JP2017114050A

JP2017114050A - サーマルプリントヘッド

Info

Publication number: JP2017114050A
Application number: JP2015253732A
Authority: JP
Inventors: 勇西村; Isamu Nishimura; 保博不破; Yasuhiro Fuwa
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2017-06-29

Abstract

【課題】印字の高速化を図ることが可能なサーマルプリントヘッドを提供する。
【解決手段】主面および裏面を有する半導体基板１と、複数の発熱部４１を構成する抵抗体層４と、半導体基板１に支持され且つ複数の発熱部４１に通電するための導通経路に含まれる配線層３と、配線層３および抵抗体層４を覆う絶縁性保護層５と、を備えるサーマルプリントヘッドＡ１であって、半導体基板１は、主面側から裏面側に凹む凹部１５を有し、封止半導体部材主面１６１および封止半導体部材裏面１６２と、これらの封止半導体部材主面１６１および封止半導体部材裏面１６２を繋ぐ封止半導体部材側面１６３とを有し且つ凹部１５を塞ぐ封止半導体部材１６をさらに備え、複数の発熱部４１は、厚さ方向ｚ視において封止半導体部材１６と重なる。
【選択図】図４

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドに関する。

従来から知られているサーマルプリントヘッドは、基板と、抵抗体層と、配線層と、を備える。このようなサーマルプリントヘッドは、たとえば特許文献１に開示されている。同文献に開示のサーマルプリントヘッドにおいて、抵抗体層および配線層は、基板に形成されている。抵抗体層は、主走査方向に配列された複数の発熱部を有する。

サーマルプリントヘッドは、印字速度の向上が求められる。複数の発熱部から基板へと熱が過大に伝達されると、印字の高速化が阻害されてしまう。

特開２０１２−５１３１９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、印字の高速化を図ることが可能なサーマルプリントヘッドを提供することをその課題とする。

本発明によって提供されるサーマルプリントヘッドは、厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記主面側に支持され且つ通電によって発熱する主走査方向に配列された複数の発熱部を構成する抵抗体層と、前記半導体基板に支持され且つ前記複数の発熱部に通電するための導通経路に含まれる配線層と、前記配線層および抵抗体層を覆う絶縁性保護層と、を備えるサーマルプリントヘッドであって、前記半導体基板は、前記主面側から前記裏面側に凹む凹部を有し、前記厚さ方向において互いに反対側を向く封止半導体部材主面および封止半導体部材裏面と、これらの封止半導体部材主面および封止半導体部材裏面を繋ぐ封止半導体部材側面とを有し且つ前記凹部を塞ぐ封止半導体部材をさらに備え、前記複数の発熱部は、前記厚さ方向視において前記封止半導体部材と重なることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記凹部は、主走査方向に長く延びている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止半導体部材は、主走査方向に長く延びている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記凹部は、前記厚さ方向において前記裏面側に位置する第１凹部と、当該第１凹部に対して前記裏面とは反対側に位置する第２凹部とを有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１凹部は、前記主面と平行な第１凹部底面と、当該第１凹部に繋がる第１凹部側面とを有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２凹部は、前記第１凹部に繋がり且つ前記主面と平行な第２凹部底面を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２凹部底面は、前記厚さ方向視において前記第１凹部を囲む環状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止半導体部材の前記封止半導体部材裏面と前記第２凹部底面とが接合されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２凹部は、前記第２凹部底面に繋がる第２凹部側面を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体基板は、前記主面から厚さ方向に突出し且つ主走査方向に長く延びる凸状部を有し、前記凹部は、前記凸状部から凹んでいる。

本発明の好ましい実施の形態においては、主面は、凸状部を挟んで副走査方向に互いに離間する第１領域および第２領域を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記凸状部は、前記主面と平行であり且つ前記主面から前記厚さ方向に離間した天面、当該天面と前記第１領域との間に介在し且つ前記主面に対して傾斜した第１傾斜側面と、前記天面と前記第２領域との間に介在し且つ前記主面に対して傾斜した第２傾斜側面と、を有し、前記凹部は、前記天面から凹んでいる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体基板は、Ｓｉからなり、前記主面および前記天面は、（１００）面である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１傾斜側面および第２傾斜側面が前記天面となす角度は、５４．７度である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１凹部側面が前記天面となす角度は、５４．７度である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２凹部側面が前記天面となす角度は、５４．７度である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止半導体部材は、Ｓｉからなり、前記封止半導体部材裏面は、（１００）面である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止半導体部材側面が前記封止半導体部材裏面となす角度は、５４．７度である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記配線層は、前記複数の発熱部に各別に繋がる複数の個別電極と、前記複数の発熱部を挟んで前記複数の個別電極とは反対側に配置されており且つ前記複数の発熱部と導通する共通電極とを有している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記配線層は、前記半導体基板から離間下側に位置し且つ相対的に熱伝導率が高い高伝熱層と、当該高伝熱層と前記半導体基板との間に介在し且つ相対的に熱伝導率が低い低伝熱層とを有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低伝熱層は、前記複数の発熱部に対して副走査方向において第２領域側から接し且つ前記高伝熱層から露出した複数の第１低電熱領域を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の個別電極は、前記複数の第１低電熱領域を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低伝熱層は、前記複数の発熱部に対して副走査方向において第１領域側から接し且つ前記高伝熱層から露出した第２低電熱領域を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共通電極は、前記第２低電熱領域を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高伝熱層は、Ｃｕからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低伝熱層は、Ｔｉからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記絶縁性保護層は、互いに積層された第１絶縁保護層、第２絶縁保護層および３絶縁保護層を有し、前記発熱部は、前記抵抗体層のうち前記個別電極および前記共通電極の間に位置する部分と、前記抵抗体層のうち前記個別電極および前記共通電極の間に位置する部分に前記第１絶縁保護層を挟んで積層された第１延長抵抗体層と、前記第１延長抵抗体層に前記第２絶縁保護層を挟んで積層された第２延長抵抗体層と、を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記抵抗体層は、前記個別電極および前記共通電極の間に位置する部分と前記第１領域側に位置する部分とを絶縁させる絶縁部を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記抵抗体層のうち前記個別電極および前記共通電極の間に位置する部分と前記第１延長抵抗体層とは、副走査方向において前記第１領域側の部分同士が接している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１絶縁保護層は、前記抵抗体層と前記第１延長抵抗体層とを接死させる第１個別側導通用開口を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１延長抵抗体層と前記第２延長抵抗体層とは、副走査方向において前記第２領域側の部分同士が接している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２絶縁保護層は、前記第１延長抵抗体層と前記第２延長抵抗体層とを接しさせる第２個別側導通用開口を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記導通経路は、前記半導体基板を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共通電極と前記半導体基板とが導通している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体基板と前記配線層および前記抵抗体層との間に設けられた絶縁層を備えており、前記絶縁層は、前記半導体基板と前記共通電極とを導通させる共通電極用第１開口を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記共通電極用第１開口は、主走査方向に長く延びる形状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記厚さ方向視において前記複数の発熱部と重なり且つ前記絶縁性保護層上に積層された導電性保護層を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記導電性保護層は、ＴｉＮからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記絶縁性保護層は、前記導電性保護層と前記共通電極とを導通させる導電性保護層用開口を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記導電性保護層用開口は、厚さ方向視において前記第１領域と重なる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体基板は、Ｓｉに金属元素がドープされた材質からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記抵抗体層は、ＴａＮからなる。

本発明によれば、前記複数の発熱部と前記半導体基板との間に前記凹部が介在する。このため、前記複数の発熱部からの熱が前記半導体基板へと過大に伝わってしまうことを回避することが可能である。したがって、前記サーマルプリントヘッドによる印字の高速化を図ることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に基づくサーマルプリントヘッドを示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１のサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドを示す要部拡大平面図である。図１のサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。図１のサーマルプリントヘッドの変形例を示す要部拡大断面図である。本発明の第２実施形態に基づくサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本発明の第１実施形態に基づくサーマルプリントヘッドを示している。本実施形態のサーマルプリントヘッドＡ１は、半導体基板１、封止半導体部材１６、絶縁層２、配線層３、抵抗体層４、絶縁性保護層５、導電性保護層６、複数の制御素子７、保護樹脂８、支持部材９１および配線部材９２を備えている。サーマルプリントヘッドＡ１は、プラテンローラ９９１との間に挟まれて搬送される印刷媒体９９２に印刷を施すプリンタに組み込まれるものである。このような印刷媒体９９２としては、たとえばバーコードシートやレシートを作成するための感熱紙が挙げられる。

図１は、サーマルプリントヘッドＡ１を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３および図４は、サーマルプリントヘッドＡ１を示す要部拡大断面図である。図５は、サーマルプリントヘッドＡ１を示す要部拡大平面図である。なお、理解の便宜上、図３においては、支持部材９１を省略している。また、図４は、サーマルプリントヘッドＡ１の一部を示している。

半導体基板１は、通電を許容する抵抗率を有する半導体材料からなる。このような半導体材料としては、たとえば、Ｓｉに金属元素がドープされた材質が挙げられる。半導体基板１は、主面１１、裏面１２、凸状部１３および凹部１５を有する。なお、半導体基板１は、凸状部１３を有さない構成であってもよい。

主面１１および裏面１２は、厚さ方向ｚにおいて互いに反対側を向く。凸状部１３は、主面１１から厚さ方向ｚに突出した部位である。凸状部１３は、主走査方向ｘに長く延びている。

主面１１は、凸状部１３を挟んで副走査方向に互いに離間する第１領域１１１および第２領域１１２を有する。

凸状部１３は、天面１３０、第１傾斜側面１３１および第２傾斜側面１３２を有する。天面１３０は、主面１１と平行であり且つ主面１１から厚さ方向に離間している。第１傾斜側面１３１は、天面１３０と第１領域１１１との間に介在しており、主面１１に対して傾斜している。第２傾斜側面１３２は、天面１３０と第２領域１１２との間に介在しており、主面１１に対して傾斜している。

本実施形態においては、主面１１として、（１００）面が選択されている。また、第１傾斜側面１３１および第２傾斜側面１３２が天面１３０および主面１１となす角度は、同一であり、たとえば５４．７度である。

主面１１は、第１領域１１１および第２領域１１２を有する。第１領域１１１と第２領域１１２とは、凸状部１３によって互いに区画された領域である。本実施形態においては、第２領域１１２は、第１領域１１１よりも副走査方向ｙ寸法および面積が大である。

凹部１５は、主面１１側から裏面１２側へと凹んでいる。本実施形態においては、凹部１５は、凸状部１３の天面１３０から凹んでいる。凹部１５は、主走査方向ｘに長く延びている。

凹部１５は、第１凹部１５１および第２凹部１５２を有する。第１凹部１５１は、厚さ方向ｚ方向において裏面１２側に位置している。第２凹部１５２は、厚さ方向ｚにおいて第１凹部１５１に対して裏面１２とは反対側に位置している。

第１凹部１５１は、第１凹部底面１５１１および第１凹部側面１５１２を有する。第１凹部底面１５１１は、主面１１および天面１３０と平行な面である。第１凹部側面１５１２は、第１凹部底面１５１１と第２凹部１５２とに繋がっている。本実施形態においては、第１凹部側面１５１２が天面１３０および主面１１となす角度は、同一であり、たとえば５４．７度である。

第２凹部１５２は、第２凹部底面１５２１および第２凹部側面１５２２を有する。第２凹部底面１５２１は、第１凹部１５１の第１凹部側面１５１２に繋がっており、主面１１および天面１３０と平行な面である。第２凹部底面１５２１は、厚さ方向ｚ視において第１凹部１５１を囲む環状である。第２凹部側面１５２２は、第２凹部底面１５２１および天面１３０に繋がっている。本実施形態においては、第２凹部側面１５２２が天面１３０および主面１１となす角度は、同一であり、たとえば５４．７度である。

封止半導体部材１６は、主面１１側から凹部１５を塞いでいる。封止半導体部材１６は、封止半導体部材主面１６１、封止半導体部材裏面１６２および封止半導体部材側面１６３を有する。封止半導体部材１６は、たとえばＳｉからなる。

封止半導体部材主面１６１および封止半導体部材裏面１６２は、厚さ方向ｚにおいて互いに反対側を向いており、主面１１、裏面１２および天面１３０と平行である。本実施形態においては、封止半導体部材裏面１６２は、（１００）面である。封止半導体部材主面１６１と天面１３０とは、面一である。

封止半導体部材側面１６３は、封止半導体部材主面１６１と封止半導体部材裏面１６２とを繋いでいる。本実施形態においては、封止半導体部材側面１６３と封止半導体部材裏面１６２とがなす角度は、たとえば５４．７度である。

本実施形態においては、封止半導体部材１６の封止半導体部材裏面１６２と凹部１５の第２凹部１５２の第２凹部底面１５２１とが、接合されている。この接合は、たとえば接合層１６９による。接合層１６９は、たとえばはんだ等の金属からなる。本実施形態においては、封止半導体部材裏面１６２と第２凹部底面１５２１とが、第１凹部１５１の全周を囲むように、接合層１６９によって接合されている。これにより、第１凹部１５１の内部空間は、外部空間に対して密閉されている。第１凹部１５１の内部空間の圧力は、外部空間の圧力よりも低く、好ましくは真空である。

半導体基板１の大きさは特に限定されないが、一例を挙げると、半導体基板１の副走査方向ｙ寸法が、２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度、ｘ方向寸法が、１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度である。主面１１と裏面１２との厚さ方向ｚ距離が、４００μｍ〜５００μｍ程度、凸状部１３の厚さ方向ｚ高さが、２５０μｍ〜４００μｍ程度である。

絶縁層２は、半導体基板１の主面１１、凸状部１３および封止半導体部材１６と配線層３および抵抗体層４との間に設けられている。絶縁層２は、絶縁性材料からなり、たとえばＳｉＯ₂やＳｉＮからなる。絶縁層２の厚さは特に限定されず、その一例を挙げるとたとえば５μｍ〜１０μｍ程度である。

絶縁層２は、共通電極用第１開口２１および共通電極用第２開口２２を有する。共通電極用第１開口２１は、絶縁層２を厚さ方向ｚに貫通している。本実施形態においては、共通電極用第１開口２１は、厚さ方向ｚ視において第１領域１１１と重なっている。また、共通電極用第１開口２１は、主走査方向ｘに長く延びる形状であり、たとえばスリット状である。

共通電極用第２開口２２は、絶縁層２を厚さ方向ｚに貫通している。本実施形態においては、共通電極用第２開口２２は、厚さ方向ｚ視において第２領域１１２と重なっている。

抵抗体層４は、半導体基板１に支持されており、本実施形態においては、絶縁層２上に形成されている。抵抗体層４は、複数の発熱部４１を有している。複数の発熱部４１は、各々に選択的に通電されることにより、印刷媒体９９２を局所的に加熱するものである。複数の発熱部４１は、主走査方向ｘに沿って配置されている。本実施形態においては、複数の発熱部４１は、厚さ方向ｚ視において封止半導体部材１６に重なっており、より具体的には封止半導体部材主面１６１にその全てが重なっている。抵抗体層４は、たとえばＴａＮからなる。

発熱部４１の形状は特に限定されないが、図４に示す例においては、発熱部４１は、屈曲形状とされている。

本実施形態においては、抵抗体層４は、抵抗側第１貫通導通部４２１および抵抗側第２貫通導通部４２２を有する。抵抗側第１貫通導通部４２１は、共通電極用第１開口２１を通じて半導体基板１の主面１１の第１領域１１１に接している。抵抗側第２貫通導通部４２２は、共通電極用第２開口２２を通じて半導体基板１の主面１１の第２領域１１２に接している。

配線層３は、複数の発熱部４１に通電するための導通経路を構成するためのものである。配線層３は、半導体基板１に支持されており、本実施形態においては、抵抗体層４上に積層されている。なお、配線層３は、半導体基板１と抵抗体層４との間に介在してもよい。配線層３は、抵抗体層４よりも低抵抗な金属材料からなり、本実施形態においては、高伝熱層３０１および低伝熱層３０２からなる。低伝熱層３０２は、半導体基板１側に設けられており、相対的に熱伝導率が小さい。高伝熱層３０１は、低伝熱層３０２上に積層されており、相対的に熱伝導率が大きい。低伝熱層３０２の材質としては、たとえばＴｉが挙げられる。高伝熱層３０１の材質としては、たとえばＴｉが挙げられる。

配線層３は、複数の個別電極３１および共通電極３２を有する。複数の個別電極３１は、複数の発熱部４１に各別に繋がっている。本実施形態においては、複数の個別電極３１は、複数の発熱部４１に対して、副走査方向ｙにおいて第２領域１１２側に位置している。

共通電極３２は、複数の発熱部４１を挟んで複数の個別電極３１とは副走査方向ｙにおいて反対側に配置された部分を有している。また、実施形態の共通電極３２は、複数の個別電極３１よりも副走査方向ｙ方向において第２領域１１２側（図３における図中左方側）に位置する部分を有している。共通電極３２は、複数の発熱部４１のすべてと導通している。なお、図３は、理解の便宜上、第２領域１１２において共通電極３２を横切る断面を示しているが、主走査方向ｘにおける他の位置における断面では、配線層３は、共通電極３２とは電位が異なり絶縁された複数の部分を有している。

図３および図４から理解されるように、本実施形態においては、抵抗体層４のうち複数の個別電極３１と共通電極３２との間において配線層３から露出した部分が、複数の発熱部４１となっている。

低伝熱層３０２は、複数の第１低電熱領域３０２１および第２低電熱領域３０２２を有する。複数の第１低電熱領域３０２１は、複数の発熱部４１に対して副走査方向ｙにおいて第２領域１１２側から接し且つ高伝熱層３０１から露出している。複数の個別電極３１は、複数の第１低電熱領域３０２１を含む。

第２低電熱領域３０２２は、複数の発熱部４１に対して副走査方向ｙにおいて第１領域１１１側から接し且つ前記高伝熱層３０１から露出している。個別電極３１は、第２低電熱領域３０２２を含む。

本実施形態においては、共通電極３２は、配線側第１貫通導通部３２１および配線側第２貫通導通部３２２を有する。配線側第１貫通導通部３２１は、抵抗体層４の抵抗側第１貫通導通部４２１に接している。配線側第２貫通導通部３２２は、抵抗体層４の抵抗側第２貫通導通部４２２に接している。このような構成により、配線層３の共通電極３２のうち厚さ方向ｚ視において第１領域１１１と重なる部分は、絶縁層２の共通電極用第１開口２１を通じて、抵抗側第１貫通導通部４２１を介することにより、半導体基板１と導通している。また、共通電極３２のうち厚さ方向ｚ視において第２領域１１２と重なる部分は、絶縁層２の共通電極用第２開口２２を通じて、抵抗側第２貫通導通部４２２を介することにより、半導体基板１と導通している。この結果、本実施形態においては、複数の発熱部４１に通電するための導通経路が、配線層３と半導体基板１とを含んでいる。より具体的には、共通電極３２に流れる電流が半導体基板１を経由する構成となっている。

絶縁性保護層５は、配線層３および抵抗体層４を覆っている。絶縁性保護層５は、絶縁性の材料からなり、配線層３および抵抗体層４を保護している。絶縁性保護層５の材質は、たとえばＳｉＯ₂である。

絶縁性保護層５は、導電性保護層用開口５１、複数の制御素子用開口５２および複数の配線部材用開口５３を有する。導電性保護層用開口５１は、厚さ方向ｚ視において第１領域１１１と重なっており、共通電極３２を露出させている。導電性保護層用開口５１は、たとえば主走査方向ｘに長く延びる形状である。図示された例においては、導電性保護層用開口５１は、厚さ方向ｚ視において共通電極用第１開口２１と重なっている。制御素子用開口５２は、厚さ方向ｚ視において第２領域１１２と重なっており、複数の個別電極３１および共通電極３２をそれぞれ露出させている。

複数の配線部材用開口５３は、複数の制御素子用開口５２に対して複数の発熱部４１とは副走査方向ｙにおいて反対側に設けられている。複数の配線部材用開口５３は、配線層３の共通電極３２や、ｘ方向において共通電極３２とは異なる位置に設けられ且つ共通電極３２とは絶縁された配線層３の他の部分をそれぞれ露出させている。

導電性保護層６は、厚さ方向ｚ視において複数の発熱部４１と重なり且つ絶縁性保護層５上に積層されている。導電性保護層６は、導電性材料からなり、たとえばＡｌＮからなる。導電性保護層６は、厚さ方向ｚ視において第１領域１１１と重なる部分を有しており、保護層貫通導電部６１を有する。保護層貫通導電部６１は、導電性保護層用開口５１を通じて共通電極３２に接している。

複数の制御素子７は、配線層３に導通し且つ複数の発熱部４１に個別に通電させるためのものである。複数の制御素子７は、主走査方向ｘに配列されている。複数の制御素子７は、厚さ方向ｚ視において共通電極用第２開口２２と重なっている。

本実施形態においては、サーマルプリントヘッドＡ１は、制御素子用パッド３８１を有する。制御素子用パッド３８１は、Ｃｕ，Ｎｉ等の金属からなり、制御素子用開口５２に形成されている。制御素子７は、複数の制御素子電極７１を有している。制御素子電極７１は、制御素子用パッド３８１に導電性接合材７９を介して導通接合されている。導電性接合材７９は、たとえばはんだである。

本実施形態においては、制御素子７は、導電性保護層６の厚さ方向ｚ上方の面である導電性保護層表面Ｓ６よりも、厚さ方向ｚにおいて半導体基板１側に位置している。また、制御素子７は、抵抗体層４の厚さ方向ｚ上方の面である抵抗体層表面Ｓ４よりも、厚さ方向ｚにおいて半導体基板１側に位置している。

配線部材９２は、配線層３とたとえばプリンタの電源部（図示略）とを導通させるためのものである。配線部材９２は、たとえばプリント配線基板である。このような配線部材９２は、たとえば樹脂層９２１、配線層９２２および保護層９２３を有する。樹脂層９２１は、可撓性を有する樹脂からなる。配線層９２２は、樹脂層９２１に積層されており、たとえばＣｕ等の金属からなる。保護層９２３は、樹脂層９２１に対して配線層９２２とは反対側に積層されており、樹脂層９２１および配線層９２２を保護する層である。

サーマルプリントヘッドＡ１は、配線部材用パッド３８２を有している。配線部材用パッド３８２は、絶縁性保護層５の配線部材用開口５３に形成されており、Ｃｕ，Ｎｉ等の金属からなる。配線部材９２の配線層９２２は、配線部材用パッド３８２に対して導通接合されている。なお、サーマルプリントヘッドＡ１は、複数の配線部材用パッド３８２を有している。図３に示す配線部材用パッド３８２は、共通電極３２と導通している。複数の配線部材用パッド３８２の幾つかは、配線層３のうち共通電極３２とは絶縁された、図３とは異なる位置に設けられた他の部分に導通している。

支持部材９１は、半導体基板１を支持している。支持部材９１は、たとえばＡｌ等の金属からなる。支持部材９１は、凹部９１１を有している。凹部９１１は、半導体基板１を収容する部位であり、半導体基板１を支持している。半導体基板１は、凹部９１１に対してたとえば接合層９１９によって接合されている。接合層９１９は、半導体基板１からの熱を支持部材９１に伝えるとともに、半導体基板１と支持部材９１とを絶縁しうるものが好ましい。このような接合層９１９として、たとえば樹脂系接着剤が挙げられる。

支持部材９１の寸法は、特に限定されず、その一例を挙げると、副走査方向ｙ寸法が、５．０ｍｍ〜８．０ｍｍ程度、ｘ方向寸法が、１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度である。また、厚さ方向ｚ寸法が、２．０〜４．０ｍｍ程度である。

保護樹脂８は、制御素子７を保護しており、たとえば絶縁性の樹脂からなる。また、保護樹脂８は、厚さ方向ｚ視において凸状部１３の第２傾斜側面１３２と重なり、天面１３０および封止半導体部材１６を露出させている。本実施形態においては、保護樹脂８は、配線部材９２の一部を覆っている。

次に、サーマルプリントヘッドＡ１の製造方法の一例について、図６〜１３を参照しつつ以下に説明する。

まず、半導体基板材料を用意する。半導体基板材料は、低抵抗な半導体材料からなりたとえばＳｉに金属元素がドープされた材質からなる。また、この半導体基板材料は、（１００）面を有する。この（１００）面を所定のマスク層で覆った後に、たとえばＫＯＨを用いた異方性エッチングを行う。これにより、図６に示す半導体基板１が得られる。主面１１および天面１３０は、（１００）面である。第１傾斜側面１３１および第２傾斜側面１３２は、異方性エッチングによって形成された傾斜面であり、主面１１となす角度が、それぞれ５４．７度である。なお、本手法と異なり、切削加工等を用いて半導体基板１を形成してもよい。

次いで、天面１３０に対して、たとえばＫＯＨを用いた異方性エッチングを２回施す。これにより、図７に示す第１凹部１５１および第２凹部１５２を有する凹部１５が形成された半導体基板１が得られる。

次いで、図８に示すように、封止半導体部材１６によって凹部１５を覆う。凹部１５の第２凹部１５２の第２凹部底面１５２１に封止半導体部材１６の封止半導体部材裏面１６２を接合する。この接合は、たとえばはんだ等からなる接合層１６９による。なお、第２凹部底面１５２１および封止半導体部材裏面１６２には、接合層１６９との接合力を高めるために、はんだ濡れ性が比較的良好な金属めっき層を形成しておいてもよい。

次いで、図９に示すように、絶縁層２を形成する。絶縁層２の形成は、たとえばＣＶＤを用いてＳｉＯ₂を堆積させることによって行う。また、エッチング等によって、共通電極用第１開口２１および共通電極用第２開口２２を形成する。

次いで、図１０に示すように、抵抗体層４を形成する。抵抗体層４の形成は、たとえば、スパッタリングによって絶縁層２上にＴａＮの薄膜を形成することによって行う。次いで、抵抗体層４を覆う配線層３を形成する。配線層３の形成は、たとえばめっきやスパッタリング等によってＴｉからなる高伝熱層３０１を形成した後にＣｕからなる低伝熱層３０２を形成することによって行う。

次いで、抵抗体層４、高伝熱層３０１および低伝熱層３０２に対して、選択的なエッチングを適宜施すことにより、抵抗体層４、高伝熱層３０１および低伝熱層３０２をパターニングする。これにより、配線層３には、複数の個別電極３１および共通電極３２が形成される。また、抵抗体層４には、複数の発熱部４１が形成される。また、低伝熱層３０２は、第１低電熱領域３０２１および第２低電熱領域３０２２を有するものとなる。共通電極３２は、配線側第１貫通導通部３２１および配線側第２貫通導通部３２２を有する。抵抗体層４は、抵抗側第１貫通導通部４２１および抵抗側第２貫通導通部４２２を有する。

次いで、図１２に示すように、絶縁性保護層５を形成する。絶縁性保護層５の形成は、たとえばＣＶＤを用いて絶縁層２、配線層３および抵抗体層４上にＳｉＯ₂を堆積させた後に、エッチング等を行うことにより実行される。次いで、導電性保護層６を形成する。

次いで、制御素子用パッド３８１および配線部材用パッド３８２を形成する。次いで、配線部材９２を配線部材用パッド３８２に接合する。そして、半導体基板１を支持部材９１に接合層９１９を用いて接合した後に保護樹脂８を形成する。以上の工程を経ることにより、サーマルプリントヘッドＡ１が得られる。

次に、サーマルプリントヘッドＡ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、複数の発熱部４１と半導体基板１との間に凹部１５が介在する。このため、複数の発熱部４１からの熱が半導体基板１へと過大に伝わってしまうことを回避することが可能である。したがって、サーマルプリントヘッドＡ１による印字の高速化を図ることができる。

凹部１５が、第１凹部１５１および第２凹部１５２を有している。第２凹部側面１５２２および封止半導体部材１６の封止半導体部材側面１６３は、いずれも主面１１となす角度が５４．７度である。このため、第２凹部側面１５２２と封止半導体部材側面１６３との隙間を縮小することが可能であり、絶縁層２に意図しない段差等が生じることを抑制することができる。天面１３０と封止半導体部材主面１６１とが面一である構成は、絶縁層２に意図しない段差等が生じることを抑制するのに好ましい。

半導体基板１には、凸状部１３が形成されている。複数の発熱部４１は、厚さ方向ｚ視において天面１３０に設けられた封止半導体部材１６と重なる。これにより、印刷媒体９９２に対して複数の発熱部４１を含む部位をより高い圧力で押し付けることが可能である。これは、印字の高速化に好ましい。

凸状部１３は、天面１３０、第１傾斜側面１３１および第２傾斜側面１３２を有する。天面１３０は、主面１１と平行な平面であり、複数の発熱部４１を形成する部位として好ましい。第１傾斜側面１３１および第２傾斜側面１３２を有する構成は、これらを跨ぐように配線層３および抵抗体層４を形成するのに適している。

配線層３は、第１低電熱領域３０２１を有している。これにより、複数の発熱部４１において発生した熱は、第１低電熱領域３０２１を介して第２領域１１２側へと伝えられる。第１低電熱領域３０２１を構成する低伝熱層３０２は、高伝熱層３０１と比べて熱伝導率が小である。したがって、複数の発熱部４１からの熱が第２領域１１２側へと過大に伝わることを防止することができる。

また、配線層３は、第２低電熱領域３０２２を有している。これにより、複数の発熱部４１は、副走査方向ｙにおいて第１低電熱領域３０２１および第２低電熱領域３０２２に挟まれた格好となっている。したがって、複数の発熱部４１において発生した熱を、複数の発熱部４１以外の部分に伝えられることを抑制可能であり、印刷媒体９９２により多くの熱を伝えることができる。

また、制御素子７は、第２領域１１２に配置されており、厚さ方向ｚにおいて導電性保護層表面Ｓ６よりも主面１１側に位置している。これにより、制御素子７と印刷媒体９９２との干渉を回避することができる。さらに、制御素子７が、厚さ方向ｚにおいて抵抗体層表面Ｓ４よりも主面１１側に位置していることは、制御素子７と印刷媒体９９２との干渉を回避するのに好ましい。

また、複数の発熱部４１に通電するための導通経路が、半導体基板１を含んでいる。半導体基板１によって導通が図られることにより、それに相当する部分を配線層３の一部として形成する必要が無い。これにより、主面１１側に設けるべき配線層３の面積を縮小することが可能である。この結果、配線層３を形成するための領域を拡大することが可能であり、複数の発熱部４１を小型化および挟ピッチ化することに対応して、配線層３をより容易に形成することができる。したがって、印字の精細化を図ることができる。

また、半導体基板１は、共通電極３２と導通している。共通電極３２は、複数の発熱部４１のすべてと導通する部位である。このため、半導体基板１を、互いに絶縁された複数の部位に分割するなどを強いられない。

半導体基板１は、共通電極用第１開口２１および共通電極用第２開口２２を通じて配線側第１貫通導通部３２１および配線側第２貫通導通部３２２と接している。共通電極用第１開口２１および共通電極用第２開口２２と配線側第１貫通導通部３２１および配線側第２貫通導通部３２２は、複数の発熱部４１を副走査方向ｙに挟んでいる。このような配置により、導通経路のうち半導体基板１によって構成される部分は、複数の発熱部４１を厚さ方向ｚにおいてバイパスする格好となる。これは、複数の発熱部４１の小型化および挟ピッチ化に好ましい。

さらに、導通経路のうち半導体基板１によって構成される部分は、厚さ方向ｚ視において複数の制御素子７に重なっている。これにより、配線層３と複数の制御素子７との干渉を抑制することが可能である。

共通電極用第１開口２１は、主走査方向ｘに長く延びている。これにより、配線層３と半導体基板１との接触抵抗を低減することができる。

絶縁性保護層５は、保護層貫通導電部６１を通じて配線層３の共通電極３２と導通している。絶縁性保護層５は、印刷媒体９９２と擦れ合う部分であり、静電気が帯電しやすい。この帯電した電荷を配線層３の共通電極３２へと適切に逃がすことが可能である。

図１４は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図１４に示すサーマルプリントヘッドＡ２は、複数の発熱部４１の構成および絶縁性保護層５の構成が上述したサーマルプリントヘッドＡ１と異なっている。

本実施形態においては、複数の発熱部４１は、抵抗体層４の一部と第１延長抵抗体層４５１および第２延長抵抗体層４５２とによって構成されている。絶縁性保護層５は、互いに積層された第１絶縁保護層５０１、第２絶縁保護層５０２および第３絶縁保護層５０３を有する。

発熱部４１は、抵抗体層４のうち個別電極３１および共通電極３２の間に位置する部分と、抵抗体層４のうち個別電極３１および共通電極３２の間に位置する部分に第１絶縁保護層５０１を挟んで積層された第１延長抵抗体層４５１と、第１延長抵抗体層４５１に第２絶縁保護層５０２を挟んで積層された第２延長抵抗体層４５２と、を含む。

抵抗体層４は、個別電極３１および共通電極３２の間に位置する部分と第１領域１１１側に位置する部分とを絶縁させる絶縁部４３を有する。

抵抗体層４のうち個別電極３１および共通電極３２の間に位置する部分と第１延長抵抗体層４５１とは、副走査方向ｙにおいて第１領域１１１側の部分同士が接している。第１絶縁保護層５０１は、抵抗体層４と第１延長抵抗体層４５１とを接死させる第１個別側導通用開口５０１１を有する。

第１延長抵抗体層４５１と第２延長抵抗体層４５２とは、副走査方向ｙにおいて第２領域１１２側の部分同士が接している。第２絶縁保護層５０２は、第１延長抵抗体層４５１と第２延長抵抗体層４５２とを接しさせる第２個別側導通用開口５０２１を有する。

このような実施形態によっても、印字の高速化を図ることができる。また、抵抗体層４、第１延長抵抗体層４５１および第２延長抵抗体層４５２によって発熱部４１を構成することにより、発熱部４１の導通経路を延長することが可能である。これにより、発熱部４１における発熱量を増加することが可能であり、印字の高速化に有利である。

本発明に係るサーマルプリントヘッドは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るサーマルプリントヘッドの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１，Ａ２：サーマルプリントヘッド
１：半導体基板
２：絶縁層
３：配線層
４：抵抗体層
５：絶縁性保護層
６：導電性保護層
７：制御素子
８：保護樹脂
１１：主面
１２：裏面
１３：凸状部
１５：凹部
１６：封止半導体部材
２１：共通電極用第１開口
２２：共通電極用第２開口
３１：個別電極
３２：共通電極
４１：発熱部
４３：絶縁部
５１：導電性保護層用開口
５２：制御素子用開口
５３：配線部材用開口
６１：保護層貫通導電部
７１：制御素子電極
７９：導電性接合材
９１：支持部材
９２：配線部材
１１１：第１領域
１１２：第２領域
１３０：天面
１３１：第１傾斜側面
１３２：第２傾斜側面
１５１：第１凹部
１５２：第２凹部
１６１：封止半導体部材主面
１６２：封止半導体部材裏面
１６３：封止半導体部材側面
１６９：接合層
３０１：高伝熱層
３０２：低伝熱層
３２１：配線側第１貫通導通部
３２２：配線側第２貫通導通部
３８１：制御素子用パッド
３８２：配線部材用パッド
４２１：抵抗側第１貫通導通部
４２２：抵抗側第２貫通導通部
４５１：第１延長抵抗体層
４５２：第２延長抵抗体層
５０１：第１絶縁保護層
５０２：第２絶縁保護層
５０３：第３絶縁保護層
９１１：凹部
９１９：接合層
９２１：樹脂層
９２２：配線層
９２３：保護層
９９１：プラテンローラ
９９２：印刷媒体
１５１１：第１凹部底面
１５１２：第１凹部側面
１５２１：第２凹部底面
１５２２：第２凹部側面
３０２１：第１低電熱領域
３０２２：第２低電熱領域
５０１１：第１個別側導通用開口
５０２１：第２個別側導通用開口
Ｓ４：抵抗体層表面
Ｓ６：導電性保護層表面
ｘ：主走査方向
ｙ：副走査方向
ｚ：厚さ方向

Claims

厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面側に支持され且つ通電によって発熱する主走査方向に配列された複数の発熱部を構成する抵抗体層と、
前記半導体基板に支持され且つ前記複数の発熱部に通電するための導通経路に含まれる配線層と、
前記配線層および抵抗体層を覆う絶縁性保護層と、を備えるサーマルプリントヘッドであって、
前記半導体基板は、前記主面側から前記裏面側に凹む凹部を有し、
前記厚さ方向において互いに反対側を向く封止半導体部材主面および封止半導体部材裏面と、これらの封止半導体部材主面および封止半導体部材裏面を繋ぐ封止半導体部材側面とを有し且つ前記凹部を塞ぐ封止半導体部材をさらに備え、
前記複数の発熱部は、前記厚さ方向視において前記封止半導体部材と重なることを特徴とする、サーマルプリントヘッド。
前記凹部は、主走査方向に長く延びている、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
前記封止半導体部材は、主走査方向に長く延びている、請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
前記凹部は、前記厚さ方向において前記裏面側に位置する第１凹部と、当該第１凹部に対して前記裏面とは反対側に位置する第２凹部とを有する、請求項３に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第１凹部は、前記主面と平行な第１凹部底面と、当該第１凹部に繋がる第１凹部側面とを有する、請求項４に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第２凹部は、前記第１凹部に繋がり且つ前記主面と平行な第２凹部底面を有する、請求項５に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第２凹部底面は、前記厚さ方向視において前記第１凹部を囲む環状である、請求項６に記載のサーマルプリントヘッド。
前記封止半導体部材の前記封止半導体部材裏面と前記第２凹部底面とが接合されている、請求項７に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第２凹部は、前記第２凹部底面に繋がる第２凹部側面を有する、請求項８に記載のサーマルプリントヘッド。
前記半導体基板は、前記主面から厚さ方向に突出し且つ主走査方向に長く延びる凸状部を有し、
前記凹部は、前記凸状部から凹んでいる、請求項９に記載のサーマルプリントヘッド。
前記主面は、前記凸状部を挟んで副走査方向に互いに離間する第１領域および第２領域を有する、請求項１０に記載のサーマルプリントヘッド。
前記凸状部は、前記主面と平行であり且つ前記主面から前記厚さ方向に離間した天面、当該天面と前記第１領域との間に介在し且つ前記主面に対して傾斜した第１傾斜側面と、前記天面と前記第２領域との間に介在し且つ前記主面に対して傾斜した第２傾斜側面と、を有し、
前記凹部は、前記天面から凹んでいる、請求項１１に記載のサーマルプリントヘッド。
前記半導体基板は、Ｓｉからなり、
前記主面および前記天面は、（１００）面である、請求項１２に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第１傾斜側面および第２傾斜側面が前記天面となす角度は、５４．７度である、請求項１３に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第１凹部側面が前記天面となす角度は、５４．７度である、請求項１４に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第２凹部側面が前記天面となす角度は、５４．７度である、請求項１５に記載のサーマルプリントヘッド。
前記封止半導体部材は、Ｓｉからなり、
前記封止半導体部材裏面は、（１００）面である、請求項１６に記載のサーマルプリントヘッド。
前記封止半導体部材側面が前記封止半導体部材裏面となす角度は、５４．７度である、請求項１７に記載のサーマルプリントヘッド。
前記配線層は、前記複数の発熱部に各別に繋がる複数の個別電極と、前記複数の発熱部を挟んで前記複数の個別電極とは反対側に配置されており且つ前記複数の発熱部と導通する共通電極とを有している、請求項１２ないし１８のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
前記配線層は、前記半導体基板から離間下側に位置し且つ相対的に熱伝導率が高い高伝熱層と、当該高伝熱層と前記半導体基板との間に介在し且つ相対的に熱伝導率が低い低伝熱層とを有する、請求項１９に記載のサーマルプリントヘッド。
前記低伝熱層は、前記複数の発熱部に対して副走査方向において第２領域側から接し且つ前記高伝熱層から露出した複数の第１低電熱領域を有する、請求項２０に記載のサーマルプリントヘッド。
前記複数の個別電極は、前記複数の第１低電熱領域を含む、請求項２１に記載のサーマルプリントヘッド。
前記低伝熱層は、前記複数の発熱部に対して副走査方向において第１領域側から接し且つ前記高伝熱層から露出した第２低電熱領域を有する、請求項２２に記載のサーマルプリントヘッド。
前記共通電極は、前記第２低電熱領域を含む、請求項２３に記載のサーマルプリントヘッド。
前記高伝熱層は、Ｃｕからなる、請求項２４に記載のサーマルプリントヘッド。
前記低伝熱層は、Ｔｉからなる、請求項２５に記載のサーマルプリントヘッド。
前記絶縁性保護層は、互いに積層された第１絶縁保護層、第２絶縁保護層および３絶縁保護層を有し、
前記発熱部は、前記抵抗体層のうち前記個別電極および前記共通電極の間に位置する部分と、前記抵抗体層のうち前記個別電極および前記共通電極の間に位置する部分に前記第１絶縁保護層を挟んで積層された第１延長抵抗体層と、前記第１延長抵抗体層に前記第２絶縁保護層を挟んで積層された第２延長抵抗体層と、を含む、請求項１９ないし２６のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
前記抵抗体層は、前記個別電極および前記共通電極の間に位置する部分と前記第１領域側に位置する部分とを絶縁させる絶縁部を有する、請求項２７に記載のサーマルプリントヘッド。
前記抵抗体層のうち前記個別電極および前記共通電極の間に位置する部分と前記第１延長抵抗体層とは、副走査方向において前記第１領域側の部分同士が接している、請求項２８に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第１絶縁保護層は、前記抵抗体層と前記第１延長抵抗体層とを接死させる第１個別側導通用開口を有する、請求項２９に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第１延長抵抗体層と前記第２延長抵抗体層とは、副走査方向において前記第２領域側の部分同士が接している、請求項３０に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第２絶縁保護層は、前記第１延長抵抗体層と前記第２延長抵抗体層とを接しさせる第２個別側導通用開口を有する、請求項３１に記載のサーマルプリントヘッド。
前記導通経路は、前記半導体基板を含む、請求項１９ないし３２のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
前記共通電極と前記半導体基板とが導通している、請求項３３に記載のサーマルプリントヘッド。
前記半導体基板と前記配線層および前記抵抗体層との間に設けられた絶縁層を備えており、
前記絶縁層は、前記半導体基板と前記共通電極とを導通させる共通電極用第１開口を有する、請求項３４に記載のサーマルプリントヘッド。
前記共通電極用第１開口は、主走査方向に長く延びる形状である、請求項３５に記載のサーマルプリントヘッド。
前記厚さ方向視において前記複数の発熱部と重なり且つ前記絶縁性保護層上に積層された導電性保護層を備える、請求項３３ないし３６のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
前記導電性保護層は、ＴｉＮからなる、請求項３７に記載のサーマルプリントヘッド。
前記絶縁性保護層は、前記導電性保護層と前記共通電極とを導通させる導電性保護層用開口を有する、請求項３８に記載のサーマルプリントヘッド。
前記導電性保護層用開口は、厚さ方向視において前記第１領域と重なる、請求項３９に記載のサーマルプリントヘッド。
前記半導体基板は、Ｓｉに金属元素がドープされた材質からなる、請求項３３ないし４０のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
前記抵抗体層は、ＴａＮからなる、請求項４１に記載のサーマルプリントヘッド。