DE3118342A1

DE3118342A1 - Waermeaufzeichnungskopf und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3118342A1
Application number: DE19813118342
Authority: DE
Inventors: Keisuke Totsuka Yokohama Kurihara; Masao Kanagawa Yokohama Mitani; Toyoji Totsuka Yokohama Tsunoda; Akira Yabushita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1982-02-04
Also published as: GB2076747A; DE3118342C2; JPS56157382A; GB2076747B

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Wärmeaufzeichnungskopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaufzeichnung skopf und insbesondere auf einen Wärmeaufzeichnungskopf mit einem Heizbereiche, der in Berührung mit einem Stück aus wärmeempfindlichem Papier gebracht wird, um auf dem Papier einen Buchstaben, ein Symbol oder eine Bildabbildung thermisch aufzuzeichnen, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein solcher Wärmeaufzeichnungskopf, wie er in der US-PS 3 984 844 offenbart ist (im folgenden auch einfach als Wärmekopf bezeichnet), wird beispielsweise bei Druckern, Schreibern und Bildübertragungsgeräten verwendet. Der in diesen Anlagen verwendete Wärmekopf enthält eine große Anzahl von Heizbereichen, die in einer Reihe angeordnet und über einen Matrixkreis mit einem Steuerkreis verbunden sind. Die Heizbereiche werden

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nacheinander mit einem einem Aufzeichnungssignal entsprechenden SignaXstrom gespeist, um eine sichtbare, wärmeempfindliche Aufzeichnung auf dem in Kontakt mit dem Wärmekopf gebrachten wärmeempfindlxchen Papier zu erhalten.

Der Matrixkreis, von dem ein Hauptteil im Wärmekopf enthalten ist und der restliche Teil einen Teil des Steuerkreises bildet, wird in einen Gemeinsamdioden typ, wie er in Fig. IA gezeigt ist, und in einen Getrenntdiodentyp, wie er in Fig. IB gezeigt ist, eingeteilt. Der erstere Typ wird beispielsweise im folgenden erläutert.

Ein Heizwiderstand 1 zum Speisen des wärmeempfindlichen Papiers, das durch Erwärmung gefärbt wird, mit Wärmeenergie enthält m unabhängige Heizbereiche (beispielsweise ist m 1728 in dem Fall, wo die wirksame Aufzeichnungebreite und die Dichte der Hauptabtastzeilen 216 mm bzw. 8 Zeilen/mm betragen). Ein Ende jedes Heizbereichs ist mit einer der m Dioden verbunden, deren jede zum Verhindern des Rückstroms einesJBildsignals dient. Jede Diode 2 ist an der jedem Heizbereich entgegengesetzten Seite über einen Leiter 4 mit einem von η Anschlüssen 3 verbunden. Das andere Ende jedes Heizbereichs ist über einen Leiter mit einem von m Anschlüssen 6 verbunden. Entsprechende Heizbereiche von η Heizwiderständen 1 sind gemeinsam mit einem der Anschlüsse 6 verbunden. Der Wärmekopf ist also mit einer Matrix-Vielschichtverbindung zum gleichzeitigen Steuern entsprechender Heizbereiche von η Heizwiderständen zusätzlich zu den Heizwiderständen 1 und den Dioden 2 versehen. Mit anderen Worten

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ist jede der Bildsignal-Anschlußelektroden mit η Heizwiderständen 1 verbunden, deren jeder m Heizbereiche enthält, und daher läßt sich eine Matrixsteuerung für m χ η Heizbereiche vornehmen_c

Es soll nun ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines Wärmekopfes nach dem Dünnschichtsystem anhand der Fig. 2 erläutert werden. Gemäß Fig. 2 wird ein Heizwiderstand 13 beispieleweise durch Vakuumverdampfung auf einer glatten Oberfläche (mit einer Oberflächenrauhigkeit gleich oder unter 0,01 ,um) einer Glasschicht 12 homogen gebildet, die auf einem Hochwiderstandssubstrat 11 (z. B. einem Aluminiumoxidkeramiksubstrat) , und zwar auf der Oberfläche eines glasierten Keramiksubstrats gebildet ist. Der Heizwiderstand 13 ist ein Dünnschichtwiderstand, der eine Dicke von 0,1 bis 0,15 Aim aufweist und aus Tantalnitrid oder einer Siliziumoxid enthaltenden Tantalverbindung besteht. Eine Elektrodenverdrahtung 14, die eine erste Schicht einer Vielschichtverbindung ist, wird auf dem Heizwiderstand 13 gebildet und einem Photoätzen zur Bildung eines Widerstandsmusters unterworfen. Die Elektrodenverdrahtung 14 hat einen Zweischichtaufbau aus durch Verdampfen gebildeten Cr- und Al-Schichten, und die Cr-Schicht wird zur Unterdrückung der thermischen Reaktion des Heizwiderstands 13 mit der Al-Schicht vorgesehen. Anschließend wird eine Oxidationsschutzschicht 15 gebildet, um die Oxidation des Heizwiderstands 13 zu verhindern. Die Schicht 15 besteht aus SiO„ und hat eine Dicke von etwa 2 /Um. Um einen Abrieb aufgrund des Kontakts mit dem wärmeempfindlichen Papier zu vermeiden, wird eine

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Abriebschutzschicht 16 gebildet, die aus Ta₃O₅ besteht und eine Dicke von etwa 4 bis 5 ,um aufweist. Weiter wird eine Isolierschicht 17 in der Matrixvielschichtverbindung in der Weise gebildet, daß eine Vorpolymerlösung aus Polyimidharz auf die Oberfläche der Elektrodenverdrahtung 14 nach dem Rotationsverfahren aufgebracht und danach bei 350 ⁰C in N₂~Gas ausgehärtet wird. Die so gebildete Isolierschicht 17 hat eine Dicke von etwa 4 .um und haftet sehr gut an einer oberen Verdrahtung 18, die aus Al hergestellt wird und eine Dicke von etwa 2 ,um hat. Um die obere Verdrahtung 18 zu schützen, wird ein Schutzüberzug 19 aus Polyimidharz in der gleichen Weise wie die Isolierschicht 17 gebildet. Ein Teil des Schutzüberzugs 19 an der Anschlußstelle zur Verbindung eines Rückstromverhinderungs-Diodenplättchens 20 und Teile des Schutzüberzugs 19, die einer gemeinsamen Elektrode bzw. einer Signalanschlußelektrode entsprechen,werden durch Photoätztechniken entfernt. Die Al-Schicht der Elektrodenverdrahtung 14 wird an diesen Stellen freigelegt, und man bildet an diesen Stellen einen metallisierten Verbindungsanschluß 21 zum Verhindern der Korrosion der Al-Schicht undJzur Verbindung äußerer Bauelemente mit der Al-Schicht mittels Lots. Der metallisierte Verbindungsanschluß 21 wird in der Weise gebildet, daß zunächst Ti und Cu aufgedampft werden und dann die aufgedampfte Schicht zunächst einer Vernickelung und anschließend einer Vergoldung unterworfen wird. Das Diodenplättchen 20 enthält 16 oder 32 Dioden. Diese Dioden werden im Block mit der Matrixvielschichtverbindung unter Verwendung geschmolzenen Lots verbunden.

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Vorstehend wurde eine Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines Wärmekopfes gegeben.

Wie sich aus dieser Erläuterung ergibt, umfaßt das bekannte Verfahren verschiedene Arten von Herstellungsschritten, und die Zahl der Verfahrensschritte ist groß. Demgemäß sind die Herstellungskosten hoch, und außerdem ist die Produktionsausbeute wegen der durch das wiederholte Photoresistverfahren verursachten minderwertigen Verbindung gering.

Wie oben erwähnt, umfaßt ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmekopfes nach dem Dünnschichtsystem verschiedene Verfahrensschritte, verwendet viele Arten von Schichtmaterialien und ist daher von hohen Herstellungskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmekopf zu entwickeln, bei dem die Nachteile des herkömmlichen Herstellungsverfahrens nicht auftreten, sondern die Zahl der Herstellungsverfahrensschritte gering ist und eine hohe Produktioneausbeute ermöglicht wird, und ein entsprechendes Herstellungsverfahren anzugeben.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Wärmeaufzeichnungskopf, der durch ein Impulssignal zum Aufzeichnen eines Informationsmusters auf einem Stück aus wärmeempfindlichem Papier steuerbar ist und eine Matrix-Vielschicht-

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Verbindung mit einer Erstschichtverdrahtung und einer Zweitschichtverdrahtung zum selektiven Steuern einer Mehrzahl von Heizelementen aufweist, der gekennzeichnet ist durch einen metallisierten Teil aus dem gleichen Material wie die Zweitschichtverdrahtung zum Anschluß eines Richtelements, das im Wärmeaufzeichnungskopf enthalten ist, und ein Verbindungsanschlußstück aus dem gleichen Material wie die Zweitschichtverdrahtung und der metallisierte Teil, wobei die Zweitschichtverdrahtung, der metallisierte Teil und das Verbindungsanschlußstück gleichzeitig gebildet sind.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmeaufzeichnungskopfes, mit dem Kennzeichen, daß man die 2w«±"fceehicht Verdrahtung so herstellt, daß man Chrom und Kupfer durch Vakuumverdampfen abscheidet und die so abgeschiedenen Chrom- und Kupferschichten einer Verkupferung und Lotbeschichtung unterwirft und daß das bei der Lotbeschichtung verwendete Lot Zinn und Blei enthält.

Nach einer Alternative der Erfindung weist das Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmeaufzeichnung skopfes das Kennzeichen auf, daß man die Zweitschichtverdrahtung so herstellt, daß man Titan und Kupfer durch Vakuumverdampfen abscheidet und die so abgeschiedenen Titan- und Kupferschichten einer Vernickelung und Lotbeschichtung unterwirft und daß das bei der Lotbeschichtung verwendete Lot Zinn und Blei enthält.

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Wesentliches Merkmal der Erfindung ist also, daß die obere Verdrahtung der Matrixvielschichtverbindung, die beim herkömmlichen Verfahren aus einer aufgedampften Al-Schicht gebildet wird, und der metallisierte Verbindungsteil zum Anschluß des Diodenplättchens unter Verwendung des gleichen Materials gleichzeitig gebildet werden. Und zwar werden nach der einen Alternative die obere Verdrahtung und der metallisierte Anschlußteil in der Weise gebildet, daß Cr und Cu auf freigelegte Oberflächenteile der unteren Verdrahtung (aus Al) aufgedampft werden und dann die aufgedampfte Schicht mit Cu und (Sn und Pb enthaltendem) Lot beschichtet wird. Die Kugelelektroden des Diodenplättchens werden gegenüber den entsprechenden metallisierten Teilen angeordnet und mit diesen durch geschmolzenes Lot verbunden. Dabei wird die aufgedampfte Schicht aus Cr und Cu, die den Grundüberzug der oberen Verdrahtung bildet/ mit geschmolzenem Lot überzogen. Gemäß dem vorstehend erwähnten Verfahren kann die Leitfähigkeit der oberen Verdrahtung erheblich verbessert werden, und außerdem ist die Zahl der Verfahrensschritte klein, und die Produktionsausbeute ist im Vergleich mit dem bekannten Verfahren hoch.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen:

Fig. IA und IB die schon beschriebenen Darstellungen zur Veranschaulichung unterschiedlicher grundsätzlicher Schaltbilder eines Wärmekopfes;

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Fig. 2 die schon erläuterte Schnittdarstellung eines n&ch dem bekannten Dünnschichtsystem hergestellten Wärmekopfes;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wärmekopfs gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung des in Fig. 3 gezeigten metallisierten Teils, der mit einem Diodenplättchen verbunden ist.

Es soll nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wärmekopfes gemäß der Erfindung anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden, worin vergleichbare Teile um 20 höhere Bezugsziffern als in Fig. 2 aufweisen.

Ein typisches Verfahren zum Herstellen eines Wärmekopfes nach dem bekannten Dünnschichtsystem wurde bereits im einzelnen erläutert. Ein Hauptmerkmal der Erfindung beruht darauf, daß im Verlauf des obigen Verfahrens eine obere Verdrahtung 38 der Matrixvielschichtverbindung und ein metallisiertes Verbindungsanschlußstück 41 zum Anschluß eines Diodenplättchens gleichzeitig gebildet werden und aus dem gleichen Material bestehen.

Im einzelnen wird der Wärmekopf des Ausführungsbeispiels bis zum Schritt der Bildung einer Isolierschicht 37 der Matrixvielschichtverbindung in der gleichen Weise wie beim herkömmlichen Verfahren hergestellt. Dann werden die obere Verdrahtung 38 und das

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metallisierte Verbindungsanschlußstück 41 in der folgenden Weise gebildet. Die Oberflächenteile der Al-Schicht der unteren Verdrahtung 34, die durch die Photoätztechniken freigelegt sind, und die gesamte Oberfläche der Isolierschicht 37 werden mit einer Aufdampfschicht aus Cr, die gut an der Isolierschicht haftet, und danach mit einer Aufdampfschicht aus Cu Überzogen. Ein Maskenmuster wird mittels der Photoresisttechniken auf der Cu-Schicht gebildet, so daß nur die obere Verdrahtung 38 und der Bereich für das Verbindungsanschlußstück 41 freigelegt sind. Dann wird, da Kupfer einen niedrigen elektrischen Widerstand und eine ausgezeichnete Lötbarkeit aufweist, eine Verkupferung bisjzu einer Dicke von etwa 7-um vorgenommen, indem man einen Strom durch ein Verkupferungsbad zur Cu-Schicht fließen läßt, und außerdem wird eine Beschichtung mit (50 % Sn und 50 % Pb enthaltendem) Lot in ähnlicher Weise bis zu einer Dicke von etwa 5 ,um durchgeführt. Die Photoresistschicht wird entfernt, und die Cr-Schicht (mit einer Dicke von etwa 0,1 .um) und die Cu-Schicht (mit einer Dicke von etwa 0,2 ,um) werden unter Verwendung der durch die Verkupferung gebildeten Cu-Schicht als Maskenmuster weggeätzt. Anschließend wird das Diodenplättchen 40 zum Verhindern des Rückstroms durch Schmelzen der galvanisch gebildeten Lotschicht verbunden. Gleichzeitig werden die Cr-Schicht und die Cu-Schicht, die den Grundüberzug der oberen Verdrahtung 38 bilden, mit geschmolzenem Lot überzogen. So wird die obere Verdrahtung 38 stabil. Die oben erwähnte Dicke der Lotbeschichtung ist ausreichend,

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um die obere Verdrahtung 38 zu überziehen und das Diodenplättchen 40 damit zu verbinden. Weiter weist, da die obere Verdrahtung 38 mit einer großen Lotmenge beschichtet ist, die Verdrahtung 38 im Vergleich mit der herkömmlichen Al-Verdrahtung einen niedrigen Verdrahtungswiderstand auf, und daher wird der Leistungsverbrauch des Wärmekopfes verbessert.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel eines Wärmekopfes gemäß der Erfindung wird die in Fig. 4 gezeigte Cr-Schicht Cr (mit einer Dicke von etwa 0,1 ,um) durch eine Ti-Schicht ersetzt, und man führt eine Vernickelung bis zu einer Dicke von etwa 7 ,um anstelle der Verkupferung bei der Bildung der oberen Verdrahtung und des Verbindungsanschlußstücks 41 durch. Ein solches Ausführungsbeispiel kann die gleiche Wirkung wie das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel erzeugen.

Außerdem besteht beim herkömmlichen Verfahren der Schutzüberzug 19 für die obere Verdrahtung 18 aus Polyimidharz, da die Polyimidschicht keine Poren aufweist und daher die Korrosion der die obere Verdrahtung 18 bildenden Al-Schicht verhindert werden kann und da die Polyimidschicht gut an der Al-Schicht haftet. Dagegen ist die obere Verdrahtung 38 gemäß der Erfindung mit Lot beschichtet, und daher kann ein Schutzüberzug 39 für die obere Verdrahtung 38 aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Demgemäß werden im Rahmen des Ausführungsbeispiels die Glättungsschicht 32 und der Schutzüberzug 39 aus einer Silikonharzschicht gebildet,

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was bei 150 ⁰C erfolgen kann. Dabei kann der Schutzüberzug 39 durch Aufbürsten aufgetragen werden.

Wie in der vorstehenden Beschreibung erläutert wurde, wird ein Wärmekopf gemäß der Erfindung in solcher Weise hergestellt, daß di·/Verdrahtung und der metallisierte Teil zum Anschluß eines Diodenplättchens gleichzeitig gebildet werden, aus dem gleichen Material bestehen und eine durch Galvanisieren gebildete Lotschicht enthalten. Demgemäß hat der Wärmekopf gemäß der Erfindung die folgenden Vorteile:

(1) Die Herstellungskosten sind niedrig, da die Zahl der Fertigungsschritte um etwa 30 % im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren verringert ist.

(2) Da die Zahl der Photoresistschritte verringert ist, sinkt das Auftreten fehlerhafter Filme (oder Schichten), und daher ist die Produktionsausbeute verbessert.

(3) Da die obere Verdrahtung mit einer durch Galvanisieren gebildeten Lotschicht überzogen wird, weist die obere Verdrahtung im Vergleich mit der herkömmlichen einen geringen Verdrahtungswiderstand auf, und daher ist der Leistungsverbrauch (oder die Leistung) des Wärmekopfes verbessert.

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Claims

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ Fätöntanwälte
Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt
Telefon (089) 22 7201 - 22 7244 - 295910 Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.
Telex 522048 - Telegramm Allpatent München Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT
1—32 36 IPf 32 36 2H^ Dr.-Ing. R. BEETZ jr.
^v ' Rechtsanwalt Dlpl.-Phye.Dr.jur. U. HEIDRICH
Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED Prlv.-Doz. Dipl.-Chem, Dr. r.er. nat. W. SCHMITT-FUMIAN
8. Mai 1981

Ansprüche

Iy Wärmeaufzeichnungskopf, der durch ein Impulssignal zum Aufzeichnen eines Inforraationsmusters auf einem Stück aus wärmeempfindlichem Papier steuerbar ist und eine Matrix-Vielschichtverbindung mit einer Erstschichtverdrahtung und einer Zweitschichtverdrahtung zum selektiven Steuern einer Mehrzahl von Heizelementen aufweist,

gekennzeichnet durch

einen metallisierten Teil aus dem gleichen Material wie die Zweitschichtverdrahtung (38) zum Anschluß eines Richtelements (40), das im Wärmeaufzeichnungskopf enthalten ist, und

ein Verbindungsanschlußstück (41) aus dem gleichen Material wie die Zweitschichtverdrahtung (38) und der metallisierte Teil,

wobei die Zweitschichtverdrahtung (38), der metallisierte Teil und das Verbindungsanschlußstück (41) gleichzeitig gebildet sind.

2. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaufzeichnungskopfes nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß man die Zweitschichtverdrahtung (38) so herstellt, daß man Chrom und Kupfer durch Vakuumverdampfen abscheidet und die so abgeschiedenen Chrom-jund Kupferschichten einer Verkupferung und Lotbeschichtung unterwirft und daß das

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bei der Lotbeschichtung verwendete Lot Zinn und Blei enthält.

3. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaufzeichnungskopfes, nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß man die Zweitschichtverdrahtung (38) so herstellt, daß man Titan und Kupfer durch Vakuumverdampfen abscheidet und die so abgeschiedenen Titan- und Kupferschichten eine Vernickelung und Lotbeschichtung unterwirft und daß das bei der Lotbeschichtung verwendete Lot Zinn und Blei enthält.

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