JP4448433B2 - サーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば熱転写型プリンタに搭載されるサーマルヘッドの製造方法に関する。

サーマルヘッドは、放熱性に優れた基板上に、例えばガラス等の高断熱材料からなる蓄熱層と、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体に個別に導通接続した個別電極群と、全発熱抵抗体に共通電位を与えるコモン電極群とを備え、コモン電極及び個別電極を介して発熱させた発熱抵抗体を、インクリボンとプラテンローラに巻きつけられた状態の被印刷物に圧接させることで印刷動作する。コモン電極と個別電極は、一般に、発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部にそれぞれ接続されて該抵抗長方向に一直線上に配置されるが、基板サイズを小さくし、且つ、発熱抵抗体を基板の端に配置するために、コモン電極を折り返す構造も提案されている。この電極折返構造では、例えば、互いの一端部が導体により接続された２つの発熱抵抗体で１つの印刷ドットを構成し、一方の発熱抵抗体の他端部に個別電極、他方の発熱抵抗体の他端部にコモン電極をそれぞれ接続している。

このようなサーマルヘッドは、例えば下記工程により形成することができる。

先ず、蓄熱層を有する基板上に全面的に抵抗体膜を成膜し、抵抗体膜の上に、形成すべき発熱抵抗体の抵抗長を規定する絶縁バリア層を形成する。絶縁バリア層で覆われた抵抗体膜の領域が、後に複数の発熱抵抗体となる。絶縁バリア層を形成したら、絶縁バリア層及び抵抗体膜の上にレジスト膜を全面的に形成し、露光及び現像してレジストパターンを形成する。レジスト膜にはポジ型を用いるのが一般的であり、レジスト膜の露光された部分が現像液によって溶ける。続いて、レジストパターンから露出している抵抗体膜を例えばエッチングにより除去し、該レジストパターンを除去する。レジストパターン除去後は、露出している蓄熱層、抵抗体膜及び絶縁バリア層の上に全面的に導体層を成膜する。続いて、導体層の一部を除去し、隣接する発熱抵抗体を導通接続する導体と、複数の発熱抵抗体に共通に接続するコモン電極群と、各発熱抵抗体に個別に接続する個別電極群とを形成する。上記導体で接続された一対の発熱抵抗体が印刷ドットを構成し、この印刷ドットに対してコモン電極と個別電極は同一方向で接続する。各個別電極の一端部（発熱抵抗体との接続側とは反対側の端部）には、さらに、複数の発熱抵抗体への通電制御を行う複数の駆動ＩＣをボンディング接続するための電極パッドを形成する。コモン電極群及び個別電極群は複数の小グループ電極群毎に間隔をおいて配列され、駆動ＩＣは、分割された小グループ電極群毎に備えられて、該小グループ電極群に属する各個別電極を選択的に通電する。
特開平８−１２７１４４号公報 特開平１０−１８８３９５号公報

上記従来構造では、隣接する小グループ電極群によって挟まれた、コモン電極、個別電極及び電極パッドが存在しないダミー領域には、抵抗体膜がベタ状に残されていた。このため、レジスト現像時に、所定のピッチ間隔でレジストパターンが形成される実領域とレジスト膜をベタ状のまま残すダミー領域との境界付近で現像液の濡れ性が異なり、ダミー領域近傍に形成されるレジストパターンが乱れてしまう虞がある。レジストパターンの乱れにより形成される発熱抵抗体の形状及び大きさがずれると、発熱抵抗体の発熱量がばらついて印刷濃度にムラができ、印刷品質が劣化する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、抵抗体パターン形状が高精度に規定され、印刷濃度ムラを抑制できるサーマルヘッドの製造方法を得ることを目的とする。

本発明は、発熱抵抗体（抵抗体パターン）を形成する際のレジスト露光現像時に現像液の濡れ性が一様であれば、発熱抵抗体を高精度に規定できることに着目してなされたものである。

すなわち、本発明は、所定ピッチで配置した印刷ドット群と、全印刷ドットに共通電位を与えるコモン電極群と、各印刷ドットに個別に接続された個別電極群と、各個別電極を介して印刷ドットを選択的に通電する駆動ＩＣとを備え、コモン電極群及び個別電極群は複数の小グループ電極群毎に間隔をおいて配列され、駆動ＩＣは、分割された小グループ電極群毎に備えられていて、隣接する小グループ電極群によって挟まれた領域には、所定のピッチ間隔で、印刷ドット及び前記駆動ＩＣの両方に非接続のダミー抵抗体パターンを有するサーマルヘッドを製造する方法であって、フォトリソグラフィ技術を用いて、印刷ドットを構成する抵抗体パターンと同時に、ダミー抵抗体パターンを形成することを特徴としている。

コモン電極群及び個別電極群は、抵抗体パターンの上に積層形成することが実際的である。そして、ダミー抵抗体パターンは、小グループ電極群に属するコモン電極及び個別電極の最小ピッチ間隔と同一のピッチ間隔で形成されていることが好ましい。例えば小グループ電極群でコモン電極と個別電極が交互に配置されている場合には、コモン電極と個別電極のピッチ間隔が最小ピッチ間隔となる。

またダミー抵抗体パターンは、上記コモン電極及び個別電極と平行に配列されることが好ましく、隣接する小グループ電極群の間の中央位置に関して対称形状をなすように配置することができる。

印刷ドットは、導体により互いの一端側が接続された２つの発熱抵抗体を有し、この一方の発熱抵抗体の他端側に個別電極が接続され、他方の発熱抵抗体の他端側にコモン電極が接続されていることが実際的である。

本発明によれば、抵抗体パターン形状が高精度に規定され、印刷濃度ムラを抑制できるサーマルヘッドの製造方法を得ることができる。

図１は本発明を適用したサーマルヘッドの全体構成を示す概略構成図であり、図２及び図３は同サーマルヘッド（保護層を除く）の構成を示す模式平面図及び模式断面図である。

サーマルヘッド１は、Ｓｉやセラミック材料、金属材料等からなる放熱性に優れた基板２上に例えばガラス等の断熱材料からなる蓄熱層３を有し、この蓄熱層３の上に、図１及び図２の左右方向に微小間隔をあけて一列に配置された複数の発熱抵抗体４を備えている。各発熱抵抗体４は、Ｔａ₂Ｎ又はＴａ−ＳｉＯ₂等のサーメット材料を用いて蓄熱層３の上に部分的に形成された抵抗体パターン４０の一部であり、該表面が絶縁バリア層５により覆われている。抵抗体パターン４０は、発熱抵抗体４となる領域外では、導体（コンタクト導体６、個別電極７、コモン電極８及びコモンライン９）の形成領域に存在し（図４参照）、該導体と蓄熱層３との密着性を高める密着層として機能している。絶縁バリア層５は、例えばＳｉＯ₂、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の絶縁材料により形成されていて、各発熱抵抗体４の平面的な大きさ（長さ寸法Ｌ、幅寸法Ｗ）を規定している。隣接する発熱抵抗体４の間には、蓄熱層３が露出するギャップ領域αが存在している。本実施形態では、隣接する一対の発熱抵抗体４（４ａ、４ｂ）により１つの印刷ドットＤが形成され、複数の印刷ドットＤは、発熱抵抗体４の通電方向と直交する方向（図１の左右方向）に配列されている。

一対の発熱抵抗体４ａ、４ｂは、図２に示すように、互いの抵抗長方向の一端部及びその隙間が矩形状のコンタクト導体６により覆われており、一方の発熱抵抗体４ａの抵抗長方向の他端部には個別電極７が接続され、他方の発熱抵抗体４ｂの他端部にはコモン電極８が接続されている。この個別電極７とコモン電極８は、印刷ドットＤに対して同一方向で接続され、ドット配列方向に交互に整列されている。個別電極７及びコモン電極８の間にはギャップ領域αが存在している。

コモン電極８は、隣接する２つの印刷ドットＤ毎に設けられ、隣接する２つの発熱抵抗体４ｂに接続したＵ字形状部と、該Ｕ字形状部から発熱抵抗体４ｂの抵抗長方向に平行な方向に長く延びる直線部とを有する略Ｙ字形をなしている。各コモン電極８は、発熱抵抗体４ｂ側とは反対側の端部でコモンライン９に接続されている。コモンライン９は、ドット配列方向に延びて複数のコモン電極８に共通に接続され、その長手方向（図１の左右方向）の両端から給電される。基板２とは別に設けた外部電源からの電力は、コモンライン９及び各コモン電極８を介して、全ての印刷ドットＤに供給される。本実施形態のコンタクト導体６、個別電極７及びコモン電極８は、各発熱抵抗体４側の端部が絶縁バリア層５上にオーバーレイして形成されている。なお、図１においてコモン電極８及びコモンライン９は図示省略されている。

個別電極７は、各印刷ドットＤ毎に設けられており、その発熱抵抗体４ａ側とは反対側の端部に、駆動ＩＣ２１をワイヤーボンディングするための電極パッド１０が、印刷ドットＤの配列方向と平行な方向に、発熱抵抗体４のピッチ間隔よりも広いピッチ間隔で千鳥状に互い違いに配置されている。この個別電極７及びコモン電極８は、複数の小グループ電極群Ａ（Ａ１〜Ａ４）毎に、間隔をおいて配列されている。

駆動ＩＣ２１は、複数の発熱抵抗体４への通電／非通電を切り替えるスイッチング素子である。この駆動ＩＣ２１は、基板２とは別体の駆動ユニット２０に、分割された小グループ電極群Ａ１〜Ａ４毎に備えられており、該小グループ電極群Ａ１〜Ａ４に属する各個別電極７を選択的に通電する。駆動ＩＣ２１のピッチ間隔は、小グループ電極群Ａ１〜Ａ４のピッチ間隔に対応している。なお、図１はサーマルヘッド１の構造を簡略的に示したものであり、実際の電極パッドと駆動ＩＣを結ぶワイヤーは約５０μｍ程度と非常に微小間隔で設けられている。

上記コンタクト導体６、個別電極７、コモン電極８及びコモンライン９は、抵抗体パターン４０上に、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ等の導電材料により形成されている。図示されていないが、絶縁バリア層５、コンタクト導体６、個別電極７、コモン電極８及びコモンライン９の上には、プラテンローラとの接触等から保護する耐磨耗保護層が形成されている。

上記構成のサーマルヘッド１では、一対の発熱抵抗体４ａ、４ｂからなる印刷ドットＤのドット配列方向のピッチ間隔に比して駆動ＩＣ２１のピッチ間隔が狭いので、隣接する小グループ電極群Ａ（該小グループ電極群Ａに属する個別電極７及びコモン電極８の下に形成されている抵抗体パターン４０）によって挟まれた領域が生ずる。この隣接する小グループ電極群Ａによって挟まれた領域には、ドット配列方向に直交する方向において発熱抵抗体から電極パッドまでの間に位置させて、印刷ドットＤ及び電極パッド１０の両方に非接続のダミー抵抗体パターン４１が形成されている。図２、４では、ダミー抵抗体パターン４１を塗りつぶして示してある。

図４は、抵抗体パターン４０及びダミー抵抗体パターン４１を示す平面図である。ダミー抵抗体パターン４１は、蓄熱層３の上に全面的に形成した抵抗体膜をフォトリソグラフィによりパターニングして抵抗体パターン４０と同時に形成されるもので、該形成時に抵抗体パターン４０のパターン精度を高める機能を有している。具体的にダミー抵抗体パターン４１は、抵抗体パターン４０と平行に且つ抵抗体パターン４０と同一のピッチ間隔で配列され、隣接する小グループ電極群Ａの間の中央位置Ｃに関して対称形状をなしている。以下では、抵抗体パターン４０が形成されている領域を「実領域（＝小グループ電極群Ａ）」といい、ダミー抵抗体パターン４１が形成されている領域を「ダミー領域」ということにする。

次に、図５及び図６を参照し、本実施形態によるサーマルヘッド１の製造方法、特にダミー抵抗体パターン４１の製造工程について説明する。

先ず、図５に示すように、蓄熱層３を有する基板２の上にＴａ₂Ｎ又はＴａ−ＳｉＯ₂等のサーメット材料からなる抵抗体膜４’を全面的に成膜し、抵抗体膜４’の上に、形成すべき発熱抵抗体の抵抗長Ｌを規定する絶縁バリア層５を形成する。絶縁バリア層５で覆われた抵抗体膜４’の領域は、後に複数の発熱抵抗体４となる。

次に、図６に示すように、絶縁バリア層５を含む抵抗体膜４’の表面に全面的にレジスト膜を成膜し、露光及び現像してレジストパターンＲを形成する。レジスト膜にはポジ型を用いることが一般的であり、レジスト膜の露光された部分が現像液によって溶ける。レジストパターンＲには、隣り合う発熱抵抗体間、コモン電極及び個別電極間のギャップ領域αに対応する実領域形成スリット群Ｓ１を設け、その隣接する実領域形成スリット群Ｓ１の間に、該実領域形成スリット群Ｓ１の端のスリットに平行で且つ同一のピッチ間隔を有するダミー領域形成スリット群Ｓ２を設ける。形成すべき発熱抵抗体の抵抗幅Ｗは、実領域形成スリット群Ｓ１により規定される。この実領域形成スリット群Ｓ１とダミー領域形成スリット群Ｓ２を設けることにより、レジスト膜全体にスリットが一様に形成されるので、レジスト膜を溶かす現像液の濡れ性もレジスト膜全体でほぼ一様となり、サイズムラのない良好なレジストパターンＲが得られる。

続いて、レジストパターンＲから露出している抵抗体膜を例えばエッチングにより除去し、さらにレジストパターンＲを除去する。これにより、図４に示すように、実領域には抵抗体パターン４０が残り、この実領域に挟まれたダミー領域にはダミー抵抗体パターン４１が残る。上述したように、エッチング時のマスクとなるレジストパターンＲにはサイズムラが生じていないので、抵抗体パターン４０を高精度に形成することができる。ここまでの工程により、絶縁バリア層５で覆われて平面的大きさ（抵抗長Ｌ、抵抗幅Ｗ）が規定された複数の発熱抵抗体４が得られる。

抵抗体パターン４０を形成したら、露出している蓄熱層３、絶縁バリア層５、抵抗体パターン４０及びダミー抵抗体パターン４１の上に全面的に導体膜を成膜した後、導体膜の一部をエッチング等により除去し、抵抗体パターン４０の上に位置する導体膜のみを残す。これにより、隣接する発熱抵抗体４を導通接続するコンタクト導体６と、各発熱抵抗体４に個別に接続する個別電極７と、複数の発熱抵抗体４に共通に接続するコモン電極８と、コモン電極８に接続するコモンライン９とが得られる。

続いて、各個別電極７の発熱抵抗体４との接続側とは反対側の端部に電極パッド１０をそれぞれ形成し、この電極パッド１０を除く基板表面（露出している蓄熱層３、絶縁バリア層５、コンタクト導体６、個別電極７、コモン電極８及びコモンライン９）を覆う耐磨耗保護層を形成する。そして、耐磨耗保護層から露出している電極パッド１０と該電極パッド１０に対応する駆動ＩＣ２１とをワイヤーボンディング接続することで、図１〜図３に示すサーマルヘッド１が得られる。

以上のように本実施形態では、隣接する小グループ電極群Ａ（より具体的には、小グループ電極群Ａに属する個別電極７及びコモン電極８の上に積層される抵抗体パターン４０の存在する実領域）によって挟まれたダミー領域に、個別電極７（抵抗体パターン４０）と同一のピッチ間隔でダミー抵抗体パターン４１を設ける。したがって、抵抗体パターン４０を形成する際のレジスト露光現像時に、実領域とダミー領域の境界近傍で現像液の濡れ性に違いが生じることはなく、レジストパターンＲ、延いては抵抗体パターン４０を規定形状・サイズで精度良く形成することができる。これにより、各印刷ドットＤでの発熱量（発熱抵抗値）は略均一となるから、印刷濃度ムラは良好に抑制され、優れた印刷品質が得られる。

上記ダミー抵抗体パターン４１は、本実施形態のように抵抗体パターン４０と同一のピッチ間隔でダミー領域全体に形成されていることが望ましいが、実領域とダミー領域の境界近傍に少なくとも形成されていればよく、また、そのピッチ間隔は抵抗体パターン４０のピッチ間隔の２倍程度であれば許容範囲内である。具体的に例えば、実領域とダミー領域の境界近傍は抵抗体パターン４０と同一のピッチ間隔で設け、ダミー領域の中央側ではピッチ間隔を広げる態様としてもよい。

本実施形態では、電極パッド１０にワイヤーボンディングされる駆動ＩＣ２１が基板２とは別体の駆動ユニット２０に搭載されているが、該電極パッド１０と駆動ＩＣ２１は同一基板上に設けられていてもよい。

以上では、個別電極７及びコモン電極８が印刷ドットＤに対して同一方向で接続した折り返し構造のサーマルヘッド１について説明したが、本発明は、個別電極とコモン電極が発熱抵抗体の抵抗長方向に一直線状に配置される直線構造タイプのサーマルヘッドにも適用可能である。

本発明によるサーマルヘッドの全体構成を示す概略構成図である。 同サーマルヘッド（保護層を除く）の構成を示す模式平面図である。 同サーマルヘッド（保護層を除く）の個別電極側の構成を示す模式断面図である。 抵抗体パターン及びダミー抵抗体パターンを示す平面図である。 同サーマルヘッドの製造工程の一工程を示す平面図である。 同サーマルヘッドの製造工程の一工程を示す断面図である。

符号の説明

１ サーマルヘッド
２ 基板
３ 蓄熱層
４ 発熱抵抗体
４’ 抵抗体膜
５ 絶縁バリア層
６ コンタクト導体
７ 個別電極
８ コモン電極
９ コモンライン
１０ 電極パッド
２０ 駆動ユニット
２１ 駆動ＩＣ
４０ 抵抗体パターン
４１ ダミー抵抗体パターン
Ａ（Ａ１〜Ａ４） 小グループ電極群
Ｃ 小グループ電極群の間の中央位置
Ｄ 印刷ドット
Ｌ 抵抗長
Ｒ レジストパターン
Ｓ１ 実領域形成スリット群
Ｓ２ ダミー領域形成スリット群
Ｗ 抵抗幅
α ギャップ領域

Claims (6)

1. 所定ピッチで配置した印刷ドット群と、全印刷ドットに共通電位を与えるコモン電極群と、各印刷ドットに個別に接続された個別電極群と、各個別電極を介して前記印刷ドットを選択的に通電する駆動ＩＣとを備え、
   前記コモン電極群及び前記個別電極群は複数の小グループ電極群毎に間隔をおいて配列され、前記駆動ＩＣは分割された小グループ電極群毎に備えられていて、隣接する小グループ電極群によって挟まれた領域には、所定のピッチ間隔で、前記印刷ドット及び前記駆動ＩＣの両方に非接続のダミー抵抗体パターンを有するサーマルヘッドを製造する方法であって、
   フォトリソグラフィ技術を用いて、前記印刷ドットを構成する抵抗体パターンと同時に、前記ダミー抵抗体パターンを形成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
2. 請求項１記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記コモン電極群及び前記個別電極群は、前記抵抗体パターンの上に積層形成するサーマルヘッドの製造方法。
3. 請求項１または２記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記ダミー抵抗体パターンは、前記小グループ電極群に属するコモン電極及び個別電極の最小ピッチ間隔と同一のピッチ間隔で形成するサーマルヘッドの製造方法。
4. 請求項１ないし３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、前記ダミー抵抗体パターンは、前記小グループ電極群に属するコモン電極及び個別電極と平行に配列するサーマルヘッドの製造方法。
5. 請求項１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、前記ダミー抵抗体パターンは、隣接する小グループ電極群の間の中央位置に関して対称形状で形成するサーマルヘッドの製造方法。
6. 請求項１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、前記印刷ドットは、導体により互いの一端側が接続された２つの発熱抵抗体で形成し、この一方の発熱抵抗体の他端側に前記個別電極を接続し、他方の発熱抵抗体の他端側に前記コモン電極を接続するサーマルヘッドの製造方法。

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