DE3118342C2

DE3118342C2 - Wärmeaufzeichnungskopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE3118342C2
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: 1985-05-09
Also published as: GB2076747A; DE3118342A1; JPS56157382A; GB2076747B

Abstract

Ein Wärmeaufzeichnungskopf gemäß dem Dünnschicht system wird offenbart, bei dem eine obere Schichtverdrahtung (38) einer Matrixvielschichtverbindung zum wahlweisen Steuern einer Mehrzahl von Heizwiderständen (33), ein metallisierter Teil zum Anschluß eines Richtbauelements (40), das im Wärmekopf enthalten ist, und andere Verbindungsanschlüsse (41) sämtlich aus dem gleichen Material bestehen und gleichzeitig gebildet werden, um die Zahl der Fertigungsschritte zu verringern und die Produktionsausbeute zu verbessern.

Description

dadurch gekennzeichnet,

daß die Zweitschichtverdrahtung (38) außerdem eine Verkupferungs- oder Vernickelungsschicht auf der zweiten Grundschicht und eine Zinn-Blei-Beschichtung auf der Verkupferungs- oder Vernickelungsschicht aufweist

2. Wänneaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallisierte Verbindungsanschlußstück (41) den gleichen Schichtaufbau wie die Zweilschichtverdrahtur.g (38) hat.

3. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaufzeichnungskopfes nach Anspruch I, bei dem man einen Heizwiderstand durch Aufdampfen auf einer Oberfläche einer auf einem Hochwiderstandssubstrat gebildeten Glasschicht bildet, auf dem Heizwiderstand eine Erstschichtverdrahtung bildet, diese mit einer Isolierschicht bedeckt und mit einer ersten Grundschicht aus Chrom oder Titan und mit einer zweiten Grundschicht aus Kupfer überzieht, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste und die zweite Grundschicht durch Vakuumaufdampfung bildet und sie nachher einer Verkupferung oder Vernickelung und schließlich einer Zinn-Blei-Beschichtung unterwirft.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den metallisierten Teil und die Zweitschichtverdrahtung gleichzeitig bildet.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaufzeichnungskopf, der durch ein Impulssignal zum Aufzeichnen eines Informationsmusters auf einem Stück aus wärmeempfindlichen Papier steuerbar ist, mit einem Substrat hohen Widerstandes, einer auf dem Substrat gebildeten Matrix-Vielschichtverbindungsfläche mit einer Erstschichtverdrahtung und einer darauf gebildeten Zweitschichtverdrahtung zur selektiven Stromzufuhr an eine Mehrzahl von Heizelementen, wobei die Zweitschichtverdrahtung und die Heizelemente eine gemeinsame erste und zweite Grundschicht aufweisen, deren erste aus Chrom oder Titan und deren zweite aus Kupfer bestehen, und metallisierten Teilen auf der anderen Fläche als der Vielschichtverbindungsfläche jeweils zum Anschluß von Stromrichtelementeri und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein solcher Wärmeaufzeichnungskopf ist aus der JP-OS 1 61 344/79 bekannt und wird danach folgenderma-Ben hergestellt. Ein Heizwiderstand wird beispielsweise durch Vakuumverdampfung auf einer glatten Oberfläche (mit einer Oberflächenrauhigkeit gleich oder unter 0,01 μηι) einer Glasschicht homogen gebildet, die auf einem Hochwiderstandssubstrat (z. B. einem Aluminiumoxidkeramiksubstrat), und zwar auf der Oberfläche eines glasierten Keramiksubstrats gebildet ist. Der Heizwiderstand ist ein Dünnschichtwiderstand der eine Dicke von 0,1 bis 0,15 um aufweist und aus Tantalnitrid oder einer Siliziumoxid enthaltenden Tantalverbindung "besteht Eine Elektrodenverdrahtung, die eine erste Schicht einer Vielschichtverbindung ist, wird auf dem Heizwiderstand gebildet und einem Photoätzen zur Bildung eines Widerstandsmusters unterworfen. Die Elektrodenverdrahtung hat einen Zweischichtaufbau aus durch Verdampfen gebildeten Cr- und Al-Schichten, und die Cr-Schicht wird zur Unterdrückung der thermischen Reaktion des Heizwiderstands mit der Ai-üchicht vorgesehen. Anschließend wird eine Oxidationsschutzschicht gebildet, um die Oxidation des Heizwiderstands zu verhindern. Die Oxidationsschutzschicht besteht aus SiO₂ und hat eine Dicke von etwa 2 μΐη. Um einen Abrieb aufgrund des Kpntakts mit dem würmeempfindlichen Papier zu vermeiden, wird eine Abriebschutzschicht gebildet, die aus Ta₂O₅ besieht und eine Dicke von etwa 4 bis 5 μΐη aufweist. Weiter wird eine Isolierschicht in der Matrix vielschichtverbindung in der Weise gebildet, daß eine Vorpolymerlösung aus Polyimidhar/ auf die Oberfläche der Elektrodenverdrahtung nach dem Rotationsverfahren aufgebracht und danach bei 350⁰C in N₂-GaS ausgehärtet wird. Die so gebildete Isolierschicht hat eine Dicke von etwa 4 μπι und haftet sehr gut an einer oberen Verdrahtung, die aus Al hergestellt wird und eine Dicke von etwa 2 μΐη hat. Um die obere Verdrahtung zu schützen, wird ein Schutzüberzug aus Polyimidharz in der gleichen Weise wie die erwähnte Isolierschicht gebildet. Ein Teil des Schutzübsrzugs an der Anschlußstelle zur Verbindung eines Rückstromverhinderungs-Diodenplättchens und Teile des Schutzüberzugs, die einer gemeinsamen Elektrode bzw. einer Signalanschlußelektrode entsprechen, werden durch Photoätztechniken entfernt. Die Al-Schicht der Elektrodenverdrahtung wird an diesen Stellen freigelegt, und man bildet an diesen Stellen einen metallisierten Verbindungsanschluß zum Verhindern der Korrosion der 5<, Al-Schicht und zur Verbindung äußerer Bauelemente mit der Al-Schicht mittels Lots. Der metallisierte Verbindungsanschluß 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 enthält 16 oder 32 Dioden. Diese Dioden werden im Block mit der Matrixvielschichtverbindung unter Verwendung geschmolzenen Lots verbunden.

Wie sich aus dieser Erläuterung ergibt, umfaßt das bekannte Verfahren verschiedene Arten von Hcrstcllungsschritten, und die Zahl der Verfahrensschritte und Schichtmaterialien ist groß. Demgemäß sind die Herstellungskosten hoch, und außerdem ist die Produktionsausbeute wegen der durch das wicdcrhd'.e Photorcsistverfahren verursachten minderwertigen Verbindunggering.

Aus der DE-OS 27 12 683 ist andererseits ein llei/-

kopf für einen Wärmedrucker bekannt, bei dem die Zuführleiter der Heizleiter aus Chrom oder Titan mit einer uufplatticrtcn Gold-, Silber- oder Kupferschicht bestehen, die den Widerstand der Zuführleiter im Vergleich mit dem der Heizleiter senkt, und bei dem die Heizpunkte aus Ta₂N, Ni oder TaO₂ hestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaufzeichnungskopf der eingangs genannten Art zu entwickeln, de=xen Herstellung weniger Verfahrensschritte erfordert und eine hohe Produktionsausbeute, eine gute Verbindung zwischen der Erst- und der Zweitschichtverdrahtung und eine gute Korrosionsbeständigkeit der Zweitschichtverdrahtung ermöglicht; außerdem soll die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Verfügung stellen.

Diese Aufgabe wird bei üem eingangs genannten Wärmeaufzeichnungskopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zweitschichtverdrahtung außerdem eine Vcrkupferungs- oder Vernickelungsschicht auf der zweiten Grundschicht und eine Zinn-Blei-Beschichtung auf der Verkupferüngs- oder Vernickelungsschicht aufweist.

Zweckmäßig weist der metallisierte Teil den gleichen Schichtaufbau wie die Zweitschichtverdrahtung auf.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmeaufzeichnungskopfes, bei dem man einen Heizwiderstand durch Aufdampfen auf einer Oberfläche einer auf einem Hochwiderstandssubstrat gebildeten Glasschicht bildet, auf dem Heizwiderstand eine Erstschichtverdrahtung bildet, diese mit einer Isolierschicht bedeckt und mit einer ersten Grundschicht aus Chrom oder Titan und mit einer zweiten Grundschicht aus Kupfer überzieht, mit dem Kennzeichen, daß man die erste und die zweite Grundschicht durch Vakuumaufdampfung bildet und sie nachher einer Verkupferung oder Vernickelung und schließlich einer Zinn-Blei-Beschichtung unterwirft

Vorzugsweise bildet man den metallisierten Teil und die Zweitschichtverdrahtung gleichzeitig.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht man nicht nur eine Verfingerung der Herstellungsschritt/ahl und eine hohe Produktionsausbeute, sondern auch eine gute Verbindung zwischen den beiden Schichtverdrahtungen und eine gute Beständigkeit der Zweitschichtverdrahtung dank der vollen Bedeckung der Grundverkupferung oder -Vernickelung durch die Zinn-Blei-Beschichtung, wobei die Korrosionsbeständigkeit der Zweitschichtverdrahtung und der Bohrungen zur Verbindung im Wärmeaufzeichnungskopf verbessert ist.

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

Fig. 1 eine Schnitidarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeaufzeichnungskopfs gemäß der Erfindung; und

F i g. 2 eine vergrößerte Scbnittdarstellung des in l^rig. 1 gezeigten metallisierten Teils, der mit einem Diodenplättchen verbunden ist.

Ein typisches Verfahren zum Herstellen eines Wärmcaufzeichnungskopfes nach dem bekannten Dünnschichtsystem wurde bereits im einzelnen erläutert. Ein Hauptmerkmal der Erfindung beruht darauf, daß im Verlauf des obigen Verfahrens eine obere Verdrahtung 3S der Matrixviclschici.tverbindung und ein metallisiertes Verbindungsanschlußstück 41 zum Anschluß eines Diodcnplättchens gleichzeitig gebildet werden und aus dem gleichen Material bestehen.

Im einzelnen wird der Wärmeaufzeichnungskopf des Ausführungsbeispiels bis zum Schritt der Bildung einer Isolierschicht 37 der Matrixvielschichtverbindung in der gleichen Weise wie beim herkömmlichen Verfahren hergestellt. Man hat also ein Hochwiderstandssubstrat 31, darauf eine Glättungsschicht 32, auf dieser einen Heizwiderstand 33, darauf die untere Verdrahtung 34, die Oxidationsschutzschicht 35, die Abriebschutzschicht 36 und die Isolierschicht 37. Dann werden die obere

ίο Verdrahtung 38 und das 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 37 haftet, und danach mit einer Aufdampfschicht aus Cu überzogen. Ein Maskenaiuster wird mittels der Photoresisttechniken auf der Cu-Schicht gebildet, so daß nur die obere Verdrahtung 38 und der Bereich für das VerbindungsanschlußstO^k 41 freigelegt sind. Dann, wird, da Kupfer einen niedrigen elektrischen Widerstand und eine ausgezeichnete Lötbarkeit aufweist, eine Verkupferung bis zu einer Dicke von etwa 7 μπι 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 μπι durchgeführt Die Photoresistschicht wird entfernt und die Cr-Schiciit (mit einer Dik-

ke von etwa 0,1 μπι) und die Cu-Schicht (mit einer Dicke von etwa 0.2 μπι) werden unter Verwendung der durch die Verkupferung gebildeten Cu-Schicht als Maskenmuster weggeätzt. Anschließend wird das als Diodenplättchen ausgebildete Stromrichtelement 40 zum Verhindem 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, um die obere Verdrahtung 38 zu überziehen und das genannte Diodenplättchen 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 Wärmeaufzeichnungskopfes gemäß der Erfindung wird die in F i g. 4 gezeigte Cr-Schicht Cr (mit einer Dicke von etwa 0,1 μπι) durch eine Ti-Schicht ersetzt, und man führt e^::ie Vernickelung bis zu einer Dicke von etwa 7 μπι anstelle der Verkupferung bei der Bildung der oberen Verdrahtung 38 und des Verbindungsü.nschlußstücks 41 durch. Ein solches Ausführungsbeispiel kann die gleiche Wirkung wie das in den F i g. 3 und 4 dargestellte Ausführungr.beispiel erzeugen.
Außerdem besteht beim herkömmlichen Verfahren der Schutzüberzug für die obere Verdrahtung aus PoIyimidharz, da die Polyimidschicht keine Poren aufweist und daher die Korrosion der die obere Verdrahtung bildenden Al-Schicht verhindert werden kann und da die Polyimidschicht gi-t an der Al-Schicht haftet. Dage-

6! gen 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 dec Ausführungsbeispiels die Glättungsschicht 32 und der Schutzüberzug 39 aus einer Silikonharzschicht gebildet, was bei 150⁰C erfolgen kann. Dabei kann der Schutzüberzug 39 durch Aufbürsten aufgetragen werden.

Wie in der vorstehenden Beschreibung erläutert wurde, wird ein Wärmeaufzeichnungskopf gemäß der Erfindung in solcher Weise hergestellt, daß die obere 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:

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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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Wänneaufzeichnungskopf, der durch ein Impulssignal zum Aufzeichnen eines Informationsmusters auf einem Stück aus wärmeempfindlichem Papier steuerbar ist, mit
einem Substrat hohen Widerstandes, einer auf dem Substrat gebildeten Matrix-Vielschichtverbindungsfläche mit einer Erstschichtverdrahtung (34) und einer darauf gebildeten Zweitschichtverdrahtung 38) zur selektiven Stromzufuhr an eine Mehrzahl von Heizelementen, wobei die Zweitschichtverdrahtung und die Heizelemente eine gemeinsame erste und zweite Grundschicht aufweisen, deren erste aus Chrom oder Titan und deren zweite aus Kupfer bestehen, und metallisierten Verbindungsanschlußstücken (41) auf der anderen Fläche als der Vielschichtverbindungsfläche jeweils zum Anschluß von Stromrichtelemen- *„■. /ΛΙΛ