JP2001038934A - サーマルヘッド - Google Patents

サーマルヘッド

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JP2001038934A
JP2001038934A JP21361299A JP21361299A JP2001038934A JP 2001038934 A JP2001038934 A JP 2001038934A JP 21361299 A JP21361299 A JP 21361299A JP 21361299 A JP21361299 A JP 21361299A JP 2001038934 A JP2001038934 A JP 2001038934A
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JP
Japan
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thermal head
protective film
electrode layer
heating resistor
lower electrode
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JP21361299A
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English (en)
Inventor
Yuji Nakamura
裕二 中村
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 工程を複雑化することなく配線電極表面での
ヒロックの発生を抑制し、保護膜表面を平滑にすること
により印字の際の紙送りがスムーズかつ安定化させる。 【解決手段】 絶縁基板上1に、少なくとも発熱抵抗体
3、発熱抵抗体に電力を供給するための配線電極4及び
発熱体とその周辺の配線電極を覆う保護膜6を有するサ
ーマルヘッドにおいて、配線電極に、Alを主成分とす
る下層の電極層4aと前記下層の電極層より融点の高い
金属を主成分とする上層の電極層4bを積層して形成さ
せた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリやプ
リンター等の感熱記録に用いられるサーマルヘッドに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、図2に示すように、セラミック基
板等の絶縁性基板1上に蓄熱層としてグレーズ2を設
け、Ta系やシリサイド系、Ni−Cr系等の発熱抵抗
体材料及びAl、Cr−Cu、Au等の電極材料をスパ
ッタリングや蒸着法などによって成膜し、フォトリソ工
程によるパターニングにより発熱抵抗体3、共通電極及
び個別電極の配線電極4を形成し、その後、前記発熱抵
抗体3の酸化防止、耐摩耗のためにSiO2、Ta
25、SiAlON、Si34、SiC等の保護膜6を
スパッタリング、イオンプレーティング、CVD法によ
り成膜しサーマルヘッドを製造している。
【0003】しかし、従来のサーマルヘッドの製造方法
は配線抵抗やワイヤボンディング性などを考慮してAl
を主成分とする電極材料を使用しているため、保護膜6
を成膜する際にAl表面に結晶粒が隆起するヒロック5
と呼ばれる現象が発生する。これは、保護膜6を成膜す
る際には密着性を向上させるのと同時に膜質を緻密にす
るために通常200℃以上の加熱処理が行われる。さら
には、Alの再結晶温度が低く、自己拡散の活性化エネ
ルギーが小さいために加熱処理が行われるとヒロック5
が発生する。発生したヒロック5により保護膜6の成膜
時により拡大して保護膜6の表面により大きく析出す
る。ヒロック5の発生原因は、Alを真空蒸着やスパッ
タリングなどにより成膜すると、薄膜内部に残留応力が
発生する。そして、保護膜6の成膜時の加熱処理により
応力が緩和され結晶粒が隆起する。つまり、Al薄膜内
部の応力変化によりヒロック5が発生するものと考えら
れている。このヒロック5の発生は、保護膜6の成膜時
に加熱処理が十分に行われているいわばモニター的な役
割を示すことが出来るが、実際に印字を行う際には弊害
となる場合がある。
【0004】近年、サーマルプリンタの小型化が進み小
型携帯機器などのハンディターミナルに搭載されるよう
になってきている。そのため、サーマルプリンタの駆動
電圧も従来24Vから小型バッテリーや電池駆動などの
5V駆動が主流になりつつある。さらには、近い将来に
は電池1個にて駆動出来る3V駆動にプリンタ市場が変
化しつつある。そのため、印字を行い感熱紙7を走行さ
せるためのモーターも低消費電力化を目的として駆動ト
ルクも低くなりつつある。
【0005】また、サーマルプリンタの用途の多様化に
より感度の悪い感熱紙7や厚紙などへの印字も増えてい
る。そのため、印字濃度を確保するためにもサーマルヘ
ッドとプラテンローラー8を押付けるプラテン圧力も増
加の一途を辿っている。そのため、保護膜6上に無数の
ヒロック5が発生している従来のサーマルヘッドの製造
方法では保護膜6表面と感熱紙7の摩擦抵抗が増加する
ために印字障害となり低電圧駆動用に用いられる低トル
クのモーターでは紙送りがズムーズに行えずに、最悪紙
送りが出来ずにサーマルヘッドと感熱紙7が貼り付いて
しまう現象が発生する。
【0006】これら課題を解決する従来例として、Al
にSiを添加したAl−Si系やSiの他にCuを添加
したAl−Si−Cu系を配線材料として用いることで
ヒロック5の発生を低減させたり、保護膜6を成膜した
後の工程にてヒロック5の発生した突起部をダイヤモン
ドペーストやラッピングフィルムなどにより機械的に研
摩して保護膜6の表面を平滑にする方法が知られてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配線材
料にAl−Si系やAl−Si−Cu系を用いたとして
もヒロックを完全に抑制することは困難であった。さら
には、製造工程においてはAlの一般的なエッチング液
である、りん酸及び硝酸などからなる混酸にてエッチン
グを行うとエッチング後にSiボールと呼ばれるSiの
粒子が砂状に残留してしまう。そのために、ドライエッ
チング装置などを新たに導入しなければならずに新規設
備費用が必要になっていた。
【0008】また、保護膜を成膜した後の工程にて機械
的に研摩してヒロックを削り取り表面を平滑にする方法
では、ヒロックを研摩する際に保護膜自体にダメージを
与えやすくなりヒロック部から亀裂やクラックが発生し
てしまい信頼性を低下させる恐れがあった。また、保護
膜の成膜後に別途研摩する工程を追加するために製造コ
ストや作業工数が増加してしまいサーマルヘッドのコス
トアップに繋がっていた。
【0009】そこで、この発明の目的は従来のこのよう
な課題を解決するために、材料を変更せずに新規設備導
入の必要がなく、後工程での加工が必要なく、工程を複
雑化することなく配線電極表面でのヒロックの発生を抑
制することができ、保護膜表面を平滑にすることにより
低電圧駆動プリンタでの印字の際にも紙送りがスムーズ
かつ安定して行えるサーマルヘッドを得ることである。
【0010】
【発明を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、絶縁基板上に、少なくとも発熱抵抗
体、発熱抵抗体に電力を供給するための配線電極及び発
熱体とその周辺の配線電極を覆う保護膜を有するサーマ
ルヘッドにおいて、前記配線電極は、Alを主成分とす
る下層の電極層と前記下層の電極層より融点の高い金属
を主成分とする上層の電極層を積層して形成している。
以上のように構成されたサーマルヘッドにおいては、配
線電極は、Alを主成分とする下層の電極層と前記下層
の電極層より融点の高い金属を主成分とする上層の電極
層を積層して形成されているために、保護膜を成膜する
際の通常200℃以上の加熱処理においても下層の電極
層より融点の高い金属を主成分とする膜が、下層のAl
薄膜内部における残留応力の緩和を防止するようになり
Al薄膜内部の応力変化が発生しない。そのため、保護
膜を成膜する際の通常200℃以上の加熱処理において
もAl表面でのヒロックの発生が抑制され、かつ下層の
電極層より融点の高い金属を主成分とする上層の電極層
からもヒロックの発生がなく保護膜表面が平滑化される
ようになり低電圧駆動プリンタでの印字の際にも紙送り
がスムーズかつ安定化するようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
図に基づいて説明する。図1は本発明のサーマルヘッド
の発熱部拡大断面図である。図1において、絶縁性基板
1の表面にはグレーズ2が形成されており、発熱抵抗体
3に電気的に接続するように、配線電極としてAlを主
成分とする下層電極4aと下層の電極層より融点の高い
金属を主成分とする上層電極4bを積層して形成されて
いる。6は保護膜であって発熱抵抗体3とその周辺部の
下層電極4aと上層電極4bを積層してなる配線電極を
覆うように形成されている。配線電極がAlを主成分と
する下層電極4aと下層の電極層より融点の高い金属を
主成分とする上層電極4bを積層して形成されているこ
とにより、保護膜6を成膜した際に、Alを主成分とす
る下層電極4aからのヒロックの発生を無くし保護膜6
の表面が平滑になるように構成されている。
【0012】本願の製造過程を順に説明すれば図1に示
すように例えばアルミナセラミックス等からなる絶縁性
基板1上に蓄熱のためにグレーズ2を形成する。次に発
熱抵抗体材料としてTaを主成分とするTa−N、Ta
−SiO2膜等をスパッタリングにより約0.1μm程
度形成した後、フォトリソグラフィにより発熱抵抗体3
を形成する。次に、発熱抵抗体3に電力を供給するため
の電極材料としてAlを主成分とする下層電極4aを
0.6〜2μm程度スパッタリングにより形成する。こ
の時、電極材料としてはAlが好ましい材料であるがそ
の他にもAl−SiやAl−Si−Cu、Al−Cuな
どであっても良い。次に、下層電極4a上に連続的にT
aを主成分とする上層電極4bを0.1〜1μm程度ス
パッタリングにより形成する。この時、上層電極4bは
下層電極4aであるAlより融点の高いTi、Cr、N
i、Cuなどを用いることでもヒロックの発生を抑制す
るのに十分である。しかしながら、より確実な効果を生
出すためには融点が2000℃以上の高融点金属である
Nb、Mo、Ta、Wなどを主成分とすることで確実な
ものとなる。その中でも発熱抵抗体3にも含まれるTa
を主成分として用いることで発熱抵抗体3を形成する際
にターゲット材料として用いられるために、上層電極4
bを成膜する時に新規にターゲット材料を購入すること
がないため材料費のコストを削減出来る。また、上層電
極4bをTaの他に発熱抵抗体材料と同一であるTa−
NやTaSiO2とすることでも良い。発熱抵抗体材料
と同一とすることで製造工程内の成膜条件が統一化され
るために工程が簡略化される。その後、フォトレジスト
を塗布し、フォトマスクを用いて露光現像して、配線電
極形状をもつエッチングレジストを形成する。次に、フ
ッ化アンモニウム、フッ化水素酸、及び硝酸からなる混
合酸性水溶液を用いて上層電極4bをエッチングする。
この時、上層電極4bに比べて、Alを主成分とする下
層電極4aについては上層電極4bの混合酸性水溶液に
対してエッチングレートが遅いために上層電極4bのみ
が選択的にエッチングされる。その後、一度水洗した後
に下層電極4aをりん酸、酢酸、硝酸及び純水からなる
混合酸性水溶液などを用いてエッチングを行う。これに
より発熱抵抗体3、下層電極4a及び上層電極4bを犯
すことなく選択的にエッチング処理が行える。その後、
有機溶剤などの剥離液でエッチングレジストを除去する
ことによって積層された配線電極が形成される。さら
に、発熱抵抗体3及び配線電極の酸化防止と耐摩耗のた
めに、これら周辺部を覆うようにSi34とSiO2
どの混合膜を密着性を向上させるのと同時に膜質を緻密
にするために200℃以上の加熱処理を行いスパッタリ
ング等により約3〜6μm程度被覆し保護膜6を形成す
る。
【0013】以上の工程によって得られるサーマルヘッ
ドでは、配線電極表面でのAlヒロックの発生が抑制さ
れ、保護膜表面が平滑化されるようになる。次に、この
発明の実施例の評価結果について説明する。図3は本発
明のサーマルヘッドにおける配線電極上の保護膜表面を
接触式の表面形状測定装置にて走査した測定結果を示し
た説明図である。図3において従来例のサーマルヘッド
の表面形状は、最大高さ(Rmax)及び10点平均粗
さ(Rz)はぞれぞれ0.5μm、0.3μmであるの
に対して、本発明のサーマルヘッドでは最大高さ及び1
0点平均粗さ共に0.1μm以下であり本発明のサーマ
ルヘッドの保護膜表面は非常に平滑であることが確認さ
れた。
【0014】さらに、本発明ののサーマルヘッドを3〜
5V駆動のプリンタに搭載し実際に印字走行試験を行っ
たところ、紙送りが非常にスムーズかつ安定化するよう
になり印字障害が顕著に低下することを確認した。
【0015】
【発明の効果】この発明は、以上説明したようにサーマ
ルヘッドの配線電極にAlを主成分とする下層の電極層
と下層の電極層より融点の高い金属を主成分とする上層
の電極層を積層して形成したことにより保護膜を成膜し
た際にヒロックの発生がないために低電圧駆動プリンタ
の印字時での紙送りがスムーズかつ安定化するため、プ
リンタの紙送り用のモーターの駆動トルクを低減させる
ことができ、消費電力を抑えることが出来る。また、ヒ
ロックの発生がないために保護膜表面が平滑なために印
字の際に発生し印字障害をもたらす印字カス、ゴミ及び
ケバの抜け性が良いために印字品質が向上する。さらに
は、保護膜表面が平滑なためにヒロックを起因としてい
た保護膜の亀裂やスクラッチ性が向上し信頼性を向上さ
せる効果がある。その他にも、本発明のサーマルヘッド
は新たな材料や設備導入が不必要であるために製造工程
を複雑化することなく製造コストを抑えられる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサーマルヘッドの発熱部拡大断面図で
ある。
【図2】従来のサーマルヘッドの発熱部拡大断面図であ
る。
【図3】本発明のサーマルヘッドの表面形状測定結果を
示した説明図である。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 グレーズ 3 発熱抵抗体 4 配線電極 4a 下層電極 4b 上層電極 5 ヒロック 6 保護膜 7 感熱紙 8 プラテンローラー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板上に、少なくとも発熱抵抗体、
    発熱抵抗体に電力を供給するための配線電極及び発熱体
    とその周辺の配線電極を覆う保護膜を有するサーマルヘ
    ッドにおいて、 前記配線電極は、Alを主成分とする下層の電極層と前
    記下層の電極層より融点の高い金属を主成分とする上層
    の電極層を積層して形成されることを特徴とするサーマ
    ルヘッド
  2. 【請求項2】 前記上層の電極層の主成分が、2000
    ℃以上の高融点金属を積層して形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. 【請求項3】 前記上層の電極層の主成分が、前記発熱
    抵抗体にも含まれるTaを積層して形成されることを特
    徴とする請求項1記載のサーマルヘッド
JP21361299A 1999-07-28 1999-07-28 サーマルヘッド Pending JP2001038934A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006134927A1 (ja) * 2005-06-13 2006-12-21 Rohm Co., Ltd. サーマルプリントヘッド
JP2017007282A (ja) * 2015-06-25 2017-01-12 京セラ株式会社 サーマルヘッドおよびサーマルプリンタ

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