JPH03293164A - Thermal head - Google Patents

Thermal head

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Publication number
JPH03293164A
JPH03293164A JP9414090A JP9414090A JPH03293164A JP H03293164 A JPH03293164 A JP H03293164A JP 9414090 A JP9414090 A JP 9414090A JP 9414090 A JP9414090 A JP 9414090A JP H03293164 A JPH03293164 A JP H03293164A
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JP
Japan
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heat
layer
protective layer
resistant
compound containing
Prior art date
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Pending
Application number
JP9414090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Riyuuichi Uzuka
兎束 竜一
Katsuhisa Honma
克久 本間
Masaru Nikaido
勝 二階堂
Tadayoshi Kinoshita
木下 忠良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9414090A priority Critical patent/JPH03293164A/en
Publication of JPH03293164A publication Critical patent/JPH03293164A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the crack of an abrasion-resistant film and to enhance reliability by constituting the resin protective layer of a thermal head equipped with a support substrate, a heat-resistant resin layer, the resin protective layer and a heating resistor of a compound containing Si, Zr, N and O or a compound containing Y other than Si, Zr, N and O. CONSTITUTION:A resin protective layer composed of a compound containing at least Si, Zr, N and O or a compound containing Y other than said components is formed by a sputtering method or an ion plating method. This compound is harder than other inorg. insulating matter such as SiO2 or Al2O3 and more excellent in humidity resistance as compared with SiN or Si3N4 and has no possibility damaging a heat-resistant resin layer when an electrode substance and a heating resistor substance are dissolved and removed in a desired circuit pattern and, since the heating resistor can be formed without generating gas, the control of resistance value becomes easy. Further, the crack generated by the local generation of the heat-resistant resin layer can be prevented because of excellent crack resistance.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、ファクシミリやプリンタ等の発熱記録装置に
用いられるサーマルヘッドに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a thermal head used in a heat-generating recording device such as a facsimile or a printer.

(従来の技術) 最近、ポリイミド樹脂のような耐熱樹脂を各種基板上に
絶縁層や蓄熱層などとして設けた耐熱性絶縁基板が、サ
ーマルヘッドの高抵抗基体やハイブリッドIC用の多層
回路基板などのような熱に対して高い信頼性が要求され
る各種電子機器の支持基体などとして多用されるように
なってきている。
(Prior Art) Recently, heat-resistant insulating substrates in which heat-resistant resins such as polyimide resins are provided as insulating layers or heat storage layers on various substrates have been developed for use in high-resistance substrates for thermal heads, multilayer circuit boards for hybrid ICs, etc. They are increasingly being used as supporting substrates for various electronic devices that require high reliability against such heat.

たとえばサーマルヘッドにおいては、高抵抗基体として
従来のアルミナなどのセラミックス基板上にグレーズガ
ラス層を熱の放散および蓄熱をコントロールする保温層
として形成してなるものに代えて、セラミックス基板や
金属基板上にポリイミド樹脂層のような耐熱樹脂層を形
成した耐熱性絶縁基板が用いられている。
For example, in thermal heads, instead of the conventional high-resistance substrate made of a ceramic substrate such as alumina with a glazed glass layer formed as a heat insulating layer to control heat dissipation and heat accumulation, a ceramic substrate or a metal substrate is used as the high-resistance substrate. A heat-resistant insulating substrate on which a heat-resistant resin layer such as a polyimide resin layer is formed is used.

このポリイミド樹脂層を保温層として設けたサマルヘッ
ドとしては、たとえば以下のような構成を有するものが
知られている。
As a thermal head provided with this polyimide resin layer as a heat insulating layer, one having the following structure, for example, is known.

すなわち、Fe合金などからなる金属基板上に蓄熱層と
絶縁層とを兼ねるポリイミド樹脂などからなる耐熱樹脂
層を形成し、この上にTa5i02、Ti−8L02な
どからなる発熱抵抗体をスパッタリング法などにより膜
形成する。さらに、この発熱抵抗体の上に発熱部となる
開口を形成する如くAρやAΩ−3i−Cuなどからな
る個別電極および共通電極を形成し、少なくともこの発
熱部を被覆するようシリコンオキシナイトライド(Si
−0−N)などからなり耐熱化膜を兼ねる耐摩耗層を形
成したものである。
That is, a heat-resistant resin layer made of polyimide resin or the like, which serves as a heat storage layer and an insulating layer, is formed on a metal substrate made of an Fe alloy or the like, and a heating resistor made of Ta5i02, Ti-8L02, etc. is formed on this layer by sputtering or the like. Forms a film. Furthermore, individual electrodes and a common electrode made of Aρ, AΩ-3i-Cu, etc. are formed on the heating resistor so as to form an opening that will become the heating part, and silicon oxynitride (silicone oxynitride) is formed so as to cover at least this heating part. Si
-0-N), etc., and has a wear-resistant layer that also serves as a heat-resistant film.

このようなサーマルヘッドは、保温層としてポリイミド
樹脂層を使用することによって、ポリイミド樹脂の熱拡
散率が従来のグレーズガラス層に比ベニ1ノ3〜l/B
と低いことから、熱効率に非常に優れたものとなる。ま
た、金属基板のような可撓性を有する支持基板を使用す
ることが可能になることから、曲げ加工を行うことも可
能になり、よって小型で安価で高性能なサーマルヘッド
として注目されている。しかし、このようなサーマルヘ
ッドは、その製造工程において以下のような問題点を有
していた。
Such a thermal head uses a polyimide resin layer as a heat insulating layer, so that the thermal diffusivity of the polyimide resin is 1/3 to 1/B higher than that of a conventional glazed glass layer.
Because of its low thermal efficiency, it has excellent thermal efficiency. In addition, since it is possible to use a flexible support substrate such as a metal substrate, it is also possible to perform bending processing, so it is attracting attention as a small, inexpensive, and high-performance thermal head. . However, such a thermal head has the following problems in its manufacturing process.

たとえば、発熱抵抗体や電極の形成の際に行うエツチン
グ処理時やマスキング膜のアッシング時に、耐熱樹脂層
に損傷を与えてしまう。
For example, the heat-resistant resin layer is damaged during etching processing performed when forming heating resistors and electrodes, or during ashing of a masking film.

また、真空中で発熱抵抗体物質を着膜させる際に、ポリ
イミド樹脂層内からのガス放出が多く、このガスの影響
により抵抗値の制御が難しいという問題が生じる。
Further, when depositing the heating resistor material in a vacuum, a large amount of gas is released from within the polyimide resin layer, and the influence of this gas causes a problem in that it is difficult to control the resistance value.

さらに、ワイヤーボンディング法により配線する際に、
ポリイミド樹脂層の弾性によりボンディングを行いにく
いという問題が生じる。
Furthermore, when wiring using the wire bonding method,
A problem arises in that bonding is difficult to perform due to the elasticity of the polyimide resin layer.

このような問題点を解決するための一手段として、本出
願人は先に耐熱樹脂層と発熱抵抗体層との間に、アルミ
ナ、シリコンオキシナイトライド、サイアロンなどの無
機絶縁物からなる樹脂保護層を形成したサーマルヘッド
を提案している(特開昭63−189253号公報、特
開昭83−297066号公報、特開平1−38465
号公報)。このように耐熱樹脂層と発熱抵抗体層との間
に樹脂保護層を形成することによって、その製造工程に
おいてポリイミド樹脂層の損傷やポリイミド樹脂層から
のガス放出が防止され、また全体の剛性もある程度高ま
るために実装工程を安定して行えるなどの効果が得られ
ている。
As a means to solve these problems, the present applicant first developed a resin protection layer made of an inorganic insulating material such as alumina, silicon oxynitride, or sialon between the heat-resistant resin layer and the heat-generating resistor layer. Thermal heads with layers have been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 189253-1983, 297066-1983, 38465-1999).
Publication No.). By forming a resin protective layer between the heat-resistant resin layer and the heating resistor layer in this way, damage to the polyimide resin layer and gas release from the polyimide resin layer are prevented during the manufacturing process, and the overall rigidity is also improved. Since this increases to a certain extent, effects such as being able to perform the mounting process stably are obtained.

このように耐熱樹脂層上に樹脂保護層を形成することは
、サーマルヘッドの高抵抗基体としてだけではなく、他
の電子機器における絶縁基体としも、実装工程を安定し
て行えるなど、有効な手段である。
Forming a resin protective layer on a heat-resistant resin layer in this way is an effective means not only as a high-resistance base for thermal heads, but also as an insulating base for other electronic devices, allowing the mounting process to be performed stably. It is.

(発明が解決しようとする課題) 上述したように、ポリイミド樹脂のような耐熱樹脂層上
にアルミナ、シリコンオキシナイトライドやサイアロン
などの無機絶縁物からなる樹脂保護層を設けた耐熱性絶
縁基板を、たとえばサーマルヘッドの高抵抗基体として
用いることによって様々な利点が得られるものの、上述
したような無機絶縁物層では充分な膜強度が得られてお
らず、たとえば以下に示すような問題が発生している。
(Problem to be Solved by the Invention) As described above, a heat-resistant insulating substrate is provided in which a resin protective layer made of an inorganic insulating material such as alumina, silicon oxynitride, or sialon is provided on a heat-resistant resin layer such as polyimide resin. Although various advantages can be obtained by using it as a high-resistance substrate for a thermal head, for example, the inorganic insulating layer described above does not have sufficient film strength, and the following problems occur, for example. ing.

すなわち、本発明者らが上記した樹脂保護層を有するサ
ーマルヘッドをプリンタに組込んで実際に印字走行試験
を行ったところ、走行中に異常な抵抗値変化を示し、印
字に悪影響を及ぼす現象が多々認められた。この異常な
抵抗値変化を示す点について詳細に調べたところ、サー
マルヘッドと感熱紙あるいは感熱紙とローラの間に巻き
込まれたゴミなどの異物がサーマルヘッドの表面層とな
る耐摩耗層にクラックを生じさせ、このクラックが発熱
抵抗体まで達した場合に印字特性に悪影響を及ぼしてい
ることが判明した。
That is, when the present inventors installed the thermal head having the above-mentioned resin protective layer in a printer and actually conducted a printing running test, it showed an abnormal change in resistance value during running, a phenomenon that adversely affected printing. Recognized many times. A detailed investigation into the abnormal resistance change revealed that foreign matter such as dust caught between the thermal head and the thermal paper or between the thermal paper and the roller caused cracks in the wear-resistant layer that forms the surface layer of the thermal head. It has been found that when these cracks reach the heating resistor, they have an adverse effect on printing characteristics.

このような問題は、従来のセラミックス基板上にグレー
ズガラス層を形成した高抵抗基体や金属基板上にガラス
層を形成した高抵抗基体を用い、それ以外を同一構造と
したサーマルヘッドにおいては、見られなかった現象で
ある。
Such problems cannot be seen in thermal heads that use conventional high-resistance substrates with a glazed glass layer formed on a ceramic substrate or high-resistance substrates with a glass layer formed on a metal substrate, and which otherwise have the same structure. This is a phenomenon that was not possible.

これは、グレーズガラス層やガラス層を保護層として用
いた高抵抗基体を用いたサーマルヘッドでは基体全体の
硬度が大きく、これにより耐摩耗層に局所的な圧力が加
わっても耐摩耗層が基体と同様な変形しかしないため、
局部的な変形が阻止されて上述したようなりラックが生
じないものと考えられる。
This is because in thermal heads that use a high-resistance substrate that uses a glazed glass layer or a glass layer as a protective layer, the hardness of the entire substrate is large, and this means that even if local pressure is applied to the wear-resistant layer, the Because it only undergoes the same deformation as
It is thought that local deformation is prevented and racks as described above do not occur.

一方、これに対してポリイミド樹脂のような耐熱樹脂を
用いた高抵抗基体の場合、前述したように樹脂保護層に
よっである程度基体の剛性が高められているものの、樹
脂の変形能が耐摩耗層に比べて著しいため、耐摩耗層に
局所的な集中荷重が加わった際に耐熱樹脂層の変形を樹
脂保護層や耐摩耗層によって防止することができないた
めである。そして、耐熱樹脂層の変形に樹脂保護層や耐
摩耗層の変形が追随できなくなってクラックが生じてし
まうものと考えられる。
On the other hand, in the case of a high-resistance substrate made of a heat-resistant resin such as polyimide resin, although the rigidity of the substrate is increased to some extent by the resin protective layer as described above, the deformability of the resin is This is because the deformation of the heat-resistant resin layer cannot be prevented by the resin protective layer or the wear-resistant layer when a locally concentrated load is applied to the wear-resistant layer. It is thought that the deformation of the resin protective layer and wear-resistant layer cannot follow the deformation of the heat-resistant resin layer, resulting in cracks.

このような問題はサーマルヘッドに限らず、たとえば前
述したようにハイブリッドIC用多層回路基板などにお
いても、実装工程などで耐熱樹脂層の変形によってその
上に設けられた配線層の断線やボンディング不良などを
招いてしまう。
Such problems are not limited to thermal heads, but also occur in multilayer circuit boards for hybrid ICs as mentioned above, where deformation of the heat-resistant resin layer during the mounting process causes disconnection of the wiring layer provided on top of it, defective bonding, etc. It invites.

本発明者らは上記課題を解決するための一手段として、
アモルファス−シリコンカーバイドから成る樹脂保護層
を形成したサーマルヘッドを次いで提案した(特開昭8
3−229809号)。これによれば、その製造工程に
おける耐熱樹脂層の損傷が防止される。さらに抵抗値の
制御も容易となり、さらに実装工程におけるワイヤーボ
ンディングも安定して行えるとともに、実印字走行時の
表面層となる耐摩耗層のクラックを有効に防止できる。
The present inventors, as a means to solve the above problem,
Next, we proposed a thermal head with a resin protective layer made of amorphous silicon carbide (Japanese Patent Laid-Open No. 8
3-229809). According to this, damage to the heat-resistant resin layer during the manufacturing process is prevented. Furthermore, the resistance value can be easily controlled, wire bonding in the mounting process can be performed stably, and cracks in the wear-resistant layer, which is the surface layer during actual printing, can be effectively prevented.

したがって安定した印字を行うことが可能となり、その
信頼性が向上する。しかしながら、膜の密着性を良くす
ること、比較的低温で処理できること。
Therefore, it becomes possible to perform stable printing, and its reliability is improved. However, it is necessary to improve the adhesion of the film and to be able to process it at a relatively low temperature.

膜の物性が容易に制御できること、といった諸条件を満
たすためには、アモルファス−シリコンカーバイドの成
膜法は、プラズマCVD法に限定される傾向にあった。
In order to satisfy the conditions that the physical properties of the film can be easily controlled, the method of forming an amorphous silicon carbide film has tended to be limited to the plasma CVD method.

プラズマCVD法は一般に装置が大掛かりで高価となり
さらにメインテナンスも煩わしいだけでなく、アモルフ
ァス−シリコンカーバイドの合成にはSiH4等人体に
有害なガスを用いるといった危険性も有する。
The plasma CVD method generally requires large-scale and expensive equipment, which requires troublesome maintenance, and also has the risk of using gases harmful to the human body, such as SiH4, in the synthesis of amorphous silicon carbide.

本発明は、このような従来技術の課題に対処するべくな
されたもので、プリンタなどに組み込んで走行させた場
合の耐摩耗膜のクラックを防止し、信頼性を向上された
サーマルヘッドを提供することを目的とする。
The present invention has been made to address the problems of the prior art, and provides a thermal head that prevents cracks in the abrasion resistant film and improves reliability when installed in a printer or the like and runs. The purpose is to

本発明のサーマルヘッドは、高熱伝導性の支持基板と、
この支持基板上に形成された耐熱樹脂層と、この耐熱樹
脂層上に設けられた樹脂保護層と、この樹脂保護層上に
形成された多数の発熱抵抗体と、これら各発熱抵抗体に
接続された導電体とを具備するサーマルヘッドにおいて
、前記樹脂保護層か、少なくともSt、Zr、N、Oを
含有する化合物又はこの化合物に少なくともYを含有す
る化合物から成ることを特徴としている。
The thermal head of the present invention includes a highly thermally conductive support substrate,
A heat-resistant resin layer formed on this support substrate, a resin protective layer provided on this heat-resistant resin layer, a large number of heating resistors formed on this resin protective layer, and connections to each of these heating resistors. The thermal head is characterized in that the resin protective layer is made of a compound containing at least St, Zr, N, and O, or a compound containing at least Y in this compound.

なお、樹脂保護層の硬度、靭性を高めるための添加元素
、又は樹脂保護層を得るために使用されるスパッタリン
グターゲットの製造時に、スパッタリングターゲットの
焼結助剤として添加される微量成分が樹脂保護層中に取
り込まれても構わない。Y及びZrの添加量としては、
Y2O3として0.1−11−1O%、Z r O2と
して1.0〜40IIlo1%、望ましくはY2O3と
して0.5〜2mo1%、Z r O2として5.0〜
20IIli1%である。尚、YとZrを同時添加する
場合、ZrO2とY2O3の比が、安定化ジルコニアに
用いられる範囲で使用すると特に効果を発揮する。Y2
O3及びZrO2がそれぞれ0.掬01%及び1.0m
o1%未満では十分な硬度、靭性が得られず、またそれ
ぞれ1゜mo1%及び40mo1%を越えると、Y及び
Zrが樹脂保護層中で金属成分としてかなりの量が存在
するようになり、樹脂保護層膜の絶縁性を著しく損なう
恐れがある。
In addition, additive elements to increase the hardness and toughness of the resin protective layer, or trace components added as sintering aids for the sputtering target during the production of the sputtering target used to obtain the resin protective layer, may be added to the resin protective layer. I don't care if it gets taken inside. The amounts of Y and Zr added are as follows:
0.1-11-1O% as Y2O3, 1.0-40IIlo1% as ZrO2, preferably 0.5-2mo1% as Y2O3, 5.0-5.0% as ZrO2
20IIli1%. Incidentally, when Y and Zr are added simultaneously, it is particularly effective if the ratio of ZrO2 and Y2O3 is within the range used for stabilized zirconia. Y2
O3 and ZrO2 are each 0. Scooping 01% and 1.0m
If o is less than 1%, sufficient hardness and toughness cannot be obtained, and if it exceeds 1゜mo1% and 40mo1%, respectively, Y and Zr will exist in considerable amounts as metal components in the resin protective layer, and the resin will deteriorate. There is a risk that the insulation properties of the protective layer film will be significantly impaired.

本発明における少なくともSt、  Zr、 N、 0
を含有する化合物又はこの化合物に少なくともYを含有
する化合物から成る樹脂保護層の形成方法としては、ス
パッタリング法、イオンブレーティング法、真空蒸着法
等の物理的蒸着法(PVD法)、常圧及び減圧化学的気
相成長法(CVD法)等が挙げられるが、特にスパッタ
リング法が好ましい。このスパッタリング法を用いた少
なくとモSi、  Zr、 N、 Oを含有する化合物
又はこの化合物に少なくともYを含有する化合物がら成
る樹脂保護層の形成方法としては、例えば、0 Si3N4とZrO2との混合ターゲットやSi3N4
とZrO2とY2O3との混合ターゲットのような5i
−Zr−0−Nが化合物、又はS i −Z r −Y
−0−N化合物から成るターゲットを用いてO族ガス雰
囲気中、又は02を含有するO族ガス雰囲気中によりス
パッタリングする方法、その他5i02とZrO2との
混合ターゲットや5i02とZrO2とY2O3との混
合ターゲットのような5i−Zr−0化合物、又は5i
Zr−Y−0化合物から成るターゲットを用いてN2ガ
スを含有するO族ガス雰囲気中、又はN2と02の混合
物より成るガスを含有するO族ガス雰囲気中によりスパ
ッタリングする方法が挙げられる。
At least St, Zr, N, 0 in the present invention
Methods for forming the resin protective layer made of a compound containing Y or a compound containing at least Y in this compound include sputtering method, ion blating method, physical vapor deposition method (PVD method) such as vacuum evaporation method, normal pressure and Examples include low pressure chemical vapor deposition (CVD), and sputtering is particularly preferred. A method for forming a resin protective layer made of a compound containing at least Si, Zr, N, and O, or a compound containing at least Y in this compound using this sputtering method includes, for example, mixing 0 Si3N4 and ZrO2. Target and Si3N4
5i such as a mixed target of ZrO2 and Y2O3
-Zr-0-N is a compound, or S i -Z r -Y
A method of sputtering using a target made of a -0-N compound in an O group gas atmosphere or an O group gas atmosphere containing 02, and a mixed target of 5i02 and ZrO2 or a mixed target of 5i02, ZrO2, and Y2O3. 5i-Zr-0 compounds such as, or 5i
Examples include a method of sputtering using a target made of a Zr-Y-0 compound in an O group gas atmosphere containing N2 gas or an O group gas atmosphere containing a mixture of N2 and O2 gas.

又、樹脂保護層の厚さとしては、1〜5μmの範囲が好
ましく、下地層の厚さが1μm未満では、耐熱樹脂層の
十分な保護や抵抗値およびボンディング性の安定化の効
果が得られず、5μmを越えてもそれ以上の効果が得ら
れないばかりか、膜形成に要する時間が長くなる。
Further, the thickness of the resin protective layer is preferably in the range of 1 to 5 μm, and if the thickness of the base layer is less than 1 μm, sufficient protection of the heat-resistant resin layer and stabilization of the resistance value and bonding properties cannot be obtained. On the other hand, if the thickness exceeds 5 μm, not only no further effect can be obtained, but also the time required for film formation becomes longer.

(作 用) 本発明のサーマルヘッドにおいて、耐熱樹脂層と発熱抵
抗体との間に少なくともSt、Zr。
(Function) In the thermal head of the present invention, at least St and Zr are present between the heat-resistant resin layer and the heating resistor.

N、0を含有する化合物又はこの化合物に少なくともY
を含有する化合物から成る樹脂保護層を形成しており、
本化合物は、他の5i02.Ag2O3、T i 02
 、 T a205等の無機絶縁物に比べてさらに硬く
、またSiN、Si3N4.  シリコンオキシナイト
ライド(Si−0−N化合物)等に比べ耐湿性に優れ、
さらにドライエツチングガスとも反応せず、膜厚を薄く
しても十分にその効果を発揮し、下地膜として極めて有
効な物質である。また5i−AfI−0−Nを主体とす
るサイアロン膜を形成する場合に比べてスパッタリング
レートが速く、さらに02やN2を添加してもスパッタ
リングレートの低下がなく、量産性に優れている。また
、耐クラツク性については従来材料中で最も優れている
SiCと同等であるうえに、SiCはプラズマCVD法
でなければ良質な膜が得られにくいのに対し、本化合物
はスパッタリン1 2 グ法で良質な膜を容易に得られるため、前述のようにコ
スト面、安全性において優位である。
A compound containing N, 0 or at least Y in this compound
It forms a resin protective layer consisting of a compound containing
This compound is similar to other 5i02. Ag2O3, T i 02
, T a205 and other inorganic insulators, and SiN, Si3N4. Superior moisture resistance compared to silicon oxynitride (Si-0-N compound), etc.
Furthermore, it does not react with dry etching gas and exhibits sufficient effects even when the film thickness is reduced, making it an extremely effective material as a base film. In addition, the sputtering rate is faster than when forming a sialon film mainly composed of 5i-AfI-0-N, and there is no decrease in the sputtering rate even when 02 or N2 is added, making it excellent in mass productivity. In addition, in terms of crack resistance, it is equivalent to SiC, which is the most excellent of conventional materials, and whereas it is difficult to obtain a high-quality film with SiC without using plasma CVD, this compound can be used with sputtering. As mentioned above, it is advantageous in terms of cost and safety because a high-quality film can be easily obtained by this method.

これらにより、電極物質及び発熱抵抗体物質を所望の回
路パターンに溶解除去する際に、耐熱樹脂層を損傷する
恐れがなくなり、またこの樹脂保護層の形成によりガス
を発生させることなく発熱抵抗体を形成できるので、抵
抗値の制御が容易となる。さらに実装工程におけるワイ
ヤーボンディング時に耐熱樹脂層のクツション効果を樹
脂保護層の硬さが相殺して、安定してワイヤーボンディ
ングを行うことが可能となる。また、耐クラツク性に優
れるため、表面層でなる耐摩耗膜に加わった圧力によっ
てポリイミド樹脂などの耐熱樹脂層の局部的な形成より
生じるクラックを防止することが可能になる。
These eliminate the risk of damaging the heat-resistant resin layer when dissolving and removing the electrode material and heating resistor material into a desired circuit pattern, and the formation of this resin protective layer eliminates the risk of damaging the heating resistor material without generating gas. Therefore, the resistance value can be easily controlled. Furthermore, during wire bonding in the mounting process, the cushioning effect of the heat-resistant resin layer is offset by the hardness of the resin protective layer, making it possible to perform wire bonding stably. Furthermore, since it has excellent crack resistance, it is possible to prevent cracks caused by local formation of a heat-resistant resin layer such as polyimide resin due to the pressure applied to the wear-resistant film that is the surface layer.

(実施例) 次に、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。(Example) Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に示すように、この実施例のサーマルヘッドは、
例えばCrを16重量%含有するFe合金からなる厚さ
0.5w程度の金属基板9上に蓄熱層と絶縁層を兼ねる
ポリイミド樹脂、あるいはこれらの混合物から成る耐熱
樹脂層IOが30μm程度の厚さで形成されており、こ
の耐熱樹脂層lOの上に少なくともSt、Zr、N、0
を含有する化合物又はこの化合物に少なくともYを含有
する化合物から成る樹脂保護層11が形成されている。
As shown in FIG. 1, the thermal head of this embodiment is
For example, on a metal substrate 9 made of an Fe alloy containing 16% by weight of Cr and having a thickness of about 0.5W, a heat-resistant resin layer IO made of polyimide resin or a mixture thereof serving as a heat storage layer and an insulating layer is formed with a thickness of about 30 μm. On this heat-resistant resin layer lO, at least St, Zr, N, 0
A resin protective layer 11 is formed of a compound containing Y or a compound containing at least Y in this compound.

さらにこの樹脂保護層11の上にTa−8i02 、T
 1Si02またはCr−3i02等から成る発熱抵抗
体12が形成されており、この発熱抵抗体12の上に発
熱部15となる開孔を形成する如<l)やAρ5t−C
uから成る個別電極13及び共通電極14が形成され、
少なくともこの発熱部15を被覆するように少なくとも
Si、Zr、N、Oを含有する化合物又はこの化合物に
少なくともYを含有する化合物から成る酸化防止膜を兼
ねる耐摩耗膜1Bが形成されている。
Further, on this resin protective layer 11, Ta-8i02, T
A heating resistor 12 made of 1Si02 or Cr-3i02 is formed, and an opening that becomes the heating part 15 is formed on the heating resistor 12.
Individual electrodes 13 and common electrodes 14 consisting of u are formed,
A wear-resistant film 1B, which also serves as an oxidation-preventing film, is formed to cover at least this heat generating portion 15, and is made of a compound containing at least Si, Zr, N, and O, or a compound containing at least Y in this compound.

そしてこのサーマルヘッドは、個別電極13と共通電極
14との間に所定の時間間隔でパルス電圧を印加するこ
とにより発熱部15の発熱抵抗体12が発3 4 熱し印字記録が行われる。
In this thermal head, by applying a pulse voltage between the individual electrodes 13 and the common electrode 14 at predetermined time intervals, the heating resistor 12 of the heating section 15 generates heat 34 to perform print recording.

このサーマルヘッドは、例えば次のようにして製造され
る。
This thermal head is manufactured, for example, as follows.

まず、Fe−18重量%Cr合金からなる金属基板9を
所定の寸法に切断し、脱脂洗浄して乾燥後、乾水素雰囲
気中において600℃〜800℃で熱処理を行う。(第
2図−イ)。次いで、この金属基板9上に、例えばポリ
イミドワニス又はポリミドイミドワニスをローラーコー
ターやスピンオンコターを用いて、焼成後に20〜30
μmの膜厚となるように所定量塗布し、乾燥、焼成を行
い耐熱樹脂層10を形成する(第2図−口)。
First, a metal substrate 9 made of an Fe-18% by weight Cr alloy is cut into predetermined dimensions, degreased, cleaned, dried, and then heat-treated at 600° C. to 800° C. in a dry hydrogen atmosphere. (Figure 2-a). Next, on this metal substrate 9, for example, polyimide varnish or polyimide varnish is applied using a roller coater or a spin-on coater, and after baking, a coating of 20 to 30%
The heat-resistant resin layer 10 is formed by applying a predetermined amount to a film thickness of μm, drying, and baking (Fig. 2-port).

この後、耐熱樹脂層10と樹脂保護層11との接着性を
良好にするため、耐熱樹脂層IOの表面に例えばプラズ
マ処理、スパッタエツチング処理、オゾンガス照射処理
、又は紫外線照射処理、もしくはこれらの組み合わせか
ら成る表面改質処理を行うことが好ましく、特に02ガ
スを1〜5mo1%添加したArガスを用いたスパッタ
エツチング処理が有効である(第2図−ハ)。
Thereafter, in order to improve the adhesion between the heat-resistant resin layer 10 and the resin protective layer 11, the surface of the heat-resistant resin layer IO is subjected to, for example, plasma treatment, sputter etching treatment, ozone gas irradiation treatment, ultraviolet irradiation treatment, or a combination thereof. It is preferable to carry out a surface modification treatment consisting of the following, and particularly a sputter etching treatment using Ar gas to which 1 to 5 mo1% of 02 gas is added is effective (FIG. 2-c).

5 次に、この表面処理を施した耐熱樹脂層IO上に例えば
Z r 029.7mo1%とY203 mo1%と残
部が実質的にSi3N4からなるスパッタリンゲタゲッ
トを用いて5vo1%−Arガス雰囲気中でスパッタリ
ングを行い、少なくともSi、Zr、Y。
5 Next, on this surface-treated heat-resistant resin layer IO, a sputtering target consisting of, for example, Zr029.7 mo1%, Y203 mo1%, and the remainder substantially Si3N4 is used to sputter in a 5vo1%-Ar gas atmosphere. Sputtering is performed using at least Si, Zr, and Y.

N、 Oを含有する化合物から成る樹脂保護層11を形
成する(第2図−二)。
A resin protective layer 11 made of a compound containing N and O is formed (FIG. 2-2).

次いで、この樹脂保護層11の上にスパッタリングやそ
の他の公知の方法によりTa−SiO2゜Cr−8i0
2またはTi  5i02等から成る発熱抵抗体物質を
膜形成しく第2図−ホ)、次いで電極物質のAΩやAi
)−3i−CuあるいはAu等をスパッタリング法等に
より膜形成した後(第2図−へ)、発熱部15となる開
孔が形成されるような所望の回路パターンのマスキング
膜を形成してドライエツチングを行い個々の発熱抵抗体
12、個別電極13及び共通電極14を形成する(第2
図−ト)。
Next, Ta-SiO2°Cr-8i0 is deposited on this resin protective layer 11 by sputtering or other known methods.
2 or Ti 5i02 or the like is formed into a film (Fig. 2-E), and then the electrode material AΩ or Ai
)-3i-After forming a film of Cu, Au, etc. by a sputtering method (see Fig. 2-), a masking film with a desired circuit pattern in which openings that will become the heat generating part 15 are formed is formed and then dried. Etching is performed to form individual heating resistors 12, individual electrodes 13, and common electrode 14 (second
Figure-g).

この後、酸化防止膜を兼ねる耐摩耗膜16をスパッタリ
ングやその他の公知の方法で形成しく第26 図−チ)、サーマルヘッドを完成させる。
Thereafter, a wear-resistant film 16 which also serves as an oxidation-preventing film is formed by sputtering or other known methods (FIG. 26-h) to complete the thermal head.

次に、このようにして得たサーマルヘッドを、Alから
なる放熱基板上に両面テープを使用して実装し、同様に
して実装したドライバ基板上の駆動用ICと超音波ワイ
ヤーボンディングによる配線試験を行ったところ、安定
してボンディングが行えた。また、このようにして得た
サーマルヘッドを60°C190%の恒温恒湿槽で10
00時間の放置試験を行ったところ、膜の剥がれもなく
、何ら問題は生じなかった。
Next, the thermal head obtained in this way was mounted on a heat dissipation board made of Al using double-sided tape, and a wiring test was performed using ultrasonic wire bonding with the driver IC mounted in the same manner on the driver board. When I went there, I was able to perform stable bonding. In addition, the thermal head obtained in this way was placed in a constant temperature and humidity chamber at 60°C and 190% for 10 days.
When a standing test was conducted for 00 hours, no peeling of the film occurred and no problems occurred.

また、樹脂保護層11としてZ r 029.7mo1
%とY20B 0.3IIIo1%と残部が実質的にS
i3N4からなる化合物膜をそれぞれ500人、1μm
、2μm、3μm、5μmの膜厚で前述の手順によりそ
れぞれ成膜し、サーマルヘッドを作製し、実際にプリン
タに組み込み印字走行試験を行った。
In addition, as the resin protective layer 11, Z r 029.7mol
% and Y20B 0.3IIIo1% and the remainder is substantially S
Compound film consisting of i3N4, 500 people each, 1 μm
, 2 .mu.m, 3 .mu.m, and 5 .mu.m thick were formed by the above-mentioned procedure, a thermal head was prepared, and a printing running test was actually performed by incorporating the thermal head into a printer.

尚、試験環境は常温、常湿下とした。5kmの走行試験
の結果、膜厚500人のZ r 029.7IIIo1
%とY2030.3mo1%と残部が実質的Si3N4
からなる化合物膜を樹脂保護層としたサーマルヘッドで
は、耐摩耗層にクラックが5ケ所、発生していた。これ
に対して、1μm、2μm、3μm、  5μmの’Z
、 r Q29.7mo1%とY2O30,3m01%
と残部が実質的にSi3N4からなる化合物膜を使用し
たものは、いずれにもクラックの発生はほとんど見られ
なかった。
The test environment was room temperature and humidity. As a result of a 5km running test, the film thickness was 500 people Zr 029.7IIIo1
% and Y2030.3mo1% and the remainder is substantially Si3N4
In a thermal head with a resin protective layer made of a compound film of On the other hand, 'Z' of 1μm, 2μm, 3μm, 5μm
, r Q29.7mo1% and Y2O30,3m01%
Almost no cracks were observed in any of the compound films in which the remainder was substantially composed of Si3N4.

この試験結果はプラズマCVD法で形成したCa−8i
C膜を樹脂保護層とした以外は、同一構造のサーマルヘ
ッドに関する印字走行試験結果と全く同じものとなった
。さらに比較として、前述の実施例のサーマルヘッドに
おいて樹脂保護層として膜厚1μmのサイアロン層をス
パッタリング法により形成した以外は、同一構造のサー
マルヘッドを用いて同様の試験を行ったところ、耐摩耗
膜のクラックか20ケ所発生した。
This test result shows that Ca-8i formed by plasma CVD method
Except for using the C film as a resin protective layer, the print running test results were exactly the same as those for a thermal head having the same structure. Furthermore, for comparison, a similar test was conducted using a thermal head with the same structure except that a 1 μm thick SiAlON layer was formed by sputtering as a resin protective layer in the thermal head of the above-mentioned example. Cracks appeared in about 20 places.

本試験結果からも、この実施例のサーマルヘッドが耐ク
ラツク性に優れていることが明らかである。
It is clear from the test results that the thermal head of this example has excellent crack resistance.

すなわちこの実施例によれば、耐熱樹脂層と発熱抵抗体
との間に少なくともSi、 Zr、 N、 07 8 を含有する化合物又はこの化合物に少なくともYを含有
する化合物に相当する化合物から成る樹脂保護層を形成
しているので電極物質及び発熱抵抗体物質を所望の回路
パターンに溶解除去する際に、この樹脂保護層が耐熱樹
脂層の保護層の役割をするため、耐熱樹脂層を損傷する
恐れがなくなり、また発熱抵抗体物質の真空中における
形成時にガスを発生することがなくなるため、抵抗値の
安定化の役割もはたし、良好なサーマルヘッドが得られ
る。さらに、実装工程におけるワイヤーボンディング時
に耐熱樹脂層のクツション効果をこの樹脂保護層の硬さ
が相殺して、安定してワイヤーボンディングを行うこと
が可能となる。そして、この少なくともSi、Zr、N
、Oを含有する化合物又はこの化合物に少なくともYを
含有する化合物は耐湿性に優れているので、得られるサ
ーマルヘッドも耐湿性に優れたものとなる。そしてこれ
らの効果とともに、この実施例のZr029.7mo1
%とY2030J[ll01%と残部が実質的にSi3
N4からなる化合物膜は、耐熱樹脂層に比べ非常に硬度
が大きいため、あまり膜厚を厚くすることなく、実際の
印字動作において耐摩耗層に局所的な圧力が加わっても
、耐熱樹脂層が変形することを防止でき、すなわち局部
的な変形が阻止されて耐摩耗層のクラックが防止される
。よって、長時間安定して印字走行を行うことが可能と
なり信頼性が大幅に向上する。加えて、本化合物は装置
が比較的安価で作業上安全性の高いスパッタリング法に
よって容易に上記効果を発揮する樹脂保護層を形成でき
るので、経済性・安全性に優れている。
That is, according to this embodiment, a resin protection layer consisting of a compound containing at least Si, Zr, N, 07 8 or a compound corresponding to a compound containing at least Y in this compound is provided between the heat-resistant resin layer and the heating resistor. Since the resin protective layer acts as a protective layer for the heat-resistant resin layer when the electrode material and heat-generating resistor material are dissolved and removed to form a desired circuit pattern, there is a risk of damaging the heat-resistant resin layer. Furthermore, since no gas is generated during the formation of the heating resistor material in vacuum, it also plays the role of stabilizing the resistance value and provides a good thermal head. Furthermore, the hardness of the resin protective layer offsets the cushioning effect of the heat-resistant resin layer during wire bonding in the mounting process, making it possible to perform wire bonding stably. And this at least Si, Zr, N
, O, or a compound containing at least Y in this compound has excellent moisture resistance, so the resulting thermal head also has excellent moisture resistance. In addition to these effects, Zr029.7mol of this example
% and Y2030J[ll01% and the remainder is substantially Si3
The compound film made of N4 has a much higher hardness than the heat-resistant resin layer, so even if local pressure is applied to the wear-resistant layer during actual printing operations, the heat-resistant resin layer does not thicken too much. It is possible to prevent deformation, that is, local deformation is prevented and cracks in the wear-resistant layer are prevented. Therefore, printing can be performed stably for a long period of time, and reliability is greatly improved. In addition, this compound can easily form a resin protective layer exhibiting the above-mentioned effects by sputtering, which uses relatively inexpensive equipment and is highly operationally safe, so it is excellent in economy and safety.

なお、この実施例においては、金属基板上に耐熱樹脂層
を形成したものについて説明したが、支持基板としては
金属に限らずセラミックスやガラスであっても本発明の
効果は同様に期待できる。
In this embodiment, a case in which a heat-resistant resin layer is formed on a metal substrate has been described, but the effects of the present invention can be similarly expected even if the supporting substrate is not limited to metal but ceramics or glass.

ただし、金属基板を支持基板として用いた場合は、この
金属基板自体を共通電極に用いることができ、曲げ加工
が可能なことからサーマルヘッドの小形化に大きく寄与
する。
However, when a metal substrate is used as a support substrate, the metal substrate itself can be used as a common electrode and can be bent, which greatly contributes to miniaturization of the thermal head.

[発明の効果] 9 0 以上説明したように本発明のサーマルヘッドにおいては
、耐熱樹脂層と発熱抵抗体との間に少なくともSi、 
 Z r、 ’N、 0を含有する化合物又はこの化合
物にYを含有する化合物から成る下地層を形成している
ので、耐熱樹脂層に損傷を与えることがなくなり、また
抵抗値の制御も容易となる。さらに実装工程におけるワ
イヤーボンディングも安定して行えるとともに、実印字
走行時の表面層となる耐摩耗層のクラックを防止でき、
安定した印字を行うことが可能となり、その信頼性が格
段に向上する。
[Effects of the Invention] 9 0 As explained above, in the thermal head of the present invention, at least Si,
Since the base layer is formed of a compound containing Z r, 'N, 0 or a compound containing Y in this compound, there is no damage to the heat-resistant resin layer, and the resistance value can be easily controlled. Become. Furthermore, wire bonding during the mounting process can be performed stably, and cracks in the wear-resistant layer, which is the surface layer during actual printing, can be prevented.
It becomes possible to perform stable printing, and its reliability is greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図本発明の一実施例のサーマルヘッドを示す斜視図
、第2図は本発明の一実施例のサーマルヘッドの製造方
法を示すフローチャートである。 9・・・金属基板 lO・・・耐熱樹脂層 11・・・樹脂保護層 12・・・発熱抵抗体 13・・・個別電極 14・・・共通電極 15・・・発熱部 I6・・・耐摩耗膜
FIG. 1 is a perspective view showing a thermal head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a thermal head according to an embodiment of the present invention. 9...Metal substrate lO...Heat-resistant resin layer 11...Resin protective layer 12...Heating resistor 13...Individual electrode 14...Common electrode 15...Heating part I6...Resistance wear film

Claims (1)

【特許請求の範囲】 高熱伝導性の支持基板と、この支持基板上に形成された
耐熱樹脂層と、この耐熱樹脂層上に設けられた樹脂保護
層と、この樹脂保護層上に形成された多数の発熱抵抗体
と、これらの各発熱抵抗体に接続された導電体とを具備
するサーマルヘッドにおいて、 前記樹脂保護層が、少なくともSi、Zr、N、Oを含
有する化合物又はこの化合物に少なくともYを含有する
化合物からなることを特徴とするサーマルヘッド。
[Claims] A support substrate with high thermal conductivity, a heat-resistant resin layer formed on this support substrate, a resin protective layer provided on this heat-resistant resin layer, and a resin protective layer formed on this resin protective layer. In a thermal head comprising a large number of heating resistors and a conductor connected to each of these heating resistors, the resin protective layer contains a compound containing at least Si, Zr, N, and O, or a compound containing at least Si, Zr, N, and O. A thermal head comprising a compound containing Y.
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