JP4034143B2 - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の技術分野】
本発明は、熱印字記録装置に用いられるサーマルヘッド及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来技術およびその問題点】
サーマルヘッドは、保温層を備えたセラミック基板上に、多数の発熱抵抗体と、全ての発熱抵抗体に接続された共通電極と、各発熱抵抗体毎に接続された多数の個別電極と、これら発熱抵抗体、共通電極及び個別電極の一部を保護する保護層とを備えている。保護層から露出する各個別電極上には、選択的に個別電極及び発熱抵抗体に通電するドライバICを接続するためのボンディングパッド層が設けられている。このボンディングパッド層は通常、フリップチップボンディング方式ではSnが、ワイヤボンディング方式ではAuがそれぞれ用いられ、メッキにより形成される。
【0003】
ところで、共通電極及び個別電極を形成する導体材料としては従来、一般にAlが用いられている。Al導体膜を用いれば、低抵抗及び低コスト化を図れるほか、発熱抵抗体を構成する抵抗膜及び保護層との密着性が良好であるため共通電極及び個別電極を単層で形成することができ、エッチング精度が良好となる。しかし、Al導体膜上にボンディングパッド層をメッキにより形成する際には、Al表面に存在する自然酸化皮膜がメッキの密着を阻害することから前処理として亜鉛置換処理(ジンケート処理)が不可欠で、工程が非常に煩雑になっている。また、ボンディング強度を確保するためにAl導体膜を薄くできないという課題もある。
【0004】
そこで、上記課題を回避するために、共通電極及び個別電極を形成する導体材料としてCuまたはAuを用いることが考えられる。しかしながら、AuまたはCuを用いる場合には、Au及びCuが単層では抵抗膜及び保護層と密着しづらいため、Cr/Au/Cr、Cr/Cu/CrのようにAuまたはCuの上下をCrで挟んだ3層構造にする必要がある。このように3層構造とすると、ウエットエッチング工程時に上下のCr層がサイドエッチングされ、特に上のCr層は2度エッチング液に曝されるためサイドエッチング量が多く、図10に示すようにAuまたはCuが一部露出してしまう。このAuまたはCuの露出は、保護層との密着性劣化に伴う腐食の要因になる。
【0005】
【発明の目的】
本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な工程で電極層上にボンディングパッド層を直接形成でき、且つ、電極層と保護層の密着性が良好なサーマルヘッド及びその製造方法を得ることを目的とする。
【0006】
【発明の概要】
本発明のサーマルヘッドは、多数の発熱抵抗体と、この発熱抵抗体を通電するための電極層と、これら発熱抵抗体及び電極層の少なくとも一部を覆う保護層と、電解メッキにより電極層上に直接形成したボンディングパッド層とを備えたサーマルヘッドにおいて、電極層がAl導体膜と、CuNiまたはNiFe導体膜とによる2層構造で形成され、該CuNiまたはNiFe導体膜上にボンディングパッド層がSn、Ni/Sn及びNi/Auのいずれかにより形成されていることを特徴としている。
【0007】
また、本発明のサーマルヘッドの製造方法は、保温層を備えた基板上に抵抗膜と、Al導体膜と、CuNiまたはNiFe導体膜とを順次積層する工程;電極形成エリア以外の前記抵抗膜、前記Al導体膜、及び前記CuNiまたはNiFe導体膜を除去する工程;前記抵抗膜の発熱抵抗体となるエリア上のAl導体膜、及びCuNiまたはNiFe導体膜を除去する工程;前記CuNiまたはNiFe導体膜上の一部に、Sn、Ni/SnまたはNi/Auからなるボンディングパッド層を電解メッキにより形成する工程;を有することを特徴としている。
【0008】
上記Al導体膜及びCuNiまたはNiFe導体膜は、電極パターンを精度よく形成できるように、ウエットエッチングにより除去することが好ましい。このウエットエッチングでは、サイドエッチング量を抑制するため、エッチャントにリン酸、硝酸、酢酸またはこれらの混合液を用いる。
【0009】
以上のように電極層を2層構造とし、且つ、ボンディングパッド層のメッキシード膜としても機能するCuNiまたはNiFe導体膜を上層に用いれば、亜鉛置換処理等の煩雑な処理を必要とすることなく、電極層上に直接ボンディングパッド層をメッキにより形成することができる。また、電極層の下層には保護層との密着性が良好なAl導体膜を用いるので、上記ウエットエッチング時にサイドエッチングが生じてAl導体膜が露出しても保護層との密着性が悪化することはなく、密着不良による電極腐食を防止することができる。
【0011】
上記サーマルヘッドの製造方法には、さらに、CuNiまたはNiFe導体膜上の一部に、Ni/Cu/Ni、Ni/Au/NiまたはCu/Niからなる共通厚膜電極層を電解メッキにより形成する工程を備えることができる。この共通厚膜電極層は、共通電極のコモン抵抗を低減させるために形成されるものである。上記CuNiまたはNiFe導体膜は共通厚膜電極用のメッキシード膜としても機能するため、この共通厚膜電極層を形成する際にも亜鉛置換処理等の煩雑な処理が不要となる。
【0012】
抵抗膜は、Ta−Si−O、Ti−Si−O、Cr−Si−O系の高融点金属のサーメット材料により形成することが実際的である。また上記製造方法において、より実際には、抵抗膜、Al導体膜及びCuNiまたはNiFe導体膜の少なくとも一部を覆う保護層を形成する工程を有する。この保護層は、SiAlONまたはTa 2 O 5 により形成することが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態によるサーマルヘッド1を示す断面図である。サーマルヘッド1は、ガラスからなるグレーズ保温層3を全面に備えたセラミック基板2上に順次積層された抵抗膜4、電極層7、保護層9及び有機絶縁層10を有している。
【0014】
抵抗膜4は電極層7により通電されて発熱する発熱抵抗体4aを多数備えており、電極層7はAl導体膜5及びCuNi導体膜(またはNiFe導体膜)6の積層体から形成されている。この電極層7は、全発熱抵抗体4aに接続された共通電極7aと、各発熱抵抗体4aに個別に接続された個別電極7bとを有し、共通電極7a上には該共通電極7aでの電圧降下を抑制する共通厚膜電極8が形成されている。保護層9は、耐摩耗層及び酸化防止層として機能するもので、共通厚膜電極8、共通電極7a、発熱抵抗体4a及び個別電極7bの一部を覆っている。有機絶縁層10は、共通厚膜電極8の形成エリア上方に位置する保護層9部分及び保護層9と個別電極7bとの境界部分に設けられている。個別電極7bの有機絶縁層10から露出したエリアには、各個別電極7bと、発熱抵抗体4aを選択的に通電する駆動ICとを導通させるためのボンディングパッド層11が設けられている。
【0015】
上記構成のサーマルヘッド1は、フォトプリンタやサーマルプリンタに搭載され、発熱抵抗体4aの発する熱を感熱紙またはインクリボンに与えることで印刷を行なう。なお、図示されていないが、サーマルヘッド1には発熱抵抗体4aを通電するための駆動ICやPCB(Print Circuit Board)等も備えられている。
【0016】
以下では、図2〜図8を参照し、サーマルヘッド1の発熱部の製造工程について説明する。各図において、(a)、(b)はサーマルヘッド1の発熱部の製造工程を示す断面図、上面図である。
【0017】
先ず、グレーズ保温層3を備えたセラミック基板2上に抵抗膜4、Al導体膜5、CuNiまたはNiFe導体膜6を連続成膜する(図2)。成膜にはスパッタや蒸着法を用いる。抵抗膜4は、高抵抗化しやすいTa−Si−O、Ti−Si−O、Cr−Si−O系の高融点金属のサーメット材料により形成することができ、特にTaSiO2Nbにより形成されることが好ましい。Al導体膜5は、0.2μm以上1.0μm以下程度の膜厚で成膜されることが好ましい。CuNiまたはNiFeからなる導体膜6は、0.05μm以上0.1μm以下程度の膜厚で成膜されることが好ましい。
【0018】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて電極形成エリア以外の抵抗膜4、Al導体膜5、及びCuNiまたはNiFe導体膜6を除去し、電極パターンを形成する(図3)。このフォトリソグラフィ工程では、電極パターンを精度よく形成できるようにウエットエッチングを用いる。このウエットエッチングを行なうと、図9に示すようにCuNiまたはNiFe導体膜6がサイドエッチングされて、Al導体膜5が一部露出する。本実施形態では、サイドエッチング量を最小限に抑えるため、エッチャントとして硝酸、リン酸、酢酸またはこれらの混合液を用いる。上記抵抗膜4、Al導体膜5、及びCuNiまたはNiFe導体膜6を除去した部分からはグレーズ保温層3が露出する。
【0019】
続いて、同様にフォトリソグラフィ技術を用いて、抵抗膜4の発熱抵抗体4aとなるエリア上のAl導体膜5及びCuNiまたはNiFe導体膜6を除去する(図4)。これにより、多数の発熱抵抗体4aが形成され、各発熱抵抗体4aの両側には、Al導体膜5とCuNiまたはNiFe導体膜6との積層体からなる共通電極7aと個別電極7bがそれぞれ形成される。
【0020】
発熱抵抗体4aを形成したら、CuNiまたはNiFe導体膜6をメッキシード膜として、共通電極7a上に共通厚膜電極8を電解めっきにより形成する(図5)。共通厚膜電極8は、該共通厚膜電極8上に形成される保護層との密着性を考慮して、Ni/Cu/NiまたはNi/Au/Niによる3層構造、あるいはCu/Niによる2層構造で形成されることが好ましい。この共通厚膜電極8の形成工程は、必要に応じて、省略可能である。
【0021】
続いて、共通電極7aから共通厚膜電極8、発熱抵抗体4a及び個別電極7bの一部に跨らせて、SiAlONやTa2O5等の耐摩耗材料から保護層9を形成する(図6)。保護層9の形成にはバイアススパッタ法を用いる。そして、保護層9の、共通厚膜電極8の形成エリア上に位置する範囲と、保護層9から露出した個別電極7bのボンディングパッド形成エリア以外の範囲を、レジスト材料からなる有機絶縁層10で覆う(図7)。
【0022】
有機絶縁層10を形成したら、CuNiまたはNiFe導体膜6をメッキシード膜として、個別電極7bのボンディングパッド形成エリア上に、ボンディングパッド層11を電解メッキにより形成する(図8)。ボンディングパッド層11は、フリップチップボンディング方式ではSnによる単層構造あるいはNi/SnまたはNi/Auによる2層構造で形成されることが好ましい。一方、ワイヤボンディング方式ではNi/Auによる2層構造で形成されることが好ましい。以上により、図1に示すサーマルヘッド1を得ることができる。
【0023】
以上のように本実施形態では、電極層7(共通電極7a及び個別電極7b)全体を、Al導体膜5とCuNiまたはNiFe導体膜6とによる2層構造で形成している。よって、上記CuNiまたはNiFe導体膜6をメッキシード膜として利用し、ボンディングパッド層11を個別電極7b上に直接形成することができる。これにより、煩雑な亜鉛置換処理を行なわずに済み、またボンディングパッド層11のメッキシード膜を別工程で形成する必要もないので、製造工程を短縮することができる。同様に、共通厚膜電極8を形成する際にも、上記CuNiまたはNiFe導体膜6をメッキシード膜として共通厚膜電極8を共通電極7a上に直接形成することができる。
【0024】
また本実施形態では、電極パターンを形成する際に行なうウエットエッチング時にサイドエッチングが生じるが、このサイドエッチングによって露出するのは図9に示すようにAl導体膜5である。このAl導体膜5は保護層9との密着性が良好である。よって、サイドエッチングが生じていても電極層7と保護層9の密着性が悪化することがなく、密着不良による電極腐食を防止することができる。
【0025】
本実施形態では、グレーズ保温層3がセラミック基板2上の全面に形成された全面グレーズタイプのサーマルヘッド1について説明したが、本発明は部分グレーズやリアルエッジ、ダブルグレーズ、DOS等の他タイプにも適用可能である。また本発明はシリアルヘッドにもラインヘッドにも適用可能である。
【0026】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、簡単な工程で電極層上にボンディングパッド層を直接形成でき、且つ、電極層と保護層の密着が良好なサーマルヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるサーマルヘッドの構造を示す断面図である。
【図2】図1のサーマルヘッドの製造工程を示す(a)断面図、(b)上面図である。
【図3】図2に示す工程の次工程を示す(a)断面図、(b)上面図である。
【図4】図3に示す工程の次工程を示す(a)断面図、(b)上面図である。
【図5】図4に示す工程の次工程を示す(a)断面図、(b)上面図である。
【図6】図5に示す工程の次工程を示す(a)断面図、(b)上面図である。
【図7】図6に示す工程の次工程を示す(a)断面図、(b)上面図である。
【図8】図7に示す工程の次工程を示す(a)断面図、(b)上面図である。
【図9】図2に示す工程時に生じるサイドエッチングを説明する図である。
【図10】Cr/Au/CrまたはCr/Cu/Crからなる3層構造の電極層をエッチングしたときに生じるサイドエッチングを説明する模式図である。
【符号の説明】
1 サーマルヘッド
2 セラミック基板
3 グレーズ保温層
4 抵抗膜
4a 発熱抵抗体
5 Al導体膜
6 CuNi導体膜(NiFe導体膜)
7 電極層
7a 共通電極
7b 個別電極
8 共通厚膜電極
9 保護層
10 有機絶縁層
11 ボンディングパッド層
Claims (6)
- 多数の発熱抵抗体と、この発熱抵抗体を通電するための電極層と、これら発熱抵抗体及び電極層の少なくとも一部を覆う保護層と、電解メッキにより電極層上に直接形成したボンディングパッド層とを備えたサーマルヘッドにおいて、
前記電極層がAl導体膜と、CuNiまたはNiFe導体膜とによる2層構造で形成され、該CuNiまたはNiFe導体膜上に前記ボンディングパッド層がSn、Ni/Sn及びNi/Auのいずれかにより形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。 - 保温層を備えた基板上に、抵抗膜と、Al導体膜と、CuNiまたはNiFe導体膜とを順次積層する工程;
電極形成エリア以外の前記抵抗膜、前記Al導体膜、及び前記CuNiまたはNiFe導体膜を除去する工程;
前記抵抗膜の発熱抵抗体となるエリア上のAl導体膜、及びCuNiまたはNiFe導体膜を除去する工程;及び
前記CuNiまたはNiFe導体膜上の一部に、Sn、Ni/SnまたはNi/Auからなるボンディングパッド層を電解メッキにより形成する工程;
を有するサーマルヘッドの製造方法。 - 請求項2記載のサーマルヘッドの製造方法において、リン酸、硝酸、酢酸またはこれらの混合液を用いたウエットエッチングにより、前記Al導体膜及び前記CuNiまたはNiFe導体膜を除去するサーマルヘッドの製造方法。
- 請求項2または3記載のサーマルヘッドの製造方法において、さらに、前記CuNiまたはNiFe導体膜上の一部に、Ni/Cu/Ni、Ni/Au/NiまたはCu/Niからなる共通厚膜電極層を電解メッキにより形成する工程を有するサーマルヘッドの製造方法。
- 請求項2ないし4のいずれか一項に記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記抵抗膜は、Ta−Si−O、Ti−Si−O、Cr−Si−O系の高融点金属のサーメット材料により形成するサーマルヘッドの製造方法。
- 請求項2ないし5のいずれか一項に記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記抵抗膜、前記Al導体膜及び前記CuNiまたはNiFe導体膜の少なくとも一部を覆う保護層を形成する工程を有し、該保護層は、SiAlONまたはTa 2 O 5 により形成するサーマルヘッドの製造方法。
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