JP4164064B2

JP4164064B2 - サーマルヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP4164064B2
Application number: JP2004370022A
Authority: JP
Inventors: 和幸板木; 伸二平田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP2005096480A

Description

本発明はワードプロセッサやファクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドの製造方法に関するものである。

従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドは、アルミナセラミックス等から成る絶縁基板の上面にガラス製の蓄熱層を被着させるとともに該蓄熱層上に耐エッチング層を介して多数の発熱抵抗体及び一対の電極を被着・形成した構造を有しており、前記一対の電極間に所定の電力を印加し、発熱抵抗体を個々に選択的にジュール発熱させるとともに該発熱した熱を感熱紙等の記録媒体に伝導させ、所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能するものである。

かかる従来のサーマルヘッドは、通常、以下の製法により製作される。

(1)まず前記絶縁基板よりも大型の絶縁基板素体を準備する。

(2)次に前記絶縁基板素体の上面全体にガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって所定厚みに塗布し、これを高温で焼き付けることによってガラス製の蓄熱層を形成し、該蓄熱層上に従来周知のスパッタリング等によってＳｉ₃Ｎ₄を主成分とする耐エッチング層を０．１μm〜０．５μmの厚みに被着させる。この耐エッチング層は後述する(3) の工程において発熱抵抗体及び一対の電極をパターニングする際に蓄熱層がエッチング液によって浸蝕されるのを防止するためのものであり、蓄熱層の表面を完全に覆うようにして被着される。

(3)次に前記蓄熱層上に多数の発熱抵抗体及び一対の電極を従来周知の薄膜手法によって形成する。

前記多数の発熱抵抗体及び一対の電極は、前記蓄熱層の上面に抵抗層及び導電層をスパッタリングや真空蒸着等によって順次被着させ、これをフォトリソグラフィーやエッチング等を採用し、所定パターンに加工することによって形成される。

(4)そして最後に前記絶縁基板素体に対して垂直方向に外力を印加し、絶縁基板素体をその上面に被着されている蓄熱層と共に切断することによって所定形状のサーマルヘッドが得られる。このとき、絶縁基板素体の下面にはブレイクラインと呼ばれる溝が形成されており、この溝に沿って外力を印加することにより絶縁基板素体を正確かつ簡単に切断するようにしている。

尚、上述した従来の製造方法において絶縁基板素体から所定形状のサーマルヘッドを得るようにしているのは、１個の絶縁基板素体より複数個のサーマルヘッドを同時に製作することでサーマルヘッドの生産性を向上させたり、蓄熱層等を形成する際に厚みや膜質等の制御がしにくいエッジの部分をサーマルヘッドより切り離して捨てるためである。

ところで、この従来のサーマルヘッドの製造方法においては、絶縁基板素体と共に切断される蓄熱層の厚みが切断領域とその周辺とで略等しくなっており、絶縁基板素体の切断に際して外力を印加した際、蓄熱層に印加される力は分散する。そのため、絶縁基板素体の切断時に蓄熱層のエッジにチッピングやバリが生じ易く、このチッピングによって電極の一部が破損したり、或いは、印画に際し記録媒体がバリに当たって傷つくといった欠点がある。

そこで上記欠点を解消するために蓄熱層の表面にも、絶縁基板素体と同様に、カッター等で切断用の溝を形成しておくことが考えられる。

しかしながら、蓄熱層の表面に切断用の溝を形成するには、溝きり加工の工程や該工程で発生した蓄熱層の破片等を除去・洗浄するための工程が別途、必要となる上に、カッター等を用いた機械加工の際に溝の周辺に小さなチッピングやバリを発生することがあり、十分な対策とはなり得ないものであった。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明のサーマルヘッドの製造方法は、サーマルヘッド領域、及び該サーマルヘッド領域を囲み且つ下面にブレイクラインが形成された切断領域、を有する絶縁基板素体の上面に、前記サーマルヘッド領域内から前記切断領域の外側まで延在する蓄熱層を被着させる工程と、前記切断領域を除く前記蓄熱層の上面に、耐エッチング層を被着させる工程と、前記サーマルヘッド領域内の耐エッチング層上に抵抗層及び導電層を順次被着させる工程と、前記導電層及び抵抗層の一部、並びに前記蓄熱層をエッチングして、前記導電層及び抵抗層を所定パターンに加工することにより発熱抵抗体及び電極を形成するとともに、前記蓄熱層の前記切断領域に溝を形成する工程と、前記絶縁基板素体を前記ブレイクラインに沿って切断し、サーマルヘッドを得る工程と、を含むことを特徴とするものである。

また本発明のサーマルヘッドの製造方法は、前記蓄熱層はSiO_２を主成分とし、前記耐エッチング層はSi_３N_４を主成分とし、フッ硝酸を含むエッチング液によりエッチングを行うことを特徴とするものである。

更に本発明のサーマルヘッドの製造方法は、前記絶縁基板素体が、前記切断領域を境界として複数の前記サーマルヘッド領域を有していることを特徴とするものである。

本発明によれば、絶縁基板素体と共に切断される蓄熱層の所定箇所には溝が形成されているため、該切断時、蓄熱層に印加される折り曲げ応力は溝の形成箇所に集中的に印加される。従って、得られるサーマルヘッドの蓄熱層にチッピングやバリが生じることは少なく、所定パターンの破損を有効に防止してサーマルヘッドの生産性を飛躍的に向上させることができるとともに、かかるサーマルヘッドを用いて印画する際に記録媒体がサーマルヘッドとの摺接によって傷つくといった事態も有効に防止される。また蓄熱層の溝が電極や発熱抵抗体のパターニングと同一の工程で形成されることから、蓄熱層に溝を形成するにあたり別途、工程が増えることはなく、サーマルヘッドの製造工程が複雑化するのを有効に防止することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一形態に係る製造方法によって製作したサーマルヘッドの平面図、図２（ａ）は図１のＸ−Ｘ線断面図、図２（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線断面図であり、1 は絶縁基板、2 は蓄熱層、3 は耐エッチング層、4 は発熱抵抗体、5,5は一対の電極、6 は保護層である。

前記絶縁基板1 はアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料から成り、その上面で蓄熱層2 や発熱抵抗体4 等を支持するための支持母材として機能する。また前記絶縁基板1 の上面には、ＳｉＯ₂を主成分とする無機質材料、例えばガラス等から成る蓄熱層2 が１５μm〜４０μmの厚みに被着されている。

前記蓄熱層2 は、その熱伝導率が１．８×１０^-3〜２．４×１０^-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃と比較的小さいことから、発熱抵抗体4 の発する熱を適当な温度となるように蓄積し、サーマルヘッドの熱応答特性を良好に保つことができる。

また前記蓄熱層2 の一部上面にはＳｉ₃Ｎ₄を主成分とする耐エッチング層3が被着されている。前記耐エッチング層3 は、後述する発熱抵抗体4 や一対の電極5,5 をパターニングする際に発熱抵抗体4 の近傍に位置する蓄熱層2 がエッチング液によって浸食されるのを有効に防止するためのものであり、蓄熱層2 の一部上面、具体的には蓄熱層2 の外周部を除く上面全体にわたって例えば０．１μm〜０．５μmの厚みに被着・形成される。

更に前記耐エッチング層3 の上面には、例えば６００ｄｐｉのドット密度で直線状に配列される多数の発熱抵抗体4 と、該各発熱抵抗体4 の両端に電気的に接続される一対の電極5,5 とが被着・形成されている。

前記発熱抵抗体4 は例えばＴａＳｉＯ系抵抗材料やＴｉＳｉＯ系抵抗材料，ＴｉＣＳｉＯ系抵抗材料等から成り、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているため、一対の電極5,5 を介して外部からの電力が印加されるとジュール発熱を起こし、記録媒体に印画を形成するに必要な温度、例えば２５０℃〜４００℃の温度に発熱する。

また前記発熱抵抗体4 に電気的に接続されている一対の電極5,5 はＡｌ（アルミニウム）やＣｕ（銅），Ａｇ（銀）等の金属から成り、該電極5 は発熱抵抗体4 にジュール発熱を起こさせるために必要な所定の電力を印加する作用を為す。

そして前記発熱抵抗体4 及び一対の電極5,5 の上面にはＳｉ₃Ｎ₄等から成る保護層6 が被着されており、該保護層6 によって発熱抵抗体4 や一対の電極5,5を記録媒体との摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護するようにしている。

かくして上述したサーマルヘッドは、外部からの画像データに基づいて一対の電極5,5 間に所定の電力を印加し、多数の発熱抵抗体4 を個々に選択的にジュール発熱させるとともに該発熱した熱を記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。

次に上述したサーマルヘッドの製造方法について図３（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。尚、本形態においては１つの絶縁基板素体1Aから１個のサーマルヘッドを得る場合を例にとって説明する。

(1)先ず、前述の絶縁基板1 よりも一回り大型の絶縁基板素体1Aを準備する。前記絶縁基板素体1Aはアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料から成り、例えば、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して泥漿状になすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜いた上、高温（約１６００℃）で焼成することにより製作される。

かかる絶縁基板素体1Aの下面には、ブレイクライン（以下、単に溝という。）1aが形成されている。これらの溝1aで囲まれた区画がサーマルヘッド領域T となる。該溝1aは後述する(7) の工程において絶縁基板素体1Aを折り曲げにより所定形状の絶縁基板1 に切断する際、その切断を容易とするためのものであり、絶縁基板素体1Aとなるセラミックグリーンシートに予めカッターナイフで切り込みを入れておくことにより形成される。このとき、溝1aの深さは絶縁基板素体1Aの厚みの４分の１乃至３分の１に設定しておくことが好ましく、この範囲内に設定しておくことで絶縁基板素体1Aが(7) の切断工程に至る前に搬送時の振動等によって割れてしまうのを有効に防止することができる。

(2)次に、前記絶縁基板素体1Aの上面に蓄熱層2 を、前記サーマルヘッド領域Tから該領域T の外側まで延在するようにして被着させる。尚、本形態においては前記蓄熱層2 を絶縁基板素体1Aの上面全体にわたって形成する。前記蓄熱層2 は、ＳｉＯ₂を主成分とする無機質材料、例えばガラス等によって１５μm〜４０μmの厚みに被着され、ガラス粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して得た所定のガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷等の厚膜手法によって絶縁基板素体1Aの上面全体にわたって印刷・塗布し、これを約１３００℃の温度で焼き付けることによって形成される。

かかる工程により形成された蓄熱層2 はその外周部がガラスペーストの表面張力等に起因して盛り上がった形となるが、この盛り上がり部分は切断によって除去される領域に存在しており、後の工程(7) においてサーマルヘッドより切り離されることとなる。

(3)次に図３（ａ）に示す如く前記蓄熱層2 の一部上面、具体的にはサーマルヘッド領域T の外周部を除く蓄熱層2 の上面全体に耐エッチング層3 を被着させる。

前記耐エッチング層3 はＳｉ₃Ｎ₄を主成分とする無機質材料により０．１μm〜０．５μmの厚みに被着され、従来周知のスパッタリング等の薄膜手法を採用することによって形成される。

尚、かかる耐エッチング層3 のパターニングにはあまり高い精度は必要とされないので、前述したスパッタリングの際に、蓄熱層2 の一部表面をメタルマスク等で覆っておくだけで耐エッチング層3 を蓄熱層上面の所定領域にのみ形成することができる。

(4)次に図３（ｂ）に示す如く前記耐エッチング層3 上に抵抗層4A及び導電層5Aを順次被着させる。前記抵抗層4AはＴａＳｉＯやＴｉＳｉＯ，ＴｉＣＳｉＯ等の抵抗材料により０．０１μm〜０．１０μmで、また導電層5AはＡｌやＣｕ，Ａｇ等の金属により０．５μm〜２．０μmで、耐エッチング層3 の上面と、表面を露出させた領域の蓄熱層上面の双方にわたって被着・形成される。かかる抵抗層4Aと導電層5Aは従来周知の薄膜手法、例えばスパッタリングや真空蒸着等によって耐エッチング層3 等の上面に順次、被着・形成される。

(5)次にサーマルヘッド領域T 内の導電層5A及び抵抗層4Aを所定パターンに加工するとともに前記蓄熱層2 にサーマルヘッド領域T の外周部に沿った溝2aを形成する。前記導電層5A及び抵抗層4Aのパターニングと前記溝2aの形成は、従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチングを採用することにより行なわれる。

具体的には、まず図３（ｃ）に示す如く導電層5Aの表面に紫外線硬化型樹脂のワニスを従来周知のスピンコート法等によって塗布するとともに該ワニスに所定波長の紫外光を電極5,5 に対応した所定パターンに照射して紫外線硬化型樹脂を部分的に硬化させ、次に未硬化の紫外線硬化型樹脂を除去し、しかる後、紫外線硬化型樹脂r が所定パターンに被着されている絶縁基板素体1Aをフッ硝酸を含むエッチング液に所定時間浸漬し、該エッチング液で紫外線硬化型樹脂r が存在しない領域の導電層5A及び抵抗層4Aと、耐エッチング層3 が存在しない領域の蓄熱層2 とを連続的に浸蝕することによって図３（ｄ）に示す如き発熱抵抗体4 及び一対の電極5,5 のパターニングと溝2aの形成とが同時に行なわれる。

このとき、Ｓｉ₃Ｎ₄を主成分とする耐エッチング層3 はＳｉＯ₂を主成分とする蓄熱層2 に比しフッ硝酸を含むエッチング液に対して浸蝕されにくいことから、エッチング液と接触しても耐エッチング層3 は殆ど浸蝕されず、一方、耐エッチング層3 が存在しない領域の蓄熱層2 は大きく浸蝕され、これによって上述の溝2aが形成されることとなる。

またこの場合、蓄熱層2 の溝2aは電極5,5 や発熱抵抗体4 のパターニングと同一の工程で形成されることから、溝2aを形成するにあたり別途、工程が増えることはなく、サーマルヘッドの製造工程が複雑になるのを有効に防止することができる。

尚、前記発熱抵抗体4 のパターニングは、従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチングにより導電層5Aの一部を除去し、その下の抵抗層4Aを一部露出させることによって行なわれ、このとき露出した部分の抵抗層4Aが発熱抵抗体4 として機能することとなる。

(6)次に前記発熱抵抗体4 、一対の電極5,5 及び蓄熱層2 等の表面に保護層6 を被着させる。前記保護層6 は耐エッチング層3 と同質のＳｉ₃Ｎ₄等により０．１μm〜０．５μmの厚みに被着・形成され、従来周知のスパッタリング等の薄膜手法を採用することによって発熱抵抗体4 、一対の電極5,5 及び蓄熱層2 等を被覆するようにして形成される。

(7)そして最後に図３（ｅ）に示す如く前記絶縁基板素体1A及び蓄熱層2 を前記溝1a,2a に沿って切断し、所定形状のサーマルヘッドを得る。この切断は、所定の突起を有した治具を絶縁基板素体1Aの上下両側に配置してこれら治具の突起で絶縁基板素体1Aの所定箇所を押圧し、折り曲げ応力を印加することによって行なわれる。即ち、絶縁基板素体１Ａの下面に形成されたくさび状の溝１ａと、蓄熱層２に形成した溝２ａとの間が、絶縁基板１Ａ及び／または蓄熱層２の合計厚みが最も薄いため、安定して切断されることとなる。

この切断除去部にはガラスペーストの表面張力等に起因して盛り上がった蓄熱層2 のエッジ部分が位置しているので、切断除去後に得られるサーマルヘッドの蓄熱層2 に大きな盛り上がり等は一切存在せず、かかるサーマルヘッドを用いて印画を行なう際、記録媒体を全ての発熱抵抗体4 に対して均一かつ良好に摺接させることができる。

またこのとき、絶縁基板素体1Aと共に切断される蓄熱層2 の切断箇所には溝２ａが形成されているため、該切断時、蓄熱層２に印加される折り曲げ応力は溝2aの形成箇所に集中的に印加されることとなる。従って、得られるサーマルヘッドの蓄熱層2 にチッピングやバリが生じることは少なく、電極5 の破損を有効に防止してサーマルヘッドの生産性を飛躍的に向上させることができるとともに、かかるサーマルヘッドを用いて印画する際に記録媒体がサーマルヘッドとの摺接によって傷つくといった事態も有効に防止されるようになる。

尚、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば上述の形態では絶縁基板素体1Aからサーマルヘッドを１個だけ得る方法について説明したが、複数のサーマルヘッド領域を有した１つの絶縁基板素体から複数個のサーマルヘッドを同時に得る、所謂“多数個取り”を行なう場合にも適用が可能である。

更に上述の形態において蓄熱層2 の溝2aの内部に、図４に示す如く、発熱抵抗体4 や電極5 と同質の材料で形成される複数個のダミーパターンd を発熱抵抗体4 の配列方向と平行に並設しておいても良い。この場合、前記ダミーパターンdがサーマルヘッドのエッジ部における蓄熱層2 −保護層6 間の接着層として機能することから、保護層6 の下地に対する被着強度が上がり、サーマルヘッドの信頼性が向上する利点もある。

本発明の一形態に係る製造方法によって製作されるサーマルヘッドの平面図である。（ａ）は図１のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線断面図である。（ａ）〜（ｅ）は図１のサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程毎の断面図である。本発明の変形例を説明するための要部拡大断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基板
１A・・・絶縁基板素体
２・・・蓄熱層
２a・・・溝
３・・・耐エッチング層
４・・・発熱抵抗体
４a・・・抵抗層
５,５・・・一対の電極
５a・・・導電層
６・・・保護層

Claims

サーマルヘッド領域、及び該サーマルヘッド領域を囲み且つ下面にブレイクラインが形成された切断領域、を有する絶縁基板素体の上面に、前記サーマルヘッド領域内から前記切断領域の外側まで延在する蓄熱層を被着させる工程と、
前記切断領域を除く前記蓄熱層の上面に、耐エッチング層を被着させる工程と、
前記サーマルヘッド領域内の耐エッチング層上に抵抗層及び導電層を順次被着させる工程と、
前記導電層及び抵抗層の一部、並びに前記蓄熱層をエッチングして、前記導電層及び抵抗層を所定パターンに加工することにより発熱抵抗体及び電極を形成するとともに、前記蓄熱層の前記切断領域に溝を形成する工程と、
前記絶縁基板素体を前記ブレイクラインに沿って切断し、サーマルヘッドを得る工程と、を含むことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
前記蓄熱層はSiO_２を主成分とし、前記耐エッチング層はSi_３N_４を主成分とし、フッ硝酸を含むエッチング液によりエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッドの製造方法。
前記絶縁基板素体は、前記切断領域を境界として複数の前記サーマルヘッド領域を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッドの製造方法。