JP4895350B2 - 発熱抵抗素子部品とその製造方法およびサーマルプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、発熱抵抗素子部品とその製造方法およびサーマルプリンタに関するものである。

近年、サーマルプリンタは小型情報機器端末に多く用いられるようになってきている。小型情報機器端末はバッテリ駆動であるため、サーマルプリンタの省電力化が強く求められ、そのための発熱効率の高いサーマルヘッドが求められている。
サーマルヘッドの高効率化においては、発熱抵抗体の下層に断熱層を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。発熱抵抗体で発生した熱量のうち、発熱抵抗体上方の耐摩耗層に伝達される上方伝達熱量の方が発熱抵抗下方の絶縁基板に伝達される下方伝達熱量よりも大きくなるので、印字時に必要とされるエネルギー効率が良好となる。
特開平６−１６６１９７号公報

しかしながら、特許文献１に示される構造のサーマルヘッドには、以下の問題がある。
すなわち、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。

また、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。

さらに、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、ア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。

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する。

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、支持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、前記支持基板が、厚さ方向に積層される複数の基板により構成され、前記支持基板の各発熱抵抗体により覆われる領域に、該支持基板を厚さ方向に貫通する空洞部が設けられている発熱抵抗素子部品を提供する。

本発明によれば、発熱抵抗体が支持基板上に設けられ、各発熱抵抗体の下方に支持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支持基板側への熱の伝達が遮られる。また、空洞部は支持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、支持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。

この場合において、支持基板が厚さ方向に積層される複数の基板により構成されているので、各基板に形成される空洞部のアスペクト比を小さくすることができる。これにより、精密な空洞部を精度よく構成することができ、発熱抵抗体を支持する強度と、発熱抵抗体において発生する熱の効率的利用とを両立することができる。

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個別に設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、隣接する発熱抵抗体ごとに設けられた空洞部間に基板を残すことができる。空洞部間に残った基板は、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、空洞部間に残った基板により押圧力が支持され、耐圧性能が向上する。

また、上記発明においては、前記空洞部が、各基板に設けられた貫通孔により構成され、前記発熱抵抗体に隣接する第１の基板の貫通孔が、前記発熱抵抗体から前記第１の基板よりも離れた位置に配される第２の基板の貫通孔よりも小さく形成されていることが好ましい。
このようにすることで、発熱抵抗体に近い位置に支持部材として機能する基板を多く残し、離れた位置における貫通孔を大きく確保して加工性を向上することができる。

また、上記発明においては、少なくとも１つの基板が金属により構成されていることが好ましい。
このようにすることで、耐圧強度を向上することができる。

また、上記発明においては、少なくとも１つの基板がセラミックにより構成されていることとしてもよい。
このようにすることで、支持基板の剛性を向上し、丈夫な発熱抵抗素子部品を構成することができる。

また、本発明は、複数の基板に貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、貫通孔が形成された複数の基板を重ね合わせて接合し支持基板を構成する支持基板構成ステップと、貫通孔に犠牲層材料を埋め込む犠牲層埋込ステップと、犠牲層材料が埋め込まれた支持基板の表面に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成ステップと、絶縁皮膜上の前記貫通孔に対応する位置に発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成ステップと、発熱抵抗体に接続する配線を形成する配線形成ステップと、支持基板の裏面側から犠牲層材料を除去する犠牲層除去ステップとを含む発熱抵抗素子部品の製造方法を提供する。

本発明によれば、貫通孔形成ステップにより貫通孔が形成された複数の基板を、支持基板構成ステップにより重ね合わせて接合することによって支持基板が構成される。そして、犠牲層埋込ステップにより、貫通孔に犠牲層材料が埋め込まれることによって、犠牲層材料が埋め込まれた支持基板が構成される。

その後、絶縁皮膜形成ステップにより支持基板の表面に絶縁皮膜が形成され、発熱抵抗体形成ステップにより絶縁皮膜の表面に発熱抵抗体が形成される。そして、発熱抵抗体に接続する配線が配線形成ステップにより形成された後に、犠牲層除去ステップにより、各基板の貫通孔に埋め込まれた犠牲層材料が除去される。

この場合において、複数の基板のそれぞれに貫通孔を形成してから重ね合わせて接合することにより支持基板を構成するので、各貫通孔のアスペクト比を小さくすることができ、貫通孔を精密に加工することができる。その結果、発熱抵抗体の配列ピッチを短くすることができる。

上記発明においては、前記貫通孔形成ステップが、前記支持基板の表面側から裏面側に向かって大きくなる貫通孔を形成することとしてもよい。
このようにすることで、発熱抵抗体に近い位置に支持部材として機能する基板を多く残し、離れた位置における貫通孔を大きく確保してエッチング液等の入り込みやすさを向上し、加工性を向上することができる。

また、上記発明においては、前記貫通孔形成ステップが、前記支持基板の裏面側に配される基板において、複数の発熱抵抗体に跨るように貫通孔を形成することとしてもよい。
このようにすることで、エッチング液等の入り込みやすさをさらに向上し、加工性をさらに向上することができる。

また、上記発明においては、前記基板にグリーンシートが用いられ、貫通孔が形成された基板を焼結する焼結ステップを備えることとしてもよい。
このようにすることで、グリーンシートからなる基板に貫通孔を形成することにより、貫通孔加工を容易にすることができ、焼結ステップによってグリーンシートをセラミックにすることで、剛性の高い支持基板を構成することができる。

また、上記発明においては、前記犠牲層埋込ステップが、前記発熱抵抗体に絶縁皮膜を挟んで隣接する位置に配置される少なくとも１つの基板の貫通孔内に犠牲層材料を埋め込むこととしてもよい。
このようにすることで、絶縁皮膜を構成する基板の表面を平坦に構成して絶縁皮膜形成ステップを容易にする一方、裏面側に位置する基板の貫通孔に犠牲層材料を埋め込まないこととして、犠牲層除去ステップを簡易化することができる。

また、本発明は、基板上に犠牲層材料をパターニングする犠牲層形成ステップと、パターニングされた犠牲層材料をマスクとして成膜により犠牲層材料を含む基板を有する支持基板を構成する支持基板構成ステップと、犠牲層材料を含む支持基板の表面に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成ステップと、絶縁皮膜上の前記犠牲層材料に対応する位置に発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成ステップと、発熱抵抗体に接続する配線を形成する配線形成ステップと、支持基板の裏面側から犠牲層材料に到達する貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、支持基板の裏面側から犠牲層材料を除去する犠牲層除去ステップとを含む発熱抵抗素子部品の製造方法を提供する。

本発明によれば、犠牲層材料を含む基板の構成時に貫通孔形成作業を伴わず、製膜技術を利用して基板を精密に構成することができる。また、貫通孔形成ステップにおいて貫通孔を形成する基板の厚さを薄くしてアスペクト比を小さくし、精密に加工することができる。これにより、発熱抵抗体の配列ピッチの短い発熱抵抗素子部品を製造することができる。

上記発明においては、前記支持基板構成ステップが、電鋳法により犠牲層材料を含む金属製基板を有する支持基板を構成することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記発熱抵抗体に絶縁皮膜を挟んで隣接する基板が銅またはニッケルにより構成され、前記犠牲層材料としてノボラック樹脂系材料が使用され、前記貫通孔形成ステップおよび犠牲層除去ステップが、水酸化カリウムまたは水酸化テトラメチルアンモニウム等のアルカリ溶液によるウェットエッチングにより行われることとしてもよい。

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サーマル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。また、発熱抵抗体の配列ピッチを短縮して解像度の高い印刷を行うことができる。

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。

本発明の第１の実施形態に係る発熱抵抗素子部品１とその製造方法について、図１および図２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、支持基板２と、該支持基板上に形成されたアンダーコート（絶縁皮膜）３と、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５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。

前記支持基板２は、第１の基板７と第２の基板８とを厚さ方向に重ね合わせて接合することにより構成されている。第１の基板７には、発熱抵抗体４によって覆われる領域に、厚さ方向に貫通する貫通孔９が形成されている。第２の基板８には、前記貫通孔９に一致する位置に、厚さ方向に貫通する貫通孔１０が形成されている。これら貫通孔９，１０は、各発熱抵抗体４に配置された空洞部１１を構成している。

空洞部１１は、発熱抵抗体４で発生した熱の支持基板２への流出を抑制する断熱層として機能する。第１の基板７には、各発熱抵抗体４に個別に対応する貫通孔９どうしを隔離する隔壁１２が形成されている。隔壁１２は、第１の基板７の上層のアンダーコート３を支持する支持部材としての機能を有している。本実施形態においては、各貫通孔９，１０の横断面積は同じである。
前記配線５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。

次に、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。
まず、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、第１の基板７に貫通孔９を形成し、第２の基板８に貫通孔１０を形成する。第１の基板７と第２の基板８の材質は、同じでも、異なっていてもよい。例えば、第１の基板７にシリコン、第２の基板８に硼珪酸ガラスを用いることができる。第１の基板７厚さ寸法は、数十μｍから数百μｍである。第２の基板８の厚さ寸法は数百μｍである。貫通孔９，１０の形成方法には、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチング法が用いられる。

次に、図２（ｃ）に示されるように、貫通孔９，１０が重なるように第１の基板７と第２の基板８とを接合する。第１の基板７にシリコン、第２の基板８に硼珪酸ガラスを用いた場合、両基板７，８に加熱しながら数百Ｖの電圧を加え、共有結合により接合される陽極接合を用いることができる。そのほか、直接接合あるいはガラスフリット接合等によっても貼り合わせることができる。

次に、図２（ｄ）に示されるように、貫通孔９，１０に酸性、または、アルカリ性、または、有機系の溶液で溶解可能な犠牲層材料を埋め込んで犠牲層１３を構成する。酸性溶液に溶解可能な犠牲層材料としては、Ｃｕ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｎｉなどある。アルカリ性に溶解可能な犠牲層材料としては、ノボラック樹脂系のフォトレジストなどがある。有機溶剤に溶解可能な材料として、フォトレジストや樹脂材料がある。

埋め込み方法としては、犠牲層材料に金属材料を用いて、めっきにより埋め込む方法がある。その他、スクリーン印刷法により、空洞部１１に金属ペーストを埋め込み、乾燥、熱処理を行って犠牲層１３を形成する方法もある。その他、フォトレジストや過熱処理や紫外線照射などにより硬化する樹脂を用いて、樹脂を液体の状態で空洞部１１に埋め込み、過熱処理や紫外線照射を行い、樹脂を硬化させる方法もある。さらに、溶融した金属を大気圧もしくは減圧状態で空洞部１１に埋め込み、冷却して犠牲層１３を形成する方法もある。ここまでの工程により、第１の基板７と第２の基板８とからなり、犠牲層１３が埋め込まれた支持基板２が形成される。

次に、図２（ｅ）に示されるように支持基板２の第１の基板７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、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２０_５、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、Ｓｉ_３Ｎ_４等が用いられ、スパッタリングや蒸着法等により成膜される。アンダーコート３の厚さ寸法は数百μｍ〜数μｍである。

次いで、図２（ｆ）に示されるように、アンダーコート３を形成し、該アンダーコート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。

次いで、図２（ｇ）に示されるように、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉまたは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（ｈ）に示されるように、Ｓｉ０_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＡｌＯＮまたはＳｉ_３Ｎ_４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、支持基板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。

最後に、図２（ｉ）に示されるように、支持基板２の裏面側から、図２（ｃ）で形成された犠牲層１３をウェットエッチングにより除去し、アンダーコート３裏面に到達する空洞部１１を形成する。ウェットエッチングに用いられる溶解液として、犠牲層材料にＣｕ，ＦｅまたはＮｉを用いる場合、塩化第II鉄（ＦｅＣｌ_３）溶液、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）溶液やそれらを含む混合液が用いられる。また、犠牲層材料にＭｏを用いる場合、硝酸（ＨＮＯ_３）溶液、および、それらを含む混合液が用いられる。また、ノボラック樹脂系のフォトレジストからなる犠牲層１３には、アルカリ溶液をウェットエッチングの溶解液として用いることができる。また、樹脂製の犠牲層１３には、有機系溶液をウェットエッチングの溶解液として用いることができる。これにより、図１に示されるサーマルヘッド１が製造される。

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支持基板２が存在しない空洞部１１が設けられているので、空洞部１１が断熱層として機能し、発熱抵抗体４で発生した熱量の支持基板２側への流出や支持基板２内への蓄熱を抑制することができる。そして、空洞部１１によって、数百μｍという比較的厚い断熱層が形成されるので、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。

また、本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、各発熱抵抗体４の下層の第１の基板７に、断熱層となる空洞部１１を仕切るように隔壁１２が設けられている。その隔壁１２によって、アンダーコート３を支えているため、サーマルヘッド１全体の強度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、犠牲層１３を埋め込んだ支持基板２を第１の基板７と第２の基板８とに分けて構成することで、同じ強度の支持基板２を単層で実現する場合に比べ、それぞれの基板７，８に形成する貫通孔９，１０のアスペクト比を小さくできる。一般的に、アスペクト比の大きな貫通孔９，１０を精度良く形成することは困難であるため、本実施形態に係る製造方法によれば、発熱抵抗体４の下方に個別の空洞部１１を簡易にかつ精度よく形成することができる。

多数の発熱抵抗体４を直線状に配置したラインサーマルヘッド１では、１ｍｍあたり４個から１６個の発熱抵抗体４を配置する必要がある。本実施形態に係る製造方法によれば、高い精度で多数の発熱抵抗体４を配置でき、かつ、高い機械強度をもつ、高効率なラインサーマルヘッド１を得るのに大変有効である。

なお、本実施形態に係るサーマルヘッド１においては、支持基板２を第１の基板７と第２の基板８の２つに分けて作成しているが、これに代えて、３つ以上の基板を積層して支持基板２を構成することも可能である。
これにより、各基板７，８に形成される貫通孔９，１０のアスペクト比をさらに小さくすることができ、さらなる加工精度の向上および製造工程の簡易化を図ることができる。

また、図２（ａ）および図２（ｂ）において、第１の基板７、第２の基板８の貫通孔９，１０を加工する方法として、サンドブラスト法を用いるとしてもよい。このようにすることで、大気圧中での貫通孔加工が可能となるため、加工工程を簡略化することができる。また、貫通孔９，１０の加工工程において、金型によるパンチ加工やドリルによる切削加工により貫通孔９，１０を形成することとしてもよい。このようにすることで、フォトリソグラフィを用いて形成される貫通孔９，１０の加工用マスクを用いて貫通孔９，１０を加工する場合に比べ、平面寸法精度は劣るが、加工用マスクを使うことなく、また、高真空装置を用いずに貫通孔９，１０を形成できるため、支持基板２を簡易に製造することができる。

また、本実施形態の貫通孔９，１０の加工工程において、レーザー加工を使うこととしてもよい。このようにすることで、加工用マスクを使うことなく、また、高真空装置を用いずに貫通孔９，１０を形成できるため、支持基板２をさらに簡易に製造することができるほか、空洞部１１の形成工程における寸法精度を向上させることができる。

また、図２（ｄ）の犠牲層材料の埋め込み工程で、スクリーン印刷を用いて金属ペーストを空洞部１１に充填することで、犠牲層１３の埋込工程を簡略化することができる。
また、図２（ｄ）で、砥石を使う研削加工、細かい粒径の研磨剤を含む研磨液による機械研磨加工、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）等の研磨技術を施すことにより、犠牲層１３上面と第１の基板７上面との段差をなくすことができ、その後の各成膜工程を良好に行うことができる。したがって、発熱抵抗体４全体の機械的強度をさらに向上させることができる。

さらに、配線５にＡｌ、犠牲層１３にＣｕ、Ｍｏ、Ｎｉのいずれか、エッチング液に発煙硝酸を選択した場合、発煙硝酸を用いてＭｏ犠牲層をエッチングしている間、配線５のダメージを減らすことができる。その結果、サーマルヘッド１表面の保護が不要となり、製造工程を簡略化できる。

また、第１の基板７および第２の基板８として、焼結することによりセラミック材料となるグリーンシートを用いることとしてもよい。グリーンシートの厚さ寸法は数十μｍから数百μｍである。焼結前のグリーンシートは柔らかく、貫通孔９，１０の加工が容易である一方、焼結することで、グリーンシートは、非常に堅く、丈夫なセラミック製基板７，８となる。

支持基板２にグリーンシートを用いる場合、図２（ａ）、２（ｂ）の貫通孔９，１０の形成工程において、金型によるパンチ加工やドリルによる切削加工により貫通孔９，１０を形成することが可能であり、支持基板２の製造を簡略化することができる。図２（ｃ）の接合工程では、貫通孔９，１０を形成した複数のグリーンシートを接着材を用いるか、または、接着剤を用いずに加圧のみで接合することができる。その後、積層したものを約１０００〜２０００℃にまで昇温する炉で焼結する。図２（ｄ）の埋め込み工程で犠牲層１３を埋め込み、支持基板２を製造する。
このように、グリーンシートを用いて支持基板２を製造することで、機械強度の高いサーマルヘッド１を、精度良くかつ簡易に製造することができる。

また、第１の基板７、第２の基板８の材料として、金属、シリコン、ガラス（硼珪酸ガラス）、セラミック（アルミナ）を採用し、任意に組み合わせることとしてもよい。この場合、いずれかの基板７，８に金属を使用することで、強度を向上することができる。特に、第１の基板７に金属を使用することで、隔壁１２の厚さ寸法を１００μｍ以下に抑えても、十分に高い強度を得ることができ、また第１の基板７の形成に、スパッタ、真空蒸着、電鋳等の薄膜プロセスを用いることができ、貫通孔９および隔壁１２の加工精度を向上することができる。

また、いずれかの基板７，８にシリコンを用いることで、ＲＩＥ加工を行うことが可能となり、精度よく貫通孔を加工することができる。
また、いずれかの基板７，８に剛性の高いセラミックを用いることで、丈夫なサーマルヘッド１を構成することができる。
また、単結晶材料でないガラスと単結晶シリコンとを併用することで、比較的丈夫なサーマルヘッド１を構成することができる。

また、いずれの材料を使用しても、両基板７，８を直接接合または接着剤により相互に接合することができ、金属とガラス、シリコンとガラスの組合せの場合、さらに陽極接合により相互に接合することができる。

ここで、直接接合とは、接着剤等を使用することなく２枚の基板７，８を接合する方法であって、基板７，８の表面を洗浄および活性化させた後に、室温で接合する常温直接接合が知られている。この場合、基板７，８表面は１ｎｍ以下のレベルで平坦である必要がある。また、高温（７００〜１０００℃）で加圧処理する場合には、より低いレベルの平坦度でも接合することができる。

また、陽極接合とは、両基板７，８に加熱しながら数百Ｖの電圧を加え、共有結合により接合する方法であって、直接接合と比較すると、より低いレベルの平坦度でも、３００〜４００℃と比較的低い温度で接合できるという利点がある。
また、接着剤により接合する場合には、エポキシ等を用いた樹脂系接着剤、紫外線硬化型接着剤等が用いられる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法について、図３を参照して説明する。
本実施形態の説明において、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は同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る製造方法は、支持基板２の形成工程で、第２の基板８のみに犠牲層１３を埋め込む点で、図２に示した第１の実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法とは相違している。製造されるサーマルヘッド１は第１の実施形態と同一のものである。

図３（ａ）および図３（ｂ）において、第１の実施形態と同じ方法により、第１の基板７に貫通孔９を、また、第２の基板８に貫通孔１０を形成する。
次に、図３（ｃ）に示されるように、第１の基板７の貫通孔９に、酸性、または、アルカリ性、または、有機系の溶液で溶解可能な犠牲層材料を埋め込み、犠牲層１３を形成する。

次に、図３（ｄ）に示されるように、第１の実施形態に係る製造方法と同様にして、第１の基板７と第２の基板８とを貫通孔９，１０が重なるように接合し、図３（ｅ）〜図３（ｈ）に示されるように、アンダーコート３、発熱抵抗体４、配線５ａ，５ｂ、保護膜６を形成する。その後、図３（ｉ）に示されるように、第１の基板７の貫通孔９に充填されていた犠牲層１３を除去することにより、空洞部１１が形成される。これにより、図１に示されるサーマルヘッド１が製造される。

本実施形態に係る製造方法においては、第１の基板７の貫通孔９のみに犠牲層１３を埋め込んでいるので、図３（ｉ）の犠牲層１３の除去工程での加工時間が短くなるという利点がある。
また、第１の基板７および第２の基板８にグリーンシートを使う場合、グリーンシートの焼結が犠牲層１３を埋め込んだ後になる。図３（ｃ）の犠牲層埋込工程において、犠牲層材料にＭｏ，Ｗを用い、そのペースト材料をスクリーン印刷法で貫通孔９に埋め込む。高融点材料であり、かつ、酸性溶液で溶解可能なＭｏ，Ｗを犠牲層材料に選ぶことで、グリーンシートを焼結する際の高温処理が可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るサーマルヘッド２０とその製造方法について、図４を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１、第２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は同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係るサーマルヘッド２０は、第２の基板２１に設けられた貫通孔２２が複数の発熱抵抗体４に跨がるように設けられている点で、第１，第２の実施形態に係るサーマルヘッド１と相違している。
断熱層として機能する第１の基板７の貫通孔９は各発熱抵抗体４に対して個別に設けられ、犠牲層１３をエッチングする溶解液の流路となる第２の基板２１の貫通孔２２は、溶解液が侵入しやすいよう貫通孔９よりも大きく構成されている。

本実施形態に係るサーマルヘッド２０によれば、アンダーコート３を支持する隔壁１２が存在するため、印字の際の圧力に対する十分な強度を保持したまま、空洞部２３を形成する工程における犠牲層１３のエッチング時間を短縮することができる。また、断熱性能は第１の基板７の貫通孔９の形状でほぼ決定されるため、貫通孔１０の加工精度を甘くすることができる。この構造により、サーマルヘッド２０の高い機械強度を保持したまま、製造時間の短縮および製造の簡易化を図ることができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係るサーマルヘッド２０の製造方法について、図５を参照して以下に説明する。
本実施形態においては犠牲層１３を埋め込んだ支持基板２の形成工程において、フォトリソグラフィ技術によるフォトレジストの犠牲層１３を形成し、成膜により第１の基板７を形成する点で、図２、図３に示した製造方法とは相違している。

まず、図５（ａ）に示されるように、一定の厚さを有する第２の基板２１上に、フォトリソグラフィ技術を用いて犠牲層１３となるフォトレジスト（以下、フォトレジスト１３とも言う。）を形成する。第２の基板２１の材料には、シリコンなどが用いられる。フォトレジスト１３としては、アルカリ性の溶液や有機溶剤に溶解可能なノボラック樹脂系のフォトレジスト１３などが用いられる。

次に、図５（ｂ）に示されるように、フォトレジスト１３をマスクとして、第１の基板７を形成する。第１の基板７の形成には、真空蒸着、スパッタ、電鋳などが用いられる。また、第１の基板７の材料には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕなどの金属材料、または、ＳｉＯ_２などの絶縁材料が用いられる。

次に、図５（ｃ）に示されるように、第２の基板２１の裏面に犠牲層１３をエッチングするための貫通孔１０の形成用マスク２４を形成する。具体的には、第２の基板２１にはシリコンを用い、第２の基板２１の裏面に、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition）法のいずれかの方法によりマスク材料からなる貫通孔１０の形成用マスク２４が成膜される。マスク材料としては、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等の絶縁材料、あるいは、Ａｌ、Ｃｒ等の金属材料が用いられる。

貫通孔１０の形成用マスク２４の表面にフォトレジスト（図示略）でパターニングした後、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、貫通孔１０の形成用マスク２４を形成する。貫通孔１０の形成用マスク２４は、第２の基板２１に貫通孔１０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を露出させ、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２０によれば、図４に示されるように、貫通孔１０の形成用マスク２４のパターニングで形成された形成用マスク２４の大きさは、発熱抵抗体４の発熱有効面積より大きくなっている。

次に、図５（ｄ）〜図５（ｇ）で上述の製造方法と同じ方法で、アンダーコート３、発熱抵抗体４、配線５ａ、５ｂ、保護膜６が形成される。
そして、図５（ｈ）に示されるように、図５（ｃ）で形成された形成用マスク２４をマスクとして、第２の基板２１の裏面側から、ＲＩＥによるドライエッチング法またはウェットエッチング法により、第２の基板２１をエッチングして裏面側から犠牲層１３まで達する貫通孔１０を形成する。

最後に、図５（ｉ）に示されるように、第２の基板２１の裏面側から、ウェットエッチングにより図５（ａ）で形成された犠牲層１３を除去し、アンダーコート３裏面に到達する空洞部２３を形成する。これにより、図４に示されるように、サーマルヘッド２０が製造される。

本実施形態に係るサーマルヘッド２０の製造方法によれば、フォトレジストの犠牲層１３を用いることにより、フォトリソグラフィ技術による薄膜製造プロセスを用いることができる。これにより、数μｍの加工精度で空洞部２３を形成することができ、多数の微細な発熱抵抗体４を直線状に高密度に配列したサーマルヘッド２０を簡易に製造することができる。

また、第１の基板７に金属材料を用いて、電鋳により形成することにより、数μmから数十μｍの金属材料の隔壁を得ることできる。このようにすることにより、シリコンやＳｉＯ_２からなる隔壁に比べ、高い機械強度が得られる。

また、形成用マスク２４にＳｉＯ_２、第２の基板２１にシリコン、犠牲層１３にノボラック系フォトレジスト、第１の基板７にＮｉかＣｕを用い、さらに、図５（ｈ）における基板２１の除去および図（ｉ）における犠牲層１３の除去に水酸化カリウムあるいは水酸化テトラメチルアンモニウム等のアルカリ溶液によるウェットエッチングを行う。こうすることで、図５（ｈ）および図（ｉ）の工程を同時に行うことができる。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２０の生産性を向上することができる。

次に、本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタ３０について、図６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３０は、本体フレーム３１に、水平配置されるプラテンローラ３２と、前記プラテンローラ３２に感熱紙３３を挟んで押し付けられる上記第１〜第４の実施形態に係るサーマルヘッド１，２０とを備えている。サーマルヘッド１，２０は、プラテンローラ３２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３４により所定の押圧力で感熱紙３３に押し付けられるようになっている。図中、符号３５は紙送り駆動モータである。

本実施形態に係るサーマルプリンタ３０によれば、サーマルヘッド１，２０の発熱効率が高く、少ない電力で感熱紙３３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。

なお、上記各実施形態においては、サーマルヘッド１，２０および直接感熱発色するサーマルプリンタ３０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１，２０以外の発熱抵抗素子部品やサーマルプリンタ３０以外のプリンタ装置にも応用することができる。

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１，３０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。

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。

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（ａ）のＡ−Ｂ縦断面図である。 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。 本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図である。 本発明の第３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（ａ）のＣ−Ｄ縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図である。 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。

符号の説明

１，２０ サーマルヘッド（発熱抵抗素子部品）
２ 支持基板
３ アンダーコート（絶縁被膜）
４ 発熱抵抗体
５ 配線
５ａ 共通配線（配線）
５ｂ 個別配線（配線）
６ 保護膜
７ 第１の基板
８ 第２の基板
９，１０ 貫通孔
１１ 空洞部
１２ 隔壁
１３ 犠牲層，フォトレジスト
２２ 形成用マスク
３０ サーマルプリンタ（プリンタ）

Claims (14)

1. 支持基板の一方の面上に複数の発熱抵抗体を間隔をあけて配列すると共に、各発熱抵抗体に電力を供給する配線を接続してなり、
   前記支持基板が、厚さ方向に複数の基板を積層することにより構成され、
   前記支持基板の前記各発熱抵抗体により覆われる領域に、該支持基板を厚さ方向に貫通する空洞部が設けられている発熱抵抗素子部品。
2. 前記空洞部が、各発熱抵抗体毎に相対して個別に設けられている請求項１に記載の発熱抵抗素子部品。
3. 前記空洞部が、積層された複数の基板に設けられた貫通孔により構成され、
   前記発熱抵抗体を配列した基板に隣接して積層された基板の貫通孔が、その下に積層された基板の貫通孔よりも小さく形成されている請求項１または請求項２に記載の発熱抵抗素子部品。
4. 前記支持基板を構成する複数の基板のうち、少なくとも１つの基板が金属により構成される請求項１から請求項３のいずれかに記載の発熱抵抗素子部品。
5. 前記支持基板を構成する複数の基板のうち、少なくとも１つの基板がセラミックにより構成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の発熱抵抗素子部品。
6. 複数の基板に貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
   貫通孔が形成された複数の基板を重ね合わせて接合し支持基板を構成する支持基板構成ステップと、
   貫通孔に犠牲層材料を埋め込む犠牲層埋込ステップと、
   犠牲層材料が埋め込まれた支持基板の表面に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成ステップと、
   絶縁皮膜上の前記貫通孔に対応する位置に発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成ステップと、
   発熱抵抗体に接続する配線を形成する配線形成ステップと、
   支持基板の絶縁皮膜形成面とは反対面側から犠牲層材料を除去する犠牲層除去ステップとを含む発熱抵抗素子部品の製造方法。
7. 前記貫通孔形成ステップが、前記支持基板の絶縁皮膜形成面側から反対面側に向かって大きくなる貫通孔を形成する請求項６に記載の発熱抵抗素子部品の製造方法。
8. 前記貫通孔形成ステップにおいて、前記支持基板の絶縁皮膜形成面に形成される複数の発熱抵抗体に跨るように貫通孔を形成する請求項６または請求項７に記載の発熱抵抗素子部品の製造方法。
9. 前記基板にグリーンシートが用いられ、
   貫通孔が形成された基板を焼結する焼結ステップを備える請求項６から請求項８のいずれかに記載の発熱抵抗素子部品の製造方法。
10. 前記犠牲層埋込ステップが、前記発熱抵抗体に絶縁皮膜を挟んで隣接する位置に配置される少なくとも１つの基板の貫通孔内に犠牲層材料を埋め込む請求項６から請求項９のいずれかに記載の発熱抵抗素子部品の製造方法。
11. 基板上に犠牲層材料をパターニングする犠牲層形成ステップと、
    パターニングされた犠牲層材料をマスクとして成膜により犠牲層材料を含む複数の基板から構成された支持基板を構成する支持基板構成ステップと、
    犠牲層材料を含む支持基板の表面に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成ステップと、
    絶縁皮膜上の前記犠牲層材料に対応する位置に発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成ステップと、
    発熱抵抗体に接続する配線を形成する配線形成ステップと、
    支持基板の裏面側から犠牲層材料に到達する貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
    支持基板の絶縁皮膜形成面とは反対面側から犠牲層材料を除去する犠牲層除去ステップとを含む発熱抵抗素子部品の製造方法。
12. 前記支持基板構成ステップが、電鋳法により犠牲層材料を含む金属製基板を有する支持基板を構成する請求項１１に記載の発熱抵抗素子部品の製造方法。
13. 前記発熱抵抗体に絶縁皮膜を挟んで隣接する基板が銅またはニッケルにより構成され、
    前記犠牲層材料としてノボラック樹脂系材料が使用され、
    前記貫通孔形成ステップおよび犠牲層除去ステップが、水酸化カリウムまたは水酸化テトラメチルアンモニウム等のアルカリ溶液によるウェットエッチングにより行われる請求項１１または請求項１２に記載の発熱抵抗素子部品の製造方法。
14. 請求項１から請求項５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サーマルプリンタ。

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