JP2817151B2 - 抵抗体の製造方法及びサーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

抵抗体の製造方法及びサーマルヘッドの製造方法

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    • H01C17/06513Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component
    • H01C17/06533Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component composed of oxides

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はハイブリッドICや各種電子部に用いられる抵
抗体とその製造方法,および抵抗体の製造方法及びサー
マルヘッドの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来,ハイブリッドICやサーマルヘッドなどの電子装
置に用いられる抵抗体の製造方法としては、厚膜抵抗ペ
ーストを基板上に塗布し,乾燥して抵抗体を形成する厚
膜方式と,スパッタリング等を用いる薄膜方式が知られ
ている。
前者は例えば酸化ルテニウムとガラスフリットの粉末
混合物を,溶剤と樹脂を混合した有機ビヒクルに分散さ
せた厚膜抵抗ペーストを基板上にスクリーン印刷し,焼
成して抵抗体を形成するものである。
後者は真空技術を応用するもので,例えばタンタル等
の難溶性金属の薄膜をスパッタリングにより基板上に蒸
着し,ホトリソ技術によりパターンを形成して薄膜抵抗
体を形成するものであり,一部のサーマルヘッドの抵抗
体として用いられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし,従来の厚膜抵抗ペーストを用いた厚膜方式で
は抵抗体の形成設備が安価で生産性も高いが,形成され
る抵抗体の膜厚が10μm程度またはそれ以上と厚いこ
と,厚膜ペーストがガラスフリットと酸化ルテニウムの
粉末の原子レベルでは不均一な混合物であることから,
電界に対する強度が弱い,即ち電圧を変えると抵抗値が
ある値以上で急激に変化するという問題点がある。
さらに,形成される抵抗体の抵抗値制御がガラス粉末
と酸化ルテニウムの組成比だけでは困難であり,ガラス
粉末や酸化ルテニウムの粒径のちがい,焼成温度によっ
て抵抗値にバラツキが大きく出てしまったり,組成比,
平均粒径を同じにしても,ロットによって抵抗値が異な
るという問題点がある。
後者の薄膜方式では均一な薄膜抵抗体が得られるが,
設備が高価でありまた生産性が低いことや,着膜後アニ
ール等の熱処理をしなければ,電力に対する強度が弱く
なり抵抗値が変化し易くなるなどの問題点がある。
従って,本発明の目的は前記の問題点を解決するた
め,厚膜方式で均質な薄膜抵抗体を得ること,さらに該
抵抗体を用いた抵抗体素子を提供することである。
〔課題を解決するための手段および作用〕
上記目的を達成するため,本発明は、インジウム(I
n)の有機配位子錯体とケイ素(Si)の有機配位子錯体
を含み、更に鉛(Pb)またはビスマス(Bi)の少なくと
も一種の金属の有機配位子錯体を含む抵抗ペーストを基
板に塗布し、その後焼成して抵抗体を形成するととも
に、前記抵抗ペーストの焼成後の抵抗体中に含まれる前
記インジウム(In)の原子数に対する他の金属(M)の
原子数の和の比(M/In)が0.6〜3であることを特徴と
する抵抗体の製造方法を提供するものである。また抵抗
体からなる複数の発熱体素子を含むサーマルヘッドの製
造方法において、前記抵抗体は、インジウム(In)の有
機配位子錯体とケイ素(Si)の有機配位子錯体を含み、
更に鉛(Pb)またはビスマス(Bi)の少なくとも一種の
金属の有機配位子錯体を含む抵抗ペーストを基板に塗布
し、その後焼成して抵抗体を形成するとともに、前記抵
抗ペーストの焼成後の抵抗体中に含まれる前記インジウ
ム(In)の原子数に対する他の金属(M)の原子数の和
の比(M/In)が0.6〜3であることを特徴とするサーマ
ルヘッドの製造方法を提供するものである。また前記抵
抗体の製造方法において、前記抵抗ペーストを600℃以
上のピーク温度で焼成することを特徴とする抵抗体の製
造方法を提供するものである。そして前記サーマルヘッ
ドの製造方法において、前記抵抗ペーストを600℃以上
のピーク温度で焼成することを特徴とするサーマルヘッ
ドの製造方法を提供するものである。
得られた抵抗体は導電性酸化物である酸化インジウム
(In2O3)と絶縁性酸化物であるその他の金属酸化物の
原子レベルでの均質な混合物の薄膜抵抗体である。
従って,In2O3の導電性酸化物によって抵抗値の大小が
制御でき,SiO2等の絶縁性酸化物によって抵抗値を大き
くするように制御し,両者の存在により抵抗値が制御さ
れる。
またPbまたはBiの少くとも一方の存在により抵抗体薄
膜焼成時にIn等の金属酸化物の結晶析出を抑制し、均質
化することができる。
さらにSiO2は形成される抵抗体薄膜と基板との密着性
を向上される作用をする。
〔実施例〕
本発明の実施例を詳細に説明する。
(1) 実施例1 金属有機物溶液して,例えばエンゲルハード社製のメ
タルレジネート(商品名)の下記の番号のものを使用す
る。
In:A−2307 Si:#28−FC(Siを9.3wt%含有) Pb:#207−A(Pbを27.8wt%含有) Bi:#8365(Bi)を9.3wt%含有) 上記溶液の焼成後の原子数比が所定の値,例えばIn:S
i:Bi=1:0.5:0.5となるような割合で混合し,例えば有
機溶剤α−テルピネオール,樹脂エチルセルロースを使
用して粘度を8000〜20000CPSに調整して抵抗ペーストを
得る。
この抵抗ペーストを150〜400メッシュのステンレスス
クリーンにより,グリーズドアルミナ基板上に印刷塗布
し、120℃で乾燥後,赤外線ベルト焼成炉において800℃
のピーク温度で10分間焼成して基板上に抵抗体膜を形成
する。
形成された抵抗体膜の膜厚は0.1〜0.4μmであり,シ
ート抵抗は45Ω/□〜180Ω/□である。
上記実施例によって形成された抵抗体と従来の酸化ル
テニウム系の厚膜抵抗体についてのSST(Step Stress T
est)強度試験の結果を第1図に示し,第2図に電界強
度・静電気ノイズ強度試験の結果を示す。
第1図において,横軸は電力量ワッテージ(W),縦
軸は抵抗値変化率(%),Iは本発明による抵抗体の特
性,IIは従来の酸化ルテニウム系の厚膜抵抗体の特性を
示す。
SST強度試験は,周知の如く,電力量を変化させて抵
抗変化比を調べるものであり,第1図の場合は1ms幅の
パルスを10ms毎にパルスの高さを変えて,即ち,電圧を
変えることによって抵抗値の変化を調べるものである。
第1図の測定に使用した各抵抗体のサイズは105μm
×150μmであり,膜厚は特性Iの本発明の抵抗体が0.2
0μm,特性IIの従来の抵抗体が15μm,抵抗値は特性Iの
抵抗体が375Ω,特性IIの抵抗体が480Ωである。
第1図から明らかな如く,特性Iで示される本発明に
よる抵抗体は抵抗値変化が少なく,特に通常使用される
1Wまででは変化がほとんどなく,高い信頼性を有する。
また,このSST強度試験に使用したものと同一サイズ
の抵抗素子を使用して,コンデンサ放電にもとづきパル
ス幅40nsecの,電圧値が異なる種々のパルス電圧の印加
試験を行って抵抗値変化を測定したところ,第2図に示
すデータが得られた。第2図において,特性Iは本発明
によるIn/Si/Bi系の抵抗体,特性IIはRnO2系の従来の抵
抗体を示す。なお第2図において,横軸はパルス電圧
(V),縦軸は抵抗値変化率(%)を示し,初めの抵抗
値をRとしパルス電圧印加後の抵抗変化分をΔRとした
ときのΔR/R(%)を示している。
第2図により明らかな如く,特性IIで示される従来の
抵抗体はパルス電圧により抵抗値変化が大きく,しかも
約400V位で熱破壊の発生が生じるのに対し,特性Iで示
される本発明の抵抗体は変化のきわめて小さいことがわ
かる。これにより本発明のものが大きい電界強度の下で
も,また静電ノイズのような強電界を印加させても安定
していることがわかる。
なお上記実施例では焼成後の原子数比がIn:Si:Bi=1:
0.5:0.5となる場合,即ちInと他の金属M(この場合で
はSiとBiの合計)との原子数比(M/In)が1のものにつ
いて述べたが,本発明はこれに限られず,Inと他の金属
Mとの原子数比がM/In=0.6〜3がよい 例えばIn:Si:Pb=1:0.5:0.5ではシート抵抗210Ω/□
の抵抗体が得られた。
なお本発明において、前記M/Inの値が0.6未満では焼
成後の膜が連続したものとはならず、基板との密着力が
ない。また3を超えると、ここに示されている元素で絶
縁体となってしまうので、M/Inが0.6〜3の範囲である
ことが必要である。
本発明の抵抗体において,焼成条件を600℃以上のピ
ーク温度で行うのは600℃以下では抵抗体膜の形成が困
難であることによる。これは第3図に示す如く,抵抗ペ
ーストの熱重量分析によっても明らかである。
即ち,第3図によれば焼成温度が200℃までの重量の
減少は溶剤が発揮したもの(矢印A参照),約300〜500
℃までの重量減少は,有機配位子が金属から分解脱離し
て燃焼したことによるもの(矢印B参照)と考えられ
る。500〜600℃までのゆるやかな重量の減少は,分解し
た炭素残留分の燃焼による。約600℃以上では有機成分
は完全に除去され,各金属元素が完全に酸化物となり抵
抗体膜が形成されると考察される(矢印C参照)。
また,上記実施例では各金属有機物溶液としてエンゲ
ルハード社のメタルレジネートを用いた例について述べ
たが,本発明はこれに限られるものではなくInや他の金
属がカルボン酸やイミダゾール,β−ジケトン,メルカ
プタン類等の有機物と安定な錯体を形成し,その金属有
機物が有機溶剤に溶けるものであれば,各種の金属有機
物を用いることができる。
例えばIn:In(OCO C7H15 Si:Si(O C6H5CH3 Bi:Bi(OCO C7H15 Pb:Pb(OCO C7H15 Al:Al(O C8H16又はAl(OCO C7H15 Sn:Sn(OCO C7H15 等をあげることが出来る。
さらに上記実施例では,抵抗体ペーストの塗布法とし
て,スクリーン印刷を用いた例について説明したが,本
発明はこれに限られず,厚膜形成用として用いられる塗
布法,例えばスピンコート法,ロールコート法あるいは
ディップコート法により抵抗体ペーストを基板上に全面
塗布して焼成後,エッチングして所望の形状の抵抗体を
形成してもよい。
(2) 実施例2 上記実施例1で得られた抵抗体をサーマルヘッド用抵
抗素子として用いた他の実施例について説明する。
第4図はサーマルヘッド用抵抗体素子の構成説明図で
あって,第4図(a)は平面図,第4図(b)はX−Y
線に沿った断面図である。
第4図において,1は共通電極,2は対向電極,3は抵抗体
素子,4はアルミナ基板,5はアンダーグレーズ層,6はオー
バーグレーズ層である。
第4図から明らかな如く,アンダーグレーズ層5を形
成したアルミナ基板4から成るグレーズドアルミナ基板
上に,抵抗体素子3が直接形成されている。この抵抗体
素子3は実施例1で形成されて抵抗体膜より作製され,
各素子毎に分離されており,抵抗体素子の端部からグレ
ーズドアルミナ基板上に共通電極1,抵抗電極2が形成さ
れている。
このサーマルヘッドは次のように作製される。
まず実施例1で示した方法によって発熱用の抵抗体素
子3となる抵抗体膜をグレーズドアルミナ基板上に形成
する。
次にレジスト塗布,露光,現像により,抵抗体のレジ
ストパターンを得る。続いて,フッ化水素酸と硝酸の混
合水溶液をエッチング液として用い,抵抗体膜をエッチ
ングして所望の密度(6〜16ドット/mm)の抵抗体パタ
ーンを得る。
次に,抵抗体上にノリタケ株式会社製の有機金ペース
トD27を全面に印刷して焼成して金膜を形成し,これを
フォトリソエッチングして抵抗体と接続された共通電極
1と対向電極2から成る導体パターンを得る。
さらに保護膜として田中マツセイ株式会社製のガラス
ペーストLS201を印刷した後,焼成してオーバーグレー
ズ層6(第4図(a)では図示省略)を形成してサーマ
ルヘッド用抵抗素子が完成する。
〔発明の効果〕
本発明によれば,従来のガラスフリットを用いた厚膜
抵抗体と同様の安価な設備で抵抗体膜を形成することが
出来るとともに,Inという比較的安価な材料を用いて,
均質で薄い膜として抵抗体を形成することができる。さ
らに,PbまたはBiの少くとも一方の存在により焼成時に
おけるInの結晶析出化を抑制することが出来,抵抗体膜
の均質化がより一層実現出来る。
また抵抗体膜の抵抗値の制御が,導電性酸化物である
In2O3と絶縁性酸化物であるSiO2,PbO等の混合比,即
ち,各金属の組成比によってほぼ安決定出来るため,従
来の厚膜抵抗体にみられた粒径などに起因するロット間
のばらつきなど,他のパラメータを考慮する必要がない
という効果もある。
さらにSiO2の存在により抵抗体薄膜と基板との密着性
が向上する。
また,In,Si,PbまたはBiの有機配位子錯体を含有する
抵抗ペーストを用いることにより,各金属酸化物の原子
レベルでの混合が実現し,形成される抵抗体膜の均質化
が図れる。
その上形成された抵抗体は,従来の厚膜抵抗体に比べ
て電力量による抵抗値変動が小さく信頼性の高い抵抗体
を得うことが出来る。また電界強度も強く,静電気ノイ
ズによる抵抗値の変動がない。
このように厚膜抵抗体の長所と薄膜抵抗体の長所を併
せ持ち,耐電力強度も大きいので,これらの抵抗体を用
いて,フルカラー用プリンタ等に有用な昇華型感熱記録
用サーマルヘッド等,電力量の大きいサーマルヘッドに
用いることの出来る抵抗体素子が得られる。
抵抗体膜が均質であるためにエッチングが可能とな
り,所望の微細線などの形状の抵抗体素子を形成するこ
とができる。
しかもM/Inの値を0.6〜3にすることにより焼成後の
抵抗膜が連続した均質で、しかも基板との発着力のすぐ
れた抵抗体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の抵抗体と従来例の抵抗体のSST強度試
験測定図, 第2図は本発明の抵抗体と従来例の抵抗体の電界強度・
静電気ノイズ強度試験測定図, 第3図は抵抗ペーストの熱重量分析図, 第4図は本発明の一実施例の抵抗素子を用いたサーマル
ヘッドの主要部構成説明図である。 1……共通電極, 2……対向電極, 3……抵抗体素子, 4……アルミナ基板, 5……アンダーグレーズ層, 6……オーバーグレーズ層。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インジウム(In)の有機配位子錯体とケイ
    素(Si)の有機配位子錯体を含み、更に鉛(Pb)または
    ビスマス(Bi)の少なくとも一種の金属の有機配位子錯
    体を含む抵抗ペーストを基板に塗布し、その後焼成して
    抵抗体を形成するとともに、 前記抵抗ペーストの焼成後の抵抗体中に含まれる前記イ
    ンジウム(In)の原子数に対する他の金属(M)の原子
    数の和の比(M/In)が0.6〜3であることを特徴とする
    抵抗体の製造方法。
  2. 【請求項2】抵抗体からなる複数の発熱体素子を含むサ
    ールヘッドの製造方法において、 前記抵抗体は、インジウム(In)の有機配位子錯体とケ
    イ素(Si)の有機配位子錯体を含み、更に鉛(Pb)また
    はビスマス(Bi)の少なくとも一種の金属の有機配位子
    錯体を含む抵抗ペーストを基板に塗布し、その後焼成し
    て抵抗体を形成するとともに、前記抵抗ペーストの焼成
    後の抵抗体中に含まれる前記インジウム(In)の原子数
    に対する他の金属(M)の原子数の和の比(M/In)が0.
    6〜3であることを特徴とするサーマルヘッドの製造方
    法。
  3. 【請求項3】前記抵抗ペーストを600℃以上のピーク温
    度で焼成することを特徴とする請求項1記載の抵抗体の
    製造方法。
  4. 【請求項4】前記抵抗ペーストを600℃以上のピーク温
    度で焼成することを特徴とする請求項2記載のサーマル
    ヘッドの製造方法。
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