを熔融除去し、テール１１１ａを初期状態に整える。

電気トーチ１１４にてテール１１１ａに第１エネルギーＰ１より大きい第２エネルギーＰ２を有する第２スパーク１３２を印加する。これにより、初期状態に整えられたテール１１１ａが熔融し、溶けたテール１１１ａは表面張力で丸まり、きれいな真球状の初期ボール１１６（ＦＡＢ：Free Air Ball）が形成される。

以降は、通常のワイヤーボンディング方法と同様であり、駆動用ＩＣ１５のボンディングパッド３１に１ｓｔボンド形成→ループ形成→２ｎｄボンド、ボンディングパッド３２へのステッチ形成→キャピラリー上昇、テールカットの各工程を行う。

銅ワイヤーに２ステップで初期ボールを形成する方法によれば、予め第１、第２エネルギーを好ましい値にセットしておくだけで初期ボール１１６の形状や大きさが一定になるので、胴のワイヤーボンディングを安定して行うことができる。

プラテンローラの回転に応じてヘッド基板が繰り返し移動し、ボンディングワイヤーが疲労破断に至る不具合に関しては、例えば以下の（１）〜（４）に記すような対策も考えられる。（１）ヘッド基板が動かないようにストッパーを設ける、（２）ボンディングワイヤーの封止体にシリコーン系樹脂より高い硬度を有する樹脂、例えばエポキシ樹脂を用いて、シリコーン系樹脂とは逆にワイヤーが動かないようする、（３）ボンディングワイヤー径を太くしてワイヤーの強度を高める、（４）ボンディングワイヤーのループの高さを高くする。然しながら、（１）〜（４）のいずの対策においても、費用と製造工数が増加する等の問題がある。

一方、ボンディングワイヤーとして本実施形態の銅ワイヤーを用いることにより、従来の金ワイヤーと同じ線径でもせん断強度が高まり、十分なＰＵＬＬ強度が得られるので、プラテンローラの回転に応じたヘッド基板の繰り返し移動によりボンディングワイヤーが疲労破断する不具合を解消することが可能である。

以上説明したように、本実施形態のサーマルプリントヘッド１０は、ボンディンクワイヤー２４、２５として銅ワイヤーを用いている。その結果、金ワイヤーを用いた場合に比べて、ボンディンクワイヤー２４、２５のせん断強度およびＰＵＬＬ強度が向上する。

サーマルプリントヘッド１０を用いたサーマルプリンタ４０では、プラテンローラ４１の回転に応じたヘッド基板１３の繰り返し移動によるボンディンクワイヤー２４の疲労破壊を防止することが出来る。

従って、プラテンローラの回転によるヘッド基板の繰り返し移動に対して信頼性の高いボンディングワイヤーを有するサーマルプリントヘッドおよび該サーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタが得られる。

ここでは、ボンディンクワイヤー２４、２５として銅ワイヤーを用いた場合について説明したが、銅合金ワイヤー、および銅を主成分とする金属ワイヤーのいずれでも同様の効果を得ることができる。

ボンディンクワイヤー２５には、プラテンローラ４１の回転によるヘッド基板１３の繰り返し移動に対する疲労は基本的には生じないので、ボンディンクワイヤー２４、２５が同じ材質、同じ線径のワイヤーであることは必ずしも必要ではない。

また、ボンディンクワイヤー２４の長さなどに依存して、すべてのボンディンクワイヤー２４が銅ワイヤーであることは必ずしも必要とは限らない。

然しながら、異なる材質、異なる線径のワイヤーが混在すると、製造工程が複雑になるのでボンディンクワイヤー２４、２５が同じ材質、同じ線径（同じ種類）のワイヤーとするのが望ましいことは言うまでもない。

受像紙が感熱紙である場合について説明したが、受像紙として普通紙を用いても良い。その場合は、受像紙とヘッド基板１３との間にインクリボンを配置する。

（実施形態２）
本実施形態に係るサーマルプリントヘッドについて、図１１を用いて説明する。図１１はサーマルプリントヘッドを示す図で、図１１（ａ）はその平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＶ１−Ｖ１線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。

本実施形態において、上記実施形態１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、駆動用ＩＣがヘッド基板の回路基板寄りの上面に載置されていることにある。

即ち、図１０に示すように、本実施形態のサーマルプリントヘッド６０では、駆動用ＩＣ１５がヘッド基板６３の回路基板６４寄りの上面に載置されている。

ヘッドユニット６１は、副操作方向Ｓ２の長さが図１に示すヘッド基板１３より長いヘッド基板６３と、副操作方向Ｓ２の長さが図１に示す回路基板１４より短い回路基板６４とを有している。ヘッドユニット６１は、副操作方向Ｓ２の長さが図１に示すヘッドユニット１１の副操作方向Ｓ２の長さと略同じに形成されている。

複数の駆動用ＩＣ１５は、例えばヘッド基板６３の一面の副走査方向Ｓ２の一端部（すなわち回路基板６４との境界部分）に、主走査方向Ｓ１に沿って順に並べて配置されている。

複数の駆動用ＩＣ１５は、複数の第１端子が複数のボンディングワイヤー２４を介して、ヘッド基板６３の個別電極２０と電気的に接続されている。また複数の駆動用ＩＣ１５は、複数の第２端子が複数のボンディングワイヤー２５を介して、回路基板６４の接続回路に形成された対応する基板電極（図示せず）と電気的に接続されている。

複数の駆動用ＩＣ１５は、複数のボンディングワイヤー２４、２５と共にヘッド基板６３の一面及び回路基板６４の一面の境界付近に、シリコーン系樹脂からなる封止体２６によって封止されている。

サーマルプリントヘッド６０を用いたサーマルプリンタにおいて、プラテンローラ４１の回転に応じて、ヘッド基板６３はわずかに繰り返し移動する。その結果、ボンディングワイヤー２５に負荷がかかり、ボンディングワイヤー２５が疲労して破断する場合がある。この破断が生じる箇所は、ボンディングワイヤー２５が接続されている駆動用ＩＣ１５側のボンディングネック部分、および回路基板６４側のボンディングワイヤーネック部分となる確率が高い。

本実施形態のボンディングワイヤー２４、２５は銅ワイヤーであり、図３乃至図５と同様に金ワイヤーより高いせん断強度、およびＰＵＬＬ強度を有している。

ボンディングワイヤーとして銅ワイヤーを用いることにより、ボンディングワイヤー２５とボンディングパッド３３、３４との接続のネック部分の強度を向上させることが可能である。プラテンローラ４１の回転に応じたヘッド基板６３の繰り返し移動に対してボンディングワイヤー２５の信頼性を向上させることが可能である。

以上説明したように、本実施形態のサーマルプリントヘッド６０では、駆動用ＩＣ１５がヘッド基板６３の回路基板６４寄りの上面に載置され、ボンディンクワイヤー２４、２５として銅ワイヤーを用いている。

本実施形態においても、ボンディンクワイヤー２４、２５は金ワイヤーより高いせん断強度、およびＰＵＬＬ強度を有している。

その結果、サーマルプリントヘッド６０を用いたサーマルプリンタにおいて、プラテンローラ４１の回転に応じたヘッド基板６３の繰り返し移動によるボンディンクワイヤー２５の疲労破壊を防止することができる。

従って、プラテンローラの回転によるヘッド基板の繰り返し移動に対して信頼性の高いボンディングワイヤーを有するサーマルプリントヘッドおよび該サーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタが得られる。

１０、６０ サーマルプリントヘッド
１１、６１ ヘッドユニット
１２ 放熱板
１３、６３ ヘッド基板
１４、６４ 回路基板
１５ 駆動用ＩＣ
１６ 支持基板
１７ グレーズ層
１８ 発熱抵抗体
１９ 共通電極
２０ 個別電極
２１ 発熱領域
２２ 保護膜
２３ 接着剤
２４、２５ ボンディングワイヤー
２６ 封止体
３１、３２、３３、３４ ボンディングパッド
４０ サーマルプリンタ
４１ プラテンローラ
４２ 軸
４３ 感熱紙
Ｓ１ 主走査方向
Ｓ２ 副走査方向

Claims (8)

1. 放熱板と、
   前記放熱板に載置された支持基板と、前記支持基板に積層されたグレーズ層と、前記グレーズ層上に設けられ主走査方向に配列された複数の発熱素子とを有するヘッド基板と、
   前記放熱板に前記ヘッド基板と副走査方向に隣り合うように載置され、接続回路が設けられた回路基板と、
   第１ボンディングワイヤーを介して前記発熱素子に電気的に接続され、第２ボンディングワイヤーを介して前記接続回路に電気的に接続された制御素子と、
   を備え、
   前記第１ボンディングワイヤーおよび前記第２ボンディングワイヤーの少なくとも一方が、銅ワイヤー、銅合金ワイヤー、および銅を主材とし銅と異なる金属で被覆されたワイヤーのいずれかを含むサーマルプリントヘッド。
2. 前記制御素子が前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面に載置され、前記第１ボンディングワイヤーが銅ワイヤー、銅合金ワイヤー、および銅を主材とし銅と異なる金属で被覆されたワイヤーのいずれかで、かつワイヤー径が１８μｍ以上、２３μｍ以下である請求項１記載のサーマルプリントヘッド。
3. 前記制御素子が前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面に載置され、前記第２ボンディングワイヤーが銅ワイヤー、銅合金ワイヤー、および銅を主材とし銅と異なる金属で被覆されたワイヤーのいずれかで、かつワイヤー径が１８μｍ以上、２３μｍ以下である請求項１記載のサーマルプリントヘッド。
4. 前記第１および第２ボンディングワイヤーが、実質的に同じ種類のワイヤーである請求項１乃至３のいずれか１項記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面および前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面に、前記制御素子、前記第１ボンディングワイヤーおよび前記第２ボンディングワイヤーを覆うように設けられた封止体を具備する請求項１乃至４のいずれか１項記載のサーマルプリントヘッド。
6. 前記封止体が、エポキシ樹脂より低い硬度を有する樹脂である請求項５記載のサーマルプリントヘッド。
7. 前記樹脂は、シリコーン系樹脂である請求項６記載のサーマルプリントヘッド。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項記載のサーマルプリントヘッドと、
   受像紙を前記複数の発熱素子との間に挟持し、前記受像紙を前記複数の発熱素子に押し付けて前記副走査方向に移動させるプラテンローラと、
   を具備するサーマルプリンタ。