JP2008080525A - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドサイズの大型化を防ぎながら、個々の発熱抵抗体の特性バラツキを少なくできるサーマルヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るサーマルヘッド２０Ａは、絶縁性の基板２１と、基板２１の上に直線的に複数配置された発熱抵抗体２３と、発熱抵抗体２３にそれぞれ接続された共通電極２５及び個別電極２４とを備え、発熱抵抗体２３は、層間絶縁膜２７を介して積層された複数の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂからなる。これにより、基板上における発熱抵抗体の形成面積を大きくすることなく、抵抗層の通電距離を長くとることが可能となり、ヘッドサイズを大きくすることなく発熱抵抗体２３の発熱量を増加させることができる。また、比抵抗の比較的低い抵抗材料を用いて発熱抵抗体２３を作製することが可能となり、個々の発熱抵抗体２３の製造バラツキが発熱特性に与える影響を少なくすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、サーマルプリンタ等に利用されるサーマルヘッド及びその製造方法に関する。

一般に、感熱プリンタ、熱転写プリンタ等のサーマルプリンタに搭載されるサーマルヘッドは、例えば、複数の発熱抵抗体を絶縁性基板上に直線的に整列配置し、印字又は印画情報に従って各発熱抵抗体を選択的に通電加熱させて、感熱プリンタにおいては感熱記録紙に発色記録させ、熱転写プリンタにおいてはインクリボンのインクを溶融して普通紙に転写記録させる。

図１１から図１３は従来のサーマルヘッドの構成の一例を示すものであり、図１１はヘッドチップ全体の平面図、図１２は図１１のＡ部の拡大図、図１３は図１２における［１３］−［１３］線方向断面図である。

アルミナ等の絶縁性基板１１の上面には、蓄熱層として機能するガラス材からなるグレーズ層１２が、断面円弧状となるように部分的に積層されている。このグレーズ層１２の上面には、Ｔａ−ＳｉＯ₂などからなる複数の発熱抵抗体１３が直線状に整列するようにして形成されている。発熱抵抗体１３は、蒸着又はスパッタリング等により基板１１上に全体的に形成された後、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターン加工される。そして、各発熱抵抗体１３の両側の上面には、各発熱抵抗体１３に対して通電するための個別電極１４及び共通電極１５がそれぞれ形成されている。

個別電極１４及び共通電極１５は、それぞれ、蒸着又はスパッタリング等により基板１１上に全体的に形成された後、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターン加工される。そして、各発熱抵抗体１３は、個別電極１４及び共通電極１５間に露出するようにして各個独立に形成され、各電極１４，１５間に電圧を印加することにより発熱されるようになっている。

また、絶縁性基板１１、グレーズ層１２、発熱抵抗体１３、個別電極１４及び共通電極１５の上面には、絶縁性の保護層１６が積層されている。この保護層１６は、発熱抵抗体１３の酸化防止と、インクリボンとの接触による摩耗から発熱抵抗体１３及び電極１４，１５を保護する目的で形成される。

一方、この種のサーマルヘッドの電極構造として、発熱抵抗体に対する共通電極の接続形態によって２つのタイプが知られている。一つは、共通電極がすべての発熱抵抗体に対して共通に接続されるコモン電極構造であり（例えば特許文献１参照）、他の一つは、隣接する２つの発熱抵抗体を一単位として共通に接続された複数の電極層で上記共通電極が構成される折り返し電極構造である（例えば特許文献２参照）。なお、「コモン電極構造」及び「折り返し電極構造」は必ずしも一般的な用語ではなく、本明細書において便宜上定めた用語である。

図１４及び図１５は、上記コモン電極構造タイプの第１の従来例によるサーマルヘッド１０Ａの概略構成を示している。図１４は当該サーマルヘッド１０Ａの平面図、図１５は図１４における［１５］−［１５］線方向断面図である。図において、１は絶縁性の基板、３は発熱抵抗体、４は個別電極、５は共通電極、６は保護層である。

図１４に示すように、各発熱抵抗体３の一端側（図において上端側）は、個々の発熱抵抗体３にそれぞれ形成された配線層７を介して共通電極５に接続されている。共通電極５は、各発熱抵抗体３の一端側からその他端側へ基板１の側周部に沿って引き出されている。個別電極４及び共通電極５のそれぞれには、保護層６で覆われていない領域において、半導体チップや制御基板などの外部回路に接続される端子形成部４ａ，５ａが設けられている。この第１の従来例に係るコモン電極構造のサーマルヘッド１０Ａは、個々の発熱抵抗体３で１つの画素を形成している。

一方、図１６及び図１７は、上記折り返し電極構造タイプの第２の従来例によるサーマルヘッド１０Ｂの概略構成を示している。図１６は当該サーマルヘッド１０Ｂの平面図、図１７は図１６における［１７］−［１７］線方向断面図である。

この第２の従来例に係る折り返し電極構造のサーマルヘッド１０Ｂは、図１６に示すように、隣接する２つの発熱抵抗体３ａ，３ｂを組として１つの画素を形成している。一方の発熱抵抗体３ａは個別電極４に接続され、他方の発熱抵抗体３ｂは共通電極５に接続されている。各発熱抵抗体３ａ，３ｂの一端側（図において上端側）は配線層８を介して相互に接続されており、個別電極４及び共通電極５は各発熱抵抗体３ａ，３ｂの他端側に配置されている。各組の発熱抵抗体３ａ，３ｂは、これらの配置位置が交互に入れ替えられており、共通電極５は、隣接する２つの組の発熱抵抗体３ｂ，３ｂに対して共通に接続されている。

なお、この第２の従来例のサーマルヘッド１０Ｂを構成する個々の発熱抵抗体３ａ，３ｂの形成面積は、第１の従来例のサーマルヘッド１０Ａを構成する個々の発熱抵抗体３の形成面積よりも小さく構成されており、例えば、一組の発熱抵抗体３ａ，３ｂの総面積が、１つの発熱抵抗体３の形成面積とほぼ等しくなるように設定されている。

特開昭６１−５４９５５号公報 特開平２−５０８４８号公報

さて、この種のサーマルヘッドにおいては、印画特性や印画速度の向上が要求されている。印画特性や印画速度を向上させるためには、発熱抵抗体の投入エネルギーを大きくして、限られた領域に形成された発熱抵抗体を所定の加熱温度に迅速に昇温させる必要がある。そこで、発熱抵抗体として比抵抗の比較的高い材料を用いることで、発熱量の増大を図る方法がある。具体的に、例えばＴａ−ＳｉＯ₂などで構成される発熱抵抗体において、非金属成分（ＳｉＯ₂）の混合比率を高めて抵抗材料の高比抵抗化を図ることが考えられる。

しかしながら、比抵抗の大きな材料を用いてサーマルヘッドを製造することは、個々の発熱抵抗体の製造上のバラツキが発熱特性に強く影響して、発熱抵抗体の作製制御が困難になるという問題がある。すなわち、個々の発熱抵抗体は、基板上に形成した発熱抵抗体層をパターンエッチングして形成されるため、成膜、現像、エッチングの各工程における膜厚分布、加工精度バラツキ等を原因として個々の素子特性に一定のバラツキが発生する。このバラツキは、比抵抗の大きな材料を用いた場合に素子間の発熱量の違いとなって顕著に現れ、サーマルヘッドの安定製造を困難にする。

以上のことから、サーマルヘッドの安定した製造を確保するためには、発熱抵抗体を構成する抵抗材料として比抵抗が比較的低い材料を用いるのが好適である。しかし、比抵抗の低い材料を用いて発熱抵抗体を構成する場合、発熱量を高めるためには抵抗層の素子長すなわち通電距離を大きくする、または抵抗層の膜厚を薄くする必要がある。素子長を長くする場合、上述した従来の素子構造では、発熱抵抗体の形成面積が大きくなってしまい、ヘッドサイズが大型化するという問題がある。一方、抵抗層の膜厚を薄くする場合、耐久性能が低下する問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、ヘッドサイズの大型化を防ぎながら、個々の発熱抵抗体の特性バラツキを少なくできるサーマルヘッド及びその製造方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明のサーマルヘッドは、絶縁性の基板と、上記基板の上に直線的に複数配置された発熱抵抗体と、上記発熱抵抗体にそれぞれ接続された共通電極及び個別電極とを備えたサーマルヘッドであって、上記発熱抵抗体は、層間絶縁膜を介して積層された複数の発熱抵抗層からなることを特徴とする。

また、本発明のサーマルヘッドの製造方法は、絶縁性の基板上に第１の発熱抵抗層を形成する工程と、上記第１の発熱抵抗層の上に層間絶縁膜を形成する工程と、上記層間絶縁膜の上に、上記第１の発熱抵抗層と電気的に接続された第２の発熱抵抗層を形成する工程と、上記第１の発熱抵抗層に第１の電極層を形成する工程と、上記第２の発熱抵抗層に第２の電極層を形成する工程とを有する。

本発明では、発熱抵抗体を複数の発熱抵抗層の積層構造としたので、基板上における発熱抵抗体の形成面積を大きくすることなく、抵抗層の通電距離を長くとることが可能となる。これにより、ヘッドサイズを大きくすることなく、発熱抵抗体の発熱量を増加させることができ、印画速度や印画特性の向上を図ることができる。

また、比抵抗の比較的低い抵抗材料を用いて発熱抵抗体を作製することが可能となるので、個々の発熱抵抗体の製造バラツキが発熱特性に与える影響を少なくすることができる。すなわち、一様な発熱特性を有する複数の発熱抵抗体を安定して作製することが可能となる。

発熱抵抗体を構成する上記第１，第２の発熱抵抗層は、共通電極と個別電極との間において互いに直列的に接続されることで、抵抗層の通電距離を確保でき、高発熱量の発熱抵抗層を容易に形成することができる。なお、発熱抵抗体を構成する抵抗層は、上記第１，第２の２つの抵抗層に限られず、更に積層数を増加して通電距離を延長させてもよい。

また、本発明に係るサーマルヘッドは、各々の発熱抵抗体に対して共通電極が共通に接続された上記コモン電極構造のサーマルヘッド、あるいは、隣接する２つの発熱抵抗体に対して共通に接続された複数の電極層で共通電極が構成された上記折り返し電極構造のサーマルヘッドに対して、それぞれ適用可能である。

以上述べたように、本発明によれば、ヘッドサイズを大きくすることなく、所要の発熱特性を具備する発熱抵抗体を安定して作製することが可能となる。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態によるサーマルヘッド２０Ａの概略構成を示しており、図１はサーマルヘッド２０Ａの平面図、図２は図１の［２］−［２］線方向断面図である。

本実施形態のサーマルヘッド２０Ａは、絶縁性の基板２１と、この基板２１の上に直線的に複数配置された発熱抵抗体２３と、これら各発熱抵抗体２３に対してそれぞれ個別に接続された個別電極２４と、これら各発熱抵抗体２３に対してそれぞれ共通に接続された共通電極２５と、基板２１上の上記各種機能膜を被覆する保護層２６とを備えている。

基板２１は、ガラス基板等の蓄熱性の高い絶縁性基板で構成されている。また、基板２１は図示するように平板状の基板に限られず、断面円弧形状のグレーズ層を表面に有する基板も適用可能であり、後述するように、このグレーズ層の上に発熱抵抗体２３や電極２４，２５が形成されるように構成してもよい（図９Ａ，Ｂ）。

発熱抵抗体２３は、図２に示すように、層間絶縁膜２７を介して積層された複数の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂで構成されている。本実施形態では、下層側の第１の発熱抵抗層２３ａと上層側の第２の発熱抵抗層２３ｂの２層構造で、発熱抵抗体２３が構成されている。

第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂは、Ｔａ−ＳｉＯ₂やＴａ−Ｎ等の耐熱性のある抵抗材料であって、その比抵抗が比較的低く構成されたものが用いられている。本実施形態では、これら発熱抵抗層２３ａ，２３ｂを同種の抵抗材料（例えばＴａ−ＳｉＯ₂）で構成しているが、互いに異種の抵抗材料で構成されていても構わない。

第１の発熱抵抗層２３ａは、基板２１の上に形成されたＴａ−ＳｉＯ₂膜を長方形状にパターン形成してなり、その長手方向と直交する方向に直線的に微細間隔で複数個配列されている。なお、第１の発熱抵抗層２３ａの平面視形状は図示する長方形状に限られない。

第２の発熱抵抗層２３ｂは、第１の発熱抵抗層２３ａの上に層間絶縁膜２７を介して形成されている。層間絶縁膜２７は、耐熱性及び熱伝導性に優れた電気絶縁膜であれば特に制限されず、例えばＡｌ₂Ｏ₃膜、ＳｉＯ₂膜などが用いられる。第２の発熱抵抗層２３ｂは、その一端側（図２において左端側）の接合部２９を介して、下層側の第１の発熱抵抗層２３ａと接続されている。

第２の発熱抵抗層２３ｂは、層間絶縁膜２７の上に形成されたＴａ−ＳｉＯ₂膜を長方形状にパターン形成してなり、その長手方向と直交する方向に直線的に複数個配列されている。この第２の発熱抵抗層２３ｂの配列間隔は、第１の発熱抵抗層２３ａの配列間隔に対応している。本実施形態において、第２の発熱抵抗層２３ｂは、第１の発熱抵抗層２３ａの直上位置において、第１の発熱抵抗層２３ａと同一形成幅で、かつ第１の発熱抵抗層２３ａよりも短い形成長で形成されている。

次に、発熱抵抗体２３を通電加熱するための電極構造について説明する。本実施形態では、下層側の第１の発熱抵抗層２３ａに共通電極２５が接続され、上層側の第２の発熱抵抗層２３ｂに個別電極２４が接続されている。特に、本実施形態のサーマルヘッド２０Ａにおいては、コモン電極構造で上記各電極２４，２５が構成されている。

共通電極２５は、金や銅などの金属材料からなり、各発熱抵抗体２３の第１の発熱抵抗層２３ａの他端側（図２において右端側）に、配線層２８を介して共通に接続されている。配線層２８は、各発熱抵抗体２３に対して個別に形成されたアルミニウム等の金属膜で構成されている。

一方、個別電極２４は、個々の第２の発熱抵抗層２３ｂの他端側（図２において右端側）にそれぞれ独立して設けられている。この個別電極２４は、第２の発熱抵抗層２３ｂよりも上記他端側に延出形成された層間絶縁膜２７の上に形成されている。個別電極２４は、アルミニウム等の金属膜で構成されている。

また、各個別電極２４は、共通電極２５と同様に、各発熱抵抗体２３の他端側に配列されている。これにより、基板２１上における電極２４，２５の形成面積を少なくすることができるので、基板２１の小型化を図ることが可能となる。

保護層２６は、個別電極２４及び共通電極２５の各々の端子形成部２４ａ，２５ａを除いて、発熱抵抗体２３、個別電極２４及び共通電極２５を被覆している。特に、保護層２６は、発熱抵抗体を構成する発熱抵抗層２３ａ，２３ｂの酸化防止と、インクリボン等との接触による摩耗から発熱抵抗体２３及び電極層２４，２５を保護する目的で形成される。

なお、個別電極２４の端子形成部２４ａ及び共通電極２５の端子形成部２５ａにはそれぞれ図示しないフレキシブル配線基板やボンディングワイヤを介して外部のＩＣ回路素子や制御回路基板に接続されている。なお、上記ＩＣ回路素子は、コンピュータ端末等の外部装置から発信される印画情報に基づいて個々の個別電極２４に電流を供給し、各発熱抵抗体２３毎に通電加熱制御を行う。

以上のように構成される本実施形態のサーマルヘッド２０Ａにおいては、個別電極２４と共通電極２５との間で第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂが接合部２９を介して互いに直列的に接続されている。図３Ａ，Ｂは、発熱抵抗体２３の電極構造を模式的に示す平面図であり、Ａは上層側、Ｂは下層側を示している。上層側の第２の発熱抵抗層２３ｂには個別電極２４が個々に接続され、下層側の第１の発熱抵抗層２３ａには共通電極２５が共通に接続されている。また、第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂはそれぞれ接合部２９ａ，２９ｂを介して互いに接合されている。なお、簡略化のため、配線層２８を共通電極２５の一部とみなし、図３Ｂにおける配線層２８の図示は省略している。

第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂからなる発熱抵抗体２３の各々は、それぞれで１つの画素単位を構成し、個別に通電加熱されることで、発熱抵抗体２３の配列方向と直交する方向に走行する紙などの印画（印字）媒体に対して絵柄や文字などを印刷する。特に、感熱プリンタ用のサーマルヘッドにおいては感熱記録紙に発色記録させ、熱転写プリンタにおいてはインクリボンを昇華させて普通紙等に転写記録させる。

本実施形態のサーマルヘッド２０Ａによれば、各々の発熱抵抗体２３を第１の発熱抵抗層２３ａと第２の発熱抵抗層２３ｂとの積層構造とし、その素子長を層厚方向に折り返すように形成したので、基板２１上における形成面積を大きくすることなく抵抗層の通電距離を長くとることができる。これにより、上述した第１の従来例に係るサーマルヘッド１０Ａ（図１４、１５）と比較して、発熱抵抗体の形成領域を例えば２倍にすることができる。その結果、ヘッドサイズを大きくすることなく、発熱抵抗体２３の発熱量を増加させることができ、印画速度や印画特性の向上を図ることができるようになる。

また、上述の例において、第１の従来例に係るサーマルヘッド１０Ａと同等の発熱量を得るに際し、本実施形態によれば発熱抵抗層の比抵抗を従来の例えば２分の１に低減することができる。比抵抗の比較的低い抵抗材料を用いて発熱抵抗体（第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂ）を作製することにより、個々の発熱抵抗体の製造バラツキが発熱特性に与える影響を少なくすることができる。すなわち、一様な発熱特性を有する複数の発熱抵抗体を安定して作製することが可能となり、発熱量の調整も容易に行えるようになる。

なお、抵抗材料の比抵抗の調整は、例えば、Ｔａ−ＳｉＯ₂で抵抗材料が構成される場合、非金属成分であるＳｉＯ₂の混合比率を調整することで、容易に行うことができる。すなわち、非金属成分を多くすることで比抵抗を高くすることができ、非金属成分を少なくすることで比抵抗を低くすることができる。

次に、以上のように構成される本実施形態のサーマルヘッド２０Ａの一製造方法について図４を参照して説明する。図４は、本実施形態のサーマルヘッド２０Ａの製造方法を説明するための要部の工程断面図である。

まず、図４Ａに示すように、基板２１の上に第１の発熱抵抗層２３ａを形成する工程が行われる。第１の発熱抵抗層２３ａは、基板２１の表面全域に抵抗材料を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いたパターンエッチングによって所定形状に形成される。あるいは、基板２１上に予め形成したレジストパターンの上から抵抗材料を成膜した後、レジストパターンと同時に余分な成膜材料を除去するリフトオフ法を採用してもよい。

次に、図４Ｂに示すように、第１の発熱抵抗層２３ａの上に層間絶縁膜２７を形成する工程が行われる。層間絶縁膜２７は、例えば、第１の発熱抵抗層２３ａを含む基板２１の表面全域に絶縁材料を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いたパターンエッチングによって所定形状に形成される。あるいは、基板２１上に予め形成したレジストパターンの上から絶縁材料を成膜した後、レジストパターンと同時に余分な絶縁材料を除去するリフトオフ法を採用してもよい。

続いて、図４Ｃに示すように、層間絶縁膜２７の上に第２の発熱抵抗体層２３ｂを形成する工程が行われる。この第２の発熱抵抗体層２３ｂは、第１の発熱抵抗体層２３ａの形成方法と同様な方法を用いて形成することができる。このとき、第１，第２の発熱抵抗体層２３ａ，２３ｂは、接合部２９において互いに接合される。

次に、図４Ｄに示すように、第２の発熱抵抗層２３ｂと接続される個別電極２４と、第１の発熱抵抗層２３ａと接続される配線層２８を形成する工程が行われる。本実施形態では、これら個別電極２４と配線層２８とは同種金属で構成されることから、例えばアルミニウム膜を基板２１上に全面成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いたパターンエッチングにより、図示するような加工形状に形成される。

続いて、図５Ｅに示すように、配線層２８と接続される共通電極２５を形成する工程が行われる。共通電極２５は、上述した個別電極２４の形成方法と同様な方法で形成することができる。これにより、配線層２８を介して共通電極２５が第１の発熱抵抗層２３ａに電気的に接続される。

そして、図５Ｆに示すように、基板２１上に保護層２６を形成する工程が行われる。形成された保護層２６には、その後、個別電極２４及び共通電極２５のそれぞれの端子形成部に対応する領域を開口するエッチング工程が行われる。

以上のようにして、第１，第２の発熱抵抗体２３ａ，２３ｂの積層構造からなる発熱抵抗体２３を備えた本実施形態のサーマルヘッド２０Ａが作製される。本実施形態によれば、発熱抵抗体２３を複数の層に亘って形成するようにしたので、発熱抵抗体２３の素子長（通電距離）を従来よりも長くすることができ、これにより、発熱量の調整を任意に設定することが可能となる。また、素子長を大きく構成できる分、比抵抗の低い抵抗材料を用いることが可能となり、これにより、発熱特性のバラツキの少ない発熱抵抗体を安定して作製することが可能となる。

（第２の実施形態）
図５及び図６は、本発明の第２の実施形態によるサーマルヘッド２０Ｂの概略構成を示しており、図５はサーマルヘッド２０Ｂの平面図、図６は図５の［６］−［６］線方向断面図である。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態のサーマルヘッド２０Ｂは、絶縁性の基板２１と、この基板２１の上に直線的に複数配置された発熱抵抗体２３と、これら各発熱抵抗体２３に対してそれぞれ個別に接続された個別電極２４と、隣接する２つの発熱抵抗体２３に対して共通に接続された複数の電極層からなる共通電極２５と、基板２１上の上記各種機能膜を被覆する保護層２６とを備えている。

本実施形態において、発熱抵抗体２３は、上述の第１の実施形態と同様に、層間絶縁膜２７を介して積層された第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂの積層構造からなる。各発熱抵抗体２３を通電するための電極構造は、下層側の第１の発熱抵抗層２３ａに共通電極２５が接続され、上層側の第２の発熱抵抗層２３ｂに個別電極２４が接続されている。第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂは、接合部２９を介して個別電極２４と共通電極２５との間に直列的に接続されている。

本実施形態のサーマルヘッド２０Ｂにおいては、折り返し電極構造で上記各電極２４，２５が構成されている。図７Ａ，Ｂは、本実施形態における発熱抵抗体２３の電極構造を模式的に示す平面図であり、Ａは上層側、Ｂは下層側を示している。上層側の第２の発熱抵抗層２３ｂには個別電極２４が個々に接続され、下層側の第１の発熱抵抗層２３ａには複数の共通電極２５が、隣接する２つの発熱抵抗層２３ａを一単位としてそれぞれ共通に接続されている。また、第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂはそれぞれ接合部２９ａ，２９ｂを介して互いに接合されている。以上の構成の発熱抵抗体２３の各々は、それぞれで１つの画素単位を構成している。

本実施形態のサーマルヘッド２０Ｂによれば、各々の発熱抵抗体２３を第１の発熱抵抗層２３ａと第２の発熱抵抗層２３ｂとの積層構造とし、その素子長を層厚方向に折り返すように形成したので、基板２１上における形成面積を大きくすることなく抵抗層の通電距離を長くとることができる。これにより、上述した第２の従来例に係るサーマルヘッド１０Ｂ（図１６、１７）と比較して、発熱抵抗体の形成領域を例えば２倍にすることができる。その結果、ヘッドサイズを大きくすることなく、発熱抵抗体２３の発熱量を増加させることができ、印画速度や印画特性の向上を図ることができるようになる。

また、本実施形態のサーマルヘッド２０Ｂによれば、各発熱抵抗体２３を層厚方向に折り返して１画素分の画素領域を形成しているので、上述した第２の従来例の構造と比較して、同一基板サイズで発熱抵抗体の配置数すなわち画素数を倍増させることができ、これにより印刷画像の高精細化を図ることが可能となる。また、発熱抵抗層２３ａ，２３ｂの形成長を長くすることにより、発熱抵抗層２３ａ，２３ｂの構成材料の低比抵抗化を図ることができる。また、画素数を同一としたときには基板サイズをはるかに縮小することができ、これによりヘッドサイズの小型化を図ることが可能となる。

さらに、上述の例において、第２の従来例に係るサーマルヘッド１０Ｂと同等の画素サイズで同等の発熱量を得るに際し、本実施形態によれば発熱抵抗層の比抵抗を従来の例えば４分の１に低減することができる。比抵抗の比較的低い抵抗材料を用いて発熱抵抗体（第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂ）を作製することにより、個々の発熱抵抗体の製造バラツキが発熱特性に与える影響を少なくすることができる。すなわち、一様な発熱特性を有する複数の発熱抵抗体を安定して作製することが可能となり、発熱量の調整も容易に行えるようになる。

次に、以上のように構成される本実施形態のサーマルヘッド２０Ｂの一製造方法について図８を参照して説明する。図８は、本実施形態のサーマルヘッド２０Ｂの製造方法を説明するための要部の工程断面図である。

まず、図８Ａに示すように、基板２１の上に第１の発熱抵抗層２３ａを形成する工程が行われる。第１の発熱抵抗層２３ａは、基板２１の表面全域に抵抗材料を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いたパターンエッチングによって所定形状に形成される。あるいは、基板２１上に予め形成したレジストパターンの上から抵抗材料を成膜した後、レジストパターンと同時に余分な成膜材料を除去するリフトオフ法を採用してもよい。

次に、図８Ｂに示すように、第１の発熱抵抗層２３ａの上に層間絶縁膜２７を形成する工程が行われる。層間絶縁膜２７は、例えば、第１の発熱抵抗層２３ａを含む基板２１の表面全域に絶縁材料を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いたパターンエッチングによって所定形状に形成される。あるいは、基板２１上に予め形成したレジストパターンの上から絶縁材料を成膜した後、レジストパターンと同時に余分な絶縁材料を除去するリフトオフ法を採用してもよい。

続いて、図８Ｃに示すように、層間絶縁膜２７の上に第２の発熱抵抗体層２３ｂを形成する工程が行われる。この第２の発熱抵抗体層２３ｂは、第１の発熱抵抗体層２３ａの形成方法と同様な方法を用いて形成することができる。このとき、第１，第２の発熱抵抗体層２３ａ，２３ｂは、接合部２９において互いに接合される。

次に、図８Ｄに示すように、第２の発熱抵抗層２３ｂと接続される個別電極２４と、第１の発熱抵抗層２３ａと接続される共通電極２５を形成する工程が行われる。個別電極２４と共通電極２５は、同一材料を用いて同時に形成されてもよいし、異種材料を用いて別々の工程で形成されてもよい。また、形成順も特に限定されない。

最後に、図８Ｅに示すように、基板２１上に保護層２６を形成する工程が行われる。形成された保護層２６には、その後、個別電極２４及び共通電極２５のそれぞれの端子形成部に対応する領域を開口するエッチング工程が行われる。

以上のようにして、第１，第２の発熱抵抗体２３ａ，２３ｂの積層構造からなる発熱抵抗体２３を備えた本実施形態のサーマルヘッド２０Ｂが作製される。本実施形態によれば、発熱抵抗体２３を複数の層に亘って形成するようにしたので、発熱抵抗体２３の素子長（通電距離）を従来よりも長くすることができ、これにより、発熱量の調整を任意に設定することが可能となる。また、素子長を大きく構成できる分、比抵抗の低い抵抗材料を用いることが可能となり、これにより、発熱特性のバラツキの少ない発熱抵抗体を安定して作製することが可能となる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の各実施形態では、平板状の基板２１の上に発熱抵抗体２３、電極２４，２５および保護層２６を形成してサーマルヘッドを構成するようにしたが、発熱抵抗体２３の下地構造は上記の例に限定されない。

例えば、図９Ａは、基板２１の表面に断面円弧状の突部２２を蓄熱層として形成し、この突部１２の上部に発熱抵抗体２３を形成したサーマルヘッドに対して本発明を適用した例を示している。基板２１は接着材料層３２を介して放熱体３３に接着されている。なお、本例において、発熱抵抗体２３を構成する第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂは、層間絶縁膜２７に設けた層間接続部２９が接合部として構成された例を示している。

また、図９Ｂは、突部１２の内部に空隙部３１を砥石加工等により形成し、この空隙部３１と突部１２表面との間の薄肉部を蓄熱層３０として有するサーマルヘッドに本発明を適用した例を示している。突部１２へ空隙部３１を形成した図示するエアギャップ構造のサーマルヘッドにおいては、空隙部３１内の空気層がガラス層よりも熱伝達特性が低いことから、発熱抵抗体２３直下の蓄熱性を高めてエネルギー効率の向上を図ることができる。また、このサーマルヘッドにおいては、蓄熱層３０が薄肉状に形成されているため、通電解除時における発熱抵抗体２３の放熱性が高められ、これにより印刷速度の向上を図ることが可能となる。

更に、以上の実施形態では、発熱抵抗体２３を構成する第１，第２の発熱抵抗層２３ａ，２３ｂにおいて、上層側の発熱抵抗体２３ｂを下層側の発熱抵抗体２３ａの形成領域上に形成したが、これに代えて、図１０に示すように、上層側の発熱抵抗層２３ｂを、直下の発熱抵抗層２３ａに対してオフセットした位置に形成してもよい。この場合、個々の発熱抵抗体２３の発熱領域を見かけ上、拡大することができる。

本発明の第１の実施形態によるサーマルヘッドの概略構成を示す平面図である。 図１における［２］−［２］線方向断面図である。 図１のサーマルヘッドにおける発熱抵抗体の電極構造を説明するための上層側及び下層側の要部平面図である。 図１のサーマルヘッドの一製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の第２の実施形態によるサーマルヘッドの概略構成を示す平面図である。 図５における［６］−［６］線方向断面図である。 図５のサーマルヘッドにおける発熱抵抗体の電極構造を説明するための上層側及び下層側の要部平面図である。 図５のサーマルヘッドの一製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明に係るサーマルヘッドの構成の変形例を説明するための要部断面図である。 本発明に係るサーマルヘッドの構成の他の変形例を説明するための要部平面図である。 従来のサーマルヘッドの構成の一例を示す概略平面図である。 図１１におけるＡ部の拡大図である。 図１２における［１３］−［１３］線方向断面図である。 第１の従来例によるサーマルヘッドの概略構成を示す平面図である。 図１４における［１５］−［１５］線方向断面図である。 第２の従来例によるサーマルヘッドの概略構成を示す平面図である。 図１６における［１７］−［１７］線方向断面図である。

符号の説明

２０Ａ，２０Ｂ…サーマルヘッド、２１…基板、２２…突部（蓄熱層）、２３…発熱抵抗体、２３ａ…第１の発熱抵抗層、２３ｂ…第２の発熱抵抗層、２４…個別電極、２５…共通電極、２６…保護層、２７…層間絶縁膜、２８…配線層、２９，２９ａ，２９ｂ…接合部、３０…蓄熱層、３１空隙部、３２…接着材料層、３３…放熱体

Claims (8)

1. 絶縁性の基板と、
   前記基板の上に直線的に複数配置された発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体にそれぞれ接続された共通電極及び個別電極とを備えたサーマルヘッドであって、
   前記発熱抵抗体は、層間絶縁膜を介して積層された複数の発熱抵抗層からなる
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 各層の前記発熱抵抗層は、前記共通電極と前記個別電極との間において互いに直列的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記共通電極及び前記個別電極は、それぞれ異なる層の前記発熱抵抗層に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
4. 前記共通電極は、前記複数の発熱抵抗体に対して共通に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
5. 前記共通電極は、隣接する２つの前記発熱抵抗体に対して共通に接続された複数の電極層からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
6. 前記絶縁性基材と前記発熱抵抗体との間には、断面円弧状の蓄熱層が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
7. 前記蓄熱層の内部には、空隙部が形成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のサーマルヘッド。
8. 絶縁性の基板上に第１の発熱抵抗層を形成する工程と、
   前記第１の発熱抵抗層の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜の上に、前記第１の発熱抵抗層と電気的に接続された第２の発熱抵抗層を形成する工程と、
   前記第１の発熱抵抗層に第１の電極層を形成する工程と、
   前記第２の発熱抵抗層に第２の電極層を形成する工程とを有する
   ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
   
   
   
   
   
   

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