JP2019111752A - 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】 平行配置され、複数の発熱素子と制御素子とを電気的に接続するボンディングワイヤー同士の短絡不良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ボンディングワイヤー２４は主走査方向Ｓ１に沿って複数平行に配列されており、第１ボンディングワイヤー２４のうち、少なくとも２ｍｍ以上の長さを有する第１ボンディングワイヤー２４は、金よりも大きいヤング率を有する金属ワイヤーである。【選択図】 図２

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。

サーマルプリントヘッドでは、高解像度になるほど、発熱素子と駆動用ＩＣを接続するボンディングワイヤーの数が増加する。ボンディングワイヤーは平行に配置されるので、必然的にボンディングワイヤーの密度も高くなる。

そのため、発熱素子と駆動用ＩＣをつなげるボンディングワイヤーは多段に配置される。ボンディングワイヤーを多段に配置すると、段数が増える毎に、より上段に配置されるボンディングワイヤーの長さは長くなる。

ボンディングワイヤーは、長くなるほど曲りが生じやすいので、ボンディングワイヤー同士が接触して短絡不良が発生する問題がある。

特開２００５−１６７０２０公報

本発明が解決しようとする課題は、平行に配置され、複数の発熱素子と制御素子とを電気的に接続するボンディングワイヤー同士の短絡不良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、前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面または前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面に載置されるとともに、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は前記主走査方向に沿って複数平行に配列されており、前記第１ボンディングワイヤーのうち、少なくとも２ｍｍ以上の長さを有する前記第１ボンディングワイヤーは、金よりも大きいヤング率を有する金属ワイヤーである。

本実施形態によれば、平行に配置され、複数の発熱素子と制御素子とを電気的に接続するボンディングワイヤー同士の短絡不良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の要部を示す写真 実施形態１に係るサーマルプリントヘッドの解像度とボンディングパッドのピッチとの関係を示す図 実施形態１に係るサーマルプリントヘッドの解像度とボンディングワイヤー長さの関係を示す図 実施形態１に係るボンディングワイヤーの長さと曲り量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曲り具合を比較例のボンディングワイヤーと対比して示す写真 実施形態１に係るボンディングワイヤーの曲り量の分布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１に係る別のサーマルプリントヘッドを示す図 実施形態２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

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乃至図３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、図３はボンディングワイヤーの配置例の要部を示す写真である。

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（図示せず）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制御素子である。第１端子は出力側の端子であり、第２端子は入力側の端子である。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、封止体２６によって封止されている。封止体２６は、例えばエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂であり、エポキシ系樹脂塗液の塗布、１００℃程度における数時間の加熱処理による熱硬化を通して、所定箇所に形成される。

封止体２６は、シリコーン系樹脂とすることもできる。シリコーン系樹脂は、エポキシ樹脂より、駆動用ＩＣ１５に印加される樹脂応力を小さくすることができる。

駆動用ＩＣ１５は、ヘッド基板１３上に回路基板１４寄りに主走査方向Ｓ１に沿って所要数だけ実装されている場合もある。

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の出力側の第１端子のボンディングパッド３１と対応する個別電極２０の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の入力側の第２端子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。

ボンディングパッド３１、３２およびボンディングワイヤー２４は、複数の発熱抵抗体１８に応じて複数設けられている。ボンディングパッド３１、３２およびボンディングワイヤー２４は、例えば複数の発熱抵抗体１８と同じ数だけ設けられている。

サーマルプリントヘッド１０では、高解像度になるほど、即ち単位長さ当りの発熱抵抗体１８の数が増加するほど、ボンディングワイヤー２４の数が増加する。複数のボンディングワイヤー２４は互いに平行に配置されるので、ボンディングワイヤー２４の密度が高くなる。ボンディングワイヤー２４を高密度で平行に配置するために、ボンディングワイヤー２４は多段に配置されている。

尚、「平行」とは、数学上のどこまで延長しても交わらないことだけでなく、サーマルプリントヘッドの高解像度が実現できる実質的に平行と見なせる範囲までを含んでいることは言うまでもない。

ボンディングワイヤー２４を多段に配置するために、複数のボンディングパッド３１、３２は、それぞれ主走査方向Ｓ１に沿って所定のピッチで配置されるとともに、副走査方向Ｓ２に沿って多列に配置されている。

具体的には、複数のボンディングパッド３１は、主走査方向Ｓ１に沿って第１のピッチで配置され、副走査方向Ｓ２に沿って２列に配置されている。ボンディングパッド３１ａが１列目のボンディングパッドであり、ボンディングパッド３１ｂが２列目のボンディングパッドである。

１列目のボンディングパッド３１ａと２列目のボンディングパッド３１ｂとは、同一直線上に並ばないように主走査方向Ｓ１に沿って第１のピッチの１／２だけ互いにずらして配置されている。

複数のボンディングパッド３２は、主走査方向Ｓ１に沿って配置され、副走査方向Ｓ２に沿って３列に配置されている。ボンディングパッド３２ａが１列目のボンディングパッドであり、ボンディングパッド３２ｂ１が２列目のボンディングパッドであり、ボンディングパッド３２ｂ２が３列目のボンディングパッドである。

１列目のボンディングパッド３２ａは、主走査方向Ｓ１に沿って第１のピッチと同じピッチで配置されている。２列目および３列目のボンディングパッド３２ｂ１、３２ｂ２はそれぞれ主走査方向Ｓ１に沿って第１のピッチの２倍のピッチで配置されている。

１列目のボンディングパッド３２ａと、２列目および３列目のボンディングパッド３２ｂ１、３２ｂ２とは、同一直線上に並ばないように主走査方向Ｓ１に沿って第１のピッチの１／２だけ互いにずらして配置されている。従って、２列目のボンディングパッド３２ｂ１と３列目のボンディングパッド３２ｂ２とは、主走査方向Ｓ１に沿って第１のピッチだけずらして配置されている。

１列目のボンディングパッド３１ａと１列目のボンディングパッド３２ａとが、略同一直線上に並ぶように配置されている。２列目のボンディングパッド３１ｂと２列目および３列目のボンディングパッド３２ｂ１、３２ｂ２とが、略同一直線上に並ぶように配置されている。

隣接する２列目のボンディングパッド３１ｂのうち、一方と２列目のボンディングパッド３２ｂ１とが略同一直線上に並ぶように配置され、他方と３列目のボンディングパッド３２ｂ２とが略同一直線上に並ぶように配置されている。

これにより、図３に示すように、ボンディングワイヤー２４は２段に配置されている。１列目のボンディングパッド３１ａ、３２ａを接続するボンディングワイヤー２４ａが１段目のボンディングワイヤーである。２列目のボンディングパッド３１ｂ、３２ｂを接続するボンディングワイヤー２４ｂ１、および２列目のボンディングパッド３１ｂと３列目のボンディングパッド３２ｃとを接続するボンディングワイヤー２４ｂ２が２段目のボンディングワイヤーである。

１段目のボンディングワイヤー２４ａは主走査方向Ｓ１に沿って第１のピッチで配置されている。同様に、２段目のボンディングワイヤー２４ｂ１、２４ｂ２は、主走査方向Ｓ１に沿って第１のピッチで配置されている。

２段目のボンディングワイヤー２４ｂ１、２４ｂ２は、１段目のボンディングワイヤー２４ａよりもループの高さ、ワイヤーの長さとも大きい。２段目のボンディングワイヤー２４ｂ２は、２段目のボンディングワイヤー２４ｂ１よりワイヤーの長さが大きい。

但し、図３に示す駆動用ＩＣ、ボンディングパッド、ボンディングワイヤーは、それぞれダミーであり、現実のものとは異なる。

図４はサーマルプリントヘッドの解像度とボンディングパッドのピッチとの関係を示す図である。図において、◆印は、所定の解像度を得るために必要なパッドピッチの設計値の一例であり、実線は解像度とボンディングパッドのピッチとの関係を示す近似曲線である。

図４に示すように、パッドピッチは解像度に応じて小さくなり、基本的に反比例の関係にある。例えば、解像度６００ｄｐｉを実現するためには、パッドピッチは略３５μｍにする必要がある。解像度１２００ｄｐｉ、２４００ｄｐｉを実現するためには、パッドピッチをそれぞれ略２５μｍ、略１０μｍにする必要がある。

図５はサーマルプリントヘッドの解像度とボンディングワイヤーの長さとの関係を示す図である。図において、◆印は所定の解像度を得るために必要なワイヤー長さの設計値の一例であり、実線は解像度とワイヤー長さとの関係を示す近似曲線である。ワイヤー長さとは、最上段のボンディングワイヤーの長さであり、図３においては、２段目のボンディングワイヤー２４ｂ２が最上段のボンディングワイヤーである。

図５に示すように、ワイヤー長さは解像度に応じて長くなり、凡そ比例関係にある。例えば、解像度６００ｄｐｉを実現するためには、ワイヤー長さは２ｍｍ必要である。解像度１２００ｄｐｉ、２４００ｄｐｉを実現するには、ワイヤー長さはそれぞれ２．５ｍｍ、４ｍｍ必要である。

即ち、高解像度を実現するためには、ボンディングワイヤーが多段に配置されるので、段数が増える毎に、より上段に配置されるボンディングワイヤーの長さは長くなる。ボンディングワイヤーは、長くなるほど曲りが生じやすいので、ボンディングワイヤー同士が接触して短絡不良が発生する問題がある。

本実施形態では、種々検討の結果、一般的な金ワイヤーよりも大きいヤング率を有する金属ワイヤーを用いれば、長さが２ｍｍ以上、４ｍｍ程度までのワイヤーでも短絡不良が防止できることが確認された。即ち、金のヤング率（略８０×１０^９Ｎ／ｍ^２）より大きい剛性の高い金属ワイヤーであれば、曲りが生じにくくなるので、ワイヤー同士の短絡不良を防止することが可能である。

金ワイヤーよりも大きいヤング率を有する金属ワイヤーとしては、銅（Ｃｕ）ワイヤー（ヤング率：略１３０×１０^９Ｎ／ｍ^２）が適している。金属ワイヤーは、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。

尚、ボンディングワイヤー２５は、ボンディングワイヤー２４より本数が少なくて済むが、基本的にはボンディングワイヤー２４と同様に多段に配置される。ボンディングワイヤー２５は、ボンディングワイヤー２４と実質的に同じ種類（同じ材質、同じ直径）とすることができる。

次に、図６乃至図８を用いて、ボンディングワイヤーの曲り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。ここで、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）ワイヤーのことである。

図６（ａ）はボンディングワイヤーの長さとワイヤー曲がり量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で、ワイヤーの材質（銅ワイヤー、金ワイヤー）およびワイヤー径（２０μｍφ、２３μｍφ、２５μｍφ）をパラメータとし、ワイヤーの長さを０．５ｍｍから３．１ｍｍまで変化させた場合である。

△印は２０μｍφ銅ワイヤーの結果を示し、細い実線は近似式を示している。○印は２３μｍφ銅ワイヤーの結果を示し、太い実線は近似式を示している。

▲印は２０μｍφ金ワイヤーの結果を示し、破線は近似式を示している。●印は２３μｍφ金ワイヤーの結果を示し、一点鎖線は近似式を示している。■印は２５μｍφ金ワイヤーの結果を示し、二点鎖線は近似式を示している。

図６（ｂ）はボンディングワイヤーの曲がり量を説明するための図である。図６（ｂ）に示すように、曲がり量δは、２つのボンディングパッド３５、３６間で、１ｓｔボール３５ａ側と２ｎｄステッチ３６ａ側との接合部を結ぶ直線Ｃからワイヤー３７の中心線３７ｃが最も離れている部位のずれ量である。直線Ｃの長さをＬとすると、直線Ｃからワイヤー３７の中心線３７ｃが最も離れている部位は、Ｌ／２近辺である。

ボンディングパッド３５の配列ピッチをＰ１、ワイヤー３７の直径をＤとする。隣接するボンディングパッド３５の一方に接続されたワイヤー３７の曲がり量δ＝（Ｐ１−Ｄ）／２、他方に接続されたワイヤー３７の曲がり量δ＝−（Ｐ１−Ｄ）／２のとき、ワイヤー３７同士が接触する。従って、隣接するワイヤー３７同士の接触を未然に防止するためには、曲がり量δの許容値を、（Ｐ１−Ｄ）／２より小さく設定することが必要である。ここでは、ボンディングパッド３５の配列ピッチとワイヤー３７の配列ピッチとは、同じである。

図６（ａ）に示すように、銅ワイヤーおよびと金ワイヤーとも、ワイヤーが長くなるほどワイヤー曲がり量δが大きくなり、ワイヤーが細くなるほどワイヤー曲がり量δが大きくなることが分かる。然しながら、銅ワイヤーと金ワイヤーとでは、明らかに銅ワイヤーの曲がり量が少ないことが分かる。

ワイヤー長さが２ｍｍから３．１ｍｍの間において、２３μｍφ金ワイヤーの曲がり量δは１０μｍ〜３０μｍ程度である。一方、２３μｍφ銅ワイヤーの曲がり量δは４μｍ〜９μｍ程度である。２３μｍφ銅ワイヤーの曲り量は２３μｍφ金ワイヤーの１／３程度である。

２０μｍφ金ワイヤーの曲がり量δは２０μｍ〜３５μｍ程度である。一方、２０μｍφ銅ワイヤーの曲がり量δは５μｍ〜１２μｍ程度である。２０μｍφ銅ワイヤーの曲り量は２０μｍφ金ワイヤーの１／３程度である。

ちなみに、ワイヤー長さが２ｍｍ以上において、金ワイヤーの曲がり量を銅ワイヤー並みにするには、２５μｍφより太い金ワイヤーが必要である。ワイヤーを太くすると、ワイヤーを太くした分だけワイヤーピッチか広がるので、高解像度が得られなくなる。

図７はボンディングワイヤーの長さが２．７ｍｍにおけるワイヤーの曲がり具合の一例を比較例のボンディングワイヤーと対比して示す写真で、図７（ａ）が銅ワイヤーの曲がり具合を示す写真、図７（ｂ）が金ワイヤーの曲がり具合を示す写真である。

図７に示すように、金ワイヤーでは、曲がり具合はばらばらで、接触しかけているワイヤーも多々見られる。一方、銅ワイヤーでは、曲がり具合は略揃っており、接触しそうなワイヤーは見られない。

図８は図７に示すボンディングワイヤーの曲がり量の分布を比較例のボンディングワイヤーと対比して示す図で、図８（ａ）が銅ワイヤーの曲がり量の分布を示す図、図８（ｂ）が金ワイヤーの曲がり量の分布を示す図である。曲がり量の分布は、ヒストグラムと正規分布を仮定した正規曲線とで示している。

図８に示すように、金ワイヤーでは、曲がり量の分布はブロードである。曲がり量が０μｍ近傍の金ワイヤーは見られず、金ワイヤーの曲がり量は＋２０μｍ近傍および−１５μｍ近傍に集中している。即ち、曲がっていない金ワイヤーはなく、金ワイヤーは＋方向および−方向のどちらにも曲がっていることが分かる。

一方、銅ワイヤーでは、曲がり量の分布はシャープである。曲がり量が０μｍを中心として±１０μｍより狭い範囲に集中している。即ち、多くの銅ワイヤーは曲がっておらず、曲がったとしてもごく僅かであることが分かる。

上述したように、銅ワイヤーは、金ワイヤーよりヤング率が大きく、高い剛性を有しているので、２ｍｍ以上の長いボンディングワイヤーでもワイヤーの曲がりはごく僅かである。即ち、ボンディングワイヤーが長くなっても、銅ワイヤーは、金ワイヤーより直線性に優れている。

従って、高解像度のサーマルプリントヘッドにおいて、平行に配置されるボンディングワイヤーとして金より高いヤング率を有する金属ワイヤーである銅ワイヤーを用いることにより、ボンディングワイヤー同士の短絡不良を防止することが可能である。銅ワイヤーを用いると、金ワイヤーに比べて３倍の高解像度を有するサーマルプリントヘッドを得ることも可能である。

次に、図４乃至図６に基づいて、サーマルプリントヘッドの解像度と許容されるワイヤー曲り量との関係について説明する。

（１）サーマルプリントヘッドの解像度が６００ｄｐｉの場合、
図４よりパッドピッチは３５μｍ、図５よりワイヤー長さは１．７ｍｍとなる。直径Ｄが２３μｍφの金属ワイヤーを用いるとき、ワイヤー曲り量の許容値は（３５−２３）／２＝６μｍとなる。ここでは、ワイヤーの配置は１段とする。

図６より、ワイヤー長さが１．７ｍｍのとき、２３μｍφ金ワイヤーの曲り量δは近似式からは７μｍ程度と予想される。然し、試験では３μｍ程度の値が得られており、本明細書で定義した許容値に対してマージンが少ないが解像度６００ｄｐｉは実現可能である。一方、２３μｍφ銅ワイヤーの曲り量δは近似知および試験値とも３μｍであり、許容値を十分に満たしている。従って、金ワイヤーでも解像度６００ｄｐｉを実現できるが、銅ワイヤーではよりマージンを有して解像度６００ｄｐｉを実現することができる。

ワイヤーの配置は１段としたが、２段にしてもよい。ワイヤーの配置を２段にすることにより、より十分なマージンを有して解像度６００ｄｐｉを実現することができる。

（２）サーマルプリントヘッドの解像度が１２００ｄｐｉの場合、
図４よりパッドピッチは２５μｍ、図５よりワイヤー長さは２．５ｍｍとなる。直径Ｄが２３μｍφの金属ワイヤーを用いるとき、ワイヤー曲り量の許容値は（２５−２３）／２＝１μｍとなる。

図６より、ワイヤー長さが２．５ｍｍのとき、２３μｍφ金ワイヤー、２３μｍφ銅ワイヤーとも許容値を満たしていないので、ワイヤーを多段に配置する。例えば、図２に示すパッドの配置に基づいて、ワイヤーを２段に配置する。これにより、２段目の隣接するワイヤー間では、ワイヤーの曲り量の許容値は（２５×２−２３）／２＝１３．５μｍとなる。

図６より、ワイヤー長さが２．５ｍｍのとき、２３μｍφ金ワイヤーの曲り量δは近似式から２０μｍであり、許容値を満たしていない。一方、２３μｍφ銅ワイヤーの曲り量δは近似値および試験値とも６μｍであり、許容値を満たしている。従って、金ワイヤーでは解像度１２００ｄｐｉを実現するのは難しいが、銅ワイヤーでは解像度１２００ｄｐｉを実現することが可能である。

サーマルプリントヘッドの解像度が２４００ｄｐｉの場合は、図４よりパッドピッチは１０μｍ、図５よりワイヤー長さは４ｍｍとなる。直径Ｄが２０μｍφの金属ワイヤーを用いても、パッドピッチがワイヤー径より小さいので、ワイヤーを更に多段に配置する必要がある。

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９に示すワイヤーボンディング方法によると良い。

図９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９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、銅ワイヤーのボンディングを安定して行うことができる。

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、ボンディングワイヤー２４、２５に金より高いヤング率を有する金属ワイヤーとして銅ワイヤーを用いている。その結果、銅ワイヤーは金ワイヤーより剛性が高いので、ボンディングワイヤーが長くてもワイヤーの曲がり量が少なく、直進性に優れている。

従って、ボンディングワイヤー同士の短絡不良を防止して、高解像度のサーマルプリントヘッドが得られる。

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。

金より大きいヤング率を有する金属ワイヤーとしては、銅ワイヤー、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かに限られるものではなく、その他の金属ワイヤーも適用可能である。然し、材料コスト、汎用性等の観点から、金属ワイヤーは銅ワイヤー、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かとすることがより適している。

ボンディンクワイヤー２５の長さは、サーマルプリントヘッドの解像度と直には対応しないので、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、実質的に同じ種類（材質および線径）のワイヤーとするのが望ましいことは言うまでもない。

ボンディンクワイヤーが２段に配置される場合について説明したが、段数はサーマルプリントヘッドの解像度に応じて適宜選択されてよい。ボンディングパッドの配置も図３の例に限定されず、ワイヤー曲りの許容値を満たす範囲で適宜選択されてよい。

駆動用ＩＣ１５が回路基板１４のヘッド基板１３寄りの上面に載置されている場合について説明したが、駆動用ＩＣ１５がヘッド基板の回路基板寄りの上面に載置されていても構わない。

図１０は別のサーマルプリントヘッドを示す図で、図１０（ａ）はその平面図、図１０（ｂ）は図１０（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。サーマルプリントヘッド１０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。

図１０に示すように、別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、封止体２６によって封止されている。

（実施形態２）
本実施形態に係るサーマルプリンタについて、図１１を用いて説明する。図１１はサーマルプリントヘッド１０を用いたサーマルプリンタを示す断面図である。

図１１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１８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にプラテンローラを回転させる事で発熱素子から発した熱によって感熱紙４３に印画をおこなう。

以上説明したように、本実施形態のサーマルプリンタ４０は、サーマルプリントヘッド１０を用いているので、高解像度のサーマルプリントヘッドが得られる。

ここでは、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。

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 (7)

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、
   前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面または前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面に載置されるとともに、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は前記主走査方向に沿って複数平行に配列されており、前記第１ボンディングワイヤーのうち、少なくとも２ｍｍ以上の長さを有する前記第１ボンディングワイヤーは、金よりも大きいヤング率を有する金属ワイヤーであるサーマルプリントヘッド。
2. 前記金属ワイヤーのヤング率が、８０×１０^９Ｎ／ｍ^２より大きい請求項１記載のサーマルプリントヘッド。
3. 前記金属ワイヤーが、銅ワイヤー、銅合金ワイヤー、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ある請求項１または２記載のサーマルプリントヘッド。
4. 前記第１ボンディングワイヤーの配列ピッチが６０μｍ以下である請求項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. 前記第１ボンディングワイヤーの径が、１８μｍ以上、且つ２３μｍ以下である請求項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５のいずれか１項記載のサーマルプリントヘッド。
7. 請求項１乃至６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。