JPS62111766A - Thermal head - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To increase the thermal efficiency and remove the fear of mechanical failure due to sliding by making the contact property to heat sensitive recording media better, by a method wherein the etching proof layer and the etching layer having the projection part of mesa type the end face of which is gently sloping are formed on the insulation substrate having the partial glazed layer. CONSTITUTION:The good etching proof metal high oxide, high nitride, or high carbide layer 2a is arranged on the insulating substrate having a partial glazed layer and the metal low oxide, low nitride, or low carbide layer 2b having easily etching property is laminated thereon, which is etched with boiling nitric acid or the like. At that time, by utilizing the side etching by the easily etching layer 2b and the bad adhesion of resist, the mesa type projection part the end face of which is gently sloping is formed on the glazed layer 2. Further, after forming the projected part, it is additionally treated by thermal oxidation. The easily etching layer 2b is given its insulating property and the inside stress of each layer is loosened. By this projection forming, the thermal efficiency is improved and the durability is enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサーマルプリンタに用いられるサーマルヘッド
、特に薄膜型のサーマルへ、ドに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a thermal head used in a thermal printer, particularly a thin film type thermal head.

〔従来技術および問題点〕[Prior art and problems]

サーマルプリンタに搭載するサーマルへ、ドは、例えば
複数個の発熱抵抗体素子を同一基板上に直線的に配列し
、情報に従ってこの発熱抵抗体素子を通電加熱させて、
感熱記録紙に発色記録させ、あるいはインクリボンを介
して、普通紙に転写記録するために用いられる。To install a thermal printer in a thermal printer, for example, a plurality of heating resistor elements are arranged linearly on the same substrate, and the heating resistor elements are heated with electricity according to the information.
It is used for color recording on thermosensitive recording paper or for transfer recording on plain paper via an ink ribbon.

第２図、第３図は、従来のこの種サーマルヘッドの一般
構造例を示すものである。図において、セラミック基板
等の絶縁性基板１上には、蓄熱層として機能するガラス
からなるグレーズ層２が形成されており（第２図におい
ては、絶縁性基板１の略全面に、第３図においてはその
発熱抵抗体形成予定領域に断面が弧状のものとしてそれ
ぞれ形成されており）、このグレーズ層２の上にＴａｚ
Ｎ等からなる発熱抵抗体層３が蒸着、スパッタ等で被着
された後、エッチングされて、複数個直線状に配置・形
成されている。この発熱抵抗体層３の上には、さらにこ
の発熱抵抗体層３に対して給電するための給電体層４が
形成されている。この給電体層４は、例えばアルミニウ
ムや銅や金等からなるもので、蒸着、スパッタリング等
で被着された後、エッチングによって所望形状のパター
ンに形成され、各発熱抵抗体層３０両側に各々一方が共
通電極として、他方が個別リード電極としてそれぞれ引
出されている。そして、この共通電極および個別リード
電極として対をなす給電体層４゜４間において、１ドツ
ト相当分の発熱領域を形づくられた各個独立した発熱抵
抗体３は、対をなす給電体層４，４間に電圧を印加する
ことによって発熱されるようになっている。なお、４ａ
は、エッチングによって形成された、給電体層４の分断
部である。FIGS. 2 and 3 show an example of the general structure of a conventional thermal head of this type. In the figure, a glaze layer 2 made of glass that functions as a heat storage layer is formed on an insulating substrate 1 such as a ceramic substrate (in Fig. 2, a glaze layer 2 made of glass is formed on almost the entire surface of the insulating substrate 1; (in the area where the heating resistor is to be formed, each section is formed in an arc shape), and on this glaze layer 2, a Taz layer is formed.
A plurality of heating resistor layers 3 made of N or the like are deposited by vapor deposition, sputtering, etc., and then etched to form a plurality of linearly arranged layers. A power supply layer 4 for supplying power to the heat generating resistor layer 3 is further formed on the heat generating resistor layer 3 . This power supply layer 4 is made of, for example, aluminum, copper, gold, etc., and is deposited by vapor deposition, sputtering, etc., and then formed into a desired shape pattern by etching. One is drawn out as a common electrode, and the other is drawn out as an individual lead electrode. Between the pair of power supply layers 4.4 as the common electrode and individual lead electrodes, each individual heat generating resistor 3 having a heat generating area equivalent to one dot is connected to the power supply layer 4, Heat is generated by applying a voltage between the two. In addition, 4a
is a divided portion of the power supply layer 4 formed by etching.

上記発熱抵抗体層３および給電体層４の上には、これら
の保護層７が形成されている。この保護層７は発熱抵抗
体層３を酸化による劣化から保護するＳ　ｉ０２などか
らなる耐酸化層５と、感熱記録紙（図示せず）等との接
触による摩耗から発熱抵抗体層３および給電体層４を保
護するＴａ２０５等からなる耐摩耗層６とからなってお
り、該保護層７は端子部以外のヘッド面のすべてを覆う
ようになっている。この保護層７は、スパッタリング等
の手段によって耐酸化層５および耐摩耗層６が順次形成
され、然る後、最終工程で、絶縁性基板１を分割して所
望のサーマルへラドチップを得るようになっている。A protective layer 7 is formed on the heating resistor layer 3 and the power supply layer 4. This protective layer 7 protects the heating resistor layer 3 from deterioration due to oxidation and the oxidation-resistant layer 5 made of Si02 or the like, and protects the heating resistor layer 3 from wear due to contact with heat-sensitive recording paper (not shown), etc. It consists of a wear-resistant layer 6 made of Ta205 or the like that protects the body layer 4, and the protective layer 7 covers the entire head surface other than the terminal portion. This protective layer 7 is formed by sequentially forming an oxidation-resistant layer 5 and a wear-resistant layer 6 by means such as sputtering, and then, in the final step, the insulating substrate 1 is divided to obtain desired thermal Rad chips. It has become.

なお、近年サーマルプリンタの印字品質の改良が進みサ
ーマルヘッドの構造は第２図のように平面上に発熱抵抗
体層３を配置したものから、第３図のような部分グレー
ズ層２をもうけ、その頂面部に発熱抵抗体層３を配置さ
せ、感熱記録媒体に対する接触をよくして比較的低電力
で高印字品質を得るようになってきている。In recent years, the printing quality of thermal printers has been improved, and the structure of the thermal head has changed from one in which a heating resistor layer 3 is arranged on a plane as shown in Fig. 2 to a partial glaze layer 2 as shown in Fig. 3. A heat-generating resistor layer 3 is disposed on the top surface to improve contact with the heat-sensitive recording medium and to obtain high print quality with relatively low power.

しかしながら、第２．第３図の構成においては発熱抵抗
体層３をはさんで給電体層４が分断しているため、分断
部４ａは保護層７に凹部７ａを生じさせることになシ、
印字に際して感熱記録媒体に対して空隙を生じるから、
効率よく熱の伝導が行えず印字濃度がうすいものとなり
易い。この点を解消するために印加エネルギーを増大さ
せて印字濃度を高めようとすると、熱歪の増大によって
サーマルヘッドの寿命が劣化するという問題を生じた。However, the second. In the configuration shown in FIG. 3, since the power supply layer 4 is divided across the heating resistor layer 3, the divided portion 4a does not create a recess 7a in the protective layer 7.
Because voids are created on the heat-sensitive recording medium during printing,
Heat cannot be conducted efficiently and print density tends to be weak. If an attempt was made to increase the print density by increasing the applied energy in order to solve this problem, a problem occurred in that the life of the thermal head would be shortened due to the increase in thermal strain.

また、分断部４ａが存在するため、給電体層４のエツジ
部に印字の際集中荷重が働き、保護層７にクラックや剥
離が生じ易く、この場合発熱抵抗体層３の酸化等による
抵抗値の変動で、実質上印字不能になる等の欠点を有す
るものであった。In addition, due to the presence of the divided portion 4a, a concentrated load acts on the edge portion of the power supply layer 4 during printing, and the protective layer 7 is likely to crack or peel.In this case, the resistance value due to oxidation of the heat generating resistor layer 3, etc. However, due to fluctuations in the printing temperature, printing becomes virtually impossible.

従来、前記欠点を改善する手段として発熱体部の下のグ
レーズ層をエッチングにより凸形に形成し、発熱ドツト
部を凸状とすることが提案されている。第４図は、その
基本形を示したものである。Conventionally, as a means to improve the above-mentioned drawbacks, it has been proposed to form the glaze layer under the heating element part into a convex shape by etching, thereby making the heating dot part convex. FIG. 4 shows its basic form.

しかし、ＳｉＯ□を主とするグレーズ層を凸形にエッチ
ングする場合、ハレーションによるレジストパターンの
乱れ、沸硝酸等のエッチング液に対するエッチングレー
トのバラツキ、コーナーのなめらかさに欠けるなど製造
工数及び、品質のバラツキが大きくなる欠点があったも
のを改善したものである。However, when etching a glaze layer mainly composed of SiO□ into a convex shape, the resist pattern is disturbed due to halation, the etching rate varies with etching solutions such as boiling nitric acid, corners are not smooth, etc., and the manufacturing time and quality are reduced. This is an improvement over the drawback of large variations.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

従って本発明の目的とするところは、上述の従来欠点を
解消し、感熱記録媒体との接触性が良好で、効率の良い
熱伝導が行なえて、且つ摺動によって機械的損傷を受け
る虞れのないサーマルへ。Therefore, it is an object of the present invention to overcome the above-mentioned conventional drawbacks, to provide good contact with a heat-sensitive recording medium, to perform efficient heat conduction, and to avoid mechanical damage caused by sliding. No thermals.

ドを提供するにある。It is to provide the code.

また、本発明の他の目的とするところは、斯るサーマル
へ、ドを比較的製造容易な手法で得られるようにするこ
とである。Another object of the present invention is to make it possible to obtain such a thermal conductor by a method that is relatively easy to manufacture.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

以上の目的を達成するため本発明のサーマルヘッドは、
グレーズ層を含む絶縁性基板上に、耐エッチング性の良
い、金属の高酸化物または高窒化物または高炭化物層を
配し、その上に易エッチング性を有する、前記金属の低
酸化物または低窒化物または低炭化物層を積層したもの
を、沸硝酸等を用いてエッチングし、前記易エッチング
性層とレジストの密着性の悪さによるサイドエッチング
を利用して、端面がなだらかなメサ型の凸出部をグレー
ズ層上に形成することを特徴とする。また前記凸出部形
成後、熱酸化処理を加え、導電性を有する金属の低酸化
物または窒化物または炭化物層に絶縁性を賦与すること
、および、各層の内部応力を緩和することを特徴とする
ものである。In order to achieve the above objects, the thermal head of the present invention has the following features:
A high oxide, high nitride, or high carbide layer of a metal with good etching resistance is arranged on an insulating substrate including a glaze layer, and a low oxide or low carbide layer of the metal, which is easily etched, is disposed on the insulating substrate. A stack of nitride or low carbide layers is etched using boiling nitric acid, etc., and side etching due to poor adhesion between the easily etched layer and the resist is used to form a mesa-shaped protrusion with a gentle end surface. is formed on the glaze layer. Further, after the protrusion is formed, thermal oxidation treatment is applied to impart insulation to the conductive metal low oxide, nitride, or carbide layer, and the internal stress of each layer is relaxed. It is something to do.

〔実施例〕〔Example〕

以下図に示した一実施例を用いて、本発明を説明する。 The present invention will be explained below using an example shown in the drawings.

第１図は本発明のサーマルヘッド断面図である。本発明
のサーマルヘッドは、絶縁性基板１上に、断面が略半円
弧状の部分グレーズ層２を形成し、それ等の上に耐エッ
チング性の良い金属Ｔａの高酸化物層Ｔａ２０５２ａを
０．１−０．５　ｉｔ　ｍスパッタリングで形成する。FIG. 1 is a sectional view of the thermal head of the present invention. In the thermal head of the present invention, a partial glaze layer 2 having a substantially semicircular arc cross section is formed on an insulating substrate 1, and a high oxide layer Ta2052a of metal Ta having good etching resistance is formed on top of the partial glaze layer 2 on an insulating substrate 1. Formed by 1-0.5 it m sputtering.

更に同一工程で連続的に易エッチング層を有する金ｆ４
　Ｔａの低酸化物層ＴａＯｘ　２ｂを２〜３μｍで形成
する。そして、７オトリン技術により部分グレーズ層２
の略頂面部が凸状となるように、前記低酸化物層２ｂを
フォトエッチングするとともに、空気焼成炉を用いて５
００〜６００°Ｃで約１時間焼成し徐冷する。この上に
Ｔａ２Ｎからなる発熱抵抗体層３、および友からなる給
電体層４を積層し、フォ）　ＩＪノン術により、発熱抵
抗体層３が略部分グレーズ層２上に形成した凸状部に位
置するように給電体層４を分断する。更にその上にスパ
ッタリング法により耐酸化性を備えたＳｉＯ□等からな
る第１の保護層５を、また耐摩耗性を備えたＴａ２０５
等からなる第２の保護層６を形成したものである。Furthermore, in the same process, gold f4 is continuously formed with an easily etched layer.
A low Ta oxide layer TaOx 2b is formed to a thickness of 2 to 3 μm. Then, a partial glaze layer 2 is created using 7Otrin technology.
The low oxide layer 2b is photo-etched so that the substantially top surface thereof is convex, and the low oxide layer 2b is etched using an air firing furnace.
Calcinate at 00 to 600°C for about 1 hour and slowly cool. On top of this, a heating resistor layer 3 made of Ta2N and a power supply layer 4 made of a metal oxide are laminated, and the heating resistor layer 3 is approximately attached to the convex portion formed on the partial glaze layer 2 by IJ non-technique. The power supply layer 4 is divided so as to be located at the same position. Furthermore, a first protective layer 5 made of oxidation-resistant SiO□ or the like is formed by sputtering, and a wear-resistant Ta205 layer is formed thereon.
A second protective layer 6 made of the following is formed.

このようにグレーズ層の略頂面部が凸状となるように、
耐エッチング性２ａを形成する材料と同一の材料を用い
て、連続的にリアクティブスパッタリング法により低酸
化物層沙を能率よく形成させた後、フォトリソ技術によ
りネガレジストを用いて通常の工程と同様に処理を行う
ことにより、低酸化物層すを凸状に加工することができ
る。この際にネガレジストは沸硝酸に対して耐久性が劣
り、密着性が浸漬時間とともに悪化する特性を持ってい
るため、エッチング時に、サイドエッチングが自動的に
犬きく発生する。本発明では逆に、このサイドエッチ特
性を利用してエッチング段差コーナーに十分な丸味を賦
与し、極めて薄い発熱抵抗体層３の断線の防止をはかる
とともに、機械的に摺接した時集中的にコーナーに荷重
がかかることを防止させる。このサイドエッチ量は工、
チンダ液に浸漬途中で取り出し再度レジストをポストベ
ークすることによってコントロールできる。In this way, so that the approximately top surface of the glaze layer is convex,
Using the same material that forms etching resistance 2a, a low oxide layer is efficiently formed by continuous reactive sputtering, and then a negative resist is used by photolithography to form the same as in the normal process. By performing this treatment, the low oxide layer can be processed into a convex shape. At this time, since the negative resist has poor durability against boiling nitric acid and its adhesion deteriorates as the immersion time increases, side etching automatically occurs during etching. In the present invention, on the contrary, this side etching characteristic is utilized to impart sufficient roundness to the etched stepped corner, thereby preventing disconnection of the extremely thin heating resistor layer 3, and at the same time, when mechanically sliding contact is made, it is possible to Prevents loads from being applied to corners. This side etching amount is
This can be controlled by removing the resist midway through immersion in the tinda solution and post-baking the resist again.

次に低酸化物層２ｂを凸状に形成した後、空気焼成炉を
用いて酸化性雰囲気で焼成することによって低酸化物、
低窒化物、低炭化物層等が電気的に導電体層となってい
るものを高酸化物化して絶縁性を賦与し、発熱抵抗体層
３の抵抗値の安定化をはかるとともに、熱処理により、
スパッタ成膜で生じた各層の内部応力を緩和する大きな
作用がある。Next, after forming the low oxide layer 2b in a convex shape, it is fired in an oxidizing atmosphere using an air firing furnace to form a low oxide layer 2b.
The low nitride, low carbide, etc. electrically conductive layer is made into a high oxide layer to impart insulation properties, and the resistance value of the heating resistor layer 3 is stabilized, and by heat treatment,
It has a great effect of alleviating the internal stress of each layer generated during sputtering film formation.

一般にスパッタリング温度は機器の制約上３００°Ｃ匣
であり、スパッタ膜は常に大きな内部応力を発生してい
る。サーマルへ、７ド発熱抵抗体層３部の発熱温度は５
００〜６０００Ｇに達するものであることより、スハノ
タ膜を５００〜６００℃で十分にアニーリングして内部
応力を緩和しておくことにより機械的破壊がおきにくい
ものとできる。Generally, the sputtering temperature is 300°C due to equipment limitations, and sputtered films always generate large internal stress. To thermal, the heating temperature of the 3rd part of the 7th heating resistor layer is 5
00 to 6000 G, the Suhanota film can be sufficiently annealed at 500 to 600° C. to relieve internal stress, thereby making it difficult to cause mechanical damage.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明のサーマルヘッドはグレーズ
層上に形成した耐エッチング層および易エッチング層を
用いて、フすトリソ技術により凸状化をはかジ、その凸
状部のコーナーをサイドエッチング量を加減して滑らか
なものとし、更に熱処理を加えて、酸化による絶縁性の
賦与および凸出部の内部応力を緩和した上に発熱部を形
成したものである。このようにすることによって従来給
電体層の分断によって生じていた凹が全く解消され、逆
に凸出化できるため、熱効率が著しく改善される。また
、凸出部に内部応力が少なく、コーナーが滑らかな曲率
を有するため機械的な荷重に対する耐久性が向上し、寿
命の長いサーマルへ７ドとなる。As described above, the thermal head of the present invention uses the etching-resistant layer and the easy-etching layer formed on the glaze layer to create a convex shape using the futolithography technique, and the corners of the convex portion are turned to the side. The amount of etching is adjusted to make it smooth, and heat treatment is added to impart insulation through oxidation and to relieve the internal stress of the protruding portion, and then a heat generating portion is formed. By doing this, the concavities that conventionally occurred due to division of the power supply layer are completely eliminated, and on the contrary, the convexity can be made, so that the thermal efficiency is significantly improved. In addition, the protrusions have little internal stress and the corners have a smooth curvature, which improves durability against mechanical loads, resulting in a long thermal life.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明のサーマルヘッドの一実施例を示す構造
断面図、第２図および第３図はそれぞれ従来のサーマル
ヘッドの構造断面図、第４図は従来のサーマルヘッドに
おいてグレーズ層を凸形に形成したものの構造断面図で
ある。 １　絶縁性基板　　　２・・グレーズ層２ａ　　耐エッ
チング層　２ｂ　　易エッチング層３　発熱抵抗体層　
　４・給電体層 ５・耐酸化層　　　　６　、耐摩耗層 ７・・保護層 ＼、Ｊ−／ 第　１　図 第　２　図 ｑFIG. 1 is a structural cross-sectional view showing one embodiment of the thermal head of the present invention, FIGS. 2 and 3 are structural cross-sectional views of a conventional thermal head, and FIG. 4 is a structural cross-sectional view of a conventional thermal head. It is a structural sectional view of what is formed into a shape. 1 Insulating substrate 2...Glaze layer 2a Etching resistant layer 2b Etching easily layer 3 Heat generating resistor layer
4. Power supply layer 5. Oxidation-resistant layer 6, wear-resistant layer 7...protective layer\, J-/ Fig. 1 Fig. 2 q

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、そのグレー
ズ層上に複数個の発熱抵抗体層を直線的に配置し、その
発熱抵抗体層に電力を供給する給電体層と、その給電体
層および前記発熱抵抗体層上に形成された保護層とを備
えたサーマルヘッドにおいて、前記部分グレーズ層を有
する絶縁性基板上に、耐エッチング性の良い金属の高酸
化物または窒化物または炭化物層を配し、その上に易エ
ッチング性を有する前記金属の低酸化物または窒化物ま
たは炭化物層を積層したものをエッチングし、端面がな
だらかなメサ型の凸出部をグレーズ層上に形成したこと
を特徴とするサーマルヘッド。(1) A glaze layer is formed on an insulating substrate, a plurality of heat generating resistor layers are linearly arranged on the glaze layer, and a power supply layer that supplies power to the heat generating resistor layer, and its power supply. In the thermal head comprising a body layer and a protective layer formed on the heat generating resistor layer, a high oxide, nitride or carbide of a metal with good etching resistance is formed on the insulating substrate having the partial glaze layer. A low oxide, nitride, or carbide layer of the above-mentioned metal having easy etching properties was laminated on top of the layer, and a mesa-shaped protrusion with a gentle end surface was formed on the glaze layer. A thermal head characterized by: （２）前記凸出部形成後熱酸化処理を加え、絶縁性を賦
与し、かつ各層の内部応力を緩和したことを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載のサーマルヘッド。(2) The thermal head according to claim (1), characterized in that a thermal oxidation treatment is applied after the protrusion is formed to provide insulation and relieve internal stress in each layer.