JPH0796620A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】駆動用ＩＣを導電層に強固に接合させ、長期に
わたり良好に機能させることが可能なサーマルヘッドを
提供する。 【構成】電気絶縁性基板１上に樹脂から成る蓄熱層２を
被着させるとともに、該蓄熱層２上に複数個の発熱抵抗
体３と、該発熱抵抗体３の両端に接続される一対の導電
層４と、該導電層４に半田バンプ６ａを介して接続され
る駆動用ＩＣ６とを取着させて成るサーマルヘッドであ
って、前記蓄熱層２は、発熱抵抗体３の取着領域Ａにお
ける中心線平均粗さＲａが０．０８μｍ以下、駆動用Ｉ
Ｃ６の取着領域Ｂにおける中心線平均粗さＲａが０．２
μｍ乃至２．０μｍとなるようになす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワードプロセッサやファ
クシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマル
ヘッドの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、図４に示す如
く、アルミナセラミックス等から成る電気絶縁性基板１
１の上面に、ポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂から成る蓄
熱層１２を被着させるとともに、該蓄熱層１２上に窒化
タンタル等から成る複数個の発熱抵抗体１３と、アルミ
ニウム等から成り前記発熱抵抗体１３の両端に接続され
る一対の導電層１４と、該一対の導電層１４の一方に半
田バンプ１５ａを介して接続される駆動用ＩＣ１５とを
取着させた構造を有しており、駆動用ＩＣ１５の駆動に
伴って一対の導電層１４間に所定の電力を印加し、発熱
抵抗体１３を選択的にジュール発熱させるとともに該発
熱した熱を感熱紙等に伝導させ、感熱紙等に所定の印字
画像を形成することによってサーマルヘッドとして機能
する。

【０００３】尚、前記ポリイミド樹脂等から成る蓄熱層
１２は、通常、発熱抵抗体１３の感熱紙等に対する摺接
圧、並びに蓄熱層１２における蓄熱特性を均一となすた
めに上面の中心線平均粗さＲａを約０．０８μｍとした
上面平滑で均一厚みのものになしてあり、一般に、ポリ
イミド樹脂となるワニスを電気絶縁性基板１１の上面に
スピンコート法、ロールコータ法等により均一厚みに塗
布するとともにこれを熱硬化させることによって電気絶
縁性基板１１の上面に形成され、また蓄熱層１２上の発
熱抵抗体１３及び一対の導電層１４はスパッタリング法
等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用
することによって蓄熱層１２上に被着形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、蓄熱層１２がポリイミ
ド樹脂となるワニスを電気絶縁性基板１１の上面全域に
スピンコート法等により塗布するとともにこれを熱硬化
させることによって形成されているため、蓄熱層１２の
上面は発熱抵抗体１３の取着領域Ａ’及び駆動用ＩＣ１
５の取着領域Ｂ’を含む全域が中心線平均粗さＲａで約
０．０８μｍと極めて平滑な面となり、同時に蓄熱層１
２上にスパッタリング法等によって被着される導電層１
４の上面もまた極めて平滑なものとなっている。そのた
め導電層１４に駆動用ＩＣ１５を半田接合させる際、導
電層１４の上面が平滑であることから半田バンプ１５ａ
と導電層１４とをアンカー効果によって強固に接合させ
ることができず、駆動用ＩＣ１５の導電層１４に対する
半田接合強度が弱いものとなり、その結果、印字時、発
熱抵抗体１３の発した熱によって導電層１４と駆動用Ｉ
Ｃ１５との間に両者の熱膨張差に起因する大きな熱応力
が発生すると、駆動用ＩＣ１５が導電層１４より外れて
しまい、サーマルヘッドとしての機能が短時間で喪失さ
れてしまうという欠点を有している。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、駆動用ＩＣを導電層に強固に
接合させ、長期にわたり良好に機能させることが可能な
サーマルヘッドを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、電気絶縁性基板上に樹脂から成る蓄熱層を被着させ
るとともに、該蓄熱層上に複数個の発熱抵抗体と、該発
熱抵抗体の両端に接続される一対の導電層と、該導電層
の一方に半田バンプを介して接続される駆動用ＩＣとを
取着させて成るサーマルヘッドであって、前記蓄熱層
は、発熱抵抗体の取着領域における中心線平均粗さＲａ
が０．０８μｍ以下、駆動用ＩＣの取着領域における中
心線平均粗さＲａが０．２μｍ乃至２．０μｍであるこ
とを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付した図面に基づ
いて詳細に説明する。

【０００８】図１は本発明のサーマルヘッドの一実施例
を示す斜視図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であり、１
は電気絶縁性基板、２は蓄熱層、３は発熱抵抗体、４は
一対の導電層、６は駆動用ＩＣである。

【０００９】前記電気絶縁性基板１はアルミナセラミッ
クス等の電気絶縁性材料から成り、アルミナ、シリカ、
マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶
剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従
来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を
採用することによってセラミックグリーンシートを形成
し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形
状に打ち抜き加工するとともに高温で焼成することによ
って製作される。

【００１０】また前記電気絶縁性基板１の上面には、そ
の全域にわたりポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂から成る
蓄熱層２が被着されており、該蓄熱層２の上面には、直
線状に配列された複数個の発熱抵抗体３と、該各発熱抵
抗体３の両端に接続される一対の導電層４と、この一対
の導電層４の一方に半田バンプ６ａを介して接続される
駆動用ＩＣ６とがそれぞれ所定の領域に取着されてい
る。

【００１１】前記蓄熱層２は、発熱抵抗体３の取着領域
Ａにおいて発熱抵抗体３の発する熱を適当な温度となる
ように蓄積し、サーマルヘッドの熱応答特性を良好に保
つ作用を為す。

【００１２】尚、前記蓄熱層２は、ポリイミド樹脂とな
るワニスを電気絶縁性基板１の上面にスピンコート法や
ロールコータ法等により１０μｍ乃至１００μｍの均一
厚みに塗布するとともにこれを熱硬化させることによっ
て電気絶縁性基板１上面のほぼ全域に被着される。

【００１３】また前記蓄熱層２の上面には、複数個の発
熱抵抗体３と該発熱抵抗体３の両端に接続される一対の
導電層４が被着されている。

【００１４】前記発熱抵抗体３は例えば窒化タンタル等
から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有して
いるため、一対の導電層４を介して電力が印加されると
ジュール発熱を起こし、印字画像を形成するのに必要な
所定の温度、例えば２００℃乃至３５０℃の温度に発熱
する。

【００１５】また前記発熱抵抗体３の両端に接続される
一対の導電層４はアルミニウム等から成っており、該導
電層４は発熱抵抗体３にジュール発熱を起こさせるため
に必要な所定の電力を印加する作用を為す。

【００１６】前記発熱抵抗体３及び一対の導電層４は従
来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー技
術を採用することによって蓄熱層２上に所定パターン、
所定厚み（発熱抵抗体３は０．０１μｍ乃至０．５μｍ
の厚み、一対の導電層４は０．５μｍ乃至２．０μｍの
厚み）に被着される。

【００１７】また前記一対の導電層４の一方には駆動用
ＩＣ６が半田バンプ６ａを介して接続されており、該駆
動用ＩＣ６は、発熱抵抗体３を外部電気信号に対応させ
て選択的にジュール発熱させる作用、具体的には一対の
導電層４を介して発熱抵抗体３に印加される電力のオン
・オフを制御する作用を為す。

【００１８】前記駆動用ＩＣ６の導電層４への接続は、
まず導電層４の所定個所に半田バンプ６ａを有した駆動
用ＩＣ６をダイマウンタ等を用いることによって半田バ
ンプ６ａが導電層４に当接するようにして載置させ、し
かる後、これを２００℃乃至２３０℃の温度に加熱した
炉の中に入れ、半田バンプを加熱溶融させることによっ
て行われる。

【００１９】更に前記上面に発熱抵抗体３、一対の導電
層４及び駆動用ＩＣ６が取着された蓄熱層２は、発熱抵
抗体３の取着領域Ａにおける中心線平均粗さＲａが０．
０８μｍ以下、駆動用ＩＣ６の取着領域Ｂにおける中心
線平均粗さＲａが０．２μｍ乃至２．０μｍと成してあ
る。

【００２０】前記蓄熱層２は、発熱抵抗体３の取着領域
Ａにおける上面の中心線平均粗さＲａが０．０８μｍ以
下で極めて平滑であることから、蓄熱層２上に取着され
る全ての発熱抵抗体３を感熱紙等に均一な強さで接触さ
せることができるとともにその蓄熱特性を均一に保つこ
とができ、その結果、感熱紙等に極めて品質の高い印字
画像を形成することが可能となる。

【００２１】また前記蓄熱層２は、駆動用ＩＣ６の取着
領域Ｂにおける上面の中心線平均粗さＲａが０．２μｍ
乃至２．０μｍの粗面に成してあり、蓄熱層２の取着領
域Ｂ上にスパッタリング法等の薄膜形成技術によって約
０．５μｍ乃至２．０μｍの厚みに被着される導電層４
の上面もまた中心線平均粗さＲａが０．２μｍ乃至２．
０μｍの粗面と成る。そのため導電層４に駆動用ＩＣ６
を半田接合させる際、導電層４の上面が粗面であること
から半田バンプ６ａと導電層４とをアンカー効果によっ
て強固に接合させるとともに駆動用ＩＣ６を導電層４に
強固に接合させることが可能となり、印字時、発熱抵抗
体３の発する熱によって蓄熱層２上の導電層４と駆動用
ＩＣ６との間に両者の熱膨張差に起因する大きな熱応力
が発生したとしても、駆動用ＩＣ６は導電層４より外れ
ることはなく、サーマルヘッドを長期にわたり良好に機
能させることができる。

【００２２】尚、前記蓄熱層２は、発熱抵抗体３の取着
領域Ａにおける中心線平均粗さＲａが０．０８μｍより
大きくなると、蓄熱層２上に取着される全ての発熱抵抗
体３を感熱紙等に均一な強さで接触させることができな
くなるとともに蓄熱特性にバラツキが発生して感熱紙等
に形成される印字画像に濃淡むらを生じさせてしまうこ
とから、発熱抵抗体３の取着領域Ａにおける中心線平均
粗さＲａは０．０８μｍ以下に特定され、また駆動用Ｉ
Ｃ６の取着領域Ｂにおける中心線平均粗さＲａは０．２
μｍより小さくなると、蓄熱層２上にスパッタリング法
等の薄膜形成技術によって被着される導電層４の上面が
極めて平滑となって駆動用ＩＣ６を導電層４に強固に半
田接合させることができなくなり、２．０μｍよりも大
きくなると、蓄熱層２上にスパッタリング法等の薄膜形
成技術により被着させる際、導電層４に断線等が発生し
てしまうため、駆動用ＩＣ６の取着領域Ｂにおける中心
線平均粗さＲａは０．２μｍ乃至２．０μｍの範囲に特
定される。

【００２３】また前記上面に異なる粗さの面を有する蓄
熱層２は、まず電気絶縁性基板１上面のほぼ全域に、ポ
リイミド樹脂となるワニスをスピンコート法やロールコ
ータ法等によって厚みが１０μｍ乃至１００μｍ、表面
粗さが中心線平均粗さＲａで０．０８μｍ以下となるよ
うに塗布するとともにこれを乾燥させ、次に、駆動用Ｉ
Ｃ６が取着される領域Ｂのワニス上面に中心線平均粗さ
Ｒａが０．２μｍ乃至２．５μｍのアルミナセラミック
ス板を７ｇ／ｍｍ² 乃至３５ｇ／ｍｍ² の圧力で押圧し
領域Ｂにおけるワニス上面の表面粗さを中心線平均粗さ
Ｒａで０．２乃至２．０μｍとなし、最後に前記ワニス
に熱を印加しワニスを縮重合させ熱硬化させることによ
って電気絶縁性基板１上に被着形成される。

【００２４】かくして、本発明のサーマルヘッドは、駆
動用ＩＣ６の駆動に伴って一対の導電層４間に外部電気
信号に対応させた所定の電力を印加し、発熱抵抗体３を
選択的にジュール発熱させると共に、該発熱した熱を感
熱紙等に伝導させ、感熱紙等に所定の印字画像を形成す
ることによってサーマルヘッドとして機能する。

【００２５】次に本発明の作用効果を以下の実験例に基
づいて説明する。

【００２６】（実験例１）先ず、アルミナセラミックス
製の電気絶縁性基板上にポリイミド樹脂から成る蓄熱層
を４０μｍの厚みに被着形成するとともにその中心線平
均粗さＲａを０．０５μｍとした試料１、０．２１μｍ
とした試料２、０．２７μｍとした試料３を準備し、次
に各試料の上面にアルミニウムから成る導電層をスパッ
タリング法により１．０μｍの厚みに被着させるととも
に、該導電層に半田バンプを介して駆動用ＩＣ（横寸法
５ｍｍ、縦寸法：２ｍｍ、厚み：３００μｍ、熱膨張係
数：２．６×１０^-6℃^-1）を接合させ、しかる後、各試
料の導電層と半田バンプの接合強度をプッシュプルゲー
ジを用いて測定した。その結果を図３に示す。

【００２７】この実験によれば、蓄熱層上面の中心線平
均粗さＲａを０．２μｍよりも小さくした試料１では、
導電層と半田バンプの接合強度が４００ｇと極めて弱い
ものであるのに対し、蓄熱層上面の中心線平均粗さＲａ
を０．２１μｍ、０．２７μｍと粗くした試料２及び３
では、導電層と半田バンプの接合強度がそれぞれ１０７
０ｇ、１１００ｇと極めて強くなることが判る。

【００２８】（実験例２）実験例１で使用したものと同
様の試料１乃至３に実験例１と同様の方法によって導電
層と駆動用ＩＣを取着し、しかる後、これらを−２５
℃、２５℃、８５℃の各温度に保たれた３個の容器内に
３０分間ずつ順番に入れていき、前述の温度サイクルを
何回繰り返したときに駆動用ＩＣが半田バンプと共に導
電層より外れたかを調べた。

【００２９】かかる実験によれば、試料１では５０サイ
クル目で駆動用ＩＣが半田バンプと共に導電層より外れ
たのに対し、試料２及び３では２００サイクルを終了し
ても駆動用ＩＣは半田バンプを介して導電層に強固に接
合されていた。

【００３０】上記（実験例１）及び（実験例２）からも
判るように本発明のサーマルヘッドにおいては駆動用Ｉ
Ｃが導電層に強固に接合し、サーマルヘッドを長期にわ
たり良好に機能させるのに極めて有用である。

【００３１】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において
種々の変更、改良等が可能であり、上記実施例では、例
えば、駆動用ＩＣ６の取着領域Ｂにおける蓄熱層２の中
心線平均粗さＲａを０．２μｍ乃至２．０μｍとなすの
に、電気絶縁性基板１上に蓄熱層２を被着形成する際、
ポリイミド樹脂となるワニスを電気絶縁性基板１上面の
ほぼ全域に塗布し、これを乾燥させ後、駆動用ＩＣ６の
取着領域Ｂとなるワニスの所定領域に表面の中心線平均
粗さＲａが０．２μｍ乃至２．５μｍのアルミナセラミ
ックス板を押圧することによって行ったが、これに代え
て、電気絶縁性基板の上面で駆動用ＩＣの取着領域とな
る所定領域を予め中心線平均粗さＲａが２．０乃至２
０．０μｍの範囲になるよう粗面化しておき、このよう
な電気絶縁性基板の上面にポリイミド樹脂となるワニス
をスピンコート法等によって１０μｍ乃至１００μｍの
厚みに塗布するとともにこれを熱硬化させて蓄熱層を被
着形成しても良い。この場合、駆動用ＩＣが取着される
蓄熱層の上面は、駆動用ＩＣが取着される領域の電気絶
縁性基板上面が中心線平均粗さＲａで２．０乃至２０．
０μｍとなっていることに起因して０．２μｍ乃至２．
０μｍの粗面と成る。

【００３２】また上述の実施例で示したサーマルヘッド
は更に発熱抵抗体３や一対の導電層４の表面を窒化珪素
等から成る保護層５で覆っておけば、発熱抵抗体３等が
大気中に含まれる水分等の接触により酸化腐食された
り、或いは感熱紙等の摺接により摩耗されたりするのを
有効に防止し、サーマルヘッドをより長期にわたって使
用に供することができる。従って前記発熱抵抗体３や一
対の導電層４はその表面を保護層５で覆っておくことが
好ましい。

【００３３】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、蓄熱
層は、発熱抵抗体の取着領域における上面の中心線平均
粗さＲａが０．０８μｍ以下で極めて平滑であることか
ら、蓄熱層上に取着される全ての発熱抵抗体を感熱紙等
に均一な強さで接触させることができるとともにその蓄
熱特性を均一に保つことができ、その結果、感熱紙等に
極めて品質の高い印字画像を形成することが可能とな
る。

【００３４】また本発明のサーマルヘッドによれば、蓄
熱層は、駆動用ＩＣの取着領域における上面の中心線平
均粗さＲａが０．２μｍ乃至２．０μｍの粗面に成して
あり、蓄熱層の取着領域上にスパッタリング法等によっ
て被着される導電層の上面もまた中心線平均粗さＲａが
０．２μｍ乃至２．０μｍの粗面と成る。そのため導電
層に駆動用ＩＣを半田接合させる際、導電層の上面が粗
面であることから半田バンプと導電層とをアンカー効果
によって強固に接合させるとともに駆動用ＩＣを導電層
に強固に接合させることが可能となり、印字時、発熱抵
抗体の発する熱によって蓄熱層上の導電層と駆動用ＩＣ
との間に両者の熱膨張差に起因する大きな熱応力が発生
したとしても、駆動用ＩＣは導電層より容易に外れるこ
とはなく、サーマルヘッドを長期にわたり良好に機能さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施例を示す斜視
図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】導電層と半田バンプの接続強度と、蓄熱層の中
心線平均粗さＲａとの関係を示す図である。

【図４】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】 １・・・電気絶縁性基板 ２・・・蓄熱層 ３・・・発熱抵抗体 ４・・・一対の導電層 ５・・・保護層 ６・・・駆動用ＩＣ ６ａ・・半田バンプ Ａ・・・発熱抵抗体３の取着領域 Ｂ・・・駆動用ＩＣ６の取着領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性基板上に樹脂から成る蓄熱層を
   被着させるとともに、該蓄熱層上に複数個の発熱抵抗体
   と、該発熱抵抗体の両端に接続される一対の導電層と、
   該導電層に半田バンプを介して接続される駆動用ＩＣと
   を取着させて成るサーマルヘッドであって、 前記蓄熱層は、発熱抵抗体の取着領域における中心線平
   均粗さＲａが０．０８μｍ以下、駆動用ＩＣの取着領域
   における中心線平均粗さＲａが０．２μｍ乃至２．０μ
   ｍであることを特徴とするサーマルヘッド。