JP4619876B2 - Heating resistance element parts and printer - Google Patents

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Description

この発明は、発熱抵抗素子部品、及びプリンタに関するものである。 The present invention relates to a heating resistor element component, and printer.

従来、発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドとして、例えば、特許文献１に示される構造のものが知られている。このサーマルヘッドは、絶縁基板本体と、該絶縁基板本体の表面に形成されたアンダーグレーズ層とからなる絶縁基板の表面に、間隔をあけて複数の発熱抵抗体を配置するとともに、これらの発熱抵抗体に電力を供給する配線を敷設した構造を有している。アンダーグレーズ層の厚さ方向の中間位置に、発熱抵抗体の配列方向に沿って延びる帯状の空洞部を備えることにより、該帯状の空洞部を熱伝導率の低い断熱層として機能させ、発熱抵抗体から絶縁基板側に流れる熱量を低減することで、発熱効率を向上することが考えられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a thermal head that is a heating resistor element component, for example, a structure shown in Patent Document 1 is known. This thermal head has a plurality of heating resistors arranged at intervals on the surface of an insulating substrate consisting of an insulating substrate body and an underglaze layer formed on the surface of the insulating substrate body. It has a structure in which wiring for supplying power to the body is laid. By providing a strip-shaped cavity extending in the arrangement direction of the heating resistors at an intermediate position in the thickness direction of the underglaze layer, the strip-shaped cavity functions as a heat insulating layer having a low thermal conductivity, thereby generating a heating resistor. It is considered to improve the heat generation efficiency by reducing the amount of heat flowing from the body to the insulating substrate side.

帯状の空洞部は、アンダーグレーズ層を形成する際に、帯状のセルロース系樹脂を埋め込んでおき、焼成処理の際にこのセルロース系樹脂を蒸発させることで、アンダーグレーズ層の中に形成されている。
特開平６−１６６１９７号公報 The band-shaped cavity is formed in the underglaze layer by embedding the band-shaped cellulosic resin when the underglaze layer is formed and evaporating the cellulosic resin during the firing process. .
JP-A-6-166197

しかしながら、特許文献１のサーマルヘッドには以下の欠点がある。
第１に、発熱抵抗体の下に空洞部を設けることで、絶縁基板本体方向への断熱効果はあるものの、厚さ方向の中間位置に空洞部を形成するためにアンダーグレーズ層自体が比較的厚く形成される必要がある。このため、アンダーグレーズ層に伝達された熱量がアンダーグレーズ層内に蓄積されることとなり、発熱抵抗体の表面側への熱量の伝達量が少なくなって、発熱効率が低下するという問題がある。 However, the thermal head of Patent Document 1 has the following drawbacks.
First, by providing a hollow portion under the heating resistor, there is a heat insulation effect toward the insulating substrate body, but the underglaze layer itself is relatively formed in order to form the hollow portion at an intermediate position in the thickness direction. It needs to be thick. For this reason, the amount of heat transmitted to the underglaze layer is accumulated in the underglaze layer, and there is a problem that the amount of heat transmitted to the surface side of the heat generating resistor is reduced and the heat generation efficiency is lowered.

第２に、空洞部を形成するために蒸発させる樹脂材料の寸法精度は低く、精密な形状の空洞部を形成することができない。このため、空洞部は、複数の発熱抵抗体の配列方向に沿って複数の発熱抵抗体に跨るように帯状に形成されるので、発熱抵抗体の位置におけるアンダーグレーズ層の強度が低く、印字の際に発熱抵抗体にかかる圧力によって、空洞部が潰れ易いという欠点がある。特に、発熱抵抗体との間に印刷用紙を挟むドラムは、発熱抵抗体の配列方向に沿って配されるため、アンダーグレーズ層が発熱抵抗体の配列方向に沿って割れる虞がある。   Second, the dimensional accuracy of the resin material that is evaporated to form the cavity is low, and it is not possible to form a precisely shaped cavity. For this reason, since the cavity is formed in a strip shape so as to straddle the plurality of heating resistors along the arrangement direction of the plurality of heating resistors, the strength of the underglaze layer at the position of the heating resistors is low, and printing is performed. In this case, there is a drawback that the cavity is easily crushed by the pressure applied to the heating resistor. In particular, since the drum sandwiching the printing paper with the heating resistor is arranged along the arrangement direction of the heating resistors, the underglaze layer may break along the arrangement direction of the heating resistors.

第３に、アンダーグレーズ層の厚さ方向の中間位置に空洞部を設ける従来の方法は、サンダーグレーズ下層の表面に、セルロース系樹脂からなる蒸発成分層を帯状に印刷して乾燥させ、その後、アンダーグレーズ下層と同一の絶縁材料からなるアンダーグレーズ表層形成ペーストを表面に形成して乾燥させる。さらに、このようにして積層された絶縁材料を約１３００℃の温度で焼成することにより、蒸発成分層を蒸発させるものである。したがって、発熱抵抗体の下方に空洞部を設けるために複雑な工程が必要であり、製造に時間を要するという問題がある。   Thirdly, the conventional method of providing a cavity at the middle position in the thickness direction of the underglaze layer is to print and evaporate an evaporating component layer made of a cellulosic resin on the surface of the lower layer of the sander glaze, An underglaze surface layer forming paste made of the same insulating material as the underglaze lower layer is formed on the surface and dried. Further, the insulating material laminated in this way is baked at a temperature of about 1300 ° C. to evaporate the evaporation component layer. Accordingly, there is a problem that a complicated process is required to provide the hollow portion below the heating resistor, and time is required for manufacturing.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減を図り、発熱抵抗体下部の基板の強度を向上し、簡易にかつ安価に製造することができるサーマルヘッドとその製造方法およびサーマルプリンタを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and improves the heating efficiency of the heating resistor to reduce power consumption, improves the strength of the substrate under the heating resistor, and is simple and inexpensive. It is an object of the present invention to provide a thermal head that can be manufactured, a manufacturing method thereof, and a thermal printer.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、シリコン基板上に複数の発熱抵抗体を間隔をあけて配列し、各発熱抵抗体に電力を供給する配線を接続してなり、前記シリコン基板の各発熱抵抗体により覆われる領域に、該シリコン基板を厚さ方向に貫通する空洞部が各発熱抵抗体に対して個別に設けられている発熱抵抗素子部品を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
In the present invention, a plurality of heating resistors are arranged on a silicon substrate at intervals, and wiring for supplying electric power to each heating resistor is connected. In the region covered by each heating resistor on the silicon substrate. There is provided a heating resistance element component in which a hollow portion penetrating the silicon substrate in the thickness direction is individually provided for each heating resistance .

本発明によれば、発熱抵抗体がシリコン基板上に設けられ、各発熱抵抗体の下方にシリコン基板を厚さ方向に貫通する空洞部が形成されているので、空洞部が断熱層として機能してシリコン基板側への熱の伝達が遮られる。また、空洞部はシリコン基板に直接設けられ、蓄熱層として機能するアンダーグレーズ層を有しないので、発熱抵抗体において発生した熱は、基板側に蓄熱されることなく発熱抵抗体上方に伝達され、感熱記録紙等への熱記録を行うため等に効率よく利用される。したがって、発熱抵抗体における消費電力を抑えることができる。   According to the present invention, the heating resistor is provided on the silicon substrate, and the cavity that penetrates the silicon substrate in the thickness direction is formed below each heating resistor, so that the cavity functions as a heat insulating layer. This prevents heat transfer to the silicon substrate. Moreover, since the cavity is directly provided in the silicon substrate and does not have an underglaze layer that functions as a heat storage layer, the heat generated in the heating resistor is transmitted to the upper side of the heating resistor without being stored on the substrate side, It is efficiently used for performing thermal recording on thermal recording paper or the like. Therefore, power consumption in the heating resistor can be suppressed.

さらに、シリコン基板によって発熱抵抗体の基板を構成することにより、半導体製造技術を利用して、発熱抵抗体の下方に空洞部を簡易にかつ精度よく形成することができる。したがって、従来の方法と比較して、製造工数を削減することができる。   Furthermore, by forming the substrate of the heating resistor with the silicon substrate, the cavity can be easily and accurately formed below the heating resistor by using semiconductor manufacturing technology. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced as compared with the conventional method.

また、シリコン基板に、各発熱抵抗体に対して個別に空洞部を設けることで、隣接する発熱抵抗体ごとに設けられた空洞部間にシリコン基板を残すことができる。空洞部間に残ったシリコン基板は、厚さ方向に延び、発熱抵抗体の上面から加えられる押圧力を支持する支持部材として機能する。その結果、印刷時等に発熱抵抗体の上面側から押圧力を受けても、空洞部間に残ったシリコン基板により押圧力が支持され、耐圧性能が向上する。 In addition, by providing the silicon substrate with a cavity portion for each heating resistor, the silicon substrate can be left between the cavity portions provided for the adjacent heating resistors. The silicon substrate remaining between the cavities extends in the thickness direction and functions as a support member that supports the pressing force applied from the upper surface of the heating resistor. As a result, even if a pressing force is applied from the upper surface side of the heating resistor during printing or the like, the pressing force is supported by the silicon substrate remaining between the hollow portions, and the pressure resistance performance is improved.

また、上記発明においては、前記空洞部が、各発熱抵抗体に対して複数設けられていることとしてもよい。
このように構成することで、発熱抵抗体の下方においても空洞部間に存在するシリコン基板によって、耐圧性能をさらに向上することができる。 In the above invention, a plurality of the cavity portions may be provided for each heating resistor.
With this configuration, the withstand voltage performance can be further improved by the silicon substrate existing between the cavities even below the heating resistor.

また、上記発明においては、前記発熱抵抗体と前記シリコン基板との間に絶縁被膜が設けられていることが好ましい。
このように構成することで、発熱抵抗体に電力を供給する配線とシリコン基板との電気的な絶縁が行われるとともに、発熱抵抗体が受ける押圧力に対する耐圧性能を絶縁皮膜によってさらに向上することができる。 Moreover, in the said invention, it is preferable that the insulating film is provided between the said heating resistor and the said silicon substrate.
With this configuration, the silicon substrate is electrically insulated from the wiring for supplying power to the heating resistor and the pressure resistance performance against the pressing force received by the heating resistor can be further improved by the insulating film. it can.

また、上記発明においては、前記シリコン基板の前記発熱抵抗体とは反対側の表面にガラス基板が接着されていることとしてもよい。
このようにすることで、シリコン基板が貼り合わせられたガラス基板によって補強され、シリコン基板特有の劈開による破断を防止することができる。 Moreover, in the said invention, it is good also as the glass substrate being adhere | attached on the surface on the opposite side to the said heating resistor of the said silicon substrate.
By doing so, the silicon substrate is reinforced by the glass substrate to which the silicon substrate is bonded, and breakage due to the cleavage that is peculiar to the silicon substrate can be prevented.

また、上記発明においては、前記空洞部に気体が封入されていることとしてもよい。
このようにすることで、空洞部内に封入された気体の圧力によって、発熱抵抗体にかかる押圧力が支持され、耐圧性能をさらに向上できる。 Moreover, in the said invention, it is good also as gas being enclosed with the said cavity part.
By doing in this way, the pressing force applied to the heating resistor is supported by the pressure of the gas sealed in the cavity, and the pressure resistance performance can be further improved.

また、上記発明においては、前記気体が不活性ガスであることが好ましい。
このようにすることで、発熱抵抗体の酸化等の劣化を防止し、信頼性、耐久性を向上することができる。 Moreover, in the said invention, it is preferable that the said gas is an inert gas.
By doing in this way, deterioration, such as oxidation of a heating resistor, can be prevented and reliability and durability can be improved.

また、上記発明においては、前記空洞部が減圧されていることとしてもよい。
このようにすることで、発熱抵抗体の作動による温度変化によっても空洞部内の内圧の変動を抑制することができる。 Moreover, in the said invention, it is good also as the said cavity part being pressure-reduced.
By doing in this way, the fluctuation | variation of the internal pressure in a cavity part can be suppressed also by the temperature change by the action | operation of a heating resistor.

また、本発明は上記いずれかの発熱抵抗素子部品からなるサーマルヘッドを備えるプリンタを提供する。
本発明によれば、発熱効率を向上して省電力化を図り、少ない電力で長時間にわたり印刷を行うことができる。 In addition, the present invention provides a printer including a thermal head made of any one of the above heating resistor elements.
According to the present invention, heat generation efficiency can be improved to save power, and printing can be performed for a long time with less power.

本発明によれば、発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減を図り、発熱抵抗体下部の基板の強度を向上し、簡易にかつ安価に製造することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to improve the heat generation efficiency of the heat generating resistor to reduce power consumption, to improve the strength of the substrate under the heat generating resistor, and to be manufactured easily and inexpensively.

本発明の第１の実施形態に係る発熱抵抗素子部品とその製造方法について、図１〜図５を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る発熱抵抗素子部品１は、サーマルプリンタに用いられるサーマルヘッド（以下、サーマルヘッド１という。）であって、図１に示されるように、シリコン基板２と、該シリコン基板２上に形成されたアンダーコート３と、該アンダーコート３上に形成された発熱抵抗体４と、該発熱抵抗体４に接続される配線５ａ，５ｂと、発熱抵抗体４および配線５の上面を被覆する保護膜６とを備えている。図中符号７は、エッチングマスクである。 A heating resistor element component and a manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
A heating resistor element component 1 according to the present embodiment is a thermal head (hereinafter, referred to as a thermal head 1) used in a thermal printer, and as shown in FIG. The undercoat 3 formed on the undercoat 3, the heating resistor 4 formed on the undercoat 3, the wirings 5 a and 5 b connected to the heating resistor 4, and the upper surfaces of the heating resistor 4 and the wiring 5. The protective film 6 is provided. Reference numeral 7 in the figure denotes an etching mask.

前記発熱抵抗体４は、図１（ｂ）に示されるように、シリコン基板２の表面に一方向に間隔をあけて複数配列されている。
前記配線５ａ，５ｂは、前記発熱抵抗体４の配列方向に直交する方向の一端に接続される共通配線５ａと、他端に接続される個別配線５ｂとから構成されている。 As shown in FIG. 1B, a plurality of the heating resistors 4 are arranged on the surface of the silicon substrate 2 with an interval in one direction.
The wirings 5a and 5b are composed of a common wiring 5a connected to one end in a direction orthogonal to the arrangement direction of the heating resistors 4 and an individual wiring 5b connected to the other end.

前記シリコン基板２には、前記発熱抵抗体４によって覆われる領域に板厚方向に貫通する空洞部８が形成されている。空洞部８は、複数の発熱抵抗体４のそれぞれに個別に設けられ、隣り合う発熱抵抗体４に対応する空洞部８どうしは、シリコン基板２に設けられた隔壁９によって離隔されている。   In the silicon substrate 2, a cavity 8 that penetrates in the thickness direction is formed in a region covered with the heating resistor 4. The cavities 8 are individually provided for each of the plurality of heating resistors 4, and the cavities 8 corresponding to the adjacent heating resistors 4 are separated by a partition wall 9 provided in the silicon substrate 2.

各空洞部８は、図１（ａ）に示されるように、発熱抵抗体４の発熱有効面積に対応する位置に設けられている。ここで、発熱抵抗体４の発熱有効面積とは、発熱抵抗体４の範囲から配線５ａ，５ｂとの重複部分を除去した部分を意味する。
空洞部８の内壁は、シリコン基板２の板厚方向に沿って真っ直ぐに延びている。したがって、空洞部８間に形成される隔壁９も板厚方向の全長にわたって真っ直ぐに延びている。 Each cavity 8 is provided at a position corresponding to the effective heating area of the heating resistor 4 as shown in FIG. Here, the heat generation effective area of the heat generating resistor 4 means a portion obtained by removing an overlapping portion with the wirings 5 a and 5 b from the range of the heat generating resistor 4.
The inner wall of the cavity 8 extends straight along the thickness direction of the silicon substrate 2. Therefore, the partition wall 9 formed between the cavity portions 8 also extends straight over the entire length in the plate thickness direction.

次に、このような本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法について説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド１を製造するには、まず、図２（ａ）に示されるように一定の厚さを有するシリコン基板２の表面に絶縁材料からなるアンダーコート３を成膜する。その材料としては、ＳｉＯ2、ＳｉＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2０5、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4等が用いられる。シリコン基板２およびアンダーコート３の厚さ寸法はそれぞれ、数百μｍおよび数百μｍ〜数μｍである。 Next, a method for manufacturing the thermal head 1 according to this embodiment will be described.
In order to manufacture the thermal head 1 according to the present embodiment, first, an undercoat 3 made of an insulating material is formed on the surface of a silicon substrate 2 having a certain thickness as shown in FIG. As the material, SiO 2 , SiO, Al 2 O 3 , Ta 2 0 5 , SiAlON, Si 3 N 4 or the like is used. The thickness dimensions of the silicon substrate 2 and the undercoat 3 are several hundred μm and several hundred μm to several μm, respectively.

次に、図２（ｂ）に示されるように、シリコン基板２のアンダーコート３が設けられている面とは逆側の面（以下、裏面という。）にエッチングのためのエッチングマスク７を形成する。具体的には、シリコン基板２の裏面に、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法のいずれかの方法によりマスク材料からなるエッチングマスク７が成膜される。マスク材料としては、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4等の絶縁材料、あるいは、Ａｌ、Ｃｒ等の金属材料が用いられる。 Next, as shown in FIG. 2B, an etching mask 7 for etching is formed on the surface of the silicon substrate 2 opposite to the surface on which the undercoat 3 is provided (hereinafter referred to as the back surface). To do. Specifically, an etching mask 7 made of a mask material is formed on the back surface of the silicon substrate 2 by any one of sputtering, vacuum deposition, and CVD. As the mask material, an insulating material such as SiO 2 or Si 3 N 4 or a metal material such as Al or Cr is used.

エッチングマスク７の表面にフォトレジスト（図示略）でパターニングした後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチングまたはウェットエッチングを行い、エッチングマスク７をエッチングし、エッチング窓７ａを形成する。エッチングマスク７は、シリコン基板２に空洞部８を形成するためのもので、表面側に発熱抵抗体４が配されることとなる領域にエッチング窓７ａを形成し残りの領域を被覆するようにパターニングされる。本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、図３に示されるように、エッチングマスク７のパターニングで形成されたエッチング窓７ａの大きさは、発熱抵抗体４の発熱有効面積と同じになっている。   After patterning the surface of the etching mask 7 with a photoresist (not shown), dry etching or wet etching by reactive ion etching (RIE) is performed to etch the etching mask 7 to form an etching window 7a. The etching mask 7 is for forming the cavity 8 in the silicon substrate 2, and an etching window 7a is formed in a region where the heating resistor 4 is arranged on the surface side so as to cover the remaining region. Patterned. According to the thermal head 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the size of the etching window 7 a formed by patterning the etching mask 7 is the same as the effective heating area of the heating resistor 4. Yes.

次いで、図２（ｃ）に示されるように、シリコン基板２表面のアンダーコート３上に発熱抵抗体４を形成する。発熱抵抗体４としては、Ｔａ系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料を用いる。この発熱抵抗体材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜し、リフトオフ法もしくはエッチング法により発熱抵抗体４を形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, the heating resistor 4 is formed on the undercoat 3 on the surface of the silicon substrate 2. As the heating resistor 4, a heating resistor material such as Ta-based or silicide-based is used. The heat generating resistor material is formed into a film by sputtering, vapor deposition or the like, and the heat generating resistor 4 is formed by lift-off method or etching method.

次いで、図２（ｄ）に示されるように、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜し、リフトオフ法もしくはエッチング法により個別配線５ｂおよび共通配線５ａを形成する。その後、図２（ｅ）に示されるように、Ｓｉ０2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜する。保護膜６は、シリコン基板２表面の発熱抵抗体４および配線５ａ，５ｂ全面を被覆するように形成される。 Next, as shown in FIG. 2D, a wiring material such as Al, Al-Si, or Au is formed by sputtering or vapor deposition, and the individual wiring 5b and the common wiring 5a are formed by a lift-off method or an etching method. To do. Thereafter, as shown in FIG. 2E, a protective film material such as SiO 2 , Ta 2 O 5 , SiAlON, Si 3 N 4 is formed by sputtering, ion plating, CVD, or the like. The protective film 6 is formed so as to cover the entire surface of the heating resistor 4 and the wirings 5a and 5b on the surface of the silicon substrate 2.

最後に、図２（ｆ）に示されるように、図２（ｂ）で形成されたエッチングマスク７をマスクとして、シリコン基板２の裏面側から、ＲＩＥによるドライエッチング法により、シリコン基板２をエッチングして裏面側からアンダーコート３裏面に到達する空洞部８を形成する。
これにより、図１に示されるように、サーマルヘッド１が製造される。 Finally, as shown in FIG. 2 (f), the silicon substrate 2 is etched from the back side of the silicon substrate 2 by the dry etching method by RIE, using the etching mask 7 formed in FIG. 2 (b) as a mask. Then, the cavity 8 reaching the back surface of the undercoat 3 from the back surface side is formed.
Thereby, as shown in FIG. 1, the thermal head 1 is manufactured.

このようにして構成された本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、発熱抵抗体４の発熱有効面積部分の下方には、極薄いアンダーコート３が設けられ、さらにその下方にはシリコン基板２が存在しない空洞部８が設けられているので、空洞部８が断熱層として機能し、発熱抵抗体４で発生した熱量のシリコン基板２側への流出やシリコン基板２内への蓄熱を抑制することができる。そして、数百μｍという比較的厚い断熱層８が形成されるので、非常に高い断熱効果を得ることができ、その結果、非常に高い発熱効率を得ることができる。   According to the thermal head 1 according to the present embodiment configured as described above, an extremely thin undercoat 3 is provided below the heat generation effective area portion of the heating resistor 4, and further below the silicon substrate 2. Since the cavity 8 that does not exist is provided, the cavity 8 functions as a heat insulating layer and suppresses the outflow of heat generated in the heating resistor 4 to the silicon substrate 2 side and the heat storage in the silicon substrate 2. be able to. And since the comparatively thick heat insulation layer 8 of several hundred micrometers is formed, a very high heat insulation effect can be acquired and, as a result, a very high heat generation efficiency can be obtained.

図４に、発熱効率の評価データを示す。この評価は、サーマルヘッド１の発熱抵抗体４に通電し、感熱紙に印刷を行い、印字されたデータの濃淡を数値化することにより行われ、数値が大きいほど濃度が濃いことを示している。本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、比較例としての特許文献１のサーマルヘッドおよび空洞部８を有しないサーマルヘッドと比較して、非常に高い発熱効率を有することがわかる。   FIG. 4 shows the evaluation data of the heat generation efficiency. This evaluation is performed by energizing the heating resistor 4 of the thermal head 1, printing on thermal paper, and digitizing the density of the printed data. The larger the value, the higher the density. . It can be seen that the thermal head 1 according to the present embodiment has a very high heat generation efficiency as compared with the thermal head of Patent Document 1 as a comparative example and the thermal head without the cavity 8.

特に、本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、空洞部８に対応する発熱有効面積部分には、発熱抵抗体４に重なる保護膜６とアンダーコート３しか存在しないので、発熱抵抗体４全体の熱容量を極めて小さくすることができる。したがって、発熱抵抗体４において発熱した熱量のシリコン基板２側への流入のみならず、シリコン基板２への蓄積も少ないため応答性に優れ、高速印字が可能なサーマルヘッド１を実現できる。その結果、アンダーグレーズ層を有し空洞部８を有しない従来のサーマルヘッドに比べ２倍以上の発熱効率を得ることができる。   In particular, according to the thermal head 1 according to the present embodiment, only the protective film 6 and the undercoat 3 that overlap the heat generating resistor 4 are present in the heat generation effective area corresponding to the cavity 8, and thus the entire heat generating resistor 4. The heat capacity of can be made extremely small. Therefore, not only the amount of heat generated in the heat generating resistor 4 flows into the silicon substrate 2 side but also the accumulation on the silicon substrate 2 is small, so that the thermal head 1 having excellent responsiveness and capable of high-speed printing can be realized. As a result, it is possible to obtain heat generation efficiency more than twice that of a conventional thermal head that has an underglaze layer and does not have a cavity 8.

また、空洞部８の形成は、図２（ｂ）エッチングマスク７の形成工程と、同図（ｆ）のシリコン基板２のエッチング工程の２工程のみで行われる。そのため、空洞部８形成における工程数が少なく、生産性に優れたサーマルヘッド１を得ることができる。   The cavity 8 is formed in only two steps, that is, the step of forming the etching mask 7 in FIG. 2B and the step of etching the silicon substrate 2 in FIG. Therefore, it is possible to obtain the thermal head 1 with a small number of steps in forming the cavity 8 and excellent productivity.

また、シリコン基板２を用いることで、フォトリソグラフィ工程、ＲＩＥによるドライエッチングやウェットエッチングという通常の薄膜製造プロセスを用いることができる。したがって、数μｍの加工精度で空洞部８を形成することができ、多数の微細な発熱抵抗体４を直線状に配列したサーマルヘッド１を簡易に製造することができる。   Further, by using the silicon substrate 2, a normal thin film manufacturing process such as a photolithography process, dry etching by RIE, or wet etching can be used. Therefore, the cavity 8 can be formed with a processing accuracy of several μm, and the thermal head 1 in which a large number of fine heating resistors 4 are arranged in a straight line can be easily manufactured.

一般に、シリコン基板２としてシリコン単結晶を用いる場合には、劈開という性質により、比較的小さい力でも割れることがある。本実施形態によれば、空洞部８を発熱抵抗体４ごとに設けることにより、個別の空洞部８の横断面積を小さくできる。その結果、空洞部８を支える部分の強度を高くすることができる。また、空洞部８の縦横比を小さくでき、シリコン基板２全体の強度を向上することができる。   In general, when a silicon single crystal is used as the silicon substrate 2, it may be broken even by a relatively small force due to the property of cleavage. According to the present embodiment, by providing the cavity 8 for each heating resistor 4, the cross-sectional area of the individual cavity 8 can be reduced. As a result, the strength of the portion that supports the cavity 8 can be increased. Moreover, the aspect ratio of the cavity 8 can be reduced, and the strength of the entire silicon substrate 2 can be improved.

空洞部８の横断面積と発熱効率との関係、および、空洞部８の横断面積とシリコン基板２の機械的強度との関係を、図５に概略的に示す。空洞部８の横断面積が大きくなると、発熱抵抗体４において発生した熱がシリコン基板２に逃げる経路が長くなるため断熱性能が向上し、その結果、発熱効率が向上する。また、横断面積が大きくなるとシリコン基板２の空洞部８以外の部分の断面積が小さくなることからサーマルヘッド１の機械的強度は低下する。   FIG. 5 schematically shows the relationship between the cross-sectional area of the cavity 8 and the heat generation efficiency, and the relationship between the cross-sectional area of the cavity 8 and the mechanical strength of the silicon substrate 2. When the cross-sectional area of the hollow portion 8 is increased, the path through which heat generated in the heating resistor 4 escapes to the silicon substrate 2 becomes longer, so that the heat insulation performance is improved, and as a result, the heat generation efficiency is improved. Further, when the cross-sectional area is increased, the cross-sectional area of the silicon substrate 2 other than the cavity 8 is reduced, so that the mechanical strength of the thermal head 1 is reduced.

すなわち、空洞部８の横断面形状となるエッチング窓７ａのサイズは、本実施形態においては、発熱抵抗体４の発熱有効面積と同一としたが、これに限定されるものではない。発熱抵抗体４の材料や配線５ａ，５ｂの材料には導電性があり、一般に絶縁材料に比較して熱伝導率が高い。そこで、図６に示されるように、エッチング窓７ａの大きさを発熱抵抗体４の発熱有効面積よりも大きくすることにより、発熱抵抗体４とシリコン基板２との断熱性能を向上することができる。   In other words, the size of the etching window 7a having the cross-sectional shape of the cavity 8 is the same as the effective heating area of the heating resistor 4 in the present embodiment, but is not limited thereto. The material of the heating resistor 4 and the material of the wirings 5a and 5b are conductive, and generally have higher thermal conductivity than the insulating material. Therefore, as shown in FIG. 6, by making the size of the etching window 7a larger than the effective heating area of the heating resistor 4, the heat insulation performance between the heating resistor 4 and the silicon substrate 2 can be improved. .

一方、図７〜図９に示されるように、エッチング窓７ａのサイズを発熱抵抗体４の発熱有効面積よりも小さくすることもできる。このようにすることで、発熱抵抗体４とシリコン基板２との断熱性能は低下するが、その代わりに、シリコン基板２の機械的強度を向上することができる。   On the other hand, as shown in FIGS. 7 to 9, the size of the etching window 7 a can be made smaller than the effective heating area of the heating resistor 4. By doing in this way, although the heat insulation performance of the heating resistor 4 and the silicon substrate 2 is lowered, the mechanical strength of the silicon substrate 2 can be improved instead.

特に、図９に示されるように、各発熱抵抗体４の下方に複数の空洞部８を設け、各空洞部８間を隔壁９により区画することとしてもよい。このようにすることで、空洞部８によって断熱性能を向上し、かつ、空洞部８間の隔壁９により機械的強度を向上することができる。図８に示す例は、発熱抵抗体４の発熱有効面積内に９個の空洞部８を正方配列したものであり、最も過熱される発熱抵抗体４の中央部に空洞部８を設けることにより、高い断熱性能を得ることができる。しかし、この構造に限定されるものではなく、２個以上の任意の数の空洞部８を任意の配列で配置することにしてもよい。   In particular, as shown in FIG. 9, a plurality of cavities 8 may be provided below each heating resistor 4, and the cavities 8 may be partitioned by partition walls 9. By doing in this way, heat insulation performance can be improved by the cavity part 8, and mechanical strength can be improved by the partition 9 between the cavity parts 8. FIG. In the example shown in FIG. 8, nine cavities 8 are arranged in a square within the effective heating area of the heating resistor 4, and the cavity 8 is provided in the center of the heating resistor 4 that is most overheated. High heat insulation performance can be obtained. However, the present invention is not limited to this structure, and an arbitrary number of two or more cavities 8 may be arranged in an arbitrary arrangement.

また、本実施形態においては、空洞部８の横断面形状を矩形状に形成したが、これに代えて、図８に示されるように、円形（あるいは長円形あるいは楕円形）にすることとしてもよい。このようにすることで、空洞部８の側壁面とシリコン基板２の劈開面とが一致することを防止できる。その結果、劈開によるシリコン基板２の破断を抑制したサーマルヘッド１を実現できるとともに、製造中にシリコン基板２が破断することを防止して、信頼性および生産性の向上を図り、歩留まりを向上することができる。   Further, in this embodiment, the cross-sectional shape of the cavity portion 8 is formed in a rectangular shape, but instead of this, as shown in FIG. 8, it may be circular (or oval or elliptical). Good. By doing in this way, it can prevent that the side wall surface of the cavity part 8 and the cleavage surface of the silicon substrate 2 correspond. As a result, it is possible to realize the thermal head 1 that suppresses the breakage of the silicon substrate 2 due to cleavage, and prevents the silicon substrate 2 from being broken during manufacturing, thereby improving the reliability and productivity, and improving the yield. be able to.

また、図１０に示されるように、サーマルヘッド１のシリコン基板２上における配列方向をシリコン基板２の劈開面に平行な方向（劈開方向）からずらすことが好ましい。このようにすることで、劈開によるシリコン基板２の破断を抑制したサーマルヘッド１を製造することができる。   Further, as shown in FIG. 10, it is preferable to shift the arrangement direction of the thermal head 1 on the silicon substrate 2 from the direction parallel to the cleavage plane of the silicon substrate 2 (the cleavage direction). By doing in this way, the thermal head 1 which suppressed the fracture | rupture of the silicon substrate 2 by cleavage can be manufactured.

図１０は、最も一般的なシリコン基板２である（１００）面を表面とする単結晶シリコン基板２（シリコン（１００）基板）上にサーマルヘッド１を配列したものである。２つの劈開方向（劈開方向１，２）が互いに直交するため、シリコン（１００）基板２は、図１０のように、サーマルヘッド１の配列方向をレイアウトすることで劈開方向からずらし、割れにくい構造のサーマルヘッド１を実現できる。つまり、第１の劈開方向とサーマルヘッド１の配列方向とのなす角度θを０°＜θ＜９０°あるいは９０°＜θ＜１８０°とすることにより、割れにくい構造のサーマルヘッド１を実現できる。   FIG. 10 shows a thermal head 1 arranged on a single crystal silicon substrate 2 (silicon (100) substrate) having a (100) plane as the most common silicon substrate 2. Since the two cleavage directions (cleavage directions 1 and 2) are orthogonal to each other, the silicon (100) substrate 2 is shifted from the cleavage direction by laying out the arrangement direction of the thermal head 1 as shown in FIG. The thermal head 1 can be realized. That is, by setting the angle θ formed by the first cleavage direction and the arrangement direction of the thermal head 1 to 0 ° <θ <90 ° or 90 ° <θ <180 °, the thermal head 1 having a structure that is difficult to break can be realized. .

また、シリコン基板２のエッチング方法として、ＳＦ6とＣ4Ｆ8のガスを交互に導入してエッチングと側壁保護とを繰り返して大きなアスペクト比を得るＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いることにより、深さ数百μｍを持ち、シリコン基板２表面に対して垂直な空洞部８を高精度で形成することができる。また、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによりシリコン基板２をエッチング加工する場合、その形状はシリコン基板２の結晶方向に依存せず、サーマルヘッド１の配列方向を自由に選択することができるという利点がある。 In addition, as an etching method of the silicon substrate 2, by using Deep-RIE that introduces gas of SF 6 and C 4 F 8 alternately and repeats etching and side wall protection to obtain a large aspect ratio, the depth is several hundreds. A cavity 8 having a thickness of μm and perpendicular to the surface of the silicon substrate 2 can be formed with high accuracy. Further, when the silicon substrate 2 is etched by deep-RIE, there is an advantage that the arrangement direction of the thermal head 1 can be freely selected without depending on the crystal direction of the silicon substrate 2.

また、シリコン基板２のエッチング方法として、シリコン基板２に（１１０）面を表面とする単結晶シリコン基板２（シリコン（１１０）基板）を用いるとともに、ＫＯＨあるいはＴＭＡＨ等のアルカリ溶液でウェットエッチングを行うことにより、シリコン基板２表面に対して垂直な空洞部８を高精度で形成することができる。シリコン（１１０）基板２に対してアルカリ溶液による異方性エッチングを行う場合、シリコン（１１０）基板２の（１１０）面に対して垂直方向にエッチングが進行する。ウェットエッチングはバッチ処理に適しているため、このような製造方法を採用することによりサーマルヘッド１の生産性を向上することができる。   As a method for etching the silicon substrate 2, a single crystal silicon substrate 2 (silicon (110) substrate) having a (110) plane as a surface is used for the silicon substrate 2, and wet etching is performed with an alkaline solution such as KOH or TMAH. As a result, the cavity 8 perpendicular to the surface of the silicon substrate 2 can be formed with high accuracy. When anisotropic etching with an alkaline solution is performed on the silicon (110) substrate 2, the etching proceeds in a direction perpendicular to the (110) plane of the silicon (110) substrate 2. Since wet etching is suitable for batch processing, the productivity of the thermal head 1 can be improved by adopting such a manufacturing method.

図１１は、シリコン（１１０）基板を用いた異方性ウェットエッチング２より作成されたサーマルヘッド１の一例を示す。空洞部８の側壁面を第１の劈開方向あるいは第２の劈開方向と平行に配置する必要があるため、エッチングマスク７のエッチング窓７ａの形状は平行四辺形となる。図１２にシリコン（１１０）基板２上にサーマルヘッド１を配置したシリコンウェハのレイアウトを示す。図中のサーマルヘッド１は平行四辺形をしたエッチング窓７ａの各辺がシリコン（１１０）基板２の第１の劈開方向あるいは第２の劈開方向に平行となるように配置されている。   FIG. 11 shows an example of a thermal head 1 formed by anisotropic wet etching 2 using a silicon (110) substrate. Since the side wall surface of the cavity 8 needs to be arranged in parallel with the first cleavage direction or the second cleavage direction, the shape of the etching window 7a of the etching mask 7 is a parallelogram. FIG. 12 shows a layout of a silicon wafer in which the thermal head 1 is arranged on the silicon (110) substrate 2. The thermal head 1 in the figure is arranged so that each side of the parallelogram-shaped etching window 7 a is parallel to the first cleavage direction or the second cleavage direction of the silicon (110) substrate 2.

次に、本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッド１０について、図１３および図１４を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明においては、上述した第１の実施形態に係るサーマルヘッド１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。 Next, a thermal head 10 according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 13 and 14.
In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as the thermal head 1 according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.

本実施形態に係るサーマルヘッド１０は、シリコン基板２の裏面側にガラス基板１２が貼り付けられている点で第１の実施形態に係るサーマルヘッド１と相違している。
ガラス基板１２は、シリコン基板２とガラス基板１２とを加熱しながら数百Ｖの電圧を加え、共有結合により接合される陽極接合の他、直接接合あるいはガラスフリット接合等によって貼り合わせられる。ガラス基板１２が貼り合わせられることにより、サーマルヘッド１０全体の機械的強度を向上することができる。劈開面を有するシリコン基板２に対し、劈開面のないガラス基板１２を貼り合わせることで、保護膜６などのサーマルヘッド１０を構成する薄膜材料の応力によるシリコン基板２の反りや歪みを矯正することができる。 The thermal head 10 according to the present embodiment is different from the thermal head 1 according to the first embodiment in that a glass substrate 12 is attached to the back side of the silicon substrate 2.
The glass substrate 12 is bonded by direct bonding, glass frit bonding, or the like in addition to anodic bonding bonded by covalent bonding by applying a voltage of several hundred volts while heating the silicon substrate 2 and the glass substrate 12. By bonding the glass substrate 12, the mechanical strength of the entire thermal head 10 can be improved. Bonding a glass substrate 12 without a cleavage plane to a silicon substrate 2 having a cleavage plane corrects warpage and distortion of the silicon substrate 2 due to stress of a thin film material constituting the thermal head 10 such as the protective film 6. Can do.

また、図１４（ｈ）に示されるように、シリコン基板２の裏面にガラス基板１２を貼り付けることで、シリコン基板２に設けられている空洞部８の開口部をガラス基板１２によって密封することができる。
本実施形態においては、例えば、真空状態においてシリコン基板２の裏面にガラス基板１２を貼り付けることにより、密封された空洞部８内を真空状態にすることができる。 Further, as shown in FIG. 14 (h), the glass substrate 12 is attached to the back surface of the silicon substrate 2, whereby the opening of the cavity 8 provided in the silicon substrate 2 is sealed with the glass substrate 12. Can do.
In the present embodiment, for example, the inside of the sealed cavity 8 can be evacuated by attaching the glass substrate 12 to the back surface of the silicon substrate 2 in a vacuum state.

このようにすることで、空洞部８内の空気による熱伝導をなくし、断熱効果をさらに向上することができる。また、発熱抵抗体４の作動による温度変化に応じて密封された空洞部８内の圧力が変動することを回避することができる。   By doing in this way, the heat conduction by the air in the cavity part 8 can be eliminated, and the heat insulation effect can be further improved. Further, it is possible to avoid the pressure in the sealed cavity 8 from fluctuating according to the temperature change caused by the operation of the heating resistor 4.

一方、空洞部８内に大気圧より高い圧力状態の気体を封入することにしてもよい。このようにすることで、薄膜で構成される発熱抵抗体４の発熱面に外部から力が加わった場合に、空洞部８の内圧によりこの外力に対抗して発熱面の変形を防止し、あるいは、変形後に元の状態に復元する効果を得ることができる。   On the other hand, you may decide to enclose the gas of the pressure state higher than atmospheric pressure in the cavity part 8. FIG. In this way, when an external force is applied to the heat generating surface of the heat generating resistor 4 composed of a thin film, the internal pressure of the cavity 8 resists this external force and prevents the heat generating surface from being deformed, or The effect of restoring the original state after deformation can be obtained.

この場合に、空洞部８内に密封するガスとしては、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスを用いることが好ましい。このようにすることで、アンダーコート３を透過する密封ガスにより、発熱抵抗体４が酸化してしまうことを防止できる。また、シリコン基板２とガラス基板１２との陽極接合の場合、接合時に２００〜４００℃の高温で過熱される。したがって、不活性ガスを封入することで、陽極接合時の過熱によっても発熱抵抗体４が酸化したり特性劣化したりする問題を防止でき、信頼性および再現性の高いサーマルヘッド１０を構成することができる。 In this case, it is preferable to use an inert gas such as N 2 , He, or Ar as the gas sealed in the cavity 8. By doing in this way, it can prevent that the heat generating resistor 4 will be oxidized by the sealing gas which permeate | transmits the undercoat 3. FIG. Moreover, in the case of anodic bonding of the silicon substrate 2 and the glass substrate 12, it is heated at a high temperature of 200 to 400 ° C. during bonding. Therefore, by enclosing the inert gas, it is possible to prevent the problem that the heating resistor 4 is oxidized or deteriorated due to overheating during anodic bonding, and the thermal head 10 having high reliability and reproducibility is configured. Can do.

また、発熱抵抗体４ごとに個別に形成された複数の空洞部８を相互に連絡するように、図１５または図１６に示されるような連通孔１３を設けることにしてもよい。このようにすることで、発熱抵抗体４ごとに温度状態が異なっても、全ての発熱抵抗体４に対する空洞部８内の圧力状態を一定にすることができるという利点がある。連通孔１３は、図１５に示されるように、ガラス基板１２との貼り合わせ面におけるシリコン基板２に複数の空洞部８に跨る溝を形成し、あるいは、図１６に示されるように、シリコン基板２との貼り合わせ面におけるガラス基板１２に溝を形成した後、両者を貼り合わせることで簡単に形成できる。溝の形成は、ＲＩＥによるドライエッチング、ウェットエッチングあるいはダイサーによる切削加工等により容易に行うことができる。   Moreover, you may decide to provide the communicating hole 13 as shown in FIG. 15 or FIG. 16 so that the several cavity part 8 formed separately for every heating resistor 4 may mutually communicate. By doing in this way, even if a temperature state differs for every heating resistor 4, there exists an advantage that the pressure state in the cavity part 8 with respect to all the heating resistors 4 can be made constant. As shown in FIG. 15, the communication hole 13 is formed with grooves extending over the plurality of cavities 8 in the silicon substrate 2 on the bonding surface with the glass substrate 12, or as shown in FIG. After forming the groove | channel in the glass substrate 12 in the bonding surface with 2, it can form simply by bonding both. The groove can be easily formed by dry etching by RIE, wet etching, cutting by a dicer, or the like.

また、上記においては、ガラス基板１２により空洞部８を密封する場合について説明したが、これに代えて、図１７および図１８に示されるように、空洞部８を大気開放することにしてもよい。このようにすることで、各発熱抵抗体４に設けられた空洞部８内の内圧を均一な大気圧に保持することができる。空洞部８内の圧力は熱伝導に影響するため、空洞部８を大気開放することによって、各発熱抵抗体４の発熱特性を均一にすることができる。   In the above description, the case where the cavity 8 is sealed with the glass substrate 12 has been described. Alternatively, as shown in FIGS. 17 and 18, the cavity 8 may be opened to the atmosphere. . By doing in this way, the internal pressure in the cavity 8 provided in each heating resistor 4 can be kept at a uniform atmospheric pressure. Since the pressure in the cavity 8 affects the heat conduction, the heating characteristics of the heating resistors 4 can be made uniform by opening the cavity 8 to the atmosphere.

空洞部８を大気開放する方法としては、図１７および図１８に示されるように、複数の空洞部８に跨る溝をシリコン基板２あるいはガラス基板１２の貼り合わせ面に形成し、その溝の一端を外部に開口するように延長させておくことが考えられる。また、図１９に示されるように、予めシリコン基板２との接合側の空洞部８に対応する位置のガラス基板１２に、板厚方向に貫通する貫通孔１４を設けておくこととしてもよい。このようにしても、各空洞部８内は同じ圧力状態となり、発熱抵抗体４が過熱しても、空洞部８内の圧力差による発熱特性の不均一化を防止できる。   As a method for opening the cavity 8 to the atmosphere, as shown in FIGS. 17 and 18, a groove extending over the plurality of cavities 8 is formed on the bonding surface of the silicon substrate 2 or the glass substrate 12, and one end of the groove is formed. It may be possible to extend the opening so as to open to the outside. Further, as shown in FIG. 19, a through hole 14 penetrating in the thickness direction may be provided in the glass substrate 12 at a position corresponding to the cavity 8 on the bonding side with the silicon substrate 2 in advance. Even if it does in this way, even if the inside of each cavity part 8 will be in the same pressure state, even if the heating resistor 4 overheats, the non-uniform | heterogenous heat generation characteristic by the pressure difference in the cavity part 8 can be prevented.

また、上記実施形態においては、エッチングストッパとしてのアンダーコート３が発熱抵抗体４の下に残るサーマルヘッド１，１０を例示したが、これに代えて、図２０に示されるように、空洞部８と発熱抵抗体４との間にアンダーコート３を有しないサーマルヘッド１によっても、上記と同様の効果を奏する。アンダーコート３を有する場合は、アンダーコート３自体を強度部材として機能させることができるので好ましい。   Further, in the above embodiment, the thermal heads 1 and 10 in which the undercoat 3 as an etching stopper remains under the heating resistor 4 are illustrated, but instead, as shown in FIG. Even with the thermal head 1 that does not have the undercoat 3 between the heating resistor 4 and the heating resistor 4, the same effects as described above can be obtained. When the undercoat 3 is provided, it is preferable because the undercoat 3 itself can function as a strength member.

次に、本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタ２０について、図２１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ２０は、本体フレーム２１に、水平配置されるプラテンローラ２２と、該プラテンローラ２２に感熱紙２３を挟んで押し付けられる上記第１または第２の実施形態に係るサーマルヘッド１，１０とを備えている。サーマルヘッド１，１０は、プラテンローラ２２の長手方向に配列された複数の発熱抵抗体４を有し、加圧機構２４により所定の押圧力で感熱紙２３に押し付けられるようになっている。図中、符号２５は紙送り駆動モータである。 Next, a thermal printer 20 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
The thermal printer 20 according to the present embodiment includes a platen roller 22 that is horizontally disposed on a main body frame 21 and a thermal head according to the first or second embodiment that is pressed against the platen roller 22 with a thermal paper 23 interposed therebetween. 1 and 10. The thermal heads 1, 10 have a plurality of heating resistors 4 arranged in the longitudinal direction of the platen roller 22, and are pressed against the thermal paper 23 with a predetermined pressing force by the pressing mechanism 24. In the figure, reference numeral 25 denotes a paper feed drive motor.

本実施形態に係るサーマルプリンタ２０によれば、サーマルヘッド１，１０の発熱効率が高く、少ない電力で感熱紙２３に印刷することができる。したがって、バッテリの持続時間を長期化させることが可能となる。   According to the thermal printer 20 according to the present embodiment, the thermal heads 1 and 10 have high heat generation efficiency, and can be printed on the thermal paper 23 with less power. Therefore, it is possible to extend the duration of the battery.

なお、上記各実施形態においては、サーマルヘッド１，１０および直接感熱発色するサーマルプリンタ２０について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、サーマルヘッド１，１０以外の発熱抵抗素子部品やサーマルプリンタ２０以外のプリンタ装置にも応用することができる。   In each of the above-described embodiments, the thermal heads 1 and 10 and the thermal printer 20 that directly performs thermal coloring have been described. However, the present invention is not limited to this, and the heating resistor element components other than the thermal heads 1 and 10 are described. It can also be applied to printer apparatuses other than the thermal printer 20.

例えば、発熱抵抗素子部品としては、熱によってインクを吐出するサーマル式またはバルブ式のインクジェットヘッドを始めとした用途に応用できる。また、サーマルヘッド１，１０とほぼ同様の構造である熱消去ヘッドや、熱定着を必要とするプリンタ等の定着ヒータ、光導波路型光部品の薄膜発熱抵抗素子等、他の膜状の発熱抵抗素子部品を保有する電子部品でも同様の効果を得ることができる。   For example, the heating resistor element component can be applied to uses such as a thermal type or valve type inkjet head that ejects ink by heat. Also, other film-like heating resistors such as a thermal erasing head having the same structure as the thermal heads 1 and 10, a fixing heater for a printer that requires thermal fixing, a thin-film heating resistor element of an optical waveguide type optical component, etc. The same effect can be obtained even with an electronic component having an element component.

また、プリンタとしては、昇華型または溶融型転写リボンを使用した熱転写プリンタ、印字媒体の発色と証拠が可能なリライタブルサーマルプリンタ、加熱により粘着性を呈する感熱性活性粘着剤式ラベルプリンタ等に適用できる。   In addition, as a printer, it can be applied to a thermal transfer printer using a sublimation type or melt type transfer ribbon, a rewritable thermal printer capable of coloring and proofing a printing medium, a heat-sensitive active adhesive label printer which exhibits adhesiveness by heating, and the like. .

本発明の第１の実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はI-I′縦断面図である。It is a figure which shows the thermal head which is a heating resistive element component based on the 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is II 'longitudinal cross-sectional view. 図１のサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the thermal head of FIG. 図１のサーマルヘッドのエッチング窓を示す底面図である。It is a bottom view which shows the etching window of the thermal head of FIG. 図１のサーマルヘッドの発熱効率の評価データを比較例とともに示すグラフである。It is a graph which shows the heat generation efficiency evaluation data of the thermal head of FIG. 1 with a comparative example. 図１のサーマルヘッドの空洞部の横断面積と発熱効率との関係、および、空洞部の横断面積とシリコン基板の機械的強度との関係を示すグラフである。2 is a graph showing the relationship between the cross-sectional area of the cavity of the thermal head of FIG. 1 and the heat generation efficiency, and the relationship between the cross-sectional area of the cavity and the mechanical strength of the silicon substrate. 図１のサーマルヘッドの変形例であって、空洞部を発熱抵抗体の発熱有効面積より大きくした場合を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はII-II′縦断面図である。It is a modification of the thermal head of FIG. 1, Comprising: It is a figure which shows the case where a cavity part is made larger than the heat generation effective area of a heating resistor, (a) is a top view, (b) is II-II 'longitudinal cross-sectional view It is. 図１のサーマルヘッドの変形例であって、空洞部を発熱抵抗体の発熱有効面積より小さくした場合を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はIII-III′縦断面図である。FIG. 3 is a modification of the thermal head of FIG. 1, showing a case where the cavity is made smaller than the effective heating area of the heating resistor, where (a) is a plan view and (b) is a III-III ′ longitudinal sectional view. It is. 図７と同様の変形例であって、空洞部の断面形状を円形にした場合を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はIV-IV′縦断面図である。FIG. 8 is a view similar to FIG. 7, showing a case where the cavity has a circular cross-sectional shape, where (a) is a plan view and (b) is a IV-IV ′ vertical cross-sectional view. 図７と同様の変形例であって、空洞部を発熱抵抗体ごとに複数設けた場合を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はV-V′縦断面図である。FIG. 8 is a view similar to FIG. 7 and shows a case where a plurality of hollow portions are provided for each heating resistor, where (a) is a plan view and (b) is a VV ′ longitudinal sectional view. 図１のサーマルヘッドの空洞部をドライエッチングにより形成する場合のシリコンウェハ上におけるサーマルヘッドのレイアウト例を示す図である。It is a figure which shows the layout example of the thermal head on the silicon wafer in the case of forming the cavity part of the thermal head of FIG. 1 by dry etching. 空洞部をウェットエッチングにより形成する場合の図１のサーマルヘッドの変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はVI-VI′縦断面図である。It is a figure which shows the modification of the thermal head of FIG. 1 in the case of forming a cavity part by wet etching, (a) is a top view, (b) is a VI-VI 'longitudinal cross-sectional view. 図１１のサーマルヘッドのシリコンウェハ上におけるレイアウト例を示す図である。It is a figure which shows the example of a layout on the silicon wafer of the thermal head of FIG. 本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッドを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はVII-VII′縦断面図である。It is a figure which shows the thermal head which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, Comprising: (a) is a top view, (b) is a VII-VII 'longitudinal cross-sectional view. 図１３のサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the thermal head of FIG. 図１３のサーマルヘッドの変形例であって、空洞部間を連絡する連通孔をシリコン基板に有するサーマルヘッドを示す（ａ）平面図および（ｂ）VIII-VIII′縦断面図である。FIG. 14 is a modification of the thermal head of FIG. 13, and is a (a) plan view and (b) VIII-VIII ′ longitudinal sectional view showing a thermal head having a communication hole in the silicon substrate that communicates between the cavity portions. 図１３のサーマルヘッドの変形例であって、空洞部間を連絡する連通孔をガラス基板に有するサーマルヘッドを示す（ａ）平面図および（ｂ）IX-IX′縦断面図である。FIG. 14 is a modification of the thermal head of FIG. 13, and is a (a) plan view and (b) IX-IX ′ longitudinal sectional view showing a thermal head having a communication hole in the glass substrate that communicates between the cavity portions. 図１５と同様のサーマルヘッドの変形例であって、空洞部を大気開放したサーマルヘッドを示す（ａ）平面図および（ｂ）X-X′縦断面図である。FIG. 16A is a modification of the thermal head similar to that in FIG. 15, and is a (a) plan view and (b) XX ′ vertical cross-sectional view showing a thermal head having a hollow portion opened to the atmosphere. 図１６と同様のサーマルヘッドの変形例であって、空洞部を大気開放したサーマルヘッドを示す（ａ）平面図および（ｂ）XI-XI′縦断面図である。FIG. 17A is a modification of the thermal head similar to FIG. 16, and is a (a) plan view and (b) XI-XI ′ longitudinal cross-sectional view showing a thermal head having a hollow portion opened to the atmosphere. 図１３のサーマルヘッドの変形例であって、各空洞部を個別に大気開放したサーマルヘッドを示す縦断面図である。FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a thermal head in which each cavity is individually opened to the atmosphere, which is a modification of the thermal head in FIG. 13. 図１のサーマルヘッドの変形例であって、空洞部と発熱抵抗体との間にアンダーコートを有しないサーマルヘッドを示す縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a modification of the thermal head of FIG. 1 and showing a thermal head that does not have an undercoat between a cavity and a heating resistor. 本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタを示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a thermal printer according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ サーマルヘッド（発熱抵抗素子部品）
２ シリコン基板
３ アンダーコート（絶縁被膜）
４ 発熱抵抗体
５ａ 共通配線（配線）
５ｂ 個別配線（配線）
８ 空洞部
１２ ガラス基板
１３ 連通孔（貫通孔）
１４ 貫通孔
２０ サーマルプリンタ（プリンタ） 1 Thermal head (heating resistance element parts)
2 Silicon substrate 3 Undercoat (insulating film)
4 Heating resistor 5a Common wiring (wiring)
5b Individual wiring (wiring)
8 Cavity 12 Glass substrate 13 Communication hole (through hole)
14 Through hole 20 Thermal printer (printer)

Claims (8)

シリコン基板上に複数の発熱抵抗体を間隔をあけて配列し、各発熱抵抗体に電力を供給する配線を接続してなり、
前記シリコン基板の各発熱抵抗体により覆われる領域に、該シリコン基板を厚さ方向に貫通する空洞部が各発熱抵抗体に対して個別に設けられている発熱抵抗素子部品。 A plurality of heating resistors are arranged on the silicon substrate at intervals, and wiring for supplying power to each heating resistor is connected.
A heating resistor element component in which a cavity that penetrates the silicon substrate in the thickness direction is individually provided for each heating resistor in a region covered with each heating resistor of the silicon substrate. 前記空洞部が、各発熱抵抗体に対して複数設けられている請求項１に記載の発熱抵抗素子部品。 The heating resistor element component according to claim 1 , wherein a plurality of the hollow portions are provided for each heating resistor. 前記発熱抵抗体と前記シリコン基板との間に絶縁被膜が設けられている請求項１から請求項２のいずれかに記載の発熱抵抗素子部品。 Heating resistor element component according to any one of claims 2 to claim 1, insulating coating is provided between the silicon substrate and the heating resistor. 前記シリコン基板の前記発熱抵抗体とは反対側の表面にガラス基板が接着されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の発熱抵抗素子部品。 The heating resistor element component according to any one of claims 1 to 3 , wherein a glass substrate is bonded to a surface of the silicon substrate opposite to the heating resistor. 前記空洞部に気体が封入されている請求項４に記載の発熱抵抗素子部品。 The heating resistance element component according to claim 4 , wherein a gas is sealed in the hollow portion. 前記気体が不活性ガスである請求項５に記載の発熱抵抗素子部品。 The heating resistor element component according to claim 5 , wherein the gas is an inert gas. 前記空洞部が減圧されている請求項４に記載の発熱抵抗素子部品。 The heating resistance element component according to claim 4 , wherein the cavity is decompressed. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の発熱抵抗素子部品からなるサーマルヘッドを備えるプリンタ。 Printer including a thermal head comprising a heating resistor element component according to any one of claims 1 to claim 7.
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