JP2001026130A - Thermal head - Google Patents

Thermal head

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JP2001026130A
JP2001026130A JP20219299A JP20219299A JP2001026130A JP 2001026130 A JP2001026130 A JP 2001026130A JP 20219299 A JP20219299 A JP 20219299A JP 20219299 A JP20219299 A JP 20219299A JP 2001026130 A JP2001026130 A JP 2001026130A
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JP
Japan
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thermal head
heating resistor
layer
inorganic insulating
resistance
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JP20219299A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Uzuka
竜一 兎束
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Toshiba Corp
Toshiba Hokuto Electronics Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Hokuto Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance power resistance by providing a supporting basic body formed of inorganic insulating layer formed on one major surface of a metallic base body, a plurality of heating resistors formed on the inorganic insulating layer, an electrode pattern connected with the heating resistors thereby eliminating variation in the resistance of the heating resistors at the time of high working temperature. SOLUTION: An SiON layer 2 is formed on a basic body 1 and a heating resistor 3 is formed on the layer 2 while being exposed partially such that an electrode 4 supplying power to the heating resistor 3 serves as a heat generating part. Furthermore, an SiON layer 5 is provided to cover the heat generating part thus completing a thermal head. More specifically, a basic body 1 of SUS of about 0.5 mm thick is cut into specified dimensions and subjected to degreasing and then an SiON layer 2 is formed on the basic body 1 by sputtering. Subsequently, a heating resistor 3 of TaSiO of about 0.1 μm is formed on the SiON layer 2 by sputtering and annealed at 750-950 deg.C in vacuum.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオプリンタや
カード印刷機、製版機、ファクシミリ等に用いられるサ
ーマルヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head used for a video printer, a card printer, a plate making machine, a facsimile, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、各種ΟA機器の感熱式記録装置に
おいては、印字の微細化および高速化がますます要求さ
れるようになり、これに伴い、サーマルプリントヘッド
の発熱抵抗体に対する耐熱性の要求は厳しいものとなっ
てきている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization and high-speed printing in thermal recording devices of various type A devices. Demands are becoming more demanding.

【0003】すなわち、感熱式記録装置の印字の微細化
に対応するために、サーマルプリントヘッドにおいて発
熱抵抗体の形状の微細化を行うと、発熱抵抗体の単位面
積当たりの熱負担が増加し、発熱抵抗体の発熱温度は上
昇する。そのため、短期間の内に発熱抵抗体の抵抗値は
変化し、サーマルプリントヘッドは使用に耐えなくなっ
てしまう。
That is, if the shape of the heating resistor in the thermal print head is reduced in order to cope with the fine printing of the thermal recording apparatus, the heat load per unit area of the heating resistor increases, The heating temperature of the heating resistor rises. Therefore, the resistance value of the heating resistor changes within a short period of time, and the thermal print head cannot be used.

【0004】また、感熱式記録装置の印字の高速化に対
応するために、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体に
対して高電力のパルスを印加すると、発熱抵抗体の発熱
温度は上昇し、発熱抵抗体の形状の微細化を行った場合
と同様に、短期間の内に発熱抵抗体の抵抗値は変化して
使用に耐えなくなってしまう。
Further, when a high-power pulse is applied to the heating resistor of the thermal print head in order to cope with the high-speed printing of the thermal recording apparatus, the heating temperature of the heating resistor rises and the heating resistor increases. As in the case where the shape of the body is miniaturized, the resistance value of the heating resistor changes within a short period of time and becomes unusable.

【0005】したがって、各種ΟA機器の感熱式記録装
置における印字の微細化および高速化を実現するには、
高温においても抵抗値の特性に変化のない、耐熱性に優
れた発熱抵抗体をサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体
として適用することが必要不可欠である。
Therefore, in order to realize finer printing and higher speed printing in a thermal recording apparatus of various #A devices,
It is indispensable to apply a heating resistor excellent in heat resistance, which does not change its resistance value characteristics even at a high temperature, as a heating resistor of a thermal print head.

【0006】このような発熱抵抗体の抵抗値の変化を引
き起こす大きな要因の一つとして、従来からアルミナ基
体と発熱抵抗体層との間に表面平滑性と蓄熱性の向上を
主目的として設けられているグレーズガラス層と発熱抵
抗体との間に酸素あるいはその他の構成成分の拡散があ
げられる。
As one of the major factors causing such a change in the resistance value of the heat generating resistor, conventionally, between the alumina substrate and the heat generating resistor layer, the main purpose is to improve the surface smoothness and the heat storage property. Diffusion of oxygen or other components between the glaze glass layer and the heat generating resistor.

【0007】そこで、発熱抵抗体とグレーズガラス層と
の間に、バリア層を介在させる方法が提案されている。
しかし、この手法によると、製造工程が複雑化し、コス
ト高となる。
Accordingly, a method has been proposed in which a barrier layer is interposed between the heating resistor and the glaze glass layer.
However, according to this method, the manufacturing process becomes complicated and the cost increases.

【0008】また、発熱抵抗体の下にバリア層を設ける
以外の方法としては、還元性ガス雰囲気中、窒化性ガス
雰囲気中、不活性ガス雰囲気中または真空中で、ガラス
グレーズ層を有する支持基体をガラスグレーズ層のガラ
ス転移点以上の温度領域で焼成する方法が提案されてい
る。この方法によれば、ガラスグレーズ層の少なくとも
発熱抵抗体と接する界面近傍の酸素含有率が発熱抵抗体
の酸素含有率と比較して同等あるいは低くなるので、ガ
ラスグレーズ層から発熱抵抗体への酸素の拡散が起こら
ないというものであるが、次のような問題があった。
As a method other than providing a barrier layer under a heating resistor, a supporting substrate having a glass glaze layer in a reducing gas atmosphere, a nitriding gas atmosphere, an inert gas atmosphere, or a vacuum is used. Is fired in a temperature range not lower than the glass transition point of the glass glaze layer. According to this method, the oxygen content of the glass glaze layer at least near the interface in contact with the heating resistor is equal to or lower than the oxygen content of the heating resistor. However, there are the following problems.

【0009】すなわち、ガラスグレーズ層を有する支持
基体をガラスグレーズ層のガラス転移点以上の温度領域
で焼成する方法においては、特に量産レベルで焼成によ
る効果の再現性に乏しく、個々のガラスグレーズ層にお
いてバラツキが大きいことがわかった。これは、特にガ
ス雰囲気中において、ガラスグレーズ層を有する支持基
体の全バッチ・全ロットを厳密に同一な雰囲気で熱処理
(焼成)するのが困難であること、すなわち、各ガラス
グレーズ層表面のガス流量や温度等を厳密に合わせるこ
とが困難であることに由来する。さらに、同一種の支持
基体であってもガラスグレーズ層の組成や熱物性には微
妙なバラツキが生じており、この微妙なバラツキが熱処
理により大きなデバイス特性の差を産み出すのである。
That is, in a method of firing a supporting substrate having a glass glaze layer in a temperature range not lower than the glass transition point of the glass glaze layer, the reproducibility of the firing effect is poor, especially at a mass production level, and individual glass glaze layers may not be reproducible. It turned out that the variation was large. This is because it is difficult to heat-treat (fire) all the batches and lots of the supporting substrate having the glass glaze layer in a strictly identical atmosphere, particularly in a gas atmosphere. This is because it is difficult to precisely adjust the flow rate, temperature, and the like. Further, even with the same type of supporting substrate, subtle variations occur in the composition and thermophysical properties of the glass glaze layer, and these subtle variations produce large differences in device characteristics due to heat treatment.

【0010】従来のサーマルヘッドの発熱抵抗体近傍の
断面模式図を図4に示す。アルミナセラミックの支持基
体6上に保温層と平滑層を兼ねたグレーズ層7を設け、
さらに電極配線4が発熱抵抗体の発熱部3以外に形成さ
れており、さらにこの発熱抵抗体の発熱部3を少なくと
も被覆してなるように保護層5が形成されている。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing the vicinity of a heating resistor of a conventional thermal head. A glaze layer 7 serving as a heat insulating layer and a smoothing layer is provided on a support base 6 of alumina ceramic,
Further, the electrode wiring 4 is formed in a portion other than the heat generating portion 3 of the heat generating resistor, and the protective layer 5 is formed so as to cover at least the heat generating portion 3 of the heat generating resistor.

【0011】このような従来の構造のサーマルヘッドで
は、特に製版機用としては耐パワー性が十分に確保でき
なくなってきている。耐パワー性とは、例えば「同一の
抵抗体形状、同一のパルス幅およびパルス周期におい
て、何W/dotのパルスを3×107 回印加した時点
で発熱抵抗体の抵抗値変化率が10%を示すか」により
定義された概念である。耐パワー性が不十分となる原因
はグレーズの溶融である。現在実用化されているグレー
ズの中で最も耐熱性が高いのは、Ba、Ca、Sr、S
i、Oを主成分としたもので、ガラス転移点が750
℃、軟化点が950℃である。グレーズの軟化点は、そ
の組成や製造条件を改善したとしても、平滑性を損なわ
ないという前提で900〜950℃が上限である。とこ
ろが、発熱体中心部のピーク温度は、品種や駆動条件に
よってはグレーズのガラス転移点(上限750℃)を超
えて軟化点に迫る場合がある。このような状況下でサー
マルヘッドを駆動すると、グレーズと発熱抵抗体成分の
相互拡散が促進され、製品抵抗値は上昇を続け、ついに
は発熱抵抗体中心部近傍真下のグレーズが溶融し、使用
に耐えなくなってしまう。
The thermal head having such a conventional structure cannot sufficiently secure the power resistance especially for a plate making machine. The power resistance refers to, for example, “a resistance change rate of a heating resistor is 10% when a pulse of several W / dot is applied 3 × 10 7 times in the same resistor shape, the same pulse width and the same pulse period. The concept is defined by The cause of insufficient power resistance is melting of the glaze. Ba, Ca, Sr, and S have the highest heat resistance among glazes currently in practical use.
Glass transition point of 750 containing i and O as main components
° C and a softening point of 950 ° C. The upper limit of the softening point of the glaze is 900 to 950 ° C. on the assumption that the smoothness is not impaired even if the composition and the manufacturing conditions are improved. However, the peak temperature at the center of the heating element may exceed the glass transition point of the glaze (upper limit of 750 ° C.) and approach the softening point depending on the type and driving conditions. When the thermal head is driven in such a situation, the mutual diffusion of the glaze and the heating resistor component is promoted, and the product resistance value continues to increase. I will not stand it.

【0012】また、グレーズが耐熱性に劣ることから、
アニール処理温度をサーマルヘッド駆動時の温度より高
くすることができないため、サーマルヘッドの駆動時の
特に初期段階で抵抗値が低下してしまう。一般に、抵抗
値が下がるとこれに伴って電流が増大して、さらに抵抗
値が下降し、電流がより増大する、といった悪循環が繰
り返され、サーマルヘッドは早期に破壊に至る。
Further, since the glaze has poor heat resistance,
Since the annealing temperature cannot be set higher than the temperature at the time of driving the thermal head, the resistance value decreases at the time of driving the thermal head, particularly at the initial stage. In general, when the resistance value decreases, the current increases accordingly, the resistance value further decreases, and the current further increases. This vicious cycle is repeated, and the thermal head is destroyed early.

【0013】また、アルミナセラミック基板には、熱拡
散率が低いため、サーマルヘッドを高速でオン・オフす
ると、基板が蓄熱し、発熱温度の制御が困難であるとい
う性質上の問題もある。
Further, since the alumina ceramic substrate has a low thermal diffusivity, when the thermal head is turned on / off at a high speed, the substrate accumulates heat and it is difficult to control the heat generation temperature.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上述した通り、従来の
サーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体に対する耐熱性
の要求が厳しくなり、従来のグレーズを用いたのでは、
たとえグレーズの材料の中でも最も耐熱性の高い材料を
用いたとしても溶融してしまうという問題があった。ま
た、耐熱性に劣るグレーズのアニール処理温度をサーマ
ルヘッド駆動時の温度より高くすることができないた
め、サーマルヘッド駆動時の初期の段階で抵抗値が低下
し、これに対応して電流が増大するという状況が繰り返
され、遂にはサーマルヘッドが早期に破壊してしまうと
いう問題があった。
As described above, in the conventional thermal head, the requirement for heat resistance of the heating resistor becomes strict, and if the conventional glaze is used,
Even if the material having the highest heat resistance among the glaze materials is used, there is a problem that the material is melted. In addition, since the annealing temperature of the glaze, which is inferior in heat resistance, cannot be higher than the temperature at the time of driving the thermal head, the resistance value decreases in the initial stage of driving the thermal head, and the current increases accordingly. The situation was repeated, and there was a problem that the thermal head was destroyed at an early stage.

【0015】そこで、本発明は、高温での使用において
発熱抵抗体の抵抗値の変化がほぼ解消され、耐パワー性
が向上し、印字の微細化および高速化を実現し、生産性
に優れ、しかも安価な耐熱性に優れたサーマルヘッドを
提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a method for improving the resistance of a heating resistor when used at a high temperature, substantially eliminating the change in the resistance value, improving the power resistance, realizing finer and faster printing, and improving the productivity. Moreover, it is an object of the present invention to provide an inexpensive thermal head having excellent heat resistance.

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、金属基体および金属基体の一主面上に形成された無
機絶縁層とからなる支持基体と、無機絶縁層上に形成さ
れた複数の発熱抵抗体と、発熱抵抗体に接続された電極
パターンと、発熱抵抗体の発熱部分を被覆するように設
けられた保護層とを具備することを特徴としている。
A thermal head according to the present invention comprises a supporting base comprising a metal base and an inorganic insulating layer formed on one main surface of the metal base; and a plurality of bases formed on the inorganic insulating layer. It is characterized by comprising a heating resistor, an electrode pattern connected to the heating resistor, and a protective layer provided so as to cover a heating portion of the heating resistor.

【0016】本発明のサーマルヘッドにおいて、無機絶
縁層は、ケイ素と酸素を主成分とした材料またはケイ素
と酸素と窒素を主成分とした材料で構成されている。
In the thermal head of the present invention, the inorganic insulating layer is made of a material containing silicon and oxygen as main components or a material containing silicon, oxygen and nitrogen as main components.

【0017】また、本発明のサーマルヘッドにおいて、
保護層は、無機絶縁材料からなり、特に、ケイ素と酸素
を主成分とした材料またはケイ素と酸素と窒素を主成分
とした材料で構成されている。
Further, in the thermal head of the present invention,
The protective layer is made of an inorganic insulating material, and is particularly made of a material mainly containing silicon and oxygen or a material mainly containing silicon, oxygen and nitrogen.

【0018】本発明において、無機絶縁層としては、S
iOやSiO等が挙げられるが、抵抗値の安定
性をより高めるにはSiONが好ましい。製造プロセス
を単純化の観点から、無機絶縁層と保護層は両層ともS
iONで構成するのが好ましい。
In the present invention, as the inorganic insulating layer, S
iO 2 or SiO x N y, etc. However, SiON is preferable to increase the stability of the resistance value. From the viewpoint of simplifying the manufacturing process, both the inorganic insulating layer and the protective layer are made of S
It is preferable to configure with iON.

【0019】また、本発明のサーマルヘッドにおいて、
無機絶縁層の厚さは10から70μm、好ましくは20
〜50μmである。10μmより薄いと、蓄熱性が不十
分、すなわち放熱性が高まりすぎてしまい、昇温が難し
くなる。70μmを超えると蓄熱性が過剰になるばかり
でなく、層形成が困難になる。
Further, in the thermal head of the present invention,
The thickness of the inorganic insulating layer is 10 to 70 μm, preferably 20 to 70 μm.
5050 μm. When the thickness is less than 10 μm, the heat storage property is insufficient, that is, the heat radiation property is too high, and it is difficult to raise the temperature. If it exceeds 70 μm, not only the heat storage property becomes excessive, but also the layer formation becomes difficult.

【0020】ここで、前述した発熱抵抗体の抵抗値の変
化およびその影響について詳述する。
Here, the change of the resistance value of the heating resistor and its influence will be described in detail.

【0021】発熱抵抗体の抵抗値の変化は、下降と上昇
の2つのモードに分けることができる。
The change in the resistance value of the heating resistor can be divided into two modes, a falling mode and a rising mode.

【0022】発熱抵抗体の抵抗値が下降を示すのは、格
子欠陥等に起因する発熱抵抗体の構造の不完全性が、サ
ーマルプリントヘッド駆動時の発熱により徐々に取り除
かれてゆき、電気電導性を司るキャリアの移動度が向上
するためであると推定されている。
The reason why the resistance value of the heating resistor shows a decrease is that imperfections in the structure of the heating resistor due to lattice defects and the like are gradually removed by the heat generated at the time of driving the thermal print head, and the electrical conductivity is reduced. It is presumed that this is because the mobility of the carrier that controls the sex is improved.

【0023】発熱抵抗体の抵抗値の下降は、サーマルプ
リントヘッドの使用環境の温度より少なくとも高い温度
において、発熱抵抗体を予め熱処理を施すことで阻止す
ることができる。その方法としては、サーマルプリント
ヘッドを製品化した後に、発熱抵抗体に対して製品とし
て使用される以上の大きなパワーでパルスを印加し、発
熱抵抗体を電気エージングする方法、さらに高い効果を
得るために、発熱抵抗体の形成後に真空中で発熱抵抗体
を熱アニールする方法あるいはレーザー照射によって発
熱抵抗体をアニールする方法等がある。
The decrease in the resistance value of the heating resistor can be prevented by subjecting the heating resistor to a heat treatment at least at a temperature higher than the temperature of the environment in which the thermal printhead is used. As a method, after commercializing a thermal print head, a method of applying a pulse to the heating resistor with a power larger than that used as a product and electrically aging the heating resistor, in order to obtain a higher effect There is a method of thermally annealing the heating resistor in a vacuum after forming the heating resistor, or a method of annealing the heating resistor by laser irradiation.

【0024】特に、これらの発熱抵抗体をアニールする
方法によれば、上記した発熱抵抗体の抵抗値の下降モー
ドを完全に除去することが可能で、耐パワー性は電気エ
ージング法の1.3倍にも向上する。電気エージング法
では、製品化されたサーマルプリントヘッドに通電する
という特徴から、発熱抵抗体の抵抗値を安定させるため
の発熱抵抗体の発熱温度にはアニール法に比べて限界が
あり、発熱抵抗体の発熱温度を高くすると導電層の材料
または保護層の材料成分が発熱抵抗体へ拡散および侵入
する、熱膨脹係数の相違に基づく保護層のクラックが発
生する等の問題を招くからである。
In particular, according to the method of annealing these heat generating resistors, it is possible to completely eliminate the above-described mode of decreasing the resistance value of the heat generating resistor, and the power resistance is equal to 1.3 of the electric aging method. It improves twice as much. In the electric aging method, the temperature of the heating resistor for stabilizing the resistance value of the heating resistor is limited compared to the annealing method because the characteristic of energizing the commercialized thermal print head is higher than that of the annealing method. If the heat generation temperature is high, the material of the conductive layer or the material component of the protective layer diffuses and penetrates into the heat generating resistor, and the protective layer cracks due to the difference in thermal expansion coefficient.

【0025】一方、発熱抵抗体の抵抗値が上昇を示すの
は、例えばグレーズガラス層等の上下層の成分に含まれ
るOが発熱抵抗体に拡散侵入することにより、発熱抵抗
体の酸化が招かれるためであると考えられる。
On the other hand, the increase in the resistance value of the heating resistor is caused by the fact that O contained in the components of the upper and lower layers such as the glaze glass layer diffuses into the heating resistor, thereby causing oxidation of the heating resistor. It is thought that it is to be done.

【0026】さらに、グレーズ層の代わりにSiON等
の無機絶縁層を用いることで、発熱抵抗体と下地層との
成分拡散による抵抗値の上昇や下地層溶融に伴うサーマ
ルヘッドの破壊を防止することが可能となる。また、S
iONはグレーズと比べると耐熱性に優れているため、
発熱抵抗体の熱的安定化工程におけるアニール温度を高
くすることができる。上述した通り、グレーズの軟化点
がせいぜい950℃であるのに対し、本発明で用いるS
iONは融点が1500〜1800℃と格段に高い。す
なわち、サーマルヘッド駆動時の温度よりも高温でアニ
ール処理が行えるため、サーマルヘッド駆動時の特に初
期段階で抵抗値が低下するのを防ぐことができ、サーマ
ルヘッドの寿命が長くなる。
Further, by using an inorganic insulating layer of SiON or the like instead of the glaze layer, it is possible to prevent an increase in resistance value due to component diffusion between the heating resistor and the underlying layer and a breakage of the thermal head due to melting of the underlying layer. Becomes possible. Also, S
Because iON has better heat resistance than glaze,
The annealing temperature in the step of thermally stabilizing the heating resistor can be increased. As described above, the softening point of the glaze is at most 950 ° C.,
iON has a remarkably high melting point of 1500 to 1800 ° C. That is, since the annealing process can be performed at a temperature higher than the temperature at the time of driving the thermal head, it is possible to prevent the resistance value from decreasing at the initial stage of driving the thermal head, and the life of the thermal head is prolonged.

【0027】さらに、本発明によれば、アルミナセラミ
ック基板の代わりにステンレス鋼からなるSUS等の金
属基板を用いることで、熱拡散率が高くなり、発熱温度
の制御が向上するばかりでなく、材料費を大幅に削減す
ることができる。
Further, according to the present invention, the use of a metal substrate such as SUS made of stainless steel in place of the alumina ceramic substrate increases the thermal diffusivity, improves not only the control of the heat generation temperature, but also the material. Costs can be significantly reduced.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明を以下の実施例に沿って説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described with reference to the following embodiments.

【0029】図1は、本発明のサーマルヘッドの断面図
である。基体1上に、SiON層2が形成され、さらに
その上に発熱抵抗体3が、そして発熱抵抗体3に電力を
供給するための電極4が発熱部となるなるよう発熱抵抗
体3の一部が露出するように形成されている。この発熱
部を少なくとも被覆するようにSiON層5が形成され
ている。
FIG. 1 is a sectional view of a thermal head according to the present invention. A SiON layer 2 is formed on a base 1, a heating resistor 3 is further formed thereon, and a part of the heating resistor 3 is formed such that an electrode 4 for supplying power to the heating resistor 3 serves as a heating portion. Are formed to be exposed. The SiON layer 5 is formed so as to cover at least the heat generating portion.

【0030】このサーマルヘッドの製造プロセスを以下
に説明する。
The manufacturing process of the thermal head will be described below.

【0031】例えば、厚さ0.5mmのSUSや厚さ
0.7mmのFe(16%)−Cr合金からなる基体1
を所定の寸法に切断して脱脂洗浄を施す。
For example, a substrate 1 made of SUS having a thickness of 0.5 mm or an Fe (16%)-Cr alloy having a thickness of 0.7 mm
Is cut to a predetermined size and subjected to degreasing and washing.

【0032】次に、高周波スパッタやマグネトロンスパ
ッタのようなスパッタ法やCVD(Chemical Vapor Dep
osition )法等を用いて、基体1の上にSiON層2を
40μmの厚さに形成する。スパッタ法の場合には、S
iターゲットを用いてAr、O、Nの各ガスを導入
し、反応性スパッタにより成膜する。また、SiONタ
ーゲットを用いてもよい。
Next, a sputtering method such as high-frequency sputtering or magnetron sputtering or CVD (Chemical Vapor Dep.
An SiON layer 2 is formed on the substrate 1 to a thickness of 40 μm by using an osition method. In the case of the sputtering method, S
Ar, O 2 , and N 2 gases are introduced using an i target, and a film is formed by reactive sputtering. Further, an SiON target may be used.

【0033】この後、SiON層2の上にスパッタ法や
その他公知の方法によりTaSiO等からなる発熱抵抗
体3を0.1μm程度形成し、真空中(10−5
a)、750〜950℃でアニール処理を施す。このア
ニール処理は形成直後の発熱抵抗体膜表面の欠陥を低減
し、熱的安定性を高めるために行う。このアニール処理
温度は少なくともサーマルヘッド駆動時の最高発熱温度
よりも高くするのが望ましい。
Thereafter, a heating resistor 3 made of TaSiO or the like is formed on the SiON layer 2 by sputtering or another known method to a thickness of about 0.1 μm, and the heating resistor 3 is formed in a vacuum (10 −5 P
a) Annealing is performed at 750 to 950 ° C. This annealing treatment is performed to reduce defects on the surface of the heat-generating resistor film immediately after formation and to improve thermal stability. It is desirable that the annealing temperature is higher than at least the maximum heat generation temperature when the thermal head is driven.

【0034】以降の工程は基本的には従来のサーマルヘ
ッドと同様である。
The subsequent steps are basically the same as the conventional thermal head.

【0035】すなわち、発熱抵抗体3の上に電極4とな
るAlやAl合金等をスパッタ法等により成膜した後、
フォトエングレービング法によって、発熱抵抗体アレイ
を形成したり、個別電極や共通電極のパターニングを行
う。
That is, after a film of Al, an Al alloy, or the like to be the electrode 4 is formed on the heating resistor 3 by a sputtering method or the like.
A photo-engraving method is used to form a heating resistor array and pattern individual electrodes and common electrodes.

【0036】次に、発熱部分を少なくとも被覆するよう
に、耐酸化兼耐摩耗性の機能を与えるために、スパッタ
法等によりSiONからなる保護層5を例えば、5μm
の厚さで成膜する。
Next, in order to provide a function of oxidation resistance and abrasion resistance so as to cover at least the heat generating portion, a protective layer 5 made of SiON is formed to a thickness of 5 μm by sputtering or the like.
Is formed with a thickness of

【0037】この後、放熱板およびPCB(Print Circ
uit Board )基板との貼着や、IC実装等の工程を経て
サーマルヘッドが完成する。
Thereafter, a heat sink and a PCB (Print Circ
uit Board) The thermal head is completed through processes such as sticking to the board and IC mounting.

【0038】本発明のサーマルヘッドと従来のサーマル
ヘッドの性能を次のようにして比較した。
The performance of the thermal head of the present invention and the performance of the conventional thermal head were compared as follows.

【0039】図2にアニール処理温度を変化させたとき
のシート抵抗値の変化率を示す。従来のサーマルヘッド
としては、厚さ0.7mmのアルミナセラミック基体上
に厚さ40μmのグレーズ層を形成したものを用いた。
このグレーズ層としてはBa、Sr、Caを含有する軟
化点950℃のものを用いた。
FIG. 2 shows the rate of change of the sheet resistance value when the annealing temperature is changed. As a conventional thermal head, a thermal head having a 0.7 μm-thick alumina ceramic substrate and a 40 μm-thick glaze layer formed thereon was used.
As this glaze layer, one having a softening point of 950 ° C. containing Ba, Sr and Ca was used.

【0040】図2のグラフから明らかな通り、アニール
温度が750℃で抵抗値変化率曲線の傾きが負から正に
転じ、さらに850〜900℃の間で変化率の値が正と
なり後は指数関数的に上昇していく。
As is clear from the graph of FIG. 2, when the annealing temperature is 750.degree. C., the slope of the resistance value change rate curve changes from negative to positive, and further, the value of the change rate becomes positive between 850 and 900.degree. It rises functionally.

【0041】変化率が正か負かは、グレーズ層からの酸
素拡散による抵抗体膜の酸化に伴う抵抗値の増大と、抵
抗体膜中の欠陥低減に伴う抵抗値の減少のどちらが大き
いかにより決まる。抵抗値変化率曲線の傾きが負から正
になったサーマルヘッドでは、駆動時の濃度むらが無視
できなくなるほど大きくなり、抵抗値変化率の値が正に
なってしまうと、グレーズ表面の平滑性が損なわれ本来
のグレーズの機能は失われてしまう。以上のような理由
からアニールの上限温度は750℃までという制約を受
けざるおえない。
Whether the rate of change is positive or negative depends on whether the resistance value is increased due to oxidation of the resistor film due to diffusion of oxygen from the glaze layer or the resistance value is decreased due to reduction of defects in the resistor film. Decided. In a thermal head in which the slope of the resistance value change rate curve changes from negative to positive, the density unevenness during driving becomes so large that it cannot be ignored.If the value of the resistance value change rate becomes positive, the smoothness of the glaze surface increases. Is lost and the original glaze function is lost. For the reasons described above, the upper limit temperature of annealing must be limited to 750 ° C.

【0042】これに対し、本発明のサーマルヘッドの抵
抗値変化率曲線は、少なくともアニール温度950℃ま
では負の傾きを維持することが確認できている。また、
抵抗値のバラツキが増大したり、表面の平滑性が損なわ
れたりすることもなかった。
On the other hand, it has been confirmed that the resistance change rate curve of the thermal head of the present invention maintains a negative slope at least up to the annealing temperature of 950 ° C. Also,
There was no increase in the variation of the resistance value and no loss in the surface smoothness.

【0043】図3に、アニール温度を変えたときの印加
パルスと抵抗値変化率の関係を示す。パルス周期は2.
05ms、パルス幅は0.44ms、パワーは0.90
W/dotとした。
FIG. 3 shows the relationship between the applied pulse and the rate of change in resistance when the annealing temperature is changed. The pulse period is 2.
05 ms, pulse width 0.44 ms, power 0.90
W / dot.

【0044】アニール温度が700℃では、抵抗体膜の
欠陥の低減が不十分であり、本発明のサーマルヘッドお
よび従来のサーマルヘッドいずれも1×10の印加パ
ルス数で抵抗値変化率は−5%程度、3×10の印加
パルス数で大きく上昇し、本発明のサーマルヘッドで+
6.0%を示し、従来のサーマルヘッドでは+10%を
超えた。特に従来のサーマルヘッドにおいては、抵抗体
の発熱部分直下のグレーズが溶融してボイドが形成され
ていた。
When the annealing temperature is 700 ° C., the reduction of the defect of the resistor film is insufficient, and the rate of change of the resistance value of both the thermal head of the present invention and the conventional thermal head is −10 at the pulse number of 1 × 10 5. About 5%, the value greatly increases with the number of applied pulses of 3 × 10 5.
It was 6.0%, which exceeded + 10% in the conventional thermal head. In particular, in the conventional thermal head, the glaze immediately below the heat-generating portion of the resistor melts to form voids.

【0045】アニール温度が800℃では、本発明のサ
ーマルヘッドおよび従来のサーマルヘッドともに抵抗値
変化率は1×10の印加パルス数では負の値で、印加
パルス数が増えるにつれて漸増していく。1×10
印加パルス数では従来のサーマルヘッドだと抵抗値変化
率が9.1%であるのに対し、本発明のサーマルヘッド
では2.8%と低めであることから、本発明のサーマル
ヘッドの方が安定性に優れていることがわかる。
When the annealing temperature is 800 ° C., the rate of change in the resistance value of both the thermal head of the present invention and the conventional thermal head is a negative value when the number of applied pulses is 1 × 10 5 , and gradually increases as the number of applied pulses increases. . With the number of applied pulses of 1 × 10 8, the resistance change rate of the conventional thermal head is 9.1%, whereas that of the thermal head of the present invention is as low as 2.8%. It can be seen that the thermal head has better stability.

【0046】また、アニール温度が950℃では、本発
明のサーマルヘッドは極めて安定した特性を示し、1×
10の印加パルス数でも僅か0.4%に過ぎない。一
方、従来のサーマルヘッドは950℃ではグレーズ表面
の平滑性が損なわれ本来のグレーズの機能は失われてし
まい正常なサーマルヘッドは製造できなかった。
When the annealing temperature is 950 ° C., the thermal head of the present invention exhibits extremely stable characteristics,
Even a pulse number of 10 8 is only 0.4%. On the other hand, in the conventional thermal head at 950 ° C., the smoothness of the glaze surface is impaired and the original glaze function is lost, so that a normal thermal head cannot be manufactured.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドにおいては、グ
レーズを用いていないため、グレーズの熱物性による制
約を受けることがなく、グレーズにはかけることのでき
なかった高温で発熱抵抗体膜のアニールを施すことがで
き、パルスが印加される駆動時にも発熱抵抗体の抵抗値
が大幅に低下することがなく、優れた耐熱性、耐パワー
性の向上、長寿命化ひいては印字の微細化および高速化
を実現することができる。また、本発明のサーマルヘッ
ドにおいては、基体に従来のセラミック基板に代えて金
属基板を用いることができるため安価にサーマルヘッド
を製造することができるばかりでなく、金属基板自体を
共通電極に用いることもでき、さらに曲げ加工が可能な
ことからサーマルヘッドの小型化にも大きく寄与するも
のである。
In the thermal head of the present invention, since no glaze is used, there is no restriction due to the thermal properties of the glaze, and the heating resistor film is annealed at a high temperature which could not be applied to the glaze. The resistance of the heat-generating resistor does not drop significantly even during driving when a pulse is applied, and it has excellent heat resistance and power resistance, prolongs the service life, and consequently makes the printing finer and faster. Can be realized. Further, in the thermal head of the present invention, a metal substrate can be used as the base instead of the conventional ceramic substrate, so that not only can the thermal head be manufactured at low cost, but also the metal substrate itself can be used for the common electrode. It can also be bent, which greatly contributes to downsizing of the thermal head.

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

【図1】 本発明のサーマルヘッドの発熱抵抗体近傍の
拡大断面模式図。
FIG. 1 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of a heating resistor of a thermal head according to the present invention.

【図2】 発熱抵抗体膜のアニール温度と抵抗値の変化
率の関係を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an annealing temperature of a heating resistor film and a rate of change in resistance value.

【図3】 アニール温度を変えたときの印加パルスと抵
抗値変化率の関係を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an applied pulse and a resistance value change rate when an annealing temperature is changed.

【図4】 従来のサーマルヘッドの発熱抵抗体近傍の拡
大断面模式図。
FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of a heating resistor of a conventional thermal head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基体、2…無機金属層、3…発熱抵抗体、4…電
極、5…保護層、6…グレーズ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base, 2 ... Inorganic metal layer, 3 ... Heating resistor, 4 ... Electrode, 5 ... Protective layer, 6 ... Glaze layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属基体および前記金属基体の一主面上
に形成された無機絶縁層とからなる支持基体と、前記無
機絶縁層上に形成された複数の発熱抵抗体と、前記発熱
抵抗体に接続された電極パターンと、前記発熱抵抗体の
発熱部分を被覆するように設けられた保護層とを具備す
ることを特徴とするサーマルヘッド。
1. A support base comprising a metal base and an inorganic insulating layer formed on one main surface of the metal base, a plurality of heating resistors formed on the inorganic insulating layer, and the heating resistor And a protective layer provided so as to cover a heat-generating portion of the heat-generating resistor.
【請求項2】 前記無機絶縁層がケイ素と酸素を主成分
とした材料で構成されることを特徴とする請求項1記載
のサーマルヘッド。
2. The thermal head according to claim 1, wherein the inorganic insulating layer is made of a material containing silicon and oxygen as main components.
【請求項3】 前記無機絶縁層がケイ素と酸素と窒素を
主成分とした材料で構成されることを特徴とする請求項
1記載のサーマルヘッド。
3. The thermal head according to claim 1, wherein said inorganic insulating layer is made of a material containing silicon, oxygen and nitrogen as main components.
【請求項4】 前記保護層が無機絶縁材料からなる請求
項1記載のサーマルヘッド。
4. The thermal head according to claim 1, wherein said protective layer is made of an inorganic insulating material.
【請求項5】 前記保護層がケイ素と酸素を主成分とし
た材料で構成されていることを特徴とする請求項4記載
のサーマルヘッド。
5. The thermal head according to claim 4, wherein the protective layer is made of a material containing silicon and oxygen as main components.
【請求項6】 前記保護層がケイ素と酸素と窒素を主成
分とした材料で構成されていることを特徴とする請求項
4記載のサーマルヘッド。
6. The thermal head according to claim 4, wherein said protective layer is made of a material containing silicon, oxygen and nitrogen as main components.
【請求項7】 前記無機絶縁層の厚さが10から70μ
mであることを特徴とする請求項1記載のサーマルヘッ
ド。
7. The inorganic insulating layer has a thickness of 10 to 70 μm.
2. The thermal head according to claim 1, wherein m.
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