CN1522862A - 热转印元件的结构及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热转印元件的结构及制造方法，是在一基板上形成有复数个凹槽，在每一凹槽上形成有一微加热器，其是由数支点支撑而悬浮设置在基板上，在基板上且在位于微加热器上方相隔一间隙设有一覆盖结构，以包覆每一该微加热器。因此本发明可有效降低微加热器与基板间因固体热导造成的热损耗，具有低功率消耗及高解析度等功效。

Description

热转印元件的结构及制造方法

技术领域

本发明是关于一种热转印元件，特别是关于一种利用微加上技术形成的热转印元件，作为低功率消耗及高解析度的列印市场使用。

背景技术

按，现有的热转印头(Thermal Printing Head，TPH)是由热能将一黑色或彩色的色带上的染料转印至纸张上，以形成文字或图像的列印。有别于喷墨头的列印技术，热转印元件由控制转印温度，可提供相当好的灰阶效果，特别是在彩色照片的列印方面，可提供更逼近于传统的冲洗照片的品质。

现有的热转印元件的结构剖视图如图1所示，包括一基板10，常用的是为导热性质佳的陶瓷基板，在其上方形成有一热绝缘层12，其是由导热性质差的氧化硅材料所组成，以提高热转印元件的热效率，在热绝缘层12上形成有数加热电阻14，最后形成有一保护层16，其是兼具有耐磨耗及导热佳的特性。

然而，现有的热转印元件由于仍不能免于固体热导的功率消耗大而具有加热效率差的缺点；更甚者，不同加热电阻14间的热耦合问题造成解析度受限，而无法制作高解析度的热转印元件(现有技术仅能达300-400dpi)，同时也限制了其列印彩色照片的品质；另一方面，现有制造技术亦限制了其与相关电路整合成单一晶片的机会。

因此，本发明是针对上述的种种问题，提出一种微加工式热转印元件，以克服现有问题及缺点。

发明内容

本发明的主要目的，是在提出一种热转印元件的结构及制造方法，利用微加上技术形成热转印元件的结构，使其微加热器与基板间仅有少数支点接触而悬浮设置在基板上，以有效降低固体热导造成的热损耗，进而达到低功率消耗及高加热效率的功效。

本发明的另一目的，是在使热转印元件的微加热器间彼此具有极佳的热绝缘效果且节距(pitch)达到40微米以下，以克服现有加热电阻间的热耦合问题，进而提供解析度可达600dpi以上的高解析度列印元件。

本发明的再一目的，是在由微加工技术使热转印元件与相关电路可整合在单一晶片上，以达到制程简化及体积微小化的功效。

为达到上述的目的，本发明一热转印元件是在一基板上形成有复数凹槽，在每一凹槽上分别悬浮设置一微加热器，另有一覆盖结构形成在基板上且在位于该微加热器上方处是相隔一间隙而包覆每一该微加热器。

其中，该基板的材料为单晶硅。

其中，该等凹槽是利用硅异方性蚀刻法形成。

其中，该微加热器为一夹层结构，由下而上依序为介电层、电阻材料层、介电层。

其中，该介电层的材料是选自氧化硅、氮化硅及碳化硅其中之一。

其中，该覆盖结构是为一夹层结构，由下而上依序为氧化硅、氮化硅及碳化硅。

其中，该微加热器是由数支点支撑而悬浮在该凹槽上。

其中，该间隙是由牺牲层的定义及后续蚀刻步骤移除牺牲层而形成。

本发明一种热转印元件的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一基板；

在该基板上形成有复数个凹槽；

在每一该凹槽上形成一微加热器结构；以及

在该基板上且在位于该微加热器上方相隔一间隙形成有一覆盖结构，以包覆每一该微加热器。

其中，该基板的材料为单晶硅。

其中，该等凹槽是利用硅异方性蚀刻法形成。

其中，该微加热器为一夹层结构，由下而上依序为介电层、电阻材料层、介电层。

其中，该介电层的材料是选自氧化硅、氮化硅及碳化硅其中之一。

其中，该覆盖结构是为一夹层结构，由下而上依序为氧化硅、氮化硅及碳化硅。

其中，该微加热器是由数支点支撑而悬浮在该凹槽上。

其中，该间隙是由定义一牺牲层及后续蚀刻步骤以移除牺牲层而形成。

其中，该牺牲层的材料是选自多晶硅、非晶硅及铝金属其中之一。

附图说明

以下由具体实施例配合所附的附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效，其中：

图1为现有热转印元件的结构剖视图；

图2为本发明热转印元件的结构剖视图。

具体实施方式

本发明的热转印元件由微加工技术形成的结构如图2所示，此热转印元件包括一基板20，在其上表面开设有复数个凹槽22，在每一凹槽22上悬浮设置有一微加热器24，另在基板20上且在位于微加热器24上方相隔一间隙26设有一覆盖结构28，以包覆该等微加热器24。

本发明由微加工技术形成上述热转印元件结构的方法是如下所述，同时请再参阅图2。首先，提供一基板20，其材料通常为晶向[100]的单晶硅，此基板20的优点为具有良好的热传导特性，同时亦可于其上制作集成电路；在基板20的一表面上利用硅异方性蚀刻法形成有复数个凹槽22，该蚀刻法是利用氢氧四甲基铵(tetramethylammoniumhydroxide，TMAH)蚀刻溶液完成；接着，在每一凹槽22上悬浮设置有一微加热器2 4，其是为悬浮桥式结构(Floating Bridge Structure)，是由连接基板20的数支点(图中未示)支撑而悬浮在凹槽22上，且微加热器24为一夹层结构，由下而上依序为介电层、电阻材料层、介电层，其中，介电层的材料通常为氧化硅、氮化硅或碳化硅，电阻材料层是为多晶硅，亦可为金属或其他电阻材料。

在基板20上且在位于微加热器24上方相隔一间隙26形成有一覆盖结构28，以包覆该等微加热器24，覆盖结构28是为一夹层结构，由下而上依序为氧化硅、氮化硅及碳化硅，覆盖结构28的材料特性为兼具有良好的热传导性及耐磨耗性。其中，间隙26的形成是由定义一牺牲层及后续蚀刻以去除牺牲层而成，牺牲层的材料在此为多晶硅或非晶硅材料，也可为铝金属。

在实际使用本发明的热转印元件时，其内的微加热器24加热而产生的高温主要是透过间隙26由辐射热传导的方式而将热能传导至覆盖结构28，以作为热转印的列印点。由于微加热器24是由少数支点支撑而悬浮在凹槽22上，亦即微加热器24与基板20间的接触部位仅此少数支点，因此可大大的降低固体热传导，其通常为10^-5～10^-6W/℃，故仅需数毫瓦特(mW)便可将微加热器24的温度提升至100℃以上，进而可达到低功率消耗及高加热效率的功效。

此外，利用微加工技术形成的微细结构使得本发明的微加热器24间具有良好的热绝缘效果，其节距(pitch)P在制作上可达到小于40微米，解析度达到600dpi以上的高解析度要求，而该些优点及功效是为

现有技术所无法达成。

另一方面，本发明由微加工技术制作热转印元件是可使其与相关电路整合在单一晶片上，以达到制程简化及体积微小化的目的。

以上所述是由实施例说明本发明的特点，其目的在使熟悉该技术者能了解本发明的内容并据以实施，而非限定本发明的专利范围，故，凡其他未脱离本发明所揭示的精神所完成的等效修饰或修改，仍应包含在所述的申请专利范围中。

Claims (17)

1.一种热转印元件，其特征在于，包括：

一基板，在其一表面设有复数个凹槽；

复数微加热器，其是分别悬浮设置在每一该凹槽上；以及

一覆盖结构，其是设置在该基板上且在位于每一该微加热器上方处是相隔一间隙而包覆每一该微加热器。

2.如权利要求1所述的热转印元件，其特征在于，其中，该基板的材料为单晶硅。

3.如权利要求1所述的热转印元件，其特征在于，其中，该等凹槽是利用硅异方性蚀刻法形成。

4.如权利要求1所述的热转印元件，其特征在于，其中，该微加热器为一夹层结构，由下而上依序为介电层、电阻材料层、介电层。

5.如权利要求4所述的热转印元件，其特征在于，其中，该介电层的材料是选自氧化硅、氮化硅及碳化硅其中之一。

6.如权利要求1所述的热转印元件，其特征在于，其中，该覆盖结构是为一夹层结构，由下而上依序为氧化硅、氮化硅及碳化硅。

7.如权利要求1所述的热转印元件，其特征在于，其中，该微加热器是由数支点支撑而悬浮在该凹槽上。

8.如权利要求1所述的热转印元件，其特征在于，其中，该间隙是由牺牲层的定义及后续蚀刻步骤移除牺牲层而形成。

9.一种热转印元件的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一基板；

在该基板上形成有复数个凹槽；

在每一该凹槽上形成一微加热器结构；以及

在该基板上且在位于该微加热器上方相隔一间隙形成有一覆盖结构，以包覆每一该微加热器。

10.如权利要求9所述的热转印元件的制造方法，其特征在于，其中，该基板的材料为单晶硅。

11.如权利要求9所述的热转印元件的制造方法，其特征在于，其中，该等凹槽是利用硅异方性蚀刻法形成。

12.如权利要求9所述的热转印元件的制造方法，其特征在于，其中，该微加热器为一夹层结构，由下而上依序为介电层、电阻材料层、介电层。

13.如权利要求12所述的热转印元件的制造方法，其特征在于，其中，该介电层的材料是选自氧化硅、氮化硅及碳化硅其中之一。

14.如权利要求9所述的热转印元件的制造方法，其特征在于，其中，该覆盖结构是为一夹层结构，由下而上依序为氧化硅、氮化硅及碳化硅。

15.如权利要求9所述的热转印元件的制造方法，其特征在于，其中，该微加热器是由数支点支撑而悬浮在该凹槽上。

16.如权利要求9所述的热转印元件的制造方法，其特征在于，其中，该间隙是由定义一牺牲层及后续蚀刻步骤以移除牺牲层而形成。

17.如权利要求16所述的热转印元件的制造方法，其特征在于，其中，该牺牲层的材料是选自多晶硅、非晶硅及铝金属其中之一。