JP2006015582A - Thermal head and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば感熱方式の印画装置等に発熱源として搭載されるサーマルヘッドおよびその製造方法に係り、特に、発熱抵抗体層において発生した熱を蓄熱するための蓄熱層(いわゆるグレーズ層)を備えたサーマルヘッドおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a thermal head mounted as a heat generation source in, for example, a thermal printing apparatus and the like and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a heat storage layer (so-called glaze layer) for storing heat generated in a heating resistor layer. The present invention relates to a thermal head provided and a manufacturing method thereof.
近年、熱エネルギーを利用して画像を形成する画像形成分野において、発熱源としてサーマルヘッドが広く使用されている。サーマルヘッドは、発熱抵抗体層を備えた発熱デバイスであり、このサーマルヘッドを搭載した画像形成装置(例えば感熱方式の印画装置)を使用すれば、発熱抵抗体層において発生した熱エネルギーを利用して画像形成用媒体(例えば感熱紙などの印画媒体)に画像を形成(印画)することが可能である。 In recent years, thermal heads have been widely used as heat generation sources in the image forming field in which images are formed using thermal energy. A thermal head is a heating device provided with a heating resistor layer. If an image forming apparatus (for example, a thermal printing apparatus) equipped with this thermal head is used, the thermal energy generated in the heating resistor layer is used. Thus, it is possible to form (print) an image on an image forming medium (for example, a printing medium such as thermal paper).
サーマルヘッドの主要部は、例えば、基板上に、グレーズ層と、発熱抵抗体層および電極層と、保護層とがこの順に積層された積層構造を有している。グレーズ層の構成材料としては、例えば、そのグレーズ層を容易に形成する観点から、ガラスが一般的に使用されている。また、発熱抵抗体層の構成材料としては、例えば、高融点金属の炭化物、酸化物または窒化物が一般的に知られている。この高融点金属は、例えば、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)またはタングステン(W)などである。また、最近では、発熱抵抗体層の構成材料として、例えば、ホウ素(B)またはリン(P)がドープされた多結晶シリコンも使用されている。この多結晶シリコンを使用して発熱抵抗体層を形成する場合には、その形成手法として半導体プロセスを使用することが可能である(例えば、特許文献1〜3参照。)。
ところが、近年、印画速度の高速化ならびに印画精度の高精細化が加速的に進行している情勢下において、サーマルヘッドの作動特性に関してより一層の向上が求められており、このサーマルヘッドの作動特性を向上させるために、既にいくつかの技術が提案されている。 However, in recent years, there has been a demand for further improvement in the operating characteristics of the thermal head under the situation where the printing speed is increased and the printing precision is being accelerated. In order to improve this, several techniques have already been proposed.
具体的には、例えば、サーマルヘッドの代表的な作動特性であるSST(Step Stress Test)特性や耐パルス特性を向上させることを目的として、CVD(Chemical Vapor Deposition )法を使用して基板を加熱しながら多結晶シリコンを成膜することにより発熱抵抗体層を形成する技術が知られている(例えば、特許文献2,3参照。)。このときの加熱温度は、グレーズ層の耐熱性に基づいて決定されており、具体的にはグレーズ層のガラス転移温度未満である。この技術によれば、発熱抵抗体層を構成している多結晶シリコンの結晶構造が熱的に緩和されることにより安定化し、その多結晶シリコンの結晶性が向上するため、サーマルヘッドの作動特性が向上する。 Specifically, for example, the CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used to heat the substrate in order to improve the SST (Step Stress Test) characteristics and pulse resistance characteristics, which are typical operating characteristics of thermal heads. A technique for forming a heating resistor layer by forming a polycrystalline silicon film is known (see, for example, Patent Documents 2 and 3). The heating temperature at this time is determined based on the heat resistance of the glaze layer, and specifically is lower than the glass transition temperature of the glaze layer. According to this technology, the crystal structure of the polycrystalline silicon constituting the heating resistor layer is stabilized by thermal relaxation, and the crystallinity of the polycrystalline silicon is improved. Will improve.
また、例えば、グレーズ層と発熱抵抗体層との間に、そのグレーズ層から発熱抵抗体層へ不純物が拡散することを抑制するための障壁として機能する中間層を設ける技術が知られている(例えば、特許文献4参照。)。この技術によれば、サーマルヘッドの作動時において発熱抵抗体層が発熱した際に、グレーズ層中に含まれている不純物が中間層の存在に基づいて発熱抵抗体層へ拡散しにくくなるため、その不純物の拡散現象に起因してサーマルヘッドの作動特性が低下しにくくなる。
なお、サーマルヘッドの作動特性を向上させる技術に関連する技術としては、上記した一連の技術の他にも多様なアプローチが検討されている。 In addition to the series of techniques described above, various approaches are being studied as techniques related to techniques for improving the operating characteristics of the thermal head.
具体的には、例えば、基板上に結晶化ガラスを使用して第1のガラス層を形成し、引き続き第1のガラス層上に非晶質ガラスを使用して第2のガラス層を形成したのち、それらの第1および第2のガラス層を焼成することにより、基板上に膜厚の大きなグレーズ層を形成する技術が知られている(例えば、特許文献5参照。)。
また、例えば、多結晶シリコンに代えて窒化タンタル(Ta2 N)を使用して発熱抵抗体層を構成すると共に、ガラスに代えてタンタル(Ta)またはケイ素(Si)の酸化物を使用してグレーズ層を構成することにより、上記したグレーズ層のガラス転移温度よりも高い温度で発熱抵抗体層を加熱する技術が知られている(例えば、特許文献6参照。)。
ところで、上記したサーマルヘッドの作動特性の向上に関する要請に答え、そのサーマルヘッドに関してより一層の市場普及を図るためには、これまで以上にサーマルヘッドの作動特性を向上させる必要がある。しかしながら、従来のサーマルヘッドの製造方法では、市場の要請の観点からSST特性や耐パルス特性に代表される作動特性が十分とは言えず、未だ改善の余地がある。特に、上記したSST特性や耐パルス特性は、サーマルヘッドを搭載した印画装置の印画特性を大きく左右する因子であるため、その印画装置の印画特性に関して多様な要望が寄せられている今日の技術的背景を考慮すれば、サーマルヘッドの作動特性を可能な限り向上させることが可能な技術の確立が急務である。 By the way, in order to respond to the above-described request for improving the operating characteristics of the thermal head and to further spread the market for the thermal head, it is necessary to improve the operating characteristics of the thermal head more than ever. However, in the conventional thermal head manufacturing method, the operation characteristics represented by the SST characteristics and the pulse resistance characteristics are not sufficient from the viewpoint of market demand, and there is still room for improvement. In particular, the above-described SST characteristics and anti-pulse characteristics are factors that greatly influence the printing characteristics of a printing apparatus equipped with a thermal head. Therefore, there are various demands regarding the printing characteristics of the printing apparatus. Considering the background, there is an urgent need to establish a technique that can improve the operating characteristics of the thermal head as much as possible.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、作動特性が可能な限り向上したサーマルヘッドを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is to provide a thermal head having improved operating characteristics as much as possible.
また、本発明の第2の目的は、サーマルヘッドの作動特性を可能な限り向上させることが可能なサーマルヘッドの製造方法を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a thermal head manufacturing method capable of improving the operating characteristics of the thermal head as much as possible.
本発明に係るサーマルヘッドは、多結晶シリコンを含んで構成され、ラマンスペクトルピークの半値幅が16cm-1以下の発熱抵抗体層と、発熱抵抗体層に隣接され、結晶化ガラスを含んで構成された蓄熱層とを備えたものである。 The thermal head according to the present invention includes polycrystalline silicon, and includes a heating resistor layer having a half-width of a Raman spectrum peak of 16 cm −1 or less, a heating resistor layer adjacent to the heating resistor layer, and including crystallized glass. Heat storage layer.
本発明に係るサーマルヘッドでは、結晶化ガラスを含んで構成された蓄熱層を備えるため、例えば、サーマルヘッドの製造工程において蓄熱層上に形成された発熱抵抗体層が加熱されることにより、その発熱抵抗体層を構成している多結晶シリコンの結晶性が著しく向上し、具体的には発熱抵抗体層のラマンスペクトルピークの半値幅が16cm-1以下となる。 Since the thermal head according to the present invention includes a heat storage layer configured to include crystallized glass, for example, when the heating resistor layer formed on the heat storage layer is heated in the manufacturing process of the thermal head, The crystallinity of the polycrystalline silicon constituting the heating resistor layer is remarkably improved. Specifically, the half width of the Raman spectrum peak of the heating resistor layer is 16 cm −1 or less.
なお、「結晶化ガラス」とは、熱処理により結晶相が析出したガラス(非晶質と結晶質とが混在したガラス)をいい、具体的には30%〜100%、好ましくは30%〜70%の結晶化率を有するガラスをいう。この結晶化率は、X線回折法を使用して測定された結果に基づいて、リートベルト法やシェラー式などの既存の解析方法を使用して算出された値である。中でも、リートベルト法を使用して算出された値であることが好ましい。 The “crystallized glass” refers to a glass in which a crystal phase is precipitated by heat treatment (a glass in which amorphous and crystalline are mixed), specifically 30% to 100%, preferably 30% to 70%. % Refers to glass having a crystallization rate of%. This crystallization rate is a value calculated using an existing analysis method such as the Rietveld method or the Scherrer method based on the result measured using the X-ray diffraction method. Among these, a value calculated using the Rietveld method is preferable.
本発明の第1の観点に係るサーマルヘッドの製造方法は、結晶化ガラスを含むように蓄熱層を形成する第1の工程と、蓄熱層上に発熱抵抗体層を形成する第2の工程と、発熱抵抗体層を加熱する第3の工程とを含むようにしたものである。 The thermal head manufacturing method according to the first aspect of the present invention includes a first step of forming a heat storage layer so as to include crystallized glass, and a second step of forming a heating resistor layer on the heat storage layer. And a third step of heating the heating resistor layer.
本発明の第1の観点に係るサーマルヘッドの製造方法では、結晶化ガラスを含むように蓄熱層が形成された状態において、その蓄熱層上に形成された発熱抵抗体層が加熱されるため、発熱抵抗体層を構成している多結晶シリコンの結晶性が熱的な緩和作用に基づいて向上する。この場合には、特に、蓄熱層が熱耐久性の高い結晶化ガラスを含んで形成されていることに基づき、蓄熱層が熱耐久性の低い非晶質ガラスを含んで形成されている場合と比較して、その蓄熱層に過度な熱的影響(例えば変形やクラックの発生等)が及ぶことを抑制しつつ、より高い温度で発熱抵抗体層を加熱することが可能になるため、多結晶シリコンの結晶性が著しく向上する。しかも、蓄熱層が加熱された際に不純物を拡散させにくい結晶化ガラスを含んで形成されていることに基づき、蓄熱層が加熱された際に不純物を拡散させやすい非晶質ガラスを含んで形成されている場合と比較して、蓄熱層から発熱抵抗体層へ不純物が拡散されにくくなるため、この点においても多結晶シリコンの結晶性が著しく向上する。 In the thermal head manufacturing method according to the first aspect of the present invention, in the state where the heat storage layer is formed so as to include crystallized glass, the heating resistor layer formed on the heat storage layer is heated. The crystallinity of the polycrystalline silicon constituting the heating resistor layer is improved based on the thermal relaxation action. In this case, in particular, based on the fact that the heat storage layer is formed by including crystallized glass having high heat durability, the heat storage layer is formed by including amorphous glass having low heat durability and In comparison, it is possible to heat the heating resistor layer at a higher temperature while suppressing an excessive thermal influence (for example, deformation and occurrence of cracks) on the heat storage layer. The crystallinity of silicon is significantly improved. Moreover, based on the fact that the heat storage layer is formed to contain crystallized glass that hardly diffuses impurities when heated, the heat storage layer is formed to contain amorphous glass that easily diffuses impurities when heated. Compared with the case where it is formed, impurities are less likely to diffuse from the heat storage layer to the heating resistor layer, so that the crystallinity of the polycrystalline silicon is remarkably improved also in this respect.
本発明の第2の観点に係るサーマルヘッドの製造方法は、基体上に結晶化ガラスを含むように蓄熱層を形成する第1の工程と、基体を加熱しながら蓄熱層上に発熱抵抗体層を形成する第2の工程とを含むようにしたものである。 The thermal head manufacturing method according to the second aspect of the present invention includes a first step of forming a heat storage layer on a substrate so as to include crystallized glass, and a heating resistor layer on the heat storage layer while heating the substrate. And a second step of forming.
本発明の第2の観点に係るサーマルヘッドの製造方法では、基体上に結晶化ガラスを含むように蓄熱層が形成された状態において、その基体が加熱されながら蓄熱層上に発熱抵抗体層が形成されるため、上記した本発明の第1の観点に係るサーマルヘッドの製造方法と同様に、発熱抵抗体層を構成している多結晶シリコンの結晶性が熱的な緩和作用に基づいて向上し、特に、蓄熱層に過度な熱的影響(例えば変形やクラックの発生等)が及ぶことを抑制しつつ、より高い温度で発熱抵抗体層を加熱することが可能になるため、多結晶シリコンの結晶性が著しく向上すると共に、蓄熱層から発熱抵抗体層へ不純物が拡散されにくくなるため、この点においても多結晶シリコンの結晶性が著しく向上する。 In the thermal head manufacturing method according to the second aspect of the present invention, in the state where the heat storage layer is formed so as to include crystallized glass on the substrate, the heating resistor layer is formed on the heat storage layer while the substrate is heated. Therefore, as in the thermal head manufacturing method according to the first aspect of the present invention, the crystallinity of the polycrystalline silicon constituting the heating resistor layer is improved based on the thermal relaxation effect. In particular, since it becomes possible to heat the heating resistor layer at a higher temperature while suppressing an excessive thermal influence (for example, deformation and occurrence of cracks) on the heat storage layer, the polycrystalline silicon The crystallinity of the polycrystalline silicon is remarkably improved and impurities are hardly diffused from the heat storage layer to the heating resistor layer.
本発明に係るサーマルヘッドでは、結晶化ガラスが−5.0×10-6/℃以上10.0×10-6/℃以下の範囲内の熱膨張係数を有しているのが好ましい。この種の結晶化ガラスとしては、スポジュメン固溶体(LiAlSi2 O6 )、ユークリプタイト固溶体(LiAlSiO4 )、ペタライト固溶体(LiAlSi4 O10)、β−石英固溶体(SiO2 )およびコージェライト固溶体(2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 )を含む群のうちの少なくとも1種の結晶相が析出したものが挙げられる。特に、発熱抵抗体層のラマンスペクトルピークの半値幅は12cm-1以下であるのがより好ましい。 In the thermal head according to the present invention, the crystallized glass preferably has a thermal expansion coefficient within a range of −5.0 × 10 −6 / ° C. or higher and 10.0 × 10 −6 / ° C. or lower. This kind of crystallized glass includes spodumene solid solution (LiAlSi 2 O 6 ), eucryptite solid solution (LiAlSiO 4 ), petalite solid solution (LiAlSi 4 O 10 ), β-quartz solid solution (SiO 2 ) and cordierite solid solution (2MgO · 2Al 2 which O 3 · 5SiO 2) at least one crystalline phase of the group comprising precipitated and the like. In particular, the half width of the Raman spectrum peak of the heating resistor layer is more preferably 12 cm −1 or less.
本発明の第1または第2の観点に係るサーマルヘッドの製造方法では、第1の工程において、45重量%以上65重量%以下の範囲内の酸化ケイ素(SiO2 )と、10重量%以上30重量%以下の範囲内の酸化アルミニウム(Al2 O3 )と、3重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化リチウム(Li2 O)と、0重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化マグネシウム(MgO)と、0重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化亜鉛(ZnO)とをそれぞれ粉末状態で混合させることにより結晶化ガラスを生成するのが好ましい。 In the thermal head manufacturing method according to the first or second aspect of the present invention, in the first step, silicon oxide (SiO 2 ) in the range of 45 wt% to 65 wt% and 10 wt% to 30 wt%. Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in the range of not more than wt%, lithium oxide (Li 2 O) in the range of not less than 3 wt% and not more than 10 wt%, and in the range of not less than 0 wt% and not more than 10 wt% It is preferable to produce crystallized glass by mixing magnesium oxide (MgO) and zinc oxide (ZnO) in the range of 0 wt% to 10 wt% in a powder state.
本発明の第1の観点に係るサーマルヘッドの製造方法では、第2の工程において、多結晶シリコンを成膜することにより発熱抵抗体層を形成し、第3の工程において、多結晶シリコンの成膜温度以上1100℃以下の範囲内の温度で発熱抵抗体層を加熱するのが好ましく、特に、CVD(Chemical Vapor Deposition )法を使用して多結晶シリコンを成膜するのが好ましい。 In the thermal head manufacturing method according to the first aspect of the present invention, the heating resistor layer is formed by depositing polycrystalline silicon in the second step, and the formation of polycrystalline silicon in the third step. It is preferable to heat the heating resistor layer at a temperature in the range of the film temperature to 1100 ° C., and it is particularly preferable to form a polycrystalline silicon film by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
本発明の第2の観点に係るサーマルヘッドの製造方法では、第2の工程において、多結晶シリコンを成膜することにより発熱抵抗体層を形成すると共に、550℃以上1100℃以下の範囲内の温度で基体を加熱するのが好ましく、特に、CVD(Chemical Vapor Deposition )法を使用して多結晶シリコンを成膜するのが好ましい。 In the thermal head manufacturing method according to the second aspect of the present invention, in the second step, the heating resistor layer is formed by depositing polycrystalline silicon, and the temperature is within the range of 550 ° C. to 1100 ° C. It is preferable to heat the substrate at a temperature, and it is particularly preferable to form a polycrystalline silicon film using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
本発明に係るサーマルヘッドによれば、結晶化ガラスを含んで構成された蓄熱層を備える構造的特徴に基づき、例えば、サーマルヘッドの製造工程において蓄熱層上に形成された発熱抵抗体層が加熱されることにより、その発熱抵抗体層を構成している多結晶シリコンの結晶性が著しく向上し、具体的には発熱抵抗体層のラマンスペクトルピークの半値幅が16cm-1以下となるため、SST特性や耐パルス特性に代表される作動特性を可能な限り向上させることができる。 According to the thermal head according to the present invention, the heating resistor layer formed on the heat storage layer is heated in the manufacturing process of the thermal head, for example, based on the structural features including the heat storage layer including the crystallized glass. As a result, the crystallinity of the polycrystalline silicon constituting the heating resistor layer is remarkably improved. Specifically, the half-value width of the Raman spectrum peak of the heating resistor layer is 16 cm −1 or less. The operating characteristics represented by the SST characteristics and the pulse resistance characteristics can be improved as much as possible.
本発明の第1の観点に係るサーマルヘッドの製造方法によれば、結晶化ガラスを含むように蓄熱層が形成された状態において、その蓄熱層上に形成された発熱抵抗体層が加熱される製法的特徴に基づき、発熱抵抗体層を構成している多結晶シリコンが熱的に緩和されると共に蓄熱層から発熱抵抗体層へ不純物が拡散されにくくなる結果、その多結晶シリコンの結晶性が著しく向上するため、SST特性や耐パルス特性に代表されるサーマルヘッドの作動特性を可能な限り向上させることができる。 According to the method for manufacturing a thermal head according to the first aspect of the present invention, in a state where the heat storage layer is formed so as to include crystallized glass, the heating resistor layer formed on the heat storage layer is heated. Based on the manufacturing characteristics, the polycrystalline silicon constituting the heating resistor layer is thermally relaxed and impurities are less likely to diffuse from the heat storage layer to the heating resistor layer. Since it is remarkably improved, the operating characteristics of the thermal head represented by SST characteristics and pulse resistance characteristics can be improved as much as possible.
また、本発明の第2の観点に係るサーマルヘッドの製造方法によれば、基体上に結晶化ガラスを含むように蓄熱層が形成された状態において、その基体が加熱されながら蓄熱層上に発熱抵抗体層が形成される製法的特徴に基づき、発熱抵抗体層を構成している多結晶シリコンが熱的に緩和されると共に蓄熱層から発熱抵抗体層へ不純物が拡散されにくくなる結果、その多結晶シリコンの結晶性が著しく向上するため、SST特性や耐パルス特性に代表されるサーマルヘッドの作動特性を可能な限り向上させることができる。 Further, according to the method for manufacturing a thermal head according to the second aspect of the present invention, in the state where the heat storage layer is formed on the substrate so as to include the crystallized glass, the substrate is heated and the heat storage layer generates heat. Based on the manufacturing characteristics of the resistor layer, the polycrystalline silicon constituting the heating resistor layer is thermally relaxed and impurities are less likely to diffuse from the heat storage layer to the heating resistor layer. Since the crystallinity of the polycrystalline silicon is remarkably improved, the operating characteristics of the thermal head represented by SST characteristics and pulse resistance characteristics can be improved as much as possible.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、図1を参照して、本発明の一実施の形態に係るサーマルヘッドの構成について説明する。図1は、サーマルヘッド10の外観構成(Y軸方向から見た側面構成)を表している。
First, the configuration of a thermal head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an external configuration (side configuration viewed from the Y-axis direction) of the
本実施の形態に係るサーマルヘッド10は、例えば、感熱方式の印画装置(すなわちプリンタ)などに発熱源として搭載される発熱デバイスである。このサーマルヘッド10は、例えば、図1に示したように、発熱部10Aと、この発熱部10Aを駆動させるための駆動部10Bとを備え、具体的には発熱部10Aが駆動部10Bに搭載された構成を有している。
The
駆動部10Bは、発熱部10Aに通電して駆動させることにより、その発熱部10Aの駆動状態を制御するものである。この駆動部10Bは、例えば、アルミニウム(Al)製の放熱板11に対してプリント基板(PCB;Print Circuit Board )12が部分的に重なるように連結されており、このプリント基板12の一方の面(上面)にドライバIC(Integrated Curcuit)13が取り付けられ、かつ他方の面(下面)に外部接続用のコネクタ14が取り付けられた構成を有している。このドライバIC13は、発熱部10Aを駆動させるためのデバイスであり、例えば、IC樹脂膜15中に埋設されている上、さらにプリント基板12の一方の面に取り付けられたICカバー16によりIC樹脂膜15と共に覆われている。
The
発熱部10Aは、駆動部10Bから通電されることにより駆動して発熱するものであり、例えば、シリコン系の接着剤17を介して駆動部10Bの放熱板11に固定されている。なお、発熱部10Aの詳細な構成については後述する。
The
次に、図1〜図3を参照して、発熱部10Aの詳細な構成について説明する。図2および図3は発熱部10Aの構成を拡大して表しており、図2は断面構成(XZ面に平行な断面構成)を示し、図3は平面構成(Z軸方向から見た平面構成)を示している。なお、図2では、図3に示したII−II線に沿った断面構成を示している。
Next, a detailed configuration of the
発熱部10Aは、例えば、図2に示したように、基板1上に、グレーズ層2と、発熱抵抗体層3および電極層4と、保護層5とがこの順に積層された積層構造を有している。
For example, as shown in FIG. 2, the
基板1は、発熱部10A全体を支持するための基体であり、例えば、酸化アルミニウム(Al2 O3 ;以下、単に「アルミナ」という。)などの絶縁性材料を含んで構成されている。
The
グレーズ層2は、発熱抵抗体層4において発生した熱を蓄熱することにより、その熱が基板1へ逃げないようにするための蓄熱層であり、結晶化ガラスを含んで構成されている。なお「結晶化ガラス」とは、熱処理により結晶が析出したガラス(非晶質と結晶質とが混在したガラス)をいい、具体的には約30%〜100%、好ましくは約30%〜70%の結晶化率を有するガラスをいう。結晶化率が約30%〜70%であることが好ましい理由は、例えば、結晶化率が30%より小さいと、グレーズ層2において適正な熱的特性(例えば熱膨張係数、ガラス転移温度および屈伏温度等)が得られず、一方、70%よりも大きいと、グレーズ層2の成形精度が低下する可能性があるからである。この結晶化率は、X線回折法を使用して測定された結果に基づいて、リートベルト法やシェラー式などの既存の解析方法を使用して算出された値である。中でも、リートベルト法を使用して算出された値であることが好ましい。
The glaze layer 2 is a heat storage layer for storing heat generated in the
グレーズ層2を構成している結晶化ガラスは、例えば、後述する多結晶シリコンを含んで構成された発熱抵抗体層3の熱膨張係数(約4.2×10-6/℃)に近い値の熱膨張係数を有している。すなわち、結晶化ガラスは、例えば、熱的影響を受けて自らが膨張または縮小した場合においても発熱抵抗体層3に過度な熱的影響(例えば変形やクラックの発生等)を及ぼさないような熱的特性を有しており、具体的には約−5.0×10-6/℃〜10.0×10-6/℃の熱膨張係数を有している。この種の結晶化ガラスとしては、例えば、スポジュメン固溶体(LiAlSi2 O6 )、ユークリプタイト固溶体(LiAlSiO4 )、ペタライト固溶体(LiAlSi4 O10)、β−石英固溶体(SiO2 )およびコージェライト固溶体(2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 )を含む群のうちの少なくとも1種の結晶相が析出したものが挙げられる。なお、結晶化ガラスのガラス転移温度および屈伏温度は、例えば、後述するサーマルヘッドの製造時の加熱温度、すなわち発熱抵抗体層3の形成後の加熱温度、あるいは発熱抵抗体層3の形成温度よりも高いのが好ましい。
The crystallized glass constituting the glaze layer 2 is, for example, a value close to the thermal expansion coefficient (about 4.2 × 10 −6 / ° C.) of the
発熱抵抗体層3は、電極層4を介して通電されることより発熱するものであり、多結晶シリコン(Poly−Si)を含んで構成されている。この多結晶シリコンとしては、例えば、ホウ素(B)がドープされたP型の多結晶シリコンや、リン(P)がドープされたn型の多結晶シリコンなどが挙げられる。特に、発熱抵抗体層3のラマンスペクトルピークの半値幅、すなわちラマン分光分析法を使用して発熱抵抗体層3(発熱抵抗体層3を構成している多結晶シリコン)を分析した際に得られるラマンスペクトルピークの半値幅は、約16cm-1以下、好ましくは約12cm-1以下である。
The
電極層4は、発熱抵抗体層3を通電させるためのものである。この電極層4は、例えば、X軸方向において所定のギャップGを挟んで互いに対向配置された電極層4A,4Bを含んで構成されており、発熱抵抗体層3に電気的に接続されている。これらの電極層4A,4Bは、例えば、いずれもアルミニウム(Al)などの高導電性材料を含んで構成されている。
The
保護層5は、サーマルヘッド10を使用して印画媒体に画像を印画する際に、その印画媒体と接触することに起因して発熱抵抗体層3や電極層4が磨耗または破損することを防止するためのものである。この保護層5は、例えば、ホウ素(B)およびリン(P)を有する材料を含んで構成されており、具体的にはジボラン(B2 H6 )およびホスフィン(PH3 )等を使用してプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition )法で成膜されたホウ素−リン化合物(BP)を含んで構成されている。
The protective layer 5 prevents the
この発熱部10Aでは、例えば、図3に示したように、電極層4のうちの電極層4A,4BがいずれもX軸方向に延在していると共に、複数組の電極層4A,4BがY軸方向において並列に配置されており、各組の電極層4A,4Bに対応するように複数の発熱抵抗体層3が同様にY軸方向において並列に配置されている。この電極層4のうち、一方の電極層4Aはコモン電極として機能するものであり、各組の電極層4A間で互いに連結されているのに対して、他方の電極層4Bはリード電極として機能するものであり、各組の電極層4B間で互いに分離されている。このリード電極として機能する一連の電極層4Bは、駆動部10BのドライバIC13(図1参照)に接続されており、このドライバIC13を通じて互いに独立して通電されることが可能になっている。なお、図3では、発熱抵抗体層3および電極層4(4A,4B)の積層方向(Z軸方向)における位置関係を見やすくするために、保護層5の図示を省略していると共に、電極層4(4A,4B)に網掛けを施している。
In the
このサーマルヘッド10では、図1〜図3に示したように、例えば、感熱方式の印画装置に駆動部10Bのコネクタ14を介して接続された状態において、画像パターン情報に基づいてドライバIC13を通じて電極層4(4A,4B)が通電されると、この電極層4から供給された電流に基づいて発熱抵抗体層3が発熱することにより、印画用の熱が発生する。このとき発生した印画用の熱は、保護層5内を伝導したのち、最終的に印画媒体(図示せず)の印画エリアまで伝導する。
In the
次に、図2〜図4を参照して、サーマルヘッドの製造方法について説明する。図4は、サーマルヘッドの製造方法の流れを説明するためのものである。なお、以下では、サーマルヘッド10のうちの発熱部10Aの製造工程について言及すると共に、その発熱部10Aの各構成要素の形成材料については既に説明したので随時省略するものとする。
Next, a method for manufacturing a thermal head will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is for explaining the flow of the manufacturing method of the thermal head. In the following, the manufacturing process of the
サーマルヘッド10のうちの発熱部10Aを製造する際には、まず、図2および図3に示したように、基体としてアルミナ製の基板1を準備したのち、その基板1上に、結晶化ガラスを含むようにグレーズ層2を形成する(図4;ステップS101)。
When manufacturing the
このグレーズ層2を形成する際には、例えば、約45重量%〜65重量%の酸化ケイ素(SiO2 )と、約10重量%〜30重量%の酸化アルミニウム(Al2 O3 )と、約3重量%〜10重量%の酸化リチウム(Li2 O)と、約0重量%〜10重量%の酸化マグネシウム(MgO)と、約0重量%〜10重量%の酸化亜鉛(AnO)とをそれぞれ粉末状態で混合させることにより、約−5.0×10-6/℃〜10.0×10-6/℃の熱膨張係数を有する結晶化ガラスを生成し、具体的にはスポジュメン固溶体(LiAlSi2 O6 )、ユークリプタイト固溶体(LiAlSiO4 )、ペタライト固溶体(LiAlSi4 O10)、β−石英固溶体(SiO2 )およびコージェライト固溶体(2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 )を含む群のうちの少なくとも1種の結晶相が析出した結晶化ガラスを生成する。より詳細なグレーズ層2の形成手順としては、例えば、上記した一連の粉末材料を溶媒に溶解させることにより生成したガラスペーストを基板1の表面に塗布し、そのガラスペーストを乾燥させることによりガラスペースト膜を形成したのち、所定の温度で所定の時間に渡ってガラスペースト膜を焼成することにより、結晶化率が約30%〜100%、好ましくは約30%〜70%となるようにガラスペースト膜を結晶化させる。上記したガラスペースト膜の焼成温度および焼成時間は、例えば、結晶化ガラスの結晶化率が上記した範囲内となる限りにおいて自由に設定可能である。
In forming the glaze layer 2, for example, about 45 wt% to 65 wt% silicon oxide (SiO 2 ), about 10 wt% to 30 wt% aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and about 3 wt% to 10 wt% lithium oxide (Li 2 O), about 0 wt% to 10 wt% magnesium oxide (MgO), and about 0 wt% to 10 wt% zinc oxide (AnO), respectively. by mixing in powder form, to produce a crystallized glass having a thermal expansion coefficient of about -5.0 × 10 -6 /℃~10.0×10 -6 / ℃ , specifically spodumene solid solution (LiAlSi 2 O 6), eucryptite solid solution (LiAlSiO 4), petalite solid solution (LiAlSi 4 O 10), β- quartz solid solution (the group comprising SiO 2) and cordierite solid solution (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2) At least one crystalline phase among generates crystallized glass precipitated. As a more detailed procedure for forming the glaze layer 2, for example, a glass paste produced by dissolving the above-described series of powder materials in a solvent is applied to the surface of the
なお、上記した一連の結晶化ガラスの形成材料(粉末材料)の添加重量を上記した範囲内に設定する理由は、例えば、以下の通りである。すなわち、第1に、酸化ケイ素の添加重量が45重量%より小さいと、残存ガラス相の化学耐久性および耐熱性が低下し、一方、65重量%よりも大きいと、主結晶相が析出しにくくなるからである。第2に、酸化アルミニウムの添加重量が10重量%よりも小さいと、溶融性が低下して成形しにくくなり、一方、30重量%よりも大きいと、化学耐久性が低下するからである。第3に、酸化リチウムの添加重量が3重量%よりも小さいと、主結晶相が析出しにくくなり、一方、10重量%よりも大きいと、化学耐久性が低下するからである。第4に、酸化マグネシウムの添加重量が10%よりも大きいと、コージェライト系の固溶体において結晶相が析出しにくくなるからである。第5に、酸化亜鉛の添加重量が10重量%よりも大きいと、ペタライト系の固溶体において結晶相が析出しにくくなるからである。確認までに、グレーズ層2を形成する際には、必ずしもガラスペーストを焼成する方法を使用しなければならないわけではなく、例えば、上記したガラスペーストの焼成方法に代えて、既存の成膜技術を使用するようにしてもよい。この場合には、例えば、上記したガラスペーストを成膜したり、あるいはゾルゲル法を使用することにより、結晶化ガラスを生成するのが好ましい。 The reason for setting the added weight of the above-mentioned series of crystallized glass forming materials (powder materials) within the above range is, for example, as follows. That is, firstly, if the added weight of silicon oxide is less than 45% by weight, the chemical durability and heat resistance of the remaining glass phase are lowered, whereas if it is greater than 65% by weight, the main crystal phase is difficult to precipitate. Because it becomes. Second, if the added weight of aluminum oxide is less than 10% by weight, the meltability is lowered and molding becomes difficult, whereas if it is more than 30% by weight, chemical durability is lowered. Third, if the added weight of lithium oxide is less than 3% by weight, the main crystalline phase is difficult to precipitate, whereas if it is greater than 10% by weight, the chemical durability is lowered. Fourth, if the added weight of magnesium oxide is larger than 10%, the crystalline phase is difficult to precipitate in the cordierite solid solution. Fifth, if the added weight of zinc oxide is larger than 10% by weight, the crystal phase is difficult to precipitate in the petalite solid solution. Before confirmation, when the glaze layer 2 is formed, it is not always necessary to use the method of baking the glass paste. For example, instead of the method of baking the glass paste described above, an existing film forming technique is used. It may be used. In this case, it is preferable to produce crystallized glass by, for example, forming the glass paste described above or using a sol-gel method.
続いて、グレーズ層2上に、例えばCVD法を使用して多結晶シリコンを成膜することにより発熱抵抗体層3を形成する(図4;ステップS102)。この発熱抵抗体層3を形成する際には、例えば、ホウ素がドープされたP型の多結晶シリコンを成膜したり、あるいはリンがドープされたn型の多結晶シリコンを成膜する。
Subsequently, a
続いて、先工程においてグレーズ層2上に形成した発熱抵抗体層3に熱処理を施し、すなわち発熱抵抗体層3を加熱する(図4;ステップS103)。この発熱抵抗体層3を加熱する際には、例えば、発熱抵抗体層3の成膜温度(多結晶シリコンの成膜温度)〜1100℃の温度で発熱抵抗体層3を加熱する。この発熱抵抗体層3を上記した温度範囲内で加熱する理由は、例えば、加熱温度が多結晶シリコンの成膜温度よりも低いと、熱処理を利用して多結晶シリコンの結晶性を向上させにくくなり、一方、加熱温度が1100℃よりも高いと、グレーズ層2に過度な熱的影響(例えば変形やクラックの発生等)が及びやすくなるからである。特に、発熱抵抗体層3を加熱する際には、例えば、約10分間〜10時間の時間に渡って発熱抵抗体層3を加熱する。この発熱抵抗体層3を上記した時間範囲内で加熱する理由は、例えば、加熱時間が10分間よりも短いと、熱処理を利用して多結晶シリコンの結晶性を向上させにくくなり、一方、加熱時間が10時間よりも長いと、サーマルヘッド10の生産性(製造効率)が極端に低下してしまうからである。
Subsequently, the heat generating
この熱処理により、発熱抵抗体層3を構成している多結晶シリコンの結晶構造が熱的に緩和されることにより安定化するため、その多結晶シリコンの結晶性が向上する。この場合には、特に、グレーズ層2が熱耐久性の高い結晶化ガラスを含んで形成されていることに基づき、グレーズ層2が熱耐久性の低い非晶質ガラスを含んで形成されている場合と比較して、そのグレーズ層2に過度な熱的影響(例えば変形やクラックの発生等)が及ぶことを抑制しつつ、より高い温度で発熱抵抗体層3を加熱することが可能になるため、多結晶シリコンの結晶性が著しく向上する。しかも、グレーズ層2が加熱された際に不純物を拡散させにくい結晶化ガラスを含んで形成されていることに基づき、グレーズ層2が加熱された際に不純物を拡散させやすい非晶質ガラスを含んで形成されている場合と比較して、グレーズ層2から発熱抵抗体層3へ不純物が拡散されにくくなるため、この点においても多結晶シリコンの結晶性が著しく向上する。
By this heat treatment, the crystal structure of the polycrystalline silicon constituting the
続いて、発熱抵抗体層3を加熱したのち、その発熱抵抗体層3に冷却処理を施し、すなわち発熱抵抗体層3を冷却する(図4;ステップS104)。この発熱抵抗体層3を冷却する際には、例えば、約0.1℃/分〜5.0℃/分の冷却速度で発熱抵抗体層3を冷却する。この発熱抵抗体層3を上記した冷却速度範囲内で冷却する理由は、例えば、冷却速度が0.1℃/分よりも遅いと、サーマルヘッド10の生産性が極端に低下し、一方、冷却速度が5.0℃/分よりも速いと、急冷却に起因してグレーズ層2にクラックが発生しやすくなるからである。
Subsequently, after the
続いて、図2および図3に示したように、発熱抵抗体層3上に、例えばスパッタリング法や蒸着法を使用して、所定のギャップGを挟んで互いに対向配置された電極層4A,4Bを含むように電極層4を形成する(図4;ステップS105)。
Subsequently, as shown in FIGS. 2 and 3, the electrode layers 4 </ b> A and 4 </ b> B disposed on the
最後に、図2に示したように、例えばプラズマCVD法を使用して発熱抵抗体層3および電極層4を覆うように保護層5を形成することにより(図4;ステップS106)、サーマルヘッド10の発熱部10Aが完成する。
Finally, as shown in FIG. 2, by forming the protective layer 5 so as to cover the
本実施の形態に係るサーマルヘッドの製造方法では、結晶化ガラスを含むようにグレーズ層2を形成した状態において、そのグレーズ層2上に形成した発熱抵抗体層3を加熱するようにしたので、上記したように、発熱抵抗体層3を構成している多結晶シリコンの結晶性が熱的に緩和されると共に、グレーズ層2から発熱抵抗体層3へ不純物が拡散されるにくくなる結果、その多結晶シリコンの結晶性が著しく向上する。したがって、多結晶シリコンの結晶性が著しく向上することに基づき、発熱抵抗体層3の抵抗特性が安定に向上するため、SST特性や耐パルス特性に代表されるサーマルヘッド10の作動特性を可能な限り向上させることができる。
In the manufacturing method of the thermal head according to the present embodiment, the
特に、本実施の形態では、約−5.0×10-6/℃〜10.0×10-6/℃の熱膨張係数を有する結晶化ガラスを生成することによりグレーズ層2を形成するようにしたので、発熱抵抗体層3を加熱した際に、その熱を影響を受けてグレーズ層2が過度に変形しにくくなる結果、発熱抵抗体層3も過度に変形しにくくなる。したがって、発熱抵抗体層3が過度に変形しにくくなることによっても多結晶シリコンの結晶性が向上しやすくなるため、この観点においてもサーマルヘッド10の作動特性の向上に寄与することができる。
In particular, in this embodiment, so as to form a glaze layer 2 by generating a crystallized glass having a thermal expansion coefficient of about -5.0 × 10 -6 /℃~10.0×10 -6 / ℃ As a result, when the
また、本実施の形態では、上記したように加熱された際に不純物を拡散させにくい結晶化ガラスを含むようにグレーズ層2を形成したので、その加熱された際に不純物を拡散させにくい結晶化ガラスの材料特性を利用して、グレーズ層2から発熱抵抗体層3へ不純物が拡散することを抑制することが可能である。この場合には、上記「背景技術」の項において説明した中間層を使用する場合、すなわち加熱された際に不純物を拡散させやすい非晶質ガラスを含むようにグレーズ層を形成したために、そのグレーズ層と発熱抵抗体層との間に不純物の拡散抑制用の中間層を設ける必要がある場合とは異なり、グレーズ層2と発熱抵抗体層3との間に中間層を設ける必要がないため、その中間層を設ける必要がない分だけ発熱部10Aの構成が簡素化される。したがって、グレーズ層2から発熱抵抗体層3へ不純物が拡散することを抑制する上で、サーマルヘッド10の構成を可能な限り簡素化することができる。
In the present embodiment, since the glaze layer 2 is formed so as to include a crystallized glass that hardly diffuses impurities when heated as described above, crystallization that hardly diffuses impurities when heated is performed. It is possible to suppress the diffusion of impurities from the glaze layer 2 to the
また、本実施の形態では、発熱抵抗体層3の成膜温度(多結晶シリコンの成膜温度)〜1100℃の温度で発熱抵抗体層3を加熱するようにしたので、その発熱抵抗体層3を加熱する温度が適性化される。したがって、上記したように、熱処理に起因してグレーズ層2に過度な熱的影響(例えば変形やクラックの発生等)が及ぶことを抑制すると共に、グレーズ層2から発熱抵抗体層3へ不純物が拡散することを抑制しつつ、その熱処理を利用して発熱抵抗体層3の結晶性を著しく向上させることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、CVD法を使用して多結晶シリコンを成膜することにより発熱抵抗体層3を形成するようにしたので、スパッタリングを使用する場合とは異なり、発熱抵抗対層3の組成(すなわち抵抗特性)が膜面内においてばらつきにくくなる結果、サーマルヘッド10の発熱特性を均一に制御することができると共に、発熱抵抗体層3の抵抗特性が熱の影響を受けて変動しにくくなる結果、サーマルヘッド10を高速印画用途に適用することができる。
In the present embodiment, since the
また、本実施の形態では、約10分間〜10時間の時間に渡って発熱抵抗体層3を加熱するようにしたので、その発熱抵抗体層3を加熱する時間が適性化される。したがって、上記したように、サーマルヘッド10の生産性を確保しつつ、熱処理を利用して発熱抵抗体層3の結晶性を著しく向上させることができる。
In the present embodiment, since the
また、本実施の形態では、発熱抵抗体層3を加熱したのち、その発熱抵抗体層3を冷却するようにしたので、その発熱抵抗体層3の温度を次工程(電極層4の形成工程)に悪影響を与えない程度に積極的に下げることができる。この場合には、特に、約0.1℃/分〜5.0℃/分の冷却速度で発熱抵抗体層3を冷却することにより、その発熱抵抗体層3の冷却温度を適性化すれば、上記したように、冷却処理に起因してグレーズ2にクラックが発生することを防止しつつ、サーマルヘッド10の生産性を確保することができる。
In the present embodiment, since the
また、上記した他、本実施の形態に係るサーマルヘッド10では、結晶化ガラスを含んで構成されたグレーズ層2を備えるため、例えば、サーマルヘッド10の製造工程においてグレーズ層2上に形成された発熱抵抗体層3が加熱されることにより、上記したように、発熱抵抗体層3を構成している多結晶シリコンの結晶性が著しく向上し、具体的には発熱抵抗体層3のラマンスペクトルピークの半値幅が16cm-1以下となる。したがって、SST特性や耐パルス特性に代表される作動特性を可能な限り向上させることができる。
In addition to the above, the
なお、本実施の形態では、図4に示したように、発熱抵抗体層3を形成したのち、その発熱抵抗体層3を加熱(事後加熱)するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、図5に示したように、発熱抵抗体層3を事後加熱する手法に代えて、基板1を加熱しながら発熱抵抗体層3を形成するようにしてもよい。図5は、サーマルヘッドの製造方法に関する変形例を説明するためのものである。この変形例としてのサーマルヘッドの製造方法では、基体としての基板1を準備し、その基板1上にグレーズ層2を形成したのち(ステップS201)、基板1を加熱しながらグレーズ層2上に多結晶シリコンを成膜することにより発熱抵抗体層3を形成する(ステップS202)。この発熱抵抗体層3を形成する際には、例えば、CVD法を使用して多結晶シリコンを成膜すると共に、550℃〜1100℃の温度で基板1を加熱しながら発熱抵抗体層3を形成する。続いて、発熱抵抗体層3を冷却する(ステップS203)。この発熱抵抗体層3を冷却する際には、例えば、約0.1℃/分〜5.0℃/分の冷却速度で発熱抵抗体層3を冷却する。最後に、発熱抵抗体層3上に電極層4A,4Bを含むように電極層4を形成したのち(ステップS204)、それらの発熱抵抗体層3および電極層4を覆うように保護層5を形成することにより(ステップS205)、サーマルヘッド10の発熱部10Aが完成する。なお、変形例としてのサーマルヘッドの製造方法に関して上記した以外の詳細な工程内容は、例えば、上記実施の形態において図4を参照して説明したサーマルヘッドの製造方法の詳細な工程内容と同様である。この場合においても、基板1を加熱しながら発熱抵抗体層3を形成することにより、発熱抵抗体層3を事後加熱した上記実施の形態の場合と同様の作用が得られるため、サーマルヘッド10の作動特性を可能な限り向上させることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, after the
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。 Next, specific examples of the present invention will be described.
上記実施の形態において説明したサーマルヘッドの製造方法(以下、「本発明のサーマルヘッドの製造方法」という。)を使用してサーマルヘッドを製造したのち、そのサーマルヘッドの諸特性を調べたところ、以下の結果が得られた。なお、本発明のサーマルヘッドの製造方法を使用して製造したサーマルヘッドの諸特性を調べる際には、その諸特性を比較評価するために、結晶化ガラスに代えて非晶質ガラスを含むようにグレーズ層を形成すると共に発熱抵抗体層を加熱しなかった(30℃の温度環境中に放置した)点を除いて本発明のサーマルヘッドの製造方法と同様の手順(比較例のサーマルヘッドの製造方法)を使用してサーマルヘッドを製造し、そのサーマルヘッドの諸特性も併せて調べた。 After manufacturing the thermal head using the thermal head manufacturing method described in the above embodiment (hereinafter referred to as “the thermal head manufacturing method of the present invention”), various characteristics of the thermal head were examined. The following results were obtained. When investigating various characteristics of a thermal head manufactured using the method for manufacturing a thermal head according to the present invention, in order to compare and evaluate the characteristics, an amorphous glass is used instead of crystallized glass. The same procedure as that of the thermal head manufacturing method of the present invention (except for the thermal head of the comparative example) except that the glaze layer was formed and the heating resistor layer was not heated (left in a temperature environment of 30 ° C.). A thermal head was manufactured using a manufacturing method), and various characteristics of the thermal head were also investigated.
まず、ラマン分光分析法を使用して発熱抵抗体層(多結晶シリコン)の結晶性を調べたところ、図6に示した結果が得られた。図6は多結晶シリコンのラマン分光分析結果を表しており、「横軸」は加熱温度(℃)を示し、「縦軸」は半値幅(FWHM(Full Width Half Maximum );cm-1)を示している。 First, when the crystallinity of the heating resistor layer (polycrystalline silicon) was examined using Raman spectroscopy, the result shown in FIG. 6 was obtained. FIG. 6 shows the results of Raman spectroscopic analysis of polycrystalline silicon. The “horizontal axis” indicates the heating temperature (° C.), and the “vertical axis” indicates the full width at half maximum (FWHM (Full Width Half Maximum); cm −1 ). Show.
本発明のサーマルヘッドの製造方法を使用してサーマルヘッドを製造する際には、基板(アルミナ;Al2 O3 )/グレーズ層(スポジュメン固溶体が析出した結晶化ガラス)/発熱抵抗体層(多結晶シリコン;Poly−Si)/電極層(アルミニウム;Al)/保護層(ホウ素−リン化合物;BP)の構成となるように発熱部を形成した。特に、発熱抵抗体層に関しては、CVD法を使用して550℃の成膜温度で多結晶シリコンを成膜することにより蓄熱層上に発熱抵抗体層を形成したのち、4通りの温度(600℃,650℃,700℃,750℃)で30分間に渡って発熱抵抗体層を加熱し、引き続き1.0℃/分の冷却速度で発熱抵抗体層を冷却した。図6に示した「黒塗りの四角(■)」は本発明(グレーズ層=結晶化ガラス,熱処理有;加熱温度=600℃,650℃,700℃,750℃)に関する分析結果を表し、「黒塗りの丸(●)」は比較例(グレーズ層=非晶質ガラス,熱処理無)に関する分析結果を表している。 When a thermal head is manufactured using the method for manufacturing a thermal head of the present invention, a substrate (alumina; Al 2 O 3 ) / glaze layer (crystallized glass on which a spodumene solid solution is deposited) / a heating resistor layer (multiple layers) A heating part was formed so as to have a structure of crystalline silicon; Poly-Si) / electrode layer (aluminum; Al) / protective layer (boron-phosphorus compound; BP). In particular, with respect to the heating resistor layer, after forming the heating resistor layer on the heat storage layer by depositing polycrystalline silicon at a deposition temperature of 550 ° C. using the CVD method, four temperatures (600 The heating resistor layer was heated at 30 ° C., 650 ° C., 700 ° C., and 750 ° C. for 30 minutes, and then the heating resistor layer was cooled at a cooling rate of 1.0 ° C./min. The “black square (■)” shown in FIG. 6 represents the analysis result relating to the present invention (glaze layer = crystallized glass, heat treatment; heating temperature = 600 ° C., 650 ° C., 700 ° C., 750 ° C.) “Black circles (●)” represent the analysis results for the comparative example (glaze layer = amorphous glass, no heat treatment).
多結晶シリコンの結晶性とラマン分光分析結果との間の相関関係としては、一般的に、多結晶シリコンの結晶性が高くなるほどラマンスペクトルピークの半値幅が小さくなることが知られている。このことから、ラマンスペクトルピークの半値幅に基づいて、多結晶シリコンの結晶性を評価することが可能である。 As a correlation between the crystallinity of polycrystalline silicon and the result of Raman spectroscopic analysis, it is generally known that the half-value width of a Raman spectrum peak decreases as the crystallinity of polycrystalline silicon increases. From this, it is possible to evaluate the crystallinity of polycrystalline silicon based on the half-value width of the Raman spectrum peak.
この点に関して、図6に示した結果から判るように、本発明(■)と比較例(●)との間で半値幅を比較したところ、その半値幅は比較例よりも本発明において小さくなった。具体的には、半値幅は比較例(グレーズ層=非晶質ガラス,熱処理無)において17.10cm-1であり、本発明(グレーズ層=結晶化ガラス,熱処理有;加熱温度=600℃,650℃,700℃,750℃)においてそれぞれ16.00cm-1,14.50cm-1,12.00cm-1,9.99cm-1であった。このことから、本発明のサーマルヘッドの製造方法では、結晶化ガラスを含むようにグレーズ層を形成した状態において発熱抵抗体層を加熱することにより、その発熱抵抗体層の結晶性を向上させることが可能であることが確認された。特に、本発明のサーマルヘッドの製造方法では、加熱温度が高くなるほど半値幅が小さくなったため、加熱温度を高くするほど発熱抵抗体層の結晶性をより向上させることが可能であることが確認された。確認までに、本発明のサーマルヘッドの製造方法を使用して製造されたサーマルヘッドに関しては、目視で確認した限り、グレーズ層に熱的影響(例えば変形やクラックの発生等)は見られなかった。 In this regard, as can be seen from the results shown in FIG. 6, when the half width was compared between the present invention (■) and the comparative example (●), the half width was smaller in the present invention than in the comparative example. It was. Specifically, the half width is 17.10 cm −1 in the comparative example (glaze layer = amorphous glass, no heat treatment), and the present invention (glaze layer = crystallized glass, heat treatment present; heating temperature = 600 ° C., 650 ° C., 700 ° C., and 750 ° C.), respectively, were 16.00 cm −1 , 14.50 cm −1 , 12.00 cm −1 , and 9.99 cm −1 . Therefore, in the method of manufacturing a thermal head according to the present invention, the heating resistor layer is heated in a state where the glaze layer is formed so as to include crystallized glass, thereby improving the crystallinity of the heating resistor layer. Is confirmed to be possible. In particular, in the method for manufacturing a thermal head according to the present invention, the half-value width decreases as the heating temperature increases. Therefore, it is confirmed that the crystallinity of the heating resistor layer can be further improved as the heating temperature is increased. It was. By the time of confirmation, as for the thermal head manufactured by using the thermal head manufacturing method of the present invention, no thermal influence (for example, deformation or generation of cracks) was observed on the glaze layer as long as it was visually confirmed. .
なお、具体的にデータを参照して説明しないが、本発明のサーマルヘッドの製造方法において加熱温度を上記した4通りの温度(600℃,650℃,700℃,750℃)以外となるように変化させたところ、加熱温度を550℃〜1100℃となるように設定した場合において、上記した4通りの温度となるように加熱温度を設定した場合と同様の分析結果が得られた。また、同様に具体的にデータを参照して説明しないが、発熱抵抗体層の加熱時間を上記した30分間以外となるように変化させると共にその発熱抵抗体層の冷却時間を上記した1.0℃/分以外となるように変化させたところ、加熱時間を10分間〜10時間となるように設定すると共に冷却速度を0.1℃/分〜5.0℃/分となるように設定した場合において、上記したように加熱時間を30分間となるように設定すると共に冷却時間を1.0℃/分となるように設定した場合と同様の分析結果が得られた。これらのことから、本発明のサーマルヘッドの製造方法では、CVD法を使用して550℃の成膜温度で多結晶シリコンを成膜することにより発熱抵抗体層を形成した場合に、550℃〜1100℃の温度で10分間〜10時間の時間に渡って発熱抵抗体層を加熱したのち、その発熱抵抗体層を0.1℃/分〜5.0℃/分の冷却速度で冷却することにより、その発熱抵抗体層の結晶性を向上させることが可能であることが確認された。 Although not specifically described with reference to data, the heating temperature in the method of manufacturing the thermal head of the present invention is set to other than the above four temperatures (600 ° C., 650 ° C., 700 ° C., 750 ° C.). When the temperature was changed, when the heating temperature was set to 550 ° C. to 1100 ° C., the same analysis result as that obtained when the heating temperature was set to be the above-described four temperatures was obtained. Similarly, although not specifically described with reference to the data, the heating time of the heating resistor layer is changed to be other than 30 minutes as described above, and the cooling time of the heating resistor layer is changed to 1.0 as described above. When the temperature was changed to other than ° C./min, the heating time was set to 10 minutes to 10 hours and the cooling rate was set to 0.1 ° C./min to 5.0 ° C./min. In the case, as described above, the same analysis results as those obtained when the heating time was set to 30 minutes and the cooling time was set to 1.0 ° C./minute were obtained. From these facts, in the thermal head manufacturing method of the present invention, when the heating resistor layer is formed by forming a polycrystalline silicon film at a film forming temperature of 550 ° C. using the CVD method, After heating the heating resistor layer at a temperature of 1100 ° C. for 10 minutes to 10 hours, the heating resistor layer is cooled at a cooling rate of 0.1 ° C./min to 5.0 ° C./min. Thus, it was confirmed that the crystallinity of the heating resistor layer can be improved.
続いて、サーマルヘッドの作動特性を調べたところ、図7に示した結果が得られた。図7はサーマルヘッドのSST特性を表しており、「横軸」は発熱抵抗体層の1ドット当たりの印加電力(W/ドット)を示し、「縦軸」は抵抗変化率(%)を示している。このSST特性としては、発熱抵抗体層に印加電力を段階的に増加させながら印加したときの抵抗変化率の変化を追跡した。図7に示した「7A」,「7B」,「7C」は図6に示した一連の本発明のサーマルヘッドに関する特性結果を表しており、すなわち「7A」は加熱温度=600℃,半値幅=16.00cm-1、「7B」は加熱温度=700℃,半値幅=12.00cm-1、「7C」は加熱温度=750℃,半値幅=9.99cm-1をそれぞれ表している。また、図7に示した「7D」は図6に示した比較例のサーマルヘッド(30℃の温度環境中に放置,半値幅=17.10cm-1)に関する特性結果を表している。 Subsequently, when the operating characteristics of the thermal head were examined, the results shown in FIG. 7 were obtained. FIG. 7 shows the SST characteristics of the thermal head. The “horizontal axis” shows the applied power (W / dot) per dot of the heating resistor layer, and the “vertical axis” shows the resistance change rate (%). ing. As this SST characteristic, the change in the resistance change rate when the applied power was applied to the heating resistor layer while being increased stepwise was tracked. “7A”, “7B”, and “7C” shown in FIG. 7 represent characteristic results relating to the series of thermal heads of the present invention shown in FIG. 6, that is, “7A” is heating temperature = 600 ° C., half-value width. = 16.00 cm −1 , “7B” represents heating temperature = 700 ° C., half width = 12.00 cm −1 , and “7C” represents heating temperature = 750 ° C., half width = 9.99 cm −1 , respectively. Further, “7D” shown in FIG. 7 represents a characteristic result regarding the thermal head of the comparative example shown in FIG. 6 (left in a temperature environment of 30 ° C., half-value width = 17.10 cm −1 ).
図7に示した結果から判るように、印加電力を増加させながら発熱抵抗体層の抵抗変化率の変化を追跡したところ、その抵抗変化率は本発明(7A〜7C)および比較例(7D)のいずれの場合においても初期状態においてほぼ一定であったが、印加電力=0.6W/ドット近郷において負の方向に大きく変化した。しかしながら、サーマルヘッドのSST特性として、抵抗変化率が±5%に達したときの印加電力を本発明と比較例との間で比較したところ、その抵抗変化率が±5%(ここでは−5%)に達したときの印加電力は本発明(7A,7B,7C)においてそれぞれ0.62W/ドット,0.70W/ドット,0.76W/ドット、比較例において0.59W/ドットであり、比較例よりも本発明において大きくなった。このことから、本発明のサーマルヘッドの製造方法を使用して製造したサーマルヘッドでは、発熱抵抗体層の抵抗特性が変化しにくくなるため、SST特性を向上させることが可能であることが確認された。この場合には、特に、本発明(7A〜7C)の間で抵抗変化率が±5%に達したときの印加電力を比較すると、その印加電力は7A,7B,7Cの順に大きくなり、すなわち発熱抵抗体層の加熱温度が高くなるほど大きくなった。このことから、本発明のサーマルヘッドの製造方法では、加熱温度を高くするほどSST特性を向上させることが可能であることが確認された。 As can be seen from the results shown in FIG. 7, when the change in the resistance change rate of the heating resistor layer was traced while increasing the applied power, the resistance change rate was determined according to the present invention (7A to 7C) and the comparative example (7D). In any of the cases, although it was almost constant in the initial state, it was greatly changed in the negative direction in the applied power = 0.6 W / dot neighborhood. However, as the SST characteristic of the thermal head, when the applied power when the resistance change rate reaches ± 5% is compared between the present invention and the comparative example, the resistance change rate is ± 5% (here, −5%). %) Applied power is 0.62 W / dot, 0.70 W / dot, 0.76 W / dot in the present invention (7A, 7B, 7C), respectively, and 0.59 W / dot in the comparative example, It became larger in this invention than the comparative example. This confirms that the thermal head manufactured using the method for manufacturing a thermal head according to the present invention can improve the SST characteristics because the resistance characteristics of the heating resistor layer are less likely to change. It was. In this case, particularly when comparing the applied power when the rate of change in resistance reaches ± 5% between the present inventions (7A to 7C), the applied power increases in the order of 7A, 7B, and 7C. As the heating temperature of the heating resistor layer increased, the heating resistor layer increased. From this, it was confirmed that the SST characteristics can be improved as the heating temperature is increased in the method for manufacturing the thermal head of the present invention.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態および実施例では、発熱抵抗体層を加熱した際にグレーズ層に過度な熱的影響(例えば変形やクラックの発生等)が及ぶことを防止するために、その発熱抵抗体層を加熱する温度の上限値を1100℃と規定したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、発熱抵抗体層を加熱した際にグレーズ層に過度な熱的影響が及ばない限り、そのグレーズ層の耐熱性によっては発熱抵抗体層を加熱する温度の上限値を1100℃より高くしてもよい。この場合においても、上記実施の形態および実施例と同様の効果を得ることができる。ただし、発熱抵抗体層を加熱する温度の上限値を1100℃よりも高くする場合には、グレーズ層に限らず、サーマルヘッドを構成している他の構成要素に過度な熱的影響が及ばないように注意する必要がある。なお、上記した発熱抵抗体層を加熱する温度を1100℃よりも高くする変形態様は、上記実施の形態において変形例として説明したように基板を加熱しながら発熱抵抗体層を形成する場合における基板の加熱温度に関しても同様に適用可能である。 The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the modes described in the above embodiments and examples, and various modifications can be made. Specifically, for example, in the above-described embodiment and example, in order to prevent an excessive thermal influence (for example, generation of deformation or cracks) on the glaze layer when the heating resistor layer is heated. The upper limit value of the temperature for heating the heating resistor layer is defined as 1100 ° C., but is not necessarily limited thereto. For example, when the heating resistor layer is heated, an excessive thermal influence is exerted on the glaze layer. As long as it does not reach, the upper limit of the temperature which heats a heating resistor layer may be made higher than 1100 degreeC depending on the heat resistance of the glaze layer. Even in this case, the same effects as those of the above-described embodiment and examples can be obtained. However, in the case where the upper limit value of the temperature for heating the heating resistor layer is set higher than 1100 ° C., not only the glaze layer but also other components constituting the thermal head are not excessively affected by heat. Need to be careful. In addition, the deformation | transformation aspect which makes the temperature which heats the above-mentioned heating resistor layer higher than 1100 degreeC is a board | substrate in the case of forming a heating resistor layer, heating a board | substrate as demonstrated as a modification in the said embodiment. The same applies to the heating temperature.
本発明に係るサーマルヘッドおよびその製造方法は、発熱抵抗体層において発生した熱を蓄熱するためのグレーズ層を備えたサーマルヘッドおよびその製造方法に適用することが可能である。 The thermal head and the manufacturing method thereof according to the present invention can be applied to a thermal head including a glaze layer for storing heat generated in the heating resistor layer and a manufacturing method thereof.
1…基板、2…グレーズ層、3…発熱抵抗体層、4(4A,4B)…電極層、5…保護層、10…サーマルヘッド、10A…発熱部、10B…駆動部、11…放熱板、12…プリント基板、13…ドライバIC、14…コネクタ、15…IC樹脂膜、16…ICカバー、17…接着剤、G…ギャップ。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記発熱抵抗体層に隣接され、結晶化ガラスを含んで構成された蓄熱層と
を備えたことを特徴とするサーマルヘッド。 A heating resistor layer composed of polycrystalline silicon and having a Raman spectrum peak half-width of 16 cm −1 or less;
A thermal head comprising: a heat storage layer that is adjacent to the heating resistor layer and includes crystallized glass.
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 crystal according to claim 1, wherein the crystallized glass has a thermal expansion coefficient within a range of −5.0 × 10 −6 / ° C. to 10.0 × 10 −6 / ° C. head.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッド。 The crystallized glass is composed of spodumene solid solution (LiAlSi 2 O 6 ), eucryptite solid solution (LiAlSiO 4 ), petalite solid solution (LiAlSi 4 O 10 ), β-quartz solid solution (SiO 2 ), and cordierite solid solution (2MgO · 2Al 2). The thermal head according to claim 1, wherein at least one crystal phase of a group including O 3 .5SiO 2 ) is precipitated.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のサーマルヘッド。 4. The thermal head according to claim 1, wherein a half-value width of a Raman spectrum peak of the heating resistor layer is 12 cm −1 or less. 5.
前記蓄熱層上に発熱抵抗体層を形成する第2の工程と、
前記発熱抵抗体層を加熱する第3の工程と
を含むことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。 A first step of forming a heat storage layer to include crystallized glass;
A second step of forming a heating resistor layer on the heat storage layer;
And a third step of heating the heating resistor layer.
45重量%以上65重量%以下の範囲内の酸化ケイ素(SiO2 )と、
10重量%以上30重量%以下の範囲内の酸化アルミニウム(Al2 O3 )と、
3重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化リチウム(Li2 O)と、
0重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化マグネシウム(MgO)と、
0重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化亜鉛(ZnO)と
をそれぞれ粉末状態で混合させることにより、前記結晶化ガラスを生成する
ことを特徴とする請求項5記載のサーマルヘッドの製造方法。 In the first step,
Silicon oxide (SiO 2 ) in the range of 45 wt% to 65 wt%;
Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in the range of 10 wt% to 30 wt%;
Lithium oxide (Li 2 O) in the range of 3 wt% to 10 wt%;
Magnesium oxide (MgO) in the range of 0 wt% to 10 wt%,
6. The method for producing a thermal head according to claim 5, wherein the crystallized glass is produced by mixing zinc oxide (ZnO) in the range of 0 wt% or more and 10 wt% or less in a powder state. .
前記第3の工程において、多結晶シリコンの成膜温度以上1100℃以下の範囲内の温度で前記発熱抵抗体層を加熱する
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のサーマルヘッドの製造方法。 In the second step, the heating resistor layer is formed by depositing polycrystalline silicon,
7. The thermal head according to claim 5, wherein, in the third step, the heating resistor layer is heated at a temperature in a range of not less than a film formation temperature of polycrystalline silicon and not more than 1100 ° C. 8. Production method.
ことを特徴とする請求項7記載のサーマルヘッドの製造方法。 The method of manufacturing a thermal head according to claim 7, wherein in the second step, a polycrystalline silicon film is formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
前記基体を加熱しながら前記蓄熱層上に発熱抵抗体層を形成する第2の工程と
を含むことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。 A first step of forming a heat storage layer on the substrate so as to include crystallized glass;
And a second step of forming a heating resistor layer on the heat storage layer while heating the substrate.
45重量%以上65重量%以下の範囲内の酸化ケイ素(SiO2 )と、
10重量%以上30重量%以下の範囲内の酸化アルミニウム(Al2 O3 )と、
3重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化リチウム(Li2 O)と、
0重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化マグネシウム(MgO)と、
0重量%以上10重量%以下の範囲内の酸化亜鉛(ZnO)と
をそれぞれ粉末状態で混合させることにより、前記結晶化ガラスを生成する
ことを特徴とする請求項9記載のサーマルヘッドの製造方法。 In the first step,
Silicon oxide (SiO 2 ) in the range of 45 wt% to 65 wt%,
Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) in the range of 10 wt% to 30 wt%;
Lithium oxide (Li 2 O) in the range of 3 wt% to 10 wt%;
Magnesium oxide (MgO) in the range of 0 wt% to 10 wt%,
The method for producing a thermal head according to claim 9, wherein the crystallized glass is produced by mixing zinc oxide (ZnO) in the range of 0 wt% or more and 10 wt% or less in a powder state. .
ことを特徴とする請求項9または請求項10に記載のサーマルヘッドの製造方法。 In the second step, the heating resistor layer is formed by forming a polycrystalline silicon film, and the substrate is heated at a temperature within a range of 550 ° C to 1100 ° C. The manufacturing method of the thermal head of Claim 9 or Claim 10.
ことを特徴とする請求項11記載のサーマルヘッドの製造方法。
The thermal head manufacturing method according to claim 11, wherein, in the second step, a polycrystalline silicon film is formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
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-
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- 2004-06-30 JP JP2004195069A patent/JP2006015582A/en not_active Withdrawn
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