JPH0136793B2

JPH0136793B2 -

Info

Publication number: JPH0136793B2
Application number: JP59077668A
Authority: JP
Inventors: Aaru Tamara Rao; Enu Masutaa Raji
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1989-08-02
Also published as: DE3484370D1; EP0132615B1; EP0132615A2; EP0132615A3; US4504340A; JPS6027545A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、非衝撃式プリンター用のマトリツク
ス印刷ヘツドに関するものである。

〔従来の技術〕

周知の非衝撃式印刷システムでは、記録しよう
とする情報を示す電界を、記録材料と連動する印
刷ヘツドを用いて電気感応性のある記録材料に印
加することによつて、印刷しようとする情報を電
気感応性インキをしみ込ませた記録材料上に印刷
することができる。高い抵抗率をもつ材料製の基
板、該基板上に選択的に配列され、電気信号をそ
こに送るための導体と接続された複数の電極を含
むこの種の印刷ヘツドはよく知られている。

かかる印刷ヘツドを製造する通常の方法では、
基板がセラミツクや樹脂やシリカなどの絶縁材製
の場合、細い線を基板中に埋め込むことによつ
て、ピン電極が基板上に形成され、または基板が
導体製の場合は、ガラス毛細管中に封入した細い
線を基板中に埋め込むことによつて電極針が形成
される。

また、可撓性プリント回路板上に通常の銅線回
路をプリントして電極を形成し、この回路板を機
械的にサンドイツチ状にしめつけて、印刷ヘツド
を形成することが知られている。かかる印刷ヘツ
ドの物理的寸法は、形成される電極針が例えば、
0.23ミリメートル以下のオーダーになるよう小さ
いことが必要である。上記に述べた通常の方法
は、小さな寸法と狭い許容差が要求されるため
に、印刷ヘツドが製造し難く、耐久性がなく高価
であるという欠点をもつている。

電子パツケージングにおける比較的最近の一つ
の革新は、多層セラミツク（以下、MLCと称す
る）・モジユールの開発であつた。この技術では、
一時性有機結合剤によつて結合されたセラミツク
粉末の「グリーン」シートを、スクリーン印刷に
よつて塗布された貴金属または耐火金属（通常は
そうであるが、必ずしもその必要はない）でメタ
ライズする。メタライズされたシートをスタツク
し、積層し、焼成して、モノリシツク・セラミツ
ク−金属パツケージを形成する。

MLC技術は、よく知られている。米国特許第
4082906号は、多層セラミツク・コンデンサ、な
らびにグリーン・セラミツク・テープをキヤスト
し、銀／パラジウム金属ペーストでシルク・スク
リーニングし、その後にテープ切片をスタツク
し、積層してモノリシツク構造を作り、次にグリ
ーン・チツプを焼結して、焼成モノリシツク多層
セラミツク・コンデンサーを得るものである。

米国特許第41926988号には複数のグリーン・セ
ラミツク層の各表面上に電極化インキの膜を付着
させ、次にグリーン層のスタツクを作り、グリー
ン・セラミツクを焼成して、セラミツク層を熟成
させ、インキを金属電極に変形してモノリシツ
ク・セラミツク・コンデンサーを製造する方法が
開示されている。

IBM Technical Disclosure Bulletin第８巻第
10号、1966年３月刊第1307〜1308頁には多層セラ
ミツク構造の毛細管を形成するのに有用なペース
トが開示されている。この毛細管ペーストは、ク
リーン・セラミツクの焼結温度またはそれ以下で
揮発するが積層温度では揮発性をもたない昇華性
固体と、この固体用の溶媒と、分解可能な金属レ
ソネイト（resnate）から成つている。毛細管形
成ペーストを、シルク・スクリーニングによつ
て、互いにスタツクされ積層された分離したグリ
ーン・セラミツク・シート上に付着させる。焼結
すると、積層されたシートは融着して、シート間
にはつきりした境面をもたない一体的集合体とな
る。次に融解した導体を形成された開口部に導入
して、セラミツク中に電気導体径路を完成するこ
とができる。

米国特許第3235428号は、互いに均一に且つじ
かに接着されてはいるが、電気的には互いに絶縁
されている半導体または類似物質の個々のウエハ
の単一アレイの製造方法を開示している。この方
法によれば、接着媒体として絶縁ガラスを使用し
て複数の半導体スライスを互いに接着し、これに
より薄い絶縁ガラスのセメント層で分離された半
導体層を含む接着構造が作り出される。次にこの
層状構造を横方向に切断して、やはり同様に互い
に接着された一連のスライスにする。次にこの接
着構造を再度切断して、スライスにしその結果と
してそれぞれが薄いガラス性絶縁膜によつて互い
に接着された個々の半導体ウエハのアレイから構
成される一連のスライスが生成される。

米国特許第3950200号には平らな紙シートの片
面に抵抗素子と電気導体の回路パターンをプリン
トし、この回路パターンと平らな紙の表面をキヤ
リア樹脂層で覆い、平らな紙シートを剥がし、回
路パターンを担持する残つたキヤリア層を、回路
パターンが下側になるようにして予め整形された
絶縁基板の表面上に置き、基板上に置いたキヤリ
ア層を加熱して、それを焼き払い、回路パターン
を基板表面に付着させることによつて、熱印刷ヘ
ツドを製造する方法が開示されている。

IBM Technical Disclosure Bulletin第25巻第
7a号、1982年12月刊、第3527〜28頁は非衝撃式
プリンター用の一体式モジユラー書込みヘツドに
関係するものである。ここに記述された書込みヘ
ツドは、MLCなど適当なモジユール技術を使用
して、必要な印刷エレメントとその制御回路およ
びドライバーを一つのパツケージ中に一体化した
ものである。印刷エレメントとそれに関連する回
路構成を一体化して、必要な全てのエレメントを
含む単一印刷ヘツド・ユニツトにすることは、低
エネルギー電気化学印刷技術によつて可能とな
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、多層セラミツク技術を用いて
マトリツクス印刷ヘツドを製造する安価且つ便利
な方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の主要工程ステツプは、下記のものを含
んでいる。

まず、多数のグリーン・セラミツク・シート中
の標準グリツド・パターン上に予め定めた孔のパ
ターンを開ける。

第２に、孔のあいたグリーン・セラミツク・シ
ートを電極化ペーストで例えばスクリーニングし
て孔にペーストを詰める。

第３に、ペーストが詰められた孔が整列するよ
うにグリーン・セラミツク・シートを積層する。

第４に、セラミツク絶縁体をグリーン・チツプ
の表面の上記ペースが詰められた孔と同軸位置に
例えばエンボシングにより形成する。

第５に、前記第４のステツプにより得られた生
成物に対し上記エンボシングにより形成された絶
縁体と実質的に厚さの等しい例えば二酸化ルテニ
ウムが成る導電層を形成する。

第６に、前記第６のステツプにより得られた生
成物を例えば空気中で1000℃以下で焼結する。

第７に、焼結されたアセンブリーの表面を例え
ばラツプ仕上げして、平滑なとぎれのない表面を
形成する。

〔実施例〕

次に、添付の図面に示すような実施例に関し
て、本発明を詳細に説明する。本発明の方法によ
れば、第１図に示すステツプによつて分子
（moleculor）マトリツクス・プリンタ（MMP）
印刷ヘツドが製造できる。ステツプ１で、グリー
ン・セラミツク基板を準備する。本発明用に選択
されるセラミツクは、先行技術で未焼成のグリー
ン基板を形成するために使用されるガラス・セラ
ミツク材料中から自由に選ぶことができる。本発
明で使用される良好なガラス型セラミツクは、菫
青石またはユウ輝石セラミツクである。かかる材
料の例は米国特許第4234267号および米国特許第
4301324号に開示されている。

使用する絶縁体は、エンボシングと焼結の後に
論郭が十分にはつきりする特性をもつべきであ
り、ラツプ仕上げに耐えられる充分な強度をもた
ねばならない。使用する絶縁基板は、1000℃以下
で焼結でき、1000℃以下で濃密焼結するものとす
る。この材料は、論郭が十分にはつきりする特性
を維持するため焼結温度で高い粘性をもつ。米国
特許第4192698号を参照されたい。

本発明で使用するセラミツクの寸法はそれほど
重要でなく、先行技術で通常使用される寸法のう
ちから選ぶ。典型的な場合、約1μ乃至約7μのオ
ーダーであり、希望する場合または必要な場合、
粒度を小さくするためのボール・ミリングまたは
バイブロ・ミリングなど通常の手順によつてこの
寸法範囲を調節することができる。

先行技術でよく知られているように、クリー
ン・セラミツク基板は、特定のセラミツク材料お
よび高分子結合剤から形成される。本発明で使用
する高分子結合剤は、先行技術で使用される高分
子結合剤から自由に選ぶことができる。本発明に
おいて使用することが好ましいグリーン・セラミ
ツク・シート用結合剤は、例えばポリビニル・ブ
チラール、ポリビニル・ホルマール、ポリ塩化ビ
ニル、ポリ酢酸ビニルであり、フタール酸ジオク
チルやフタール酸ジブチルなどの可塑剤を併用す
る。米国特許第4104345号にその例が示されてい
る。

高分子結合剤の分子量は重要でなく、先行技術
で使用される分子量から自分に選ぶことができ
る。典型的な場合、重量平均法で求めて、約
30000〜45000のオーダーである。当該技術の専門
家なら察知するように、本発明はこれに限定され
るわけではなく、高分子結合剤が、グリーン・セ
ラミツク構造を形成するのに使用されるスラリー
を容易に形成でき、グリーン・シートを加工中に
適当に取り扱うことができるだけの充分な強度を
もたらし、また焼結中に容易に揮発して焼成セラ
ミツク基板の形成中にきれいに除去できる分子量
ならばどのような値でもよい。

グリーン・セラミツク・シートの形成におい
て、基中的な成分は、粒子状のセラミツク材料と
上記の特性を示す高分子結合剤だけである。

本発明にもとづいてグリーン・セラミツク・シ
ートを形成するために利用されるスラリーは典型
的な場合溶媒を使用して形成される。溶媒の性質
は重要ではなく、先行技術で通常使用されるもの
の中から選ばれる。典型的な溶媒としては、
MIBK（メチルイソブチルケトン）およびメタノ
ールをあげることができる。

本発明のグリーン・セラミツク・シートを形成
するために利用されるスラリーは、先行技術で通
常使用される成分比を有する。典型的な場合で
は、完成グリーン・シートに対して約85乃至約94
重量％のセラミツク粒子と約６乃至約15重量％の
重合体からなつている。ただし、これに限定され
るわけではない。スラリーの形に可溶化するため
の溶媒の範囲は、スラリー重量に対して溶媒約23
乃至約35重量％である。

本発明のスラリーおよびグリーン・セラミツ
ク・シートは、先行技術による通常の手順に従つ
て形成される。

しかしながら、典型的な場合では、セラミツク
材料を適正な比率で計り分け、希望する場合また
は必要な場合には粒度を調節し、所期の一般的プ
ラスチツク樹脂などの有機結合剤、可塑剤および
溶媒といつた各組成成分を別々に混合し、次にセ
ラミツク・ペーストと有機ペーストを計り分け
て、ボール・ミル中で混合する。それから得られ
るスラリー（スリツプと呼ばれることが多い）を
Mylar（登録商標）のウエブ上へのドクター・ブ
レーデイングによつてテープ中に注入し、スラリ
ーをブレード散布して均質フイルムにする。スラ
リーをMylar（登録商標）のウエブ上に散布した
後、典型的な場合には、充分の溶媒が蒸発して移
動させたときスラリーが流れないようになるま
で、それを放置する。こうして部分乾燥したスラ
リーを完全に乾燥させ、次にMylar（登録商標）
のパツキングから取り外すと、以後の操作にすぐ
使用できる状態になる。

典型的な場合、この時のグリーン・セラミツ
ク・シートは、寸法がかなり大きいので、通常は
加工ブランクをグリーン・セラミツク・シートか
ら切り離し、加工ブランク中に均一な標準グリツ
ド・パターンで孔を選択的に形成する。グリー
ン・セラミツク基板のスリツプ・キヤストは、一
般に厚さ0.025乃至0.38mm、好ましくは0.20乃至
0.28mmである。グリーン・セラミツク基板中にあ
ける孔は、直径約0.13乃至約0.25mmである。

ステツプ22は、グリーン・シート加工ブランク
中に形成した孔１２をかたまりのない電極化イン
キを用いた通常のやり方でシルク・スクリーニン
グによつて充填する。一般に、コネクタ１３を形
成するために使用する電極化材料は、酸化性焼結
雰囲気に適合するものでなければならない。良好
な電極化材料には、金、銀、銀−白金−パラジウ
ムおよび金−白金−パラジウム−ペーストが含ま
れる。最も良いのは、通常の有機結合剤系中に銀
パラジウム粉末を含む、市販の電極化ペーストで
ある。

ステツプ３では、第１図に示したグリーン・セ
ラミツク・ブランク１１のスタツクが形成され、
それが完成モジユールとなる。グリーン・セラミ
ツク・ブランクのスタツクを一般に登録ピン上に
スタツクすることによつてペーストが詰められた
孔１２が、整列するように並べる。次にこのスタ
ツクを積層プレス中に置き、適度の熱と圧力を、
例えば典型的な場合では、約2500乃至約6000PSI
より好ましくは2900乃至4500PSIの圧力および約
75乃至約90℃より好ましくは70乃至73℃の熱を約
２乃至約５分間加えて、グリーン・シート・ブラ
ンク中に熱可塑性接着剤が軟化して、各層が互い
に融着し（第２図）、ペーストが充填された孔１
２の周りで変形して電極１３を完全に封入するよ
うにする。

上記手順の後、ステツプ４では、ペーストが詰
められた孔１２と同軸位置で各電極１３を囲むセ
ラミツク円環体１４のパターンを、積層構造の一
番上のグリーン・セラミツク層上にエンボスす
る。エンボシングを具体的にどのように行うかは
重要ではないが、例えば型（die）を用いて一番
上のグリーン・セラミツク層に所期パターンを印
刻することによつて実施される。

エンボシング条件は重要ではないが、典型的な
場合では、約75乃至約90℃より好ましくは、71乃
至73℃温度下で約500乃至約6000PSIの圧力でエ
ンボシングを行う。所要によりエンボシングおよ
び積層を１ステツプで実施することができる。こ
うしてエンボシングにより形成されたセラミツク
円環体は、典型的な場合、外径約0.28×0.20mm、
内径0.23〜0.15mmの楕円形である。

ステツプ５では、電極材料１６をモジユールの
一番上の層上に、エンボスシングにより形成され
たセラミツク円環体１４と実質的に等しい厚さの
層として、スクリーニングする。第３図に示すよ
うに、電極材料をセラミツク円環体１４の内側１
５と外側に付着させる。これは各電極に対する絶
縁体の働きをする。

円環体のパターンは、第６図に示す如きMLC
構造の一番上のセラミツク・ブランク上に形成す
べき完成電極マトリツクス・パターンに対応す
る。当該技術の専門家なら察知できるように、使
用する電極材料は、電解印刷反応分解を避けるた
め、基本的な不活性でなければならない。その
上、これは良導体で、安価で、ち密な表面をもつ
ものでなければならない。二酸化ルテニウムを使
用するのが好ましい。何故なら、この物質は導電
性をもつとともに白金などの貴金属電極をも分解
する、印刷用に染料中で使用される臭素イオンと
接触する際に耐食性を示すためである。電極を形
成するのに使用される二酸化ルテニウムは、市販
のペーストから得ることができる。

ステツプ６では、二酸化ルテニウムでスクリー
ニングしたセラミツク・モジユールを空気中で約
650乃至約950℃で約５分乃至約２時間焼結する。
焼結温度は、約850℃〜965℃とすることが好まし
い。還元性雰囲気は二酸化ルテニウムを還元して
臭素イオンによる腐食に対して抵抗力をもたない
金属ルテニウムにするので、使用できない。従つ
て、酸化性雰囲気を使用しなければならない。酸
化性雰囲気としては空気が好ましい。焼結ステツ
プでは、二酸化ルテニウムを硬質セラミツク基板
とセラミツク円環体に融着して単一構造を形成す
る。使用されるガラス・セラミツク基板の性質の
ために、チツプのゆがみは基本的に無視できる。

完成した印刷ヘツドは、極めて平滑な表面を必
要とし、従つてステツプ７では二酸化ルテニウム
電極とセラミツク円環体をラツプ仕上げ操作によ
つて仕上げる。本発明で使用するラツプ仕上げ法
は先行技術で使用されてきたラツプ仕上げ法から
自由に選択できる。典型的な場合には、市販の表
面研摩材を用いて、ラツプ仕上げを実施する。ス
テツプ７のラツプ仕上げ操作の後、印刷ヘツドの
表面は、セラミツク円環体１４の内側に付着させ
た二酸化ルテニウムによつて形成される電極パタ
ーンをもち、円環体間の二酸化ルテニウムによつ
て形成される共通接地面から円環体によつて絶縁
された平滑なとぎれのない表面となる。ステツプ
７により得られた生成物を第６図に示す。この生
成物は、各種後焼結操作、例えば、ピンろう接、
チツプ接合などをいつでも始められる状態にあ
る。

以上本発明を一般的に説明してきたが、現在良
好な本発明の最良の実施方法を例示するため、以
下に具体例を示す。

ここで示す例において、完成MLC構造は、そ
れぞれ厚さ0.20mm、寸法1.5mm×33.5cm（13.2イン
チ）の層を20層含んでいる。使用するセラミツ
ク・フリツトの組成は次の通りである。SiO₂50.6
％、MgO24.2％、Al₂O₃21.2％、P₂O₅2.0％、
B₂O₃2.0％、その平均粒度は、3μである。選んだ
結合剤は、ポリビニルブチラールと可塑剤、例え
ば安息香酸ジプロヒルジグリコールである。その
分子量は重量平均法で求めて35000である。選ん
だ溶媒はMIBKとメタノールである。セラミツ
ク・フリツト、結合剤および溶媒の比率は、それ
ぞれスラリー重量に対して56重量％、6.9重量％、
37.1重量％である。それらを通常のやり方で、粉
砕する。

通常のドクター・ブレーテイング法を用いて得
たスラリーから、厚さ0.2mmのグリーン・シート
を作成する。次にグリーン・シートを空気中で、
溶媒が蒸発するまで乾燥する。その後それを切断
して寸法185×185mmの加工ブランクにし、そこに
通常のやり方で位置決め用孔をあける。その後、
各加工ブランク中に直径0.13mmの孔を同じ標準グ
リツド・パターンであける。上記手順に続いて、
銀−パラジウム金属化ペーストを用いて通常のシ
ルク・スクリーニング技術によつて孔を充填す
る。その後、充填された孔を揃えて、加工ブラン
クを位置決め用ピン上に積み重ねる。

グリーン・セラミツク・ブランク・スタツクは
72℃で５分間ラミネートされる。ラミネーシヨン
の後、グリーン・セラミツク加工ブランクのスタ
ツクは、厚さ0.10mm、外径0.28×0.20mm、内径
0.23×0.15mmの未焼成の楕円形セラミツク円環体
のパターンを、円環体のパターンを含む型を用い
てグリーン積層スタツクを72℃、3500PSIで圧縮
することにより充填された各孔と同軸位置の一番
外側のグリーン・セラミツク・シート表面上にエ
ンボシングにより形成する。そして、エンボシン
グしたグリーンMLC中間体を、先に付着した円
環体と実質値に等しい0.10mmの厚さの二酸化ルテ
ニウムの層でスクリーニングする。次に、二酸化
ルテニウムで被覆したMLC中間体を空気雰囲気
中で950℃で、30分間焼結する。冷却後に、印刷
ヘツドを表面研摩材で仕上げて、極めて平滑な表
面にする。こうして形成された印刷ヘツドは、セ
ラミツク円環面間に二酸化ルテニウムによつて形
成された共通接地面からセラミツク円環体によつ
て絶縁された二酸化ルテニウム電極を有する。

このように、本発明の実施例によれば、低い焼
結温度で寸法的に安定なグリーン・セラミツク基
板を使用し、MLC技術を用いることにより耐久
性があつて安価な分子マトリツクス印刷ヘツドを
容易に製造することができ、従来の製造プロセス
の難点、例えば寸法許容差、解像力及び費用の問
題を克服できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明による
マトリツクス印刷ヘツドの製造方法は、実施が容
易であり、コストも低くてすむ利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す流れ線図であ
る。第２図は、ペーストが詰められた孔を整列さ
せたグリーン・セラミツク・シートのスタツクの
断面図を示したものである。第３図は、積層後の
第１，２図の構造を示した断面図である。第４図
は、グリーン・セラミツク絶縁体を充填された孔
と同軸的に付着させた第３図の構造を示す断面図
である。第５図は、電極材料でスクリーニング
し、焼結した後の第４図の構造を示した断面図で
ある。第６図は、ラツプ仕上げによつて表面を平
滑化した後の第５図の構造を示した断面図であ
る。第７図は、完成印刷ヘツドを示す上面図であ
る。１１……グリーン・シート、１２……孔、１３
……電極、１４……円環体、１６……電極材料。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の離散した電極の端部が共通接地面と同
一平面にあり且つ前記接地面から絶縁されたマト
リツクス印刷ヘツドの製造方法において、 (a) 複数の未焼成セラミツク・シートに、予め定
めた孔のパターンを形成し、 (b) 前記各シートの孔に、電極化ペーストを詰
め、 (c) 前記ペーストが詰められた孔が整列するよう
に前記シートを積層し、 (d) 複数の未焼成セラミツク円環体を、前記シー
トのうち一番外側のシート表面中の前記ペース
トが詰められた孔と同軸位置に形成し、 (e) 円環体と実質的に同じ厚さの導体層を形成
し、 (f) 前記(e)のステツプによつて得られた生成物を
焼結し、 (g) 前記焼詰された生成物に平滑面を形成するた
めに仕上げ加工することを特徴とするマトリツ
クス印刷ヘツドの製造方法。