KR20020009506A

KR20020009506A - 서멀 헤드

Info

Publication number: KR20020009506A
Application number: KR1020010044821A
Authority: KR
Inventors: 다키자와오사무
Original assignee: 핫토리 쥰이치; 세이코 인스트루먼트 가부시키가이샤
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2002-02-01
Also published as: EP1176023A1; JP2002036615A; US20020041320A1

Abstract

본 발명의 목적은, 방열 특성의 자유도가 높고, 제조 비용이 낮으며, 양산성이 높은 에지형 서멀 헤드를 제공하는 것으로, 예를 들면, 가소성이 높은 폴리이미드 수지 시트가 기판으로서 사용되고, 기판의 한 표면 상에 발열 저항체, 개별 전극, 신호 입력 전극, 및 보호막이 스퍼터링 공정, 포토리소그래피 공정 등을 이용함으로써 형성되어 패터닝되고, 동일 표면 상에 발열체 구동 소자가 탑재되고, 개별 전극 및 신호 입력 전극이 서로 전기적으로 접속되고, 구동 소자 및 전기적으로 접속된 부위가 수지 접착제로 보호되며, 결과의 기판이 수지, 금속 등으로 만들어진 강성체, 예를 들면, 베벨링이 실시된 평판에 접착되어, 서멀 헤드가 구성된다.

Description

서멀 헤드{THERMAL HEAD}

본 발명은 서멀 헤드의 구조에 관한 것이다.

카드와 같은 경질의 인쇄 매체에 대해 인쇄가 수행되는 경우에, 인쇄될 매체가 평평한 상태라도, 발열 저항체를 인쇄 매체와 접촉되도록 하기 위해서, 에지 부근에 발열 저항체가 배치되는 에지형(edge type) 서멀 헤드 또는 에지형에 가까운 서멀 헤드, 또는 일본 특허 출원 공개 제 11-138879호에 개시된 바와 같이 두께가 부분적으로 변화되는 금속 기판을 가진 서멀 헤드가 사용되고 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 에지형 서멀 헤드에서는, 글레이즈 층(2) 및 발열부(4)가 기판(1)의 에지에 제공된다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 에지형에 가까운 서멀 헤드에서는, 글레이즈 층(2) 및 발열부(4)가 기판(1)의 에지를 경사지게 처리함으로써 형성된 경사면(10)에 제공된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 금속 기판에 형성된 서멀 헤드에서는, 글레이즈 층이 금속 기판(11)의 양면에 제공된다. 개별 전극(6) 및 보호 층(7)은 기판 두께가 얇은 부분(20)에 제공된다. 부분 글레이즈 층(2a) 및 발열부(4)는 기판 두께가 두꺼운 부분(21)에 제공된다.

발열 저항체가 에지 부근에 배치되는 에지형 서멀 헤드에 대해서는, 기판의 사이드 에지부가 가공되고 발열 저항체가 에지부에 형성된다. 따라서, 대형 크기의 기판으로부터 다수개가 얻어질 수 없으므로, 한개당 비용이 크게 되는 문제가 있다. 또한, 발열부가 기판의 측면에 형성될 때, 각 전극이 기판의 상부면 및 측면에 개별적으로 형성되므로, 막 형성 및 포토리소그래피의 공정 수가 증가하게 된다. 또한, 제조 기술의 관점에서 상부면부 및 측면 상에 차단없이 전극을 형성하는 것은 어렵고, 따라서 제조 공정의 수가 증가하게 된다고 하는 문제가 있다.

또한, 금속 기판에 형성되는 서멀 헤드에 대해서는, 전극이 글레이즈 층 등의 절연층 상에 형성된다. 따라서, 금속 기판을 만곡시키기 위한 곡률을 작게 만들 수 없다는 제약 조건이 있다. 또한, 발열체가 형성되는 부위에 인장 및 수축에 기인한 왜곡이 발생될 때, 발열 저항값이 변화되고 내펄스 수명(pulse resistant life)이 감소된다고 하는 문제가 있다. 상기 왜곡이 IC 탑재부에 적용될 때, IC가 분리되거나 또는 기능장애와 같은 문제가 발생하게 된다.

또한, 서멀 헤드가 형성되는 기판의 재료가 세라믹, 금속 등으로 한정되어 있으면, 서멀 헤드의 방열 특성이 기판 재료의 물성에 의해 상당히 영향을 받으므로, 방열 특성의 자유도는 낮아지게 된다. 세라믹과 금속이 높은 열 전도율을 가지므로, 이들 재료가 축열 특성이 높은 서멀 헤드에 적당하지 않다고 하는 문제가 있다.

또한, 축열 특성이 의도적으로 조정될 때, 세라믹 기판 등 상에 제공된 글레이즈 층의 두께, 형상, 및 구성 면적(전면 또는 부분)이 제어 인자로서 이용된다. 그러나, 글레이즈 층의 단차가 크게 되거나 또는 글레이즈로서 세라믹 기판의 표면이 부분 노출되면, 미세한 패터닝이 곤란하게 된다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제를 고려하여 만들어졌고, 따라서 본 발명의 목적은 방열특성의 자유도가 높고, 제조 비용이 낮으며, 양산성이 높은 에지형 서멀 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 특징은, 예를 들면, 가소성이 높은 폴리이미드 수지 시트(polyimide resin sheet)가 기판으로서 사용되고, 기판의 한 표면 상에 발열 저항체, 개별 전극, 신호 입력 전극, 및 보호막이 스퍼터링 공정, 포토리소그래피 공정 등을 이용함으로써 형성되어 패터닝되어, 동일 표면 상에 발열체 구동 소자가 탑재되고, 개별 전극 및 신호 입력 전극이 서로 전기적으로 접속되고, 구동 소자 및 전기적으로 접속된 부위가 수지 접착제로 보호되며, 결과의 기판이 수지, 금속 등으로 만들어진 강성체, 예를 들면, 베벨링(beveling)이 실시된 평판에 접착되는 것을 특징으로 하는 서멀 헤드에 있다.

본 발명의 제2 특징은 상기 강성체가 0.03 내지 240 W/m·K의 열 전동율을 갖는 부재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 서멀 헤드에 있다.

본 발명의 제3 특징은 상기 가소성 기판이 7 내지 125 ㎛의 두께를 갖는 부재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 서멀 헤드에 있다.

도 1은 본 발명의 강성체에 접착되는 상태의 서멀 헤드의 측면도,

도 2는 시트 형상의 서멀 헤드의 개략적인 측면도,

도 3은 시트 형상의 서멀 헤드의 개략적인 정면도,

도 4는 다수개를 얻기 위한 시트의 개략도,

도 5는 강성체에 홈이 형성되어 있는 서멀 헤드를 도시하는 도면,

도 6은 종래의 에지형 서멀 헤드를 도시하는 도면,

도 7은 종래의 에지형에 가까운 서멀 헤드를 도시하는 도면,

도 8은 금속판을 베이스로 사용하는 종래의 서멀 헤드를 도시하는 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 세라믹 기판 2 : 글레이즈 층

3 : 발열 저항체 4 : 발열부

5 : 공통 전극 6 : 개별 전극

7 : 보호막 층 8 : 구동용 IC

9 : 수지 몰드 10 : 경사면

11 : 가소성 기판 30 : 강성체

이하에, 본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서멀 헤드의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 서멀 헤드는 폴리이미드 등으로 만들어진 가소성 기판(11) 및 강성체(30)를 가진다. 가소성 기판(11)에는, 복수의 박막 층이 형성되고 발열 구동용 IC(8)가 탑재된다.

도 2에는 가소성 기판(11)의 개략적인 단면도가 도시된다. 가소성 기판(11)에는, 복수의 박막 층 및 발열 구동용 IC(8)가 탑재된다. 먼저, 저항체(3)가 세로 방향에 따라 소정 간격으로 가소성 기판(11) 상에 간헐적으로 형성되어 있다. 구리 등으로 만들어진 전극(5 및 6)은 각각의 발열체(3)의 에지(도면에서 좌단부 및 우단부 모두)에 접촉하도록 형성되어 있다. 도면에서 우측에 위치된 전극은 공통 전극(5)이고 좌측의 전극은 개별 전극(6)이다. 또한, 보호막(7)이 발열체(3)의 상부에 형성된다. 도면에서 개별 전극(6)의 좌측에는, 구동용 IC(8)가 플립칩 본딩(flip chip bonding) 등으로 전기적으로 접속되어 있고 에폭시 등으로 만들어진 수지(6)가 IC(8) 및 전기적으로 접속된 부위를 보호하도록 도포되어 있다. 이 구조에서는, 글레이즈 층이 가소성 기판 상에 형성되지 있지 않는다. 따라서, 가소성 기판(11)이 만곡된 상태에서는, 글레이즈 층에서의 균열, 조각 등의 발생이 방지될 수 있다.

한편, 강성체(30)에 대해서는, 발열부(4)가 접착되는 에지부가 예각을 갖지 않고 만곡되도록 베벨링 처리가 필요하게 된다. 베벨링 반경이 커질수록, 가소성 기판(11) 상에 제공된 발열부(4) 부근의 박막에 대하여 왜곡 응력은 작아진다. 따라서, 이것은 내펄스 수명 등이 확보되는 경우에 유리하다. 비록 이것이 가소성 기판(11) 및 박막 등의 두께에 의해 영향을 받더라도, 대략 0. 5 ㎜의 반경의 베벨링은 신뢰성을 확보하는 경우에 한도이다.

그 다음, 복수의 박막이 형성되고 구동용 IC(8)가 탑재되는 가소성 기판(11) 및 강성체(30)가 양면 테입 또는 접착제를 사용함으로써 서로 접착되어 에지형 서멀 헤드를 얻는다. 또한, 접착 방법으로서, 수지 등의 재료로 만들어진 강성체(30) 및 폴리이미드 시트의 재료로 만들어진 가소성 기판(11)이 선택되는 경우에는, 상기 재료의 표면은 이들을 접착하도록 용융될 수 있다.

또한, 서멀 헤드가 강성체에 접착될 때, 가소성이 높은 기판이 사용되므로, 강성체의 외형에 따라 접착이 될 수 있다. 이 때, 강성체가 에지를 갖는 경우에는, 발열 저항체가 에지에 배치되도록 시트 형상의 서머 헤드가 접착될 때, 에지형 서멀 헤드가 용이하게 제조될 수 있다. 시트가 가소성이 우수하므로, 시트의 표면 상에 형성되는 발열 저항체, 전극, 및 보호막에서 만곡에 기인한 응력은 매우 작다. 따라서, 구동 소자의 전기적으로 접속된 부위가 강성체의 평면 상에 배치될 때, 시트 만곡에 의한 응력은 제거될 수 있다.

상기 구조에 의해 얻어지는 서멀 헤드에 대해서는, 강성체(30)의 형상이 가소성 기판(11)을 변화시키지 않고 변화될 때, 임의의 형상의 서멀 헤드가 얻어질 수 있다. 예를 들면, 가소성 기판을 원통형 강성체(30)에 접착시킴으로써 원통형 서멀 헤드가 용이하게 얻어질 수 있다. 또한, 강성체(30)의 베벨링 반경이 전술한 바와 같이 설정될 때, 삼각형 서멀 헤드 및 직사각형 서멀 헤드가 용이하게 얻게 될 수 있다. 또한, 가소성 기판이 프린터 케이스 자체에 직접 접착될 수 있다.

다음에, 서멀 헤드의 제조방법이 설명된다. 도 3은 강성체(30)에 접착되기 전에 복수의 박막이 형성되고 구동용 IC(8)가 탑재되는 하나의 가소성 기판(11)의 개략적인 상면도이다. 가소성 기판(11) 상에는, 저항체(3)가 세로 방향을 따라 소정 간격으로 간헐적으로 형성되고 구동용 IC(8)가 도면의 하부에 탑재되며 수지(9)로 몰딩된다. 전술한 바와 같이, 막 형성 공정 및 탑재 공정은 평면 상에서 수행된다. 따라서, 가소성 기판으로서 사용되는 폴리이미드 시트의 면적이 도 4에 도시된 바와 같이 확대될 때, 많은 수의 서멀 헤드가 얻어질 수 있고 따라서 양산성이 높아지게 된다. 또한, 글레이즈 층이 형성되지 않으므로, 포토리소그래피 공정에서도 가소성 기판 상의 요철이 작고 따라서 매우 미세한 패터닝에 적합하다.

강성체(30)의 열 전도율이 강성체의 재료를 변화시킴으로써 크게 변화될 수 있으므로, 서멀 헤드의 축열 특성은 임으로 변화될 수 있다. 따라서, 축열 특성이 향상되는 서멀 헤드에 대해서는, 입력 에너지에 대한 인쇄 효율이 향상될 수 있다. 또한, 축열 특성이 감소될 때, 고속 인쇄가 허용된다. 따라서, 동일한 서멀 헤드를 이용하여, 상이한 특성의 서멀 헤드가 용이하게 제조될 수 있다.

예를 들면, 방열 특성이 높은 서멀 헤드를 얻기 위해서, 240 W/mK의 열 전도율을 갖는 알루미늄이 강성체(1)로서 사용된다. 따라서, 발열부(4)의 방열성이 향상되므로, 온도가 빠르게 저하되고 열 응답성이 빠르며 고속 인쇄에 적합한 서멀 헤드가 얻어진다. 한편, 열 응답성이 느리고 축열 특성이 높은 서멀 헤드를 얻기 위해서, 공기의 열 전도율인 0.029 W/mK에 근접하도록 다공질 표면의 재료가 사용된다. 대안으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 발열부(4)의 후면에 대응하는 강성체(30)의 부위에 홈(31)이 형성되도록 서멀 헤드가 사용될 수 있다. 따라서, 발열부(4)의 축열 특성이 크게 변화되고 따라서 열 응답성이 용이하게 변화될 수 있다.

가소성 기판의 기판 두께에 대해서는, 만곡에 기인한 가소성 및 왜곡 응력이고려되는 경우, 그 최대값은 대략 125 ㎛로 판단된다. 두께가 두껍게 되면, 왜곡 응력이 증가되고 따라서 저항값의 안정성 및 내펄스 수명이 영향을 받는다. 종래의 서멀 헤드에서는, 열 전도율이 1.0 W/mK이고 막 두께가 60 ㎛이므로, 글레이즈 층의 열 저항은 6.0E7 m²K/W 가 된다. 또한, 가소성 기판이 폴리이미드로 만들어질 때, 열 전도율이 0.12 W/mK 이므로, 두께가 7 ㎛ 또는 이보다 두껍게 될 필요가 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 청구항 1에 따르면, 큰 면적의 폴리이미드 시트로부터 다수개가 얻어질 수 있고 발열 저항체가 에지 근방에 배치되는 서멀 헤드의 양산성이 용이하게 향상될 수 있다. 본 발명의 청구항 2에 따르면, 청구항 1과 동일한 서멀 헤드가 사용될 때, 고 축열 특성에서 저 열 전도율까지의 서멀 헤드가 강성체의 축열 특성을 조정함으로써 선택될 수 있다. 본 발명의 청구항 3에 따르면, 가소성 기판이 만곡되더라도, 가소성 기판 상의 발열체의 저항값의 안정성이 확보될 수 있고 내펄스 수명의 감소가 방지될 수 있다.

Claims

절연성 가소성 기판 상에, 복수의 발열 저항체, 이 발열 저항체에 전력을 공급하기 위한 전극, 및 이 발열 저항체를 선택적으로 발열시키기 위한 구동 소자를 구비하고, 이 가소성 기판이 방열판에 고착되는 서멀 헤드에 있어서,

상기 가소성 기판은 상기 발열 저항체가 상기 방열판의 에지 부위에 배치되도록 만곡되어 상기 방열판에 고착되는 것을 특징으로 하는 서멀 헤드.
제1항에 있어서,

상기 방열판은 0.03 내지 240 W/m·K 의 열 전도율을 갖는 부재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 서멀 헤드.
제1항에 있어서,

상기 가소성 기판은 7 내지 125 ㎛ 의 두께를 갖는 부재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 서멀 헤드.