JP3124870B2 - サーマルヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

サーマルヘッドおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サーマルプリンタに使
用されるサーマルヘッドに係り、特に、サーマルヘッド
のリアルエッジ化および熱転写プリンタにおける印字品
位の改良ができるサーマルヘッドおよびサーマルヘッド
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】サーマルプリンタに搭載されるサーマル
ヘッドは、複数個の発熱素子を基板上に直線的に配列
し、所望の印字情報に基づいていずれかの発熱素子に選
択的に順次通電を行なって発熱素子を加熱させることに
より、感熱プリンタにおいては感熱記録紙を発色させ、
熱転写プリンタにおいてはインクリボンのインクを部分
的に溶融して普通紙に転写して印字を行なうようになっ
ている。
【0003】図5は従来の一般的なサーマルヘッドを示
したもので、アルミナ等の絶縁性材料からなる基板1上
には、ガラス等からなる保温層2が形成されており、こ
の保温層2は、その上面が円弧状となるように形成され
ている。この保温層2の頂部2aには、複数個の発熱抵
抗体3が直線状に整列して形成されており、この発熱抵
抗体3は、Ta2 N等からなる発熱抵抗体3の材料を蒸
着あるいはスパッタリング等により保温層2の表面に被
着した後、フォトリソ技術によりエッチングすることに
より形成するようになされている。これら発熱抵抗体3
の上面一側には、各発熱抵抗体3に接続される共通電極
4aが積層されており、前記各発熱抵抗体3の他側に
は、各発熱抵抗体3に独立して通電を行なうための個別
電極4bがそれぞれ積層されている。前記共通電極4a
および個別電極4bは、例えば、Al、Cu等からな
り、蒸着、スパッタリング等により被着された後、エッ
チングにより所望形状のパターンに形成されている。
【0004】さらに、これら発熱抵抗体3、共通電極4
a、個別電極4b、露出している基板1および保温層2
の表面には、前記発熱抵抗体3および各電極4a、4b
を保護するほぼ7〜10μmの膜厚の保護層5が形成さ
れており、この保護層5は、前記各電極4a、4bの端
子部以外のすべての表面を被覆するようになされてい
る。
【0005】このような従来のサーマルヘッドにおいて
は、共通電極4aの幅を広く形成することでその抵抗値
を低く形成する必要があったため、図5に示すように、
発熱抵抗体3の発熱部3aはサーマルヘッド基板1の中
央または端部寄りに設けられており、発熱抵抗体3の発
熱部3aから基板1端部までの距離は数mm以上を有し
ていた。
【0006】しかし、近年、サーマルヘッドの発熱抵抗
体3をより基板1の端部に配置するリアルエッジ化の要
請が高まってきており、基板1の共通電極4a側のスペ
ースを大幅に削減する必要にせまられている。このよう
なサーマルヘッドのリアルエッジ化は、ヘッドとプラテ
ンの圧接圧の損失を低減し、印字エネルギー効率を向上
させることができ、また、インクリボンを用いる熱転写
プリンタにおいては、ワックス系のインクから樹脂系の
インクまで幅広く使用でき、ラフ紙の印字品位を著しく
改善することができるという利点を有するものである。
【0007】しかしながら、例えば、エッジ距離を0.
2mm以下とするようなサーマルヘッドのリアルエッジ
化を図ると、共通電極4aの配置スペースが著しく少な
くなってしまうため、共通電極4aの幅寸法を極めて細
く形成しなければならず、その結果、共通電極4aが抵
抗体化してその抵抗値が上昇してしまい、発熱抵抗体3
の両端と中央部との電圧降下の差が大きくなってしま
う。また、共通電極4aの電流容量不足を招き、各発熱
抵抗体3に通電した場合に、共通電極4aが溶断してし
まう等の不具合が発生し、実用性の高いリアルエッジヘ
ッドを製造することは極めて困難であった。
【0008】また、リアルエッジ化を図るサーマルヘッ
ドの他の電極としては、図示はしないが、例えば、折り
返し電極やクシ型電極として共通電極を個別電極と同一
方向に導出するものがあるが、共通電極と個別電極を同
一方向に導出するため300dpiの解像度とした場合
には600dpiの解像度とした場合と同等の加工精度
が要求され、同様に400dpiの解像度とした場合に
は800dpiの解像度とした場合と同等の高精細な加
工技術が要求されるというように、製造工数の増大と相
まって歩留まりの低下や信頼性の低下を招くとともに、
製造コストの増大を招いてしまうという欠点を有してい
る。
【0009】さらに、サーマルヘッド基板の端面から裏
側に共通電極を形成するものがあるが、基板を分割、研
磨してから電極形成を行なうため、製造工数が多く、製
造効率の低下を招き、さらに、0.2mm以内のリアル
エッジ化の信頼性も極めて低いという欠点がある。
【0010】また、基板の端面を研磨して保温層を形成
し、その上面に発熱素子を形成した端面ヘッドは、前述
したものと同様に製造工数が多くなり、リアルエッジ化
を図った場合の量産性が劣り、コスト高の欠点を有す
る。
【0011】これらの点に鑑み従来から、発熱部分で共
通電極を多層配線構造とすることにより、リアルエッジ
化を達成しようとするものがある。これは、保温層上に
金属からなる導電層を形成し、その上にSiO2 等から
なる層間絶縁層をエッチング等の手段により積層形成し
た後、この層間絶縁層をフォトリソ技術で部分的に除去
し、この上に発熱抵抗体を積層することにより、導電層
と発熱抵抗体とを電気的に接続するようにしたものであ
り、高温に発熱する発熱抵抗体の真下に層間絶縁層と導
電層とが層状に形成されるようになされている。
【0012】このような多層配線構造によるサーマルヘ
ッドにおいては、所望の印字信号に基づいて個別電極を
介して所望の発熱抵抗体に通電した場合に、リアルエッ
ジ化により幅寸法が極細に形成された共通電極の他に、
前記導電層を介して端子部分に送られることになるの
で、前記共通電極の抵抗値が上昇してしまうことがな
く、発熱抵抗体の部分電圧差の発生、共通電極の電流容
量不足等の発生を防止することができ、高品質な印字を
行なうことができるものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のサ
ーマルヘッドにおいては、導電層の上面に層間絶縁層が
積層して形成されており、しかも、これら各層が高温に
発熱する発熱抵抗体の真下に形成されていることから、
各層相互の応力ストレスが大きく、熱衝撃に対する各層
相互間の密着力の信頼性が著しく低下してしまい、ま
た、層間絶縁層をエッチングにより形成するため、層間
絶縁層と導電層との表面に段差が生じてしまい、この段
差により発熱抵抗体と導電層との接続不良が生じるおそ
れがあり、さらに、層間絶縁層をスパッタ等の蒸着方式
で形成すると、異物等により層間絶縁層にピンホールが
発生し、層間絶縁層の絶縁不良が生じてしまうという問
題を有している。
【0014】また、そのため層間絶縁層の膜厚を厚く形
成するようにすると、前述の各層相互の応力アンバラン
スの増大を招くとともに、エッチング段差量の増大によ
る接続不良等の信頼性の著しい低下を招いてしまうとい
う問題を有している。
【0015】本発明は前述した従来における問題点を克
服し、多層配線構造とした場合であっても、各層の接続
不良や絶縁不良の発生を確実に防止することができ、リ
アルエッジ化しても製造が容易で、信頼性を維持するこ
とのできるサーマルヘッドおよびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1に記載のサーマルヘッドは、基板上の発熱
部に対応する位置に保温層を突出形成し、この基板およ
び保温層の上面にサーメット材料あるいはシリサイド
料からなる導電層を形成し、この導電層のうち、共通電
極の配設部および外部端子との接続部以外の部分に前記
導電層の表面を熱酸化してなる絶縁層を形成し、複数個
の発熱抵抗体を、その両端部がそれぞれ前記絶縁層およ
び前記導電層の上に位置するように直線状に整列して
形成し、前記発熱抵抗体の前導電が露出している
と反対側の端部上面に個別電極を接続形成し前記発熱
抵抗体の前記導電層が露出している端部上面に共通
電極を接続形成したことを特徴とする。
【0017】また、請求項に記載のサーマルヘッドの
製造方法は、基板上の発熱部に対応する位置に保温層を
突出形成し、この基板および保温層の上面にサーメット
材料あるいはシリサイド材料からなる導電層を積層する
工程と、この導電層上に導電性材料よりなる熱酸化用
スク層を積層する工程と、このマスク層のうち、共通電
の配設部および外部端子との接続部の形成位置に対応
する位置にマスクパターンを形成する工程と、前記マス
クパターンによるマスク層形成部分以外の導電層の表面
に酸化雰囲気中で熱酸化処理により酸化して絶縁層を形
成する工程と、複数個の発熱抵抗体を、その両端部がそ
れぞれ前記絶縁層および前記導電層の上に位置するよ
うに直線状に整列して形成する工程と、前記発熱抵抗体
の前導電が露出していると反対側の端部上面に個
別電極を接続形成するとともに、前記発熱抵抗体の前記
導電層が露出している端部上面に共通電極を接続
成する工程とからなることを特徴とする。
【0018】好ましくは、前記導電層をTa−SiO
2 からなるサーメット材料、Ta−Siからなるシリ
サイド材料により形成した後、熱酸化処理を行ない、前
記導電層の表面にTa2 5 /SiO2 からなる絶縁層
を形成したことを特徴とする。
【0019】また、前記マスク層を導電性材料により形
成し、熱酸化処理後、このマスク層を除去せずに発熱抵
抗体を形成するようにしたことを特徴とする。
【0020】
【作用】前述した本発明によれば、基板の略全面に共通
電極と同じ作用の導電層が配設されているので、共通電
極の他に前記導電層を介して電流が流れることになり、
各発熱抵抗体に対して均等な電圧を印加することがで
き、サーマルヘッドのリアルエッジ化に適正に対応する
ことができるものであり、また、前記導電層と発熱抵抗
体との絶縁を熱酸化処理によるTa2 5 あるいはSi
2 からなる絶縁層により行なうようにしているので、
導電層のピンホール内部も十分酸化されて絶縁性を有す
ることになり、しかも、導電層と一体的に形成できるた
め、絶縁性、密着性を著しく高めることが可能となる。
また、絶縁層の表面と導電層の露出部の表面との高さを
略同一とすることができ、段差の少ない状態でその上面
に発熱抵抗体を形成することができ、発熱抵抗体と導電
層との電気的な接続を確実に行なうことができ、さら
に、前記導電層の熱酸化工程は、絶縁層の形成と同時に
基板全体を高温アニーリングすることになるので、多層
配線基板の機械的、熱的信頼性を確保することができる
ものである。
【0021】
【実施例】図1は本発明のサーマルヘッドの一実施例を
示すものであり、図2は本発明のサーマルヘッドの多層
配線基板Bの実施例を示す。
【0022】図1は本発明に係るサーマルヘッドの一実
施例を示したもので、セラミック基板等の絶縁性基板1
1の上には、ガラス等からなる保温層12が円弧状に突
出形成されており、これらの基板11および保温層12
の上面には、導電層13が成膜されている。この導電層
13のサーマルヘッドの共通電極17aの配設部および
外部端子(図示せず)との接続部以外の部分の上面に
は、絶縁層15が形成されており、その他の部分は、導
電層13が露出されるようになされている。前記絶縁層
15の表面と導電層13の露出部13aの表面との高さ
は略同一とされている。
【0023】また、前記導電層13と絶縁層15との上
面には、発熱抵抗体16の材料が蒸着あるいはスパッタ
リング等により被着されており、その後、フォトリソ技
術によりエッチングすることにより、複数個の発熱抵抗
体16がその両端部がそれぞれ前記導電層13および絶
縁層15の上側に位置するように直線状に整列して形成
されている。また、これら各発熱抵抗体16の導電層1
3側端部上面には、各発熱抵抗体16に接続される共通
電極17aが積層されており、前記各発熱抵抗体16の
絶縁層15側端部上面には、各発熱抵抗体16に独立し
て通電を行なうための個別電極17bがそれぞれ接続さ
れている。
【0024】さらに、これら発熱抵抗体16、共通電極
17a、個別電極17b、露出している基板11および
保温層20の表面には、前記発熱抵抗体16および各電
極17a、17bを保護するほぼ7〜10μmの膜厚の
保護層18が形成されており、この保護層18は前記各
電極17a、17bの端子部以外のすべての表面を被覆
するようになされている。
【0025】次に、本実施例におけるサーマルヘッドの
製造方法について、図3に示す多層配線基板Bの製造工
程を示すフローチャートを参照して説明する。
【0026】まず、図2において、アルミナ等からなる
平板状の基板11の上面に、上面が円弧状に形成された
ガラス等からなる保温層12を突出形成する(ステップ
ST1)。
【0027】そして、前記基板11および保温層12の
上面に、Ta−SiO2 サーメットからなる導電層13
を略2〜10μmの膜厚となるように、蒸着法またはス
パッタリング等により成膜する(ステップST2)。な
お、前記導電層13は、Ta−SiO2 サーメット以外
にも、例えば、Ta−Siシリサイド等のシリサイド抵
抗体材料により形成することができる。特に、Ta−S
iシリサイドを適用した場合は、反応性スパッタリング
で膜の応力や導電率を制御することができるとともに、
Ta−SiはTa−SiO2 よりも高速成膜が可能であ
るため、生産性に優れている。
【0028】次に、前記導電層13の上面のサーマルヘ
ッドの共通電極7a配設部および外部端子(図示せず)
との接続部に対応する位置に、耐熱性と耐酸化性を有す
るAlからなるマスク層14を蒸着法により略0.2μ
mの膜厚に積層形成する(ステップST3)。なお、前
記マスク層14はAlに限定されるものではなく、Au
等の耐酸化性金属、ITO、RuO2 等の耐酸化性導電
性セラミックスまたはSiO2 、Si3 4 等の耐酸化
性絶縁性セラミックス等を適用することができる。
【0029】そして、フォトリソ技術により共通電極1
7aの配設部および外部端子接続部にマスクパターンを
形成する(ステップST4)。
【0030】その後、酸素雰囲気の熱処理炉を用いて6
00℃以上で導電層13の表面を強制酸化することによ
り、略1μmのTa2 5 /SiO2 からなる絶縁層1
5を形成する(ステップST5)。そして、前記マスク
層14をエッチング等で除去することにより、本発明の
多層配線基板Bの製造が完成する(ステップST6)。
このとき、マスク層14の材料として導電性マスク材料
を用いた場合は、そのまま導電層13に対する導電性を
確保することができるので、マスク層14を除去する必
要がなく、これにより、工数低減を図ることができる。
【0031】そして、この多層配線基板B上に、従来の
サーマルヘッドと同様の製造工程により、発熱抵抗体1
6、各電極17a、17bおよび保護層18を積層およ
びパターン形成することで、図1に示すようなリアルエ
ッジサーマルヘッドを製造することができる。
【0032】次に、本実施例の作用について説明する。
【0033】本実施例においては、所望の印字信号に基
づいて個別電極17bを介して所望の発熱抵抗体16に
通電した場合に、基板11の略全面に共通電極17aと
同じ作用の導電層13が配設されているので、共通電極
17aの他に前記導電層13を介して電流が流れること
になり、各発熱抵抗体16に対して均等な電圧を印加す
ることができるようになっている。
【0034】この場合に、本実施例においては、導電層
13と発熱抵抗体16との絶縁を熱酸化処理によるTa
2 5 /SiO2 からなる絶縁層15を用いるようにし
ているので、導電層13のピンホール内部も絶縁性を有
することになり、しかも、導電層13と一体的に形成で
きるため、絶縁性、密着性を著しく高めることが可能と
なる。さらに、前記導電層13の熱酸化工程は、絶縁層
15の形成と同時に基板11全体を高温アニーリングす
ることになるので、本発明の多層配線基板Bの機械的、
熱的信頼性を確保することができる。
【0035】また、本実施例においては、導電層13の
表面を熱酸化処理することにより、絶縁層15を一体に
形成するようにしているので、絶縁層15の表面と導電
層13の露出部13aの表面との高さを略同一とするこ
とができ、段差の少ない状態でその上面に発熱抵抗体1
6を形成することができ、発熱抵抗体16と導電層13
との電気的な接続を確実に行なうことができる。
【0036】したがって、本実施例のサーマルヘッドに
よれば、共通電極17aの配線部のスペースが極限に近
くリアルエッジ化されても、基板11の略全面に共通電
極17aと同じ作用の導電層13が配設されているの
で、各発熱抵抗体16に対して電圧を均等に印加するこ
とが可能となり、印字濃度ムラや電流容量不足による不
都合等を確実に防止することができ、適正なリアルエッ
ジ化を図ることができる。このように適正なリアルエッ
ジ化を図ることが可能となるので、基板11の小型化を
図ることができ、製造コストを低減させることができ、
また、従来のラインサーマルヘッドで使用できなかった
樹脂系インクリボンが使用できるようになり、ラフ紙印
字品位を顕著に改善することができる。さらに、リアル
エッジ化したヘッドはプラテンに対して発熱素子の圧接
圧の損失が少なくなり、省電力化を図ることができる。
【0037】また、導電層13と発熱抵抗体16とを熱
酸化処理による絶縁層15により絶縁するようにしてい
るので、絶縁層15と導電層13とを一体に、かつ、そ
の高さを略同一に形成することができ、絶縁性、密着性
を著しく高めることができ、しかも、発熱抵抗体16と
導電層13との電気的な接続を確実に行なうことがで
き、さらに、導電層13の熱酸化工程時の高温アニーリ
ングにより多層配線基板Bの機械的、熱的信頼性を確保
することができる。
【0038】また、図4は本発明のサーマルヘッドの多
層配線基板Bの他の実施例を示したものであり、本実施
例のサーマルヘッドにおいては、前記基板11の発熱部
近傍以外の部分における前記基板11と前記導電層13
との間に金属導電層13aを介装するようにしたもので
あり、その多層配線基板Bを導電層13と金属導電層1
3aとによる二層構造としたものである。
【0039】本実施例においては、導電層13を流れる
電流の一部を金属導電層13aに流すことにより、導電
層13の低抵抗化を図ることができるものである。
【0040】なお、本発明は前述した実施例に限定され
るものではなく、必要に応じて変更することができる。
例えば、導電層13を形成しているので、本実施例にお
ける共通電極17bを省略するようにしてもサーマルヘ
ッドを形成することが可能となる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明のサーマルヘ
ッドは、板上の発熱部に対応する位置に保温層を突出形
成し、この基板および保温層の上面にサーメット材料あ
るいはシリサイド材料からなる導電層を形成し、この導
電層のうち、共通電極の配設部および外部端子との接続
部以外の部分に前記導電層の表面を熱酸化してなる絶縁
層を形成し、複数個の発熱抵抗体を、その両端部がそれ
ぞれ前記絶縁層および前記導電層の上面に位置するよう
に直線状に整列して形成し、前記発熱抵抗体の前記導電
が露出している側と反対側の端部上面に個別電極を接
続形成し、前記発熱抵抗体の前記導電層が露出している
側の端部上面に共通電極を接続形成したので、各発熱抵
抗体に対して均等な電圧を印加することができ、サーマ
ルヘッドのリアルエッジ化に適正に対応することができ
る。その結果、印字濃度ムラや電流容量不足による不都
合等を確実に防止することができ、基板の小型化を図る
ことができるとともに、製造コストを低減させることが
できる。また、樹脂系インクリボンが使用できるように
なり、ラフ紙印字品位を顕著に改善することができ
、さらに、プラテンに対する発熱素子の圧接圧の損失
を低減させ、省電力化を図ることができる。
【0042】一方、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、基板上の発熱部に対応する位置に保温層を突出形成
し、この基板および保温層の上面にサーメット材料ある
いはシリサイド材料からなる導電層を積層する工程と、
この導電層上に導電性材料よりなる熱酸化用マスク層を
積層する工程と、このマスク層のうち、共通電極の配設
部および外部端子との接続部の形成位置に対応する位置
にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパター
ンによるマスク層形成部分以外の導電層の表面に酸化雰
囲気中で熱酸化処理により酸化して絶縁層を形成する工
程と、複数個の発熱抵抗体を、その両端部がそれぞれ前
記絶縁層および前記導電層の上面に位置するように直線
状に整列して形成する工程と、前記発熱抵抗体の前記導
が露出していると反対側の端部上面に個別電極を
接続形成するとともに、前記発熱抵抗体の前記導電層が
露出している側の端部上面に共通電極を接続形成する工
程とからなるので、絶縁層と導電層とを一体に、かつ、
その高さを略同一に形成することができ、絶縁性、密着
性を著しく高めることができ、発熱抵抗体と導電層との
電気的な接続を確実に行なうことができるし、さらに、
導電層の熱酸化工程時の高温アニーリングにより多層配
線基板の機械的、熱的信頼性を確保することができる等
の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリアルエッジサーマルヘッドの断面図
【図2】本発明の平板状多層配線基板の断面図
【図3】本発明の多層配線基板の製造工程を示す工程図
【図4】本発明の他の実施例を示す断面図
【図5】従来のサーマルヘッドを示す断面図
【符号の説明】
11 基板 12 保温層 13 導電層 14 マスク層 15 絶縁層 16 発熱抵抗体 17a 共通電極 17b 個別電極 18 保護層 B 多層配線基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/335

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上の発熱部に対応する位置に保温層
    を突出形成し、この基板および保温層の上面にサーメッ
    ト材料あるいはシリサイド材料からなる導電層を形成
    し、この導電層のうち、共通電極の配設部および外部端
    子との接続部以外の部分に前記導電層の表面を熱酸化し
    てなる絶縁層を形成し、複数個の発熱抵抗体を、その
    端部がそれぞれ前記絶縁層および前記導電層の上に位
    置するように直線状に整列して形成し、前記発熱抵抗体
    の前導電が露出していると反対側の端部上面に個
    別電極を接続形成し前記発熱抵抗体の前記導電層が露
    出している端部上面に共通電極を接続形成したこと
    を特徴とするサーマルヘッド。
  2. 【請求項2】 基板上の発熱部に対応する位置に保温層
    を突出形成し、この基板および保温層の上面にサーメッ
    ト材料あるいはシリサイド材料からなる導電層を積層す
    る工程と、この導電層上に導電性材料よりなる熱酸化用
    マスク層を積層する工程と、このマスク層のうち、共通
    電極の配設部および外部端子との接続部の形成位置に対
    応する位置にマスクパターンを形成する工程と、前記マ
    スクパターンによるマスク層形成部分以外の導電層の表
    面に酸化雰囲気中で熱酸化処理により酸化して絶縁層を
    形成する工程と、複数個の発熱抵抗体を、その両端部が
    それぞれ前記絶縁層および前記導電層の上に位置する
    ように直線状に整列して形成する工程と、前記発熱抵抗
    の前導電が露出していると反対側の端部上面
    個別電極を接続形成するとともに、前記発熱抵抗体の
    記導電が露出している層側端部上面に共通電極を接続
    形成する工程とからなることを特徴とするサーマルヘッ
    ドの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記導電層をTa−SiO2 からなる
    サーメット材料、Ta−Siからなるシリサイド材料に
    り形成した後、熱酸化処理を行ない、前記導電層の表
    面にTa2 5 /SiO2 からなる絶縁層を形成したこ
    とを特徴とする請求項に記載のサーマルヘッドの製造
    方法。
  4. 【請求項4】 前記マスク層を導電性材料により形成
    し、熱酸化処理後、このマスク層を除去せずに発熱抵抗
    体を形成するようにしたことを特徴とする請求項に記
    載のサーマルヘッドの製造方法。
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