JP2910895B2 - Thermal head - Google Patents

Thermal head

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JP2910895B2
JP2910895B2 JP5051272A JP5127293A JP2910895B2 JP 2910895 B2 JP2910895 B2 JP 2910895B2 JP 5051272 A JP5051272 A JP 5051272A JP 5127293 A JP5127293 A JP 5127293A JP 2910895 B2 JP2910895 B2 JP 2910895B2
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heating resistor
thermal head
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electrode
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博之 櫛田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】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に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head used for a thermal printer or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、熱印字記録装置の形式として
は、感熱紙を使用するもの、インクリボンを用いて普通
紙にインクを熱転写するもの、昇華性染料を用いてイン
ク蒸気により記録するものなど種々の形式のものが存在
する。このような熱印字記録装置において、高速度化、
カラー化、多重記録化、階調記録化等が進んでいる。
2. Description of the Related Art In general, thermal printing recording apparatuses are of the type using thermal paper, those using thermal transfer of ink to plain paper using an ink ribbon, those using sublimable dyes for recording with ink vapor, and the like. There are various types. In such a thermal print recording device, high speed,
Colorization, multiplex recording, gradation recording, and the like are in progress.

【0003】このような高機能化を達成するためには、
サーマルヘッドの高性能化が必要となる。まずサーマル
ヘッドの高速化を実現するにはサーマルヘッドの発熱抵
抗体への通電時間を短縮し、さらに印加電力を増大して
発熱抵抗体層の発熱温度を向上させる必要がある。そこ
で、このような要請に応えるサーマルヘッドとしては、
発熱抵抗体層をTa−SiO2 系とし電極層をCr/P
b/Auとすることが特公昭56−37071号公報
に、発熱抵抗体層をZr−Al2 3 系とし電極層をC
r/Au/Crとすることが特公昭63−7442号公
報に、発熱抵抗体層をCr−CrO−Si−SiO系と
し電極層をC/Alとすることが特公平1−47871
号公報に、発熱抵抗体層を酸化ルテニウムとし電極層を
Ti/Auとする特開昭60−157884号公報に、
発熱抵抗体層を酸化ルテニウムとし電極層をAuとする
ことが特開平2−177502号公報に各々示されてい
る。
In order to achieve such high functionality,
It is necessary to improve the performance of the thermal head. First, in order to increase the speed of the thermal head, it is necessary to shorten the energizing time to the heating resistor of the thermal head and further increase the applied power to improve the heating temperature of the heating resistor layer. Therefore, as a thermal head that meets such demands,
The heating resistor layer is made of Ta-SiO 2 and the electrode layer is made of Cr / P
Japanese Patent Publication No. 56-37071 discloses that the heating resistor layer is made of Zr—Al 2 O 3 and the electrode layer is made of C / b.
Japanese Patent Publication No. Sho 63-7442 discloses that the heating resistor layer is made of Cr-CrO-Si-SiO and the electrode layer is made of C / Al.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-157888 discloses a heating resistor layer made of ruthenium oxide and an electrode layer made of Ti / Au.
JP-A-2-177502 discloses that the heating resistor layer is made of ruthenium oxide and the electrode layer is made of Au.

【0004】またサーマルヘッドの長寿命化を達成させ
るには、一つにサーマルヘッドの腐食を防止させる必要
がある。そこでこのような要請に応えるサーマルヘッド
としては、発熱抵抗体をTa2 N系とし電極層をAl/
Moとすることが特開昭62−97391号公報に、発
熱抵抗体をTa2 N系とし電極層をAl/Niとするこ
とが特開昭62−158063号公報に各々提案されて
いる。
[0004] In order to extend the life of the thermal head, it is necessary to prevent corrosion of the thermal head. Therefore, as a thermal head that meets such a demand, the heating resistor is made of Ta 2 N and the electrode layer is made of Al / Al.
Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 62-97391 proposes to use Mo, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-158063 proposes that the heating resistor is made of Ta 2 N and the electrode layer is made of Al / Ni.

【0005】また他の従来例として本出願人が出願した
特開平01−728 62号公報に示したマルヘッドを
図3に示す。Aはアルミナ基板1の表面にガラスグレー
ズ層2と酸化ルテニウム(RuO)等の発熱抵抗体層
3とが一様に順次積層されており、この発熱抵抗体層鵜
3の上にAl・Si層4及びAl層5の二重構造よりな
る対をなす電極層6が形成されている。そして、この電
極層6と発熱抵抗体層3とが図3に示すような所定断面
形状にパターニングされることで対をなす電極層6の両
極間に位置する部位の発熱抵抗体層3が発熱素子とな
り、さらにこのようにしてパターニングされた発熱抵抗
体層3ど電極層6との上に、Al保護層7とSi
C保護層8とからなる複合保護層9が一様に積層されて
いる。
FIG. 3 shows another conventional example of a mulled head disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 01-72862 filed by the present applicant. In A, a glass glaze layer 2 and a heating resistor layer 3 such as ruthenium oxide (RuO 2 ) are uniformly laminated on the surface of an alumina substrate 1, and Al · Si is formed on the heating resistor layer 3. An electrode layer 6 is formed as a pair having a double structure of the layer 4 and the Al layer 5. The electrode layer 6 and the heating resistor layer 3 are patterned into a predetermined cross-sectional shape as shown in FIG. 3, so that the heating resistor layer 3 at a portion located between both poles of the pair of electrode layers 6 generates heat. An Al 2 O 3 protective layer 7 and a Si layer were formed on the heating resistor layer 3 and the electrode layer 6 thus patterned.
A composite protective layer 9 including a C protective layer 8 is uniformly laminated.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述の図3に示すよう
な構造のサーマルヘッドでは、対をなす電極層6の両極
間に位置する部位の発熱抵抗体層3を局所的に発熱させ
ることができるので、この発熱動作を制御することで感
熱紙などに画像印刷を行うことができる。ここで、前記
のようなサーマルヘッドの電極層6に対しては、十分に
低い電気抵抗率、発熱抵抗体層6等に対する密着性、耐
熱性及び耐蝕性等の条件が必要とされており、またサー
マルプリンタの画像印刷の高速化や高解像度化を実現す
るためにはサーマルヘッドの発熱温度を向上させる必要
があるため、現在ではサーマルヘッドの表面温度は35
0〜450(℃)とすることが要望されている。ここで
例えば、電気抵抗率が低い材料としては上述したアルミ
ニウムの他に銅や金なども利用されているが、これらの
銅や金は発熱抵抗体層3等に対する密着性が良好でな
く、特に銅は耐蝕性が十分でないので好ましくない。
In the thermal head having the structure shown in FIG. 3, the heating resistor layer 3 located between the poles of the pair of electrode layers 6 can locally generate heat. Therefore, by controlling this heat generation operation, an image can be printed on thermal paper or the like. Here, for the electrode layer 6 of the thermal head as described above, conditions such as sufficiently low electric resistivity, adhesion to the heating resistor layer 6, etc., heat resistance, corrosion resistance, and the like are required. Further, in order to realize high-speed image printing and high resolution of the thermal printer, it is necessary to increase the heat generation temperature of the thermal head.
It is required to be 0 to 450 (° C.). Here, for example, as a material having a low electric resistivity, copper or gold is used in addition to the above-mentioned aluminum, but these copper and gold have poor adhesion to the heating resistor layer 3 and the like. Copper is not preferred because of insufficient corrosion resistance.

【0007】その点、図3に示すものではアルミニウム
やアルミ合金は、発熱抵抗体層3等に対する密着性が良
好でボンディングを可能とするので生産性が良好であ
る。しかし、その接合部に不安定な接触抵抗を生じ、ま
たアルミニウムはその融点が低く再結晶温度が200
(℃)前後と低いために耐熱性が十分でない。
On the other hand, in the structure shown in FIG. 3, aluminum and aluminum alloy have good adhesion to the heating resistor layer 3 and the like and enable bonding, so that productivity is good. However, an unstable contact resistance occurs at the joint, and aluminum has a low melting point and a recrystallization temperature of 200.
(° C), the heat resistance is not enough due to the low temperature.

【0008】さらに、上述のように電極層6の耐熱性が
十分でないと、この上に保護層7を形成する際の基材つ
まり、発熱抵抗体層3、電極層6等を形成したアルミナ
基板1の温度も低く維持する必要があるので、これは保
護層7の形成方法などの条件が限定されることになって
好ましくない。前記各公報に示されているサーマルヘッ
ドは発熱抵抗体層は発熱温度を高める材料が用いられて
いるものの、電極層はAu、Cr、Al等が用いられて
いるため、耐熱性、密着性等の問題がある。
Furthermore, if the heat resistance of the electrode layer 6 is not sufficient as described above, the base material on which the protective layer 7 is formed, that is, the alumina substrate on which the heating resistor layer 3, the electrode layer 6, etc. are formed, is formed. Since it is necessary to keep the temperature of 1 low, this is not preferable because conditions such as a method of forming the protective layer 7 are limited. In the thermal head disclosed in each of the above publications, the heating resistor layer is made of a material that raises the heating temperature, but the electrode layer is made of Au, Cr, Al or the like, so that heat resistance, adhesion, etc. There is a problem.

【0009】本発明は、上記の電極層に用いる材料を選
択することにより問題点を解決し、耐熱性、密着性、耐
腐食性を向上させて高性能で信頼性や生産性も良好なサ
ーマルヘッドを提供するものである。
The present invention solves the above-mentioned problems by selecting the material used for the above-mentioned electrode layer, and improves the heat resistance, adhesion and corrosion resistance to improve the thermal performance and the reliability and the productivity. A head is provided.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】基板上に少なくとも発熱
抵抗体層と電極層と保護層とを順次積層形成したサーマ
ルヘッドにおいて、前記発熱抵抗体層を酸化物を含有す
る材料で形成し、前記電極層の少なくとも前記発熱抵抗
体層に接合する部分を元素記号Ti、Zr、Hf、V、
Nb、Ta、Cr、Mo、Wで表される金属の少なくと
も1つを主成分として窒素を含有する材料で形成し、ま
た前記電極層の少なくとも前記保護層に接合する部分を
元素記号Ti、Zr、Hfで表される金属の少なくとも
1つを主成分とし窒素を含有する材料で形成した
In a thermal head in which at least a heating resistor layer, an electrode layer and a protective layer are sequentially formed on a substrate, the heating resistor layer is formed of a material containing an oxide. At least a portion of the electrode layer that is joined to the heating resistor layer is represented by element symbols Ti, Zr, Hf, V,
At least one of the metals represented by Nb, Ta, Cr, Mo, and W is formed of a material containing nitrogen as a main component. , Formed of a material containing at least one metal represented by Hf as a main component and containing nitrogen.

【0011】[0011]

【作用】電極層の耐熱性と発熱抵抗体層に対する密着性
とを共に良好にすることができるので、サーマルヘッド
の発熱温度を向上させて画像印刷の高速化や高解像度化
に寄与することができ、さらに、保護層を形成する際の
基材温度を高温にしてサーマルヘッドの生産性向上に寄
与することもでき、また、保護層のピンホール、クラッ
ク部などから進入するイオン等による電極の腐食を防止
することもできるため、高性能で信頼性や生産性も良好
なサーマルヘッドを得ることができる。
[Function] Since both the heat resistance of the electrode layer and the adhesion to the heating resistor layer can be improved, it is possible to improve the heat generation temperature of the thermal head, thereby contributing to faster image printing and higher resolution. Further, it is possible to raise the substrate temperature when forming the protective layer and to contribute to the improvement of the productivity of the thermal head.Also, it is possible to improve the productivity of the electrode by ions or the like entering from pinholes and cracks of the protective layer. Since corrosion can be prevented, a thermal head with high performance and good reliability and productivity can be obtained.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の実施例を図1乃至図2に基づいて説
明する。まず、このサーマルヘッド10は、図1に例示
するように、アルミナ等のセラミック基板11上にグレ
ーズ層12が一様に形成されており、この上に酸化ルテ
ニウム等の酸化物を含有した発熱抵抗体層13が積層形
成されている。そして、この発熱抵抗体層13の上に積
層形成された電極層14は、所謂耐火金属であるニオブ
等を主成分として窒素を含有した材料からなる第一電極
層15とアルミニウム等からなる第二電極層16とを積
層形成した二層構造となっており、この上に形成された
保護層17も、Si−O−N等からなる第一保護層18
とSiC等からなる第二保護層19とを積層形成した二
層構造となっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1, in this thermal head 10, a glaze layer 12 is uniformly formed on a ceramic substrate 11 made of alumina or the like, and a heating resistor containing an oxide such as ruthenium oxide is formed thereon. The body layer 13 is formed by lamination. The electrode layer 14 formed on the heating resistor layer 13 has a first electrode layer 15 made of a material containing nitrogen as a main component, which is a so-called refractory metal such as niobium, and a second electrode layer made of aluminum or the like. It has a two-layer structure in which an electrode layer 16 and a protective layer 17 are formed on the first protective layer 18 made of Si-ON or the like.
And a second protective layer 19 made of SiC or the like.

【0013】なお、このサーマルヘッド10では、所定
形状にパターニングした電極層14,14の両極間に位
置する発熱抵抗体層13で発熱素子20を形成できるの
で、このような発熱素子20を副走査方向や主走査方向
に連設することでシリアル形式やライン形式のサーマル
ヘッド10を実現できるようになっている。
In the thermal head 10, since the heating element 20 can be formed by the heating resistor layer 13 located between both poles of the electrode layers 14 and 14 patterned in a predetermined shape, such a heating element 20 is sub-scanned. The serial or line type thermal head 10 can be realized by connecting the thermal head 10 in the direction or the main scanning direction.

【0014】このような構成において、このサーマルヘ
ッド10では、電極層14,14の両極間に印加する電
圧を制御して所望の発熱素子20を発熱させることで感
熱紙などにドットマトリクス形式の画像印刷を行うよう
になっている。
In such a configuration, the thermal head 10 controls a voltage applied between both electrodes of the electrode layers 14 and 14 to generate a desired heating element 20 to generate a dot matrix image on thermal paper or the like. Printing is performed.

【0015】ここで、このようなサーマルヘッド10の
製作方法の具体例を以下に説明する。まず、このサーマ
ルヘッド10の発熱抵抗体層13は、例えば酸化バリウ
ム・ルテニウム(BaRuO3 )ターゲット、酸化バリ
ウム・ルテニウム(BaRuO3 )とチタン酸バリウム
(BaTiO3 )との混合ターゲット、酸化チタンと酸
化ルテニウムとの混合ターゲット、タンタルと酸化シリ
コンとの混合ターゲット、またはニオブと酸化シリコン
との混合ターゲット等のように酸化物を含有する材料
を、RF(Radio-Frequency )スパッタリングで膜厚5
00〜3000(Å)に成膜することなどで形成され
る。
Here, a specific example of a method of manufacturing such a thermal head 10 will be described below. First, the heating resistor layer 13 of the thermal head 10 includes, for example, a barium / ruthenium oxide (BaRuO 3 ) target, a mixed target of barium / ruthenium oxide (BaRuO 3 ) and barium titanate (BaTiO 3 ), titanium oxide and oxide A material containing an oxide, such as a mixed target of ruthenium, a mixed target of tantalum and silicon oxide, or a mixed target of niobium and silicon oxide, is subjected to RF (Radio-Frequency) sputtering to a thickness of 5 nm.
It is formed by forming a film in the range of 00 to 3000 (Å).

【0016】そして、上述のようにして形成した発熱抵
抗体層13上に位置する第一電極層15は、例えば、ニ
オブターゲットやニオブとチタンとの混合ターゲット
(Nb:Ti=9:1(wt%))等のように所謂耐火
金属を主成分とする材料を、全圧(アルゴン+窒素)
4.0〜20.0(mTorr)で窒素/全ガス(アルゴン
+窒素)流量が0〜50(%)の混合ガス中で、電力2
00〜1500(W)の反応性RFスパッタリングで膜
厚200〜2000(Å)に成膜することなどで形成さ
れる。
The first electrode layer 15 located on the heating resistor layer 13 formed as described above is made of, for example, a niobium target or a mixed target of niobium and titanium (Nb: Ti = 9: 1 (wt. %)), And so on, at a total pressure (argon + nitrogen)
In a mixed gas of 4.0 to 20.0 (mTorr) and a flow rate of nitrogen / total gas (argon + nitrogen) of 0 to 50 (%), power 2
It is formed by, for example, forming a film with a thickness of 200 to 2000 (Å) by reactive RF sputtering of 00 to 1500 (W).

【0017】ついで、上述のようにして形成した第一電
極層15上に位置する第二電極層16は、アルミニウム
をスパッタリングで膜厚1.0〜2.0(μm)に成膜
することなどで形成し、これら第一・第二電極層15、
16をフォトリソグラフィーで所定形状にパターニング
することで電極層14が形成される。
Next, the second electrode layer 16 located on the first electrode layer 15 formed as described above is formed by sputtering aluminum to a thickness of 1.0 to 2.0 (μm). And the first and second electrode layers 15,
The electrode layer 14 is formed by patterning 16 into a predetermined shape by photolithography.

【0018】そして、上述のようにして形成した発熱抵
抗体13と電極層14の上に位置する第一・第二保護層
18、19は、Si−O−NとSiCとをRFスパッタ
リングでそれぞれ膜厚2(μm)に成膜することなどで
形成され、その際の基材温度は150(℃)程度とされ
る。また、このような保護層17のSi−O−Nは、プ
ラズマCVD法(Chemical Vapor Deposition )で形成
することも可能であり、このプラズマCVD法による保
護層17の成膜にはSiH4 、N2 O、NH3、N2
スが利用され、その際の基材温度は300〜400
(℃)程度が要求される。
The first and second protective layers 18 and 19 located on the heating resistor 13 and the electrode layer 14 formed as described above are used to form Si-ON and SiC by RF sputtering, respectively. The film is formed by forming a film to a thickness of 2 (μm), and the substrate temperature at that time is set to about 150 (° C.). Further, the Si—O—N of such a protective layer 17 can also be formed by a plasma CVD method (Chemical Vapor Deposition). For forming the protective layer 17 by the plasma CVD method, SiH 4 , N 2 O, NH 3 , N 2 gas is used, and the substrate temperature at that time is 300 to 400
(° C.) is required.

【0019】また、上述のような保護層17としては、
第一保護層18にアルミナと酸化珪素との混合膜(Al
2 3 ・SiO2 )を使用して第二保護層19に炭化珪
素(SiC)を使用することも可能である。さらに、第
一保護層にSi−O−Nを使用して第二保護層19にア
ルミナと酸化珪素との混合膜(Al2 3 ・SiO2
を使用し、第三保護層に炭化珪素(SiC)を使用した
三層構造の保護層(図示せず)も実施可能である。な
お、このような三層構造の保護層の各層の膜厚は、 (Si-O-N)/(Al2O3 ・SiO2)/(SiC)=2.0(μm)/5000(Å)/2.
0(μm) 程度とすることが望ましい。同様に、四層構造の保護層
(図示せず)を、 (Si-O-N)/(SiC)/(Si-O-N)/(SiC)=2.0(μm)/5000(Å)/50
00( Å)/2.0(μm) (Si-O-N)/(SiC)/(Al2O3 ・SiO2)/(SiC)=2.0( μm)/5000
(Å)/5000( Å)/2.0(μm) として形成することも実施可能であり、五層構造の保護
層(図示せず)を、 (Si-O-N)/(Al2O3 ・SiO2)/(SiC)/(Al2O3・SiO2)/(SiC)=
2.0( μm)/5000(Å)/5000( Å)/5000( Å)/2.0(μm) として形成することも実施可能である。
The protective layer 17 as described above includes
A mixed film of alumina and silicon oxide (Al
It is also possible to use silicon carbide (SiC) for the second protective layer 19 using 2 O 3 .SiO 2 ). Further, a mixed film of alumina and silicon oxide (Al 2 O 3 .SiO 2 ) is used for the second protective layer 19 using Si—O—N for the first protective layer.
And a three-layer protective layer (not shown) using silicon carbide (SiC) for the third protective layer is also feasible. The thickness of each layer of the protective layer of such a three-layer structure, (Si-ON) / ( Al 2 O 3 · SiO 2) / (SiC) = 2.0 (μm) / 5000 (Å) / 2.
It is desirable to set it to about 0 (μm). Similarly, a protective layer (not shown) having a four-layer structure is formed by (Si-ON) / (SiC) / (Si-ON) / (SiC) = 2.0 (μm) / 5000 (Å) / 50
00 (Å) /2.0 (μm) (Si-ON) / (SiC) / (Al 2 O 3・ SiO 2 ) / (SiC) = 2.0 (μm) / 5000
(Å) / 5000 (Å) /2.0 (μm), and a five-layer protective layer (not shown) may be formed by (Si-ON) / (Al 2 O 3 .SiO 2 ) / (SiC) / (Al 2 O 3・ SiO 2 ) / (SiC) =
It is also feasible to form as 2.0 (μm) / 5000 (Å) / 5000 (Å) / 5000 (Å) /2.0 (μm).

【0020】そこで、本出願人は上述のような製作方法
により、第二電極層の材料としてアルミニウムを使用し
第一電極層と発熱抵抗体層の材料がそれぞれ異なる各種
のサーマルヘッドを試作し、これらの試作サーマルヘッ
ドを設定温度下に一時間放置してから設定温度を経時的
に上昇させて抵抗変化率を測定した。そこで、この実験
の結果を各種条件と評価基準と共に以下に説明する。
In view of the above, the present applicant prototyped various thermal heads using aluminum as the material for the second electrode layer and using different materials for the first electrode layer and the heating resistor layer by the above-described manufacturing method. These prototype thermal heads were left at the set temperature for one hour, and then the set temperature was increased with time to measure the resistance change rate. Therefore, the results of this experiment will be described below together with various conditions and evaluation criteria.

【0021】1.発熱抵抗体層の組成 材料(α)…Ba−Ru−O (膜組成比、Ba:Ru=1:1
) 材料(β)…Ti−Ru−O (膜組成比、Ti:Ru=2:3
) 材料(γ)…Ta−Si−O (ターゲット組成比、T
a:SiO2=53:47(mol%) ) 材料(δ)…Nb−Si−O (ターゲット組成比、N
b:SiO2=50:50(mol%) ) 2.第一電極層の組成 材料(1)…なし 材料(2)…Al−Si 材料(3)…Nb 材料(4)…Nb−Ti 材料(5)…Nb−N 材料(6)…Nb−Ti−N 3.抵抗変化率の定義 (熱処理前後の抵抗値の差/熱処理前の抵抗値)×10
0(%) 4.耐熱温度の定義 抵抗変化率≧5(%)となった温度 5.耐熱温度の評価基準 A…500(℃)以上 B…400〜500(℃) C…300〜400(℃) D…300(℃)以下
1. Composition of heating resistor layer Material (α): Ba-Ru-O (film composition ratio, Ba: Ru = 1: 1
) Material (β) ... Ti-Ru-O (film composition ratio, Ti: Ru = 2: 3
) Material (γ) ... Ta-Si-O (Target composition ratio, T
a: SiO 2 = 53: 47 (mol%)) Material (δ) ... Nb-Si-O (Target composition ratio, N
b: SiO 2 = 50: 50 (mol%)) Composition of First Electrode Layer Material (1) None Material (2) Al-Si material (3) Nb material (4) Nb-Ti material (5) Nb-N material (6) Nb-Ti -N3. Definition of resistance change rate (difference in resistance before and after heat treatment / resistance before heat treatment) x 10
0 (%) 4. Definition of heat resistant temperature Temperature at which the rate of change of resistance ≥ 5 (%) Evaluation criteria for heat resistance temperature A: 500 (° C) or more B: 400 to 500 (° C) C: 300 to 400 (° C) D: 300 (° C) or less

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】上記した表1から明らかであるように、ニ
オブを主成分として窒素を含有する材料で形成した第一
電極層(5)、(6)は、高温の熱処理を行っても電気
抵抗の変化が微小に維持されることが判明した。
As is evident from Table 1 above, the first electrode layers (5) and (6) formed of a material containing niobium as a main component and containing nitrogen have a low electric resistance even when subjected to a high-temperature heat treatment. It was found that the change was kept small.

【0024】つぎに、本出願人は発熱抵抗体層と第一電
極層との密着性を調査するため、発熱抵抗体層として上
記した材料(α)のBa−Ru−Oを用いたものの上に
積層形成する第一電極層の材料を変更した試作品をIP
A(isopropyl alchol) に浸漬して20分間の超音波洗
浄テストを行い、この第一電極層の剥離の有無を確認し
た。ここで、この実験結果を表2に例示する。
Next, in order to investigate the adhesiveness between the heating resistor layer and the first electrode layer, the applicant of the present invention used the above-mentioned material (α) made of Ba-Ru-O as the heating resistor layer. Of the first electrode layer to be laminated on the IP
It was immersed in A (isopropyl alchol) and subjected to an ultrasonic cleaning test for 20 minutes to confirm the presence or absence of peeling of the first electrode layer. Here, the experimental results are shown in Table 2.

【0025】[0025]

【表2】 [Table 2]

【0026】上記した表2から明らかであるように、A
l−SiやNb−NやNb−Ti−Nからなる第一電極
層(2)、(5)、(6)は、Ba−Ru−Oからなる
発熱抵抗体層(α)との密着性が良好であることが判明
した。なお、このような第一電極層(2)、(5)、
(6)と他の発熱抵抗体層(β)、(γ)、(δ)との
密着性も同様に実験したところ、これらの場合も剥離が
発生せず密着性が良好であることが確認された。つま
り、酸化物を含有する発熱抵抗体層上に、ニオブを主成
分として窒素を含有する第一電極層を積層形成すること
で、この第一電極層は耐熱性と発熱抵抗体層に対する密
着性とが共に良好であることが判明した。
As is clear from Table 2 above, A
The first electrode layers (2), (5), and (6) made of l-Si, Nb-N, and Nb-Ti-N have close contact with the heating resistor layer (α) made of Ba-Ru-O. Was found to be good. In addition, such a first electrode layer (2), (5),
When the adhesion between (6) and the other heating resistor layers (β), (γ), and (δ) was similarly tested, it was confirmed that in these cases, the adhesion did not occur and the adhesion was good. Was done. In other words, by forming a first electrode layer containing niobium as a main component and containing nitrogen on the heating resistor layer containing oxide, the first electrode layer has heat resistance and adhesion to the heating resistor layer. And both were found to be good.

【0027】次に、本出願人は実際にドライバIC等の
回路部品を実装したサーマルヘッドを試作し、これに印
加する駆動パルスを変更して装置寿命を調査した。な
お、ここではBa−Ru−Oからなる発熱抵抗体層上に
Al−Siからなる第一電極層(2)とを形成したサー
マルヘッド(図示せず)を比較対象としての従来例とし
て同様に実験を行った。また、この実験では感熱紙を使
用しない空印刷の状態でサーマルヘッドを駆動し、その
駆動パルスは、パルス幅を0.65(msec )としてパ
ルス周期を2(msec )とした。そこで、このような実
験のサンプルの内容を表3として以下に例示すると共に
結果を図2に例示する。
Next, the present applicant prototyped a thermal head on which circuit components such as a driver IC were actually mounted, and changed the driving pulse applied thereto to investigate the life of the device. Here, a thermal head (not shown) in which a first electrode layer (2) made of Al-Si is formed on a heating resistor layer made of Ba-Ru-O is similarly used as a conventional example as a comparative object. An experiment was performed. In this experiment, the thermal head was driven in a blank printing state without using thermal paper, and the driving pulse was set to have a pulse width of 0.65 (msec) and a pulse period of 2 (msec). Accordingly, the contents of the samples of such an experiment are illustrated below as Table 3 and the results are illustrated in FIG.

【0028】[0028]

【表3】 [Table 3]

【0029】そこで、図2のグラフから明らかであるよ
うに、従来例として製作したサンプルeのサーマルヘッ
ドは、印加したパルス数が“1×108 ”の時点で抵抗
変化率が約+6%と上昇しているが、本実施例として製
作したサンプルa〜dのサーマルヘッドでは印加したパ
ルス数が“4×108 ”の時点でも抵抗変化率はマイナ
スとなっており、長時間の駆動時でも特性が安定してい
ることが確認された。
Therefore, as is apparent from the graph of FIG. 2, the thermal head of the sample e manufactured as the conventional example has a resistance change rate of about + 6% when the number of applied pulses is “1 × 10 8 ”. In the thermal heads of the samples a to d manufactured as the present embodiment, the resistance change rate is negative even when the number of applied pulses is “4 × 10 8 ”. It was confirmed that the characteristics were stable.

【0030】なお、本出願人は酸化物を含有する材料か
らなる発熱抵抗体層の優位性を確認するため、以下に例
示するような混合ターゲットによるRFスパッタリング
で発熱抵抗体層を製作して前述したような駆動実験を行
ったところ、いずれも上記表3におけるサンプルa〜d
の場合と同様に抵抗変化率がマイナスに維持されること
が確認された。 1.酸化カルシウム・ルテニウム(CaRuO3 ) 2.酸化ストロンチウム・ルテニウム(SrRuO3 ) 3.酸化シリコン−酸化ルテニウム 4.酸化チタン−酸化ルテニウム 5.酸化タングステン−酸化ルテニウム 6.酸化ジルコニウム−酸化ルテニウム 7.クロム−酸化シリコン 8.チタン−酸化シリコン 9.ジルコニウム−酸化アルミニウム
In order to confirm the superiority of the heating resistor layer made of a material containing an oxide, the present applicant manufactured the heating resistor layer by RF sputtering using a mixed target as exemplified below and prepared the heating resistor layer as described above. When driving experiments as described above were performed, all of the samples a to d in Table 3 above were performed.
It was confirmed that the resistance change rate was maintained negative as in the case of (1). 1. 1. Calcium ruthenium oxide (CaRuO 3 ) 2. Strontium ruthenium oxide (SrRuO 3 ) 3. silicon oxide-ruthenium oxide 4. titanium oxide-ruthenium oxide 5. Tungsten oxide-ruthenium oxide 6. Zirconium oxide-ruthenium oxide 7. Chromium-silicon oxide 8. Titanium-silicon oxide Zirconium-aluminum oxide

【0031】さらに、本出願人はニオブを主成分として
窒素を含有した電極層の優位性を確認するため、アルゴ
ンとの混合気内で以下に例示するような混合ターゲット
による反応性RFスパッタリングで電極層を製作して前
述したような駆動実験を行ったところ、これも同様な結
果が得られることが確認された。 1.ニオブ−クロム (Nb:Cr=9:1
(wt%)) 2.ニオブ−モリブデン (Nb:Mo=9:1
(wt%)) 3.ニオブ−タンタル (Nb:Ta=9:1
(wt%)) 4.ニオブ−ジルコニウム (Nb:Zr=9:1
(wt%)) 5.ニオブ−バナジウム (Nb:V =9:1
(wt%)) 6.ニオブ−タングステン (Nb:W =9:1
(wt%)) 7.ニオブ−ハフニウム (Nb:Hf=9:1
(wt%))
Further, the applicant of the present invention confirmed the superiority of the electrode layer containing niobium as the main component and nitrogen and performed the electrode formation by reactive RF sputtering using a mixed target as exemplified below in a gaseous mixture with argon. When the layer was manufactured and the above-described driving experiment was performed, it was confirmed that a similar result was obtained. 1. Niobium-Chromium (Nb: Cr = 9: 1)
(Wt%)) 2. Niobium-Molybdenum (Nb: Mo = 9: 1)
(Wt%)) 3. Niobium-tantalum (Nb: Ta = 9: 1)
(Wt%)) 4. Niobium-zirconium (Nb: Zr = 9: 1
(Wt%)) 5. Niobium-Vanadium (Nb: V = 9: 1
(Wt%)) 6. Niobium-tungsten (Nb: W = 9: 1)
(Wt%)) 7. Niobium-Hafnium (Nb: Hf = 9: 1
(Wt%))

【0032】なお、上述した説明では、発熱抵抗体と接
合する第一電極層の主成分となる金属としてニオブ(N
b)を例示したが、本発明では前記元素の金属に限定さ
れるものではなく、この電極層の主成分となる金属とし
て他にチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニ
ウム(Hf)、バナジウム(V)、タンタル(Ta)、
クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン
(W)のうちから1つ、或いはその相互に組み合わせた
ものを利用してもよく、上述と同様なプロセスにより窒
素を含有させることによって同様な結果が得られること
を本出願人は確認した。以下にその実験結果の表を示
す。
In the above description, niobium (N) is used as the metal which is the main component of the first electrode layer to be joined to the heating resistor.
Although b) has been exemplified, the present invention is not limited to metals of the above-mentioned elements, but may be titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), or vanadium as metals that are main components of this electrode layer. (V), tantalum (Ta),
One of chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W), or a combination thereof may be used, and similar results can be obtained by containing nitrogen by the same process as described above. Applicants have confirmed that it can be obtained. The table of the experimental results is shown below.

【0033】[0033]

【表4】 [Table 4]

【0034】[0034]

【表5】 [Table 5]

【0035】[0035]

【表6】 [Table 6]

【0036】[0036]

【表7】 [Table 7]

【0037】[0037]

【表8】 [Table 8]

【0038】[0038]

【表9】 [Table 9]

【0039】さらに、本出願人は電極層を上記表の金属
を相互に主成分として窒素を含有した材料として、アル
ゴンとの混合気内で以下に例示するような混合ターゲッ
トによる反応性RFスパッタリングで電極層を製作して
前述したような駆動実験を行ったところ、これも同様な
結果が得られることが確認された。 1.チタン−クロム (Ti:Cr=9:1
(wt%)) 2.チタン−モリブデン (Ti:Mo=9:1
(wt%)) 3.チタン−タンタル (Ti:Ta=9:1
(wt%)) 4.チタン−ニオブ (Ti:Nb=9:1
(wt%)) 5.チタン−バナジウム (Ti:V =9:1
(wt%)) 6.チタン−ジルコニウム (Ti:Zr=9:1
(wt%)) 7.チタン−ハフニウム (Ti:Hf=9:1
(wt%)) 8.モリブデン−クロム (Mo:Cr=9:1
(wt%)) 9.モリブデン−ニオブ (Mo:Nb=9:1
(wt%)) 10.モリブデン−タンタル (Mo:Ta=9:
1 (wt%)) 11.モリブデン−ジルコニウム (Mo:Zr=9:
1 (wt%)) 12.モリブデン−バナジウム (Mo:V =9:
1 (wt%)) 13.モリブデン−タングステン (Mo:W =9:
1 (wt%)) 14.モリブデン−ハフニウム (Mo:Hf=9:
1 (wt%)) 以下同様。
Further, the present applicant has made the electrode layer a reactive RF sputtering using a mixed target as exemplified below in a mixture with argon as a material containing nitrogen as a main component of the metals shown in the above table. When an electrode layer was manufactured and a driving experiment as described above was performed, it was confirmed that a similar result was obtained. 1. Titanium-chromium (Ti: Cr = 9: 1)
(Wt%)) 2. Titanium-molybdenum (Ti: Mo = 9: 1)
(Wt%)) 3. Titanium-tantalum (Ti: Ta = 9: 1)
(Wt%)) 4. Titanium-niobium (Ti: Nb = 9: 1
(Wt%)) 5. Titanium-Vanadium (Ti: V = 9: 1
(Wt%)) 6. Titanium-zirconium (Ti: Zr = 9: 1
(Wt%)) 7. Titanium-hafnium (Ti: Hf = 9: 1
(Wt%)) 8. Molybdenum-chromium (Mo: Cr = 9: 1)
(Wt%)) 9. Molybdenum-niobium (Mo: Nb = 9: 1)
(Wt%)) 10. Molybdenum-tantalum (Mo: Ta = 9:
1 (wt%)) Molybdenum-zirconium (Mo: Zr = 9:
1 (wt%) 12. Molybdenum-vanadium (Mo: V = 9:
1 (wt%) 13. Molybdenum-tungsten (Mo: W = 9:
1 (wt%)) Molybdenum-hafnium (Mo: Hf = 9:
1 (wt%)) The same applies hereinafter.

【0040】[0040]

【0041】[0041]

【0042】[0042]

【0043】[0043]

【0044】[0044]

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明は上述のように、基板上に少なく
とも発熱抵抗体層と電極層と保護層とを順次積層形成し
たサーマルヘッドにおいて、前記発熱抵抗体層を酸化物
を含有する材料で形成し、前記電極層の少なくとも前記
発熱抵抗体層に接合する第一電極層を元素記号Ti、Z
r、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wで表される
金属の少なくとも1つを主成分とし窒素を含有する材料
で形成し、その上層に積層する第2電極層を元素記号A
lで表される金属で形成したことにより、電極の腐食を
防止できるとともに、電極層の耐熱性と発熱抵抗体層に
対する密着性とを共に良好にすることができるので、サ
ーマルヘツドの発熱温度を向上させて画像印刷の高速化
や高解像度化に寄与することができ、また、第2電極層
にアルミニウムを用いているために、駆動ICへ接続す
るボンディングを可能とし、さらに、保護層を形成する
際の基材温度を高温にしてサーマルヘッドの生産性向上
に寄与することもでき、高性能で信頼性や生産性も良好
なサーマルヘッドを得ることができる等の効果を有する
ものである。
As described above, according to the present invention, in a thermal head in which at least a heating resistor layer, an electrode layer and a protective layer are sequentially formed on a substrate, the heating resistor layer is made of a material containing an oxide. The first electrode layer formed and bonded to at least the heating resistor layer of the electrode layer is represented by element symbols Ti, Z
The second electrode layer is formed of a material containing at least one of the metals represented by r, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W as a main component and containing nitrogen, and a second electrode layer to be stacked thereover has an element symbol A
By using the metal represented by l, corrosion of the electrode can be prevented, and the heat resistance of the electrode layer and the adhesion to the heating resistor layer can both be improved. It can contribute to high-speed and high-resolution image printing by improving the quality. In addition, since aluminum is used for the second electrode layer, bonding to a driving IC can be performed, and further, a protective layer is formed. By increasing the temperature of the base material during the heat treatment, it is possible to contribute to improving the productivity of the thermal head, and it is possible to obtain a thermal head having high performance and good reliability and productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例を示す断面正面図である。FIG. 1 is a sectional front view showing an embodiment of the present invention.

【図2】抵抗変化率の経時変化を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change with time of a resistance change rate.

【図3】従来例を示す縦断正面図である。FIG. 3 is a vertical sectional front view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 サーマルヘッド 11 基板 13 発熱抵抗体層 14 電極層 17 保護層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thermal head 11 Substrate 13 Heating resistor layer 14 Electrode layer 17 Protective layer

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に少なくとも発熱抵抗体層と電極
層と保護層とを順次積層形成したサーマルヘッドにおい
て、前記発熱抵抗体層を酸化物を含有する材料で形成
し、前記電極層の少なくとも前記発熱抵抗体層に接合す
第一電極層を元素記号Ti、Zr、Hf、V、Nb、
Ta、Cr、Mo、Wで表される金属の少なくとも1つ
を主成分とし窒素を含有する材料で形成するとともに
前記保護層側に積層する第2電極層を元素記号Alで表
される金属で形成したことを特徴とするサーマルヘッ
ド。
In a thermal head in which at least a heating resistor layer, an electrode layer and a protective layer are sequentially formed on a substrate, the heating resistor layer is formed of a material containing an oxide, and at least one of the electrode layers is formed. The first electrode layer to be joined to the heating resistor layer is represented by element symbols Ti, Zr, Hf, V, Nb,
At least one of the metals represented by Ta, Cr, Mo, and W is used as a main component and formed of a material containing nitrogen .
The second electrode layer laminated on the protective layer side is represented by an element symbol Al.
A thermal head characterized by being formed of a metal to be formed .
【請求項2】 基板上に少なくとも発熱抵抗体層と電極
層と保護層とを順次積層形成したサーマルヘッドにおい
て、前記発熱抵抗体層を酸化物を含有する材料で形成
し、前記電極層の少なくとも前記保護層に接合する部分
を元素記号Ti、Zr、Hfで表される金属の少なくと
も1つを主成分とし窒素を含有する材料で形成したこと
を特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。
2. A thermal head in which at least a heating resistor layer, an electrode layer, and a protective layer are sequentially formed on a substrate, wherein the heating resistor layer is formed of a material containing an oxide, and at least one of the electrode layers is formed. 2. The thermal head according to claim 1, wherein a portion to be joined to the protective layer is formed of a material containing at least one of metals represented by element symbols Ti, Zr, and Hf and containing nitrogen.
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