JP2009262439A - 発熱抵抗素子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁被膜（アンダーコート）のハンドリングを容易なものとし、絶縁被膜の損傷を低減させることができるとともに、高い歩留まりを確保することができる発熱抵抗素子部品の製造方法を提供すること。
【解決手段】支持基板２の表面に、空洞部７を形成する凹部８を間隔をあけて複数加工する段階と、前記支持基板２の表面の、前記凹部８の配列方向に沿って、複数個の凹部８を跨ぐ領域毎に、凹所１０を加工する段階と、前記凹所１０内に、薄板ガラスからなる絶縁被膜３をそれぞれ載置する段階と、前記支持基板２と前記絶縁被膜３とを接合する段階とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、小型ハンディターミナルに代表される小型情報機器端末に多く搭載されるサーマルプリンタに用いられ、印画データに基づいて複数の発熱素子を選択的に駆動することによって感熱記録媒体に印画を行う発熱抵抗素子部品（サーマルヘッド）の製造方法に関するものである。

近年、サーマルプリンタは小型情報機器端末に多く用いられるようになってきている。小型情報機器端末はバッテリー駆動であるため、サーマルプリンタの省電力化が強く求められ、そのための発熱効率の高いサーマルヘッドが求められている。
サーマルヘッドの高効率化においては、発熱抵抗体の下層に断熱層を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。発熱抵抗体で発生した熱量のうち、発熱抵抗体上方の耐摩耗層に伝達される上方伝達熱量の方が発熱抵抗体下方の絶縁基板に伝達される下方伝達熱量よりも大きくなるので、印字時に必要とされるエネルギー効率が良好となる。
特開２００７−８３５３２号公報

さて、このようなサーマルヘッドを製造する場合、一枚の基板の上に一枚のアンダーコートを載置するようにしていた。そのため、アンダーコートの寸法（特に、長さおよび幅）が大きくなり、ハンドリングがし難く、搬送の途中でアンダーコートが損傷してしまうおそれがあった。
また、基板とアンダーコートとの接合面積が大きくなってしまうので、アンダーコートと基板との間に接着不良箇所が発生し、基板とアンダーコートとが製造工程の途中で剥がれて、歩留まりが低くなってしまうおそれもあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、アンダーコートのハンドリングを容易なものとし、アンダーコートの損傷を低減させることができるとともに、高い歩留まりを確保することができる発熱抵抗素子部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る発熱抵抗素子部品の製造方法は、支持基板の表面に、空洞部を形成する凹部を間隔をあけて複数加工する段階と、前記支持基板の表面の、前記凹部の配列方向に沿って、複数個の凹部を跨ぐ領域毎に、凹所を加工する段階と、前記凹所内に、薄板ガラスからなる絶縁被膜をそれぞれ載置する段階と、前記支持基板と前記絶縁被膜とを接合する段階とを備えている。

本発明に係る発熱抵抗素子部品も製造方法によれば、一枚の支持基板の上に、薄板ガラスからなる絶縁被膜が複数枚載置されることとなり、絶縁被膜の寸法（特に、長さＬ（ｍｍ）および幅Ｂ（ｍｍ））が、一枚の支持基板の上に、絶縁被膜が一枚だけ載置されていた従来の製造方法よりも小さくなるので、絶縁被膜のハンドリングが容易になり、製造工程における絶縁被膜の損傷を低減させることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
また、絶縁被膜を支持基板の表面全体に形成させていた従来の製造方法に比べて、支持基板と絶縁被膜との接合面積を大幅に低減させることができるので、絶縁被膜と支持基板との間に発生する接着不良箇所を低減させることができ、支持基板と絶縁被膜とが製造工程の途中で剥がれてしまうことを防止することができて、高い歩留まりを確保することができる。

上記発熱抵抗素子部品の製造方法において、長さＬ（ｍｍ）、幅Ｂ（ｍｍ）、板厚ｔ（ｍｍ）を有する前記絶縁被膜の長手方向中央部に、０．１（Ｎ）の荷重Ｐを加えて３点曲げ試験を行い、式３ＰＬ／２Ｂｔ^２により得られる発生応力σ（ＭＰａ）が１０００以下となるように、前記絶縁被膜の寸法が設定されているとさらに好適である。

このような発熱抵抗素子部品の製造方法によれば、絶縁被膜自身の強度が確保され、絶縁被膜自身が損傷を受け難く（割れ難く）なっているので、絶縁被膜のハンドリングがさらに容易になり、製造工程における絶縁被膜の損傷をさらに低減させることができて、製造コストの低減化をさらに図ることができる。

上記発熱抵抗素子部品において、前記凹所の長さＥＬ（ｍｍ）から前記絶縁被膜の長さＬ（ｍｍ）をひいた値、および前記凹所の幅ＥＢ（ｍｍ）から前記絶縁被膜の幅Ｂ（ｍｍ）をひいた値が、それぞれ０．１〜０．４（ｍｍ）となるように、前記前記凹所の長さＥＬ（ｍｍ）および前記凹所の幅ＥＢ（ｍｍ）が設定されているとさらに好適である。

このような発熱抵抗素子部品の製造方法によれば、凹所内に、凹所よりも小さい（例えば、一回り小さい）薄板ガラスからなる絶縁被膜が一枚ずつ嵌め入れられることとなるので、従来の製造方法で必要とされていた支持基板と絶縁被膜との精確な位置合わせおよび位置ずれ防止のための仮固定を不要とすることができ、製造工程の簡略化を図ることができる。

本発明によれば、絶縁被膜のハンドリングを容易なものとし、絶縁被膜の損傷を低減させることができるとともに、高い歩留まりを確保することができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法について、図１から図４を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法により製造された発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドの平面図であり、保護膜を取り除いた状態を示す図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３（Ａ）から図３（Ｃ）は本実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法を説明するための工程図、図４は本実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法を説明するための図であって、図３（Ｂ）の工程を上方から見た平面図である。

本実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法により製造された発熱抵抗素子部品１は、サーマルプリンタに用いられるサーマルヘッド（以下、「サーマルヘッド」という。）である。
図２に示すように、サーマルヘッド１は、支持基板（以下、「基板」という。）２と、基板２の上に形成されたアンダーコート（絶縁皮膜）３とを備えている。また、図１および図２に示すように、アンダーコート３の上には複数の発熱抵抗体４が一方向に間隔をあけて形成され、発熱抵抗体４には配線５が接続されている。配線５は、発熱抵抗体４の配列方向に直交する印刷対象物送り方向（搬送方向：配列方向）の一端に接続される共通配線５ａと、他端に接続される個別配線５ｂとから構成されている。さらに、図２に示すように、サーマルヘッド１は、発熱抵抗体４および配線５の上面を被覆する保護膜６を備えている。
なお、発熱抵抗体４が実際に発熱する部分（以下、「発熱部」という。）は、配線５と重ならない部分である。

図１および図２に示すように、基板２の表面（図２において上側の面）には、空洞部（中空断熱層）７を形成する凹部８が形成されている。
凹部８は発熱抵抗体４毎に空洞部（中空断熱層）７を形成するように設けられており、凹部８と凹部８との間はドット間隔壁９で隔てられている（仕切られている）。そして、凹部８の底面（基板２の表面に平行な面）および壁面（基板２の表面と直交する面）と、アンダーコート３の裏面（図２において下側の面）とで形成される（密閉される）空間は、それぞれ空洞部７を構成している。
また、基板２の表面に、複数の凹部８が形成されることにより、凹部８と凹部８との間に位置するドット間隔壁９の表面（図２において上側の面）全体がアンダーコート３の裏面と接触することとなる。すなわち、凹部８と凹部８とは、ドット間隔壁９によって区画される（仕切られる）こととなる。

つぎに、図３（Ａ）から図３（Ｃ）および図４を用いて、本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法について説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、一定の厚さを有する基板２の表面の、発熱抵抗体４が形成される領域毎に、空洞部７を形成する凹部８を加工する。基板２の材料としては、例えば、ガラス基板、単結晶シリコン基板等が用いられる。また、基板２の厚みは、３００μｍ〜１ｍｍ程度である。
凹部８は、例えば、基板２の表面に、サンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工等を施すことによって形成される。

なお、基板２にサンドブラストによる加工を施す場合には、基板２の表面にフォトレジスト材を被服し、このフォトレジスト材を所定パターンのフォトマスクを用いて露光して、凹部８を形成する領域以外の部分を固化させる。その後、基板２の表面を洗浄して固化していないフォトレジスト材を除去することで、凹部８を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクを得る。この状態で、基板２の表面にサンドブラストを施すことで、所定深さの凹部８を得る。
エッチングによる加工を施す場合には、同様に、基板２の表面に凹部８を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクを形成し、この状態で、基板２の表面にエッチングを施すことで、所定深さの凹部８を得る。このエッチング処理には、単結晶シリコンの場合、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム溶液、ＫＯＨ溶液、フッ酸と硝酸の混合液によるエッチング液等によるウェットエッチングが、また、ガラス基板の場合、フッ酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチングが行われる。そのほか、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチング等のドライエッチングが用いられる。

つぎに、基板２の表面からエッチングマスクを全て除去した後、図３（Ｂ）および図４に示すように、基板２の表面の、凹部８の配列方向に沿って、一製品分に対応する複数個（本実施形態では１３個）の凹部８を跨ぐ領域毎に、平面視矩形状（本実施形態では長方形状）の凹所１０を、凹部８と同様の方法で加工する。

つづいて、各凹所１０内に、凹所１０よりも小さい（例えば、一回り小さい）薄板ガラスからなるアンダーコート３を一枚ずつ載置していき（嵌め入れていき）、全ての凹所１０内にアンダーコート３を入れ終えたら、基板２とアンダーコート３とを接合する。
なお、ガラスからなる基板２と薄板ガラスからなるアンダーコート３とを接合する場合は、接着層を用いない熱融着で接合する。ガラスからなる基板２と薄板ガラスからなるアンダーコート３との接合処理は、ガラスからなる基板２および薄板ガラスからなるアンダーコート３の徐冷点以上で、かつ、軟化点以下の温度で行われる。そのため、基板２およびアンダーコート３の形状精度を保つことができ、信頼性が高い。

また、薄板ガラスからなるアンダーコート３は、長さＬ（ｍｍ）が長い（大きい）と割れやすく、幅Ｂ（ｍｍ）が狭い（小さい）と割れやすく、板厚ｔ（ｍｍ）が薄い（小さい）と割れやすい。
ここで、図５に示すような方法で、ある寸法（長さＬ（ｍｍ）、幅Ｂ（ｍｍ）、および板厚ｔ（ｍｍ））を有する薄板ガラスの長手方向中央部に０．１（Ｎ）の荷重Ｐを加え、その薄板ガラスが割れるか否かの３点曲げ試験を行った。図６はその試験結果を示す図表であり、図６中のσは式３ＰＬ／２Ｂｔ^２により得られる発生応力（ＭＰａ）、判定「○」は薄板ガラスが割れなかったこと、判定「×」は薄板ガラスが割れてしまったことを示している。そして、図６から、σの値が１０００以下であれば薄板ガラスは割れず、１０００を超えると薄板ガラスは割れると考えられる。
したがって、凹所１０内に載置される（嵌め込まれる）アンダーコート３の寸法としては、σ≦１０００の条件（より好ましくは、σ≦５００の条件）を満たす必要がある。

一方、図７に示す凹所１０の長さＥＬ（ｍｍ）および幅ＥＢ（ｍｍ）は、ＥＬ−Ｌ＝０．１〜０．４（ｍｍ）、ＥＢ−Ｂ＝０．１〜０．４（ｍｍ）に設定され、図示しない凹所１０の深さｈは、アンダーコート３の板厚ｔと同じかそれよりも若干（わずかに）小さい値に設定されている。
なお、ＥＬ−Ｌ＝０．１（ｍｍ）、ＥＢ−Ｂ＝０．１（ｍｍ）であれば、アンダーコート３は凹所１０内にがたつきなくすっぽりと嵌り込むこととなり、０．１（ｍｍ）＜ＥＬ−Ｌ≦０．４（ｍｍ）、０．１（ｍｍ）＜ＥＢ−Ｂ≦０．４（ｍｍ）であれば、多少のがたつき（ずれ）はあるものの何ら問題なく製造することができることとなる。

つづいて、このようにして形成したアンダーコート３の上に、発熱抵抗体４（図２参照）、個別配線５ｂ、共通配線５ａ（図２参照）、保護膜６（図２参照）を順次形成する。なお、発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成する順序は任意である。
これら発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、共通配線５ａ、保護膜６は、従来のサーマルヘッドにおけるこれら部材の製造方法を用いて作製することができる。具体的には、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長法）、蒸着等の薄膜形成法を用いて絶縁皮膜上にＴａ系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料の薄膜を成膜し、この発熱抵抗体材料の薄膜をリフトオフ法やエッチング法等を用いて成形することにより所望の形状の発熱抵抗体を形成する。
同様に、アンダーコート３の上に、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜してこの膜をリフトオフ法、もしくはエッチング法を用いて形成したり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成する等して、所望の形状の個別配線５ｂおよび共通配線５ａを形成する。
このようにして発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成した後、アンダーコート３の上にＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜して、保護膜６を形成する。

本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法によれば、一枚の基板２の上に、薄板ガラスからなるアンダーコート３が複数枚載置されることとなり、アンダーコート３の寸法（特に、長さＬ（ｍｍ）および幅Ｂ（ｍｍ））が、一枚の基板２の上に、アンダーコート３が一枚だけ載置されていた従来の製造方法よりも大幅に小さくなるので、アンダーコート３のハンドリングが容易になり、製造工程におけるアンダーコート３の損傷を大幅に低減させることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
また、本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法によれば、凹所１０内に、凹所１０よりも小さい（例えば、一回り小さい）薄板ガラスからなるアンダーコート３が一枚ずつ嵌め入れられることとなるので、従来の製造方法で必要とされていた基板２とアンダーコート３との精確な位置合わせおよび位置ずれ防止のための仮固定を不要とすることができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法によれば、アンダーコート３を基板２の表面全体に形成させていた従来の製造方法に比べて、基板２とアンダーコート３との接合面積を大幅に低減させることができるので、アンダーコート３と基板２との間に発生する接着不良箇所を低減させることができ、基板２とアンダーコート３とが製造工程の途中で剥がれてしまうことを防止することができて、高い歩留まりを確保することができる。

本発明の第２実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法について、図８を用いて説明する。
図８は本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための図であって、図３（Ｂ）の工程に対応する工程を上方から見た平面図である。
図８に示すように、本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法では、基板２の表面に、凹部８の配列方向に沿って、四製品分に対応する複数個（本実施形態では５２個）の凹部８を跨ぐ領域毎に、平面視矩形状（本実施形態では長方形状）の凹所２０が形成される段階を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の点については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその他の点についての説明は省略する。

本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法によれば、薄板ガラスからなるアンダーコート３の枚数が第１実施形態のものよりも少なくなる（第１実施形態の１／４になる）ので、基板２の上にアンダーコート３を載置しにいく回数が少なくなり（第１実施形態の１／４になり）、製造工程の簡略化を図ることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明の第３実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法について、図９を用いて説明する。
図９は本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための図であって、図３（Ｂ）の工程に対応する工程を上方から見た平面図である。
図９に示すように、本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法では、基板２の表面に、凹部８の配列方向および搬送方向（配列方向と直交する方向）に沿って、八製品分に対応する複数個（本実施形態では１０４個）の凹部８を跨ぐ領域毎に、平面視矩形状（本実施形態では長方形状）の凹所３０が形成される段階を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の点については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその他の点についての説明は省略する。

本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法によれば、薄板ガラスからなるアンダーコート３の枚数が第１実施形態のものよりも少なくなる（第１実施形態の１／８になる）ので、基板２の上にアンダーコート３を載置しにいく回数が少なくなり（第１実施形態の１／８になり）、製造工程の簡略化を図ることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。

なお、本発明に係るサーマルヘッドの製造方法は、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形実施、変更実施、および組合せ実施可能である。
例えば、上述した実施形態では、基板２の表面に凹部８を形成した後、凹所１０，２０，３０を形成させるものについて説明したが、凹所１０，２０，３０を形成した後、凹部８を形成させるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法により製造された発熱抵抗素子部品の平面図であり、保護膜を取り除いた状態を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 （Ａ）から（Ｃ）は本発明の第１実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法を説明するための工程図である。 本発明の第１実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法を説明するための図であって、図３（Ｂ）の工程を上方から見た平面図である。 ３点曲げ試験の概念図である。 ある寸法（長さＬ（ｍｍ）、幅Ｂ（ｍｍ）、および板厚ｔ（ｍｍ））を有する薄板ガラスの長手方向中央部に０．１（Ｎ）の荷重Ｐを加え、その薄板ガラスが割れるか否かの３点曲げ試験の試験結果を示す図表である。 図３（Ｃ）の工程を上方から見た平面図であって、一組の凹所およびアンダーコートを拡大した図である。 本発明の第２実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法を説明するための図であって、図３（Ｂ）の工程に対応する工程を上方から見た平面図である。 本発明の第３実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法を説明するための図であって、図３（Ｂ）の工程に対応する工程を上方から見た平面図である。

符号の説明

１ サーマルヘッド（発熱抵抗素子部品）
２ 基板（支持基板）
３ アンダーコート（絶縁被膜）
７ 空洞部
８ 凹部
１０ 凹所
２０ 凹所
３０ 凹所

Claims (3)

1. 支持基板の表面に、空洞部を形成する凹部を間隔をあけて複数加工する段階と、
   前記支持基板の表面の、前記凹部の配列方向に沿って、複数個の凹部を跨ぐ領域毎に、凹所を加工する段階と、
   前記凹所内に、薄板ガラスからなる絶縁被膜をそれぞれ載置する段階と、
   前記支持基板と前記絶縁被膜とを接合する段階とを備えている発熱抵抗素子部品の製造方法。
2. 長さＬ（ｍｍ）、幅Ｂ（ｍｍ）、板厚ｔ（ｍｍ）を有する前記絶縁被膜の長手方向中央部に、０．１（Ｎ）の荷重Ｐを加えて３点曲げ試験を行い、式３ＰＬ／２Ｂｔ^２により得られる発生応力σ（ＭＰａ）が１０００以下となるように、前記絶縁被膜の寸法を設定した請求項１に記載の発熱抵抗素子部品の製造方法。
3. 前記凹所の長さＥＬ（ｍｍ）から前記絶縁被膜の長さＬ（ｍｍ）をひいた値、および前記凹所の幅ＥＢ（ｍｍ）から前記絶縁被膜の幅Ｂ（ｍｍ）をひいた値が、それぞれ０．１〜０．４（ｍｍ）となるように、前記前記凹所の長さＥＬ（ｍｍ）および前記凹所の幅ＥＢ（ｍｍ）を設定した請求項２に記載の発熱抵抗素子部品の製造方法。

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