专利名称：热敏打印头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热敏打印头，特别是一种驱动半导体芯片采用倒装焊方式连接的热敏打印头。
背景技术：
众所周知，热敏打印头包括由绝缘材料构成的绝缘基板，绝缘基板上沿副打印方向配置有导线电极，导线电极上沿记录幅(主打印)方向配置有直线形的发热体，沿着前述的发热体，导线电极交替配置具有引出图形的第1电极和第2电极，并在绝缘基板的一侧端部配置有与第1电极全数连接提供驱动电源的共通导体图形，在绝缘基板的另一侧，配置有与前述发热体平行的半导体芯片组，半导体芯片上配置有驱动前述发热体的驱动端子焊盘和控制端子焊盘，前述第2电极全数采用金属丝压焊的方式焊接在半导体芯片的驱动焊盘上，由于金属丝的焊接密度大，这种方式存在着成本高，压焊设备负担重，并且热敏打印头的外形体积较大等问题。在日本专利『特开平10-315520』的专利公告图2 (参照专利文献1)中，公开了一种热敏打印头的制造方法，其主要特征在于，在绝缘基板1上配置用来驱动发热元素9的附有倒装焊凸点12的半导体驱动芯片11，与半导体驱动芯片的倒装焊凸点连接的电极端子， 电极端子由采用电镀法的Ni层6和Sn-Pb层7形成，在电极端子下的绝缘基板上形成有机金材料的焊盘4，焊盘的一部分与导体配线图形3a、!3b重合连接，在专利文献1中，记载了绝缘基板上形成有机金材料的焊盘，焊盘的一部分与导体配线图形重合连接，但是没有记载与导体配线图形3a相连的驱动控制信号的输出侧的回路构成。另外，在日本专利『特开平9-94990』的专利公告图2 (参照专利文献2)中，公开了一种热敏打印头，其主要特征在于，在绝缘基板1上，配置有多个发热电阻体2，以及选择驱动各个发热电阻体2的复数个半导体驱动芯片4，与各个半导体驱动芯片4连接的复数个引线群5，各引线群5与柔性印刷电路板7的配线群8焊接相连，根据专利文献2记载的内容， 当引线群5与FPC的引线群8焊接时，FPC需在引线群5的焊接区域下落，为防止FPC松动脱落，则需要在引线群之间的空隙配置垫片6等部材进行支持，因此引线群的配线密度高， 存在高精度的位置匹配问题。
发明内容
本发明解决了上述专利文献中出现的问题，确保向倒装焊型半导体驱动芯片提供控制信号及电源的端子板与发热基板可靠连接，并且不需要高精度的位置匹配，设计了一种可以简便组装发热基板及端子板的热敏打印头。本发明可以通过如下措施达到
一种热敏打印头，包括绝缘基板，沿着绝缘基板的一侧端部的记录幅方向配置有直线形的发热体，并沿着前述发热体交替配置具有引出图形的第1电极和第2电极，以及在前述绝缘基板的一侧的端部配置与前述第1电极全数连接提供驱动电源的共通图形；在前述绝缘基板的另一侧，配置有与前述发热体平行的由倒装焊电极形成的半导体芯片，此半导体芯片由驱动前述发热体的驱动端子和控制前述发热体的控制端子构成的，由前述第2电极延伸至半导体芯片驱动端子并连接的第1引出图形，由前述第1电极的一部分延伸至前述绝缘基板另一侧端部的第2引出图形，由前述半导体芯片的控制端子延伸至前述绝缘基板另一侧端部的第3引出图形，包括前述半导体芯片的倒装焊电极的形成区域，位于前述绝缘基板另一侧的前述第1引出图形、第2引出图形以及第3引出图形由焊接材料层积构成的第1焊接端子列，在第1焊接端子列相对方向配置有前述半导体芯片的电源及驱动信号的第2焊接端子列，第2焊接端子列由覆铜基板形成，前述第1焊接端子列和第2焊接端子列的电气连接由具有弹性的细长金属材质的焊接引线形成。本发明所述的焊接引线长条形金属片，最好是采用薄形金属板，镀镍及镀锡后形成引线的形状，采用钣金冲压或者金属刻蚀制作而成，一般形成弯曲或弧度形状，这样会更提高其弹性效果。本发明所述的热敏打印头，前述细长金属材质的焊接引线的表面涂覆焊料，以使连接牢固。本发明所述的热敏打印头，前述焊接引线中具备前述发热体的驱动电源供给端子。本发明所涉及的热敏打印头，在发热基板的控制端子与其相对位置配置的接口板控制端子之间，由于采用具有弹性的细长金属引线连接，不需要类似倒装焊芯片的高精度位置配合，使得发热基板与接口端子板能够很容易地进行组装，具有良好的实用效果。
图1是本发明实施形态1的热敏打印头的半导体芯片表示图，图1 (a)为平面图， 图1 (b)为断面图。图2是本发明实施形态1的热敏打印头的发热基板表示图，图2 (a)为平面图，图 2 (b)为断面图。图3是本发明实施形态1的热敏打印头的发热体周围的电极区域的部分平面表示图。图4是本发明实施形态1的热敏打印头的发热基板上搭载的半导体芯片周围的电极的引出图形部分平面表示图。图5是本发明实施形态1的热敏打印头的发热基板制造流程图。图6是本发明实施形态1的热敏打印头的接口端子板平面图。图7是本发明实施形态1的热敏打印头的金属引线表示图，图7 (a)为平面图，图 7 (b)为断面图。图8是本发明实施形态1的热敏打印头的断面图。图9是本发明实施形态1的热敏打印头的制造流程图。图10是本发明实施形态2的热敏打印头的金属引线形状的断面表示图，图10(a) 为发热基板的高度比接口端子板低时的金属引线形状图，图10 (b)为发热基板的高度比接口端子板高时的金属引线形状图。图11是本发明实施形态3的热敏打印头的倒装焊引线形状的断面表示图，图11(a)为发热基板的高度比接口端子板低时的倒装焊引线形状图，图11 (b)为发热基板的高度比接口端子板高时的倒装焊引线形状图。图12是本发明实施形态3的热敏打印头的组装说明的断面图。图13是本发明实施形态3的热敏打印头的制造工程相关的说明图。图14是本发明实施形态3的热敏打印头的组立配合说明图。图15是本发明实施形态3的热敏打印头的平面图。图中标记半导体芯片1、驱动端子la、控制端子lb、半导体芯片搭载区域lc、绝缘基板2、电极3、第1电极3a、第2电极北、共通电极3c、第1引出图形3d、第2引出图形!Be、第3引出图形3f、发热体4、保护膜5、端子列6、Wire6b、覆铜基板7、端子列8、电子部品9、输入输出用接口图形10、金属引线11、金属牵引端11a、封装树脂12、支撑板BASE13、 金属引线110、金属引线111、金属引线112、金属牵引端112a、 突起部112b、金属引线113、基台120、位置确定部120a、倾斜部120b、加压手段130、接着剂 200。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步描述。实施形态1，对本发明的实施形态1进行说明
图1为本发明实施形态1的热敏打印头的半导体芯片表示图，图1 (a)为平面图，图 1 (b)为断面图。其中，1为热敏打印头搭载的倒装焊半导体芯片(半导体素子)，Ia为半导体芯片1的驱动电极端子(驱动端子)，用来开关控制发热体的驱动电流，Ib为半导体芯片1 的输入输出信号的控制电极端子(控制端子)，控制端子包括，CLOCK信号(CLK)，LATCH信号 (LAT)，DATAIN 信号(DI)，STROBE 信号(STB)，DATA0UT 信号(D0)，驱动电源(VDD)，逻辑地 (GNDL)以及驱动电源地(GNDH)。通常，通过CLK传送的数据信号由DI端子输入，然后由DO端子输出传送到下一个芯片的DI端子。数据传送信号CLK、数据锁存信号LAT、数据选通信号STB与每个半导体芯片共通连接。半导体芯片1的全长约7. 6mm,芯片背面配置的倒装焊电极高度约0. 03mm,驱动端子(Ia)沿着记录福方向以约0. 12mm的间距阵列排布。图2为本发明实施形态1的热敏打印头的发热基板表示图，图2 (a)为平面图， 图2 (b)为断面图。2为在陶瓷基板上涂覆玻璃膜层形成的绝缘性基板，3为在绝缘基板上采用金或者部分银材料印刷烧结、光刻等工艺形成的微细图形化的电极，4是与电极3相连的、由供给电源产生热能沿着记录幅方向配置在绝缘基板一侧端部的发热体，5为保护发热体4及电极3的由玻璃材料形成的保护膜，6为沿着记录幅方向配置在绝缘基板另一侧向发热体4和半导体芯片1提供电源的端子列，Ic为与发热体方向平行配置的半导体芯片1的搭载区域，另外，把在绝缘基板2上配置电极3及发热体4等构成的基板称之为发热基板。图3为本发明实施形态1的热敏打印头的发热体周围的电极区域的部分平面表示图。图中，3a为向发热体4供给电源的第1电极，3b为流经由半导体芯片1的端子Ia驱动的发热体4电流第2电极，第1电极3a和第2电极北交替配置。3c为配置在绝缘基板2 发热体侧与第1电极共通连接的共通电极，3d为由第2电极延伸的第1引出图形电极(第一引出图形)，与半导体芯片1的驱动端子Ia相连。！Be为多个由第1电极3a延伸至绝缘基板 2另一侧的宽幅的第2引出图形电极。图4为本发明实施形态1的热敏打印头的发热基板上搭载的半导体芯片1周围电极的引出图形平面表示图。图中，与图3相同部分采用同一符号表示。图4中，3f为由半导体芯片1的控制端子Ib引出延伸至绝缘基板2另一侧端部的第3引出图形，构成端子列 6。而且，在绝缘基板上包括端子列6的半导体芯片1搭载区域实施镀Ni及镀Sn等工艺， 并不设置保护层5。图5为本发明实施形态1的热敏打印头的发热基板制造流程图。首先在涂覆玻璃底釉层的绝缘基板2 (底釉基板)上，印刷全面金或者部分金部分银，烧成后形成表面金属化基板，然后在金属化基板上全面涂布露光用的光刻胶，经过露光、现像、光刻等图形制版技术形成期望的图形。接着在发热部形成领域沿着记录幅方向印刷或描绘电阻体浆料，烧结后形成发热体4，然后印刷烧成用来保护电极3和发热体4的玻璃保护层。接着，在绝缘基板2上包括端子列6的半导体芯片1搭载区域，依次采用电解或无电解工艺进行镀Ni及镀Sn。Ni膜厚度约5um，Sn膜厚度约5 20um程度，也可以采用Pd膜作为一个中间层，以及在锡膜中也可以含有一部分银或铜材料。另外，把端子列6称为第1 焊接端子列。图6为本发明实施形态1的热敏打印头的接口端子板平面图。图中，7为端子板， 由覆铜的玻璃纤维板(FR4等)，或者是带补强板的由PI树脂形成的柔性覆铜板形成，8为端子板7 —侧设置的端子列(称为第2焊接端子列)，9为电子部品，10为端子板7上配置的输入输出接口，从这个输入输出接口向端子列8传送包括电源在内的输入输出信号。作为接口 10与外部连接的手段，可适当地选择常用的插座方式，或者是柔性扁平电缆的热压着方式，也可以是沿着接口 10露出的图形采用压接或者焊接插针管脚的方式。图7为本发明实施形态1的热敏打印头的金属引线表示图，图7 (a)为平面图，图 7 (b)为断面图。图7 (a)中，11为铁或磷青铜构成的金属引线(称为焊接引线)，Ila为与各金属引线11 一体化连接的共通片，金属引线11由钣金冲压或者金属刻蚀制作而成，金属引线11与焊接对象链接后，共通片被切除。为了提高金属引线11的弹性效果，最好是采用薄形铁板，镀镍及镀锡后形成引线的形状。使用磷青铜板或者磷青铜棒时需要镀锡。磷青铜板的弹性效果更好，非常适合弯曲压接的场合。另外，如图7 (b)所示金属引线11在预先加工时，会形成弯曲或弧度形状， 这样会更提高其弹性效果。金属引线11应配合半导体芯片1的倒装焊电极控制端子Ib的间距构成。在本发明的实施形态1中，1个(1 BLOCK)半导体芯片1的控制端子Ib是等间距的，因此金属引线 11以0. 8mm等间距地配置。而且，相比半导体芯片的驱动端子la，数量很少的控制端子Ib 可以很容易地宽幅配置。等间距配置金属引线11的场合，其引线幅宽在0.2、. 4mm范围， 通过第2引出图形3e，向发热体4提供电流的发热体电源供给端子(VH)可以更宽幅度的配置。图8为本发明实施形态1的热敏打印头的断面图。图中，12为覆盖半导体芯片1 及金属引线11的由环氧树脂构成的封装树脂，13为由铁板或铝材形成，通过粘合剂支持发热基板及端子板的金属BASE。本图与图2、图6及图7相同的部分采用同一符号表示。
下面对热敏打印头制造工程进行说明，图9本发明实施形态1为制造流程图。首先，在发热基板上实装半导体芯片(ChipBonding)，接着为金属引线11的一端与端子板7的端子列8涂布焊料(称为预焊工程或第2焊接工程)，然后确定好金属引线11的另一端与发热基板的端子列6的位置，使用接着剂或者双面胶带固定在金属BASE13上(位置确定工程)。接着将发热基板放入约230° C的回流焊炉中加热，将粘片后的半导体芯片1的驱动端子la，以及金属引线11的另一端与发热基板表面镀锡的端子列6焊接(称为Reflow 工程或者第1焊接工程)。再接着将半导体芯片1及金属引线11采用封装树脂覆盖涂布进行封装(封装工程)，最后，根据需要贴装电容或热敏电阻等电子部品9进行测试(试验工程)。根据以上说明的实施形态1，通过把金属引线11弹性地按压在端子列6上，从而将端子板7的控制信号提供给倒装焊半导体芯片1的控制端子Ib上，同时由于金属引线11 上涂布有焊料，可以将其焊接在端子列6上，把发热基板和端子板7桥连起来，并经过封装树脂的封装固化，具有强固可靠的优点。实施形态2 在本发明实施形态1中，说明了发热基板与端子板7的高度大约相同时的实施方式，在实施形态2中来说明发热基板与端子板7的高度不同的情况。图10为本发明实施形态2的热敏打印头的金属引线形状的断面表示图，图10(a) 为发热基板的高度比接口端子板低时的形状图，图10 (b)为发热基板的高度比接口端子板高时的形状图。如图10 (a)所示，构成发热基板的绝缘基板2的高度约为0.5mm，端子板7 的高度约0. 65mm，金属引线110由端子板7 —侧平行引出，然后向绝缘基板2下降倾斜，为了使基板较容易地插入，弓丨线末端设置成逆反开口的构造。图中，与图8相同的部分采用同一符号表示。如图10 (b)所示，构成发热基板的绝缘基板2的高度约为0. 65mm，端子板7的高度约0. 6mm，金属引线111由端子板7 —侧平行引出，然后向绝缘基板2上升倾斜，为了使基板较容易地插入，引线末端也设置成逆反开口的构造。通过以上所述的金属引线110、111的形状构造，从一侧向另一侧倾斜配置，引线末端设置成逆反开口，使得端子板7或者绝缘性基板2较容易地插入组装，同时增加了金属引线110、111的接触面积，从而提高了热敏打印头的信赖性。实施形态3 在本发明的实施形态2中，端子板7侧是平直的形态，实施形态3来说明绝缘性基板2侧为平直形态的情况。图11为实施形态3的热敏打印头的倒装焊引线形状的断面表示图，图11 (a)为发热基板的高度比接口端子板低时的倒装焊引线形状图，图11 (b)为发热基板的高度比接口端子板高时的倒装焊引线形状图。如图11 (a)所示，构成发热基板的绝缘基板2的高度为0. 5mm，端子板7侧的高度为0. 65mm时，金属引线112从绝缘基板2侧以平直形态引出， 向端子板7侧上升倾斜，末端设置成逆反开口。图中，与图8及图10相同的部分采用同一符号表示。如图11 (b)所示，构成发热基板的绝缘基板2的高度为0. 65mm，端子板7侧的高度为0. 6mm时，金属引线113从绝缘基板2侧以平直形态引出，向端子板7侧下降倾斜，末端设置成逆反开口。
通过以上所述的金属引线112、113的形状构造，从一侧向另一侧倾斜配置，引线末端又设置成逆反开口，达到了与实施形态2同样的效果。另外，在实施形态广2中，金属引线11、110、111在端子板7侧是平直的形态，因此可以很容易地进行端子板7和金属引线11，110，111之间的连接焊接压着。而在实施形态 3中，金属引线112、113在发热基板侧是平直的形态，关于这点下面进行说明。图12是实施形态3的热敏打印头的组装说明的断面图，112a为金属引线112平直区域的对侧位置设置的牵引端，112b为金属引线112的突起部，120为沿着金属引线形状组装发热基板的装载基台，120a为基台120的位置对位部，120b为基台120的倾斜部。130 为按压金属引线112突起部112b的弹性橡胶或金属棒构成的加压手段。另外，发热基板及其他部分的构成与前述实施形态广2相同，故省略详细的说明。图13为实施形态3的热敏打印头的制造工程相关的说明图。首先是半导体芯片的粘片工程(ChipBonding工程)，接着根据装载基台120的位置确定部120a，安置绝缘基板 2，然后对应绝缘性基板2的端子6，并沿着倾斜部120b，装配包括牵引端11 的金属引线 112。根据上述实施状态3，并不局限于采用加压手段130来装配金属引线112，也可以先采用粘着胶带将金属引线112的牵引部11 与基台120贴付，组装固定后，在去除牵引部11加。然后将发热基板放入约230° C的回流焊炉中加热，将粘片后的半导体芯片1的驱动端子la，以及金属引线112的端部与发热基板表面镀锡的端子列6焊接(称为Reflow工程)。再接着将半导体芯片1及金属引线112采用封装树脂覆盖涂布进行封装(封装工程)，最后，利用已经固定在发热基板上的金属引线112的弹性，插入端子板7，进行测试 (试验工程)。图14为根据实施形态3组装成的热敏打印头断面说明图。图14的示例中，绝缘性基板2与端子板7通过接着剂200固定在支撑板BASE13上。图15为实施形态3的热敏打印头的平面图，根据图15中描述的热敏打印头，发热基板的有效记录幅为48mm，发热体4以0. 125mm等间距配置，每个半导体芯片1的驱动端子数为U8bit，共使用3个半导体芯片1。根据以上实施形态3描述的热敏打印头，具有了实施状态广2的效果，并且可以从每个半导体芯片1的Din及Dout端子引出数据，从而提高如热履历控制等功能的数据传送速度。对于支撑板BASE13及端子板侧7的用户侧电源供给回路或整机设计等，都具有很好的自由度，另外，也具有可以缩短热敏打印头的记录幅垂直方向尺寸的优点。
权利要求
1.一种热敏打印头，包括绝缘性基板，在绝缘基板的一侧端部，沿记录幅方向配置有直线形的发热体，并沿着前述发热体交替配置具有引出图形的第1电极和第2电极，以及在前述绝缘基板的一侧的端部配置与前述第1电极全数连接提供驱动电源的共通图形，其特征在于，在前述绝缘基板的另一侧，配置有与前述发热体平行的由倒装焊电极形成的半导体芯片，此半导体芯片由驱动前述发热体的驱动端子和控制前述发热体的控制端子构成， 由前述第2电极延伸至半导体芯片驱动端子并连接的第1引出图形，由前述第1电极的一部分延伸至前述绝缘基板另一侧端部的第2引出图形，由前述半导体芯片的控制端子延伸至前述绝缘基板另一侧端部的第3引出图形，包括前述半导体芯片的倒装焊电极的形成区域，位于前述绝缘基板另一侧的前述第1引出图形、第2引出图形以及第3引出图形由焊接材料层积构成的第1焊接端子列，在第1焊接端子列相对方向配置有前述半导体芯片的电源及驱动信号的第2焊接端子列，第2焊接端子列由覆铜基板形成，前述第1焊接端子列和第2焊接端子列的电气连接由细长金属材质的焊接引线形成，焊接引线呈弯曲状、长条形金属片ο
2.根据权利要求1所述的热敏打印头，其特征在于，前述细长金属材质的焊接引线的表面涂覆焊料。
3.电根据权利要求1和2所述的热敏打印头，其特征在于，前述焊接引线中具备前述发热体的驱动电源供给端子。
全文摘要
本发明涉及一种热敏打印头，特征是包括一个绝缘基板，基板上配置热敏发热体，第1电极及第2电极，供给电源的共通图形，驱动端子及控制端子由倒装焊构成的半导体芯片，由第2电极引出延伸与驱动端子连接的第1引出图形，由第1电极的一部引出延伸至绝缘基板另一侧端部的第2引出图形，由控制端子引出延伸至绝缘基板另一侧端部的第3引出图形，由第1引出图形、第2引出图形及第3引出图形涂覆焊料形成的第1焊接端子列，与第1焊接端子列相对设置覆铜基板并涂覆焊料的第2焊接端子列，第1焊接端子列与第2焊接端子列由金属引线焊接连通，本发明不需要类似倒装焊芯片的高精度位置配合，使得发热基板与接口端子板能够很容易地进行组装，具有良好的实用效果。
文档编号B41J2/32GK102371775SQ201110389609
公开日2012年3月14日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者赵哲, 远藤孝文 申请人:山东华菱电子有限公司