JP2004154969A - Thermal head and its manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、フォトプリンタやサーマルプリンタ等に搭載されるサーマルヘッド及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来技術およびその問題点】
フォトプリンタやサーマルプリンタ等に搭載されるサーマルヘッドは、複数の発熱抵抗体、この発熱抵抗体に給電する電極(導体)及び保護層などを備え、一般に次のような工程で形成される。先ず、基板上に抵抗膜及び導体が連続成膜され、アニール処理によって抵抗膜の抵抗値が安定化される。次に、フォトリソグラフィ技術により、不要な部分の導体及び抵抗膜が除去されて電極形状が定められた後、抵抗膜の発熱抵抗体上の導体が除去されて発熱抵抗体が露出する。そして、露出した発熱抵抗体及び導体の上に保護層が形成される。以上により、従来の一般的なサーマルヘッド(サーマルヘッドの発熱部)が得られる。
【0003】
しかしながら、上記製造工程では、発熱抵抗体上の導体を除去する工程中に発熱抵抗体が露出している状態でレジストが除去されるため、レジスト除去時に発熱抵抗体の表面が酸化してしまい、複数の発熱抵抗体の間で抵抗値がばらついてしまう問題があった。このばらつきを解消するためには、発熱抵抗体の表面酸化層を逆スパッタやイオンビームエッチングで除去することが考えられるが、逆スパッタやイオンビームエッチングでは表面酸化層を一様に除去すること(発熱抵抗体の初期膜厚を維持すること)が困難であり、複数の発熱抵抗体どうしの抵抗値を均一化させることは難しい。また、保護層を形成する際は該保護層と導体及び抵抗膜との密着を良くするため逆スパッタを行なうが、この逆スパッタのエッチングばらつきによっても複数の発熱抵抗体どうしの抵抗値がばらついてしまっていた。このような複数の発熱抵抗体どうしの抵抗値のばらつきは、サーマルヘッドがプリンタに搭載されたとき、印字品位の劣化(印字濃度ムラ)として現れる。よって、特にカラープリンタやフォトプリンタに用いられるサーマルヘッドに対しては、ヘッド内における複数の発熱抵抗体どうしの抵抗値ばらつきを厳密に抑える必要がある。
【0004】
そこで従来では、ヘッド形成後に、発熱抵抗体に適当な電圧パルスを印加して抵抗値を調整するトリミング処理を行ない、これによって発熱抵抗体の抵抗値を均一化させている。しかしながら、このトリミング処理は個々のヘッドに対して行なわなければならず、非常に煩雑である。またトリミング処理では電圧パルス印加により発熱抵抗体の抵抗値を強制的に低下させるので、発熱抵抗体の寿命、延いてはヘッドの寿命を短くさせてしまう。このような事情から、トリミング処理を行なわずに、発熱抵抗体の抵抗値のばらつきを抑えたいという要望がある。
【0005】
さらに近年では、データ大容量化や高速処理化に対応させてサーマルヘッドを高速動作できるように、印加電力が増大しても抵抗値変化の少ないサーマルヘッドの開発が望まれている。
【0006】
【特許文献】
特開昭第62−4301号公報
特開昭第62−109668号公報
特開昭第62−179956号公報
特開昭第63−185644号公報
【0007】
【発明の目的】
本発明は、上記事情に鑑み、トリミング処理を行なわずに、複数の発熱抵抗体どうしの抵抗値のばらつきを抑えることができるサーマルヘッド及びその製造方法を得ることを目的とする。また本発明は、抵抗値変化の少ないサーマルヘッド及びその製造方法を得ることを目的とする。
【0008】
【発明の概要】
本発明は、発熱抵抗体の表面を絶縁無機酸化物層で覆うことによって、発熱抵抗体の表面酸化を防止すると共に発熱抵抗体を製造工程中のエッチングダメージから保護して発熱抵抗体の抵抗値のばらつきを抑制し、且つ、電力印加によるアニール効果(発熱抵抗体を構成する元素の結晶化)を抑制して発熱抵抗体の抵抗値変化を少なくしたものである。
【0009】
すなわち、本発明は、基板上に連続成膜された、複数の発熱抵抗体と;複数の発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部それぞれに導通する導体と;を備えたサーマルヘッドにおいて、上記導体に複数の発熱抵抗体の表面を露出させる開放部を形成し、この開放部内に、絶縁性を有する無機酸化物からなる絶縁無機酸化物層を設けたことを特徴としている。
【0010】
絶縁無機酸化物層は、SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3のいずれかによって形成されていることが好ましい。これらの絶縁無機酸化物材料であれば、発熱抵抗体の表面酸化及びエッチングダメージを防止できると共に、印加電力が増大したときに発熱抵抗体の抵抗値変化を抑制することができる。
【0011】
絶縁無機酸化物層及び導体上には、ヘッド動作時に摩擦から絶縁無機酸化物層及び導体を保護するための保護層を形成することができる。この場合には一般に、保護層を成膜する前に、保護層と絶縁無機酸化物層及び導体との密着を良好にするため、逆スパッタ処理が施される。絶縁無機酸化物層は、発熱抵抗体の表面酸化を防止する機能、発熱抵抗体をエッチングによるダメージから保護する機能、及び発熱抵抗体の抵抗値変化を抑制する機能を十分に発揮できるように、逆スパッタ処理後の膜厚が200Å以上2000Å以下であることが好ましい。
【0012】
絶縁無機酸化物層は、発熱抵抗体の抵抗長方向に沿って切断されたとき、その断面形状が、導体に接する両端部が鋭尖形でこの両端部に挟まれた中央部が平坦な略凹形状をなしている。このような略凹形状は、発熱抵抗体を露出させる開放部を形成するためのレジストを残したまま絶縁無機酸化物層が成膜され、後に不要な部分(開放部に埋め込まれた部分以外)が除去されることで、形成される。
【0013】
本発明の製造方法による態様では、基板上に抵抗膜及び導体を連続成膜する工程;発熱抵抗体の抵抗幅及び導体パターンを定める導体用レジストを前記導体上に形成した後、この導体用レジストに覆われていない導体及び抵抗膜を除去し、該導体用レジストを除去する工程;発熱抵抗体の抵抗長を定める開放部用レジストを導体上に形成した後、この開放部用レジストに覆われていない導体を除去して複数の発熱抵抗体を露出させる開放部を形成する工程;開放部用レジストを残したまま、絶縁性を有する無機酸化物からなる絶縁無機酸化物層を開放部用レジスト及び露出させた複数の発熱抵抗体を含む基板表面上に成膜する工程;及び開放部用レジストと該開放部用レジスト上の絶縁無機酸化物層を除去する工程;を有することを特徴としている。
【0014】
この製造方法によれば、絶縁無機酸化物層が開放部内に埋め込まれて複数の発熱抵抗体の表面を覆うため、この絶縁無機酸化物層によって、複数の発熱抵抗体の表面酸化が防止されると共にエッチングまたはスパッタによるダメージから複数の発熱抵抗体が保護される。よって、表面酸化やエッチングダメージによる、複数の発熱抵抗体どうしの抵抗値のばらつきを十分に抑えることができる。また本製造方法によれば、抵抗膜と導体が連続成膜されるので、抵抗膜と導体との間に酸化層が介在せず、該抵抗膜と導体との密着不良による発熱抵抗体の抵抗値のばらつきも生じることがない。これにより従来のようなトリミング処理等は不要となるから、製造工程が簡略化し、また、ヘッド寿命を短くしてしまう虞もなくなる。また本製造方法によれば、複数の発熱抵抗体を露出させる開放部を形成した後に絶縁無機酸化物層を形成しているので、絶縁無機酸化物層及び複数の発熱抵抗体(発熱抵抗体の抵抗長L)のセルフアライメントがとれる。さらには、絶縁無機酸化物層を介して導体が各発熱抵抗体上にオーバーレイせず、導体をオーバーレイさせた場合における熱損失をなくすことができる。
【0015】
開放部用レジストと該開放部用レジスト上の絶縁無機酸化物層を除去する工程の後には、上記導体及び絶縁無機酸化物層の表面を削り、この削られた導体及び絶縁無機酸化物層上に保護層を形成する工程を有することが好ましい。この保護層は、ヘッド動作時に生じる摩擦から導体及び絶縁無機酸化物層を保護するための耐摩耗保護層である。この保護層を形成する場合に絶縁無機酸化物層は、400Å以上2200Å以下の膜厚で成膜しておき、保護層を形成する前に逆スパッタ等を用いて約100Å程度削り、最終的には200Å以上2000Å以下の膜厚とすることが好ましい。
【0016】
開放部用レジストは、開放部用レジスト及び該開放部レジスト上の絶縁無機酸化物層をリフトオフにより除去すべく、リフトオフレジストで形成することが好ましい。ただし、導体がAlで形成されている場合は、底辺の角に切り込みがない通常のレジスト層としてもよい。これは、Al導体ではサイドエッチングが生じやすく、導体除去時に生じたサイドエッチングにより底辺の角に切り込みが入るためであり、通常のレジスト層としてもリフトオフレジストの場合とほぼ同等の開放部形状が得られる。
【0017】
導体は、低抵抗化及び低コスト化を図るため、Al導体で形成することが好ましい。このAl導体は、ウエットエッチングまたは反応性イオンエッチングにより除去することが好ましい。また、抵抗膜は、高抵抗化しやすいTa−Si−O、TaSiONb、Ti−Si−O、Cr−Si−O等の高融点金属のサーメット材料から形成し、反応性イオンエッチングにより除去することが好ましい。
【0018】
ところで、上記製造方法によれば、導体及び抵抗膜の不要部分を除去してから、発熱抵抗体の抵抗長を定める開放部用レジストを形成している。すなわち、凹凸のある膜面上に開放部用レジストが形成されることになる。このため、開放部用レジストが均一にのらず、発熱抵抗体の抵抗長の精度が悪化してしまう虞がある。そこで、発熱抵抗体の抵抗長を高精度に規定するには、以下の製造方法を用いることが好ましい。
【0019】
すなわち、本発明の別の態様によるサーマルヘッドの製造方法では、基板上に抵抗膜及び導体を連続成膜する工程;発熱抵抗体の抵抗長を定める開放部用レジストを前記導体上に形成し、この開放部用レジストに覆われていない導体を除去して複数の発熱抵抗体を露出させる開放部を形成する工程;開放部用レジストを残したまま、絶縁性を有する無機酸化物からなる絶縁無機酸化物層を、開放部用レジスト及び露出させた複数の発熱抵抗体を含む基板表面上に成膜する工程;開放部用レジスト及び該開放部用レジスト上の絶縁無機酸化物層を除去した後、発熱抵抗体の抵抗幅及び導体パターンを定める導体用レジストを基板表面上に形成する工程;導体用レジストから露出している導体を除去する工程;導体用レジストから露出している絶縁無機酸化物層を除去する工程;導体用レジストから露出している抵抗膜を除去する工程;及び導体用レジストを除去する工程;を有することを特徴としている。
【0020】
この製造方法によれば、平坦な導体上に、発熱抵抗体の抵抗長を定める開放部用レジストが形成される。よって、複数の発熱抵抗体を露出させる開放部を正確に形成することができ、発熱抵抗体の抵抗長を高い精度で規定することが可能である。
【0021】
導体用レジストを除去する工程の後には、導体及び絶縁無機酸化物層の表面を削り、この削られた導体及び絶縁無機酸化物層上に保護層を形成する工程を有することが好ましい。この保護層を形成する場合に絶縁無機酸化物層は、400Å以上2200Å以下の膜厚で成膜しておき、保護層を形成する前に逆スパッタ等を用いて約100Å程度削り、最終的には200Å以上2000Å以下の膜厚とすることが好ましい。
【0022】
開放部用レジストは、該開放部用レジスト及び該開放部用レジスト上の絶縁無機酸化物層をリフトオフにより除去すべく、リフトオフレジストで形成することが好ましい。ただし、導体がAlで形成されている場合は、底辺の角に切り込みがない通常のレジスト層としてもよい。これは、Al導体ではサイドエッチングが生じやすく、導体除去時に生じたサイドエッチングにより底辺の角に切り込みが入るためであり、通常のレジスト層としてもリフトオフレジストの場合とほぼ同等の開放部形状が得られる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1実施形態によるサーマルヘッド1を示す断面図であり、図2はサーマルヘッド1(保護層8を除く)を示す平面図である。サーマルヘッド1は、グレーズ保温層(ガラス)2を有するアルミナ基板3上に連続成膜された、複数の発熱抵抗体4aと、複数の発熱抵抗体4aを通電するための導体(電極)5とを備えている。
【0024】
複数の発熱抵抗体4aは、サーメット材料によりグレーズ保温層2上に形成されていて、隣接する発熱抵抗体4a間には、図2に示すように発熱抵抗体4aの抵抗幅Wを規制するギャップ領域6が設けられている。ギャップ領域6は、発熱抵抗体4aの抵抗長方向(図1及び図2の左右方向)に平行な方向に細長く延びて形成された穴部である。このギャップ領域6からは、図2において、グレーズ保温層2が露出している。
【0025】
導体5には、複数の発熱抵抗体4aを露出させる断面逆台形状の開放部7が形成されている。この開放部7により、導体5は、全ての発熱抵抗体4aに導通する1つのコモン電極5aと各発熱抵抗体4aに独立して導通する複数の個別電極5bとに分けられ、発熱抵抗体4aの抵抗長方向の両端部に導通している。各個別電極5bの電極幅はギャップ領域6により規制され、発熱抵抗体4aの抵抗長Lは開放部7により規制されている。導体5は、例えばAl導体により形成されることが好ましい。
【0026】
上記導体5の開放部7内には、絶縁無機酸化物層10が埋め込まれている。絶縁無機酸化物層10は、複数の発熱抵抗体4aの表面を覆っていて、発熱抵抗体4aの表面酸化を防止すると共に、製造工程中のエッチングによるダメージから発熱抵抗体4aを保護する保護層である。この絶縁無機酸化物層10は、絶縁性を有する無機酸化物により形成されることが好ましく、具体的にはSiO2、SiON、AlSiO、Al2O3等により、約200Å以上2000Å以下程度の膜厚で形成されている。絶縁無機酸化物層10の断面形状は、発熱抵抗体4aの抵抗長方向に沿って絶縁無機酸化物層10を切断したとき、導体5の発熱抵抗体4aに接する側の端部(傾斜面)に沿って鋭尖形をなす両端部とこの両端部に挟まれた平坦な中央部とからなる略凹形状をなしている。
【0027】
絶縁無機酸化物層10及び導体5上には、例えばSiAlONやTa2O5等の耐摩耗性材料からなる保護層8が形成されていて、この保護層8によって、ヘッド動作時に生じる摩擦から絶縁無機酸化物層10及び導体5が保護されている。不図示であるが、サーマルヘッド1にはさらに、発熱抵抗体4aを通電制御するための駆動ICやPCB(Print Circuit Board)等も備えられている。このサーマルヘッド1は、フォトプリンタやサーマルプリンタ等に搭載され、発熱抵抗体4aの発する熱を感熱紙またはインクリボンに与えることで印刷を行なう。
【0028】
以上のような全体構造を有するサーマルヘッド1において、絶縁無機酸化物層10は、発熱抵抗体4aの表面酸化を防止する機能及び発熱抵抗体4aをエッチングダメージから保護する機能に加え、印加電力による発熱抵抗体4aの抵抗値変化を抑制する機能を有している。
【0029】
以下では、絶縁無機酸化物層10の、印加電力による発熱抵抗体4aの抵抗値変化を抑制する機能について説明する。
【0030】
図3は、絶縁無機酸化物層10を有するサーマルヘッド1(図1)と絶縁無機酸化物層を有さない従来のサーマルヘッド1’(図20)のそれぞれに対し、発熱抵抗体4aに印加する電力の大きさを変化させて発熱抵抗体4aの抵抗値を測定したステップストレス試験(SST)結果を示している。各サーマルヘッド1、1’には、試験前(抵抗膜4及び導体5の成膜直後)に予めアニール処理(500℃)を施してある。また、各サーマルヘッド1、1’が備えた保護層の膜厚は共に4.0μmであり、サーマルヘッド1が備えた絶縁無機酸化物層10はSiO2膜(膜厚600Å)である。
【0031】
上記ステップストレス試験は、以下の条件で行なった。
【SST条件】
印加パルス幅=4.3ms
印加パルス周期=22.8ms
印加パルス回数=700パルス
【0032】
図3において、縦軸は抵抗変化率(%)、横軸は印加電力(W)である。図3を見ると、絶縁無機酸化物層を有さないサーマルヘッド1’の抵抗値は、0〜0.05W付近まで一定となっており、印加電力が0.05Wを超えると低下し始め、印加電力が0.15Wのとき最も低くなっている。この最低抵抗値となるとき、その抵抗変化率は約−30%程度である。そして印加電力が0.15Wを超えると、抵抗値は急激に増大していく。これに対し、絶縁無機酸化物層10を有するサーマルヘッド1の抵抗値は、0〜0.12W付近まで一定となっており、印加電力が0.12Wを超えると低下し始め、印加電力が0.19Wのとき最も低くなっている。この最低抵抗値となるとき、その抵抗変化率は約−10%程度である。そして印加電力が0.19Wを超えると、抵抗値は急激に増大していく。
【0033】
ところで、サーマルヘッドは一般に、発熱抵抗体の破壊を防止すべく、その抵抗値が一定となる印加電力範囲内で動作させる必要がある。すなわち、印加電力に対するサーマルヘッドの抵抗値変化が小さいほど、その抵抗値が一定となる印加電力範囲が拡がるため、サーマルヘッドに印加可能な最大電力値が大きくなり、サーマルヘッドをより高速で動作させることができる。
【0034】
図3に示された、絶縁無機酸化物層を有さない場合(サーマルヘッド1’)と絶縁無機酸化物層10を有する場合(サーマルヘッド1)の試験結果を比較すると、初期抵抗値はほぼ等しいが、印加電力に対する抵抗変化率は、絶縁無機酸化物層を有する場合のほうが絶縁無機酸化物層を有していない場合よりも小さくなっていることがわかる。よって、サーマルヘッドの抵抗値が一定となる印加電力範囲は、絶縁無機酸化物層を有する場合(0〜0.12W)のほうが絶縁無機酸化物層を有さない場合(0〜0.05W)よりも広く、具体的には約2倍(≒0.12W/0.05W)になっている。
【0035】
図4は、絶縁無機酸化物層を有するサーマルヘッドの保護層の膜厚を変化させて行なった、ステップストレス試験結果である。図4には、保護層の膜厚が2.0μm、4.0μm、6.0μmである場合の結果を示す。このステップストレス試験に用いたサーマルヘッドはいずれも、絶縁無機酸化物層としてSiO2膜(膜厚600Å)を用いており、試験前(抵抗膜4及び導体5の成膜直後)にアニール処理(500℃)が施されている。なお、STT条件は、図3で行なったステップストレス試験と同一である。
【0036】
図4において、縦軸は抵抗変化率(%)、横軸は印加電力(W)である。図4を見ると、保護層の膜厚が異なっていても、印加電力に対する抵抗変化率はほぼ等しくなっている。すなわち、印加電力に対する抵抗変化率は、保護層の膜厚には依存していないことがわかる。
【0037】
以上の図3及び図4に示される結果から、絶縁無機酸化物層が存在することによって、印加電力によるサーマルヘッドの抵抗値変化が抑制されることを本発明者は見出した。どのように絶縁無機酸化物層が抵抗値変化の抑制に寄与するのかは、以下のように推測することができる。
【0038】
サーマルヘッドへの印加電力が大きくなると、先ず、該電力印加により発熱抵抗体の温度が上昇し、この温度上昇によって発熱抵抗体がアニールされた状態となる。このとき、発熱抵抗体上に絶縁無機酸化物層が存在していなければ、上記アニールによって発熱抵抗体(抵抗膜)を構成する元素の結晶化が進み、該元素が規則化するため、図3の実線Aに示されるようにサーマルヘッドの抵抗値は下がる。しかしながら、発熱抵抗体上に絶縁無機酸化物層が存在していれば、温度上昇によって、アニールと同時に絶縁無機酸化物層内の酸素が活性化されるかまたは酸化物が拡散されるはずである。そして、この活性化された酸素または拡散された酸化物が発熱抵抗体を構成する元素の結晶化を妨げて該結晶化を遅らせる結果、図3の実線Bに示されるようにサーマルヘッドの抵抗値低下が抑制される(抵抗値を維持できる)のではないかと考えられる。なお、ある電力値からサーマルヘッドの抵抗値が急激に増大し始めるのは、発熱抵抗体(抵抗膜)の酸化及び結晶結合破壊が始まったためだと考えられる。
【0039】
次に、図1に示すサーマルヘッドの製造方法の一実施形態について説明する。図5〜図9はサーマルヘッド1の製造工程を示す(a)断面図、(b)平面図である。本実施形態では、基板として、グレーズ保温層2を有するアルミナ基板(グレーズドアルミナ基板)3を用いる。
【0040】
先ず、図5(a)(b)に示すように、グレーズ保温層2上に全面的に、抵抗膜4と導体5を同一真空中で連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を用いることができる。抵抗膜4は、高抵抗化しやすいTa−Si−O、TaSiONb、Ti−Si−O、Cr−Si−O等の高融点金属のサーメット材料で形成することが好ましく、導体5はAlにより形成することが好ましい。この抵抗膜4と導体5は同一真空内で連続成膜されるので、抵抗膜4と導体5の間に酸化膜が介在することなく、抵抗膜4と導体5の密着は良好である。
【0041】
抵抗膜4と導体5を連続成膜したら、アニール処理を施す。このアニール処理は、ヘッド使用開始後の発熱抵抗体4aの抵抗変化を減少させるため、予め大きい熱的負荷を加えて抵抗膜4の抵抗値を安定させる加速処理である。
【0042】
続いて、図6(a)(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、形成すべき発熱抵抗体の抵抗幅W及び導体パターンを定める導体用レジスト(不図示)を導体5上に形成し、この導体用レジストに覆われていない部分の導体5及び抵抗膜4を除去して、導体用レジストを剥離する。この工程で導体5及び抵抗膜4が除去された範囲はギャップ領域6であり、このギャップ領域6からは図6(b)に示すようにグレーズ保温層2が露出する。導体5を除去する際にはウエットエッチングまたはRIE(反応性イオンエッチング)を用いることができ、抵抗膜4を除去する際にはRIEを用いることができる。
【0043】
続いて、図7(a)(b)に示すように、形成すべき発熱抵抗体の抵抗長Lを定める開放部用レジストRrを導体5上に形成し、この開放部用レジストRrに覆われていない導体5をウエットエッチングまたはRIEにより除去して、断面逆台形状の開放部7を形成する。このとき、導体5(コモン電極5a及び複数の個別電極5b)の開放部7側の端部は傾斜面となっている。この図7までの工程により、抵抗長L及び抵抗幅Wの定められた複数の発熱抵抗体4aが露出すると共に、導体5がコモン電極5aと複数の個別電極5bとに分けられる。すなわち、複数の発熱抵抗体4a及び導体5が図1及び図2に示す完成状態となる。上記開放部用レジストRrは、リフトオフ用レジストであることが好ましい。ただし、導体5をAlで形成している場合は、通常のレジスト層(底辺の角に切り込みがないレジスト層)としてもウエットエッチングまたはRIE時に導体5にサイドエッチングが生じ、図7(a)に示すようなリフトオフ用レジストの場合とほぼ同等の開放部形状が得られるので、通常のレジスト層であってもよい。
【0044】
複数の発熱抵抗体4aを露出させたら、図8(a)(b)に示すように開放部用レジストRrを残したまま絶縁無機酸化物層10を全面的に成膜する。成膜にはスパッタ又はイオンビームスパッタ等を用いる。その後、図9(a)(b)に示すように開放部用レジストRr及び開放部用レジストRr上の絶縁無機酸化物層10をリフトオフにより除去する。この工程により、導体5の開放部7内には絶縁無機酸化物層10が埋め込まれ、この絶縁無機酸化物層10によって、露出させた複数の発熱抵抗体4aの表面が覆われる。絶縁無機酸化物層10の断面形状は、図9(a)に示されるように、導体5の発熱抵抗体4aに接する側の端部(傾斜面)に沿って鋭尖形をなす両端部と、この両端部に挟まれた平坦な中央部とからなる略凹形状をなしている。
【0045】
絶縁無機酸化物層10は、絶縁性を有する無機酸化物で形成されることが好ましく、具体的にはSiO2、SiON、AlSiO、Al2O3のいずれかによって形成されるとよい。また、絶縁無機酸化物層10は、400Å以上2200Å以下程度の膜厚で形成されることが好ましい。
【0046】
続いて、後工程で形成する保護層との密着性を高めるため、逆スパッタ等により絶縁無機酸化物層10及び導体5を所定厚さだけ除去し、該絶縁無機酸化物層10及び導体5の新たな膜面を露出させる。この逆スパッタ工程では、絶縁無機酸化物層10により複数の発熱抵抗体4aが覆われているので、複数の発熱抵抗体4aがエッチングダメージを受けることがなく、複数の発熱抵抗体4aの抵抗値にばらつきが生じることはない。本実施形態では、この工程で絶縁無機酸化物層10及び導体5を100Å程度除去し、最終的に、絶縁無機酸化物層10の膜厚を200Å以上2000Å以下の範囲内に調整する。この範囲内であれば、絶縁無機酸化物層10が、複数の発熱抵抗体4aの表面酸化を防止する機能、複数の発熱抵抗体4aをエッチングダメージから保護する機能、及びヘッド完成後に、印加電力による発熱抵抗体4aの抵抗値変化を抑制する機能を十分に発揮することができる。
【0047】
そして、露出させた絶縁無機酸化物層10及び導体5の新たな膜面上に、SiAlONやTa2O5等の耐摩耗性材料からなる保護層8を形成する。この保護層8の形成にはバイアススパッタ法を用いることができる。以上により、図1に示すサーマルヘッド1を得ることができる。
【0048】
ところで、上記製造方法によれば、発熱抵抗体の抵抗幅W及び導体パターンを定めてから、発熱抵抗体の抵抗長を定める開放部用レジストRrを形成している。この場合、グレーズ保温層2の露出するギャップ領域6が存在し、凹凸のある膜面上に開放部用レジストRrを形成することになる。このため、開放部用レジストRrを均一に形成することがやや難しく、設計通りの開放部形状に対してばらつきが発生してしまう場合がある。すなわち、発熱抵抗体の抵抗長を高精度に規定できない虞がある。そこで、発熱抵抗体の抵抗長の高精度化を図るためには、以下に述べる第2実施形態による製造方法を用いることが好ましい。
【0049】
図10〜図19は、本発明の第2実施形態によるサーマルヘッドの製造方法を示す(a)断面図、(b)平面図である。この第2実施形態による製造方法は、平坦な膜面上に開放部用レジストRrを形成し、この開放部用レジストRrを用いて発熱抵抗体の抵抗長Lを精度良く規定する方法である。図10〜図19では、第1実施形態と実質的に同一な構成要素に対して、図1、図2、図5〜図9と同一符号を付してある。この第2実施形態においても、基板として、グレーズ保温層2を有するアルミナ基板(グレーズドアルミナ基板)3を用いる。
【0050】
先ず、第1実施形態(図5)と同様に、グレーズ保温層2上に全面的に、抵抗膜4と導体5を同一真空中で連続成膜した後、アニール処理を施す。成膜にはスパッタや蒸着法を用いることができる。抵抗膜4は、高抵抗化しやすいTa−Si−O、TaSiONb、Ti−Si−O、Cr−Si−O等の高融点金属のサーメット材料で形成することが好ましく、導体5はAlにより形成することが好ましい。この抵抗膜4と導体5は同一真空内で連続成膜されるので、抵抗膜4と導体5の間に酸化膜が介在せず、抵抗膜4と導体5の密着は良好である。
【0051】
次に、図10(a)(b)に示すように、形成すべき発熱抵抗体の抵抗長Lを定める開放部用レジストRrを導体5上に形成する。このとき、導体5の表面は平坦であるので、開放部用レジストRrを正確に形成することができる。続いて、図11(a)(b)に示すように、開放部用レジストRrに覆われていない導体5をウエットエッチングまたはRIEにより除去し、断面逆台形状の開放部7を形成する。この開放部7からは、抵抗長Lの定められた発熱抵抗体4a’が露出する。また、この開放部7によって、導体5がコモン電極側と個別電極側とに離される。
【0052】
上記開放部用レジストRrはリフトオフ用レジストで形成することが好ましい。ただし、導体5がAlで形成されている場合は、通常のレジスト層(底辺の角に切り込みがないレジスト層)としてもウエットエッチングまたはRIE時に導体5にサイドエッチングが生じ、図11(a)に示すようなリフトオフ用レジストの場合とほぼ同等の開放部形状が得られるので、通常のレジスト層であってもよい。
【0053】
発熱抵抗体4a’を露出させたら、図12(a)(b)に示すように開放部用レジストRrを残したまま、絶縁無機酸化物層10を全面的に成膜する。成膜にはスパッタ又はイオンビームスパッタ等を用いる。その後、図13(a)(b)に示すように、開放部用レジストRr及び開放部用レジストRr上の絶縁無機酸化物層10をリフトオフにより除去する。この図12及び図13の工程により、導体5の開放部7内には絶縁無機酸化物層10が埋め込まれ、この絶縁無機酸化物層10によって、露出させた発熱抵抗体4a’の表面が覆われる。絶縁無機酸化物層10の断面形状は、図13(a)に示されるように、導体5の開放部側の端部(傾斜面)に沿って鋭尖形をなす両端部と、この両端部に挟まれた平坦な中央部とからなる略凹形状をなしている。
【0054】
絶縁無機酸化物層10は、第1実施形態と同様、絶縁性を有する無機酸化物で形成されることが好ましく、具体的にはSiO2、SiON、AlSiO、Al2O3のいずれかによって形成されるとよい。また、絶縁無機酸化物層10は、400Å以上2200Å以下程度の膜厚で形成されることが好ましい。
【0055】
続いて、図14(a)(b)に示すように、発熱抵抗体4a’の抵抗幅W及び導体パターンを定める導体用レジストReを導体5及び絶縁無機酸化物層10の上に形成する。導体用レジストReを形成したら、図15(a)(b)に示すように、導体用レジストReから露出している導体5をウエットエッチングまたはRIEにより除去し、除去部分から抵抗膜4を露出させる。続いて、図16(a)(b)に示すように、導体用レジストReから露出している絶縁無機酸化物層10をウエットエッチングまたはRIEにより除去し、該除去部分から抵抗膜4を露出させる。そして、図17(a)(b)に示すように導体用レジストReから露出している抵抗膜4をRIEにより除去する。以上の図14〜図17の工程により抵抗膜4、導体5及び絶縁無機酸化物層10が除去された範囲は、ギャップ領域6である。ギャップ領域6からは、図17(b)に示すようにグレーズ保温層2が露出する。このギャップ領域6によって、発熱抵抗体4a’が複数の発熱抵抗体4aに分けられ、各発熱低後部4aの抵抗幅Wが規定される。
【0056】
ギャップ領域6を形成したら、導体用レジストReを剥離する。導体用レジストReの除去部分からは、図18(a)(b)に示すようにコモン電極5aと複数の個別電極5b、さらに各発熱抵抗体4aの表面を覆う絶縁無機酸化物層10が露出する。
【0057】
導体用レジストReを除去したら、第1実施形態と同様に、逆スパッタ等により絶縁無機酸化物層10及び導体5を所定厚さだけ除去し、該絶縁無機酸化物層10及び導体5の新たな膜面を露出させる。この逆スパッタ工程では、絶縁無機酸化物層10により複数の発熱抵抗体4aが覆われているので、複数の発熱抵抗体4aがエッチングダメージを受けることがなく、複数の発熱抵抗体4aの抵抗値にばらつきが生じることはない。この工程では、絶縁無機酸化物層10及び導体5を100Å程度除去し、最終的に、絶縁無機酸化物層10の膜厚を200Å以上2000Å以下の範囲内に調整する。
【0058】
そして、図19(a)(b)に示すように、露出させた絶縁無機酸化物層10及び導体5の新たな膜面上に、SiAlONやTa2O5等の耐摩耗性材料からなる保護層8を形成する。保護層8の形成にはバイアススパッタ法を用いることができる。以上により、サーマルヘッド100を得ることができる。この第2実施形態によるサーマルヘッド100では、絶縁無機酸化物層10が各発熱抵抗体4a上にのみ存在している。
【0059】
以上の各実施形態では、開放部用レジストRrを用いて複数の発熱抵抗体4aを露出させる開放部7を形成し、この開放部用レジストRrを残したまま絶縁無機酸化物層10を成膜するので、絶縁無機酸化物層10が開放部7内に埋め込まれる。これにより、複数の発熱抵抗体4aの表面が絶縁無機酸化物層10で覆われるため、後の製造工程では、絶縁無機酸化物層10によって、複数の発熱抵抗体4aの表面酸化を防止することができると共に、エッチングまたはスパッタによるダメージから複数の発熱抵抗体4aを保護することができる。すなわち、表面酸化やエッチングダメージによる、複数の発熱抵抗体4aの抵抗値のばらつきを十分に抑えることができる。よって、従来のようなトリミング処理等は不要であり、ヘッド寿命を短くしてしまう虞もない。
【0060】
また上記各実施形態では、開放部7を形成した後に絶縁無機酸化物層10を形成しているので、絶縁無機酸化物層10及び複数の発熱抵抗体4a(複数の発熱抵抗体4aの抵抗長L)のセルフアライメントがとれる。さらには、絶縁無機酸化物層10を介して導体5が各発熱抵抗体4a上にオーバーレイせず、導体5のオーバーレイさせた場合における熱損失をなくすことができる。本実施形態では、導体幅及び抵抗幅Wのセルフアライメントもとれている。
【0061】
また上記各実施形態では、同一真空中で抵抗膜4と導体5とを連続成膜しているので、抵抗膜4と導体5との間に酸化層が介在することなく、この抵抗膜4と導体5の密着不良が原因で生じる発熱抵抗体4aの抵抗値のばらつきをなくすことができる。
【0062】
さらに上記各実施形態によれば、複数の発熱抵抗体4a上に絶縁無機酸化物層10が200Å以上2000Å以下程度の膜厚で存在するので、印加電力が増大したときに該印加電力によるアニール効果(発熱抵抗体4aを構成する元素の結晶化)が遅れる。この結果、印加電力に対するサーマルヘッドの抵抗値変化は、発熱抵抗体上に絶縁無機酸化物層を有さないサーマルヘッドよりも小さくなる。すなわち、より大きな電力をサーマルヘッドに印加してもその抵抗値を一定に維持することができ、より高速でサーマルヘッドを動作させることが可能となる。
【0063】
以上の各実施形態では、グレーズ保温層3がアルミナ基板2上の全面に形成された全面グレーズタイプのサーマルヘッド1について説明したが、本発明は部分グレーズやリアルエッジ、ダブルグレーズ、DOS(Deposit On Silicon)等の他タイプにも適用可能である。また本発明は、シリアルヘッドにもラインヘッドにも適用可能である。
【0064】
また上記各実施形態では、ヘッド基板としてアルミナ基板2を用いているが、アルミナ基板2に替えてシリコン基板を用いることも可能である。シリコン基板を用いる場合には、保温層として酸化物の蒸着膜やスパッタ膜からなる保温層を用いることが好ましい。
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の発熱抵抗体を露出させる開放部内に絶縁無機酸化物層を埋め込んだので、この絶縁無機酸化物層によって複数の発熱抵抗体の表面が覆われ、複数の発熱抵抗体の表面酸化が防止されると共に複数の発熱抵抗体がエッチングによるダメージから保護される。これにより、複数の発熱抵抗体どうしの抵抗値のばらつきを抑えることができ、トリミング処理等は不要となる。また本発明によれば、複数の発熱抵抗体上に絶縁無機酸化物層が存在するので、電力印加によるアニール効果(発熱抵抗体を構成する元素の結晶化)が抑制され、印加電力に対する発熱抵抗体の抵抗値変化を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるサーマルヘッドを示す断面図である。
【図2】図1のサーマルヘッド(保護層を形成する前の状態)を示す平面図である。
【図3】絶縁無機酸化物層を有する又は有さないサーマルヘッドに対し、印加電力に対する抵抗値変化を測定した結果(耐パルス特性)を示すグラフである。
【図4】絶縁無機酸化物層を有するサーマルヘッドの保護層の膜厚を変化させ、印加電力に対する抵抗値変化を測定した結果(耐パルス特性)を示すグラフである。
【図5】図1に示すサーマルヘッドの製造方法の一工程を示す(a)断面図、(b)平面図である。
【図6】図5に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図7】図6に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図8】図7に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図9】図8に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図10】本発明の第2実施形態によるサーマルヘッドの製造方法の一工程を示す(a)断面図、(b)平面図である。
【図11】図10に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図12】図11に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図13】図12に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図14】図13に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図15】図14に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図16】図15に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図17】図16に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図18】図17に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図、(b)平面図である。
【図19】図18に示す工程の次に行なわれる一工程の(a)断面図(本発明の第2実施形態によるサーマルヘッドの断面図)、(b)平面図である。
【図20】絶縁無機酸化物層を有さない従来のサーマルヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
1 サーマルヘッド
2 グレーズ保温層
3 アルミナ基板
4 抵抗膜
4a 発熱抵抗体
5 導体
5a コモン電極
5b 個別電極
6 ギャップ領域(穴部)
7 開放部(穴部)
8 保護層
10 絶縁無機酸化物層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal head mounted on a photo printer, a thermal printer, and the like, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art and its problems]
A thermal head mounted on a photo printer, a thermal printer, or the like includes a plurality of heating resistors, electrodes (conductors) for supplying power to the heating resistors, a protective layer, and the like, and is generally formed by the following steps. First, a resistance film and a conductor are continuously formed on a substrate, and the resistance value of the resistance film is stabilized by annealing. Next, unnecessary portions of the conductor and the resistive film are removed by photolithography to define the electrode shape, and then the conductor on the heat generating resistor of the resistive film is removed to expose the heat generating resistor. Then, a protective layer is formed on the exposed heating resistor and conductor. As described above, a conventional general thermal head (heat generating portion of the thermal head) is obtained.
[0003]
However, in the above manufacturing process, since the resist is removed in a state where the heating resistor is exposed during the step of removing the conductor on the heating resistor, the surface of the heating resistor is oxidized when removing the resist, There has been a problem that the resistance value varies among a plurality of heating resistors. In order to eliminate this variation, it is conceivable to remove the surface oxide layer of the heating resistor by reverse sputtering or ion beam etching. However, in reverse sputtering or ion beam etching, the surface oxide layer must be removed uniformly ( It is difficult to maintain the initial thickness of the heating resistors), and it is difficult to make the resistance values of the heating resistors uniform. When the protective layer is formed, reverse sputtering is performed to improve the adhesion between the protective layer, the conductor, and the resistive film. However, the resistance value of the plurality of heating resistors varies due to the etching variation of the reverse sputtering. It was gone. Such a variation in the resistance values of the plurality of heating resistors appears as deterioration in print quality (print density unevenness) when the thermal head is mounted on a printer. Therefore, especially for a thermal head used in a color printer or a photo printer, it is necessary to strictly suppress the variation in the resistance value among a plurality of heating resistors in the head.
[0004]
Therefore, conventionally, after forming a head, a trimming process for adjusting a resistance value by applying an appropriate voltage pulse to the heating resistor is performed, thereby making the resistance value of the heating resistor uniform. However, this trimming process must be performed for each head, and is very complicated. In addition, in the trimming process, the resistance value of the heating resistor is forcibly reduced by applying a voltage pulse, so that the life of the heating resistor and, consequently, the life of the head are shortened. Under such circumstances, there is a demand for suppressing the variation in the resistance value of the heating resistor without performing the trimming process.
[0005]
Furthermore, in recent years, there has been a demand for the development of a thermal head that has a small resistance value change even when the applied power increases, so that the thermal head can operate at high speed in response to an increase in data capacity and high-speed processing.
[0006]
[Patent Document]
JP-A-62-4301
JP-A-62-109668
JP-A-62-179956
JP-A-63-185644
[0007]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a thermal head capable of suppressing variations in resistance between a plurality of heating resistors without performing a trimming process, and a method of manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a thermal head having a small change in resistance value and a method for manufacturing the same.
[0008]
Summary of the Invention
The present invention prevents the surface of the heating resistor from being oxidized by covering the surface of the heating resistor with an insulating inorganic oxide layer, and protects the heating resistor from etching damage during the manufacturing process, thereby reducing the resistance value of the heating resistor. , And the change in resistance of the heating resistor is reduced by suppressing the annealing effect (crystallization of elements constituting the heating resistor) due to the application of electric power.
[0009]
That is, the present invention relates to a thermal head comprising: a plurality of heating resistors formed continuously on a substrate; and conductors electrically connected to both ends in the resistance length direction of the plurality of heating resistors. An open portion for exposing the surfaces of the plurality of heating resistors is formed, and an insulating inorganic oxide layer made of an inorganic oxide having an insulating property is provided in the open portion.
[0010]
The insulating inorganic oxide layer is made of SiO 2 , SiON, AlSiO, Al 2 O 3 Is preferably formed by any one of the above. With these insulating inorganic oxide materials, it is possible to prevent surface oxidation and etching damage of the heating resistor, and to suppress a change in the resistance value of the heating resistor when the applied power increases.
[0011]
On the insulating inorganic oxide layer and the conductor, a protective layer for protecting the insulating inorganic oxide layer and the conductor from friction during head operation can be formed. In this case, in general, before forming the protective layer, reverse sputtering is performed to improve the adhesion between the protective layer, the insulating inorganic oxide layer, and the conductor. The insulating inorganic oxide layer has a function of preventing surface oxidation of the heating resistor, a function of protecting the heating resistor from damage due to etching, and a function of suppressing a change in resistance value of the heating resistor. It is preferable that the film thickness after the reverse sputtering treatment is 200 ° or more and 2000 ° or less.
[0012]
When the insulating inorganic oxide layer is cut along the resistance length direction of the heat generating resistor, the cross-sectional shape thereof is substantially sharp at both ends in contact with the conductor and flat at the center portion sandwiched between the both ends. It has a concave shape. Such a substantially concave shape is obtained by forming an insulating inorganic oxide layer while leaving a resist for forming an opening for exposing the heating resistor, and then unnecessary portions (other than portions embedded in the opening). Is formed by the removal.
[0013]
In the aspect according to the manufacturing method of the present invention, a step of continuously forming a resistive film and a conductor on a substrate; forming a resist for the conductor that defines the resistance width and the conductor pattern of the heating resistor on the conductor; Removing the conductor and the resistive film that are not covered with the resist and removing the resist for the conductor; forming an open resist on the conductor that defines the resistance length of the heating resistor, and then covering the resist with the open resist. Forming an opening for exposing a plurality of heating resistors by removing conductors that are not present; leaving an insulating inorganic oxide layer made of an inorganic oxide having an insulating property while leaving the opening resist in place, And forming a film on the substrate surface including the plurality of exposed heating resistors; and removing the insulating inorganic oxide layer on the opening resist and the opening resist. There.
[0014]
According to this manufacturing method, since the insulating inorganic oxide layer is embedded in the open portion and covers the surfaces of the plurality of heating resistors, the surface oxidation of the plurality of heating resistors is prevented by the insulating inorganic oxide layer. At the same time, the plurality of heating resistors are protected from damage due to etching or sputtering. Therefore, it is possible to sufficiently suppress the variation in the resistance value between the plurality of heating resistors due to surface oxidation and etching damage. Further, according to the present manufacturing method, since the resistive film and the conductor are continuously formed, no oxide layer is interposed between the resistive film and the conductor, and the resistance of the heating resistor due to poor adhesion between the resistive film and the conductor is reduced. There is no variation in values. This eliminates the need for a conventional trimming process and the like, thereby simplifying the manufacturing process and eliminating the risk of shortening the life of the head. Further, according to the present manufacturing method, since the insulating inorganic oxide layer is formed after forming the opening for exposing the plurality of heating resistors, the insulating inorganic oxide layer and the plurality of heating resistors (of the heating resistor) are formed. Self-alignment of the resistance length L) can be achieved. Further, the conductor is not overlaid on each heat generating resistor via the insulating inorganic oxide layer, and heat loss when the conductor is overlaid can be eliminated.
[0015]
After the step of removing the opening portion resist and the insulating inorganic oxide layer on the opening portion resist, the surfaces of the conductor and the insulating inorganic oxide layer are shaved, and the cut conductor and the insulating inorganic oxide layer are removed. It is preferable to have a step of forming a protective layer on the substrate. This protective layer is a wear-resistant protective layer for protecting the conductor and the insulating inorganic oxide layer from friction generated during operation of the head. In the case of forming this protective layer, the insulating inorganic oxide layer is formed to a thickness of 400 ° to 2200 °, and before forming the protective layer, is cut by about 100 ° using reverse sputtering or the like, and finally, Is preferably in the range of 200 ° to 2000 °.
[0016]
The opening resist is preferably formed of a lift-off resist so that the opening resist and the insulating inorganic oxide layer on the opening resist are removed by lift-off. However, when the conductor is formed of Al, a normal resist layer having no cut in the corner of the base may be used. This is because side etching is likely to occur in the Al conductor, and a cut is made in the corner of the bottom by the side etching that occurs when the conductor is removed, so that even with a normal resist layer, an opening shape substantially equal to that of the lift-off resist is obtained. Can be
[0017]
The conductor is preferably formed of an Al conductor in order to reduce the resistance and the cost. This Al conductor is preferably removed by wet etching or reactive ion etching. Further, the resistive film is formed from a cermet material of a high melting point metal such as Ta-Si-O, TaSiONb, Ti-Si-O, Cr-Si-O, etc., which is likely to have a high resistance, and can be removed by reactive ion etching. preferable.
[0018]
By the way, according to the above-described manufacturing method, an unnecessary portion of the conductor and the resistive film is removed, and then an open portion resist for determining the resistance length of the heating resistor is formed. That is, the opening portion resist is formed on the uneven film surface. For this reason, the resist for the opening may not be uniform, and the accuracy of the resistance length of the heating resistor may be deteriorated. Therefore, in order to specify the resistance length of the heating resistor with high accuracy, it is preferable to use the following manufacturing method.
[0019]
That is, in a method of manufacturing a thermal head according to another aspect of the present invention, a step of continuously forming a resistive film and a conductor on a substrate; forming an opening resist that defines the resistance length of the heating resistor on the conductor; Removing the conductor not covered by the resist for the opening to form an opening for exposing a plurality of heating resistors; an insulating inorganic material made of an inorganic oxide having an insulating property while leaving the resist for the opening; Forming an oxide layer on the surface of the substrate including the opening resist and the plurality of exposed heating resistors; after removing the opening resist and the insulating inorganic oxide layer on the opening resist; Forming a resist for the conductor defining the resistance width of the heating resistor and the conductor pattern on the surface of the substrate; removing the conductor exposed from the resist for the conductor; It is characterized by having: a step of removing and the conductive resist; step for removing the resistive film exposed from the conductive resist; removing the inorganic oxide layer.
[0020]
According to this manufacturing method, the opening resist that determines the resistance length of the heating resistor is formed on the flat conductor. Therefore, the open portion exposing the plurality of heating resistors can be accurately formed, and the resistance length of the heating resistor can be defined with high accuracy.
[0021]
Preferably, after the step of removing the conductor resist, a step of shaving the surface of the conductor and the insulating inorganic oxide layer and forming a protective layer on the shaved conductor and the insulating inorganic oxide layer is preferable. In the case of forming this protective layer, the insulating inorganic oxide layer is formed to a thickness of 400 ° to 2200 °, and before forming the protective layer, is cut by about 100 ° using reverse sputtering or the like, and finally, Is preferably in the range of 200 ° to 2000 °.
[0022]
The opening resist is preferably formed of a lift-off resist so that the opening resist and the insulating inorganic oxide layer on the opening resist are removed by lift-off. However, when the conductor is formed of Al, a normal resist layer having no cut in the corner of the base may be used. This is because side etching is likely to occur in the Al conductor, and a cut is made in the corner of the bottom by the side etching that occurs when the conductor is removed, so that even with a normal resist layer, an opening shape substantially equal to that of the lift-off resist is obtained. Can be
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view showing the thermal head 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing the thermal head 1 (excluding the protective layer 8). The thermal head 1 includes a plurality of
[0024]
The plurality of
[0025]
The
[0026]
An insulating
[0027]
On the insulating
[0028]
In the thermal head 1 having the overall structure as described above, the insulating
[0029]
Hereinafter, a function of the insulating
[0030]
FIG. 3 shows that a thermal head 1 (FIG. 1) having an insulating
[0031]
The step stress test was performed under the following conditions.
[SST condition]
Applied pulse width = 4.3 ms
Applied pulse period = 22.8 ms
Number of applied pulses = 700 pulses
[0032]
In FIG. 3, the vertical axis represents the resistance change rate (%), and the horizontal axis represents the applied power (W). Referring to FIG. 3, the resistance value of the thermal head 1 ′ having no insulating inorganic oxide layer is constant around 0 to 0.05 W, and starts decreasing when the applied power exceeds 0.05 W. It is lowest when the applied power is 0.15 W. When the resistance value reaches this minimum value, the resistance change rate is about -30%. When the applied power exceeds 0.15 W, the resistance value rapidly increases. On the other hand, the resistance value of the thermal head 1 having the insulating
[0033]
By the way, in general, it is necessary to operate the thermal head within an applied power range where the resistance value is constant in order to prevent the destruction of the heating resistor. That is, as the change in the resistance value of the thermal head with respect to the applied power is smaller, the applied power range in which the resistance value is constant is expanded, so that the maximum power value that can be applied to the thermal head increases, and the thermal head operates at higher speed. be able to.
[0034]
Comparing the test results shown in FIG. 3 with no insulating inorganic oxide layer (thermal head 1 ′) and with insulating inorganic oxide layer 10 (thermal head 1), the initial resistance is almost It is apparent that the rate of change of resistance with respect to the applied power is smaller when the insulating inorganic oxide layer is provided than when the insulating inorganic oxide layer is not provided. Therefore, the applied power range in which the resistance value of the thermal head is constant is more when the insulating inorganic oxide layer is provided (0 to 0.12 W) than when the insulating head does not have the insulating inorganic oxide layer (0 to 0.05 W). It is wider, specifically, about twice (倍 0.12W / 0.05W).
[0035]
FIG. 4 shows the results of a step stress test performed by changing the thickness of the protective layer of a thermal head having an insulating inorganic oxide layer. FIG. 4 shows the results when the thickness of the protective layer is 2.0 μm, 4.0 μm, and 6.0 μm. Each of the thermal heads used in this step stress test was made of
[0036]
In FIG. 4, the vertical axis represents the rate of resistance change (%), and the horizontal axis represents the applied power (W). Referring to FIG. 4, even when the thicknesses of the protective layers are different, the resistance change rates with respect to the applied power are almost equal. That is, it can be seen that the resistance change rate with respect to the applied power does not depend on the thickness of the protective layer.
[0037]
From the results shown in FIGS. 3 and 4 described above, the present inventors have found that the presence of the insulating inorganic oxide layer suppresses a change in the resistance value of the thermal head due to the applied power. How the insulating inorganic oxide layer contributes to the suppression of the change in the resistance value can be estimated as follows.
[0038]
When the power applied to the thermal head is increased, first, the temperature of the heating resistor rises due to the application of the power, and the heating resistor is in an annealed state due to the temperature rise. At this time, if the insulating inorganic oxide layer does not exist on the heating resistor, the crystallization of the elements constituting the heating resistor (resistive film) proceeds by the above-described annealing, and the elements are ordered. As shown by the solid line A, the resistance value of the thermal head decreases. However, if the insulating inorganic oxide layer is present on the heating resistor, the temperature rise should activate oxygen in the insulating inorganic oxide layer or diffuse the oxide simultaneously with annealing. . Then, as a result of the activated oxygen or the diffused oxide hindering the crystallization of the elements constituting the heating resistor and delaying the crystallization, as shown by the solid line B in FIG. It is considered that the decrease is suppressed (the resistance value can be maintained). Note that the reason why the resistance value of the thermal head starts to increase rapidly from a certain power value is considered to be due to the start of oxidation of the heating resistor (resistive film) and breaking of the crystal bond.
[0039]
Next, an embodiment of a method for manufacturing the thermal head shown in FIG. 1 will be described. 5 to 9 are (a) a sectional view and (b) a plan view showing a manufacturing process of the thermal head 1. In the present embodiment, an alumina substrate (glazed alumina substrate) 3 having a
[0040]
First, as shown in FIGS. 5A and 5B, a
[0041]
After the
[0042]
Subsequently, as shown in FIGS. 6A and 6B, a conductor resist (not shown) for defining the resistance width W of the heating resistor to be formed and the conductor pattern is formed on the
[0043]
Subsequently, as shown in FIGS. 7A and 7B, an opening resist Rr that determines the resistance length L of the heat generating resistor to be formed is formed on the
[0044]
After exposing the plurality of
[0045]
The insulating
[0046]
Subsequently, the insulating
[0047]
Then, on the exposed new film surfaces of the insulating
[0048]
By the way, according to the above-described manufacturing method, after the resistance width W of the heating resistor and the conductor pattern are determined, the opening resist Rr that determines the resistance length of the heating resistor is formed. In this case, there is a
[0049]
10 to 19 are (a) sectional view and (b) plan view showing the method for manufacturing a thermal head according to the second embodiment of the present invention. The manufacturing method according to the second embodiment is a method in which an opening resist Rr is formed on a flat film surface, and the resistance length L of the heating resistor is accurately defined using the opening resist Rr. 10 to 19, the same reference numerals as in FIGS. 1, 2, and 5 to 9 denote the same components as those in the first embodiment. Also in the second embodiment, an alumina substrate (glazed alumina substrate) 3 having a
[0050]
First, similarly to the first embodiment (FIG. 5), after the
[0051]
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, an opening resist Rr that determines the resistance length L of the heat generating resistor to be formed is formed on the
[0052]
The opening portion resist Rr is preferably formed of a lift-off resist. However, when the
[0053]
After exposing the
[0054]
The insulating
[0055]
Subsequently, as shown in FIGS. 14A and 14B, a conductor resist Re for defining the resistance width W and the conductor pattern of the
[0056]
After the formation of the
[0057]
After the conductor resist Re is removed, the insulating
[0058]
Then, as shown in FIGS. 19A and 19B, a new film surface of the exposed insulating
[0059]
In each of the above embodiments, the
[0060]
In each of the above embodiments, since the insulating
[0061]
Further, in each of the above embodiments, since the
[0062]
Furthermore, according to each of the above embodiments, the insulating
[0063]
In the above embodiments, the entire glaze type thermal head 1 in which the
[0064]
In the above embodiments, the
[0065]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the insulating inorganic oxide layer is buried in the opening for exposing the plurality of heating resistors, the surfaces of the plurality of heating resistors are covered with the insulating inorganic oxide layer, and the plurality of heating resistors are formed. Surface oxidation is prevented and the plurality of heating resistors are protected from damage due to etching. Thereby, the variation in the resistance value between the plurality of heating resistors can be suppressed, and the trimming process or the like becomes unnecessary. Further, according to the present invention, since the insulating inorganic oxide layer is present on the plurality of heating resistors, the annealing effect due to the application of power (crystallization of the elements constituting the heating resistors) is suppressed, and the heating resistance with respect to the applied power is reduced. The change in the resistance value of the body can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a thermal head according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the thermal head of FIG. 1 (a state before a protective layer is formed).
FIG. 3 is a graph showing a result of measuring a change in resistance value with respect to applied power (pulse resistance characteristics) for a thermal head having or not having an insulating inorganic oxide layer.
FIG. 4 is a graph showing the results (pulse resistance characteristics) obtained by measuring the change in resistance value with respect to applied power while changing the thickness of a protective layer of a thermal head having an insulating inorganic oxide layer.
5A is a cross-sectional view and FIG. 5B is a plan view showing one step of a method for manufacturing the thermal head shown in FIG.
6A is a cross-sectional view and FIG. 6B is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
7A is a cross-sectional view and FIG. 7B is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
8A is a cross-sectional view and FIG. 8B is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
9A is a sectional view and FIG. 9B is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
FIGS. 10A and 10B are a sectional view and a plan view showing one step of a method for manufacturing a thermal head according to the second embodiment of the present invention. FIGS.
11A is a sectional view of a step performed after the step shown in FIG. 10, and FIG. 11B is a plan view thereof.
12A is a sectional view and FIG. 12B is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
13A is a cross-sectional view and FIG. 13B is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
14A is a cross-sectional view and FIG. 14B is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
15A is a cross-sectional view and FIG. 15B is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
16 (a) is a sectional view and FIG. 16 (b) is a plan view of a step performed after the step shown in FIG.
17 (a) is a cross-sectional view and FIG. 17 (b) is a plan view of one step performed after the step shown in FIG.
18A is a sectional view of a step performed after the step shown in FIG. 17, and FIG.
19A is a sectional view (a sectional view of a thermal head according to a second embodiment of the present invention) of a step performed after the step shown in FIG. 18, and FIG. 19B is a plan view.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a conventional thermal head having no insulating inorganic oxide layer.
[Explanation of symbols]
1 Thermal head
2 Glaze insulation layer
3 Alumina substrate
4 Resistive film
4a Heating resistor
5 conductor
5a Common electrode
5b Individual electrode
6 gap area (hole)
7 Open part (hole)
8 Protective layer
10 Insulating inorganic oxide layer
Claims (19)
前記導体に前記複数の発熱抵抗体の表面を露出させる開放部を形成し、この開放部内に、絶縁性を有する無機酸化物からなる絶縁無機酸化物層を設けたことを特徴とするサーマルヘッド。A thermal head comprising: a plurality of heating resistors formed continuously on a substrate; and conductors electrically connected to both ends in the resistance length direction of the plurality of heating resistors.
A thermal head, wherein an opening is formed in the conductor to expose surfaces of the plurality of heating resistors, and an insulating inorganic oxide layer made of an inorganic oxide having an insulating property is provided in the opening.
発熱抵抗体の抵抗幅及び導体パターンを定める導体用レジストを前記導体上に形成した後、この導体用レジストに覆われていない導体及び抵抗膜を除去し、該導体用レジストを除去する工程;
発熱抵抗体の抵抗長を定める開放部用レジストを前記導体上に形成した後、この開放部用レジストに覆われていない導体を除去して複数の発熱抵抗体を露出させる開放部を形成する工程;
前記開放部用レジストを残したまま、絶縁性を有する無機酸化物からなる絶縁無機酸化物層を、前記開放部用レジスト及び露出させた複数の発熱抵抗体を含む基板表面上に成膜する工程;及び
前記開放部用レジストと該開放部用レジスト上の絶縁無機酸化物層を除去する工程;を有することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。Continuously forming a resistive film and a conductor on a substrate;
A step of forming a conductor resist that defines a resistance width and a conductor pattern of the heating resistor on the conductor, removing a conductor and a resistive film that are not covered with the conductor resist, and removing the conductor resist;
Forming a resist for an opening defining the resistance length of the heating resistor on the conductor, and removing an uncovered conductor from the resist for the opening to form an opening for exposing a plurality of heating resistors; ;
Forming an insulating inorganic oxide layer made of an inorganic oxide having an insulating property on a substrate surface including the opening resist and the plurality of exposed heating resistors while leaving the opening resist. And a step of removing the resist for the opening and the insulating inorganic oxide layer on the resist for the opening.
発熱抵抗体の抵抗長を定める開放部用レジストを前記導体上に形成し、この開放部用レジストに覆われていない導体を除去して複数の発熱抵抗体を露出させる開放部を形成する工程;
前記開放部用レジストを残したまま、絶縁性を有する無機酸化物からなる絶縁無機酸化物層を、前記開放部用レジスト及び前記露出させた複数の発熱抵抗体を含む基板表面上に成膜する工程;
前記開放部用レジスト及び該開放部用レジスト上の絶縁無機酸化物層を除去した後、発熱抵抗体の抵抗幅及び導体パターンを定める導体用レジストを基板表面上に形成する工程;
前記導体用レジストから露出している導体を除去する工程;
前記導体用レジストから露出している絶縁無機酸化物層を除去する工程;
前記導体用レジストから露出している抵抗膜を除去する工程;及び
前記導体用レジストを除去する工程;を有することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。Continuously forming a resistive film and a conductor on a substrate;
Forming an opening resist that defines the resistance length of the heating resistor on the conductor, removing a conductor that is not covered by the opening resist, and forming an opening that exposes the plurality of heating resistors;
An insulating inorganic oxide layer made of an inorganic oxide having an insulating property is formed on the surface of the substrate including the resist for the opening and the plurality of exposed heating resistors while leaving the resist for the opening. Process;
Removing the resist for the opening portion and the insulating inorganic oxide layer on the resist for the opening portion, and thereafter forming a conductor resist for defining a resistance width and a conductor pattern of the heating resistor on the substrate surface;
Removing the exposed conductor from the conductor resist;
Removing the insulating inorganic oxide layer exposed from the conductor resist;
A method for manufacturing a thermal head, comprising: a step of removing a resistive film exposed from the conductor resist; and a step of removing the conductor resist.
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