JP3298780B2 - サーマルヘッドおよびサーマルヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
示したもので、アルミナ等の絶縁性材料からなる放熱基
板(以下、基板という)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が紙面垂直方向に直
線状に整列して形成されている。この発熱抵抗体3は、
Ta−SiO2 等からなる発熱抵抗体3の材料をスパッ
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。
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5〜10μm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。
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11に示すよう
に、発熱抵抗体3の発熱部3aはサーマルヘッドの基板
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端部までの寸法(以下、エッ
ジ距離Lという)は1mm以上を有していた。
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。
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。
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。
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4aを個別電極4
bと同一方向に導出するものがあるが、共通電極4aと
個別電極4b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。
ら裏側に共通電極4aを形成するものがあるが、基板1
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。
形成し、その上面に発熱抵抗体3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。
共通電極4a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2上に金属からなる導電層6を形成し、その上にSi
O2 等からなる層間絶縁層7をスパッタリング等の手段
により積層形成した後、この層間絶縁層7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3を積層す
ることにより、導電層7と発熱抵抗体3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3の真下に層間絶縁層7と導電層6とが層状に形成さ
れるようになされている。
ッドにおいては、所望の印字信号に基づいて個別電極4
bを介して所望の発熱抵抗体3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4
aの他に、前記導電層6を介して端子部に送られること
になるので、前記共通電極4aの抵抗値が上昇してしま
うことがなく、発熱抵抗体3の部分電圧差の発生、共通
電極4a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。
ーマルヘッドにおいては、導電層6の上面に層間絶縁層
7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3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7をエッチングにより形成するた
め、層間絶縁層7と導電層6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3と導電層6との接続
不良が生じるおそれがあり、さらに、層間絶縁層7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7にピンホールが発生し、層間絶縁層7の絶縁不良
が生じてしまうという問題を有している。
絶縁層7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。
ーマルヘッドは、連結されるサーマルヘッドブロック8
は通常のサーマルヘッドと同じ層構成であるが、共通電
極4aの端子9が左右いずれか一方だけに設けられてい
る点が主な相違点である。すなわち、従来の連結型サー
マルヘッドは、互いに左右対称の形状を有する2本のサ
ーマルヘッドブロック8、8を連結用の基板1に接着し
たものである。
ックを2本としているのは、図12に示す共通電極4a
の端子9、9がそれぞれのサーマルヘッドブロック8で
左右いずれかにしか形成できないためである。つまり、
これは3本以上のサーマルヘッドブロック8を連結する
場合、左端と右端以外の中央部にあるサーマルヘッドブ
ロック8の共通電極4aを端子9に繋ぐ実用的な手だて
がなかったためでもある。
服し、多層配線構造とした場合に、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がで
き、さらには、サーマルヘッドブロックの連結数が3本
以上であっても共通電極の端子接続に支障のないサーマ
ルヘッドおよびサーマルヘッドの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
のサーマルヘッドは、放熱基板上に保温層、導電層、層
間絶縁層、発熱抵抗体、共通電極、個別電極および保護
層を積層してなるサーマルヘッドであって、前記導電層
は、窒化物または酸化物と金属との融合体からなり、前
記層間絶縁層は、少なくとも前記導電層の酸化膜をもっ
て形成されており、前記導電層の酸化膜を第一層間絶縁
層とし、この第一層間絶縁層の上に積層された絶縁性セ
ラミックを第二層間絶縁層とする複層の層間絶縁層であ
ることを特徴としており、前記導電層を前述のような材
料により形成することで、高温の熱酸化処理を行なって
も、基板との密着性に優れたものとすることができ、ま
た、第一層間絶縁層が導電層の表面酸化により形成され
ているため、第二層間絶縁層は1μm以下の薄い絶縁層
としても十分な絶縁性が得られ、絶縁層の表面と導電層
の表面との高さの段差を小さいものとすることができる
ため、その上面に形成する発熱抵抗体および電極と導電
層との電気的な接続を確実に行なうことができ、多層配
線化による信頼性および歩留り低下を完全に解消するこ
とができる。
は、請求項1に記載のサーマルヘッドにおいて、前記第
二層間絶縁層は、シリコンの窒化物、シリコンの酸化
物、アルミニウムの窒化物およびアルミニウムの酸化物
のうちの少なくとも一種からなることを特徴としてお
り、絶縁性の信頼度を飛躍的に高めることができる。
製造方法は、放熱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抵抗体
材料からなる導電層を積層する工程と、この導電層上に
耐酸化性のマスク層を積層する工程と、このマスク層の
共通電極およびこの共通電極の外部回路接続部の形成位
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またはプラズマ酸化して第
一層間絶縁層を形成する工程と、この第一層間絶縁層上
に絶縁性セラミック材料からなる絶縁層を積層し、共通
電極およびこの共通電極の端子部の形成位置に対応する
位置をフォトリソ技術でエッチングして前記導電層を露
出させて、第二層間絶縁層を形成する工程と、両端部が
それぞれ前記第二層間絶縁層および前記導電層の上側に
位置するように所定の発熱抵抗体を形成する工程と、こ
の発熱抵抗体の上面の前記第二層間絶縁層側の端部に個
別電極を形成するとともに、前記導電層側の端部に共通
電極を形成する工程と、これらの最上面に保護層を積層
形成する工程とからなることを特徴としている。
を形成しているので、導電層のピンホール内部も十分に
酸化されて絶縁性を有することとなり、しかも導電層と
一体的に形成できるため、段差がなく、絶縁性、密着
性、耐熱性の著しく高いものとなる。また、第一層間絶
縁層の上面にはさらに絶縁性、密着性、耐熱性に優れた
第二層間絶縁層を被覆形成しているので、絶縁性の信頼
度を向上させることができる。
の製造方法は、請求項3に記載のサーマルヘッドの製造
方法において、前記耐酸化性のマスク層は、二酸化シリ
コンで形成されることを特徴とし、請求項5に記載のサ
ーマルヘッドの製造方法は、請求項3に記載のサーマル
ヘッドの製造方法において、前記耐酸化性マスク層は、
モリブデンシリサイドで形成されることを特徴としてい
る。
から図10について説明する。
マルヘッドの断面図であり、図2は同じく平面図を示す
ものである。また、図3は製造途中の多層配線基板を示
すものである。
等からなる絶縁性基板11の上に、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、低熱伝導性で低熱膨
張性の金属の窒化物と金属との融合体からなる導電層1
3がスパッタ蒸着等により略3〜10μmの厚みに成膜
されている。前記金属の窒化物と金属との融合体として
は、窒化アルミとタンタルの融合体が好適であるが、こ
の金属の窒化物と金属との融合体の代りに、金属の酸化
物と金属との融合体を用いることも可能であり、その場
合には、酸化アルミとタンタルの融合体が好適である。
そして、前記導電層13の膜形成をスパッタリング法で
行なうときに用いられるターゲット材料は、前者の場合
は、窒化アルミとタンタルの焼結体、後者の場合は酸化
アルミとタンタルの焼結体であり、その組成比として
は、いずれもタンタルが50〜70%であるものが後述
する機能を満たすのに好適であり、本実施形態として
は、タンタルが60%、窒化アルミが40%の組成から
なる焼結ターゲットを用いた。なお、前記導電層13
は、高融点金属のホウ化物、窒化物、ケイ化物の導電性
セラミックに代えることも可能である。
ーマルヘッドの共通電極17aの配設部および外部回路
との接続部を耐酸化性のマスク層14で覆ってから導電
層13を熱酸化することにより、層間絶縁層15が略1
〜2μmの厚みに形成されている。この時、層間絶縁層
15から導電層13を部分的に露出させることにより、
導電パッド部13a、13bが露出するように形成され
ている。前記層間絶縁層15の表面と導電層13の導電
パッド部13aの表面との高さの落差は略1μm以内で
あり、かつエッジが滑らかな形状に形成されている。
耐酸化性を有するマスク層14は、絶縁性の二酸化シリ
コンまたは導電性のモリブデンシリサイド等からなり、
略0.3μmの厚みにスパッタ蒸着等により導電層13
と連続的に成膜した後、フォトリソ技術により、二酸化
シリコンを用いた場合は、バッファードフッ酸(BH
F)でエッチング除去することにより共通電極多層配線
基板を完成させる。一方、モリブデンシリサイドを用い
る場合は、CF4 +O2 ガスによりドライエッチングし
てマスクパターンを形成し、熱酸化処理工程を施す。な
お、この場合、モリブデンシリサイドは導電性であるの
で、マスク層14の除去は任意となる。これらのエッチ
ャントに対して、導電層13および層間絶縁層15には
窒化アルミおよびアルミナが耐エッチング材料となって
保護作用を行なうように材料の選択がなされている。
の形成のための酸化処理は、ガラス等からなる保温層1
2の耐熱限界の関係から、温度700℃で3〜9時間、
大気雰囲気中で熱処理して形成するものとする。なお、
導電層13の前記熱酸化処理はプラズマ酸化処理に代え
ることも可能である。
aと層間絶縁層15との上面には、発熱抵抗体16の材
料、例えばTa−SiO2 等が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、CF
4 +O2 ガスでエッチングすることにより、複数個の発
熱抵抗体16が形成され、その両端部がそれぞれ前記導
電層13の導電パッド部13aと層間絶縁層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13の導電パッド
部13aの上面には、各発熱抵抗体16に接続される共
通電極17aがアルミまたは銅等のスパッタリング等で
略1〜2μmの厚みに積層されている。この共通電極1
7aは発熱抵抗体16を外れた位置において導電層13
と接続されている。層間絶縁層15の上面には、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17
bが共通電極17aと同様にしてそれぞれ形成されて接
続されている。両電極17a,17bの構成はアルミま
たは銅の単層構成で説明したが、この他に薄く形成した
高融点金属モリブデン、タングステン等との2層構造と
した方が、より高精度に発熱抵抗体16を構成すること
ができる。これについては、第2実施形態として後述す
る。
通電極17a、個別電極17b、露出している層間絶縁
層15等の表面を酸化および摩擦から保護するため、サ
イアロン等からなるほぼ5〜10μmの膜厚の保護層1
8が形成されており、この保護層18は、前記各電極1
7a,17bの外部回路接続部(図示せず)以外の全て
の表面を被覆するようになされている。
の多層配線基板の製造方法について、図4に示すフロー
チャートを参照して説明する。
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を突出して形成する(ス
テップST1)。
上面に、タンタル窒化アルミのサーメットからなる導電
層13を略3〜10μmの膜厚となるように、スパッタ
リング等で成膜する(ステップST2)。
酸化性を有する二酸化シリコンまたはモリブデンシリサ
イドからなるマスク層14を、スパッタリングにより略
0.3μmの膜厚に積層形成する(ステップST3)。
リコンの場合は、バッファードフッ酸により、またモリ
ブデンシリサイドの場合は、CF4 +O2 ガスによりエ
ッチングして、共通電極17aの配線部および外部回路
接続部に対応する位置にマスクパターンを形成する(ス
テップST4)。
導電層13および層間絶縁層15に含まれる窒化アルミ
や酸化アルミをエッチングすることがなく、十分な選択
性を有するので、多層配線の信頼度を高いものとでき
る。
略700℃で数時間、露出した導電層13を強制酸化す
ることにより、略1〜2μmの五酸化タンタルとアルミ
ナからなる層間絶縁層15を形成する(ステップST
5)。そして、前記マスク層14をエッチング除去する
ことにより、本発明の共通電極多層配線基板の製造が完
成する(ステップST6)。このとき、マスク層14の
材料にモリブデンシリサイドを用いた場合は、熱酸化後
も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、これにより工程数低減を図ること
ができる。
ような製造工程により発熱抵抗体16、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および図2に示すようなリアルエッジサーマ
ルヘッドを製造する。
ルヘッドの複数倍の面積を有する放熱基板11上に複数
のサーマルヘッドの保温層12、導電層13、層間絶縁
層15、発熱抵抗体16、共通電極17a、個別電極1
7b、保護層18を形成してなるサーマルヘッドユニッ
ト20を形成した後に、これらのサーマルヘッドユニッ
ト20を個々のサーマルヘッドブロック21,21に切
断して製造する。
方法を図5および図6について説明する。
は、複数のサーマルヘッドブロック21を有するサーマ
ルヘッドユニット20の切断工程にレーザ光を利用する
ものであり、前記レーザ光は、特にエキシマレーザ光を
用いた。
るガス種によって、XeClガスでは308nm、Kr
Fガスでは248nm、ArFガスでは193nmの波
長の紫外線を発するものである。一般にレーザ加工で
は、CO2 レーザやYAGレーザが使用されているが、
高熱スポットによる加工であるため被加工物に熱ダメー
ジを残したり、熱溶解飛散物が付着する等の不具合があ
るため、微細な加工には適さない。一方、エキシマレー
ザは紫外線レーザであり、被加工物を瞬時に分解、飛散
させ、除去するもので、熱作用が小さく加工品質が高い
特徴がある。
は、このエキシマレーザの特性を応用して、サーマルヘ
ッドユニット20の切断工程においてエキシマレーザ光
で切断部分に溝を形成した後、この溝の底部をダイシン
グにて切断するものである。
の切断工程を示す説明図である。
断工程に入る直前のサーマルヘッドの基板11を図5
(イ)に示す。これに対して、(ロ)に示すように、共
通電極17aの端部からの寸法aを適切に合わせた後、
KrFエキシマレーザ光Bを照射して、溝22を形成す
る。このときの溝22の深さは、基板11まで達するも
のとする。レーザの出力は10〜50Wが好適であっ
た。
ら基板11の裏面までをCの方向からダイシング法にて
切断する。
ドの膜積層部に加わる機械的な応力や熱応力が極めて軽
減できるので、チッピングやクラック等の不具合が皆無
になる。すなわち、従来、共通電極17aの端部から切
断面までの寸法aは最小でも20μmは必要であった
が、本実施形態の方法によって、数μmまで縮めること
が可能となる。また、レーザによる溝形成に要する時間
は1分から数分であり、研磨で同様のことを行なう場合
に比べて1/5〜1/10の時間短縮ができ、低コスト
を実現することができる。
り切断したサーマルヘッドを、主走査方向に連結して長
尺のサーマルヘッドを作った時の発熱部の平面図であ
り、(ロ)は、そのX−X’線に沿って割った場合の断
面図である。
は、発熱体密度が増していくにつれて小さくなり、現在
は20μm程度となっている。したがって、連結部23
においても両サーマルヘッドブロック21の発熱抵抗体
16の端部間の距離は20μm程度で仕上げなければな
らない。つまり、発熱抵抗体16の端部から10μm以
内のところで基板切断することが必要で、コスト面も考
慮すると、本発明による方法が有効である。
(ロ)の断面図から分かるように、積層膜のレーザ切断
面25と基板11の端面26を略同一面となるように基
板11部分のみを研磨する。この場合、基板11という
単一種の物質を研磨するので、短時間に高精度で処理す
ることができる。なお、基板11部分を斜めに研磨し
て、積層膜のレーザ切断面が最も突出した形状にするこ
とによって、連結し得るサーマルヘッドブロック21の
連結精度を高めることができる。
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
前面に共通電極17aと同じ作用の導電層13が配設さ
れているので、外部回路接続部としての導電パッド部1
3bから各発熱抵抗体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おり、印字濃度ムラを解消
することができる。
なるラインサーマルヘッドにおいては、基板11の両端
部から電圧を印加したとき、基板11の中央部までの距
離が長いため、導電層13の抵抗値の増大により、基板
11内で電圧降下が発生して発熱抵抗体16の発熱温度
が低下して印字濃度ムラを発生させるが、本実施形態の
サーマルヘッドにおいては、サーマルヘッドの基板11
の全面に導電層13を敷設しているので、図2に示すよ
うに、共通電極17aの外部回路接続部となる導電パッ
ド部13bを基板11の上面の任意な箇所でとりだすこ
とが可能となり、共通電極17aの繋ぎを考慮しなくて
も、3本以上のサーマルヘッドを連結することが可能と
なる。つまり、前述のようなラインサーマルヘッドにお
いては、基板11の両端部だけでなく、基板11の中央
部からも電圧を印加できるようになり、各発熱抵抗体1
6に対して均一な電圧を印加するため、印字濃度ムラの
発生を解消することができる。
として用いる金属の窒化物と金属との融合体膜は、低熱
伝導性および低熱膨張性を有し、基板との密着性に優
れ、高温アニールに耐えることができ、金属膜に比べて
熱伝導率が格段に小さく、サーマルヘッドの熱特性を低
下させることがないという利点がある。
化タンタルとアルミナからなる層間絶縁層15を形成し
て用いるようにしているので、デポ膜やコート膜で層間
絶縁層を形成した場合に発生する導電層13と発熱抵抗
体16とのピンホールやダストによる短絡をなくすこと
ができる。また、このような熱酸化処理により形成され
た層間絶縁層15は硬度が高く、取扱いで擦り傷が発生
しにくく、材料的にも、五酸化タンタルとアルミナは絶
縁性の信頼度が高いものとの定説を有している。しか
も、導電層13と層間絶縁層15は一体に形成されるた
め、絶縁性の他に密着性を著しく高めることが可能とな
る。さらに、熱酸化工程を通すことにより、基板11全
体を高温アニールすることになるため、多層配線基板の
機械的、熱的信頼度を確実なものとすることができる。
を形成したとき、導電層13の導電接続パッド部13a
と層間絶縁層15の表面高さを略同一とすることがで
き、その上に形成する発熱抵抗体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。
によれば、共通電極17aの配線部のスペースが極端に
小さ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
不具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。
ことが可能となるので、基板11の小型化を図り、製造
コストを低減させることができる。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のインクリボ
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サー
マルヘッドは、プラテンに対して発熱抵抗体16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。
法によって、リアルエッジ化を実現させることができ、
ラフ紙や普通紙への高品質の印刷が可能となる。そして
さらに、この基板の切断方法によれば、切断面にチッピ
ングやクラック等を生じさせない精密な切断が可能であ
るので、発熱体密度の大きい高精細な連結型サーマルヘ
ッドを製造できるとともに、切断に要する時間が短時間
であるので、低コストで製造できるという効果を奏す
る。
2および第3実施形態を示すものであり、図9は本実施
形態のサーマルヘッドの多層配線基板の製造方法を示す
フローチャートである。
ミック等の絶縁性基板11上に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の上には抵抗体材料からなる導電層1
3が略3〜10μmの厚みに成膜されている。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、熱またはプラズマ酸化処理により、第一層間絶縁層
15aが略1〜2μmの厚みに形成されており、その他
の部分は導電層13上に耐酸化性を有するモリブデンシ
リサイドまたは二酸化シリコンからなる導電性または絶
縁性のマスク層14が積層されている。
aの上面には、シリコンまたはアルミの酸化物、窒化物
からなる第二層間絶縁層15bがスパッタリング等によ
り略0.1〜1.0μmの厚みに成膜され、その後、フ
ォトリソ技術でエッチングすることにより、導電性のマ
スク層14が露出されて、複層の層間絶縁層15a,1
5bが形成される。この場合、絶縁性のマスク層14を
形成した場合には、前記第1実施形態と同様に、マスク
層14の全部を除去する。
なる発熱抵抗体16がスパッタリング等により成膜され
た後、フォトリソ技術でエッチングすることにより、複
数個の発熱抵抗体16が形成されている。各発熱抵抗体
10は、その両端部がそれぞれ前記導電性のマスク層1
4とと第2層間絶縁層15bの上側に位置するようにし
て形成されている。
スク層14の側端部上面には、各発熱抵抗体16に接続
される高融点金属またはそのシリサイドからなる共通電
極17aが積層されており、前記発熱抵抗体16の第2
層間絶縁層15b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高融点金属またはそのシリ
サイドからなる個別電極17bとアルミニウム、銅、金
等からなる個別電極17cがそれぞれ接続されている。
ここで、共通電極17a側は多層配線化により個別電極
17cのような軟質の良導体材料を配設する必要がなく
硬質で薄い電極とすることができるため、極限に近くリ
アルエッジ化してもサーマルヘッドの印字耐久寿命の低
下を防止できる。
17a、個別電極17b、17cを保護する略5〜10
μmの厚みの保護層18が外部接続端子(図示せず)以
外の全ての表面を被覆するように形成されている。
抵抗体16と各電極17a、17bの形成順位を逆にし
たものであり、発熱抵抗体16の下層に高融点金属また
は高融点金属のシリサイドを略0.1〜0.5μmの厚
みにスパッタリング等により積層し、フォトリソ技術で
エッチングすることにより共通電極17aおよび個別電
極17bが形成される。その上面に発熱抵抗体材料を同
様に積層し、エッチングすることにより、発熱抵抗体1
6が形成される。その上面にアルミニウム、銅、金等か
らなる導体材料をスパッタリング等により積層し、フォ
トリソ技術でエッチングすることにより、個別電極17
cのみを形成したものである。このように軟質の電極材
料を用いず、共通電極17aは高融点金属またはそのシ
リサイドからなり、かつ、発熱抵抗体16の下にのみ薄
く形成することにより、リアルエッジサーマルヘッドの
共通電極17aにかかる印字集中荷重に対して、より耐
久寿命の高いものとなる。
アルエッジサーマルヘッドの製造方法について、図9に
示す多層配線基板の製造工程を示すフローチャートを参
照して説明する。
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)。
面に高融点金属Ta、Cr、Mo、W、Ti、Zr、N
b、Hf、Vと絶縁物SiO2 、Si3 N4、Al2
O3、AlNの抵抗体サーメット、もしくは高融点金属
のホウ化物、窒化物、炭化物、ケイ化物の導電性セラミ
ックを略3〜10μmの薄膜にスパッタリング等により
成膜して、導電層13を形成する(ステップST2)。
酸化性と導電性を有するモリブデンシリサイドまたは絶
縁性のSiO2 からなるマスク層14をスパッタリング
等により略0.1〜0.5μmの膜厚に積層形成する
(ステップST3)。
aの配線部および外部端子(図示せず)との接続部に対
応する位置に、耐酸化マスクパターンを形成する(ステ
ップST4)。
00℃で2〜6時間)またはプラズマ酸化処理により、
導電層13の表面を強制酸化して略1〜2μmの第一層
間絶縁層15aを形成する(ステップST5)。
耐熱性と耐酸化性と絶縁性を有するSiO2 、Si3 N
4、Al2 O3、AlNのいずれかをスパッタリング等に
より略0.1〜1.0μmの膜厚に積層形成する(ステ
ップST6)。
aの配設部および外部端子(図示せず)との接続部に対
応する位置の絶縁膜をエッチングにより除去して、マス
ク層14の導電部を露出させることにより、本実施形態
の多層配線基板の製造が完成する(ステップST7)。
体16、各電極17a,17bおよび17cを形成し、
その上に保護層18を被覆することにより図7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。
体16を形成する前に各電極17a、17bを高融点金
属またはそのシリサイドで略0.1〜0.5μmに形成
した上に、発熱抵抗体16、個別電極17cを形成し、
その上に保護層18を被覆することにより図8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。
いて説明する。
基づいて個別電極17b、17c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
が流れることとなり、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。
13と発熱抵抗体16および各電極17a,17b、1
7cとの絶縁の信頼性を導電層13の表面を強制酸化し
て形成した絶縁性酸化物からなる第一層間絶縁層15a
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となり、しかも導電層13と
一体に形成できるため、絶縁性、密着性の信頼性を高め
ることが可能となる。更に前記第一層間絶縁層15aの
上面には、シリコンまたはアルミニウムの酸化物または
窒化物からなる絶縁性、密着性に優れた第二層間絶縁層
15bが積層形成されて、複層の層間絶縁層15a、1
5bとしているため、本実施形態の多層配線基板は絶縁
性、密着性の信頼性を著しく高いものとすることができ
る。また、本実施形態においては、導電層13の表面を
酸化処理することにより、第一層間絶縁層15aを一体
に形成すること、および導電性のマスク層14を用いた
場合には、これも除去しないで用いることができるた
め、第一層間絶縁層15aの表面と導電層13の露出部
である導電性のマスク層14の表面との高さを略同一と
することができ、第二層間絶縁層15bの膜厚は略0.
1〜1.0μmの範囲の小さい段差状態でその上に発熱
抵抗体16や共通電極17aを形成することができるた
め、電気的な接続をより確実に行なうことができる。
点金属のサーメットおよびセラミックからなる抵抗体材
料を用いているので、本質的に耐熱性、断熱性、密着性
に優れたものとなり、特に基板11の全面に形成しても
発熱素子の熱効率を低下させることはない。また、共通
電極17a側には、軟質の導体材料を配設しなくてよい
ため、極限に近くリアルエッジ化しても印字耐久寿命に
優れたサーマルヘッドとすることができる。
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、複層の層間絶縁層15a、15bを有するため、
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や電流リーク
による不都合等を確実に防止することができ、極限に近
いリアルエッジサーマルヘッドを歩留りよく製造するこ
とができる。
マルヘッドのエッジ距離は、基板11の端部に配設され
た発熱素子の中心からインクリボンの引き剥がしを行な
う、基板11のエッジまでの距離をシリアルヘッドおよ
びラインヘッドのいずれにおいても、容易に100μm
以下とすることができる。その結果、従来にない新たな
改善効果が産み出されているものである。このように刻
限に近く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
させることができる。また、従来のラインサーマルヘッ
ドによっては使用できなかった樹脂系のインクリボンを
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。
サーマルヘッドは、プラテンに対して発熱素子の圧接圧
の損失が著しく少なくなり、紙の繊維の凹凸を潰す作用
が増大してラフ紙印字品位を著しく改善するとともに、
転写効率が改善され省電力化を図ることができる。
の第4実施形態を示すサーマルヘッドブロック21の断
面図である。
は、放熱基板11としてシリコンウエハを用い、かつ発
熱部11aを凸状に形成していること、およびその上に
保温層12を形成するが、これはシリコンの酸化物と金
属の融合体からなっていること、そして、発熱抵抗体1
6の下層に共通電極側下部電極層24aと個別電極側下
部電極層24bが形成されている点に特徴を有し、その
他については前述の第1実施形態と同様に構成されてい
る。
ハは、放熱基板11の材料として頻繁に用いられるアル
ミナセラミックスに比べて熱伝導率が5倍ほど大きいた
め放熱性が良好であり、サーマルヘッドの熱応答性が向
上し、高速駆動が可能になる。
から、異方性エッチングが可能である。そこで、この特
徴を利用して発熱部11aにあたる部分を凸状部を形成
することができる。異方性エッチングを用いるので凸形
状の寸法再現性は良好である。
属の酸化物の融合体からなっているが、この金属の酸化
物はタンタル酸化物およびタングステン酸化物が良好で
ある。また、膜形成にはスパッタリング法を用いれば、
膜厚のばらつきは±5%に抑えることができる。
ブロック21は、3次元で寸法精度が高いことに加え、
保温層12の厚みで決まる熱特性も大多数のブロックで
揃っており、連結に際して組合わせ得るサーマルヘッド
ブロック21が容易に選択できることから、連結型サー
マルヘッドの生産性を向上させることができる。
の薄膜からなり、ドライエッチングによって形成され
る。よって、副走査方向の発熱抵抗体寸法が揃い、発熱
抵抗体の抵抗値のばらつきを抑えることができる。ま
た、本実施形態のように、下部電極層24を形成した場
合、電極層としては個別電極17bのみを形成し、共通
電極17aは設けなくてよい。つまり、構成としては、
共通電極側は下部電極層24aのみを配設し、導電層1
3と発熱抵抗体16とでこの共通電極側下部電極層24
aを挟持し、個別電極側は個別電極17aと下部電極2
4bとの2層で発熱抵抗体16を挟持するような構成と
なっている。これは、共通電極側下部電極層24aが導
電層13と電気的に接続しているのでさらに共通電極1
7aを設ける必要がなく、むしろ、共通電極側に電極層
として例えばアルミニウムのような柔らかな膜を配設し
ないことにより、この部分の機械的強度を増し、印刷時
に掛かる圧接力に対して膜剥離が生じない構造を実現し
たものである。
によれば、サーマルヘッドの印字耐久性を向上させるこ
とができる。
れるものではなく、必要に応じて変更することができ
る。
ば、熱伝導性および熱膨張性の小さい、窒化物と金属の
融合体または酸化物と金属との融合体のサーメット材料
からなる導電層であるため、高温の熱酸化処理を行なっ
ても、基板との密着性に優れたものとなる。
用の導電層を基板の全面に配設するようにしたので、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、熱特性の低下や印字濃度のムラや電流容量不足や電
流リーク等による不具合等を確実に防止できるので、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。さらに、層間絶縁層を複層に形成すれば、絶縁
性の信頼性はより高くなる。
導電層を構成する窒化物(例えば、窒化アルミ)および
酸化物(例えば、酸化アルミ)がバッファードフッ酸や
CF4 +O2 ガス等のエッチング剤に対して、難エッチ
ング性であるので、導電層および層間絶縁層の損傷がな
く、高精度に熱酸化マスクおよび抵抗体パターンを形成
することができることにより、製造歩留りを高めること
ができる。
形成して熱酸化するため、導電層と一体化した層間絶縁
層が形成されるので、導電層の露出部と層間絶縁層の段
差を極小化することができ、絶縁性、密着性および発熱
抵抗体との電気的導通性を確実なものとすることができ
る。さらに、層間絶縁層を形成する酸化工程時の高温ア
ニールにより、多層配線基板の機械的、熱的信頼性を高
いものとすることができる。
ルエッジサーマルヘッドとすることにより、共通電極の
外部回路接続部を少なくとも基板内に3ヵ所以上形成す
ることができ、印字濃度ムラや電流容量不足による不具
合等を確実に防止することができる。さらに、ラインサ
ーマルヘッド基板の小型化を図ることが可能となり製造
コストを低減させることができる。また、極限に近くリ
アルエッジ化しても、エッジ部の共通電供を硬質材料で
薄く形成することができるため、保護層と相俟って印字
寿命を長寿命とすることができる。また、リアルエッジ
化により樹脂系のインクリボンの使用が可能となり、イ
ンクリボンの適正化によ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、プラテンに対する発熱抵抗
体の圧接圧の損失を著しく低減させることができ、紙の
繊維の凹凸を潰す作用が著しく増大して、特に、ラフ紙
印字品位が顕著に改善されるとともに、省電力化を図る
ことができる。
ドユニットの基板の切断方法によって、個々のサーマル
ヘッドブロックのリアルエッジ化を実現させることがで
き、ラフ紙や普通紙への高品質の印刷が可能となる。そ
してさらに、この基板の切断方法によれば、切断面にチ
ッピングやクラック等を生じさせない精密な切断が可能
であるので、発熱体密度の大きい高精細な連結型サーマ
ルヘッドを製造できるとともに、切断に要する時間が短
時間であるので、低コストで製造できるという効果を奏
する。
ドの断面図
ドの平面図
層配線基板を示す断面図
配線基板の製造方法を示すフローチャート
の基板を示す断面図 (ロ)レーザ光を照射して、溝を形成した状態を示す断
面図 (ハ)溝の底部から基板の裏面までをダイシング法にて
切断した状態を示す断面図
の発熱部の平面図 (ロ)(イ)のX−X’線に沿った断面図
ドの断面図
面図
ッドの多層配線基板の製造方法を示すフローチャート
ドの断面図
す断面図
平面図
Claims (5)
- 【請求項1】 放熱基板上に保温層、導電層、層間絶縁
層、発熱抵抗体、共通電極、個別電極および保護層を積
層してなるサーマルヘッドであって、前記導電層は、窒
化物または酸化物と金属との融合体からなり共通電極と
電気的に接続されており、前記層間絶縁層は、少なくと
も前記導電層の酸化膜をもって形成されており、前記導
電層の酸化膜を第一層間絶縁層とし、この第一層間絶縁
層の上に積層された絶縁性セラミックを第二層間絶縁層
とする複層の層間絶縁層であることを特徴とするサーマ
ルヘッド。 - 【請求項2】 前記第二層間絶縁層は、シリコンの窒化
物、シリコンの酸化物、アルミニウムの窒化物およびア
ルミニウムの酸化物のうちの少なくとも一種からなるこ
とを特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。 - 【請求項3】 放熱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抵抗
体材料からなる導電層を積層する工程と、 この導電層上に耐酸化性のマスク層を積層する工程と、 このマスク層の共通電極およびこの共通電極の外部回路
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またはプラズマ酸化して第
一層間絶縁層を形成する工程と、 この第一層間絶縁層上に絶縁性セラミック材料からなる
絶縁層を積層し、共通電極およびこの共通電極の端子部
の形成位置に対応する位置をフォトリソ技術でエッチン
グして前記導電層を露出させて、第二層間絶縁層を形成
する工程と、 両端部がそれぞれ前記第二層間絶縁層および前記導電層
の上側に位置するように所定の発熱抵抗体を形成する工
程と、 この発熱抵抗体の上面の前記第二層間絶縁層側の端部に
個別電極を形成するとともに、前記導電層側の端部に共
通電極を形成する工程と、 これらの最上面に保護層を積層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。 - 【請求項4】 前記耐酸化性のマスク層は、二酸化シリ
コンで形成されることを特徴とする請求項3に記載のサ
ーマルヘッドの製造方法。 - 【請求項5】 前記耐酸化性マスク層は、モリブデンシ
リサイドで形成されることを特徴とする請求項3に記載
のサーマルヘッドの製造方法。
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