JPS6285962A - Thermal head - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To suppress current concentration and the stress concentration due to thermal expansions of individual electrodes and provide a thermal head less liable to generate initial troubles even in use thereof under a high-power condition and having a stable useful life, by providing a hole at a central part of a side at which a heating resistor and an individual electrode in a head abut against each other. CONSTITUTION:A hole 20 is provided at the center of the side at which an individual electrode 8 and a heating resistor 13 abut against each other, and includes both the electrode 8 and the resistor 13. With this heating resistor configuration, the path of an electric current flowing in from a common electrode 9 is divided near the individual electrode 8, as indicated by arrows 14. Therefore, no current concentration occurs, and accordingly, concentrated heat generation and stress concentration in a protective film are suppressed. In addition, the hole 20 ensures that the protective layer at an upper part of the hole 20 and Ta2O5 constituting an etching-resistant layer are connected direct to each other. The protective layer is ordinarily formed of an oxide such as SiO2, Al2O3 and Ta2O5, it is adhered to Ta2O5 of the etching-resistant layer with a very strong adhesion. Accordingly, due to the presence of the hole 20, the effect of the stress due to thermal expansion of the individual electrode 8 on the heating resistor 13 is alleviated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 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
に関し、特にハイパワーで使用できるサーマルヘッドの
発熱部構造に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a thermal head used in a thermal printer, and particularly to a heat generating part structure of a thermal head that can be used at high power.

〔従来技術〕[Prior art]

従来のサーマルヘッド（オ、例えば第２図に示すように
、電気絶縁性のアルミナ基板１の上に蓄熱層としてのグ
レーズ層２と、Ｔａ、　Ｏ，等から峻る耐エツチング層
３と、Ｔａ、Ｎ等から成る発熱抵抗体層４と、Ｍ等から
成る電気導体層５と、前記発熱抵抗体４を酸化から防止
し、かつ、電気導体Ｉ＠５を感熱紙、インクリボン等と
の接触による摩耗から防ぐ保護層６とを順次積層した構
造から成っている。A conventional thermal head (for example, as shown in FIG. 2, a glaze layer 2 as a heat storage layer, an etching-resistant layer 3 made of Ta, O, etc. , N, etc., and an electric conductor layer 5 made of M, etc., which prevents the heating resistor 4 from oxidation, and prevents the electric conductor I@5 from coming into contact with thermal paper, ink ribbon, etc. It has a structure in which a protective layer 6 is sequentially laminated to prevent wear due to

そして、前記電気導体層５に電流を通じた時導体層５の
一部が取り除かれた発熱部７が発熱して感熱紙等に発色
記録エネルギーを与えるようになっている。また、第３
図に示すように上記サーマルヘッドは発熱部７の両側に
共通′成極ライン８とそれぞれの個別を極ライン９ａ、
９ｂ・・・等が設けられ、共通およびＩｆ！！別の電極
ライン８．９ａ、９ｂ・・・の両者は図中線Ｂによって
画成された下側の端子部１１の範域内で、外部回路と接
続される為に半田メッキされている。第３図において、
線Ｂによって画成された上側のヘッド面部１２は保護層
りによって覆われている。When a current is passed through the electrically conductive layer 5, the heat-generating portion 7 from which a portion of the conductive layer 5 is removed generates heat and provides color recording energy to the thermal paper or the like. Also, the third
As shown in the figure, the thermal head has a common polarization line 8 on both sides of the heat generating part 7, and a polarization line 9a on each side.
9b... etc. are provided, common and If! ! Both further electrode lines 8.9a, 9b, . . . are solder-plated within the area of the lower terminal portion 11 delimited by the line B in the figure in order to be connected to an external circuit. In Figure 3,
The upper head surface portion 12 defined by line B is covered by a protective layer.

なお第２図は、第３図のＡ−に線に沿って切断した断面
図である。Note that FIG. 2 is a sectional view taken along line A- in FIG. 3.

〔従来技術の問題点〕[Problems with conventional technology]

さて、このような従来の溝膜サーマルヘッドの製造にお
いては、各層の成膜工程には、蒸着あるいはスパッタが
用いられ、パターン形成にはウェットエツチングが用い
られる。第４図は抵抗体層４と導体層５をスパッタリン
グにより連続成膜したサーマルヘッドのパターン形成の
工程図である。In the manufacture of such conventional groove film thermal heads, vapor deposition or sputtering is used for the film forming process of each layer, and wet etching is used for pattern formation. FIG. 4 is a process diagram for forming a pattern of a thermal head in which a resistor layer 4 and a conductor layer 5 are successively formed by sputtering.

第４図ａにおいて１２は露光、現像後のレジストを示す
。第４図すは、導体層５に例えばＡｔを用い、リン酸系
のエツチング液で抜いた段階を示す。第４図Ｃは抵抗体
層４に、例えばＴａ、　Ｎを用いフッ硝酸で抜いた段階
を示す。第４図ｄはレジスト１２を剥離した状態を示す
。このように連続してエツチングした場合、特にＡｔ／
　Ｔａｔ　Ｎの組合せ時に（ま２回めのエツチング液フ
ッ硝酸により導体１Ａｚ５の上部がかなりサイドエッチ
されてしまう。このようにして形成されたＭの導体層は
、第３図９ａ。In FIG. 4a, 12 indicates the resist after exposure and development. FIG. 4 shows a stage in which, for example, At is used for the conductor layer 5 and it is removed with a phosphoric acid-based etching solution. FIG. 4C shows a stage in which the resistor layer 4 is made of, for example, Ta and N and removed with fluoro-nitric acid. FIG. 4d shows the state in which the resist 12 has been peeled off. When etched continuously like this, especially At/
When TatN is combined, the upper part of the conductor 1Az5 is considerably side-etched by the second etching solution of fluoro-nitric acid.The M conductor layer thus formed is shown in FIG. 3, 9a.

勢のような個別電極のような両側がエツチングされる部
分では第５図に示すように断面が台形状となる。個別電
極が第５図のように台形状になった場合の電流経路を示
したものが第６図である。８は共通電極、９は個別電極
、１３は発熱抵抗体部を示す。一般にシリアルヘッドの
場合には共通覗極側から個別１１ｔ極側へと型光は流れ
る。電流は抵抗の低い部分へ集中する傾向があるので、
個別電極９の断面が＠５１図に示すような台形状の場合
、共通電離側からの電流は第６図１４で示すような経路
を通り、１５の部分、つまり個別電極９と発熱抵抗体１
３の接する境界の中心付近で発熱抵抗体側に電流の集中
、つまり発熱の集中が生じる。従って第６図１５の部分
は発熱集中による局部的ストレスの増大、また、個別電
極としてのＭの熱膨張によるストレスも付加されること
により、発熱抵抗体１３の上を覆っている保護層（図示
せず）に局部的ストレスを誘発し、微小クラック、変形
が発生する。In a portion where both sides of the electrode are etched, such as an individual electrode, the cross section becomes trapezoidal as shown in FIG. FIG. 6 shows the current path when the individual electrodes are trapezoidal as shown in FIG. 8 is a common electrode, 9 is an individual electrode, and 13 is a heating resistor portion. Generally, in the case of a serial head, pattern light flows from the common viewing pole side to the individual 11t pole side. Current tends to concentrate in areas of low resistance, so
When the cross section of the individual electrode 9 is trapezoidal as shown in Figure @51, the current from the common ionization side passes through the path as shown in Figure 6, 14, and connects the individual electrode 9 and the heating resistor 1.
A concentration of current, that is, a concentration of heat generation, occurs on the heating resistor side near the center of the boundary where the numbers 3 and 3 touch. Therefore, in the portion shown in FIG. 6, the protective layer covering the heat generating resistor 13 (see FIG. (not shown) induces local stress, causing microcracks and deformation.

それにより、第６図１５の部分のみ発熱抵抗体１３の中
で局部的に酸化し抵抗値が高くなってしまう。As a result, only the portion shown in FIG. 6, 15 is locally oxidized in the heating resistor 13, and the resistance value becomes high.

その後さらに、通電状態が続くと、ｖＪ７図に示すよう
に１５の部分の両側を電流１４が流れ、１６に示す部分
に電流集中が生ずる。最終的にはこの１６の部分の発熱
集中によって抵抗体１３上の保護層に犬クラックが発生
して、発熱抵抗体全体の抵抗値が上昇してしまい、ヘッ
ドとしての機能を果たさなくなる。第８図はこのような
ヘッドの加速試験、いわゆるステップストレステストの
結果である。ストップストレステストはヘッドに対し、
一定のパルス数で、印加電力をステップ毎に増大して、
その後の抵抗値変化を見たものである。この場合の条件
は通電時間１．１　ｒｎｓｓ周期２１．６ＦｉＳ％　　
１ステツプ３　Ｘ　１０’パルスである。第８図１９に
示すカーブは、矢印りの部分からスタートしたものであ
り、１８に示すカーブは矢印Ｅ、つまり、よりハイパワ
ーからスタートしたものである。ハイパワー印加のもの
の破壊点が非常に早くなっている。これは第６図１５に
示す電流集中による発熱集中、局部ストレスがより大き
くなることを示すものである。従って、最近表面相変の
大きな祇に対する熱転写プリンター用として求められて
いるハイパワー使用のヘッドとしては、寿命が短く、初
期不良が発生し易いという欠点があった。After that, when the energized state continues, current 14 flows on both sides of the portion 15 as shown in the vJ7 diagram, and current concentration occurs in the portion shown at 16. Eventually, due to the concentration of heat generated in the 16 portions, cracks will occur in the protective layer on the resistor 13, and the resistance value of the entire heat generating resistor will increase, so that it will no longer function as a head. FIG. 8 shows the results of an accelerated test of such a head, a so-called step stress test. The stop stress test is performed on the head.
With a constant number of pulses, the applied power is increased step by step.
This shows the change in resistance value after that. The conditions in this case are energization time 1.1 rnss period 21.6 FiS%
One step is 3 x 10' pulses. The curve shown in FIG. 8, 19 starts from the part indicated by the arrow, and the curve shown in 18 starts from the part indicated by the arrow E, that is, higher power. The breakdown point of high power applied products is very early. This indicates that heat concentration and local stress due to current concentration as shown in FIG. 6 and 15 become larger. Therefore, a high-power head, which has recently been sought after for use in thermal transfer printers for printing with large surface phase changes, has the disadvantage of having a short life and being prone to early failures.

〔発明の目的〕 本発明は以上のような従来例の欠点に鑑みて為されたも
のであり、その目的はヘッドの発熱抵抗体と個別電極の
接する辺の中心部に抵抗体の穴を設けることにより、電
流集中の抑制、個別電極の熱膨張によるストレス集中を
抑制し、従ってノ・イバワー使用においても、初期故障
の少ない、寿命的に安定したサーマルヘッドを提供する
ことにある。[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the drawbacks of the conventional examples as described above, and its purpose is to provide a hole in the resistor at the center of the side where the heating resistor of the head and the individual electrodes touch. By doing so, it is possible to suppress current concentration and stress concentration due to thermal expansion of the individual electrodes, and therefore provide a thermal head that is stable in terms of life and has few initial failures even when using a power source.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

以上のような目的を達成する為、本発明はサーマルヘッ
ドの発熱抵抗体と個別電極の接する辺の中心部の発熱抵
抗側、あるいは個別電極を一部含んだ形で穴を設けてヘ
ッドを構成したものである。In order to achieve the above-mentioned objects, the present invention constructs a head by providing a hole on the heating resistor side at the center of the side where the heating resistor of the thermal head and the individual electrodes are in contact with each other, or in a shape that partially includes the individual electrodes. This is what I did.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

＠１図は本発明の一実施例を示す平面図であり、８は個
別電極、９は共通電極、１３は発熱抵抗体、２０は穴で
ある。ここで２０の穴は個別電極８と発熱抵抗体１３の
接する辺の中心にあり、個別′ＩＭ、４８と発熱抵抗体
１３の両方を含んでいる。Figure 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, in which 8 is an individual electrode, 9 is a common electrode, 13 is a heating resistor, and 20 is a hole. Here, the hole 20 is located at the center of the side where the individual electrode 8 and the heat generating resistor 13 are in contact, and includes both the individual 'IM, 48 and the heat generating resistor 13.

このような発熱体形状をとることにより、共通′Ｎ、極
から流入する電流経路は第１図１４のように。By adopting such a shape of the heating element, the current path flowing from the common pole is as shown in FIG. 14.

１固別電極近傍で分割される為、電流集中がなく、従っ
て発熱集中、保護膜のストレス集中も緩和されることに
なる。また穴２０によって穴２０の上部の保護層き穴の
中の耐エツチング層であるＴａ、Ｏ，とが直接結合する
ことになる。一般的に保護層は５ｉｎ２、ＡＬ、　ｏ、
、Ｔａ２Ｏ，等の酸化物から成っているので、耐エツチ
ング層Ｔａ２Ｏ，とは非常に密着力が強い。従って、穴
２０の存在により、個別電極８の熱膨張によるストレス
が発熱抵抗体部１］ζ及ぼす影響が緩和される。Since it is divided near one solid electrode, there is no current concentration, and therefore heat concentration and stress concentration on the protective film are alleviated. Further, the hole 20 allows direct bonding between the protective layer above the hole 20 and the etching-resistant layers in the hole, such as Ta and O. Generally, the protective layer is 5in2, AL, o,
Since it is made of oxides such as , Ta2O, etc., it has very strong adhesion to the etching-resistant layer Ta2O. Therefore, the presence of the holes 20 alleviates the influence of stress caused by thermal expansion of the individual electrodes 8 on the heating resistor portion 1 ]ζ.

上述したような本発明のヘッドを用いて前述したステッ
プストレステストを行なったところ、第８図１７に示す
ような安定した特性が得られた。この特性は第８図矢印
り、およびＥ点からスタートしても変わりのないもので
あった。従ってハイパワー使用においても初期故障が少
なく、寿命も安定したヘッドとなっている。When the step stress test described above was conducted using the head of the present invention as described above, stable characteristics as shown in FIG. 8, 17 were obtained. This characteristic remained the same even when starting from the arrow mark in FIG. 8 and the point E. Therefore, even when used at high power, the head has fewer initial failures and has a stable lifespan.

第９図は他の実施例であり、穴２１の形状は丸、あるい
は楕円でも同様な効果がある。第１０図は更に他の実施
例であり、穴ｎは個別電極８を含まず発熱抵抗体側のみ
である。これも同長な効果が得られる。（第１１図は更
に他の実施例であり、穴は個別電極側だけにある） 〔発明の効果〕 本発明によれば、個別電極と発熱抵抗体の接する辺の中
心部に穴を設けであるので、ハイパワー使用時の個別電
極近傍での電流集中、発熱集中が緩和され、従って局部
ストレス集中が緩＃されてハイパワー使用時Ｉこおいて
初期不良が少なく寿命的にも安定なサーマルヘッドを提
供することができる。FIG. 9 shows another embodiment, in which the hole 21 can be circular or oval in shape to achieve the same effect. FIG. 10 shows still another embodiment, in which the hole n does not include the individual electrode 8 but only on the heating resistor side. This also produces the same effect. (FIG. 11 shows yet another embodiment, in which the hole is only on the individual electrode side.) [Effects of the Invention] According to the present invention, the hole can be provided at the center of the side where the individual electrode and the heating resistor are in contact. This reduces the concentration of current and heat generation near the individual electrodes when using high power, and therefore reduces the concentration of local stress, resulting in less initial failure and stable thermal life over a long life when using high power. head can be provided.

【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平面
図、第２図は第３図の八−に根に沿って切断した従来の
サーマルヘッドの断面図、第３１凶は従来のサーマルヘ
ッドの平面図、第４図は従来のサーマルヘッドのパター
ン形成工種、第５図は第６図ｃ−ｃ’線に沿って切断し
た従来のサーマルヘッドの個別１電極の断面、第６図％
第７図は従来のサーマルヘッドの電流経路を示す説明図
、第８図はステップストレステストの特性図、第９図、
第１０図、第１１図は本発明の他の実施例を示すサーマ
ルヘッドの平面図である。 １・・・絶縁性基板 ２・・・グレーズ層 ３・・・耐エツチング層 ４・・・発熱抵抗体層 ５・・・電気導体層 ６・・・保挿層 ７・・・発熱部 ８・・・共通電極 ９・・・個別Ｎ、極 １０・・・ヘッド面 １１・・・端子部 １２・・・レジスト １３・・・発熱抵抗体 １４・・・電流経路 １５．１６・・・発熱集中部 １７、１８．１９・・・ステップストレステスト特性カ
ーブ ２０．２１．２２、お・・・穴 特許出願人　アルプス電気株式会社 第３　図 第６　図 弗８　図Fig. 1 is a plan view showing an embodiment of the thermal head of the present invention, Fig. 2 is a sectional view of a conventional thermal head taken along the root line 8- in Fig. 3, and Fig. 31 is a plan view showing an embodiment of the thermal head of the present invention. A plan view of the head, Fig. 4 is a pattern forming process of a conventional thermal head, Fig. 5 is a cross section of one individual electrode of a conventional thermal head cut along line c-c' in Fig. 6, Fig. 6%
Fig. 7 is an explanatory diagram showing the current path of a conventional thermal head, Fig. 8 is a characteristic diagram of a step stress test, Fig. 9,
10 and 11 are plan views of a thermal head showing another embodiment of the present invention. 1... Insulating substrate 2... Glaze layer 3... Etching resistant layer 4... Heat generating resistor layer 5... Electric conductor layer 6... Insertion layer 7... Heat generating part 8... ...Common electrode 9...Individual N, pole 10...Head surface 11...Terminal section 12...Resist 13...Heating resistor 14...Current path 15.16...Heating concentration Parts 17, 18, 19...Step stress test characteristic curves 20, 21, 22,... Hole patent applicant Alps Electric Co., Ltd. Figure 3 Figure 6 Figure 8 Figure 8

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）絶縁性基板上に直線的に形成された複数個の発熱
抵抗体と、この発熱体に電力を供給する共通電極および
個別電極と、前記発熱抵抗体、共通電極および個別電極
を覆う保護層とから成るサーマルヘッドにおいて、前記
個別電極と発熱抵抗体とが接する辺の中心部に導電性物
質の無い、穴を設けたことを特徴とするサーマルヘッド
。(1) A plurality of heating resistors formed linearly on an insulating substrate, a common electrode and individual electrodes that supply power to the heating elements, and protection covering the heating resistors, common electrode, and individual electrodes. 1. A thermal head comprising a layer, characterized in that a hole without conductive material is provided at the center of the side where the individual electrode and the heating resistor are in contact with each other. （２）前記穴は個別電極と発熱抵抗体の両方を含んでい
る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), wherein the hole includes both an individual electrode and a heating resistor. （３）前記穴は発熱抵抗体側だけにあることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載のサーマルヘッド。(3) The thermal head according to claim (1), wherein the hole is provided only on the heating resistor side. （４）前記穴は個別電極側だけにあることを特徴とした
特許請求の範囲第（１）項記載のサーマルヘッド。(4) The thermal head according to claim (1), wherein the holes are only on the individual electrode side.