JPH06198933A - Thermal head and preparation thereof - Google Patents

Thermal head and preparation thereof

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JPH06198933A
JPH06198933A JP28607593A JP28607593A JPH06198933A JP H06198933 A JPH06198933 A JP H06198933A JP 28607593 A JP28607593 A JP 28607593A JP 28607593 A JP28607593 A JP 28607593A JP H06198933 A JPH06198933 A JP H06198933A
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mesa
heating resistor
thermal head
heat
substrate
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Kyoji Shirakawa
享志 白川
Hisafumi Nakatani
壽文 中谷
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Abstract

PURPOSE:To provide a thermal head with high accuracy and high quality of printing, being suitable for high speed printing and with high heat resistance with little influence of heat build-up. CONSTITUTION:On the surface of a single crystal silicon base sheet 11, the second mesa 11b is laminatedly formed on the first mesa 11a and a heat insulating layer consisting of a metal oxide is formed on the first and the second mesas 11a and 11b and a heat generating resistor 13 is laminatedly formed on this heat insulating layer and a common electrode 14 connected with the heat generating resistor 13 is formed over from the sloped part of the second mesa 11b to the sloped part of the first mesa 11a.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はサーマルプリンタに搭載
して使用されるサーマルヘッドに関し、特には単結晶シ
リコン基板を用いた印字性能が良好で高速印字に適した
リアルエッジタイプのサーマルヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head mounted on a thermal printer, and more particularly to a real edge type thermal head which uses a single crystal silicon substrate and has good printing performance and is suitable for high speed printing.

【0002】[0002]

【従来の技術】サーマルプリンタに搭載されるサーマル
ヘッドは、例えば、複数個の発熱抵抗体を同一基板上に
直線的に配列し、所望の印字信号に従ってこの発熱抵抗
体を選択的に通電加熱させて、感熱記録紙を発色記録さ
せるか、あるいは、インクリボンを介して普通紙に記録
するために用いられている。
2. Description of the Related Art A thermal head mounted on a thermal printer, for example, has a plurality of heating resistors linearly arranged on the same substrate and selectively heats the heating resistors in accordance with a desired print signal. The thermal recording paper is used for color recording or for recording on plain paper through an ink ribbon.

【0003】図4は従来のサーマルヘッドを示したもの
で、アルミナ等のセラミックからなる絶縁性基板上1に
は、保温層として機能するガラスなどからなる上面の断
面形状が略円弧状のグレーズ層2が形成されており、こ
のグレーズ層2の上面には、Ta2 N等からなる発熱抵
抗体3が蒸着あるいはスパッタリング等により基板1の
表面に被着された後エッチングされて、ドットの数に応
じて複数個直線上に整列して形成されており、この発熱
抵抗体3上の一側には、各発熱抵抗体3に接続される共
通電極4が、他側には各発熱抵抗体3に独立して通電を
行なう個別電極5がそれぞれ接続されている。なお、こ
れら共通電極4及び個別電極5は、例えば、アルミニウ
ム、銅あるいは金等からなり、蒸着あるいはスパッタリ
ング等により被着された後、エッチングにより所望形状
のパターンに形成されている。
FIG. 4 shows a conventional thermal head. On an insulating substrate 1 made of ceramic such as alumina, a glaze layer made of glass or the like which functions as a heat retaining layer has a substantially arcuate cross section. 2 is formed. On the upper surface of the glaze layer 2, a heating resistor 3 made of Ta 2 N or the like is deposited on the surface of the substrate 1 by vapor deposition, sputtering, or the like and then etched to reduce the number of dots. Accordingly, a plurality of straight electrodes are formed in line, and a common electrode 4 connected to each heating resistor 3 is provided on one side of the heating resistor 3 and each heating resistor 3 is provided on the other side. The individual electrodes 5 that are independently energized are connected to each. The common electrode 4 and the individual electrodes 5 are made of, for example, aluminum, copper, gold, or the like, and are formed into a pattern of a desired shape by etching after being deposited by vapor deposition, sputtering, or the like.

【0004】更に、これらの発熱抵抗体3、共通電極4
及び個別電極5の表面には、これらの発熱抵抗体3、共
通電極4及び個別電極5を保護するほぼ5〜10μmの
膜厚の保護層6が形成されており、この保護層6は、前
記各電極4,5の端子部以外の全ての表面を被覆するよ
うに形成されている。また、この保護層6は、各発熱抵
抗体3を酸化による劣化から保護し、またインクリボン
等の接触による摩耗から発熱抵抗体3、共通電極4及び
個別電極5を保護するSIALON等から形成されてい
る。この保護層6はスパッタリング等の手段により積層
形成される。
Further, these heating resistor 3 and common electrode 4
Further, on the surface of the individual electrode 5, a protective layer 6 having a film thickness of approximately 5 to 10 μm for protecting the heating resistor 3, the common electrode 4 and the individual electrode 5 is formed. It is formed so as to cover all surfaces of the electrodes 4 and 5 except the terminal portions. The protective layer 6 is formed of SIALON or the like that protects the heating resistors 3 from deterioration due to oxidation and protects the heating resistors 3, the common electrode 4 and the individual electrodes 5 from abrasion due to contact with an ink ribbon or the like. ing. This protective layer 6 is laminated and formed by means such as sputtering.

【0005】このようなサーマルヘッドを用いる熱転写
プリンタにあっては、このサーマルヘッドをインクリボ
ンを介してプラテン部分に搬送される所定の用紙に圧接
させた状態で所定の印字信号に基づいて発熱抵抗体3を
選択的に通電加熱することにより、前記インクリボンの
インクを溶融して用紙に転写し所望の印字を行なうよう
にしている。また、感熱記録紙に対しては、インクリボ
ンを介さずサーマルヘッドを直接圧接させた状態で所望
の印字を行なうことができる。
In a thermal transfer printer using such a thermal head, a heating resistance is generated based on a predetermined print signal in a state where the thermal head is pressed against a predetermined sheet of paper conveyed to a platen portion via an ink ribbon. By selectively energizing and heating the body 3, the ink of the ink ribbon is melted and transferred to a sheet to perform desired printing. Further, desired printing can be performed on the heat-sensitive recording paper in a state where the thermal head is directly in pressure contact with the thermal recording paper without an ink ribbon.

【0006】そしてこのようなサーマルヘッドにあつて
は、グレーズ層2の低熱伝導率(2×10-3cal/c
m・sec・℃)とアルミナからなる絶縁性基板1の熱
伝導率(40×10-3cal/cm・sec・℃)との
組み合わせにより、発熱抵抗体3で発生するジュール熱
の蓄熱効果を利用して電力効率や印字特性のバランスを
取っている。つまり、グレーズ層2の蓄熱効果は発熱抵
抗体3の冷却の時定数も長くなり高速印字時には印字の
尾引き・にじみ・余白汚れ等の印字品質の劣化をもたら
すため、電力効率と印字特性の両者を勘案して使用条件
に合わせてグレーズ層2の厚さを調整してあり、通常は
30〜60μm程度である。
In such a thermal head, the glaze layer 2 has a low thermal conductivity (2 × 10 -3 cal / c).
m.sec..degree. C.) and the thermal conductivity of the insulating substrate 1 made of alumina (40.times.10.sup.- 3 cal / cm.sec..degree. C.) in combination with the heat storage effect of the Joule heat generated in the heating resistor 3. It is used to balance power efficiency and printing characteristics. In other words, the heat storage effect of the glaze layer 2 also lengthens the cooling time constant of the heat generating resistor 3 and causes deterioration of print quality such as tailing, bleeding, and smearing of prints at high-speed printing. In consideration of the above, the thickness of the glaze layer 2 is adjusted according to the use conditions, and is usually about 30 to 60 μm.

【0007】また近年、高精細化による高印字品質でか
つ高速印字化のニーズの高まりにより、印字分解能40
0dpiで印字スピード100cpsの熱転写プリンタ
が実用化されており、この熱転写プリンタに於いては、
発熱抵抗体3の駆動周期が300μs以下という大変短
いパルス幅で通電制御されている。そして、今後ますま
すの高精細化・高速化が進む傾向にある。
In recent years, due to the increasing need for high-quality printing and high-speed printing due to high definition, printing resolution 40
A thermal transfer printer with a printing speed of 0 dpi and a printing speed of 100 cps has been put into practical use. In this thermal transfer printer,
The heating resistor 3 is energized and controlled with a very short pulse width of 300 μs or less. And, in the future, there is a trend toward higher definition and higher speed.

【0008】このような高精細・高速印字の熱転写プリ
ンタに於いては、サーマルヘッドの蓄熱が激しく、印字
品質が劣化するため、グレーズ層2の厚さをほぼ30μ
mと薄くし、更に熱履歴補正LSIを用いて発熱抵抗体
3への通電時間を補正することにより、蓄熱によるサー
マルヘッドの温度上昇を詳細に制御することが行なわれ
ている。
In such a high-definition, high-speed printing thermal transfer printer, the thermal quality of the thermal head is so great that the printing quality deteriorates, so that the thickness of the glaze layer 2 is about 30 μm.
The temperature rise of the thermal head due to heat storage is precisely controlled by reducing the thickness to m and further correcting the energization time to the heating resistor 3 by using the thermal history correction LSI.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなサーマルヘッドにあっては、高価な熱履歴補正LS
Iを使用する必要があるので、結果として装置が高価に
なるという欠点を有している。このため、一般的に高度
の熱制御性能を除いたものが用いられており、サーマル
ヘッドの蓄熱による温度上昇を十分に制御できない欠点
を有する。
However, in such a thermal head, the expensive thermal history correction LS is used.
Since I has to be used, it has the disadvantage that the device is consequently expensive. For this reason, generally, those without high-level heat control performance are used, and there is a drawback that the temperature rise due to heat storage of the thermal head cannot be sufficiently controlled.

【0010】また、従来サーマルヘッドの蓄熱は低熱伝
導率のグレーズ層2のみが原因と考えられていたが、上
述のように発熱抵抗体3への通電周期が短い高速印字の
場合は、基板1の熱伝導率が低いことが最大の原因であ
ることがわかった。
Conventionally, it was considered that the thermal storage of the thermal head was caused only by the glaze layer 2 having a low thermal conductivity, but in the case of high-speed printing in which the energization cycle to the heating resistor 3 is short as described above, the substrate 1 is used. It was found that the main cause was the low thermal conductivity of.

【0011】更に、発熱抵抗体3の駆動周期が300μ
s以下という大変短いパルス幅での通電制御に於いて所
望の印字品質を得るためには、サーマルヘッドの発熱抵
抗体3のピーク温度を高くして所定の印字エネルギーを
インクリボンに与える必要があるが、例えば、印字時の
環境温度を5〜35℃とした場合、低温の5℃では必要
な発熱抵抗体のピーク温度を得るために印加エネルギー
を最大にする必要があり、印字パターンによっては、発
熱抵抗体3のピーク温度はグレーズ層2及び発熱抵抗体
3の耐熱温度約700℃よりも高くなり、グレーズ層2
が熱変形あるいは溶融し、また、発熱抵抗体13の抵抗
値が変化して低温環境での高速印字に使用できない、と
いう問題点があった。
Further, the driving cycle of the heating resistor 3 is 300 μm.
In order to obtain a desired print quality in energization control with a very short pulse width of s or less, it is necessary to increase the peak temperature of the heating resistor 3 of the thermal head to give a predetermined printing energy to the ink ribbon. However, for example, when the environmental temperature at the time of printing is 5 to 35 ° C., it is necessary to maximize the applied energy at a low temperature of 5 ° C. to obtain the required peak temperature of the heating resistor. The peak temperature of the heating resistor 3 is higher than the heat resistant temperature of the glaze layer 2 and the heating resistor 3 of about 700 ° C.
Has a problem that it cannot be used for high-speed printing in a low temperature environment because it is thermally deformed or melted and the resistance value of the heating resistor 13 changes.

【0012】更にまた、Ta−SiO2 等のサーメット
系の材料からなる発熱抵抗体3は高温真空アニール処理
によりそのシート抵抗値が略半減する特性を有している
ため、実使用温度以上での高温真空アニール処理は必須
条件であるが、前述したようにグレーズ層2の耐熱温度
が低いため、この高温真空アニール処理ができないとい
う問題点を有していた。
Furthermore, since the heating resistor 3 made of a cermet-based material such as Ta-SiO 2 has a characteristic that its sheet resistance value is substantially halved by the high temperature vacuum annealing treatment, the heating resistor 3 at a temperature higher than the actual operating temperature is used. Although the high temperature vacuum annealing treatment is an essential condition, there is a problem that the high temperature vacuum annealing treatment cannot be performed because the heat resistant temperature of the glaze layer 2 is low as described above.

【0013】更にまた、平面的に共通電極4が形成され
ているため、リアルエッジ化していくと共通電極4の幅
寸法が狭くなりすぎて、電極抵抗の増大による電圧降下
(コモンドロップ)が大きくなり、発熱抵抗体3への印
加電力のばらつきによる印字品質の劣化という問題点を
有していた。
Furthermore, since the common electrode 4 is formed in a plane, the width dimension of the common electrode 4 becomes too narrow as the edge becomes a real edge, and the voltage drop (common drop) due to the increase in electrode resistance becomes large. However, there is a problem that the print quality is deteriorated due to the variation in the electric power applied to the heating resistor 3.

【0014】更にまた、サーマルヘッドを製造する際の
基板1の分割は研削によって加工されるため、基板1の
エッジ部が鋭利なものとなったり、チッピングが発生す
るなどして印字品質が劣化する、という問題点を有して
いた。
Furthermore, since the division of the substrate 1 when manufacturing the thermal head is processed by grinding, the edge of the substrate 1 becomes sharp, chipping occurs, and the printing quality deteriorates. , Had the problem.

【0015】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、高精細・高印字品質でかつ高速印字に
適した高耐熱性を有する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 solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermal head having high definition, high printing quality, and high heat resistance suitable for high speed printing.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、単結晶シリコン基板の表面に形成された第
1のメサ上に重ねて形成された第2のメサと、これらの
第1及び第2のメサ上に形成された金属酸化物からなる
保温層と、この保温層上に積層して形成された発熱抵抗
体と、前記第2のメサの上部から第1のメサの傾斜部に
かけて形成され前記発熱抵抗体に接続される共通電極と
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a second mesa formed on a first mesa formed on the surface of a single crystal silicon substrate, and a second mesa formed over the first mesa. A heat insulating layer made of a metal oxide formed on the first and second mesas, a heating resistor formed by stacking on the heat insulating layer, and an inclination of the first mesa from an upper portion of the second mesa. A common electrode formed over the portion and connected to the heating resistor.

【0017】また、前記第1のメサの高さが略30〜1
00μmで、第2のメサの高さが略5〜15μmである
ことを特徴とする。
The height of the first mesa is approximately 30 to 1.
The height of the second mesa is about 5 to 15 μm.

【0018】さらに、前記基板の端部側の前記第1のメ
サの傾斜部と第2のメサの傾斜部との交点を印字後のイ
ンクリボン引き剥しのためのリボン引き剥しエッジ部と
したことを特徴とする。
Further, the intersection of the inclined portion of the first mesa and the inclined portion of the second mesa on the end side of the substrate is a ribbon peeling edge portion for peeling the ink ribbon after printing. Is characterized by.

【0019】さらにまた、前記発熱抵抗体の略中心から
前記リボン引き剥しエッジ部までの距離を略100μm
としたことを特徴とする。
Furthermore, the distance from the approximate center of the heating resistor to the ribbon peeling edge portion is approximately 100 μm.
It is characterized by

【0020】さらにまた、前記保温層をTaとSiの酸
化物を主成分とする材料としたことを特徴とする。
Furthermore, the heat insulating layer is made of a material whose main component is an oxide of Ta and Si.

【0021】さらにまた、単結晶シリコン基板の表面に
第1のメサを形成する第1の異方性エッチング工程と、
この第1のメサ上に第2のメサを形成する第2の異方性
エッチング工程と、前記第1のメサ及び第2のメサの斜
面部の傾斜角を小さくする第3の異方性エッチング工程
と、前記第1のメサ及び第2のメサの角部を丸めエッチ
ングする工程と、このエッチングされた基板上にTaと
Siの金属酸化物を主成分とする材料からなる保温層を
形成する工程と、この後第1のアニール処理を行なう工
程と、この保温層上に発熱抵抗体を形成する工程と、第
2の高温アニール処理を行なう工程と、前記発熱抵抗体
上に電極を形成する工程とを有することを特徴とするサ
ーマルヘッドの製造方法。
Furthermore, a first anisotropic etching step of forming a first mesa on the surface of the single crystal silicon substrate,
A second anisotropic etching step of forming a second mesa on the first mesa, and a third anisotropic etching step of reducing the inclination angle of the sloped portions of the first mesa and the second mesa. And a step of rounding and etching the corners of the first mesa and the second mesa, and forming a heat insulating layer made of a material containing a metal oxide of Ta and Si as a main component on the etched substrate. A step, a step of performing a first annealing treatment thereafter, a step of forming a heating resistor on the heat retaining layer, a step of performing a second high temperature annealing treatment, and forming an electrode on the heating resistor. And a step of manufacturing a thermal head.

【0022】[0022]

【作用】上記手段は以下のように作用する。The above means operates as follows.

【0023】発熱抵抗体に接続される共通電極を第2の
メサの上部から第1のメサの傾斜部の上にかけて形成す
ることで、共通電極の幅を広く形成することができるた
め、いわゆるコモンドロップの発生を防止できる。
By forming the common electrode connected to the heating resistor from the upper part of the second mesa to the inclined part of the first mesa, the width of the common electrode can be widened, so that the so-called common is formed. The drop can be prevented.

【0024】また、基板として単結晶シリコンを用いる
ことにより、基板の放熱性が十分となり、発熱抵抗体へ
の通電周期が短い高速印字の場合でも、基板の蓄熱の影
響を少なくすることができる。
Further, by using single crystal silicon as the substrate, the heat dissipation of the substrate becomes sufficient, and the influence of heat accumulation on the substrate can be reduced even in the case of high-speed printing in which the energization cycle to the heating resistor is short.

【0025】更に、保温層をTaとSiとの金属酸化物
を主成分とする材料としたことにより、その融点が約1
500℃以上と高くなり、発熱抵抗体のピーク温度が高
くなっても十分な耐熱性が得られる。
Further, since the heat insulating layer is made of a material whose main component is a metal oxide of Ta and Si, its melting point is about 1
Even if the temperature rises to 500 ° C. or higher and the peak temperature of the heating resistor becomes high, sufficient heat resistance can be obtained.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1及び図2を参
照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0027】図1は本発明にかかるサーマルヘッドの構
造を示す断面構造図である。図示したように単結晶シリ
コンからなる基板11の表面の一端部側に断面形状が略
台形状の第1のメサ11aと第2のメサ11bとを重ね
て形成し、この第1のメサ11aと第2のメサ11bと
を含めて基板の表面にTaとSiの酸化物よりなる保温
層12を高周波プラズマによる反応性スパッタ蒸着法に
より薄膜として形成する。
FIG. 1 is a sectional structural view showing the structure of a thermal head according to the present invention. As shown in the drawing, a first mesa 11a and a second mesa 11b each having a substantially trapezoidal cross section are formed on one end side of the surface of the substrate 11 made of single crystal silicon so as to overlap each other. A heat insulating layer 12 made of an oxide of Ta and Si is formed as a thin film on the surface of the substrate including the second mesa 11b by a reactive sputter deposition method using high frequency plasma.

【0028】そして、前記第2のメサ11bの上面位置
に、前述した従来のサーマルヘッドと同様に、Ta2
あるいはTa−SiO2 等からなる発熱抵抗体13が形
成され、この発熱抵抗体13の一側には各発熱抵抗体1
3に接続される共通電極14が、他側には各発熱抵抗体
13に独立して通電を行なう個別電極15がそれぞれ接
続されている。なお、これらの共通電極14及び個別電
極15は、例えば、アルミニウム、銅あるいは金等から
なり、蒸着、スパッタリング等により被着された後、エ
ッチングにより所望形状のパターンに形成される。
Then, at the upper surface position of the second mesa 11b, Ta 2 N is formed as in the conventional thermal head described above.
Alternatively, a heating resistor 13 made of Ta-SiO 2 or the like is formed, and each heating resistor 1 is provided on one side of the heating resistor 13.
3 is connected to the common electrode 14, and the other side is connected to the individual electrodes 15 for independently energizing the heating resistors 13. The common electrode 14 and the individual electrode 15 are made of, for example, aluminum, copper, gold, or the like, and are deposited in a desired shape by etching after being deposited by vapor deposition, sputtering, or the like.

【0029】更に、これらの発熱抵抗体13、共通電極
14及び個別電極15の表面には、発熱抵抗体13及び
各電極14,15を保護する5〜10μmの膜厚の保護
層16が前記各電極14,15の端子部以外の全ての表
面を被覆するように形成される。この保護層16は、各
発熱抵抗体13を酸化による劣化から保護するとともに
インクリボン等への接触による摩耗から発熱抵抗体13
及び各電極14,15を保護するSIALON等により
形成される。
Further, on the surfaces of the heating resistor 13, the common electrode 14 and the individual electrode 15, a protective layer 16 having a film thickness of 5 to 10 μm for protecting the heating resistor 13 and the electrodes 14 and 15 is formed. It is formed so as to cover all surfaces of the electrodes 14 and 15 except the terminal portions. The protective layer 16 protects each heating resistor 13 from deterioration due to oxidation and also protects each heating resistor 13 from abrasion caused by contact with an ink ribbon or the like.
And SIALON or the like that protects the electrodes 14 and 15.

【0030】次に、図2のフローチャートを用いて、上
述した実施例のサーマルヘッドの製造方法について説明
する。
Next, a method of manufacturing the thermal head of the above-described embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0031】まず単結晶シリコンからなる基板11の表
面に熱酸化によりSiO2 膜を、あるいは蒸着によりT
2 5 もしくはSi3 4 膜を略1μmの厚さで形成
しマスク層を設ける。このマスク層の上にフォトレジス
トをスピンナー等で塗布し、フォトリソ技術によりレジ
ストパターンを形成した後、SiO2 膜の場合はバッフ
ァードフッ酸でエッチングし、Ta2 5 もしくはSi
3 4 膜の場合はリアクティブイオンエッチングでドラ
イエッチングして、第1のマスクパターンを形成する。
First, a SiO 2 film is formed on the surface of the substrate 11 made of single crystal silicon by thermal oxidation, or T is formed by vapor deposition.
An a 2 O 5 or Si 3 N 4 film is formed with a thickness of approximately 1 μm to provide a mask layer. A photoresist is applied onto this mask layer by a spinner or the like, and a resist pattern is formed by a photolithography technique. Then, in the case of a SiO 2 film, etching is performed with buffered hydrofluoric acid to form Ta 2 O 5 or Si.
In the case of a 3 N 4 film, dry etching is performed by reactive ion etching to form a first mask pattern.

【0032】次に、KOH水溶液等のアルカリ溶液で基
板11を異方性エッチングして、面方位(100)に対
し略55°のテーパ角度で第1のメサ11aを略30〜
100μmの高さに形成する。そして次に、この第1の
メサ11aの形成に用いたマスク層の残りのマスク層上
に再度フォトレジストを塗布し、フォトリソ技術により
マスクパターンを形成した後、上記と同様に異方性エッ
チングを行なって第1のメサ11a上に第2のメサ11
bを5〜15μmの高さに形成する。そして、マスク層
を除去した後、KOH水溶液等のアルカリ溶液で基板1
1を全面異方性エッチングして第2のメサ11bの傾斜
角を略25°と小さく形成する。
Next, the substrate 11 is anisotropically etched with an alkaline solution such as a KOH aqueous solution to form the first mesa 11a at a taper angle of about 55 ° with respect to the plane orientation (100) of about 30 to 30 °.
It is formed to a height of 100 μm. Then, a photoresist is applied again on the remaining mask layer of the mask layer used for forming the first mesa 11a, a mask pattern is formed by the photolithography technique, and then anisotropic etching is performed as described above. Second mesa 11 on the first mesa 11a
b is formed to a height of 5 to 15 μm. Then, after removing the mask layer, the substrate 1 is treated with an alkaline solution such as a KOH aqueous solution.
1 is anisotropically etched over the entire surface to form the second mesa 11b with a small inclination angle of about 25 °.

【0033】次に、フッ硝酸エッチャント(HF:HN
3 :CH3 COOH=1:8:3)を用いて、第1の
メサ11aと第2のメサ11bの角部をアール状に丸め
エッチングを行なう。
Next, a fluoronitric acid etchant (HF: HN)
Using O 3 : CH 3 COOH = 1: 8: 3), the corners of the first mesa 11 a and the second mesa 11 b are rounded and etched in a round shape.

【0034】次に、このようにして第1のメサ11aと
第2のメサ11bとが重ねられて形成された基板11上
に保温層12として、SiとTaとの酸化物からなる低
熱伝導率、低熱膨張率かつ高耐熱の材料を、高周波プラ
ズマによる反応性スパッタ蒸着により略30μmの厚さ
で積層・形成する。この後真空叉は雰囲気アニール炉を
用いて約800〜1000℃の高温アニール処理を行な
う。これにより基板11のソリが解消される。
Next, as the heat retaining layer 12 on the substrate 11 formed by stacking the first mesa 11a and the second mesa 11b in this manner, a low thermal conductivity made of an oxide of Si and Ta. A material having a low coefficient of thermal expansion and high heat resistance is laminated and formed in a thickness of about 30 μm by reactive sputter deposition using high frequency plasma. After that, a high temperature annealing process at about 800 to 1000 ° C. is performed using a vacuum or an atmosphere annealing furnace. As a result, the warp of the substrate 11 is eliminated.

【0035】次に、この保温層12上の第2のメサ11
bの上面にTa−SiO2 あるいはTa2 N等からなる
発熱抵抗体13をスパッタにより蒸着しエッチングによ
り所望パターンに形成してから、真空アニール炉を用い
て約800〜1000℃の高温熱処理を加える。これに
より発熱抵抗体13は抵抗値の高温安定性が得られる。
Next, the second mesa 11 on the heat retaining layer 12
A heating resistor 13 made of Ta-SiO 2 or Ta 2 N is deposited on the upper surface of b by sputtering and formed into a desired pattern by etching, and then a high-temperature heat treatment of about 800 to 1000 ° C. is applied using a vacuum annealing furnace. . As a result, the heating resistor 13 can obtain high-temperature stability of resistance value.

【0036】次に、従来と同様、発熱抵抗体13に信号
を与える電極14,15が、アルミニウム、銅あるいは
金等をスパッタリング等により被着した後、エッチング
により所望形状のパターンに形成され、更にこの上に保
護層16が積層されてサーマルヘッドが完成する。この
とき、共通電極14を第2のメサ11bの傾斜部の上か
ら第1のメサ11aの傾斜部の上にかけて形成すること
で、その幅を広く形成する。
Next, as in the conventional case, electrodes 14 and 15 for giving a signal to the heating resistor 13 are formed into a desired pattern by etching after depositing aluminum, copper, gold or the like by sputtering or the like. The protective layer 16 is laminated on this to complete the thermal head. At this time, by forming the common electrode 14 from above the inclined portion of the second mesa 11b to above the inclined portion of the first mesa 11a, the width thereof is widened.

【0037】なお、前記基板11の端部側の前記第1の
メサ11aの傾斜部と第2のメサ11bの傾斜部との交
点を印字後のインクリボン引き剥しのためのリボン引き
剥しエッジ部11cとなるように形成している。
The intersection of the inclined portion of the first mesa 11a and the inclined portion of the second mesa 11b on the end side of the substrate 11 is a ribbon peeling edge portion for peeling the ink ribbon after printing. 11c is formed.

【0038】次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0039】本実施例においては、発熱抵抗体に接続さ
れる共通電極14を第2のメサ11aの傾斜部の上から
第1のメサ11bの傾斜部の上にかけて形成したため、
共通電極14の幅を広く形成でき、いわゆるコモンドロ
ップの発生を押さえることができる。
In this embodiment, the common electrode 14 connected to the heating resistor is formed from above the sloped portion of the second mesa 11a to above the sloped portion of the first mesa 11b.
The width of the common electrode 14 can be formed wide, and so-called common drop can be suppressed.

【0040】また、本実施例においては、サーマルヘッ
ドの基板11として単結晶シリコンを用いることによ
り、その熱伝導率が約340×10-3cal/cm・S
ec・℃と、従来のアルミナ基板を用いた場合の熱伝導
率(約40×10-3cal/cm・Sec・℃)と比較
して約8倍となり、発熱抵抗体13への通電周期が短い
高速印字の場合でも基板による蓄熱の影響を解消するこ
とができる。
Further, in this embodiment, by using single crystal silicon as the substrate 11 of the thermal head, its thermal conductivity is about 340 × 10 −3 cal / cm · S.
ec · ° C is about 8 times as high as the thermal conductivity (about 40 × 10 -3 cal / cm · Sec · ° C) when a conventional alumina substrate is used, and the energization cycle to the heating resistor 13 is Even in the case of short high-speed printing, it is possible to eliminate the effect of heat storage by the substrate.

【0041】また、従来のアルミナ等のセラミック材料
からなる基板においては、基板表面に微小な凹凸が多い
ため、近年の発熱抵抗体の高精細化にともなう電極配線
のファインパターン化に対応できない、という問題があ
ったが、本発明の単結晶シリコン基板11は、板厚の精
度がよくまた表面の平滑度も容易に得られるので、電極
14,15のファインパターン化にも十分対応できる。
Further, in a conventional substrate made of a ceramic material such as alumina, since there are many fine irregularities on the substrate surface, it is not possible to cope with the fine patterning of the electrode wiring due to the high definition of the heating resistor in recent years. Although there is a problem, since the single crystal silicon substrate 11 of the present invention has a high plate thickness accuracy and can easily obtain the smoothness of the surface, it can sufficiently correspond to the fine patterning of the electrodes 14 and 15.

【0042】さらにまた本実施例においては、保温層1
2としてTaとSiとの酸化物という低熱伝導率(約1
〜2×10-3cal/cm・Sec・℃)の材料を用い
ることにより、良好な蓄熱性が得られるだけでなく、そ
の熱膨張率も略1.0×10-6cm/℃と単結晶シリコ
ン基板11の熱膨張率(2.6×10-6cm/℃)より
小さく、また形成された保温層12は、単結晶シリコン
基板11との密着性がよく、高温アニール処理による膜
の剥離やクラックを生じない。このため保温層12の膜
厚を約30μmまで蒸着によって形成することが可能に
なる。また、この保温層12の耐熱温度は約1500℃
となり、単結晶シリコン基板11の耐熱温度約1400
℃よりも高くなる。このため、発熱抵抗体13のピーク
温度が略700℃を越えても保温層12の熱変形などは
全く発生せず低温時での高速印字が可能になる。
Furthermore, in this embodiment, the heat retaining layer 1
2 has a low thermal conductivity of oxide of Ta and Si (about 1
~ 2 × 10 −3 cal / cm · Sec · ° C.) not only provides good heat storage but also has a coefficient of thermal expansion of approximately 1.0 × 10 −6 cm / ° C. It is smaller than the coefficient of thermal expansion (2.6 × 10 −6 cm / ° C.) of the crystalline silicon substrate 11, and the formed heat retaining layer 12 has good adhesion to the single crystal silicon substrate 11 and has a high temperature annealing treatment. Does not cause peeling or cracks. Therefore, it becomes possible to form the heat retaining layer 12 by vapor deposition to a thickness of about 30 μm. The heat-resistant temperature of the heat retaining layer 12 is about 1500 ° C.
Therefore, the heat resistant temperature of the single crystal silicon substrate 11 is about 1400.
Higher than ℃. Therefore, even if the peak temperature of the heating resistor 13 exceeds approximately 700 ° C., thermal deformation of the heat retaining layer 12 does not occur at all, and high-speed printing at low temperature becomes possible.

【0043】さらにまた、この保温層12の耐熱温度が
約1500℃と高いために、発熱抵抗体13を形成した
後、真空アニール炉を用いて約800〜1000℃でア
ニール処理を施すことが可能になり、この高温アニール
処理により発熱抵抗体13に実印時の際の発熱ピーク温
度よりも高い温度での熱履歴を与えておくことで印字時
の熱変化による発熱抵抗体13の抵抗値の変化を小さく
することができる。
Furthermore, since the heat insulating layer 12 has a high heat resistance temperature of about 1500 ° C., it is possible to anneal it at about 800 to 1000 ° C. using a vacuum annealing furnace after forming the heating resistor 13. By this high temperature annealing treatment, the heat history at a temperature higher than the heat generation peak temperature at the time of actual marking is given to the heat generation resistor 13 to change the resistance value of the heat generation resistor 13 due to the heat change at the time of printing. Can be made smaller.

【0044】さらにまた、本発明の実施例においては、
基板11の表面に第1のメサ11a及び第2のメサ11
bを重ねて形成し、その上面に発熱抵抗体13を形成
し、この発熱抵抗体13の略中心からインクリボン引き
剥しエッジ部までの距離を略100μmとしているた
め、サーマルヘッドの圧接力を発熱抵抗体13に集中し
て得ることができ、また印字部(発熱抵抗体13の略中
心)からリボン引き剥し部までの距離が短いため樹脂系
インクが使用でき、いわゆるラフ紙に対しても良好な印
字を行なえる。
Furthermore, in an embodiment of the present invention,
The first mesa 11a and the second mesa 11 are formed on the surface of the substrate 11.
b is formed in an overlapping manner, the heating resistor 13 is formed on the upper surface thereof, and the distance from the approximate center of the heating resistor 13 to the ink ribbon peeling edge portion is set to about 100 μm. It can be concentrated on the resistor 13, and because the distance from the print part (substantially the center of the heat-generating resistor 13) to the ribbon peeling part is short, resin-based ink can be used, which is also good for so-called rough paper. Can be printed.

【0045】さらにまた、あらかじめサーマルヘッドの
インクリボン引き剥しエッジ部になる部分を、単結晶シ
リコン基板11をエッチング加工することによりにより
滑らかに形成できインクリボン走行の不具合が防止さ
れ、印字品質のばらつきを低減することができる。
Furthermore, the portion of the thermal head which becomes the ink ribbon peeling edge portion can be formed smoothly by etching the single crystal silicon substrate 11 to prevent the trouble of running the ink ribbon, and the variation of the printing quality. Can be reduced.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上述べたように本発明のサーマルヘッ
ドにおいては、以下のような顕著な効果を奏する。
As described above, the thermal head of the present invention has the following remarkable effects.

【0047】発熱抵抗体に接続される共通電極を第2の
メサの傾斜部の上から第1のメサの傾斜部の上にかけて
形成したため、共通電極の幅を広く形成でき、いわゆる
コモンドロップの発生を押さえることができる。
Since the common electrode connected to the heating resistor is formed from above the sloped portion of the second mesa to above the sloped portion of the first mesa, the width of the common electrode can be increased and so-called common drop occurs. Can be held down.

【0048】また、サーマルヘッドの基板として単結晶
シリコンを用いることにより、基板の放熱性が十分良好
となり、発熱抵抗体への通電周期が短い高速印字の場合
でも基板による蓄熱の影響が少なくなり、また基板の板
厚の精度がよくまた表面の平滑度も容易に得られるの
で、電極のファインパターン化にも十分対応できる。
Further, by using single crystal silicon as the substrate of the thermal head, the heat dissipation of the substrate is sufficiently improved, and the influence of heat accumulation by the substrate is reduced even in high-speed printing in which the energization cycle to the heating resistor is short. Further, since the plate thickness of the substrate is good and the smoothness of the surface can be easily obtained, it is possible to sufficiently deal with the fine patterning of the electrodes.

【0049】さらに、保温層としてTaとSiとの酸化
物という低熱伝導率の材料を用いることにより、良好な
蓄熱性が得られるだけでなく、この保温層の耐熱温度は
約1500℃となり、発熱抵抗体の発熱ピーク温度が十
分高くでき低温時での高速印字が可能になる。
Further, by using a material having a low thermal conductivity such as an oxide of Ta and Si for the heat retaining layer, not only good heat storage property is obtained, but also the heat resistant temperature of this heat retaining layer becomes about 1500 ° C. The heat generation peak temperature of the resistor can be made high enough to enable high-speed printing at low temperatures.

【0050】さらにまた、基板の表面に第1のメサ及び
第2のメサを重ねて形成し、その上面に発熱抵抗体を形
成し、この発熱抵抗体の略中心からインクリボン引き剥
しエッジ部までの距離を略100μmとしているため、
サーマルヘッドの圧接力を発熱抵抗体に集中して得るこ
とができ、また印字部(発熱抵抗体の略中心)からリボ
ン引き剥し部までの距離が短いため樹脂系インクが使用
でき、いわゆるラフ紙に対しても良好な印字を行なえ
る。
Furthermore, the first mesa and the second mesa are formed on the surface of the substrate in an overlapping manner, and the heating resistor is formed on the upper surface of the substrate, from the approximate center of the heating resistor to the ink ribbon peeling edge portion. Since the distance is about 100 μm,
The pressure contact force of the thermal head can be obtained by concentrating on the heating resistor, and because the distance from the printing part (generally the center of the heating resistor) to the ribbon peeling part is short, resin-based ink can be used. Also, good printing can be performed.

【0051】さらにまた、あらかじめサーマルヘッドの
エッジ部になる部分を単結晶シリコン基板をエッチング
加工することによりにより、エッジ部が滑らかに形成で
きインクリボン走行の不具合が防止され、印字品質のば
らつきを低減することができる。
Furthermore, the edge portion of the thermal head is etched in advance on the single-crystal silicon substrate, so that the edge portion can be formed smoothly, the trouble of the ink ribbon running is prevented, and the variation of the printing quality is reduced. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例のサーマルヘッドを示す構造
断面図である。
FIG. 1 is a structural cross-sectional view showing a thermal head according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明のサーマルヘッドの製造工程を示すフロ
ーチャート図である。
FIG. 2 is a flowchart showing manufacturing steps of the thermal head of the present invention.

【図3】従来のサーマルヘッドを示す構造断面図であ
る。
FIG. 3 is a structural cross-sectional view showing a conventional thermal head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 保温層 13 発熱抵抗体 14 共通電極 15 個別電極 16 保護層 11 substrate 12 heat insulating layer 13 heating resistor 14 common electrode 15 individual electrode 16 protective layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶シリコン基板の表面に形成された
第1のメサ上に重ねて形成された第2のメサと、これら
の第1及び第2のメサ上に形成された金属酸化物を主成
分とするからなる保温層と、この保温層上に積層して形
成された発熱抵抗体と、前記第2のメサの上部から第1
のメサの傾斜部にかけて形成され前記発熱抵抗体に接続
される共通電極とを有することを特徴とするサーマルヘ
ッド。
1. A second mesa formed overlying a first mesa formed on the surface of a single crystal silicon substrate, and a metal oxide formed on these first and second mesas. A heat insulating layer composed of a main component, a heating resistor formed by stacking on the heat insulating layer, and a first to upper portion of the second mesa.
And a common electrode formed over the inclined portion of the mesa and connected to the heating resistor.
【請求項2】 前記第1のメサの高さが略30〜100
μmで、第2のメサの高さが略5〜15μmであること
を特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。
2. The height of the first mesa is approximately 30 to 100.
The thermal head according to claim 1, wherein the second mesa has a height of about 5 to 15 μm.
【請求項3】 前記基板の端部側の前記第1のメサの傾
斜部と第2のメサの傾斜部との交点を印字後のインクリ
ボン引き剥しのためのリボン引き剥しエッジ部としたこ
とを特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。
3. A ribbon peeling edge portion for peeling an ink ribbon after printing is provided at an intersection of the inclined portion of the first mesa and the inclined portion of the second mesa on the end side of the substrate. The thermal head according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記発熱抵抗体の略中心から前記リボン
引き剥しエッジ部までの距離を略100μmとしたこと
を特徴とする請求項3に記載のサーマルヘッド。
4. The thermal head according to claim 3, wherein the distance from the approximate center of the heating resistor to the ribbon peeling edge portion is approximately 100 μm.
【請求項5】 前記保温層をTaとSiの酸化物を主成
分とする材料としたことを特徴とする請求項1に記載の
サーマルヘッド。
5. The thermal head according to claim 1, wherein the heat insulation layer is made of a material whose main component is an oxide of Ta and Si.
【請求項6】 単結晶シリコン基板の表面に第1のメサ
を形成する第1の異方性エッチング工程と、この第1の
メサ上に第2のメサを形成する第2の異方性エッチング
工程と、前記第1のメサ及び第2のメサの斜面部の傾斜
角を小さくする第3の異方性エッチング工程と、前記第
1のメサ及び第2のメサの角部を丸めエッチングする工
程と、このエッチングされた基板上にTaとSiの金属
酸化物を主成分とする材料からなる保温層を形成する工
程と、この後第1のアニール処理を行なう工程と、この
保温層上に発熱抵抗体を形成する工程と、第2の高温ア
ニール処理を行なう工程と、前記発熱抵抗体上に電極を
形成する工程とを有することを特徴とするサーマルヘッ
ドの製造方法。
6. A first anisotropic etching step of forming a first mesa on the surface of a single crystal silicon substrate, and a second anisotropic etching step of forming a second mesa on the first mesa. A step, a third anisotropic etching step of reducing the inclination angle of the slopes of the first mesa and the second mesa, and a step of rounding and etching the corners of the first mesa and the second mesa. A step of forming a heat retaining layer made of a material containing Ta and Si metal oxides as main components on the etched substrate, a step of performing a first annealing treatment thereafter, and a heat generation on the heat retaining layer. A method of manufacturing a thermal head, comprising: a step of forming a resistor; a step of performing a second high temperature annealing treatment; and a step of forming an electrode on the heating resistor.
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