JP4748864B2

JP4748864B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP4748864B2
Application number: JP2001022716A
Authority: JP
Inventors: 直人松久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2002225325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクリミリやワードプロセッサ、ビデオプリンタ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。
【０００２】
【従来の技術】
感熱記録（サーマル）方式の画像記録装置は、装置の構成がシンプルで小型化、軽量化、低価格化に有利である上に、記録音が静かで、消費電力も小さいことから、各種プリンタやファクシミリ等の記録用途に幅広く使用されている。
【０００３】
このような感熱記録方式に用いられるサーマルヘッドは、例えば図４に示す如く、セラミック基板１１の上面に、直線状に配列した多数の発熱体１２と、これら発熱体１２に電気的に接続される一対の電極１３ａ，１３ｂとを所定パターンに被着させた構造を有しており、感熱紙等の記録媒体を発熱体１２上に送り込みながら、これら発熱体１２を外部からの画像データに基づいて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。
【０００４】
また上述したサーマルヘッドの発熱体１２や一対の電極１３ａ，１３ｂは、以下のプロセスを経てパターン形成されていた。
【０００５】
まず、発熱体１２を形成するＴａＳｉＯ等の抵抗薄膜と、一対の電極１３ａ，１３ｂを形成するアルミニウム等の金属薄膜とを従来周知のスパッタリング法や真空蒸着法等によってセラミック基板１１の上面に順次被着・形成し、得られた積層体を２度のフォトエッチングにて微細加工するプロセス、具体的には、抵抗薄膜及び金属薄膜を発熱体１２及び一対の電極１３ａ，１３ｂの外形に沿ってエッチングすることによって積層体を所定形状にパターニングする第1のフォトエッチングと、金属薄膜の一部をエッチングして下層の抵抗薄膜を露出させる第2のフォトエッチングとにより微細加工され、これによって発熱体１２と一対の電極１３ａ，１３ｂとが所定形状にパターン形成されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のサーマルヘッドの製造方法によれば、発熱体１２及び一対の電極１３ａ，１３ｂをパターン形成するために２度のフォトエッチングが行われており、抵抗薄膜と金属薄膜とから成る積層体の表面には、第１、第２の各フォトエッチングに先立って、感光性樹脂を用いたフォトレジストがエッチング用のマスクとして被着・形成されていた。それ故、第１のフォトエッチングを終えてから第２のフォトエッチングを行うまでの間に、第１のフォトエッチングで使用したフォトレジストを溶剤等を使って金属薄膜の表面より剥離させた上、露出した金属薄膜等の表面に感光性樹脂を再び塗布して第２フォトエッチング用のフォトレジストを新たに被着・形成しなければならず、このようなプロセスによりサーマルヘッドを製造した場合、発熱体１２や電極１３ａ，１３ｂのパターン形成に大変な手間がかかり、生産性に劣るという欠点を有していた。
【０００７】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、製造プロセスを簡略化して生産性を向上させることができるサーマルヘッドの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、セラミック基板の上面上に、主走査方向に沿って配列された抵抗薄膜から成る複数の発熱体と、前記抵抗薄膜上に形成された金属薄膜から成り、前記発熱体の両端に電気的に接続される一対の電極とを被着・形成してなるサーマルヘッドであって、前記一対の電極は、前記発熱体を挟んで対向する先端部が、主走査方向の中央部で前記発熱体側に延出するようにパターン形成されており、前記一対の電極の前記先端部は、前記発熱体側に向かうにつれて幅が狭くなっているとともに、主走査方向の両端部から先端へ延びる縁がそれぞれ凹状に湾曲していることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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は図１のサーマルヘッドの断面図であり、１はセラミック基板、３ａは抵抗薄膜から成る発熱体、４ａ，４ｂは金属薄膜から成る一対の電極である。
【００１１】
前記セラミック基板１は、アルミナセラミックス等のセラミック材料により矩形状をなすように形成されており、その上面にはグレーズ層２や発熱体３，一対の電極４ａ，４ｂ等が被着・形成され，これらを支持する支持母材として機能する。
【００１２】
尚、前記セラミック基板は、アルミナセラミックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料を用いて形成したセラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜いた上、これを高温で焼成することによって製作される。
【００１３】
また前記セラミック基板１の上面には、その全面にわたりグレーズ層２が被着されており、該グレーズ層２の上面には更に複数個の発熱体３ａ及び一対の電極４ａ，４ｂが所定パターンに被着・形成されている。
【００１４】
前記グレーズ層２は、ガラス等の低熱伝導性材料により形成され、その内部で発熱体３ａの発する熱の一部を蓄積することにより、発熱体３ａの温度が短時間で印画に必要な所定の温度となるようにサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する蓄熱層としての作用を為す。
【００１５】
前記グレーズ層２は、ガラスから成る場合、ガラス粉末に適当な有機溶剤などを添加・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法等によってセラミック基板１の上面全域に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けることによって形成される。
【００１６】
また前記グレーズ層２の上面に設けられている複数個の発熱体３ａは、セラミック基板１の一辺に沿って例えば６００ｄｐｉ（dot per inch）の密度で主走査方向に直線状に配列されており、例えばＴａＳｉＯやＴｉＳｉＯ，ＴａＮ等の電気抵抗材料を０．０１μｍ〜０．２μｍの厚みに被着させた抵抗薄膜３により形成されているため、後述する一対の電極４ａ，４ｂ等を介して電源電力が印加されると、ジュール発熱を起こし、印画を形成するのに必要な所定の温度となる。
【００１７】
一方、前記一対の電極４ａ，４ｂは、図示しないドライバーＩＣの駆動に伴って前記発熱体３に電源電力を供給するためのものであり、全ての発熱体３ａに共通接続される共通電極４ａと各発熱体３ａに個別に接続される個別電極４ｂとで構成され、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属を０．３μｍ〜２．５μｍの厚みに被着させた金属薄膜４により形成されている。
【００１８】
また、このような一対の電極４ａ，４ｂは、発熱体３ａを挟んで対向する先端部が主走査方向の中央部で１０μｍ〜５０μｍ程度、発熱体３ａ側に延出するようにパターニングされており、これにより各発熱体３ａの平面視形状は主走査方向の中央域が両端域に比し狭い形となっている。
【００１９】
そして、上述した発熱体３ａや一対の電極４ａ，４ｂの表面には更に保護膜５が被着され、この保護膜５によって発熱体３ａ及び一対の電極４ａ，４ｂが被覆されている。
【００２０】
前記保護膜５は、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）や炭化珪素（ＳｉＣ），サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の耐磨耗性ならびに耐腐食性に優れた無機質材料から成り、先に述べた発熱体３ａや一対の電極４ａ，４ｂを大気中に含まれている水分等の接触による腐食や記録媒体の摺接による磨耗から良好に保護する作用を為す。
【００２１】
尚、前記保護膜５は、例えば従来周知のスパッタリング法等を採用し、上述の無機質材料を発熱体３ａや一対の電極４ａ，４ｂが設けられているグレーズ層２等の上面に３μｍ〜１０μｍの厚みに被着させることによって形成される。
【００２２】
かくして上述したサーマルヘッドは、感熱紙等の記録媒体を複数個の発熱体３ａ上に搬送しながら、これらの発熱体３ａを外部からの画像データに基づいて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上記記録媒体に伝導させ、記録媒体に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。
【００２３】
かかる構造のサーマルヘッドは、各発熱体３ａの平面視形状が、先に述べたように主走査方向の中央域で両端域に比し狭くなしてあり、一対の電極４ａ，４ｂが、発熱体３ａを挟んで対向する先端部が主走査方向の中央部で１０μｍ〜５０μｍ程度、発熱体３ａ側に延出するようにパターニングされているため、印画の際、記録媒体との摩擦を小さくして紙カスの発生量を低減させることができ、紙カスの付着などに起因した印画品質の劣化を有効に防止することができるとともに紙カスの除去に伴うメンテナンス等の手間を軽減することができる利点がある。
【００２４】
次に上述したサーマルヘッドの発熱体３と一対の電極４ａ，４ｂとをセラミック基板１上にパターン形成するための方法について図３を用いて説明する。
【００２５】
（１）まず、グレーズ層２が被着されているセラミック基板１を準備し、その上面に、図３（ａ）に示す如く、抵抗薄膜３及び金属薄膜４から成る積層体６を形成する。
【００２６】
前記抵抗薄膜３及び金属薄膜４は、従来周知のスパッタリングや真空蒸着等の薄膜形成技術を採用し、ＴａＳｉＯ等の電気抵抗材料とＡｌ等の金属材料とをグレーズ層２が設けられているセラミック基板１の上面に順次、被着させることによって形成される。
【００２７】
尚、前記積層体６の厚みは、抵抗薄膜３が例えば０．０１μｍ〜０．２μｍに、金属薄膜４が例えば０．３μｍ〜２．５μｍに設定される。
【００２８】
（２）次に、図３（ｂ）に示す如く、従来周知のフォトリソグラフィー技術を採用し、上述した積層体６の上面全域に感光性樹脂から成るフォトレジスト７ａを被着・形成する。
【００２９】
前記感光性樹脂としては、露光・現像のプロセスにおいて、紫外光を照射した部位が変質して除去されるポジ型の感光性樹脂が使用され、このような性質をもった液状の感光性樹脂を従来周知のスピンコート法やロールコート法等によって積層体６の上面に塗布するとともに、これを乾燥させ、しかる後、図１に示した発熱体３ａ及び電極４ａ，４ｂの形状に対応した所定パターンのフォトマスクを用いて、感光性樹脂を露光及び現像することによりフォトレジスト７ａが形成される。
【００３０】
尚、この露光プロセスにおいて、上述のフォトマスクを介して感光性樹脂に照射される紫外光は、発熱体３ａ及び電極４ａ，４ｂの反転パターンにて露光され、これを現像して得られるフォトレジスト７ａの形状は発熱体３ａ及び電極４ａ，４ｂのパターンに対応した形状となる。
【００３１】
（３）次に、図３（ｃ）に示す如く、従来周知のエッチング技術を採用し、フォトレジスト７ａが存在しない部位の金属薄膜４及び抵抗薄膜３を連続的に除去する。
【００３２】
このエッチングは、前記積層体６を、金属薄膜４と抵抗薄膜３の双方をエッチングすることができる強酸系のエッチング液に浸漬して、フォトレジスト７ａが存在しない部位の積層体６をエッチング液で浸食・除去することにより行われ、これによって前記積層体６は発熱体３及び一対の電極４ａ，４ｂの外形に沿ってパターニングされることとなる。
【００３３】
（４）そして次に、図３（ｄ）に示す如く、積層体６上に残存するフォトレジスト７ａを更に発熱体３ａのパターンに露光・現像し、最後に、図３（ｅ）に示す如く、フォトレジスト７ａが存在しない部位の金属薄膜４をエッチング除去する。
【００３４】
この露光プロセスでは発熱体３ａのパターンに対応したフォトマスクが用いられ、これに続くエッチングのプロセスでは、上述のフォトマスクを用いて露光・現像して得たフォトレジスト７ａ’のパターンに応じて金属薄膜４の一部がエッチング除去される。即ち、上述の露光・現像により露出した金属薄膜４の表面に先のエッチング液とは異なる強酸系のエッチング液を接触させて、金属薄膜４の一部を除去することにより、発熱体形成部の抵抗薄膜３が露出して複数個の発熱体３ａがパターン形成されるとともに該露出部の両側で金属薄膜４が共通電極４ａと個別電極４ｂとに分離され、所望のサーマルヘッドパターンが得られる。
【００３５】
以上のような本形態の製造方法によれば、発熱体３ａ及び一対の電極４ａ，４ｂをパターン形成する際、抵抗薄膜３と金属薄膜４とから成る積層体６を単一の感光性樹脂７を２段階で露光・現像することにより、発熱体３ａ及び一対の電極４ａ，４ｂを微細加工するようにしたことから、フォトレジスト７ａを途中で剥離させたり、新たなフォトレジストを被着させるといった手間がなくなり、発熱体３ａ及び一対の電極４ａ，４ｂのパターン形成のプロセスを簡略化することができる。従って、サーマルヘッドの生産性が大幅に向上される。
【００３６】
また上述の方法によってサーマルヘッドを製造したとき、各発熱体３ａの平面視形状が主走査方向の中央域で両端域に比し狭くなるのは、（４）の工程で述べた２度めのエッチングの際に電極４ａ，４ｂの角部が側面側より浸食（サイドエッチング）されるためであり、これによって紙カス発生量が低減された、手入れの簡単なサーマルヘッドが得られる。
【００３７】
尚、本発明は上述の実施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。
【００３８】
例えば、上述の実施形態において金属薄膜４のサイドエッチングを抑えるために２度めのエッチングを行う前にフォトレジスト７ａをベークするようにしても構わない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱体及び一対の電極をパターン形成する際、発熱体を形成する抵抗薄膜と一対の電極を形成する金属薄膜とを順次積層し、その表面に被着される単一の感光性樹脂（フォトレジスト）を２段階で露光・現像することにより、発熱体及び一対の電極を微細加工するようにしたことから、フォトレジストを途中で剥離させたり、新たなフォトレジストを被着させるといった手間がなくなり、発熱体及び一対の電極のパターン形成のプロセスを簡略化してサーマルヘッドの生産性を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製作したサーマルヘッドの平面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドの断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の製造方法を説明するための工程毎の斜視図である。
【図４】従来のサーマルヘッドの平面図である。
【符号の説明】
１・・・セラミック基板、３・・・抵抗薄膜、３ａ・・・発熱体、４・・・金属薄膜、４ａ，４ｂ・・・一対の電極、６・・・積層体、７ａ，７ａ’・・・フォトレジスト

Claims

セラミック基板の上面上に、主走査方向に沿って配列された抵抗薄膜から成る複数の発熱体と、前記抵抗薄膜上に形成された金属薄膜から成り、前記発熱体の両端に電気的に接続される一対の電極とを被着・形成してなるサーマルヘッドであって、
前記一対の電極は、前記発熱体を挟んで対向する先端部が、主走査方向の中央部で前記発熱体側に延出するようにパターン形成されており、
前記一対の電極の前記先端部は、前記発熱体側に向かうにつれて幅が狭くなっているとともに、主走査方向の両端部から先端へ延びる縁がそれぞれ凹状に湾曲していることを特徴とするサーマルヘッド。