JP2002326379A - Thermal head and its fabricating method - Google Patents

Thermal head and its fabricating method

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JP2002326379A
JP2002326379A JP2001136166A JP2001136166A JP2002326379A JP 2002326379 A JP2002326379 A JP 2002326379A JP 2001136166 A JP2001136166 A JP 2001136166A JP 2001136166 A JP2001136166 A JP 2001136166A JP 2002326379 A JP2002326379 A JP 2002326379A
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thermal head
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thermal
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Kyoji Shirakawa
享志 白川
Hisafumi Nakatani
壽文 中谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power saving thermal head of low thermal capacity exhibiting high thermal response and ensuring high speed printing and high print quality, and its fabricating method, by forming a heat insulation layer having a thermal conductivity lower than that of a conventional glaze heat insulation layer and exhibiting excellent adhesion properties by vapor deposition and forming a thin protective layer using the same material as that of the heat insulation layer. SOLUTION: The thermal head comprises a heat insulation layer 13 formed on the upper surface of a heat radiating substrate 11, a plurality of heating elements 15a formed of a plurality of heating resistors 15 and power supply bodies 16 and 17 on the upper surface of the heat insulation layer 13, and a protective layer 18 covering at least the surface of the heating resistors 15 and power supply bodies 16 and 17 wherein the protective layer 18 and the heat insulation layer 13 are formed of a homogenous ceramic film having a low thermal conductivity.

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、サーマルプリンタ
に搭載されるサーマルヘッドに係わり、特にインクリボ
ンを用いた熱転写プリンタの省電力が可能なサーマルヘ
ッドおよびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head mounted on a thermal printer, and more particularly to a thermal head capable of saving power in a thermal transfer printer using an ink ribbon and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のサーマルヘッドは、図4に示すよ
うに、アルミナ等からなる放熱性基板1の表面の全面ま
たは部分的に、ガラスからなるグレーズ保温層2が、略
80μmの厚みに形成されている。前記グレーズ保温層
2の表面には、凸条部2aが2〜10μmの高さに形成
されている。前記グレーズ保温層2の上面には、TaS
iO2からなる発熱抵抗体3がスパッタリング等により
積層され、その後フォトリソ技術により、ドット数に応
じて複数個整列して形成されている。
2. Description of the Related Art In a conventional thermal head, as shown in FIG. 4, a glaze heat insulating layer 2 made of glass is formed to a thickness of about 80 .mu.m on the entire surface or a part of the surface of a heat dissipating substrate 1 made of alumina or the like. Have been. On the surface of the glaze heat insulating layer 2, a ridge 2a is formed at a height of 2 to 10 μm. On the upper surface of the glaze insulating layer 2, TaS
A plurality of heating resistors 3 made of iO2 are stacked by sputtering or the like, and then a plurality of heating resistors 3 are arranged by photolithography according to the number of dots.

【0003】更に、発熱抵抗体3の上面には、発熱抵抗
体3に電力エネルギーを供給するための共通給電体4及
び個別給電体5が、それぞれスパッタリングおよびフォ
トリソ技術により積層形成されている。前記発熱抵抗体
3は、それぞれの給電体4、5に挟まれた間に、発熱素
子3aがドット状に形成されている。
Further, a common power supply 4 and an individual power supply 5 for supplying power energy to the heating resistor 3 are formed on the upper surface of the heating resistor 3 by sputtering and photolithography, respectively. The heating element 3 has a heating element 3a formed in a dot shape while being sandwiched between the power feeders 4 and 5.

【0004】また、各給電体4、5及び発熱抵抗体3の
上面であって、外部回路の接続端子やドライバICを実
装するパッド部(図示せず)を除いた位置には、酸化や
摩耗を防止するため、サイアロン等の耐酸化性で耐摩耗
性に優れた材料からなる、5〜7μmの膜厚を有する保
護層6が、スパッタリング等により被覆形成されてい
る。そして、端子メッキ処理等の後工程の後に、放熱性
基板1をダイシングで分割してから、ブロック(チッ
プ)状のサーマルヘッド基板に、ドライバICを実装し
て従来のサーマルヘッドが製造されている。
[0004] In addition, on the upper surface of each of the power supply bodies 4 and 5 and the heat generating resistor 3, oxidization and wear may occur at positions other than connection terminals of external circuits and pad portions (not shown) for mounting driver ICs. In order to prevent this, a protective layer 6 having a thickness of 5 to 7 μm and made of a material having excellent oxidation resistance and abrasion resistance, such as sialon, is coated by sputtering or the like. Then, after a post-process such as terminal plating, the heat-radiating substrate 1 is divided by dicing, and a driver IC is mounted on a block (chip) -shaped thermal head substrate to manufacture a conventional thermal head. .

【0005】このような、従来のサーマルヘッドを用い
た、例えばサーマルプリンタにおいては、まず、印刷情
報に基づいて各発熱抵抗体5に通電することにより、複
数の発熱素子5aがジュール熱を発生する。そして、保
護層6の表面に密着した感熱紙、または熱転写インクリ
ボン(図示せず)を加熱することにより、感熱紙の発
色、または記録用紙へのインク転写が行われて、所望の
文字、あるいは画像等が印刷可能になっている。
In a thermal printer using such a conventional thermal head, for example, first, a plurality of heating elements 5a generate Joule heat by energizing each heating resistor 5 based on print information. . Then, by heating a thermal paper or a thermal transfer ink ribbon (not shown) in close contact with the surface of the protective layer 6, coloring of the thermal paper or ink transfer to recording paper is performed, and desired characters or Images and the like can be printed.

【0006】このような、サーマルプリンタは、近年バ
ッテリー駆動タイプで、容易に持ち運び可能な、携帯性
のあるもののニーズが高まっている。そして、サーマル
プリンタを携帯可能とするためには、バッテリー寿命を
長くしなければならなかったが、多数の発熱素子を有す
るサーマルヘッドが最も消費電力が大きく、サーマルヘ
ッドに対して省電力化要求が強くなっていた。
In recent years, there has been a growing demand for such a thermal printer which is of a battery-driven type, easily portable, and portable. In order to make a thermal printer portable, the battery life had to be extended.However, a thermal head having a large number of heating elements consumes the most power, and there is a demand for power saving for thermal heads. I was getting stronger.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
な、従来のサーマルヘッドは、省電力化を図る方法とし
て、従来からグレーズ保温層2の膜厚を十分に厚くし
て、放熱性基板1の蓄熱を大きくすることが一般的に行
われているが、グレーズ保温層2の熱容量が著しく大き
くなり、発熱素子5aの熱応答性に劣るため、単にパル
スと連続パルス通電時の発熱温度差が大きく、熱制御が
困難となり印字濃度ムラを発生する。また、高速印刷で
は、印字に尾引き等の不具合が発生して印字品質が劣化
するおそれがあった。
However, in the conventional thermal head as described above, as a method of saving power, the thickness of the glaze heat insulating layer 2 is conventionally made sufficiently large and the heat dissipation substrate 1 However, since the heat storage of the glaze heat insulating layer 2 is significantly increased and the thermal response of the heating element 5a is inferior, the difference in the heat generation temperature between the pulse and the continuous pulse conduction is merely increased. This is so large that heat control becomes difficult and print density unevenness occurs. Further, in high-speed printing, there is a possibility that a defect such as tailing occurs in the printing and the printing quality is degraded.

【0008】また、グレーズ保温層2は、熱伝導率が3
0℃においては略1.0W/m.kと比較的小さいが、
例えば600℃の高温になると略1.6W/m.kと大
きくなる特性を有し、発熱抵抗体3の動作発熱温度であ
る300〜600℃の範囲においては、熱伝導率が大き
くなって、放熱性基板1に流れる熱流も大きくなるた
め、単にグレーズ保温層2の膜厚を厚くするだけでは省
電力化に限界があった。本発明は前述したような問題点
に鑑みてなされたもので、従来のグレーズ保温層より
も、更に熱伝導率が小さく、密着性に優れた保温層を蒸
着法で形成し、この保温層と同じ材料で保護層を薄く形
成して、熱容量が小さくて熱応答性の良い、印字の高速
化や印字品質の良好な省電力サーマルヘッド、およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
The glaze insulating layer 2 has a thermal conductivity of 3
At 0 ° C., approximately 1.0 W / m. k is relatively small,
For example, at a high temperature of 600 ° C., approximately 1.6 W / m. In the range of 300 to 600 ° C., which is the operating heat generation temperature of the heat generating resistor 3, the heat conductivity increases and the heat flow flowing to the heat radiation substrate 1 increases. There is a limit to power saving only by increasing the thickness of the heat insulating layer 2. The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a smaller thermal conductivity than the conventional glaze heat insulating layer, and forms a heat insulating layer having excellent adhesion by a vapor deposition method. An object of the present invention is to provide a power-saving thermal head having a thin protective layer formed of the same material and having a small heat capacity and good thermal responsiveness, high-speed printing and good printing quality, and a method of manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の解決手段として本発明のサーマルヘッドは、放
熱性基板の上面に形成した保温層と、この保温層の上面
に複数の発熱抵抗体と給電体とにより形成した複数の発
熱素子と、少なくとも前記発熱抵抗体及び前記給電体の
表面を被覆する保護層とを備え、前記保温層と前記保護
層とを同質の低熱伝導性セラミック材料で形成した構成
とした。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermal head including a heat insulating layer formed on an upper surface of a heat radiating substrate, and a plurality of heat generating layers formed on the upper surface of the heat insulating layer. A plurality of heating elements formed by a resistor and a power supply, and a protection layer covering at least the surfaces of the heating resistor and the power supply, and the heat insulation layer and the protection layer are made of the same low thermal conductivity ceramic. The structure was made of a material.

【0010】また、前記課題を解決するための第2の解
決手段として、前記保温層および前記保護層は、シリコ
ンと遷移金属と酸素又は窒素を主成分とし、その熱伝導
率が0.8〜1.0W/m.kの低熱伝導性セラミック
膜からなる構成とした。
As a second means for solving the above problems, the heat insulation layer and the protection layer mainly contain silicon, a transition metal, oxygen or nitrogen, and have a thermal conductivity of 0.8 to 0.8. 1.0 W / m. k low thermal conductivity ceramic film.

【0011】また、前記課題を解決するための第3の解
決手段として、前記保護層は、1〜3μmの膜厚に形成
した構成とした。
As a third means for solving the above problem, the protective layer is formed to have a thickness of 1 to 3 μm.

【0012】また、前記課題を解決するための第4の解
決手段として本発明の製造方法は、放熱性基板の上面に
保温層を形成し、この保温層の上面に複数の発熱抵抗体
と給電体とにより発熱素子を形成し、これらの上面を被
覆する保護層を有し、前記保温層および前記保護層は、
TaSi2、WSi2、CrSi2、TiSi2、Zr
Si2、NbSi2、MoSi2、HfSi2、VSi
2、NiSi2、FeSi2から選ばれた、少なくとも
2種類以上のシリサイドの焼結体、または、その複数の
シリサイドとシリコンとの焼結体からなるスパッタリン
グターゲットを用いて、Ar+O2またはAr+N2、
またはAr+O2+N2の何れかの反応性スパッタ蒸着
により、同質の低熱伝導性セラミック膜に形成するよう
な製造方法とした。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method according to the present invention, wherein a heat insulating layer is formed on an upper surface of a heat radiating substrate, and a plurality of heating resistors and a power supply are formed on the upper surface of the heat insulating layer. Forming a heating element with the body, having a protective layer covering the upper surface thereof, the heat insulating layer and the protective layer,
TaSi2, WSi2, CrSi2, TiSi2, Zr
Si2, NbSi2, MoSi2, HfSi2, VSi
2, Ar + O2 or Ar + N2, using a sintered target of at least two or more kinds of silicides selected from NiSi2 and FeSi2, or a sputtering target formed of a sintered body of a plurality of silicides and silicon.
Alternatively, a manufacturing method was employed in which a homogeneous low thermal conductivity ceramic film was formed by reactive sputter deposition of any of Ar + O2 + N2.

【0013】また、前記課題を解決するための第5の解
決手段として、前記保温層および前記保護層は、熱伝導
率が0.8〜1.0W/m.kの同質の低熱伝導性セラ
ミック膜に蒸着形成する製造方法とした。
According to a fifth aspect of the present invention, the heat insulating layer and the protective layer have a thermal conductivity of 0.8 to 1.0 W / m. k, a low thermal conductivity ceramic film of the same quality was formed by vapor deposition.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、本発明のサーマルヘッド
を図面に基づいて説明する。図1は本発明に関する要部
断面図であり、図2は本発明に係わる製造フローチャー
トであり、図3は本発明のサーマルヘッドの熱応答特性
図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thermal head according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a main part of the present invention, FIG. 2 is a manufacturing flowchart according to the present invention, and FIG. 3 is a thermal response characteristic diagram of the thermal head of the present invention.

【0015】まず、本発明のサーマルヘッドは、図1に
示すように、アルミナ等からなる放熱性基板11の表面
には、全域、又は放熱性基板11の端部に沿って、30
〜80μmの厚みでガラスからなるグレーズ保温層12
が形成されている。前記グレーズ保温層12には、フォ
トリソエッチング技術により、断面が略台形状の凸条部
12aが、2〜10μmの高さに突出形成されている。
First, as shown in FIG. 1, a thermal head according to the present invention is provided on the surface of a heat dissipating substrate 11 made of alumina or the like, over the entire area or along the edge of the heat dissipating substrate 11.
Glaze heat insulating layer 12 made of glass with a thickness of ~ 80 µm
Are formed. The glazing heat insulating layer 12 is formed with a protruding ridge 12a having a substantially trapezoidal cross section at a height of 2 to 10 μm by a photolithographic etching technique.

【0016】前記放熱性基板11およびグレーズ保温層
12の凸条部12aを含む上面全面には、シリコンと遷
移金属シリサイドを主成分とするスパッタリングターゲ
ット材料を用いて、酸素または窒素の反応性スパッタ蒸
着等により、保温層13が形成されている。この保温層
13は、熱伝導率が0.8〜1.0W/m.kで、厚み
が10〜30μmに形成されている。
The entire surface of the heat-radiating substrate 11 and the glaze insulating layer 12 including the ridges 12a is reactively sputter-deposited with oxygen or nitrogen by using a sputtering target material mainly composed of silicon and transition metal silicide. Thus, the heat retaining layer 13 is formed. The heat insulating layer 13 has a thermal conductivity of 0.8 to 1.0 W / m. k and a thickness of 10 to 30 μm.

【0017】また、保温層13の上面には、アルミナ等
からなる耐エッチャント層14が、略0.2μmの厚み
に形成されている。また、耐エッチャント層14を介し
た保温層13上には、Ta−SiO2等の高融点金属サ
ーメットからなる複数の発熱抵抗体15がパターン状に
形成されている。この発熱抵抗体15の上面であって、
グレーズ保温層12の凸条部12aの両方の裾野部分に
は、Al、Cu、Au等の金属からなる略2μmの厚み
の共通給電体16および個別給電体17が、それぞれ積
層されて、単層の電極構成としている。そして、共通給
電体16と個別給電体17とに挟まれた間の凸条部12
a上には、発熱素子15aがドット状に形成されてい
る。
On the upper surface of the heat insulating layer 13, an anti-etchant layer 14 made of alumina or the like is formed with a thickness of about 0.2 μm. In addition, a plurality of heating resistors 15 made of a high-melting-point metal cermet such as Ta-SiO2 are formed in a pattern on the heat-retaining layer 13 via the anti-etchant layer 14. The upper surface of the heating resistor 15
A common feeder 16 and an individual feeder 17 each having a thickness of about 2 μm and made of a metal such as Al, Cu, or Au are laminated on both skirt portions of the ridges 12 a of the glaze insulating layer 12, respectively. Electrode configuration. Then, the ridge 12 between the common power supply 16 and the individual power supply 17 is provided.
The heating element 15a is formed in a dot shape on a.

【0018】前記電極構成に関しては、各給電体16、
17の上、又は下に、更に薄くAl、Cu等からなる、
略0.1μmの厚みの補助給電体(図示せず)が延在し
て積層形成され、凸条部の頂部にのみ発熱素子15aを
形成した2層給電体(図示せず)とすることもある。
With respect to the above-mentioned electrode configuration,
17, above or below, further thinly made of Al, Cu, etc.
An auxiliary power feeder (not shown) having a thickness of about 0.1 μm is formed to extend and be laminated, and a two-layer power feeder (not shown) in which the heating element 15a is formed only on the top of the ridge may be used. is there.

【0019】また、発熱抵抗体15及び、各給電体1
6、17のそれぞれの上面には、保温層13と同じスパ
ッタリングターゲットを用いて、略同一の反応性スパッ
タ条件で成膜した、保温層13と同質の低熱伝導性セラ
ミックからなる保護層18が積層被覆されている。
Further, the heating resistor 15 and each power supply 1
On each of the upper surfaces of the heat insulating layers 6 and 17, a protective layer 18 made of a low thermal conductive ceramic of the same quality as the heat insulating layer 13 is formed by using the same sputtering target as the heat insulating layer 13 and under substantially the same reactive sputtering conditions. Coated.

【0020】前記保温層13および保護層18は、低熱
伝導性の他に、反応性スパッタリングの形成において、
酸素および窒素の反応度を加減することによって膜中に
活性な未反応のメタルを適度に含ませた、半絶縁性のセ
ラミック集合体に形成しているため、耐クラック性と耐
剥離性と耐静電気性に富むものとなっている。そのた
め、保護層18の膜厚を1〜3μmと薄く形成しても、
摩耗性の小さいインクリボンを用いる熱転写プリンタに
おいては、十分に印字寿命を満足させることができる。
The heat insulating layer 13 and the protective layer 18 have, in addition to low thermal conductivity,
By forming a semi-insulating ceramic aggregate that contains active unreacted metal in the film appropriately by adjusting the reactivity of oxygen and nitrogen, it has crack resistance, peeling resistance and resistance to cracking. It is rich in static electricity. Therefore, even if the protective layer 18 is formed as thin as 1 to 3 μm,
In a thermal transfer printer using an ink ribbon with low abrasion, the printing life can be sufficiently satisfied.

【0021】また、本発明の実施の形態では、放熱性基
板11をアルミナ等からなるもので説明したが、本発明
のその他の実施の形態として、放熱性の高い単結晶S
i、または金属板で放熱性基板(図示せず)を形成し、
グレーズ保温層12を形成しないものでも良い。このよ
うな単結晶Si、または金属板で放熱性基板(図示せ
ず)を形成することで、フォトリソ技術、研磨技術、あ
るいはプレス技術等により、放熱性基板11に直接凸条
部(図示せず)を形成することができる。そのために、
製造が容易で、製造時間の短縮が可能なサーマルヘッド
とすることができる。
Further, in the embodiment of the present invention, the heat-radiating substrate 11 is made of alumina or the like. However, as another embodiment of the present invention, a single-crystal S
i, or a heat dissipating substrate (not shown) is formed of a metal plate,
The thing which does not form the glaze insulation layer 12 may be sufficient. By forming a heat dissipating substrate (not shown) from such a single crystal Si or a metal plate, a ridge (not shown) is directly formed on the heat dissipating substrate 11 by photolithography, polishing, or pressing. ) Can be formed. for that reason,
A thermal head that can be easily manufactured and that can reduce the manufacturing time can be provided.

【0022】次に、本発明に係わるサーマルヘッドの製
造方法について、図2に示す製造フローチャートに基づ
いて説明する。まずアルミナ等からなる放熱性基板11
の上面全域、または放熱性基板11の端部に沿って、ガ
ラス等からなるグレーズ保温層12を、略60μmの厚
みに形成し、そのグレーズ保温層12の表面をフォトリ
ソエッチング技術により、2〜10μmの高さの凸条部
12aを形成する。また、放熱性基板11が金属やシリ
コンからなる場合は、放熱性基板11に直接凸条部を形
成して、グレーズ保温層12は形成しない。(ステップ
1)
Next, a method for manufacturing a thermal head according to the present invention will be described with reference to a manufacturing flowchart shown in FIG. First, a heat dissipating substrate 11 made of alumina or the like
A glaze insulating layer 12 made of glass or the like is formed to a thickness of approximately 60 μm along the entire upper surface of the substrate or along the edge of the heat radiation substrate 11, and the surface of the glaze insulating layer 12 is formed to a thickness of 2 to 10 μm by a photolithographic etching technique. Is formed. When the heat-radiating substrate 11 is made of metal or silicon, the ridges are formed directly on the heat-radiating substrate 11, and the glaze heat insulating layer 12 is not formed. (Step 1)

【0023】次に、グレーズ保温層12を含む放熱性基
板11の上面に、シリコンと遷移金属と酸素および窒素
からなる低熱伝導性セラミックの保温層13を、スパッ
タリングで略10〜30μmの厚みに形成する。そし
て、保温層13上に耐エッチャント層14となる、耐薬
品性に優れたアルミナ等を略0.2μmの厚みに形成す
る。(ステップ2)
Next, on the upper surface of the heat dissipating substrate 11 including the glaze heat insulating layer 12, a heat insulating layer 13 of a low thermal conductive ceramic comprising silicon, transition metal, oxygen and nitrogen is formed to a thickness of about 10 to 30 μm by sputtering. I do. Then, alumina or the like having excellent chemical resistance, which becomes the etchant resistant layer 14, is formed on the heat retaining layer 13 to a thickness of about 0.2 μm. (Step 2)

【0024】次に、耐エッチャント層14の上面に、T
a−SiO2等からなる発熱抵抗体15を、略0.3μ
mの厚みに積層して、発熱抵抗体15のパターンを形成
する。(ステップ3)そして、発熱抵抗体15の上面で
あって、凸条部12aを挟んで両裾野部分から外方に延
出して、Al、Cu等からなる共通電極16および個別
電極17を、略2μmの厚みに積層する。そして、凸条
部12a上で共通電極16および個別電極17に挟まれ
た部分に、発熱素子15aが形成される。(ステップ
4)
Next, on the upper surface of the anti-etchant layer 14, T
The heating resistor 15 made of a-SiO2 or the like is approximately 0.3 μm.
The pattern of the heating resistor 15 is formed by laminating to a thickness of m. (Step 3) The common electrode 16 and the individual electrode 17 made of Al, Cu, etc., which extend outward from both skirt portions on the upper surface of the heating resistor 15 with the ridge 12a therebetween, are substantially Laminate to a thickness of 2 μm. Then, the heating element 15a is formed in a portion sandwiched between the common electrode 16 and the individual electrode 17 on the ridge 12a. (Step 4)

【0025】次に、発熱抵抗体15、共通電極16およ
び個別電極17の上面に、摩耗や酸化を防止するため
に、保温層13と同一材料のシリコンと遷移金属と酸素
および窒素を主成分とする低熱伝導性セラミックを、1
〜3μmの厚みにスパッタリングで積層被覆して保護層
18を形成する。(ステップ5)その後、外部接続端子
やドライバICの実装パッド(図示せず)に所定のメッ
キを施した後、放熱性基板11をダイシングにより分割
してから、ドライバICを実装して、省電力サーマルヘ
ッドを製造することができる。
Next, on the upper surfaces of the heating resistor 15, the common electrode 16 and the individual electrodes 17, in order to prevent abrasion and oxidation, the same material as that of the heat insulating layer 13 including silicon, transition metal, oxygen and nitrogen as main components is used. Low thermal conductivity ceramic
The protective layer 18 is formed by laminating and coating to a thickness of about 3 μm by sputtering. (Step 5) Then, after predetermined plating is applied to external connection terminals and mounting pads (not shown) of the driver IC, the heat radiation substrate 11 is divided by dicing, and then the driver IC is mounted to save power. A thermal head can be manufactured.

【0026】また、本発明のサーマルヘッドの熱応答特
性を、図3に基づいて説明する。図3に示すグラフは、
従来と本発明のサーマルヘッドの熱応答特性を比較した
ものであり、グラフAは従来のサーマルヘッドで、グラ
フBは本発明のサーマルヘッドである。そして、グラフ
Aの従来のサーマルヘッドは、図4に示す発熱抵抗体5
にパルス通電して発熱素子5aを発熱させると、この熱
が熱伝導率の大きい保護層6で、膜の面方向への熱拡散
が大きくなる。そのために、従来のサーマルヘッドは、
発熱温度の立ち上がりが鈍く、早く飽和する特性を示し
ている。
The thermal response characteristics of the thermal head according to the present invention will be described with reference to FIG. The graph shown in FIG.
The thermal response characteristics of the conventional thermal head and the thermal head of the present invention are compared. Graph A shows the conventional thermal head, and graph B shows the thermal head of the present invention. Then, the conventional thermal head shown in the graph A has the heating resistor 5 shown in FIG.
When the heating element 5a generates heat by applying a pulse current to the protective layer 6 having a large thermal conductivity, the heat is diffused in the plane direction of the film. Therefore, the conventional thermal head is
It shows a characteristic in which the heat generation temperature rises slowly and saturates quickly.

【0027】これに対してグラフBの本発明のサーマル
ヘッドは、保温層13と保護層18の熱伝導率が、無機
膜として最高に小さいものとなっていること、および保
護層18の膜厚が1〜3μmと薄くなっていることによ
り、膜の面方向への熱拡散が小さくなり、発熱温度の立
ち上がりが鋭く、従来と同じ値の電力供給でも高い温度
が得られる。
On the other hand, in the thermal head of the present invention shown in the graph B, the thermal conductivity of the heat retaining layer 13 and the protective layer 18 is the smallest as an inorganic film, and the thickness of the protective layer 18 is small. Is reduced to 1 to 3 μm, the heat diffusion in the surface direction of the film is reduced, the heat generation temperature rises sharply, and a high temperature can be obtained even with power supply of the same value as in the past.

【0028】そのために、本発明のサーマルヘッドは、
発熱抵抗体15に供給する電力エネルギーを小さくして
も高品質の印字を行うことができ、本発明のサーマルヘ
ッドを搭載した、例えば携帯型熱転写プリンタ等の省電
力化が可能となり、熱転写プリンタのバッテリー寿命を
長くすることができる。
For that purpose, the thermal head of the present invention
Even if the power energy supplied to the heating resistor 15 is reduced, high quality printing can be performed, and power saving such as a portable thermal transfer printer equipped with the thermal head of the present invention becomes possible. Battery life can be extended.

【0029】また、本発明の実施の形態の説明では、放
熱性基板11をアルミナ等からなるもので説明したが、
本発明のその他の実施の形態として、放熱性基板(図示
せず)を、放熱性の高い単結晶Si、または金属板で形
成し、グレーズ保温層12を形成しないものでも良い。
このような放熱性基板(図示せず)を、単結晶Si、ま
たは金属板で形成することで、フォトリソ技術、研磨技
術、あるいはプレス技術等により、放熱性基板11に直
接凸条部(図示せず)を形成することができる。そのた
めに、製造が容易で、製造時間の短縮が可能なサーマル
ヘッドとすることができる。
In the description of the embodiment of the present invention, the heat radiation substrate 11 is made of alumina or the like.
As another embodiment of the present invention, the heat dissipating substrate (not shown) may be formed of single-crystal Si or a metal plate having high heat dissipating property, and the glaze heat insulating layer 12 may not be formed.
By forming such a heat dissipating substrate (not shown) from single crystal Si or a metal plate, a ridge (not shown) is directly formed on the heat dissipating substrate 11 by a photolithography technique, a polishing technique, a pressing technique, or the like. ) Can be formed. Therefore, it is possible to provide a thermal head that can be easily manufactured and that can reduce the manufacturing time.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドは、保護層と保
温層とを同質の低熱伝導性セラミック膜で形成したの
で、それぞれの膜の面方向への熱拡散による熱損失を小
さくできる。そのために、発熱素子に供給する電力エネ
ルギーを従来より小さくしても、発熱素子を印刷可能範
囲まで適正に発熱させることができる。そのために省電
力化が可能となり、携帯型の熱転写プリンタ等のバッテ
リー寿命を長くすることができる。
According to the thermal head of the present invention, the protective layer and the heat insulating layer are formed of the same low thermal conductive ceramic film, so that the heat loss due to the heat diffusion in the plane direction of each film can be reduced. For this reason, even if the power energy supplied to the heating element is smaller than in the past, the heating element can be appropriately heated to the printable range. Therefore, power can be saved, and the battery life of a portable thermal transfer printer or the like can be extended.

【0031】また、保温層および保護層は、シリコンと
遷移金属と酸素又は窒素を主成分とし、その熱伝導率が
0.8〜1.0W/m.kの低熱伝導性セラミック膜か
らなるので、保温層および保護層の熱伝導率を、無機膜
としては最高に小さくすることができ、保温層および保
護層の熱容量を小さくでき、低消費電力のサーマルヘッ
ドを提供できる。
The heat insulating layer and the protective layer mainly contain silicon, a transition metal, and oxygen or nitrogen, and have a thermal conductivity of 0.8 to 1.0 W / m. k, the thermal conductivity of the heat insulation layer and the protective layer can be minimized as an inorganic film, the heat capacity of the heat insulation layer and the protective layer can be reduced, Can provide head.

【0032】また、保護層は、1〜3μmの膜厚に薄く
形成したので、膜の面方向への熱伝導性を顕著に小さく
することができ、発熱素子の発熱ピーク温度を高めるこ
とができる。よって印字媒体への熱伝導率が高まり、印
字品質の低下がなくて、印字熱効率の高い省電力化され
たサーマルヘッドを提供できる。
Further, since the protective layer is formed to be thin to a thickness of 1 to 3 μm, the thermal conductivity in the plane direction of the film can be remarkably reduced, and the heat generation peak temperature of the heating element can be increased. . Therefore, it is possible to provide a power-saving thermal head that has high thermal conductivity to the print medium, does not deteriorate print quality, and has high print thermal efficiency.

【0033】また、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、保温層および保護層を、スパッタリング条件により
酸素や窒素を適度に欠乏させ、膜中に未反応のメタルを
含ませて化学活性度をより高め、半絶縁性の多元酸化物
または多元窒化物に形成しているので、密着性に極めて
優れたものとなり、ステップカバーレッジの悪い電極の
凹凸部であっても、耐クラック性、耐剥離性を有する保
護層とでき、突発的な保護層のクラックや剥離による発
熱抵抗体等の腐食や酸化の心配がなくなり、印字耐久寿
命を長寿命とすることができる。
Further, in the method of manufacturing a thermal head according to the present invention, the thermal insulation layer and the protective layer are appropriately depleted of oxygen and nitrogen depending on the sputtering conditions, and the unreacted metal is contained in the film to improve the chemical activity. Highly-adhesive and semi-insulating multi-element oxides or multi-element nitrides provide excellent adhesion and crack resistance and peeling resistance even on uneven surfaces of electrodes with poor step coverage. The protective layer has no problem, and there is no fear of corrosion or oxidation of the heating resistor or the like due to sudden cracking or peeling of the protective layer, and the printing durability can be extended.

【0034】また、保温層および保護層は、熱伝導率が
0.8〜1.0W/m.kの同質の低熱伝導性セラミッ
ク膜で蒸着形成したので、成膜装置の共用化が図れて、
生産性の高い製造工程とすることができる。
The heat insulating layer and the protective layer have a thermal conductivity of 0.8 to 1.0 W / m. Since it was formed by vapor deposition with a low thermal conductivity ceramic film of the same quality as k, the film-forming equipment can be shared,
A highly productive manufacturing process can be achieved.

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

【図1】本発明に関するサーマルヘッドの要部断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a thermal head according to the present invention.

【図2】本発明に関するサーマルヘッドの製造フローチ
ャートを示す図である。
FIG. 2 is a view showing a manufacturing flowchart of a thermal head according to the present invention.

【図3】本発明に関するサーマルヘッドの断熱特性を説
明するグラフである。
FIG. 3 is a graph illustrating the thermal insulation characteristics of a thermal head according to the present invention.

【図4】従来のサーマルヘッドの要部断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a main part of a conventional thermal head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 放熱性基板 12 グレーズ保温層 13 保温層 14 耐エッチャント層 15 発熱抵抗体 15a 発熱素子 16 共通給電体 17 個別給電体 18 保護層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Heat dissipation board 12 Glaze heat insulation layer 13 Heat insulation layer 14 Anti-etchant layer 15 Heating resistor 15a Heating element 16 Common power supply 17 Individual power supply 18 Protection layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放熱性基板の上面に形成した保温層と、
この保温層の上面に複数の発熱抵抗体と給電体とにより
形成した複数の発熱素子と、少なくとも前記発熱抵抗体
及び前記給電体の表面を被覆する保護層とを備え、前記
保温層と前記保護層とを同質の低熱伝導性セラミック材
料で形成したことを特徴とするサーマルヘッド。
A heat insulating layer formed on an upper surface of the heat dissipating substrate;
On the upper surface of the heat insulating layer, there are provided a plurality of heating elements formed by a plurality of heat generating resistors and a power supply, and a protective layer covering at least the surfaces of the heat generating resistor and the power supply. A thermal head characterized in that the layers and the layers are formed of the same low thermal conductivity ceramic material.
【請求項2】 前記保温層および前記保護層は、シリコ
ンと遷移金属と酸素又は窒素を主成分とし、その熱伝導
率が0.8〜1.0W/m.kの低熱伝導性セラミック
膜からな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 heat insulating layer and the protective layer contain silicon, a transition metal, oxygen or nitrogen as main components, and have a thermal conductivity of 0.8 to 1.0 W / m. 2. The thermal head according to claim 1, wherein the thermal head is made of a low thermal conductive ceramic film.
【請求項3】 前記保護層は、1〜3μmの膜厚に形成
したことを特徴とする請求項1、または2記載のサーマ
ルヘッド。
3. The thermal head according to claim 1, wherein said protective layer is formed to a thickness of 1 to 3 μm.
【請求項4】 放熱性基板の上面に保温層を形成し、こ
の保温層の上面に複数の発熱抵抗体と給電体とにより発
熱素子を形成し、これらの上面を被覆する保護層を有
し、前記保温層および前記保護層は、TaSi2、WS
i2、CrSi2、TiSi2、ZrSi2、NbSi
2、MoSi2、HfSi2、VSi2、NiSi2、
FeSi2から選ばれた、少なくとも2種類以上のシリ
サイドの焼結体、または、その複数のシリサイドとシリ
コンとの焼結体からなるスパッタリングターゲットを用
いて、Ar+O2またはAr+N2、またはAr+O2
+N2の何れかの反応性スパッタ蒸着により、同質の低
熱伝導性セラミック膜に形成するようにしたことを特徴
とするサーマルヘッドの製造方法。
4. A heat-insulating layer is formed on an upper surface of a heat-dissipating substrate, and a heating element is formed on the upper surface of the heat-insulating layer by a plurality of heat-generating resistors and a power feeder, and a protective layer covering these upper surfaces is provided. , The heat insulating layer and the protective layer are made of TaSi2, WS
i2, CrSi2, TiSi2, ZrSi2, NbSi
2, MoSi2, HfSi2, VSi2, NiSi2,
Ar + O2 or Ar + N2 or Ar + O2 by using a sintered body of at least two or more kinds of silicides selected from FeSi2 or a sputtering target formed of a sintered body of a plurality of silicides and silicon.
A method of manufacturing a thermal head, wherein a homogeneous low thermal conductivity ceramic film is formed by reactive sputtering deposition of any one of + N2.
【請求項5】 前記保温層および前記保護層は、熱伝導
率が0.8〜1.0W/m.kの同質の低熱伝導性セラ
ミック膜に蒸着形成したことを特徴とする請求項4記載
のサーマルヘッドの製造方法。
5. The thermal insulation layer and the protective layer have a thermal conductivity of 0.8 to 1.0 W / m. 5. The method for manufacturing a thermal head according to claim 4, wherein said thermal head is formed by vapor deposition on a low thermal conductive ceramic film of the same quality as k.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005329561A (en) * 2004-05-18 2005-12-02 Shinko Electric Co Ltd Thermal head and printer

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