JP7080428B2 - Substrate for thermal head - Google Patents
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Description
本発明は、サーマルヘッド用基板に関する。さらに詳しくは、ファクシミリ、カラープリンター、バーコードプリンター等に用いられるサーマルヘッド用基板に関する。 The present invention relates to a substrate for a thermal head. More specifically, the present invention relates to a substrate for a thermal head used in a facsimile, a color printer, a bar code printer and the like.
発熱体と駆動回路が一体に形成されたサーマルヘッドが知られている。 A thermal head in which a heating element and a drive circuit are integrally formed is known.
特許文献1は、薄膜トランジスタ―を駆動回路に用いたサーマルヘッドを開示する。特許文献1に於いて、発熱抵抗体や駆動回路が形成された基板の厚さを10~800μmと変化させて放熱板に接着し、基板の熱抵抗を変化させることで、放熱量を制御して蓄熱による印字品質を改善するが記載されている。
特許文献2は、ファクシミリ、ワープロ等のサーマルプリンターヘッドを開示する。特許文献2に於いて、薄膜トランジスタ―を駆動回路に用い、駆動回路の温度上昇や発熱抵抗体形成領域の蓄熱を改善するため、発熱抵抗体の近傍と駆動回路と発熱抵抗体形成領域間に、発熱抵抗体からの熱伝搬が金属パターンを介在させることで防止することが記載されている。 Patent Document 2 discloses a thermal printer head such as a facsimile or a word processor. In Patent Document 2, in order to improve the temperature rise of the drive circuit and the heat storage in the heat generation resistor forming region by using the thin film thin film as the drive circuit, in the vicinity of the heat generation resistor and between the drive circuit and the heat generation resistor formation region. It is described that heat propagation from the heat generation resistor is prevented by interposing a metal pattern.
従来の発熱体と駆動回路が一体に形成されたサーマルヘッドは、ガラスや石英等の比較的熱伝導が悪く、脆い、厚い基板で提供される。それ故、サーマルヘッドの小型化を阻む発熱体からの熱伝搬による、駆動回路の温度上昇による、誤動作や故障の改善と基板の蓄熱による印字品質の改善と、基板強度の改善、が課題である。 A conventional thermal head in which a heating element and a drive circuit are integrally formed is provided on a brittle, thick substrate having relatively poor heat conduction such as glass or quartz. Therefore, the problems are improvement of malfunction and failure due to temperature rise of the drive circuit due to heat propagation from the heating element that hinders the miniaturization of the thermal head, improvement of print quality by heat storage of the substrate, and improvement of substrate strength. ..
特許文献1に於いて、一様な厚さの蓄熱層上に発熱体と駆動回路の両方を形成しているので発熱体と駆動回路を個別に蓄熱量を制御できない。これまでは、発熱体の蓄熱量制御にのみ蓄熱層を使っていた。つまり、低速印字用途の場合、発熱体のオン、オフ周期が長くなる。そのために、熱時定数を大きくするため、熱容量を大きくする。つまり、蓄熱層の厚さを大きくする。一方、高速印字の場合、熱時定数を小さくする。そのために蓄熱層を薄くする。
In
ところが、蓄熱層の厚さを大きくすると、駆動回路形成領域方向の熱伝搬が増え、駆動回路の温度上昇を招き、誤動作や誤動作による故障が無視できなくなる。蓄熱層の厚さ以上の、一定距離を離すことが必要になり、基板の小型化が困難になる。また、蓄熱層を一様に薄くすると基板強度が弱くなり、組立時の取り扱いが困難になる。低速及び高速印字用の用途によらず小型化が可能で基板強度が強く、組立の容易な薄膜トランジスタ―を駆動回路に用いたサーマルヘッドを提供することが課題である。 However, when the thickness of the heat storage layer is increased, heat propagation in the drive circuit formation region direction increases, which causes the temperature of the drive circuit to rise, and malfunctions and failures due to malfunctions cannot be ignored. It is necessary to keep a certain distance larger than the thickness of the heat storage layer, which makes it difficult to reduce the size of the substrate. Further, if the heat storage layer is made uniformly thin, the strength of the substrate becomes weak and it becomes difficult to handle it at the time of assembly. The challenge is to provide a thermal head that uses a thin film transistor that can be miniaturized, has strong substrate strength, and is easy to assemble, regardless of the application for low-speed and high-speed printing.
また、特許文献2において、発熱体と駆動回路との間に放熱用金属パターンを配置し蓄熱と駆動回路の温度上昇による誤動作を改善する提案がされている。しかし、放熱用金属パターンが介在することで発熱体と駆動回路間の距離が長くなり小型化が困難である。
Further, Patent Document 2 proposes to arrange a metal pattern for heat dissipation between a heating element and a drive circuit to improve heat storage and malfunction due to a temperature rise of the drive circuit. However, the interposition of the metal pattern for heat dissipation increases the distance between the heating element and the drive circuit, making it difficult to reduce the size.
本発明に係るサーマルヘッド用基板は、第1の方向に順に配置された、第1領域、第2領域、及び第3領域を有する基板と、前記基板の主面上に設けられた発熱体と、前記基板の主面上に設けられ、前記発熱体を駆動するための駆動回路と、前記基板の主面上に設けられ、前記発熱体と前記駆動回路に電気的に接続する配線と、前記基板の裏面に、接着剤を介して接着固定された放熱板と、を備える。前記発熱体、前記配線、及び前記駆動回路は、それぞれ、前記第1領域、前記第2領域、及び前記第3領域に設けられており、前記基板の前記第2領域の裏面に第1の凹部を有することを特徴とする。 The substrate for a thermal head according to the present invention includes a substrate having a first region, a second region, and a third region arranged in order in the first direction, and a heating element provided on the main surface of the substrate. A drive circuit provided on the main surface of the substrate for driving the heating element, wiring provided on the main surface of the substrate and electrically connected to the heating element and the driving circuit, and the above. A heat radiating plate bonded and fixed via an adhesive is provided on the back surface of the substrate. The heating element, the wiring, and the drive circuit are provided in the first region, the second region, and the third region, respectively, and the first recess is formed on the back surface of the second region of the substrate. It is characterized by having.
本発明に係るサーマルヘッド用基板では、第2領域の基板の裏面に第1の凹部を有するので、第1領域の基板の主面上に設けられた発熱体から、第3領域の基板の主面上に設けられた発熱体を駆動するための駆動回路への熱伝搬を防止することができる。 Since the thermal head substrate according to the present invention has the first recess on the back surface of the substrate in the second region, the heating element provided on the main surface of the substrate in the first region can be used as the main substrate in the third region. It is possible to prevent heat propagation to a drive circuit for driving a heating element provided on the surface.
また、本発明に係るサーマルヘッド用基板は、前記基板の裏面であって、前記第1領域を挟んで前記第1の凹部と反対側に第2の凹部を有することを特徴としてもよい。第2の凹部は、第1領域を挟んで第1の凹部と反対側に設けられているので、発熱温度分布が改善され、印字品質を向上させることができる。 Further, the substrate for a thermal head according to the present invention may be characterized in that it is a back surface of the substrate and has a second recess on the side opposite to the first recess with the first region interposed therebetween. Since the second recess is provided on the side opposite to the first recess with the first region interposed therebetween, the heat generation temperature distribution can be improved and the print quality can be improved.
また、本発明に係るサーマルヘッド用基板は、前記第1の凹部は、前記第2の領域から前記第3の領域まで延伸していることを特徴としてもよい。第1の凹部は、第2の領域から第3の領域まで延伸しているので、第3の領域に設けられている駆動回路領域の放熱性を高めることができる。 Further, the substrate for a thermal head according to the present invention may be characterized in that the first recess extends from the second region to the third region. Since the first recess extends from the second region to the third region, it is possible to improve the heat dissipation of the drive circuit region provided in the third region.
また、本発明に係るサーマルヘッド用基板は、前記第1の領域に凸部領域を有し、前記発熱体が、前記凸部領域に形成されていることを特徴としてもよい。第1の領域に凸部領域を有し、凸部上に発熱体が形成されているので、感熱媒体との密着性を高め、印字品質を向上させることができる。 Further, the substrate for a thermal head according to the present invention may be characterized in that it has a convex region in the first region and the heating element is formed in the convex region. Since the first region has a convex region and a heating element is formed on the convex region, the adhesion to the heat-sensitive medium can be improved and the print quality can be improved.
また、本発明に係るサーマルヘッド用基板は、前記第1の凹部の前記第1の方向の長さが、前記第1の凹部が形成された前記基板の厚さ以上の値を有することを特徴としてもよい。第1の凹部の第1の方向の長さが、第1の凹部が形成された前記基板の厚さ以上の値を有することで、第1領域の基板の主面上に設けられた発熱体から、第3領域の基板の主面上に設けられた発熱体を駆動するための駆動回路への熱伝搬を防止することができる。 Further, the substrate for a thermal head according to the present invention is characterized in that the length of the first recess in the first direction is equal to or greater than the thickness of the substrate on which the first recess is formed. May be. A heating element provided on the main surface of the substrate in the first region by having a length of the first recess in the first direction equal to or greater than the thickness of the substrate on which the first recess is formed. Therefore, it is possible to prevent heat propagation to the drive circuit for driving the heating element provided on the main surface of the substrate in the third region.
また、本発明に係るサーマルヘッド用基板は、前記第1の凹部に、前記接着剤が充填されていることを特徴としてもよい。第1の凹部に、接着剤が充填されていることにより放熱板への放熱性を向上させることができる。 Further, the substrate for a thermal head according to the present invention may be characterized in that the first recess is filled with the adhesive. Since the first recess is filled with an adhesive, the heat dissipation to the heat sink can be improved.
また、本発明に係るサーマルヘッド用基板は、前記放熱板は、前記第1の凹部に勘合する凸部領域を有することを特徴としてもよい。放熱板は、第1の凹部に勘合する凸部領域を有することで、接着層が薄くできるので、放熱板への放熱性を向上させることができる。
Further, the substrate for a thermal head according to the present invention may be characterized in that the heat radiating plate has a convex portion region that fits into the first concave portion. Since the heat radiating plate has a convex region that fits into the first concave portion, the adhesive layer can be made thin, so that the heat radiating property to the heat radiating plate can be improved.
一様な厚さの蓄熱層を持つ、全薄膜型サーマルヘッドより小型な全薄膜型サーマルヘッド用基板を提供できる。また、発熱温度分布の裾野のダレが改善されて鮮明な画素が得られる。
また、基板の厚さが異なる、凹部(穴部又は、溝部)を局所的に有するので、一様厚さの蓄熱層を持つ全薄膜型サーマルヘッドより基板強度を増すことができる。
It is possible to provide a substrate for an all-thin film type thermal head, which has a heat storage layer having a uniform thickness and is smaller than an all-thin film type thermal head. In addition, the sagging of the base of the heat generation temperature distribution is improved, and clear pixels can be obtained.
Further, since the substrate has recesses (holes or grooves) having different thicknesses locally, the substrate strength can be increased as compared with the all-thin film type thermal head having a heat storage layer having a uniform thickness.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施する為の形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
本実施形態に係る、サーマルヘッド基板は、発熱体と駆動回路が一体に形成された基板と、当該基板に放熱板が接着剤で固定されて構成されている。このような発熱体と駆動回路が一体に形成された基板と、放熱板が接着剤で固定されたサーマルヘッド基板を以下、全薄膜型サーマルヘッド用基板と呼ぶ。 The thermal head substrate according to this embodiment is configured by a substrate in which a heating element and a drive circuit are integrally formed, and a heat sink is fixed to the substrate with an adhesive. A substrate in which such a heating element and a drive circuit are integrally formed, and a thermal head substrate in which a heat sink is fixed with an adhesive are hereinafter referred to as an all-thin film type thermal head substrate.
図1及び図2に、本実施形態に係る全薄膜型サーマルヘッド用基板の平面図、及び断面図を示す。図3に、本実施形態に係る全薄膜型サーマルヘッド用基板の構成を模式的に示す。図3(a)は、全薄膜型サーマルヘッド用基板の基板主面上の耐摩耗層、発熱抵抗体、駆動回路、共通電極、分岐電極及び端末電極の配置を示す図である。図3(b)は、図3(a)のA部拡大図、図3(c)は、X3-X3線部の断面拡大図を示す図である。図4は、本実施形態に係る全薄膜型サーマルヘッド用基板の回路図を示す。 1 and 2 show a plan view and a cross-sectional view of a substrate for an all-thin film type thermal head according to the present embodiment. FIG. 3 schematically shows the configuration of the all-thin film type thermal head substrate according to the present embodiment. FIG. 3A is a diagram showing the arrangement of a wear-resistant layer, a heat generating resistor, a drive circuit, a common electrode, a branch electrode, and a terminal electrode on the main surface of the substrate for an all-thin film type thermal head. 3 (b) is an enlarged view of a portion A of FIG. 3 (a), and FIG. 3 (c) is a diagram showing an enlarged cross-sectional view of the X3-X3 line portion. FIG. 4 shows a circuit diagram of a substrate for an all-thin film type thermal head according to the present embodiment.
以下、耐摩耗層や電極等は、図面によっては、省略している。本発明に係る発熱体形成領域と駆動回路形成領域のみを表示している。また、以下の実施例に於いては、基板の主面に形成される、発熱体や駆動回路等の構成は、図3(a)や(b)及び(c)と同じであることを前提にしている。図1(a)は、本実施形態に係る全薄膜型サーマルヘッド用基板1の構成を説明する為の平面図である。図1(b)は、図1(a)のX1-X1線部の断面図である。基板3の裏面に凹部8を形成した全薄膜型サーマルヘッド用基板1である。図1(a)は、基板の主面上から見た、各領域の位置関係を示す為、基板裏面の凹部や積層された膜の位置等各領域を透視した形で示してある。
Hereinafter, the wear-resistant layer, electrodes, and the like are omitted depending on the drawings. Only the heating element forming region and the drive circuit forming region according to the present invention are displayed. Further, in the following embodiments, it is assumed that the configurations of the heating element, the drive circuit, and the like formed on the main surface of the substrate are the same as those in FIGS. 3 (a), (b), and (c). I have to. FIG. 1A is a plan view for explaining the configuration of the
まず、構成から説明する。基板3は、放熱板4と接着剤5で固定されている。基板の外形は、放熱板の外形より小さい。基板の主面には、図3(a)のパターンが形成されている。図1(a)に於いて、主面上の第1領域3a、には、発熱体と接合部の電極が形成されている。その形成領域を3Aで示す。同様の第2領域3cには、分岐電極が形成されている。配線形成領域を3Cで示す。同様の第3領域3bには、駆動素子や論理回路を含む駆動回路が形成されている。駆動回路形成領域を3Bで示す。また、各パターン例と各領域は図3(b)に示したものである。
First, the configuration will be described. The
また、図1(a)及び(b)に於いて、第1領域3a、第2領域3c、から第3領域3b、は、隣接して第一の方向に連続している。基板の第2領域の裏面に第1の凹部8が形成されている。図1(a)に於いては、第1の凹部8の位置を破線で示している。両図に於いて、各領域部を、各破線で示している。図1(a)及び(b)に於いて、各破線は、便宜上分離して表しているが、第一の方向に連続して形成することができる。以下の図面に於いても同様である。第1の凹部の長さ「L2」は、印字幅「L1」より同等若しくは、長く、基板の全幅の「L」、以内に形成することができる。
Further, in FIGS. 1A and 1B, the
図1(b)に於いては、第1の凹部に接着剤5が充填され、その幅「Wb」を示している。また、凹部の基板厚みは、「t1」で示している。「t1」と同等の値以上に幅「Wb」を設定することができる。また、第1の凹部8は、基板の主面上から見て、第2領域と第3領域の境界の第2領域の中に形成される。また、図1(b)の断面構成に於いては、第1領域は、発熱体形成領域3Aと基板3と接着剤5と放熱板4で構成される。第2領域は、配線形成領域3Cと第1の凹部8を含む基板と接着剤と放熱板で構成される。第3領域は、駆動回路形成領域3Bと基板3と接着剤と放熱板で構成される。
In FIG. 1 (b), the first recess is filled with the adhesive 5 and its width “Wb” is shown. The substrate thickness of the recess is indicated by "t1". The width "Wb" can be set to a value equal to or larger than "t1". Further, the
まず、基板の主面上の各領域について説明する。第1領域3aは、図1(a)に於いて、破線3aがその領域を示している。主面上に複数の発熱体が形成された領域3Aを含んでいる。第1領域は、主面上の発熱体部と電極接合部を含む領域である。発熱体は、列状に一定ピッチで形成され発熱部と電極部で構成される。発熱部のパターンは、角型やミアンダ型等があり、感熱媒体に印字画素を形成する。発熱体の材質は、ポリシリコンやTaSiO2やTaNなどである。また、発熱体と低抵抗で接合する電極の接合部を有する。電極材は、例えば金やアルミニウムや銅などである。第1領域の断面は、図1(b)に於いて、破線3a、の領域である。基板3と接着層5と放熱板4で構成される。基板材料は、ガラスや石英やシリコン等を用いることができる。接着剤は、有機や無機系の接着剤を用いることができる。
First, each region on the main surface of the substrate will be described. In FIG. 1A, the
また、金属粒子や無機粒子を混合した接着剤を用いることができる。放熱板は、鉄やアルミニウム、42合金、アンバー等の金属を用いることができる。特に、印字長の大きな全薄膜型サーマルヘッド用基板では、基板材との熱膨張率をほぼ同等にする必要がある。全薄膜型サーマルヘッド用基板の印字時の発熱による、全薄膜型サーマルヘッド用基板の反りを小さくするためである。反りが発生すると感熱媒体との接触性が悪化して、発色濃度ムラが発生し、印字品質が低下する。また、42合金は、ガラスと熱膨張率が同等になるように開発された金属である。また、放熱板の外形は、基板の外形よりわずかに大きくして、基板端部が他の物質との接触による外力で基板のワレ、欠け、等を防ぐことができることは、勿論である。また、断面構成は、第1領域~第3領域まで同じ材料構成である。 Further, an adhesive in which metal particles and inorganic particles are mixed can be used. As the heat sink, a metal such as iron, aluminum, 42 alloy, or amber can be used. In particular, in a substrate for an all-thin film type thermal head having a large printing length, it is necessary to make the coefficient of thermal expansion substantially the same as that of the substrate material. This is to reduce the warpage of the all-thin film type thermal head substrate due to heat generation during printing of the all thin film type thermal head substrate. When warpage occurs, the contact with the heat-sensitive medium deteriorates, uneven color density occurs, and the print quality deteriorates. Further, the 42 alloy is a metal developed so that the coefficient of thermal expansion is equivalent to that of glass. Further, it is a matter of course that the outer shape of the heat sink can be made slightly larger than the outer shape of the board to prevent the board from being cracked or chipped by an external force due to contact with other substances at the end of the board. Further, the cross-sectional structure has the same material structure from the first region to the third region.
次に、第2領域3c、は、図1(a)に於いて、基板の主面上に形成される配線領域3C、を含んでいる。また、第2領域の主面上の配線パターンは、2種類有るとすることができる。一つは、発熱体の一端と駆動素子を結線する配線である。もう一つは、複数の発熱体をまとめて結線して電源に結線する共通電極の配線である。駆動素子は、駆動回路形成領域内3B、に形成される。例えば、駆動素子は、スイッチング素子でFET等を用いることができる。前記の一つは、FETのドレインと発熱体の一端を結線する配線である。前記の他の一つは、発熱体の他端をまとめて電源に結線される共通電極である。
Next, the
第2領域は、構成上は、配線部であり発熱体の他の一端と結線する電極(共通電極)も配線部ということができる。従って、第一の方向に第2領域3c、第1領域3a、第2領域3c、第3領域3bと連続していると言うこともできる。
The second region is a wiring portion in terms of configuration, and an electrode (common electrode) connected to the other end of the heating element can also be said to be a wiring portion. Therefore, it can be said that the
次に、第3領域3bは、基板の主面上に駆動回路3Bが形成された領域である。駆動回路3Bとは、駆動素子やシフトレジスタ等の論理回路や電源配線等を含むものである。発熱体に電流を短時間流したり、止めたりする。その回路を構成するトランジスター(FET)は、特に温度に敏感な素子である。特に発熱体を駆動する素子のFETは、比較的大電流が流れるので自己発熱をする。更に、発熱体からの熱伝搬も加わり放熱対策が必要になる。また、論理回路を構成するFETも動作保証温度範囲を持ち、その範囲を維持し、より室温に近く維持されることが望ましい。このように、駆動回路部の温度上昇による誤動作により、印字品質の低下や故障等の原因になる。
Next, the
さて、基板の小型化を図るためには、駆動回路の自己発熱や発熱体からの熱伝搬による発熱による、誤動作を防ぎながら、発熱体パターンと駆動回路内にある、駆動素子パターンとの配置距離を小さくしなければならない。つまり、第一領域と第3領域に挟まれた第2領域の幅「W1」(第1の方向の長さ)を小さくすることが目的の一つである。従来の、ハイブリッド構成のサーマルヘッド用基板では、発熱体形成領域の熱時定数(熱抵抗と熱容量の積)のみを考慮して、低速印字や高速印字等の用途によって蓄熱層の厚さを設定していた。 By the way, in order to reduce the size of the substrate, the arrangement distance between the heating element pattern and the driving element pattern in the driving circuit is prevented while preventing malfunction due to self-heating of the driving circuit and heat generation due to heat propagation from the heating element. Must be made smaller. That is, one of the purposes is to reduce the width "W1" (length in the first direction) of the second region sandwiched between the first region and the third region. In the conventional board for thermal heads with a hybrid configuration, the thickness of the heat storage layer is set according to applications such as low-speed printing and high-speed printing, considering only the thermal time constant (the product of thermal resistance and heat capacity) in the heating element formation region. Was.
何故なら、基板主面に形成された発熱体と凸部を持つ駆動IC実装領域は、プラテンローラーとの接触を考慮して配置されるので、例えば数ミリメートルと十分な距離を離れているから発熱体からの熱伝搬で駆動回路の温度上昇による誤動作を考慮しなくても良かったのである。本発明に係るサーマルヘッド用基板に於いては、配線領域である第1と第3領域に挟まれた第2領域の裏面に第1の凹部8を設け、凹部の厚さ「t1」と、凹部の幅「Wb」で熱抵抗と熱容量を下げ、放熱板4へ放熱し、発熱体から駆動回路の駆動素子への熱伝搬を防止して、第2領域の幅「W1」を小さくして小型化を実現するものである。
This is because the driving IC mounting area having the heating element and the convex portion formed on the main surface of the substrate is arranged in consideration of the contact with the platen roller, so that heat is generated because it is separated from a sufficient distance of, for example, several millimeters. It was not necessary to consider the malfunction due to the temperature rise of the drive circuit due to the heat propagation from the body. In the thermal head substrate according to the present invention, the
全薄膜型サーマルヘッドでは、蓄熱層に該当する、第1領域~第3領域の基板厚さ「t」は、同じである。発熱体からの熱伝搬で駆動回路形成領域の温度が上昇する。駆動回路形成領域の温度を放熱板温度まで下げる為には、発熱体と放熱板までの距離と同じ、基板の厚さ「t」と同じ値以上の距離を離さないといけない。その理由は、熱伝搬は、等方的に伝搬するからである。つまり。第1と第3領域に挟まれた、第2領域の幅(第1の方向の長さ)は、基板の厚さと同じ値「t」以上の距離を離さなければならない。例えば、特許文献1の全薄膜型サーマルヘッドでは、10~800μmと厚さを変える提案がある。これは、発熱体と駆動回路形成端との間隔を10~800μmと変えることになる。しかし、この全薄膜型サーマルヘッド用基板に於いては、この第2領域の基板の裏面に第1の凹部8を設けることで、第2領域の凹部を除く、基板の厚さ「t」とは、関係なく、第2領域の幅を小さくして全薄膜型サーマルヘッド用基板の小型化を可能にするものである。
In the all-thin film type thermal head, the substrate thickness "t" in the first to third regions corresponding to the heat storage layer is the same. The temperature of the drive circuit formation region rises due to heat propagation from the heating element. In order to lower the temperature of the drive circuit forming region to the heat sink temperature, the distance must be equal to or greater than the distance between the heating element and the heat sink, which is the same as the thickness "t" of the substrate. The reason is that heat propagation propagates isotropically. in short. The width (length in the first direction) of the second region sandwiched between the first and third regions must be separated by a distance equal to or more than the same value "t" as the thickness of the substrate. For example, there is a proposal to change the thickness of the all-thin film type thermal head of
更に説明すれば、例えば、前記間隔、10~800μmは第2領域の寸法「W1」に該当する。低速印字用途では、熱時定数を大きくするため蓄熱層の熱容量を大きくする。その為に基板の厚さを厚くする。第2領域の第一の方向の長さを、基板の厚さ以上離さないと、駆動回路の形成してある第3領域の温度を放熱板温度に保つことができない。その為、第2領域の幅が大きくなり、基板全体の小型化が計れない。 More specifically, for example, the interval of 10 to 800 μm corresponds to the dimension “W1” of the second region. In low-speed printing applications, the heat capacity of the heat storage layer is increased in order to increase the thermal time constant. Therefore, the thickness of the substrate is increased. Unless the length of the second region in the first direction is separated by the thickness of the substrate or more, the temperature of the third region in which the drive circuit is formed cannot be maintained at the heat sink temperature. Therefore, the width of the second region becomes large, and the size of the entire substrate cannot be measured.
また、第2領域の基板の裏面に凹部を設け、凹部から放熱板に放熱することで、駆動回路が形成してある第3領域への熱伝搬を防止するものである。例えば、第2領域の凹部の厚さが10μmであれば凹部の幅は、10μm以上にする。この凹部で放熱板温度まで低下するので基板の主面上で10μm以上離れた位置に駆動素子のパターンを配置することができる。凹部が第2領域内に形成され、凹部の端部が隣接する第3領域に接しているからである。
また、図2に於いては、発熱体形成領域3A、を挟んで第2領域3c,及び3ca、を構成した例を示すことができる。基板主面に形成された、発熱体パターンの両端から寸法「W1a」の位置の、基板3の裏面に、凹部2箇所形成した例である。寸法「W1a」は、第2領域の幅W1から第1の凹部の幅Wb1を引いた寸法に等しくすることができる。第2領域3ca、(配線部領域3Ca)については、基板の主面上には、共通電極106を形成することができる。
Further, by providing a recess on the back surface of the substrate in the second region and radiating heat from the recess to the heat radiating plate, heat propagation to the third region where the drive circuit is formed is prevented. For example, if the thickness of the recess in the second region is 10 μm, the width of the recess should be 10 μm or more. Since the temperature drops to the heat sink temperature in this recess, the pattern of the drive element can be arranged at a position separated by 10 μm or more on the main surface of the substrate. This is because the recess is formed in the second region and the end of the recess is in contact with the adjacent third region.
Further, in FIG. 2, an example in which the
さて、図3及び図4を参照しながら、基板の主面上の第1~第3領域と断面構造からみた第1~第3領域にどのような回路及びそのパターンが配置され、且つどのような材料で構成されているかについて説明する。 Now, with reference to FIGS. 3 and 4, what kind of circuit and its pattern are arranged in the first to third regions on the main surface of the substrate and the first to third regions viewed from the cross-sectional structure, and how. Explain whether it is composed of various materials.
図4に示すように、第1領域の基板の主面には、破線で囲んだ3A部分の回路が形成されている。列状に一定ピッチで並んだ複数の発熱体29を囲む領域が発熱体形成領域3Aである。発熱体は、発熱部と電極(接合部)から構成される。また、第2領域の基板の主面には、一つは、破線で囲んだ3C部分の回路が形成されている。発熱体と駆動素子(スイッチング素子)28を結線する配線部3C(分岐電極109a)である。もう一つは、発熱体の他端を共通に結線した共通電極106、の配線部である。破線で囲んだ3Caである。また、第3領域主面には、破線で囲んだ3B部分の回路が形成されている。駆動素子28を含む駆動回路形成領域3Bである。
As shown in FIG. 4, a circuit of the 3A portion surrounded by a broken line is formed on the main surface of the substrate in the first region. The region surrounding the plurality of
更に詳細に説明すると、個々の発熱体の他の一端は、分岐電極109aを通り、個々のスイッチング素子28、に結線させることができる。他の一端は、共通電極106にまとめて結線させることができる。そして、スイッチング素子28で電流のオン・オフとその時間を制御する論理回路に結線させることができる。論理回路は、シリアルイン、パラレルアウトのシフトレジスタ―、22と分割印字をするゲート回路、27とデータ保持のラッチ回路、25と回路用電源(図示せず)から構成させることができる。駆動回路形成領域内の発熱体に近い端部領域には、スイッチング素子28を配置させることができる。
More specifically, the other end of each heating element can pass through the
また、信号の種類としては、分割印字に用いるストローブ26、データを保持するラッチ24、データ21、クロック23、の各信号端子を導出させることができる。108、108aは、端子電極群で各種信号と電源端子群示す。また、様々な応用回路があり上記回路は、限定されたものではないことは、勿論である。
As the signal type, each signal terminal of the
さて、図3は、図4の回路図の素子や配線が全薄膜型サーマルヘッド用基板の基板3の主面に形成される配置位置やパターンの例を説明する図である。更に主面上の各回路パターン形成領域と第1~第3領域との関係を説明する。
図3(a)は、全薄膜型サーマルヘッド用基板の基板3の主面に配置された基板全体の回路素子のパターン配置図例を示す図である。例えば、複数の発熱体29群は基板の主面の3A領域に配置される。また、記号106は、図4の回路図の共通電極を表し、その配置領域を3Ca、で示している。また、分岐電極109は、その配置領域3C、を示している。また、耐摩耗層の形成領域は記号9、で示している。図3(b)は、図3(a)のA部の拡大平面図を示している。発熱体2個分のパターンと、分岐電極、109aとFET、28を示している。基板主面上の第2領域の幅は「W1」である。また、例えば、記号3A(3a)は基板主面上の発熱体形成領域3A、が第1領域3a、に含まれることを表している。このように、第1~第3領域のパターンと領域の位置関係を説明している。
By the way, FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an arrangement position and a pattern in which the elements and wiring of the circuit diagram of FIG. 4 are formed on the main surface of the
FIG. 3A is a diagram showing an example of a pattern arrangement diagram of circuit elements of the entire substrate arranged on the main surface of the
図3(c)は、図3(a)のX3-X3線部の断面図である。TFTと耐摩耗層9の積層構造を示している。各々基板の断面に於いて、第1領域を3a、第2領域を3c、第3領域を3bと表している。また、図3(b)及び(c)のTFT部分等の記号の説明は、後述する製造工程で説明する。
FIG. 3 (c) is a cross-sectional view of the X3-X3 line portion of FIG. 3 (a). The laminated structure of the TFT and the wear-
更に詳細に説明すれば、基板の主面上に於いて、発熱体形成領域3A、を含む、第一領域3aは、同じ幅の領域とすることができる。配線領域(分岐電極109a)3C、を含む、第2領域3cは、同じ幅の領域とすることができる。駆動回路形成領域3B、を含む、第3領域3bは、同じ幅の領域とすることができる。図3(a)に於いて、発熱体を含む、発熱体形成領域3A(主面上の第1領域3a)とその一端を共通電極106(図4のVh)に結線され、他の一端は、分岐電極109a(主面上の第2領域3c、図4の3C)を経由して駆動回路形成領域3B(主面上の第3領域3b、図4の3B)に結線されている。駆動素子28を経て分岐電極は、電極109(図4のGh)で結線されている。
More specifically, on the main surface of the substrate, the
また、各種信号や電源端子がまとめて記号108に配置されている。最上層は、耐摩耗層9を形成させることができる。また、基板の長さを「L」、基板の奥行幅を「W」、印字長さを「L1」、で示している。
Further, various signals and power supply terminals are collectively arranged at the
図3(b)は、平面拡大図で、発熱体の幅をRW、長さをRLと表している。第一の方向とは、印字時に感熱媒体が走行する方向である。発熱体に流れる電流のスイッチング素子(駆動素子)は、FETで構成されてソース電極203、ゲート205、ドレイン電極207で構成されている。図3(b)は、図3(a)のA部の断面拡大図である。領域3Aには、複数の発熱体が列状に並び(ここでは、2個)、領域3Cには、分岐電極109aが形成されている。「W1」は、3C領域の幅寸法である。駆動素子28は、発熱体と結線するため、駆動回路形成領域端部に配置される。駆動回路形成領域の主面上の第1領域は、3A領域と同じ幅である。発熱体とは、発熱部と電極との接合部(図中のX部)含んだ領域である。主面上の第2領域は、図3(b)に於ける、配線部領域3C及び3Caである。
FIG. 3B is an enlarged plan view, and the width of the heating element is represented by RW and the length is represented by RL. The first direction is the direction in which the heat-sensitive medium travels during printing. The switching element (driving element) of the current flowing through the heating element is composed of FETs, a source electrode 203, a
この例では、配線部領域3Cの幅「W1」は、分岐電極109aの長さに等しい。この3C領域の幅「W1」を小さくして基板「W」の小型化を図ることが目的の一つである。次に、寸法「W1」、の定義である。図3(b)に示す様に、発熱体の接合部から駆動素子の接合部までの距離である。スイッチング素子(駆動素子)は、FETの接合部分(図中のX部)は、3C領域に含まない。また、断面構成を示す図3(c)に於いては、最上層は、耐摩耗層9、次が保護膜206、電極、絶縁膜204、活性層10a(発熱体層29と同じ)と基板3から構成されていることを示す図である。また、上記は、ガラス基板3、上にTFTで構成された駆動回路と発熱体を説明したが所謂、シリコン基板に半導体技術等で駆動回路や発熱体等を形成してもよいことは勿論である。
In this example, the width “W1” of the
また、全薄膜型サーマルヘッドでは、ハイブリッド型のサーマルヘッドに存在する、駆動ICチップ実装領域の凸部が形成されず、ほぼ平坦な表面を有することができる。プラテンローラー等との接触が発生しないので発熱体と駆動回路との距離を小さくすることで、小型化が可能となる。しかし、全薄膜型サーマルヘッドでは、発熱体と駆動回路との距離を小さくし、近づけると、発熱体からの熱伝搬と駆動素子自身の温度上昇もあり、動作保証温度範囲を短時間で超えて動作不良を生じるという課題が生じることが明らかになっている。 Further, in the all-thin film type thermal head, the convex portion of the drive IC chip mounting region existing in the hybrid type thermal head is not formed, and it is possible to have a substantially flat surface. Since contact with the platen roller or the like does not occur, the size can be reduced by reducing the distance between the heating element and the drive circuit. However, in the all-thin film type thermal head, if the distance between the heating element and the drive circuit is reduced and brought closer, heat propagation from the heating element and the temperature rise of the driving element itself may occur, exceeding the guaranteed operating temperature range in a short time. It has become clear that there is a problem of causing malfunction.
さて、本発明に係る、目的と効果を説明する為の図が図5である。全薄膜型サーマルヘッド用基板の構成は、全薄膜型サーマルヘッドに比べて、発熱体の端部と駆動回路形成領域端の距離が短縮でき、小型化を図れることを説明する。また、発熱体の温度上昇、下降時間を決める熱時定数の考え方を説明する。そして、その制御方法を本発明に係る、全薄膜型サーマルヘッド用基板に適用した構造例で説明する。 FIG. 5 is a diagram for explaining the purpose and effect according to the present invention. It will be explained that the configuration of the substrate for the all-thin film type thermal head can shorten the distance between the end of the heating element and the end of the drive circuit forming region as compared with the all-thin film type thermal head, and can be miniaturized. In addition, the concept of the thermal time constant that determines the temperature rise and fall time of the heating element will be described. Then, the control method will be described with reference to a structural example applied to the substrate for an all-thin film type thermal head according to the present invention.
図5(a)は、一様な150μmの厚さ「t」の基板3(蓄熱層として機能する)を持つ全薄膜型サーマルヘッドの構成を示す断面図である。基板3は、放熱板4に接着固定されている。(接着層は、図示せず)発熱体(長さRL)と駆動回路形成領域3Bと耐摩耗層9が基板の主面に形成された断面図である。発熱体端から駆動回路形成領域端間距離「W1」、は150μmである。この構造で発熱した場合の蓄熱層内の熱伝搬を表す等温度曲線をT0~T3に示している。
FIG. 5A is a cross-sectional view showing the configuration of an all-thin film type thermal head having a uniform 150 μm thick “t” substrate 3 (which functions as a heat storage layer). The
曲線T0は、発熱開始から時間T0時後に於ける、等温度曲線である。T0~T3時間の間の温度伝搬を示している。時間は、T0~T3と長くなり、温度は、T0~T3と低下する。等方的熱伝搬とは、半径「r」の150μmの円上T3、の半円部分の線上(蓄熱層領域部分)では、同温度になることである。つまり、放熱板温度(室温)に低下する基板主面の発熱体からの距離「W1」は、150μmであることを示している。 The curve T0 is an isotemperature curve after the time T0 o'clock from the start of heat generation. It shows the temperature propagation between T0 and T3 hours. The time increases from T0 to T3, and the temperature decreases from T0 to T3. The isotropic heat propagation means that the temperature is the same on the line of the semicircular portion (heat storage layer region portion) of the circle T3 having a radius of 150 μm with a radius of “r”. That is, it is shown that the distance "W1" from the heating element on the main surface of the substrate, which drops to the heat sink temperature (room temperature), is 150 μm.
次に、図5(b)の構造の場合を考察する。図5(a)との違いは、基板3の裏面に凹部8を設け、その幅「Wb」は、10μmで、凹部の厚さ「t1」、も10μmである。放熱板4の突起部4a、が挿入固定されている。寸法「W1」は、60μmである。ここでポイントは、基板裏面の凹部8に対応した位置での、主面上の温度分布である。曲線T3は、発熱後T3時間経過後の等温度曲線である。放熱板に接しておりT3線上は、放熱板温度である。つまり、凹部8の幅(10μm)に対応した、主面上の位置では、放熱板温度まで低下している。これは、図5(a)の「t」、が10μmで、「W1」が10μmの構造と同じ考え方ができる。このように、基板の発熱体と駆動回路形成領域間の裏面に極薄部の凹部を設け、対応した主面の温度を下げ、熱伝搬を防止しようとするものである。放熱板温度は室温にほぼ等しくすることができる。
Next, the case of the structure of FIG. 5B will be considered. The difference from FIG. 5A is that a
さて、以上の様に、凹部8で駆動回路形成領域への熱伝搬を防止させることができるが問題は、図5(b)の等温度曲線T0~T3の曲線の分布の変形である。基板内の等温度曲線の粗密の形がゆがんでいる。そこで、解決策として考案した構造例が図5(c)である。つまり、発熱体を挟んで等距離に凹部8a設けた構造である。熱伝搬は、領域3aaに閉じ込められる。この二つの凹部8,8aによって発熱温度分布の変形を解決することができる。
As described above, the
さて、ここで、蓄熱層の機能について説明する。図5(a)の構成の全薄膜型サーマルヘッドに於いて、過渡的熱応答を等価電気回路で考える。発熱体近傍の熱抵抗R、熱容量C、放熱板(アース端)とすると発熱体部の温度変化は、R(抵抗)、C(コンデンサー)、の直列回路に電圧Eをオン、オフ、した場合に流れる充放電電流の過渡応答波形に近似すると考える。記号τは、時定数でτ=C*Rで表せる。τは、熱回路では、昇温、降温、の速さを示す。τが小さいと短時間で昇温、降温、を繰り返す高速印字用途にすることができる。τが大きいと長時間で昇温、降温、を繰り返す低速印字用途にすることができる。 Now, the function of the heat storage layer will be described. In the all-thin film type thermal head having the configuration of FIG. 5 (a), the transient thermal response is considered by an equivalent electric circuit. When the thermal resistance R near the heating element, the heat capacity C, and the heat dissipation plate (earth end) are used, the temperature change of the heating element is when the voltage E is turned on and off in the series circuit of R (resistance) and C (capacitor). It is considered to be close to the transient response waveform of the charge / discharge current flowing through. The symbol τ is a time constant and can be represented by τ = C * R. τ indicates the speed of temperature rise and fall in the thermal circuit. If τ is small, it can be used for high-speed printing in which temperature rise and fall are repeated in a short time. If τ is large, it can be used for low-speed printing in which temperature rise and fall are repeated for a long time.
また、R(抵抗)は、熱伝導率や表面積に相関し、C(コンデンサー)は、質量、比熱に相関する。故に、高速印字用途のサーマルヘッドの蓄熱層は、薄く(質量を小さく)、低速印字用途のサーマルヘッドは、厚い(質量を大きく)蓄熱層が形成することができる。ちなみに、材質は、ガラスが用いられる。経験的には、構造によって異なるが、高速印字用途(バーコードやラベルプリンター等)のサーマルヘッドの蓄熱層の厚さは、40~60μm程度で、低速印字用途(諧調印字(写真)プリンター等)のサーマルヘッドの蓄熱層の厚さは、100~500μm程度である。 Further, R (resistance) correlates with thermal conductivity and surface area, and C (condenser) correlates with mass and specific heat. Therefore, the heat storage layer of the thermal head for high-speed printing can be formed thin (small mass), and the thermal head for low-speed printing can be formed with a thick heat storage layer (large mass). By the way, glass is used as the material. Empirically, although it depends on the structure, the thickness of the heat storage layer of the thermal head for high-speed printing applications (barcodes, label printers, etc.) is about 40 to 60 μm, and for low-speed printing applications (tone printing (photo) printers, etc.). The thickness of the heat storage layer of the thermal head is about 100 to 500 μm.
さて、図5(c)は、発熱体の熱時定数τ、を調整できる構成を示した図でもある。つまり、図5(a)の半径「r」の円の面積の半円部の面積と、図5(c)の破線長方形部「3aa」の面積と熱容量は、相関関係になるので、例えば図5(a)の半径「r」の円の面積の半円部の面積と同等面積にすることを考えると、基板3の厚さは、標記した数値をもとに計算すると、約176μmと計算できる。これにより、図5(a)と(c)の発熱体の熱時定数は、同じになり、同等の昇温、降温特性を持つと考察できる。発熱体上の発熱温度分布については、後述する図9で説明する。実際は、実施例で後述するように、接着剤層が介在するので接着剤層の熱抵抗と熱容量も影響する。実際の構成の最適値は、試作を通じて決めることができる。
By the way, FIG. 5C is also a diagram showing a configuration in which the thermal time constant τ of the heating element can be adjusted. That is, the area of the semicircle of the area of the circle having the radius "r" in FIG. 5 (a), the area of the broken line rectangular portion "3aa" in FIG. 5 (c), and the heat capacity are correlated. Considering that the area of the circle with the radius "r" of 5 (a) is equal to the area of the half circle, the thickness of the
また、同様に、基板裏面の凹部8の厚さ(10μm)と幅(10μm)で決まる面積3ccは、発熱体からの熱伝搬を防止する熱時定数を決めている。駆動回路形成領域の断面面積3bbも同様に駆動回路形成領域の熱時定数を決めている。例えば、凹部8を駆動回路形成領域下まで延伸すれば、駆動回路形成領域の熱時定数は、小さくなり放熱性を高めることができる。駆動素子自身の発熱が無視できない場合は、有効になる。
Similarly, the area of 3 cc, which is determined by the thickness (10 μm) and the width (10 μm) of the
また、以上の例で基板の厚さを約176μmと厚くした場合、隣接する発熱体方向の温度が下がらず発色画素の分離が不十分になりやすい。その場合は、3aa面と平行に発熱体ピッチに対応した隣接発熱体間の、基板と放熱板の接着面、つまり、基板裏面にレーザー等で隣接発熱間に溝を入れると改善できる。実用的には、基板の厚さは、熱時定数と発色画素の分離状態を考慮して設計し、隣接発熱体間の反対面の基板裏面に溝を入れることなく設定することができる。また、図5(b)及び(c)中の寸法は説明の為の例を示したもので限定されるものではないことは勿論である。 Further, when the thickness of the substrate is increased to about 176 μm in the above example, the temperature in the direction of the adjacent heating element does not decrease, and the separation of the color-developing pixels tends to be insufficient. In that case, it can be improved by forming a groove between the adjacent heating elements parallel to the 3aa surface and corresponding to the heating element pitch, the adhesive surface between the substrate and the heat sink, that is, the back surface of the substrate with a laser or the like. Practically, the thickness of the substrate can be designed in consideration of the thermal time constant and the separated state of the color-developing pixels, and can be set without forming a groove on the back surface of the substrate on the opposite surface between the adjacent heating elements. Further, it goes without saying that the dimensions in FIGS. 5 (b) and 5 (c) are shown as examples for explanation and are not limited.
本実施形態に係る、全薄膜型サーマルヘッド用基板では、基板の厚さを変化させた複数の蓄熱領域と、その蓄熱領域を放熱板に接着した構成を備えると言い換えることもできる。発熱体と駆動回路との距離「W1」を小さく、基板厚さ「t」、を変化させて高速印字用途や低速印字用途でも印字品質の劣化が生じない全薄膜型サーマルヘッドを提供することができる。更に、発熱体と駆動回路形成領域との距離を用途によらず一定にすることもできるので、全薄膜型サーマルヘッド用基板のパターン距離「W1」も一定にでき全薄膜型サーマルヘッド用基板のパターン品種数の増加を防ぐことができる。この様に、蓄熱層の厚さが一様な全薄膜型サーマルヘッドより、全薄膜型サーマルヘッド用基板では、発熱体と駆動回路形成領域との距離を短縮して基板の奥行寸法「W」、の小型化が達成することができる。 In other words, the all-thin film type thermal head substrate according to the present embodiment includes a plurality of heat storage regions in which the thickness of the substrate is changed, and a configuration in which the heat storage regions are bonded to a heat radiating plate. It is possible to provide an all-thin film type thermal head that does not deteriorate the printing quality even in high-speed printing applications and low-speed printing applications by reducing the distance "W1" between the heating element and the drive circuit and changing the substrate thickness "t". can. Furthermore, since the distance between the heating element and the drive circuit forming region can be made constant regardless of the application, the pattern distance "W1" of the all-thin film type thermal head substrate can also be made constant, and the all-thin film type thermal head substrate can be made constant. It is possible to prevent an increase in the number of pattern varieties. In this way, in the substrate for the all-thin film type thermal head, the distance between the heating element and the drive circuit formation region is shortened compared to the all-thin film type thermal head with a uniform thickness of the heat storage layer, and the depth dimension of the substrate is "W". , Can be achieved in miniaturization.
次に、発熱温度分布の改善について説明する。図2に示した、二つの凹部を形成した構造にすることによって、発熱体面及びその近傍の温度分布が改善され、発色画素のボケ、尾曳、が減少し、鮮明な印字画素が得られる。また、発熱体の長さRL、に近い画素が得られ精細な画素が得られる。図9は、一つの発熱体上の図3(b)X3a-X3a線に沿った、発熱体上を中心にした発熱温度分布の比較を示した模式図である。縦軸は、発熱温度を表し、同軸の破線は、感熱媒体の発色温度を示している。発色温度より高い温度で例えば黒の発色をする。横軸は、第一の方向の位置を示し、発熱体の長さをRL、で表している。曲線Cは、第2領域の幅を「W1」で表している。発熱体の長さ「RL」の中央で温度のピークがあることを示している。 Next, the improvement of the heat generation temperature distribution will be described. By forming the structure in which the two recesses are formed as shown in FIG. 2, the temperature distribution on the surface of the heating element and its vicinity is improved, blurring and tailing of the color-developing pixels are reduced, and clear printed pixels can be obtained. In addition, pixels close to the length RL of the heating element can be obtained, and fine pixels can be obtained. FIG. 9 is a schematic diagram showing a comparison of heat generation temperature distributions centered on the heating element along the line X3a-X3a of FIG. 3 (b) on one heating element. The vertical axis represents the heat generation temperature, and the coaxial broken line indicates the color development temperature of the heat-sensitive medium. For example, black is developed at a temperature higher than the color developing temperature. The horizontal axis indicates the position in the first direction, and the length of the heating element is represented by RL ,. The curve C represents the width of the second region by "W1". It shows that there is a temperature peak in the center of the heating element length "RL".
さて、発熱体下面が一様な厚さの蓄熱層の上に発熱体を形成した場合(図5(a)の断面構成)の発熱温度分布曲線A、と発熱体下面に局所的な凹部8を形成した場合(図5(b)の断面構成)の発熱温度分布曲線B、と発熱体列の両側の基板裏面に凹部8,8aを形成した場合(図5(c)の断面構成)の発熱温度分布曲線C、とを比較した図である。
Now, when the heating element is formed on a heat storage layer having a uniform thickness on the lower surface of the heating element (cross-sectional configuration of FIG. 5A), the heat generation temperature distribution curve A and the
また、Wx1は、曲線Aの図5(a)の構造の発色画素の長さを示す。また、Wx2は、曲線Bの図5(b)の構造の発色画素の長さと位置を示す。また、Wx3は、曲線Cの図5(c)の構造の発色画素の長さを示す。これらから、Wx2は発色部の中心が発熱体の長さRL、の中心からずれていることが分かる。また、曲線Cは発熱体を中心に距離「W1」の距離で急峻に温度が低下していることが分かる。更に、発色画素の長さWx3も発熱体長RLと近くなっていることが分かる。 Further, Wx1 indicates the length of the color-developing pixel having the structure of FIG. 5 (a) on the curve A. Further, Wx2 indicates the length and position of the color-developing pixel of the structure of FIG. 5 (b) on the curve B. Further, Wx3 indicates the length of the color-developing pixel having the structure of FIG. 5 (c) on the curve C. From these, it can be seen that the center of the coloring part of Wx2 is deviated from the center of the length RL of the heating element. Further, it can be seen that the temperature of the curve C drops sharply at a distance of "W1" around the heating element. Furthermore, it can be seen that the length Wx3 of the color-developing pixel is also close to the heating element length RL.
これらのことを考察すると、曲線Cは発色画素のにじみが少ない鮮明な画素が得られることを示している。一方、曲線Bは、基板裏面に第一の凹部のみを形成したことで発熱体を中心に非対称な曲線である。画素位置が発熱体位置より多少ずれることを示している。用途によっては、問題無く使用できるが使い分ける必要があることを示している。 Considering these facts, the curve C indicates that a clear pixel with less bleeding of the color-developing pixel can be obtained. On the other hand, the curve B is an asymmetric curve centered on the heating element because only the first recess is formed on the back surface of the substrate. It shows that the pixel position is slightly deviated from the heating element position. Depending on the application, it can be used without problems, but it is necessary to use it properly.
次に、図10を用いて、全薄膜型サーマルヘッド用基板の製造工程について説明する。図は、全て断面図である。図1に示した構造の製造工程の例を示すが他の実施例の製造工程も下記工程の組み合わせで達成できるので他の実施例構成の製造工程は省略している。
[薄膜形成工程]
Next, the manufacturing process of the substrate for the all-thin film type thermal head will be described with reference to FIG. All figures are cross-sectional views. Although an example of the manufacturing process of the structure shown in FIG. 1 is shown, the manufacturing process of the other embodiment is omitted because the manufacturing process of the other embodiment can be achieved by the combination of the following steps.
[Thin film forming process]
まず、図10(a)を参照しながら、薄膜形成工程について説明する。基板3の主面の発熱体形成領域3Aに発熱体29を形成する。また、駆動回路形成領域3Bに発熱体に流す電流を制御するための駆動回路を形成する。ガラス基板3上に薄膜工程で形成する素子構成及び配置は、図3(b)と(c)に示した通りである。基板の厚さは、0.3~0.6mm程度の液晶用の無アルカリガラス基板等が使うことができる。大判基板(以後、マザーガラス基板と言う)が可能で1m角程度の基板が入手できる。まず、LPCVD法(low-pressure chemical-vapor deposition法)を用いて、ガラス基板3上にポリシリコン層29を堆積した。ポリシリコン層29の厚みは、約1000Å程度である。
First, the thin film forming step will be described with reference to FIG. 10 (a). A
次に、ポリシリコン層29上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いて、発熱体形成領域3A及び駆動回路形成領域3Bとなる領域に、発熱体及び薄膜トランジスタ(TFT)の活性領域10aを含む駆動回路のためのパターンを形成した。次に、ゲート絶縁膜206(厚み約750Å程度)を形成した後、再びポリシリコン層(厚み約3000Å程度)を堆積した。次に、薄膜トランジスタのゲート電極となる部分205を、フォトリソグラフィ技術を用いてエッチングし、ゲート電極パターンを形成した。
Next, a photoresist is applied on the
その後、イオン注入法を用いて、リン(P)、及びボロン(B)をポリシリコン層に順次、イオン注入することにより、駆動回路を構成する薄膜トランジスタ(TFT)のソース領域203a、及びドレイン領域207aを形成した。同時に、発熱体領域29を形成した。イオン注入の工程では、薄膜トランジスタ(TFT)のソース領域203a、及びドレイン領域207aの不純物濃度、及び発熱体領域29の抵抗値が所望の値となるように、注入する不純物(リン(P)、又は、ボロン(B)のドーズ量及びイオン注入の深さ(イオン加速エネルギーなど)を制御し、調整した。
Then, by sequentially ion-implanting phosphorus (P) and boron (B) into the polysilicon layer using an ion implantation method, the
次に、LPCVD法を用いて、層間絶縁膜204を形成する。層間絶縁膜204は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)から成り、厚みは、約500nm程度とすることができる。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて電極形成領域の層間絶縁膜204をエッチングし、コンタクトホールを開け、多層電極金属(Ti/Al/Ti)をスパッター法により形成した後、リフトオフ法を用いて、配線106、104、及び109を形成した。多層電極金属(Ti/Al/Ti)の各金属層の厚みは、例えば、(Ti膜100nm/Al膜800nm/Ti膜100nm)とすることができる。
Next, the
最後に、ガラス基板3の最上層に保護層209を形成した。保護層209は、例えば、窒化ケイ素(SiNx)などのシリコン系無機絶縁膜を用いることができ、厚みは、約1000Å程度とすることができる。以上の工程により、ガラス基板3上に発熱体(抵抗体)と駆動回路とを形成した。本実施形態では、発熱体(抵抗体)と駆動回路とは、ポリシリコン層10aから成り、同時に形成される。また、液晶表示素子のアレイ基板の製造プロセスを適用することができるので、量産効果が大きい。
Finally, the
また、発熱体を構成する抵抗体材料としては、ポリシリコン層以外に、Ti金属層を用いることもできる。また、発熱体としてTaSiO2、NiCr、TaN等の別材料を成膜してパターン形成後上記薄膜形成工程でTFTの駆動回路を作成することもできることは、勿論である。基板は、例えば石英(SiO2)、シリコン(Si)、又は、無アルカリガラスや結晶化ガラスなどのガラスからなることができる。
[耐摩耗層形成工程]
Further, as the resistor material constituting the heating element, a Ti metal layer can be used in addition to the polysilicon layer. Of course, it is also possible to form a film of another material such as TaSiO2, NiCr, and TaN as a heating element, form a pattern, and then create a TFT drive circuit in the thin film forming step. The substrate can be made of, for example, quartz (SiO2), silicon (Si), or glass such as non-alkali glass or crystallized glass.
[Abrasion resistant layer forming process]
次に、図10(b)を参照しながら、耐摩耗層を形成するための工程を説明する。耐摩耗層は、少なくても感熱媒体がプラテンローラーで加圧されながら摺動する面に形成される。図10(b)に示すように、ガラス基板3の主面上の少なくても、発熱体形成領域3Aと駆動回路形成領域3Bを覆うように耐摩耗層9を形成する。また、耐摩耗層9は、図3(a)に示す端末電極端子108以外の領域に保護膜として全面に形成することもできる。
Next, a process for forming the wear-resistant layer will be described with reference to FIG. 10 (b). The wear-resistant layer is formed on a surface on which at least the heat-sensitive medium slides while being pressurized by the platen roller. As shown in FIG. 10B, the wear-
耐摩耗層の材質は、SiC、Ta2O5、Si3N4等の固く耐熱性があり摩耗しにくい物質が用いられる。形成方法は、蒸着法でも可能であるが主にマスクスパッター法で形成される。厚さは、バーコード用途では、比較的厚く、写真印刷等の用途では、比較的薄い。一般に厚さは、2~10μm程度である。密着性を上げるため数百度程度の基板加熱を加えたり、逆スパッターを加えたりする場合が多い。
[凹部形成工程]
As the material of the wear-resistant layer, a substance such as SiC, Ta2O5, Si3N4, which is hard and has heat resistance and is hard to wear is used. The forming method can be a vapor deposition method, but it is mainly formed by a mask sputter method. The thickness is relatively thick for bar code applications and relatively thin for applications such as photo printing. Generally, the thickness is about 2 to 10 μm. In many cases, the substrate is heated to several hundred degrees Celsius or reverse sputter is added to improve the adhesion.
[Recess forming process]
次に、図10(c)を参照しながら、第1の凹部形成工程を説明する。第1の凹部は、溝又は穴形状である。発熱体からの熱伝搬を防止する機能を有する。図1(b)に示す、凹部の幅「Wb」、は、10~50μm程度であり、厚さ「t1」も10~50μm程度である。マザー基板の厚さ「t0」は、0.3~0.6mm程度である。加工方法は、あらかじめゴム系の感光性レジストを用いて加工すべき部分を露出させたパターンを作り、サンドブラスト法で加工することができる。 Next, the first recess forming step will be described with reference to FIG. 10 (c). The first recess has a groove or hole shape. It has a function to prevent heat propagation from a heating element. The width “Wb” of the concave portion shown in FIG. 1 (b) is about 10 to 50 μm, and the thickness “t1” is also about 10 to 50 μm. The thickness "t0" of the mother substrate is about 0.3 to 0.6 mm. As a processing method, a rubber-based photosensitive resist may be used to create a pattern in which a portion to be processed is exposed in advance, and the pattern can be processed by a sandblasting method.
また、ダイサー(シリコンウエハーのチップ分割装置)と呼ばれる装置を用い、高速回転する外周刃を用いても形成できる。加工位置は、ガラス基板の裏面から主面のパターンが確認できるので位置合わせが可能である。重要なことは、加工歪の除去である。加工後、フッ酸等のエッチング液で軽くエッチングして加工歪を除去することである。 It can also be formed by using a device called a dicer (a silicon wafer chip dividing device) and using an outer peripheral blade that rotates at high speed. The processing position can be aligned because the pattern on the main surface can be confirmed from the back surface of the glass substrate. What is important is the removal of machining strain. After processing, it is lightly etched with an etching solution such as hydrofluoric acid to remove processing strain.
但し、次の基板薄型化工程でフッ酸等のエッチング処理をすればこの処理は、この工程では、不要になる。また、凹部の厚さ「t1」が10μm程度と薄い場合は、基板主面に仮保護板を仮接着して加工することで基板の加工時のワレ等を防ぐことができる。また、この仮保護板は、後工程の放熱板接着工程後に剥して極薄部の凹部のワレ等を防ぐことができる。また、凹部の幅が大きく、エッチファクター(サイドエッチング寸法と深さ寸法の比)が小さい場合の凹部形成には、量産性の高いフォトエッチング技術が使用できる。
以上の方法は、第2の凹部等他の凹部形成の全てに適用することができる。
[基板薄型化工程]
However, if hydrofluoric acid or the like is etched in the next substrate thinning step, this process becomes unnecessary in this step. Further, when the thickness "t1" of the recess is as thin as about 10 μm, it is possible to prevent cracking during processing of the substrate by temporarily adhering a temporary protective plate to the main surface of the substrate for processing. Further, this temporary protective plate can be peeled off after the heat sink bonding step in the subsequent step to prevent cracks in the recesses of the ultrathin portion. Further, a photoetching technique with high mass productivity can be used for forming the recesses when the width of the recesses is large and the etch factor (ratio of the side etching dimension and the depth dimension) is small.
The above method can be applied to all of the formation of other recesses such as the second recess.
[Substrate thinning process]
次に、図10(d)を参照しながら、基板薄型化工程について説明する。まず、主面を全面保護レジストで覆い、裏面をフッ酸等のエッチング液でエッチングする。この工程は、第1領域と第2領域の凹部以外の領域の基板の厚さ「t」を決める工程である。用途によって異なる発熱体の昇温、降温時間(熱時定数)を決める値である。厚さ「t1」は40~200μm程度の範囲となる。エッチング時間は数十時間とすることができる。また、ガラス基板3の主面に塗布する保護レジストとして、感光性レジスト以外に、フィルムレジスト等を用いることができる。レジストの塗布法は、浸漬塗布、スプレー塗布、スクリーン印刷等を用いることができる。なを、凹部の厚さは、この工程で更にエッチングされるので、前工程であらかじめ厚めに設定することができる。
[個片分割工程]
Next, the substrate thinning step will be described with reference to FIG. 10 (d). First, the main surface is covered with a protective resist on the entire surface, and the back surface is etched with an etching solution such as hydrofluoric acid. This step is a step of determining the thickness "t" of the substrate in the regions other than the recesses in the first region and the second region. It is a value that determines the temperature rise and fall time (heat time constant) of the heating element, which differs depending on the application. The thickness "t1" is in the range of about 40 to 200 μm. The etching time can be several tens of hours. Further, as the protective resist to be applied to the main surface of the
[Individual piece division process]
次に、全薄膜型サーマルヘッド用基板の個片分割工程(図示せず)について説明する。図3(a)に示す全薄膜型サーマルヘッド用基板パターンは、マザーガラス基板に多面付けして製造される。個片分割とは、多面付けされた全薄膜型サーマルヘッド用基板を個片に分割する工程である。マザーガラス基板の個別分割装置は先に説明したウエハー分割用装置を用いることができる。 Next, a step of dividing the substrate for an all-thin film type thermal head into individual pieces (not shown) will be described. The substrate pattern for an all-thin film type thermal head shown in FIG. 3A is manufactured by multi-imposing it on a mother glass substrate. The individual piece division is a process of dividing a multi-faceted all-thin film type thermal head substrate into individual pieces. As the individual dividing device for the mother glass substrate, the wafer dividing device described above can be used.
また、方法は、以下の2つの方法を採用することができる。
まず、マザーガラス基板を分割し、個片化した後、放熱板と接着する方法とマザーガラス基板に多数面付けされた状態で放熱板を個々にマザーガラス基板上の全薄膜型サーマルヘッド用基板に接着して後、マザーガラス基板と一体接着された放熱板を分割する方法である。後者の場合は、放熱板の外形は周辺に鍔部を形成し、放熱板周辺に切断刃の逃げを作り、全薄膜型サーマルヘッド用基板外形より大きくして、マザーガラス基板上のスクライブラインに沿って、X-Y方向にスクライブして、個片化する。後者の方法は、コスト面で有利である。
[放熱板接着工程]
In addition, the following two methods can be adopted as the method.
First, the mother glass substrate is divided into individual pieces, and then bonded to the heat sink. The heat sinks are individually mounted on the mother glass substrate for all thin film type thermal heads. This is a method of dividing the heat sink, which is integrally bonded to the mother glass substrate after being bonded to the glass. In the latter case, the outer shape of the heat sink forms a collar around the heat sink, a relief for the cutting blade is created around the heat sink, and the outer shape is larger than the outer shape of the all-thin film type thermal head board, and the scribe line is on the mother glass board. Along, scribe in the XY direction to individualize. The latter method is advantageous in terms of cost.
[Heat sink bonding process]
次に、図10(e)を参照しながら、放熱板接着工程について説明する。ここでは、マザーガラス基板を分割し、個片化した後、放熱板と接着する方法である。個片化されたガラス基板とあらかじめ成形された放熱板を接着剤で接着する。まず、あらかじめデイスペンサー等を用いて放熱板の接着面に、接着剤5を塗布しておく。本実施形態では、接着剤をスクリーン印刷やデイスペンサーで塗布する。 Next, the heat sink bonding process will be described with reference to FIG. 10 (e). Here, the method is to divide the mother glass substrate into individual pieces and then bond them to the heat sink. The individualized glass substrate and the preformed heat sink are adhered with an adhesive. First, the adhesive 5 is applied to the adhesive surface of the heat radiating plate in advance using a dispenser or the like. In this embodiment, the adhesive is applied by screen printing or a dispenser.
次に、接着剤は、例えば、アルミナ粒子を混合したエポキシ接着剤を用いることができる。接着剤が塗布された接着面に個片化したガラス基板を圧接し、そのままの状態で、150度Cの温度で10分間加熱し、接着剤を硬化させ接着した。放熱板は、例えばアルミニウムから成り、厚さは、例えば約1.0mm程度とすることができる。放熱板を接着した後の接着材の厚さは、約10μm程度であり薄い程好ましい。また、接着剤は、例えば、熱伝導率が高い、液状アンダーフィル材として用いられるエポキシ接着剤を用いることもできる。また、本実施形態では、接着剤として、150度C程度の比較的耐熱温度の低い接着剤を用いることができる。また、熱伝導率は、今回の実施例で用いたエポキシ接着剤は、2.0w/m2kである。ガラスは、1.1w/m2kである。また、無機系の接着剤を用いることができることは、勿論である。
[端末ケーブル結線工程]
Next, as the adhesive, for example, an epoxy adhesive mixed with alumina particles can be used. An individualized glass substrate was pressed against the adhesive surface coated with the adhesive, and in that state, it was heated at a temperature of 150 ° C. for 10 minutes to cure and bond the adhesive. The heat sink is made of, for example, aluminum, and the thickness can be, for example, about 1.0 mm. The thickness of the adhesive material after the heat sink is bonded is about 10 μm, and the thinner the adhesive material, the more preferable. Further, as the adhesive, for example, an epoxy adhesive having a high thermal conductivity and used as a liquid underfill material can also be used. Further, in the present embodiment, as the adhesive, an adhesive having a relatively low heat resistant temperature of about 150 ° C. can be used. The thermal conductivity of the epoxy adhesive used in this example is 2.0 w / m2k. The glass is 1.1w / m2k. Of course, an inorganic adhesive can be used.
[Terminal cable connection process]
次に、図10(f)を参照しながら、端末ケーブル結線工程を説明する。図3(a)に示した端子電極形成領域108、108a、部分と端末ケーブルと結線する工程である。端末ケーブルとしてFPCをACF(異方導電膜)(図示せず)で熱圧着する。FPCは、例えば、ポリイミドシート(厚み50μm)にフラッシュ金メッキ付き銅厚18μmを配線として形成されたものを用いることができる。ACFは、180℃、5秒、圧力3MPs圧着、加熱硬化させることができる。以上の工程により全薄膜型サーマルヘッド用基板を用いたサーマルヘッドが完成する。
Next, the terminal cable connection process will be described with reference to FIG. 10 (f). This is a step of connecting the terminal
次に実施例を説明する。以下の実施例の説明では、耐摩耗層は、表示していない。また、基板の主面上の発熱体形成領域や駆動回路形成領域等のパターン配置や構成は、図3(a)と(b)及び(c)と全て同じである。 Next, an embodiment will be described. In the description of the following examples, the wear resistant layer is not shown. Further, the pattern arrangement and configuration of the heating element forming region, the drive circuit forming region, and the like on the main surface of the substrate are all the same as those in FIGS. 3A, 3B, and 3C.
[実施例1]
図1(a)及び図1(b)は、本実施形態に係る、全薄膜型サーマルヘッド用基板1、の構成を説明する為の平面図、及び断面図である。図1(a)は、各領域の位置関係を示す為、各領域を透視した形で示してある。図1(b)は、図1(a)のX1-X1線部の断面図である。
[Example 1]
1 (a) and 1 (b) are a plan view and a cross-sectional view for explaining the configuration of the all-thin film type
構成を説明する。基板3は、放熱板4と接着剤5で固定されている。基板の外形は、放熱板4の外形より小さい。図1(a)に於いて、主面上の第1領域3a、には、発熱体と接合部の電極が形成されている。その形成領域を3Aで示す。同様の第2領域3cには、分岐電極が形成されている。その形成領域を3Cで示す。同様の第3領域3bには、駆動素子や論理回路を含む駆動回路3B、が形成されている。その形成領域を3b、で示す。(各図に於いて、各領域を示す破線の囲みが分離して見えるが実際は連続しているものである)
The configuration will be described. The
第1領域から第3領域は、隣接して、第1の方向に連続している。基板の第2領域の裏面に第1の凹部8が形成されている。平面図の図1(a)においては、第1の凹部8の位置を透視した破線で示している。第1の凹部は、印字幅「L1」と同等若しくは、それ以上長く、「L2」の長さに形成する。第1の凹部の長さ「L2」は、基板長さ「L」以内の長さである。図1(b)においては、第1の凹部にも接着剤5が充填され、「Wb」は、凹部の幅を示している。また、凹部の基板厚みは、「t1」で示している。第一の凹部の幅「Wb」は、基板厚み「t1」と同等の値以上に設定する。また、第一の凹部は、主面上から見て、第2領域と第3領域の境界側に位置し、第2領域の中に形成される。「W1」は第2領域3c、の幅を示し、基板3の主面では配線領域3Cの幅を示す。
The first to third regions are adjacent to each other and are continuous in the first direction. The
[実施例2]
基板の裏面に第2の凹部302、を形成した全薄膜型サーマルヘッド用基板301、を構成した平面図と断面図を図2(a)及び(b)に示す。図2(b)に於いて、断面構成は、第1領域3a、を2つの第2領域3c、3caで挟んだ構造である。但し、第1領域3aと第3領域3bに挟まれた第2領域3cの主面には、分岐電極109aの配線部が存在するが、この第2領域3caの基板主面には、配線部は、共通電極106の配線部が存在する。
[Example 2]
2 (a) and 2 (b) show a plan view and a cross-sectional view of the all-thin film type
さて、第2領域の基板の裏面に凹部8を設け発熱体29からの駆動回路側への熱伝搬を防止すると、第1領域の発熱体表面の発熱温度分布を第一の方向で測定すると、正規分布ではないことが判明し、印字画素の形状が変化することが判明した。そこで、前記第1領域を挟んで、前記第1の凹部8と反対側に第2の凹部302を設けることで前記温度分布が正規分布のピーク温度を中心にした左右対称の発熱分布を得た。断面構造で見ると、第1の凹部端部と第2の凹部端部の中間に、第1領域を形成し、第1領域を挟み、対称の位置に形成することができる。つまり、寸法「W1a」は「W1」-「Wb」に等しい。発熱体両端から寸法「W1a」の位置に凹部302、と8、を形成する。また、この構成では、発熱温度の分布が正規分布の裾の部分が短くなり、つまり、温度変化が裾部分で急峻になり、印字画素のボケ部が減少する等の効果があるとすることができる。
By providing a
また、第1の凹部8と第2の凹部302に挟まれた領域の基板部は、発熱体の熱時定数を決める領域である。この領域の熱抵抗と熱容量で昇温、降温の時間が決められる。つまり、この領域の基板の厚さ「t1」を変化することで低速及び高速印字用途の全薄膜型サーマルヘッド用基板とすることができる。低速用途は、厚くし、高速用途は、薄くする。また、他の効果として、発色画素が鮮明になり印字品質が向上する。また、各凹部の幅「Wb」及び「Wb1」は、同じにする必要は無い。「Wb1」寸法の制約はなく、領域外に形成することもできる。
Further, the substrate portion of the region sandwiched between the
[実施例3]
基板の第2領域3c、の裏面に形成した第1の凹部を、第3領域まで延伸した凹部402、を形成した全薄膜型サーマルヘッド用基板401、の平面図と断面図を図6(a)及び(b)に示す。基板主面の平面図を示す、図6(a)に於いて、破線領域402は、凹部402領域の位置を示す破線である。駆動回路形成領域の裏面に、駆動回路形成領域3Bに対応した全面を含む領域に形成されていることを示す。
[Example 3]
FIG. 6 (a) is a plan view and a cross-sectional view of the all-thin film type
この例では、凹部402領域の形状は、一つの穴形状である。しかし、駆動回路が数十個単位の発熱体を駆動するブロックで集約された、一定間隔を置いて配置されている場合は、そのブロックに対応した複数の穴形状で形成することもできる。また、第2の凹部302の幅「Wb1」と、第一の凹部402の幅「Wb」も前記実施例より大きくできるのでエッチファクターが1.0程度の量産性の高い、フォトエッチング技術を用いて加工することができる。例えば、「Wb1」は数十μm以上、「Wb」は数百μm以上と大きくできる。また、放熱性を高める為に、基板裏面の凹部と篏合する凸部を放熱板に形成して接着することもできることは勿論である。
In this example, the shape of the
また、主面上の配線部を含む第2領域の幅(第1の方向の長さ)は、小さい程良い。例えば幅「W1」が100μm前後の場合、第1の凹部は、その範囲内に形成されなければならないのでその幅「Wb」は、10μm程度と極めて狭い凹部とすることができる。製造上で高精度な加工が必要である。そこで、延伸によって、凹部の幅が広がり、製造が容易になる。また、第1の凹部や第2の凹部と篏合する凸部4aを放熱板に形成する時も、凸部の幅が広がり、製造が容易になる。また、駆動回路形成領域の熱抵抗を更に小さくできるので駆動素子自身の発熱による温度上昇も防ぐことができる。
Further, the width (length in the first direction) of the second region including the wiring portion on the main surface is better as it is smaller. For example, when the width "W1" is about 100 μm, the first recess must be formed within the range, so that the width “Wb” can be an extremely narrow recess of about 10 μm. High-precision processing is required in manufacturing. Therefore, the stretching widens the width of the recesses, facilitating manufacturing. Further, when the
[実施例4]
基板の裏面に第2の凹部と第1の凹部で発熱体形成領域3Aの周囲を囲む形状の凹部を持ち、且つ、第1の凹部が第3領域まで延伸した凹部と一体になった凹部502を形成した全薄膜型サーマルヘッド用基板501、の平面図と断面図を図7(a)及び(b)に示す。凹部502は、量産性の高い、フォトエッチング技術を用いて加工することができる。
[Example 4]
A
[実施例5]
基板の裏面に第2の凹部と第1の凹部を持つ基板で且つ、基板の主面の発熱体形成領域3Aがあらかじめ凸形状602に加工された、頂部上に、形成されている全薄膜型サーマルヘッド用基板601、の平面図と断面図を図8(a)及び(b)に示す。
[Example 5]
An all-thin film type formed on the top of a substrate having a second recess and a first recess on the back surface of the substrate and having a heating
凸部602の形状は、媒体がスムーズに摺動する為に、断面が半円状に近い形状が好ましい。また、長さは、印字幅「L1」以上で基板の幅「L」、まで形成することができる。凸部602の製造方法は、所謂、フォトエッチング技術を用いることができる。感光性レジストの密着性を加熱温度で制御して、アンダーエッチを大きくすることで凸部の肩をなだらかにして、形成薄膜の断切れ等の不良が起きないようにすることができる。また、凸部の段差「t3」は、感光性レジスト塗布に工夫が必要である。ロールコーターやスプレー塗布法を用いることができる。凸部の段差は、一般に、露光工程に於ける段差限界で限界がある。例えば、投影露光法を用いることで数十μm程度の高さ「t3」まで微細パターンを現像することができる。高さ「t1」は、数μm~100μm程度とすることができる。
The shape of the
このように、あらかじめ凸部を形成した基板を前記に説明した製造工程で処理して全薄膜型サーマルヘッド用基板を用いたサーマルヘッドが完成する。
また、高さ「t3」は、高い程、感熱媒体との接触性が高まり印字品質が向上する。
凸部602を持つ基板は、前記実施例、全てに適用できることは勿論である。
As described above, the substrate on which the convex portion is formed in advance is processed by the manufacturing process described above to complete the thermal head using the all-thin film type thermal head substrate.
Further, the higher the height "t3", the higher the contact with the heat-sensitive medium and the better the print quality.
Of course, the substrate having the
ところで、発熱体が凸部上に形成された部分グレーズ型サーマルヘッドがある。基板がアルミナで、その表面に、薄くガラス層が形成され、更に発熱体形成領域に山形に厚く形成されたガラス層が形成され、その頂上部に発熱体が形成され、駆動回路ICの実装領域は、薄い平坦なガラス層の上に形成されたものである。しかし、この型の目的は、感熱媒体との接触性を向上させることのみが目的である。全薄膜型サーマルヘッド用基板601の目的は、基板の小型化を目的のひとつ、としたものである。基板の主面上から見た第1と第3領域に挟まれた第2領域の幅「W1」(第1の凹部の第1の方向の長さ)を狭くすることを目的のひとつ、としたものである。更に、基板材料や構成が部分グレーズ型サーマルヘッドとは、異なるものである。
By the way, there is a partial glaze type thermal head in which a heating element is formed on a convex portion. The substrate is alumina, a thin glass layer is formed on the surface thereof, a thick glass layer formed in a chevron shape is formed in the heating element forming region, and a heating element is formed on the top thereof, and the mounting area of the drive circuit IC is formed. Is formed on a thin flat glass layer. However, the purpose of this type is only to improve the contact with the heat sensitive medium. One of the purposes of the all-thin film type
また、突起部の効果は、山形の突起部に蓄熱した熱が感熱媒体と接触することにより、接触面積が増え、放熱され、駆動回路形成領域方向への熱伝搬が減少する効果がある。また、発熱体から駆動素子までの沿面距離が長くなるので、駆動素子へ伝搬する温度も低下する。従って、基板の主面上から見た第2領域の幅を狭くすることができるので小型化が達成できるものである。基板の山形の突起部は、研削法やエッチング法やサンドブラスト加工等で形成できる。突起部の高さは、数ミクロン程度から100μm程度とすることができる。 Further, the effect of the protrusion is that the heat stored in the chevron protrusion comes into contact with the heat-sensitive medium, so that the contact area is increased, heat is dissipated, and heat propagation toward the drive circuit forming region is reduced. Further, since the creepage distance from the heating element to the driving element becomes long, the temperature propagating to the driving element also decreases. Therefore, the width of the second region seen from the main surface of the substrate can be narrowed, so that miniaturization can be achieved. The chevron-shaped protrusions on the substrate can be formed by a grinding method, an etching method, sandblasting, or the like. The height of the protrusion can be about several microns to about 100 μm.
[実施例6]
マザーガラス基板の厚さ702(t0)を残し、第1の凹部8と第2の凹部302に挟まれた基板の厚さを薄くして発熱体部の熱時定数を厚さ「t」で調整し、第1の凹部を第3領域まで延伸させた全薄膜型サーマルヘッド用基板701、の実施例を示す平面図と断面図を図11(a)及び(b)に示す。基板を横断した第2の凹部(溝)8、及び第1の凹部(溝)8a、を形成し、主面上の発熱体形成領域3Aを挟んでいる。第1の凹部(溝)、は、駆動回路形成領域3B含む裏面まで延伸している。第1と第2の凹部が挟んだ領域の基板の厚さが「t」で熱時定数を調整することができる。凹部の厚さは、「t1」である。また、接着層5の厚さが厚くなり、熱抵抗が増し、放熱性が悪化するので、放熱板4は、基板凹部8,8a,に篏合する凸部4aを形成し接着剤5で固定されている。
[Example 6]
The thickness of the substrate sandwiched between the
例えば、マザーガラス基板の厚さ702(t)は、0.5mm、第1と第2の凹部が挟んだ領域の基板の厚さ「t」は、0.1mm、第1と第2の凹部が挟んだ領域の基板の厚さ「t」は、30μmとすることができる。凹部の加工法は、研削または、フォトエッチング法で加工される。研削の場合は外周刃の研削面を凹部の形状に加工した倣い砥石を使うと一度のパスで加工することができる。また、基板の厚さが厚くなり、強度が増すことができる。 For example, the thickness 702 (t) of the mother glass substrate is 0.5 mm, the thickness “t” of the substrate in the region sandwiched between the first and second recesses is 0.1 mm, and the first and second recesses are The thickness "t" of the substrate in the region sandwiched between the two can be 30 μm. The recesses are machined by grinding or photoetching. In the case of grinding, it is possible to grind in one pass by using a copying grindstone in which the grinding surface of the outer peripheral blade is machined into the shape of a recess. In addition, the thickness of the substrate can be increased, and the strength can be increased.
以上のように、全薄膜型サーマルヘッド用基板は、一様な厚さで形成された蓄熱層を持つ構成の全薄膜型サーマルヘッドより、発熱体端と駆動回路形成領域端に形成される配線距離を小さくでき、小型化が達成できる。更に配線距離が短くなるので配線抵抗も下がり、電力効率も向上することができる。また、熱伝搬を基板の第1の凹部と第2の凹部の間の領域に閉じ込めることができるので、発熱温度分布の裾が小さくなり、発色画素の、にじみや尾曳の少ない画素(発色ドット)が得られ、印字品質が向上する。また、基板の第一の凹部と第二の凹部の間の領域は、発熱体の熱時定数を決定するのでその領域の厚さを可変して熱時定数を制御することができる。よって、低速から高速印字用途の全薄膜型サーマルヘッド用基板が提供することができる。 As described above, the substrate for the all-thin film type thermal head is a wiring formed at the end of the heating element and the end of the drive circuit forming region from the all-thin film type thermal head having a heat storage layer formed with a uniform thickness. The distance can be reduced and miniaturization can be achieved. Further, since the wiring distance is shortened, the wiring resistance is lowered and the power efficiency can be improved. In addition, since heat propagation can be confined in the region between the first recess and the second recess of the substrate, the tail of the heat generation temperature distribution becomes smaller, and the pixel with less bleeding and tailing of the color-developing pixel (color-developing dot). Is obtained, and the print quality is improved. Further, since the region between the first recess and the second recess of the substrate determines the thermal time constant of the heating element, the thickness of the region can be varied to control the thermal time constant. Therefore, it is possible to provide a substrate for an all-thin film type thermal head for low-speed to high-speed printing.
また、本発明に係る全薄膜型サーマルヘッド用基板に於いては、第1又は、第2の凹部は、基板裏面に局部的に溝や穴部を形成しているので、一様厚さの基板より、基板強度を増し、製造組立時や加工時及び印字時の外部応力に対する耐久性が向上する。
Further, in the all-thin film type thermal head substrate according to the present invention, the first or second recesses have grooves and holes locally formed on the back surface of the substrate, and thus have a uniform thickness. Compared to the substrate, the strength of the substrate is increased, and the durability against external stress during manufacturing and assembly, processing, and printing is improved.
1,301,401,501,601,701 全薄膜型サーマルヘッド用基板
3 基板
3a 第1領域
3c 第2領域
3b 第3領域
3A 発熱体形成領域
3B 駆動回路形成領域
3C 配線形成領域
4 放熱板
5 接着層
8 第1の凹部
L 全薄膜型サーマルヘッド用基板の全幅
L1 有効印字長
L2 第1の凹部の長さ
t1 第1の凹部の厚さ
Wb 第1の凹部の幅
1,301,401,501,601,701 Substrate for all thin film type
L Overall width of the substrate for all thin film type thermal head L1 Effective printed length L2 Length of the first recess t1 Thickness of the first recess Wb Width of the first recess
Claims (7)
前記基板の主面上に設けられた発熱体と、
前記基板の主面上に設けられ、前記発熱体を駆動するための駆動回路と、
前記基板の主面上に設けられ、前記発熱体と前記駆動回路とを電気的に接続する配線と、
前記基板の裏面に、接着剤を介して接着固定された放熱板と、を備え、
前記基板は、ガラス、石英、又はシリコンから成り、
前記発熱体、前記配線、及び前記駆動回路は、それぞれ、前記第1領域、前記第2領域、及び第3領域に設けられており、
前記基板の前記第2領域の裏面に第1の凹部を有し、
前記第1の凹部に前記接着剤が充填されて、前記基板の裏面と放熱板とが接着固定されており、
前記第1の凹部は、前記第2領域から前記第3領域まで延伸していることを特徴とすることを特徴とするサーマルヘッド用基板。
A substrate having a first region, a second region, and a third region arranged in order in the first direction,
A heating element provided on the main surface of the substrate and
A drive circuit provided on the main surface of the substrate and for driving the heating element, and
Wiring provided on the main surface of the substrate and electrically connecting the heating element and the drive circuit,
A heat radiating plate bonded and fixed via an adhesive is provided on the back surface of the substrate.
The substrate is made of glass, quartz, or silicon.
The heating element, the wiring, and the drive circuit are provided in the first region, the second region, and the third region, respectively.
It has a first recess on the back surface of the second region of the substrate, and has a first recess.
The adhesive is filled in the first recess, and the back surface of the substrate and the heat sink are adhesively fixed.
The thermal head substrate is characterized in that the first recess extends from the second region to the third region .
The substrate for a thermal head according to claim 1, wherein the back surface of the substrate has a second recess on the side opposite to the first recess with the first region interposed therebetween.
前記発熱体が、前記凸部領域に形成されていることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のサーマルヘッド用基板。
The substrate has a convex region in the first region.
The substrate for a thermal head according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating element is formed in the convex region.
The length of the first recess in the first direction has a value equal to or greater than the thickness of the substrate on which the first recess is formed, and the length of the second region in the first direction. The substrate for a thermal head according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate is as follows .
The substrate for a thermal head according to any one of claims 1 to 5, wherein the first recess is filled with the adhesive.
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