JPS60255459A - サ−マルヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、ファクシミリやプリンタなどの印字部として
用いられ、受信信号を文字や画像に変換するサーマルヘ
ッドに関するものである。

（従来技術） サーマルヘッドでは絶縁性の基板上に発熱抵抗体がパタ
ーン化されて形成され、その上に電極がパターン化され
て形成されている。発熱抵抗体と電極により発熱抵抗体
素子が構成され、この発熱抵抗体素子は基板上で列状に
配列される。そして、発熱抵抗体素子の発熱部」二には
、酸化と記録紙による摩耗から保護するための保護膜が
設けられている。

従来のサーマルヘッドでは、絶縁性の基板として表面が
ブレース層で被われたセラミック基板、所謂グレーズド
セラミック基板が使用されている。

ブレース層は発熱抵抗体素子の熱が基板から下部へ逃げ
にくくする保温層としての機能と、絶縁層としての機能
とを備えている。ブレース層の形成には約１２００°Ｃ
の高温下での処理が必要であることから、その支持体に
は耐熱性が要求され、そのため一般に金属板を使用する
ことができず、専らアルミナセラミックなどのセラミッ
ク板が使用されているのである。

しかしながら、グレーズドセラミック基板には種々の問
題点も存在する。

（１）サーマルヘッドでは、発熱抵抗体素子等を形成し
た絶縁性基板は、放熱と支持を目的とする金属製支持板
に貼り付けられるが、絶縁性基板のセラミック板と支持
板のアルミニウムや鉄などの金属板とは熱膨張係数が大
きく相違するため、バイメタル効果により反りが発生し
、プラテンローラの当りが悪くなって印字品質が悪くな
りやすいという問題がある。

（２）一般に歩留り向上と長尺のサーマルヘッドを作る
ために、長尺の基板に発熱抵抗体素子等を形成した後、
良品部分を切り出し、継ぎ合わせて欠陥のないサーマル
ヘッドとすることが行なわれている。その場合、基板切
断時にブレース層にクラックが入るため、発熱抵抗体素
子のすぐ近くを切断することができない。そのため、継
ぎ目では他の部分より発熱抵抗体素子間の間隔が広くな
り、印字の際に白筋となって印字品質を悪くする問題が
ある。

（３）セラミック基板は高価であるのでサーマルヘッド
全体のコストを高くしている。

（目的） 本発明は１反りが少なく、継ぎ合せた場合でも継ぎ目で
白筋が発生せず、更に低消費電力で印字ができ、高速印
字ができる低コストなサーマルヘッドを提供することを
目的とするものである。

（構成） 本発明のサーマルヘッドは、発熱抵抗体素子等を形成す
る絶縁性の基板として、金属支持体上にボリイ５ド膜を
被覆した基板を使用したものである。

金属支持体としては、種々の金属板を使用することがで
きる。就中、アルミニウム板は、熱伝導率が高く、軽量
で、安価であることから最も適している。

ポリイミド膜の厚さは５〜１０μｍ程度が適当である。

ポリイミド膜を形成するには、３５０°Ｃ程度の熱処理
で十分である。そのため、その支持体とルではアルミニ
ウム板をはじめ１種々の金属板を使用することができる
のである。

そこで、本発明のサーセルベッドを放熱を兼ねる金属支
持板に接着した場合、その絶縁性基板の支持体も金属板
であるので、放熱用支持板との間の熱膨張係数の差が小
さくなり（同種金属を使用すればその差は０）、パイメ
タシレ効果による反りは減少する。

また、長尺基板の良品部分を切断して継ぎ合わせる方式
のサーマルヘッドでは、切断時にポリイミドにクラック
が入ることはなく、したがって発熱抵抗体素子に接近し
て御所して継ぎ合わすことができるので、白筋が発生す
ることもない。

基板支持体の金属板として、アルミニウム板などの安価
な材料を使用することができるのでコスト低下を図るこ
とができ、また、軽い材料を選んで軽量化することもで
きる。

ポリイミド層とブレース層との熱伝導率は、それぞれＯ
，ＯＯ１７，０，０３６Ｊｏｕｌ／ｃｍ”　・Ｋであり
、ポリイミド層の方が非常に小さい。そのため、熱伝導
率の大きい金属支持体上に、熱伝導率の非常に小さいポ
リイミド層を薄く形成した基板を用いる本発明は、従来
のグレーズドセラミック基板を用いたものに比べて、発
熱抵抗体素子温度の立上り、立下り速度が速く、しかも
小電力で印字を行なうことができる。。

本発明における発熱抵抗体、電極、及び保護膜は通常の
材料とプロセスにより形成すればよい。

例えば、材料については、発熱抵抗体として’ｒａ２Ｎ
、Ｔａ−８　ｉｏ２．Ｃｒ−５ｉ−０，ｆｔどを、電極
としてはＮｉＣｒ−Ａｕ、Ａｆｌなどを゛、また、保護
膜としては５ｉＯ２−ＴａｐＣ）＋。

Ｓ　’ｉ　Ｃ２Ａ　Ｑ　２０３　、プラズマＣＶＤＳｉ
３Ｎ４などを用いることができる。

以下、実施例について第１図を参照して説明する。

厚さ０．６ｍｍのアルミニウム板１上にスピンナーにて
ポリイミド樹脂溶液を塗布する。塗布後。

９０’Ｃにて６０分間加熱して溶済を揮散させた後、２
２０°Ｃで６０分間の熱処理を行なった。

その後、３５０°Ｃで６０分間の最終熱処理を行なって
完全に硬化させ、ポリイミド層２とした。

硬化後のポリイミド層２の厚さは７μｍであった。

ポリイミド層２の厚さは、ポリイミド塗布溶液の粘度と
スピンナーの回転数の調節により自由に変えることがで
きる。

その後、このポリイミド層２が被覆されたアルミニウム
板１を基板として、通常のプロセスにより、発熱抵抗体
層としての厚さ０．２μｍの窒化タンタル（Ｔａ２Ｎ）
層と、電極層としての厚さ１μｍのニクロム−金（Ｎｉ
Ｃｒ−Ａｕ）層を積層形成し、フォトリソグラフィー技
法によりパターン化して、発熱抵抗体３、選択電極４、
及び共通電極５を形成した。その後、保護膜としてプラ
ズマＣｖＤ法により厚さ２μｍのシリコンナイトライド
（Ｓｉ３Ｎａ）層を形成し、フォトリソグラフィー技法
によりパターン化して少なくとも発熱抵抗体の発熱部６
を被覆する保護膜７を形成した。

なお、ポリイミド層２の寿命２を延ばすためにポリイミ
ド層２の上面をシリコンナイトライド層（厚さ０．１μ
ｍ程度）で被覆した後、発熱抵抗体層としての窒化タン
タル層３を形成するようにしてもよい。

発熱抵抗体素子３は８ドツト／　ｍ　ｍのミアンダ（蛇
行）パターンであった。

本実施例に通電加熱した場合と、従来のグレーズドセラ
ミック基板（グレーズ層６０μｍ）を使用したサーマル
ヘッドを通電加熱した場合の発熱抵抗体の温度を赤外線
放射温度計で調べた結果を第２図に示す。

８は本実施例の場合で、通電量は０．１５Ｗ／ドツト、
９は従来のサーマルヘッドの場合で、通電量は０．３Ｗ
／ドツトである。

この結果によれば、本発明のサーマルヘッドは従来の１
７２の消費電力でよいことがわかる。これは本発明では
下層への熱の逃げが少なくなるためである。また、温度
の立上り速度及び立下り速度は、本発明の方が速く、し
たがって本発明のサーマルヘッドは高速印字に適するこ
とがわかる。

本実施例のサーマルヘッドを切断して継ぎ合わせ、長尺
のサーマルヘッドとして使用する場合には、保護膜とな
るプラズマＣｖＤシリコンナイトライド層を全面に形成
した後、切断して捨てる部分のシリコンナイトライド層
をプラズマエツチングにより除去し１次にダイシングソ
ーなどの通常の切断装置でシリコンナイトライド層のな
い部分で発熱抵抗体の近傍を切断すればよい。このとき
、切断位置にはグレーズ層のようなガラス質のものは存
在しないので、クラックや欠けが発生することはなく、
発熱抵抗体のすぐ近くを切断することができる。

最近のサーマルヘッドでは、駆動回路素子を搭載する型
式が主流を占めている。駆動回路素子を搭載するには、
例えば、駆動回路素子をテープキャリアにボンディング
し、そのテープキャリアを発熱抵抗体素子の選択電極と
配線用基板の配線パターンの間にボンディングすればよ
い。

また、他の搭載方式として、第３図又は第４図に示され
るように、発熱抵抗体素子が形成されている基板上に、
駆動回路素子を直接搭載することもできる。

第３図の例は、金属支持体１上のポリイミド層３の一部
に穴を開け、その穴に駆動回路素子としてのＩＣチップ
１０をダイボンディングし、ＩＣチップ１０と選択電極
４及び配線パターン１１との間をワイヤボンディングに
より接続したものである。１２は放熱を兼ねる金属支持
板であり、基板の支持体１と支持板１２の間は接着剤に
より固着されている。

第４図の例は、ＩＣチップ１ｏをポリイミド層２の穴を
通して金属支持体Ｉに接触させ、ＩＣチップ１０と選択
電極４及び配線パターン１１の間の接続を、テープキャ
リアー１３．１４により行なったものである。

第３図又は第４図のようにＩＣチップ１ｏを搭載するこ
とにより、ＩＣチップ１ｏの放熱特性が改良される。

ポリイミド層２に穴を開けるには、フォトエツチング法
を利用すわばよい。

次に、テープキャリアのベースのような樹脂シート上に
、発熱抵抗体、電極、保護膜などを形成し、駆動回路素
子を搭載してモジュール化したサーマルヘッドを、その
製造方法とともに第５図ないし第７図に示す。

第５図では、同図（Ａ）及び（Ｂ）のように、Ａ、Ｂ２
枚のテープキャリアを用い、Ａのテープキャリア上には
発熱抵抗体素子２ｏ、配線パターン２１．２２を形成し
１発熱抵抗体素子２ｏ上に保護層２３を形成しておく（
同図（Ａ））。２４゜２５は穴である。

一方、Ｂのテープキャリアには発熱抵抗体素子を駆動す
るＩＣチップ２６をインナーボンディングにより、また
はダイボンディングとワイヤーボンディングによりボン
ディングしておく　（同図（Ｂ））。２７．２８はリー
ド、２９は穴である。

そして、Ａのテープキャリアを穴２４，２５を通る位置
で打ち抜き、Ｂのテープキャリア上ヘボンディングし、
Ｂのテープキャリアの穴２９を通る位置で打ち抜いて（
同図（Ｃ））にょうなサーマルヘッドモジュールとする
。

！６図では、セラミック基板等にチップとして切り出せ
るパターンで、発熱抵抗体３０．電極３１．３２をパタ
ーンニングして形成し、保護層で覆う（同図（Ｂ））。

このチップ３３に配線用のバンプ電極３４．３５を形成
しておく。

一方、同図（Ａ）で、テープキャリア３６には駆動用の
ＩＣ２６をインナーボンディングによりまたは、ダイボ
ンディングとワイヤーボンディングによりボンディング
しておく、３７−１．３７−２．３７−３はリード、３
８はチップ３３をインナーボンディングするための穴、
３９−１゜３９−２はり一ド３７−１，３７−２を突出
させるための穴である。

そして、同図（Ｂ）の発熱抵抗体チップ３３をテープキ
ャリア３６の穴３８内でインナーボンディングした後、
穴３９−１及び３９−２を通る位置で打ち抜いて同図（
Ｃ）のようなサーマルヘッドモジュールとする。

第７図では、同図（Ａ）のように、１枚のチー　“プキ
ャリア４０に発熱抵抗体４１、電極４２゜４３をパター
ン化して形成し、発熱抵抗体素子上を保護膜４４で覆う
６４゛５，４６は穴である。次に駆動用のＩＣ２６をイ
ンナーボンディングによりまたはダイボンディングとワ
イボンディングによりボンディングした後、穴４５及び
４６を通る位置で打ち抜いて同図（’Ｂ）のようなサー
マルヘッドモジュールとする。

第５図〜第７図により形成されたサーマルヘッドモジュ
ールを支持板に接着した後、外部信号ラインと共通電極
を接続してもよく、又は、上記モジュール自体に外部信
号ラインと共通電極を設けた後、支持板に接着してもよ
い。

第５図〜第７図のように製造されたサーマルヘッドは、
従来のものに比べて材料と工数を大幅に削減することが
でき、コストダウンを図るうえで有効である。また、組
立て後に不良が発見された場合のりブレイスが容易であ
る。

（効果） 以上のように、本発明のサーマルヘッドは、基板として
金属支持体上にポリイミド層を有する基板を使用したの
で、低消費電力で印字することができ、しかも高速印字
が可能なサーマルヘッドを得ることができる。

また、印字面の反りが少なくなり、さらに、基板を継ぎ
合わせて長尺とした場合にも、継ぎ目で白筋が発生しな
いなど、印字品質の優れたサーマルヘッドを達成するこ
とができる。

さらに、低コスト化も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は一実
施例のサーマルヘッドと従来のサーマルヘッドの通電加
熱特性を示す図、第３図及び第４図はそれぞれＩＣチッ
プを直接搭載する方法を示す断面図、第５図（Ａ）ない
し同図（Ｃ）、第６図（Ａ）ないし同図（Ｃ）、並びに
第７図（Ａ）及び同図（Ｂ）はそれぞれサーマルへラド
モジュールを製造方法とともに示す平面図である。 １・・・・・・金属支持体、　２・・・・・・ポリイミ
ド層、３・・・・・発熱抵抗体、４，５・・・・・電極
。 特許出願人　株式会社リコー 晴　尚　（ミリ％少） ｆＪＳ３図 第４図 １乙 手続補正書 昭和５９年１２月１３日 特許庁長官　殿 適 １、事件の表示　昭和５９年特許願第１１２３８６号２
、発明の名称　サーマルヘッド ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都大田区中馬込１丁目３番６号名称　（６７
４）株式会社リコー 代表者　浜１）広 ４、代理人 住所　（〒５４０）大阪市東区農人橋２丁目５番地第８
松屋ビル１００７号 ６、補正の対象 明細書の［発明の詳細な説明」の欄、及び図面７、補正
の内容 （１）明細書第６頁第７行目に ［プラグｖｃＶＤｓ　１３Ｎ４Ｊとあるをｒｓｉ３Ｎ’
４Ｊと補正する。 （２）第２図を別紙の通り補正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属支持体上にポリイミド膜を被覆して基板とし
   、その上に発熱抵抗体素子を配列してなることを特徴と
   するサーマルヘッド。
2. （２）前記金属支持体がアルミニウム板である特許請求
   の範囲第１項に記載のサーマルヘッド。