JPH0437561A - サーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、金属基板上に耐熱性樹脂被覆層を形成してな
る高抵抗基板を用いたサーマルヘッドの製造方法に関す
る。

（従来の技術） 近年、サーマルヘッドは少音、省保守、低ランニングコ
スト等の利点を生かして、ファクシミリ、ワードプロッ
サ用プリンター等、各種記録装置に多用されるようにな
ってきている。そして、これらの機器は、小型化、低価
格化、低電力化が要請されており、サーマルヘッドもこ
れに対応して、小型で安価、かつ高効率のものが望まれ
ている。

このような要望を満たすものとして、たとえば特開昭５
２−１００２４５号公報に記載されているように、保温
層としてグレーズガラスの代わりに熱伝導率の小さな樹
脂、たとえばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂を用いるこ
とが提案されている。

このようなサーマルヘッドの一例を第４図を用いて説明
する。

第４図において、１はたとえばＦｅ−Ｃｒ合金よりなる
金属基板であり、この金属基板１上にポリイミド樹脂層
２が形成され、このポリイミド樹脂層２上には、ポリイ
ミド樹脂をＣＤＥやＡｓｈｉｎｇがら保護するため、ま
た抵抗層形成時の抵抗値制御を容易にするため、さらに
保温層に樹脂層を用いたサーマルヘッド特有の異物巻込
みによるクラックの発生を防止するための樹脂保護層３
が形成されている。

そして樹脂保護層３上に、Ｔａ−８１０２、Ｎｂ−８ｉ
０２等からなる発熱抵抗体４が形成され、次いでこの発
熱抵抗体４の一部を露出させて発熱部５となる凹部を形
成するごと＜　、ＡＩ、　Ａｌ−８１−Ｃｕからなる個
別電極６および共通電極７が形成されている。

さらに、少なくともこの発熱抵抗体４を被覆するように
、８ｌ−０−Ｎ、　５ｉ−ＡＩ−０−Ｎ　、　５Ｌ−Ｚ
ｒ−Ｙ−Ｎ−０等からなる保護層８が形成されている。

このようなサーマルヘッドにおける保温層であるポリイ
ミド樹脂層２に用いる樹脂としては、耐熱性や付着力の
点でサーマルヘッドの動作に耐え得るものが得難く、実
用化が困難であった。

しかし、本発明者らは次式に示すような分子構造を有す
る芳香族ポリイミド樹脂を開発するに至り、保温層とし
て樹脂を用いるサーマルヘッドの実用化に目途をつけた
。

ポリイミド樹脂： このポリイミド樹脂は、ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物とｐ−フェニレンジアミンとの等モル混合物の開
環重付加反応時にｐ−フェニレンジアミンの０．０５〜
ｌＯ■ｏｆ％をビスアミノシロキサンで置換えて合成し
たポリアミック酸を塗布、焼き付けることにより得られ
、サーマルヘッドの効率のみならず画質の面でも優れた
特性を得ることができる◎（ＳＰＳＥ’ｓ　５ｔｈ　Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　ｏｎＡ
ｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ　Ｐｒｉ
ｎｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓの概要集ｐ−２
６１（１９８９，１１，１２）参照。）（発明が解決し
ようとする課題） 上述したサーマルヘッドは、金属基板上に樹脂層を形成
した高抵抗基板を用いており、■曲げ加工が可能で、形
状に対する自由度が高まり、小形化、縦型ヘッドの展開
も期待できる。

■金属基板を共通電極に使用することができ、共通電極
形成の簡略が図れ、低コスト化が期待できる。

等の利点を有し、次世代の高性能サーマルヘッドとして
大いに期待されている。

しかし、ここで重要な問題となるのは高抵抗基板のバタ
ーニングである。金属基板上に樹脂層を形成した高抵抗
基板における金属基板を共通電極として使用するために
は、絶縁膜であるポリイミド樹脂層のバターニングが不
可欠であるが、この加工が容易ではなく、パターン精度
やコストの点で良好なバターニングを行うことが困難と
なっているのである。

金属基板を共通電極とする方法の一つとして、ポリアミ
ック酸をスクリーン印刷機を使って所定のパターンに印
刷、焼き付ける方法があるが、印刷可能なペーストを得
るためフィラー等を添加してチクソ性や粘度を調整する
と、保温層にポリイミド樹脂層を用いたことで得られる
望ましい特性を得ることはできない。

さらに、本来、共通電極表面となるはずの未コーティン
グ部が焼き付けの際に発生する酸化性ガスで酸化し、絶
縁膜を形成してしまう場合があった。

また、樹脂層のバターニングの他の方法として、バター
ニングする部分の金属基板表面にポリイミドとの付着力
が低く、かつ酸化性ガス中でも酸化しにくいＰｔ、　Ｐ
ｄ、＾Ｕ等をメツキしておき、樹脂層を焼き付けた後、
この部分を剥離除去する方法がある。しかし、この方法
は工程が複雑でコスト的にも不利である。

このほか、第５図に示したようなサーマルヘッドでは、
いずれの場合でも樹脂保護層として絶縁膜であるセラミ
ックス性の膜を形成する必要があるため、これらの膜の
パターニングも必要である。

さらに、樹脂層（保温層）上に直接または間接的に形成
される導電膜との確実な接続を得るために、加工部のエ
ツジで適当な傾斜を持つスロープが形成されること、金
属基板露出部が清浄であることが要求される。

しかしながら、これまでこれらを満足する加工方法は見
つかっておらず、金属基板を共通電極として使用するた
めの優れたパターニング方法を得ることが課題となって
いる。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされ
たもので、金属基板上に樹脂層を形成した高抵抗基板を
用いてサーマルヘッドを製造するに際し、金属基板を共
通電極として使用するためのパターニングを良好に行う
ことができ、保温層として用いた樹脂の特性を活かし、
品質向上を図ることのできるサーマルヘッドの製造方法
を提供すること目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のサーマルヘッドの製造方法は、金属基体の表面
に耐熱性樹脂層を形成し、この上に樹脂保護層と発熱抵
抗膜を形成し、次いで個別電極と導電膜を形成し、これ
らの表面を被覆するように保護層を形成するサーマルヘ
ッドの製造方法において、１５０ｎｍ〜４００ｒｖの波
長を有するエキシマレーザを使用して前記耐熱性樹脂層
またはこの耐熱性樹脂層と同時に少なくとも前記樹脂保
護層を光化学反応により部分的に除去することを特徴と
している。

本発明において１５０ｎｍ〜４００ｒ＋履の波長を持つ
エキシマレーザとしては波長１９３ｎｓのＡｒＰエキシ
マレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＰエキシマレーザ、波
長３０８ｎａのＸｅＣｌエキシマレーザ、波長３５３ｎ
ｍのＸｅＦエキシマレーザなどを用いることができる。

エキシマレーザの波長が１５０ｎｍより短波長では耐熱
性樹脂層に対する浸透深さが極端に浅くなって加工に時
間を要し、４００ｔｖより長波長では加工部の耐熱性樹
脂被表面が荒れるため実用上好ましくない。

エキシマレーザは他の可視や赤外のレーザに比べて波長
の短い紫外線で発振するため、１光子のエネルギーが大
きいという特徴を持っている。

レーザ照射部では、エキシマレーザのレーザ光子が、ポ
リイミドの化学結合を直接励起して解離させ、この分子
の解離に伴って気化しやすい形に変化していくと考えら
れている。

このような変化とともに、レーザ照射部の気化もレーザ
による加熱で進行し、熱影響の残らないシャープな加工
部を形成することができる。

（作　用） 本発明では、１５０ｎｍ〜４００ｒｖの波長を持つエキ
シマレーザを使って耐熱性樹脂層を光化学反応により部
分的に除去している。この波長のエキシマレーザを使う
ことにより、耐熱性樹・脂層上に形成した樹脂保護層、
および金属基板と樹脂層との界面に形成される不要な酸
化物層を同時に除去することができる。

さらに、本発明によれば、耐熱性樹脂材には、何ら加工
を施す必要がないため、樹脂材料の特性を損うことがな
く、望ましい特性を有する保温層が形成される。

また、本質的に熱ではなく光化学反応により耐熱性樹脂
被覆層を除去するため、熱による変質を防ぐことができ
る。

そして、本発明によれば、 ■ポリイミドにエキシマレーザを照射した場合は、Ｃ−
Ｎがレーザ光の光子を吸収して励起し、開裂することで
、ポリイミドの解離、除去が進行する。

■さらに、エネルギー密度が大きい場合は、Ｃ−Ｎ、Ｃ
−Ｃ、Ｃ−０、Ｃ−Ｈの結合が開裂され、環状イミドと
直鎖部分が破壊されモノマーの形で解離し、ポリイミド
の除去が進行する。

と考えられ、これによりレーザ光のエネルギーが結合の
開裂に消費されるため熱影響が低減する。

（実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ 第１図は、本発明の方法によって得た一実施例のサーマ
ルヘッドを示す断面図である。

はじめに、Ｃｒを１８νｔ％含有する厚さ０．５膜程度
のＦｅ合金からなる金属基板１１にレベリング処理を施
した後、所定の寸法に切断し、パリ取りを行う。

そして、所定寸法に加工された金属基板１１をアルコー
ル洗浄後、ＵＶ１０３による光洗浄を施す。

次いで１、たとえば９６％Ｈ２ＳＯ４，５〜２０ｖｏ１
％の水溶液を４０〜６０℃に加熱した溶液中に１〜２分
浸漬し、金属基板１１表面に生成するＣｒ２　０３を主
体とする酸化物層の除去および粗面化を行う（以下、活
性化処理と称する）。

活性化処理の後は、先に（Ｉ）式で示したポリイミド樹
脂前駆体のポリアミック溶液をＮ−メチル−２−ピロリ
ドン（ＮＭＰ）等の有機溶剤を用いて所定の粘度に調整
し、ロールコータやスピンコータによって金属基板上に
所定の膜厚になるよう塗布し、焼成炉を用いて窒素ガス
雰囲気中、たとえば、５０℃×６０分＋８０℃×３０分
＋　１２０℃×３０分十２５０℃×６０分＋４５０℃×
３０分の条件で焼成して、有機溶剤を除去するとともに
、脱水環化反応を進行させてイミド化させつつ成膜し、
耐熱性樹脂層１２を形成する。このとき発生するＨ２０
ガスなどの酸化性ガスで金属基板表面の酸化が同時に進
行して強固な接着が行われる。

次いで、得られた樹脂被覆金属基板上にスパッタリング
法等により、樹脂保護層１３として５ｉ−ｚｒ−Ｙ−Ｎ
−０膜を所定の膜厚に形成し、その後、耐熱性樹脂層１
２のバターニングを行う。パターニング装置の構成は第
３図に示す通りである。

すなわち、１５０１ｍ〜４０００■の波長を持つエキシ
マレーザ光はアパーチャーによって所定の寸法に切出さ
れ、適当な焦点距離を持つ石英レンズで集光されて、Ｘ
−Ｙテーブル上に固定された樹脂被覆金属基板に照射さ
れる。

１！ｌｏｎｇ〜４００ｎｍの波長を持つエキシマレーザ
として、この実施例では波長２４８ｎ■のＫｒＦエキシ
マレーザを使用し、耐熱性樹脂層１２の加工端部にはα
、　−３０”のテーパ角を、樹脂保護層１３の加工端部
にはα２−５”のテーパ角を形成した。

この後、光化学反応で生成した炭素等の付着物を除去す
るために、中性洗剤を用いたこすり洗浄、純水によるリ
ンス、イソプロピルアルコールでの置換を施して、その
後乾燥する。

さらに、樹脂保護層１３上にＴａ−８ｉＯ２からなる発
熱抵抗膜１４を形成し、この発熱抵抗膜１４の露出させ
るべき部分（発熱部Ｔとなる開口部に相当する）をマス
キング後、Ａ１からなる個別電極１５および導電膜１６
を形成し、ウェットエツチングやドライエツチングによ
り所定のパターンを形成する。

導電膜１６は共通電極である金属基板１１と発熱抵抗膜
１４とを電気的に接続するためのものである。

マスキング膜を除去後、発熱部Ｔを被覆するように５ｆ
−Ｚｒ−Ｙ−Ｎ−０からなる保護層１７を形成してサー
マルヘッドが得られる。

こうして得たサーマルヘッドについて、４０℃、９５％
ＲＨの高温高湿中で１０００時間放置後、クロスカット
試験を行った。その結果、耐熱性樹脂層１２の剥離は認
められず、実用上にも同等問題は生じなかった。

実施例２ 第２図は、本発明の方法によって得た他の実施例のサー
マルヘッドを示す断面図である。

この実施例のサーマルヘッドは、樹脂保護膜１３として
、ａ−ＳｉＯｘ　１３　ａおよびａ−８ＩＣｘ　１３　
ｂからなる　２層の樹脂保護層をｐ−ＣＶＤ法により形
成した以外は、実施例１と同様の構成である。

ただし、この実施例においては、波長３０８ｎｓのＸｅ
Ｃｌエキシマレーザを使用し、耐熱性樹脂層１２の加工
端部にはα３−４０°のテーパ角を、樹脂保護層１３の
加工端部にα４−６＠のテーパ角を形成した。

こうして得たサーマルヘッドについて、実施例１と同一
条件でクロスカット試験を行った。その結果、耐熱性樹
脂層１２の剥離は認められず、実用土にも同等問題は生
じなかった。

これら実施例の加工条件および加工結果の詳細を第１表
に示す。

（以下余白） 第　　１ 表 さらに、実施例２において樹脂保護膜の成分であるａ−
８ｉＯｘ膜は、１５０ｎｍ　〜４００ｒｒｗの波長を持
つエキシマレーザ光に対して透明であるが、上下の層を
エキシマレーザ光による光化学反応により除去できる場
合、これらの間に透明な層が挾まれて存在しても、加工
可能であった。

すなわち、最上層（ａ−３ｉＣｘ膜）が除去された後、
透明な中間層（ａ−８１０ｘ膜）を通過して下の層（ポ
リイミド樹脂層）に到達し、この下の層が光化学反応に
より除去され始めるが、このとき発生するガスにより、
中間層は持ち上げられ、先に除去された最上層の加工部
と非加工部の界面が拘束点となって刃物で切断されるよ
うに除去されたのである。

このように、本質的に熱ではなく光化学反応により耐熱
性樹脂層を除去するため、熱による変質部が無く、保温
層として耐熱性樹脂を用いた場合の望ましい特性を損わ
ず、優れたサーマルヘッドを得ることができた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のサーマルヘッドの製造方
法では、１５０ｎ■〜４００ｎｓの波長を持つエキシマ
レーザを使って耐熱性樹脂層を光化学反応により部分的
に除去しているため、熱による変質を防ぎ、樹脂層には
何ら加工を施さずに、耐熱性樹脂の特性を活かした優れ
たサーマルヘッドを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサーマルヘッドの製造方法で作製した
一実施例のサーマルヘッドを示す断面図、第２図は本発
明のサーマルヘッドの製造方法で作製した他の実施例の
サーマルヘッドを示す断面図、第３図はエキシマレーザ
を使用したパターニング装置の一例を示す図、第４図は
従来のサーマルヘッドを示す断面図である。 １１・・・基板、１２・・・耐熱性樹脂被覆層、１３・
・・樹脂保護層、１４・・・発熱抵抗膜、１５・・・個
別電極、１６・・・導電膜、１７・・・保護膜、Ｔ・・
・発熱部。 出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基体の表面に耐熱性樹脂層を形成し、この上
   に樹脂保護層と発熱抵抗膜を形成し、次いで個別電極と
   導電膜を形成し、これらの表面を被覆するように保護層
   を形成するサーマルヘッドの製造方法において、 １５０ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有するエキシマレーザ
   を使用して前記耐熱性樹脂層またはこの耐熱性樹脂層と
   同時に少なくとも前記樹脂保護層を光化学反応により部
   分的に除去することを特徴とするサーマルヘッドの製造
   方法。