JP2021003809A - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱部を形成するべくヘッド基板に形成した凸部に適切な蓄熱性能を与えることができるサーマルプリントヘッドを提供する。【解決手段】主面１１を有する基板１と、基板１の主面１１上に形成され、主走査方向に延びる凸部１３と、凸部１３の頂面１３０に主走査方向に配列された複数の発熱部４１と、を含み、凸部１３には、その頂面１３０に上端が位置し、凸部１３の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材１５０を、副走査方向所定幅で主走査方向に所定長さ延びる領域に埋設配置することにより、蓄熱部１５が形成されている。【選択図】 図６
Description
本発明は、サーマルプリントヘッドおよびその製造方法に関する。
特許文献１には、従来のサーマルプリントヘッドの一例が開示されている。このサーマルプリントヘッドは、ヘッド基板上に主走査方向に並ぶ多数の発熱部を備えている。各発熱部は、ヘッド基板にグレーズ層を介して形成した抵抗体層上に、その一部を露出させるようにして、上流側電極層と下流側電極層をそれらの端部を対向させて積層することにより形成されている。上流側電極層と下流側電極層間を通電することにより、上記抵抗体層の露出部（発熱部）がジュール熱により発熱する。
同文献に開示されたサーマルプリントヘッドはまた、印字媒体への熱伝達を効率化して高速印字を可能とする等のために、主走査方向に延びる蓄熱部としての凸状グレーズを設け、この凸条グレーズの頂部に各発熱部を配置している。このような凸状グレーズは、各発熱部へのプラテンローラ当たりを良好にして、印字品位を向上させることにも役立つ。
上記のような凸状グレーズは一般に、ガラスペーストを用いてスクリーン印刷をし、これを焼成することにより形成される。しかしながら、このような凸状グレーズの形成方法では、印刷時に形成される膜厚が製品ごとに、あるいは主走査方向の各所でまちまちになることがある。これらのことは、サーマルプリントヘッドの製品品位あるいは印字品位の一定化を阻害する要因となっていた。
また、特許文献２には、サーマルプリントヘッドにおいて、単結晶半導体に異方性エッチングを施すことによりヘッド基板上に凸部を形成し、この凸部に発熱部を配置する技術が開示されている。この場合、凸部の形状を主走査方向に一様とすることができるが、単結晶半導体はガラスと比較して熱伝導性が良いため、凸部の形態を損なうことなく、適切な蓄熱性を与えることが必要になる。
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、発熱部を形成するべくヘッド基板に形成した凸部に適切な蓄熱性能を与えることができる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。
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。
本発明の第１の側面により提供される係るサーマルプリントヘッドは、主面を有する基板と、上記基板の上記主面上に形成され、主走査方向に延びる凸部と、上記凸部の頂面に主走査方向に配列された複数の発熱部と、を含み、上記凸部には、その頂面に上端が位置し、上記凸部の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材を、副走査方向所定幅で主走査方向に所定長さ延びる領域に埋設配置することにより、蓄熱部が形成されていることを特徴とする。
好ましい実施の形態では、上記複数の発熱部のそれぞれは、抵抗体層と、当該抵抗体層の一部を露出させるようにして当該抵抗体層上に積層され、相互間を通電可能な上流側導電層および下流側導電層を含んで形成されている。
好ましい実施の形態では、上記凸部および上記基板のうち、少なくとも上記凸部は、単結晶半導体からなる。
好ましい実施の形態では、上記凸部および上記基板は、一体の単結晶半導体からなる。
好ましい実施の形態では、上記単結晶半導体は、Ｓｉからなり、上記微小柱状蓄熱部材は、ＳｉＯ2からなる。
好ましい実施の形態では、上記微小柱状蓄熱部材は、上記凸部の頂面に深掘りエッチングにより微小細孔を形成し、当該微小細孔を熱酸化させることにより形成されている。
好ましい実施の形態では、上記凸部は、上記頂面と、当該頂面に対して副走査方向両側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する一対の第１傾斜外面を含む。
好ましい実施の形態では、上記凸部は、上記頂面と、当該頂面に対して副走査方向両側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する一対の第２傾斜外面と、上記一対の第２傾斜外面に対して上記頂面とは副走査方向の反対側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように、上記主面に対して上記一対の第２傾斜外面よりも大きな角度で傾斜する一対の第１傾斜外面を含む。
本発明の第２の側面により提供されるサーマルプリントヘッドの製造方法は、主面を有する基板と、上記基板の上記主面上に形成され、主走査方向に延びる凸部と、上記凸部の頂面に主走査方向に配列された複数の発熱部と、を含み、上記凸部には、その頂面に上端が位置し、上記凸部の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材を、副走査方向所定幅で主走査方向に所定長さ延びる所定領域に埋設形成することにより、蓄熱部が形成されており、上記凸部は、上記頂面と、当該頂面に対して副走査方向両側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する一対の第１傾斜外面とを含む、サーマルプリントヘッドの製造方法であって、主面を有する単結晶半導体からなる材料基板の上記主面における上記凸部の上記頂面となるべき領域に上記多数の微小柱状蓄熱部材を埋設配置した後、上記材料基板の上記主面に対して異方性エッチングを行うことにより、上記一対の傾斜外面と上記頂面とを有する上記凸部を形成することを特徴とする。
好ましい実施の形態では、上記多数の微小柱状蓄熱部材は、Ｓｉウエハからなる上記材料基板の上記主面に深掘りエッチングにより上記材料基板の厚み方向に延びる多数の微小細孔を形成し、熱酸化処理を行うことにより上記多数の微小細孔をＳｉＯ2に変化させることにより形成する。
好ましい実施の形態では、上記一対の第１傾斜外面は、上記材料基板の（１００）面である上記主面に対して異方性エッチングを行うことにより形成する。
好ましい実施の形態では、上記異方性エッチングは、上記材料基板の上記主面のうち、上記多数の微小蓄熱部材が埋設形成された領域をマスクとして行う。
本発明の第２の側面により提供されるサーマルプリントヘッドの製造方法はまた、主面を有する基板と、上記基板の上記主面上に形成され、主走査方向に延びる凸部と、上記凸部の頂面に主走査方向に配列された複数の発熱部と、を含み、上記凸部には、その頂面に上端が位置し、上記凸部の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材を、副走査方向所定幅で主走査方向に所定長さ延びる所定領域に埋設形成することにより、蓄熱部が形成されており、上記凸部は、上記頂面と、当該頂面に対して副走査方向両側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する一対の第２傾斜外面と、上記一対の第２傾斜外面に対して上記頂面とは副走査方向の反対側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように、上記主面に対して上記一対の第２傾斜外面よりも大きな角度で傾斜する一対の第１傾斜外面とを含みを含む、サーマルプリントヘッドの製造方法であって、主面を有する単結晶半導体からなる材料基板の上記主面における上記凸部の上記頂面となるべき領域に上記多数の微小柱状蓄熱部材を埋設配置した後、上記材料基板の上記主面に対して異方性エッチングを行うことにより、上記一対の第１傾斜外面と、上記第２傾斜外面と、上記頂面とを有する上記凸部を形成することを特徴とする。
好ましい実施の形態では、上記多数の微小柱状蓄熱部材は、Ｓｉウエハからなる上記材料基板の上記主面に深掘りエッチングにより上記材料基板の厚み方向に延びる多数の微小細孔を形成し、熱酸化処理を行うことにより上記多数の微小細孔をＳｉＯ2に変化させることにより形成する。
好ましい実施の形態では、上記一対の第１傾斜外面および上記一対の第２傾斜外面は、上記材料基板の（１００）面である上記主面に対して異方性エッチングを行うことにより上記一対の第１傾斜外面となるべき一対の傾斜外面を形成した後、追加の異方性エッチングを行うことにより、上記一対の第２傾斜外面を形成することにより形成する。
好ましい実施の形態では、上記追加の異方性エッチングは、上記材料基板の上記主面のうち、上記多数の微小蓄熱部材が埋設形成された領域をマスクとして行う。
本発明の第３の側面により提供されるサーマルプリントヘッドの製造方法は、Ｓｉからなるヘッド基板の主面に配列される複数の発熱部の下位に蓄熱部を有するサーマルプリントヘッドの製造方法であって、上記蓄熱部は、Ｓｉウエハからなる材料基板の主面に深掘りエッチングにより上記材料基板の厚み方向に延びる多数の微小細孔を形成し、熱酸化処理を行うことにより上記多数の微小細孔をＳｉＯ2に変化させることにより形成することを特徴とする。
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。
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６は、本発明の第１実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す。このサーマルプリントヘッドＡ１は、ヘッド基板１、接続基板５および放熱部材８を有する。ヘッド基板１および接続基板５は、放熱部材８上に副走査方向ｙに隣接させて搭載されている。ヘッド基板１には、後に詳説する構成により、主走査方向ｘに配列される複数の発熱部４１が形成されている。この発熱部４１は、接続基板５上に搭載されたドライバＩＣ７により選択的に発熱駆動され、コネクタ５９を介して外部から送信される印字信号にしたがって、プラテンローラ９１により発熱部４１に押圧される感熱紙等の印字媒体に印字を行う。
ヘッド基板１は、主走査方向ｘを長手方向とし、副走査方向ｙを短手方向とする細長矩形状の平面形状を有する。ヘッド基板１の大きさは限定されないが、一例を挙げると、主走査方向ｘの寸法は、例えば５０〜１５０ｍｍ、副走査方向ｙの寸法は、例えば２．０〜５．０ｍｍ、厚さ方向ｚの寸法は、例えば７２５μｍである。なお、以下の説明において、ヘッド基板１における副走査方向ｙのドライバＩＣ７に近い側を上流側といい、ドライバＩＣ７から遠い側を下流側という。
本実施形態のヘッド基板１は、単結晶半導体からなる。単結晶半導体としては、Ｓｉが好適である。当該ヘッド基板１の主面１１の下流側寄りには、主走査方向ｘに延びる凸部１３が一体に形成されている。この凸部１３の断面形状は、主走査方向ｘについて一様である。
図５および図６に詳示するように、凸部１３は、主面１１と平行な頂面１３０と、この頂面１３０から副走査方向ｙ両側につながって延び、主面１１に至る一対の第１傾斜外面１３１を有する。一対の第１傾斜外面１３１は、頂面１３０から副走査方向ｙに離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する。一対の第１傾斜外面１３１の主面１１に対する傾斜角度α１は、例えば５０〜６０度である。本実施形態において、凸部１３の寸法は、副走査方向ｙ全幅Ｈ１が例えば２００〜３００μｍ、高さＨ２が例えば１５０〜１８０μｍ、頂面１３０の副走査方向ｙ幅Ｈ３が例えば１００〜２００μｍである。なお、ヘッド基板１の主面１１および凸部１３の頂面は、（１００）面である。
凸部１３の頂面１３０には、当該頂面１３０の副走査方向ｙ幅と同等の副走査方向所定幅であって、主走査方向ｘに延びる平面視領域に、所定深さの蓄熱部１５が形成されている。この蓄熱部１５は、凸部１３の頂面１３０に上端が位置し、凸部１３の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材１５０を密集して埋設配置することにより形成されている。後記する製造方法によれば、微小柱状蓄熱部材１５０は、深掘りエッチング（ＤｅｅｐＲＩＥ）により柱状微小細孔１５０Ａを形成し、約８００〜１１００℃で熱酸化処理を行うことにより、柱状微小細孔１５０Ａの内面をＳｉＯ2に変化させることにより形成される。熱酸化処理を行うことにより、ＳｉＯ2に変化した部分が体積増加するため、少なくとも柱状微小細孔１５０Ａの開口付近はＳｉＯ2で埋められる。この微小柱状蓄熱部材１５０は、できるだけ密集配置することが好ましいが、後記する製造方法において説明するように、それには、例えば内径１〜１０μｍ、深さ３０〜１００μｍの上記柱状微小細孔１５０Ａを、主走査方向ｘおよび副走査方向ｙに１〜３μｍの間隔をあけて形成した上で、熱酸化処理を行うとよい。
ヘッド基板１の主面１１および上記のように蓄熱部１５が設けられた凸部１３には、少なくとも、これらを覆う絶縁層１９、抵抗体層４、電極層３および保護層２がこの順で形成されている。
絶縁層１９は、ヘッド基板１の主面１１および凸部１３を覆って形成されている。この絶縁層１９は、後記する抵抗体層４および電極層３を形成するべき領域を覆うように形成される。絶縁層１９は、絶縁性材料からなり、たとえばＳｉＯ2やＳｉＮまたはＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）からなり、本実施形態においては、ＴＥＯＳが好適に採用されている。絶縁層１９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〜１５μｍであり、好ましくは５μｍ〜１０μｍである。
抵抗体層４は、絶縁層１９を覆うように、主面１１および凸部１３にわたって形成されている。絶縁層１９は、たとえばＴａＮからなる。抵抗体層４の厚さは特に限定されず、たとえば０．０２μｍ〜０．１μｍであり、好ましくは０．０８μｍ程度である。抵抗体層４は、後記する電極層３に覆われずに露出する部分が発熱部４１を形成する。この発熱部４１は、その多数が主走査方向ｘに配列され、その副走査方向ｙにおける形成領域は、凸部１３の頂面１３０の副走査方向ｙの一部または全部を含んだ適宜領域とされる。抵抗体層４は、各発熱部４１を主走査方向ｘについて独立させるため、少なくとも発熱部４１を形成するべき副走査方向ｙ領域については主走査方向ｘについて分離形成されている。
電極層３は、ヘッド基板１の上流側に形成される複数の個別電極層３１と、ヘッド基板１の下流側に形成される共通電極層３２とを含む。各個別電極層３１は、概ね副走査方向ｙに延びる帯状をしており、それらの下流側先端は上記凸部１３の副走査方向ｙ適宜位置まで延びている。各個別電極層３１の上流側端部には、個別パッド部３１１が形成されている。個別パッド部３１１は、接続基板５に搭載される駆動ＩＣ７とワイヤ６１により接続される部分である。共通電極層３２は、複数の櫛歯部３２４と、これら複数の櫛歯部３２４を共通につなげる共通部３２３とを有する。共通部３２３はヘッド基板１の上流側の縁に沿って主走査方向ｘに形成され、各櫛歯部３２４は、共通部３２３から分かれて副走査方向ｙに延びる帯状をしており、その上流側先端は、上記凸部１３の副走査方向ｙ適宜位置まで延び、各個別電極層３１の先端に対して所定間隔を隔てて対向させられている。共通部３２３は、その主走査方向ｘ両端から副走査方向ｙに折れ曲がってヘッド基板１の下流側に至る延長部３２５を有する。電極層３は、例えばＣｕからなり、その厚さは、例えば０．３〜２．０μｍである。上記したように、凸部１３の頂面付近において、抵抗体層４のうち、個別電極層３１と、これに先端部どうしが対向する共通電極層３２の上記櫛歯部３２４とに覆われていない部分が各発熱部４１を形成する。
抵抗体層４および電極層３はさらに、保護層２で覆われている。保護層２は、絶縁性の材料からなり、例えばＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ等からなる。保護層２の厚みは、例えば１．０〜１０μｍである。
図５に示すように、保護層２は、パッド用開口２１を有する。パッド用開口２１は、複数の個別電極層３１に設けた個別パッド部３１１を露出させている。
接続基板５は、ヘッド基板１に対して副走査方向ｙ上流側に隣接して配置されている。接続基板５は、例えばＰＣＢ基板であり、ドライバＩＣ７やコネクタ５９が搭載される。接続基板５は、主走査方向ｘを長手方向とする平面視長矩形状をしている。
ドライバＩＣ７は、接続基板５上に搭載されており、複数の発熱部４１に個別に通電させるために設けられる。ドライバＩＣ７と上記各個別電極層３１の各個別パッド部３１１間は、複数のワイヤ６１によって接続される。ドライバＩＣ７はまた、接続基板５上に形成された配線パターンに対して、ワイヤ６２によって接続されている。ドライバＩＣ７には、コネクタ５９を介して外部から送信される印字信号が入力される。複数の発熱部４１は、印字信号に従って個別に通電されることにより、選択的に発熱させられる。
ドライバＩＣ７およびワイヤ６１，６２は、ヘッド基板１と接続基板５とに跨るようにして保護樹脂７８で覆われている。保護樹脂７８は、例えばエポキシ樹脂等の黒色の絶縁性樹脂が用いられる。
放熱部材８は、ヘッド基板１および接続基板５を支持しており、発熱部４１により生じた熱の一部を外部へと放熱するために設けられる。放熱部材８は、例えばアルミ等の金属製である。
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７〜図１６を参照して説明する。
まず、図７に示すように、材料基板１Ａを用意する。材料基板１Ａは、単結晶半導体からなり、たとえばＳｉウエハである。材料基板１Ａは、平坦な主面１１Ａを有し、当該主面１１Ａは（１００）面である。
次いで、図８〜図１０に示すように、主面１１Ａに対し、例えば深掘りエッチングを施すことにより、内径１〜１０μｍ、深さ３０〜１００μｍの上記柱状微小細孔１５０Ａを、主走査方向ｘおよび副走査方向ｙに１〜３μｍの間隔をあけて形成する。このように多数の柱状微小細孔１５０Ａを形成する平面領域は、後記する凸部１３の頂面１３０となる領域であり、例えば副走査方向ｙ１００〜２００μｍで主走査方向ｘに延びる領域である。
次いで、図１０に示すように、上記多数の柱状微小細孔１５０Ａに対して約８００〜１１００℃で熱酸化処理を行うことにより、柱状微小細孔１５０Ａの内面をＳｉＯ2に変化させて、多数の微小柱状蓄熱部材１５０からなる蓄熱部１５を形成する。このとき、ＳｉがＳｉＯ2に変化するとき、体積増加を伴うため、柱状微小細孔１５０Ａの少なくとも開口付近はＳｉＯ2で埋められることになる。
次いで、必要に応じて研磨するなどして、主面１１Ａに生じた酸化膜を除去した後、例えばＫＯＨを用いた異方性エチングを行うことにより、図１２に示すように、主走査方向ｘに略一様断面で延びる凸部１３を形成する。このとき、上記のように多数の微小柱状蓄熱部材１５０が形成された領域をマスクとして機能させることができる。上記したように、凸部１３は、頂面１３０およびこの頂面１３０を副走査方向ｙに挟んで位置する一対の傾斜外面（第１傾斜外面）１３１を有する。一対の傾斜外面１３１は、頂面１３０の副走査方向ｙ両縁につながり、頂面１３０から副走査方向ｙに離れるにしたがい低位となるように傾斜する面である。
次いで、図１３に示すように、絶縁層１９を形成する。絶縁層の形成は、例えばＣＶＤを用いてＴＥＯＳを堆積させることにより行う。
次いで、図１４に示すように、抵抗体膜４Ａを形成する。抵抗体膜４Ａの形成は、例えばスパッタリングにより絶縁層１９上にＴａＮの薄膜を形成することによって行う。
次いで、図１５に示すように、導電膜３Ａを形成する。導電膜３Ａの形成は、例えばめっきやスパッタリングによりＣｕからなる層を形成することによって行う。
次いで、図１６に示すように、導電膜３Ａおよび抵抗体膜４Ａに選択的なエッチングを施すことにより、主走査方向ｘに分離された抵抗体層４、この抵抗体層４を発熱部４１を残して覆う個別電極層３１、および共通電極層３２の櫛歯部３２４を形成する。
次いで、保護層２を形成する、保護層２の形成は、例えばＣＶＤを用いて絶縁層１９、電極層３および抵抗体層４上にＳｉＮおよびＳｉＣを堆積させることにより行われる。また、保護層２をエッチング等により部分的に除去することにより、パッド用開口２１を形成する。この後は、放熱部材８上へのヘッド基板１および接続基板５の組付け、接続基板５へのドライバＩＣ７接続の搭載、ワイヤ６１，６２のボンディング、保護樹脂７８の形成等を行うことにより、図１〜図６に示したサーマルプリントヘッドＡ１が得られる。
次に、第１実施形態に係るサーマルプリントヘッドＡ１の作用について説明する。
複数の発熱部４１は、ヘッド基板１に設けた凸部１３の頂面付近に配列されるため、印字媒体はプラテンローラ９１を介して確実に発熱部４１に押圧される。凸部１３は、単結晶半導体に対して異方性エッチングを施すことにより形成されるため、その断面は主走査方向ｘについて一様となる。印字媒体の発熱部４１に対する押圧接触状態は、主走査方向ｘ各所において一定となる。これらのことは、ヘッド基板１の製造ロットが異なっても変わらない。そしてこのことは、印字品質の向上につながる。
ヘッド基板１の材料であるＳｉウエハは、ＳｉＯ2などの絶縁材料と比較して熱伝導性がよく、何らの手当も行わないと発熱部４１が発する熱を無駄に放熱部材８に向けて漏出させ、高速印字に不向きとなるが、このサーマルプリントヘッドＡ１の凸部１３には、発熱部４１の直下にＳｉＯ2からなる蓄熱部１５が所定深さで設けられているため、発熱部４１が発する熱の無駄な漏出が防がれ、高速印字にも適するようになる。
図１７および図１８は、本発明の第２実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す。このサーマルプリントヘッドＡ２は、第１実施形態に係るサーマルプリントヘッドＡ１と比較して、凸部１３の形態が異なり、その余の構成は同じである。図１７および図１８においては、第１実施形態に係るサーマルプリントヘッドＡ１と同一の部分または部材には同一の符号を付し、以下においては適宜説明を省略する。
本実施形態では、ヘッド基板１に設ける凸部１３は、頂面１３０と、この頂面１３０の副走査方向ｙ両縁につながる一対の第２傾斜外面１３２と、当該一対の第２傾斜外面１３２の副走査方向ｙ外縁につながり、主面１１に至る一対の第１傾斜外面１３１とを有する。一対の第１傾斜外面１３１は、副走査方向ｙに頂面から離れるにしたがい低位となるように傾斜する面であり、主面１１に対する傾斜角度α１は、例えば５０〜６０度である。一対の第２傾斜外面１３２もまた、副走査方向ｙに頂面１３０から離れるにしたがい低位となるように傾斜する面であり、主面１１に対する傾斜角度α２は、例えば２５〜３５度である。本実施形態においても、凸部１３は、主走査方向ｘについて断面略一様に形成されている。
本実施形態においても、凸部１３の頂面１３０には、当該頂面１３０の副走査方向ｙ幅と同等の副走査方向所定幅であって、主走査方向ｘに延びる平面視領域に、第１実施形態について説明したのと同様にして、所定深さの蓄熱部１５が形成されている。すなわち、この蓄熱部１５は、凸部１３の頂面１３０に上端が位置し、凸部１３の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材１５０を密集して埋設配置することにより形成されている。微小柱状蓄熱部材１５０は、深掘りエッチングにより柱状微小細孔１５０Ａを形成し、約８００〜１１００℃で熱酸化処理を行うことにより、柱状微小細孔１５０Ａの内面をＳｉＯ2に変化させることにより形成される。
ヘッド基板１の主面１１および上記のように蓄熱部１５が設けられた凸部１３には、第１実施形態と同様に、絶縁層１９、抵抗体層４、電極層３および保護層２がこの順で形成されている。
ヘッド基板１に隣接して配置される接続基板５およびこれらヘッド基板１および接続基板５を搭載する放熱部材８の構成は、第１実施形態と同様である。
次に、上記した第２実施形態に係るサーマルプリントヘッドＡ２の製造方法の一例について、図１９〜図２８を参照して説明する。
まず、図１９に示すように、材料基板１Ａを用意する。材料基板１Ａは、単結晶半導体からなり、例えばＳｉウエハである。材料基板１Ａは、平坦な主面１１Ａを有し、当該主面１１Ａは（１００）面である。
次いで、図２０および図２１に示すように、主面１１Ａに対し、例えば深掘りエッチングを施すことにより、内径１〜１０μｍ、深さ３０〜１００μｍの上記柱状微小細孔１５０Ａを、主走査方向ｘおよび副走査方向ｙに１〜３μｍの間隔をあけて形成する。このように多数の柱状微小細孔１５０Ａを形成する平面領域は、後記する凸部１３の頂面１３０となる領域であり、例えば副走査方向ｙ１００〜２００μｍで、主走査方向ｘに延びる領域である。
次いで、図２２に示すように、上記多数の柱状微小細孔１５０Ａに対して約８００〜１１００℃で熱酸化処理を行うことにより、柱状微小細孔１５０Ａの内面をＳｉＯ2に変化させて、多数の微小柱状蓄熱部材１５０からなる蓄熱部１５を形成する。このとき、ＳｉがＳｉＯ2に変化する際に体積増加を伴うため、柱状微小細孔１５０Ａの少なくとも開口付近はＳｉＯ2で埋められることになる。
次いで、必要に応じて主面１１Ａを研磨するなどして、主面１１Ａに生じた酸化膜を除去した後、主面１１Ａを所定のマスク層で覆った状態で、例えばＫＯＨを用いた異方性エッチングを行うことにより、図２３に示すように、主走査方向ｘに一様断面で延びる凸部中間体１３Ａを形成する。凸部中間体１３Ａは、頂面１３０Ａおよびこの頂面１３０Ａを副走査方向ｙに挟んで位置する一対の傾斜外面１３１Ａを有する。この一対の傾斜外面１３１Ａは、その主面１１に近い一部が一対の第１傾斜外面１３１となるべき面である。頂面１３０Ａは、材料基板１Ａの主面１１Ａが残った平坦面であり、（１００）面である。一対の傾斜外面１３１Ａは、頂面１３０Ａの副走査方向ｙにつながり、頂面１３０Ａから副走査方向ｙに離れるにしたがい低位となるように傾斜する平面である。この状態において、凸部中間体１３Ａの頂面１３０Ａには、上記のように形成した多数の微小柱状蓄熱部材１５０の上端が表れている。一対の傾斜外面１３１Ａの主面１１とのなす角度は、５０〜６０度である。
次いで、例えばＴＭＡＨを用いた追加の異方性エッチングを行うことにより、図２４に示すように、凸部中間体１３Ａに一対の第２傾斜外面１３２を形成することにより、一対の第１傾斜外面１３１と一対の第２傾斜外面１３２を有する凸部１３を完成させる。この追加の異方性エッチングは、凸部中間体１３Ａの頂面１３０Ａに上端が表れる多数の微小柱状蓄熱部材１５０をマスクとして利用しつつ行うことができる。一対の第２傾斜外面１３２の主面１１とのなす角度α２は、２５〜３５度である。
次いで、図２５に示すように、絶縁層１９を形成する。絶縁層１９の形成は、例えばＣＶＤを用いてＴＥＯＳを堆積させることにより行う。
次いで、図２６に示すように、抵抗体膜４Ａを形成する。抵抗体膜４Ａは、例えばスパッタリングにより絶縁層１９上にＴａＮの薄膜を形成することによって行う。
次いで、図２７に示すように、導電膜３Ａを形成する。導電膜３Ａの形成は、例えばめっきやスパッタリングによりＣｕからなる層を形成することによって行う。
次いで、図２８に示すように、導電膜３Ａおよび抵抗体膜４Ａに選択的なエッチングを施すことにより、主走査方向ｘに分離された抵抗体層４、この抵抗体層４を発熱部４１を残して覆う個別電極層３１、および共通電極層３２の櫛歯部３２４を形成する。
次いで、保護層２を形成する。保護層２の形成は、例えばＣＶＤを用いて絶縁層１９、電極層３および抵抗体層４上にＳｉＮおよびＳｉＣを堆積させることにより行われる。また、保護層２をエッチング等により部分的に除去することにより、パッド用開口２１を形成する。この後は、放熱部材８上へのヘッド基板１および接続基板５の組付け、接続基板５へのドライバＩＣ７の搭載、ワイヤ６１，６２のボンディング、保護樹脂７８の形成等を行うことにより、図１７および図１８に示したサーマルプリントヘッドＡ２が得られる。
この第２実施形態に係るサーマルプリントヘッドＡ２もまた、第１実施形態に係るサーマルプリントヘッドＡ１について上述したのと同様の作用を有する。
加えて本実施形態に係るサーマルプリントヘッドＡ２においては、凸部１３の傾斜外面が第１傾斜外面１３１と第２傾斜外面１３２との２段階の傾斜外面で構成されているため、プラテンローラ９１を介して凸部１３に押圧される印字媒体を引っ掛かりなくより円滑に副走査方向ｙに送ることができる。
もちろん、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に含まれる。
例えば、第２実施形態に係るサーマルプリントヘッドＡ２の構成において、凸部１３の傾斜外面として、第１傾斜外面１３１、第２傾斜外面１３２に加え、第２傾斜外面１３２と頂面１３０との間に、主面１１となす角度が第２傾斜外面１３２よりも小さい第３傾斜外面（図示せず）を設け、凸部１３の表面をよりなだらかなものとすることも、本発明の範囲に含まれる。
さらに、複数の発熱部４１に関して、主走査方向ｘに独立配置した抵抗体層の露出部に選択的に通電して発熱させるあらゆる発熱部の形態を採用できることは、もちろんである。
Ａ１、Ａ２：サーマルプリントヘッド
１ ：ヘッド基板
１Ａ ：材料基板
２ ：保護層
３ ：電極層
３Ａ ：導電膜
４ ：抵抗体層
４Ａ ：抵抗体膜
５ ：接続基板
７ ：ドライバＩＣ
８ ：放熱部材
１１ ：主面
１１Ａ ：主面
１３ ：凸部
１３Ａ ：凸部中間体
１５ ：蓄熱部
１９ ：絶縁層
２１ ：パッド用開口
３１ ：個別電極層
３２ ：共通電極層
４１ ：発熱部
５９ ：コネクタ
６１ ：ワイヤ
６２ ：ワイヤ
７８ ：保護樹脂
９１ ：プラテンローラ
１３０ ：頂面
１３０Ａ ：頂面
１３１ ：第１傾斜外面
１３１Ａ ：傾斜外面
１３２ ：第２傾斜外面
１５０ ：微小柱状蓄熱部材
１５０Ａ ：柱状微小細孔
３１１ ；電極パッド部
３２３ ：共通部
３２４ ：櫛歯部
３２５ ：延長部
ｘ ：主走査方向
ｙ ：副走査方向
α１、α２：角度
１ ：ヘッド基板
１Ａ ：材料基板
２ ：保護層
３ ：電極層
３Ａ ：導電膜
４ ：抵抗体層
４Ａ ：抵抗体膜
５ ：接続基板
７ ：ドライバＩＣ
８ ：放熱部材
１１ ：主面
１１Ａ ：主面
１３ ：凸部
１３Ａ ：凸部中間体
１５ ：蓄熱部
１９ ：絶縁層
２１ ：パッド用開口
３１ ：個別電極層
３２ ：共通電極層
４１ ：発熱部
５９ ：コネクタ
６１ ：ワイヤ
６２ ：ワイヤ
７８ ：保護樹脂
９１ ：プラテンローラ
１３０ ：頂面
１３０Ａ ：頂面
１３１ ：第１傾斜外面
１３１Ａ ：傾斜外面
１３２ ：第２傾斜外面
１５０ ：微小柱状蓄熱部材
１５０Ａ ：柱状微小細孔
３１１ ；電極パッド部
３２３ ：共通部
３２４ ：櫛歯部
３２５ ：延長部
ｘ ：主走査方向
ｙ ：副走査方向
α１、α２：角度
Claims (17)
- 主面を有する基板と、
上記基板の上記主面上に形成され、主走査方向に延びる凸部と、
上記凸部の頂面に主走査方向に配列された複数の発熱部と、を含み、
上記凸部には、その頂面に上端が位置し、上記凸部の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材を、副走査方向所定幅で主走査方向に所定長さ延びる領域に埋設配置することにより、蓄熱部が形成されていることを特徴とする、サーマルプリントヘッド。 - 上記複数の発熱部のそれぞれは、抵抗体層と、当該抵抗体層の一部を露出させるようにして当該抵抗体層上に積層され、相互間を通電可能な上流側導電層および下流側導電層を含んで形成されている、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
- 上記凸部および上記基板のうち、少なくとも上記凸部は、単結晶半導体からなる、請求項１または２に記載のサーマルプリントヘッド。
- 上記凸部および上記基板は、一体の単結晶半導体からなる、請求項３に記載のサーマルプリントヘッド。
- 上記単結晶半導体は、Ｓｉからなり、上記微小柱状蓄熱部材は、ＳｉＯ2からなる、請求項３または４に記載のサーマルプリントヘッド。
- 上記微小柱状蓄熱部材は、上記凸部の頂面に深掘りエッチングにより微小細孔を形成し、当該微小細孔を熱酸化させることにより形成されている、請求項５に記載のサーマルプリントヘッド。
- 上記凸部は、上記頂面と、当該頂面に対して副走査方向両側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する一対の第１傾斜外面を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
- 上記凸部は、上記頂面と、当該頂面に対して副走査方向両側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する一対の第２傾斜外面と、上記一対の第２傾斜外面に対して上記頂面とは副走査方向の反対側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように、上記主面に対して上記一対の第２傾斜外面よりも大きな角度で傾斜する一対の第１傾斜外面を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
- 主面を有する基板と、上記基板の上記主面上に形成され、主走査方向に延びる凸部と、上記凸部の頂面に主走査方向に配列された複数の発熱部と、を含み、上記凸部には、その頂面に上端が位置し、上記凸部の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材を、副走査方向所定幅で主走査方向に所定長さ延びる所定領域に埋設形成することにより、蓄熱部が形成されており、上記凸部は、上記頂面と、当該頂面に対して副走査方向両側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する一対の第１傾斜外面とを含む、サーマルプリントヘッドの製造方法であって、
主面を有する単結晶半導体からなる材料基板の上記主面における上記凸部の上記頂面となるべき領域に上記多数の微小柱状蓄熱部材を埋設配置した後、
上記材料基板の上記主面に対して異方性エッチングを行うことにより、上記一対の傾斜外面と上記頂面とを有する上記凸部を形成することを特徴とする、サーマルプリントヘッドの製造方法。 - 上記多数の微小柱状蓄熱部材は、Ｓｉウエハからなる上記材料基板の上記主面に深掘りエッチングにより上記材料基板の厚み方向に延びる多数の微小細孔を形成し、熱酸化処理を行うことにより上記多数の微小細孔をＳｉＯ2に変化させることにより形成する、請求項９に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
- 上記一対の第１傾斜外面は、上記材料基板の（１００）面である上記主面に対して異方性エッチングを行うことにより形成する、請求項１０に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
- 上記異方性エッチングは、上記材料基板の上記主面のうち、上記多数の微小蓄熱部材が埋設形成された領域をマスクとして行う、請求項１１に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
- 主面を有する基板と、上記基板の上記主面上に形成され、主走査方向に延びる凸部と、上記凸部の頂面に主走査方向に配列された複数の発熱部と、を含み、上記凸部には、その頂面に上端が位置し、上記凸部の深さ方向に所定長さで延びる多数の微小柱状蓄熱部材を、副走査方向所定幅で主走査方向に所定長さ延びる所定領域に埋設形成することにより、蓄熱部が形成されており、上記凸部は、上記頂面と、当該頂面に対して副走査方向両側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように上記主面に対して傾斜する一対の第２傾斜外面と、上記一対の第２傾斜外面に対して上記頂面とは副走査方向の反対側につながり、かつ当該頂面から副走査方向に離れるにしたがって低位となるように、上記主面に対して上記一対の第２傾斜外面よりも大きな角度で傾斜する一対の第１傾斜外面とを含みを含む、サーマルプリントヘッドの製造方法であって、
主面を有する単結晶半導体からなる材料基板の上記主面における上記凸部の上記頂面となるべき領域に上記多数の微小柱状蓄熱部材を埋設配置した後、
上記材料基板の上記主面に対して異方性エッチングを行うことにより、上記一対の第１傾斜外面と、上記第２傾斜外面と、上記頂面とを有する上記凸部を形成することを特徴とする、サーマルプリントヘッドの製造方法。 - 上記多数の微小柱状蓄熱部材は、Ｓｉウエハからなる上記材料基板の上記主面に深掘りエッチングにより上記材料基板の厚み方向に延びる多数の微小細孔を形成し、熱酸化処理を行うことにより上記多数の微小細孔をＳｉＯ2に変化させることにより形成する、請求項１３に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
- 上記一対の第１傾斜外面および上記一対の第２傾斜外面は、上記材料基板の（１００）面である上記主面に対して異方性エッチングを行うことにより上記一対の第１傾斜外面となるべき一対の傾斜外面を形成した後、追加の異方性エッチングを行うことにより、上記一対の第２傾斜外面を形成することにより形成する、請求項１４に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
- 上記追加の異方性エッチングは、上記材料基板の上記主面のうち、上記多数の微小蓄熱部材が埋設形成された領域をマスクとして行う、請求項１５に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
- Ｓｉからなるヘッド基板の主面に配列される複数の発熱部の下位に蓄熱部を有するサーマルプリントヘッドの製造方法であって、
上記蓄熱部は、Ｓｉウエハからなる材料基板の主面に深掘りエッチングにより上記材料基板の厚み方向に延びる多数の微小細孔を形成し、熱酸化処理を行うことにより上記多数の微小細孔をＳｉＯ2に変化させることにより形成することを特徴とする、サーマルプリントヘッドの製造方法。
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