JPH0890812A - サーマルヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下部電極とグレーズ層との密着性を高め、ヘ
ッド品質を著しく向上させること。 【解決手段】 電気絶縁性基板１上にグレーズ層２上に
複数の発熱抵抗体３を形成し、対応する発熱抵抗体３に
接続される複数の個別電極および前記各発熱抵抗体３に
それぞれ接続される共通電極を、前記グレーズ層２と発
熱抵抗体３との間に位置する下部電極８と、前記発熱抵
抗体３上に位置する上部電極９とにより形成し、前記下
部電極８と前記グレーズ層２との間に接着層１０を形成
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はサーマルヘッドおよ
びその製造方法に係り、特に、発熱抵抗体の上面側およ
び下面側に電極を形成するようにしたサーマルヘッドお
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、感熱プリンタ、熱転写プリンタ
等の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、複数の発熱抵抗体を絶縁性基板上に直線的に整
列配置し、印字情報に基づいて前記各発熱抵抗体を選択
的に通電加熱させて、感熱プリンタにおいてはサーマル
紙といわれる感熱記録紙に発色記録させるか、また、熱
転写プリンタにおいては、インクリボンのインクを溶融
して普通紙に転写記録させるようになっている。

【０００３】図３はこのような従来のサーマルヘッドを
示したものであり、アルミナ等の絶縁性材料からなる基
板１の上面には、耐熱ガラスやＳｉＯ₂ 等の熱伝導性の
低い材料からなり保温層として機能するグレーズ層２が
その一部が上方に突出するように前記基板１のほぼ全面
にわたって積層されており、このグレーズ層２の前記突
出部分の上面には、Ｔａ₂ Ｎ、Ｔａ−ＳｉＯ₂ 等の材料
からなる複数の発熱抵抗体３が、蒸着、スパッタリング
等により積層後にフォトリソグラフィ技術により所定パ
ターンにエッチングを行なうことにより直線状に整列す
るように形成されている。また、前記各発熱抵抗体３の
両側の上面には、各発熱抵抗体３に対してそれぞれ個別
に接続される個別電極４ａおよび前記各発熱抵抗体３の
すべてに接続される共通電極４ｂがそれぞれ形成されて
おり、これら各電極４ａ，４ｂは、例えば、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ａｕ等の軟質金属からなり、蒸着、スパッタリング
等により積層された後にフォトリソグラフィ技術により
エッチングを行なうことにより所望の形状のパターンに
形成されている。そして、前記各発熱抵抗体３は、前記
共通電極４ｂおよび個別電極４ａの間に、最小印字単位
たる１ドットに相当分の発熱部３ａを露出するようにし
て各個独立に形成されるようになっている。

【０００４】さらに、前記基板１、グレーズ層２、各発
熱抵抗体３および各電極４ａ，４ｂの上面には、各発熱
抵抗体３および各電極４ａ，４ｂを保護する保護層５が
積層されており、この保護層５は、発熱抵抗体３を酸化
による劣化から保護するＳｉＯ₂ 等からなる耐酸化層６
と、この耐酸化層６上に積層され感熱記録紙、インクリ
ボン等の感熱記録部材との接触による摩耗から各発熱抵
抗体３および各電極４ａ，４ｂを保護するＴａ₂ Ｏ₅ 等
からなる耐摩耗層７とから構成されている。この保護層
５は、前記各電極４ａ，４ｂの端子部以外の表面のすべ
てを被覆するようになされており、この保護層５の耐酸
化層６および耐摩耗層７は、スパッタリング等の手段に
より順次形成されるものである。

【０００５】このような従来のサーマルヘッドにおいて
は、所定の印字情報に基づいて前記個別電極４ａに選択
的に通電することにより、対応する発熱抵抗体３の発熱
部を発熱させ、感熱記録紙に発色記録させるか、また
は、インクリボンのインクを溶融転写記録させて所望の
印字を行なうようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のサ
ーマルヘッドにおいては、グレーズ層２の突出部分の両
側部分に、各電極４ａ，４ｂの先端部を形成するように
しているので、この電極４ａ，４ｂの先端部に段差が形
成されてしまい、この段差により、前記各電極４ａ，４
ｂをフォトリソグラフィ技術によりエッチングする際
に、フォトレジストの厚みのばらつきが著しく大きくな
り、しかも、前記段差によりマスクとの間に間隙が発生
して露出精度が低下することから、高精度にパターンを
形成できず、ショートエッチングやオーバーエッチング
等が生じ、抵抗値のばらつきが多発するという問題があ
った。

【０００７】このような従来の問題を解決するため、出
願人等は、各電極をそれぞれ２層に形成し、例えば、Ｍ
ｏ等の高融点金属材料からなる下層の下部個別電極およ
び下部共通電極を発熱抵抗体の下面側に形成するととも
に、例えば、Ａｌ等の材料からなる上層の上部個別電極
および上部共通電極を発熱抵抗体の上面側であってグレ
ーズ層の突出部の頂部から後退した部位に形成すること
により前記発熱部と両側の電極との段差を小さくするよ
うにしてなるサーマルヘッドを開発した。

【０００８】このようなサーマルヘッドによれば、発熱
抵抗体の発熱部と両側の電極との段差を小さく形成する
ことができるので、フォトレジストの厚みのばらつきを
著しく低減させることができ、しかも、高精度にパター
ンを形成することができ、ショートエッチングやオーバ
ーエッチング等の発生を防止して抵抗値のばらつきを防
ぐことができるものである。

【０００９】しかし、前記サーマルヘッドにおいては、
前記グレーズ層の上面に、Ｔａ−ＳｉＯ₂ 等の材料から
なる発熱抵抗体の発熱部が形成されるとともに、この発
熱部両側にＭｏ等の材料からなる下部電極が形成される
ものであり、この下部電極に使用される高融点金属材料
は、一般的に、応力が大きくなりやすく、また、酸化膜
に対する密着性の悪いものが多い。そのため、この下部
電極および前記発熱抵抗体の形成材料の膜応力が異なっ
てしまい、応力バランスが低下してしまい、しかも、前
記グレーズ層は酸化物により形成されるものであること
から、前記下部電極とグレーズ層との密着性が著しく低
下してしまい、下部電極の剥離を招き、ヘッド品質の低
下を招いてしまうという問題を有している。

【００１０】また、下部電極をパターンニングするため
のレジスト塗布工程において、下部電極を形成した後、
長時間放置すると、前記下部電極材料の表面が酸化して
しまい、この表面酸化が生じた状態でレジストを塗布し
ようとすると、下部電極に対してレジストが良好に密着
しなくなり、パターン形成不良が発生しやすいという問
題を有しており、さらに、下部電極に表面酸化膜が残っ
たままで発熱抵抗体を形成すると、この発熱抵抗体と下
部電極との密着性も悪化し、下部電極と発熱抵抗体との
剥離を招いてしまうという問題をも有している。

【００１１】本発明は前記した点に鑑みてなされたもの
であり、下部電極とグレーズ層との密着性を高めること
ができ、しかも、下部電極とレジストおよび発熱抵抗体
との密着性を高めることができ、ヘッド品質を著しく向
上させることのできるサーマルヘッドおよびその製造方
法を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１に記載の発明に係るサーマルヘッドは、電気絶
縁性基板上にグレーズ層を形成し、このグレーズ層上に
複数の発熱抵抗体を形成し、対応する発熱抵抗体に接続
される複数の個別電極および前記各発熱抵抗体にそれぞ
れ接続される共通電極を形成するとともに、この個別電
極および共通電極を、前記グレーズ層と発熱抵抗体との
間に位置する下部電極と、前記発熱抵抗体上に位置する
上部電極とにより形成してなるサーマルヘッドであっ
て、前記下部電極と前記グレーズ層との間に接着層を形
成したことをその特徴とするものである。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、前記下部
電極と前記発熱抵抗体との間に接着層を形成したことを
特徴とするものであり、請求項３に記載の発明は、前記
下部電極をＭｏ、Ｗ、Ｎｂのいずれかの材料により形成
したことを特徴とするものである。さらに、請求項４に
記載の発明は、前記接着層を前記発熱抵抗体と同様の材
料により形成したことを特徴とするものであり、請求項
５に記載の発明は、前記接着層の膜厚を５〜２０ｎｍに
形成したことを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項６に記載の発明に係るサーマ
ルヘッドの製造方法は、電気絶縁性基板上に形成された
グレーズ層上に接着層を形成した後、この接着層上に個
別電極および共通電極からなる下部電極を形成し、この
下部電極上に複数の発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗
体上に個別電極および共通電極からなる上部電極を形成
し、前記接着層および前記下部電極をスパッタリングに
より連続的に形成するようにしたことを特徴とするもの
であり、請求項７に記載の発明は、前記下部電極上に接
着層を形成した後、前記発熱抵抗体を形成し、前記グレ
ーズ層上の接着層、前記下部電極およびこの下部電極上
の接着層をスパッタリングにより連続的に形成するよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１５】本発明に係るサーマルヘッドおよびその製
造方法によれば、下部電極とグレーズ層との間に前記発
熱抵抗体と同様の材料からなる接着層を形成するように
しているので、この接着層の形成材料と発熱抵抗体の形
成材料との膜応力が近似することになり、その結果、接
着層と発熱抵抗体との応力バランスをとることができ、
グレーズ層に対する下部電極の密着性を著しく高めるこ
とができるものである。また、下部電極の上面に接着層
を形成することにより、下部電極の表面酸化の発生を防
止することができ、パターン形成時におけるレジスト剥
離を防止することができ、しかも、前記接着層により、
発熱抵抗体との密着性を著しく高めることができるもの
である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
および図２を参照して説明する。

【００１７】図１は本発明に係るサーマルヘッドの実施
の一形態を示したもので、アルミナ等の絶縁性材料から
なる基板１の上面には、耐熱ガラス等の熱伝導性の低い
材料からなり保温層として機能するグレーズ層２がその
一部が上方に突出するように積層されており、このグレ
ーズ層２の前記突出部分の上面には、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ等
の高融点金属材料からなり各発熱抵抗体３の形成位置に
対応する位置に形成される下部個別電極８ａと下部共通
電極８ｂとからなる下部電極８が形成されている。

【００１８】また、本実施形態においては、前記グレー
ズ層２と前記下部電極８との間には、例えば、Ｔａ−Ｓ
ｉＯ₂ 、Ｎｂ−ＳｉＯ₂ 、Ｃｒ−ＳｉＯ₂ やＳｉＯ₂ 等
の材料からなる接着層１０が形成されており、この接着
層１０の厚さ寸法は、厚さ寸法が厚すぎるとエッチング
むらやドット部からリボン等への熱伝達効率が悪くな
り、また、前記厚さ寸法が薄すぎると接着効果がないこ
とから、２〜２０ｎｍ程度に形成されるようになされ、
好ましくは、１５ｎｍ程度の厚さに形成される。そし
て、この接着層１０により、前記下部電極８とグレーズ
層２との密着性を著しく高めるようになされている。

【００１９】また、前記下部電極８の上面には、Ｔａ−
ＳｉＯ₂ 等の材料からなる複数の発熱抵抗体３が直線状
に整列するように形成されており、前記発熱抵抗体３の
上面であって前記下部電極８と前記発熱抵抗体３との境
界部から離隔する位置には、Ａｌ等の材料からなり各発
熱抵抗体３に対してそれぞれ個別に接続される上部個別
電極９ａと、前記各発熱抵抗体３のすべてに接続される
上部共通電極９ｂとからなる上部電極９がそれぞれ形成
されている。さらに、前記基板１、グレーズ層２、各発
熱抵抗体３および各電極８，９の上面には、各発熱抵抗
体３および各電極８，９を保護する保護層５が積層され
ている。

【００２０】なお、前記上部電極９は、必要に応じて省
略することも可能である。

【００２１】次に、本実施形態の作用について説明す
る。

【００２２】本実施形態において前記構成のサーマルヘ
ッドを製造する場合は、まず、前記グレーズ層２の上面
に接着層１０としてのＴａ−ＳｉＯ₂ 、Ｎｂ−Ｓｉ
Ｏ₂ 、Ｃｒ−ＳｉＯ₂ やＳｉＯ₂ 等の材料を蒸着、スパ
ッタリング等により成膜した後、この接着層１０の上面
に、下部電極８としてのＭｏ等からなる高融点金属材料
を蒸着、スパッタリング等の手段により成膜し、その
後、フォトリソグラフィ技術により、前記接着層１０お
よび下部電極８を発熱抵抗体３の発熱領域の電極間距離
を規定するパターンとなるようにエッチングを行なう。

【００２３】次に、前記下部電極８を覆うようにＴａ−
ＳｉＯ₂ 等の発熱抵抗体３を蒸着、スパッタリング等で
成膜した後、フォトリソグラフィ技術により、前記発熱
部が整列するパターンとなるようにエッチングを行な
う。このとき、前記接着層１０の形成材料と同様の材料
であるＴａ−ＳｉＯ₂ により発熱抵抗体３を形成するよ
うにすれば、例えば、スパッタリングのターゲットを変
更する必要がなくなり、効率よく発熱抵抗体３の成膜を
行なうことができる。

【００２４】そして、Ａｌ等からなる上部電極９を前記
発熱抵抗体３上に成膜した後、フォトリソグラフィ技術
により、所定パターンにエッチングを行ない、前記下部
電極８と前記発熱抵抗体３との境界部から外側に離れた
位置に上部電極９を形成する。その後、前記基板１、グ
レーズ層２、各発熱抵抗体３および各電極８，９の上面
に保護層５を積層形成するものである。

【００２５】本実施形態においては、下部電極８をグレ
ーズ層２に接着層１０を介して形成するようにしてお
り、この接着層１０の形成材料と発熱抵抗体３の形成材
料との膜応力が近似することになるため、接着層１０と
発熱抵抗体３との応力バランスをとることができ、グレ
ーズ層２に対する下部電極８の密着性を著しく高めるこ
とができるものである。

【００２６】したがって、本実施形態においては、下部
電極８をグレーズ層２に接着層１０を介して形成するこ
とにより、接着層１０と発熱抵抗体３との応力バランス
をとることができるので、グレーズ層２に対する下部電
極８の密着性を著しく高めることができ、前記下部電極
８の剥離を確実に防止することができ、ヘッド品質を著
しく高めることができる。

【００２７】また、図２は本発明の他の実施の形態を示
したもので、本実施形態においても、前記実施形態と同
様に、アルミナ等の絶縁性材料からなる基板１の上面に
積層された耐熱ガラス等の熱伝導性の低い材料からなる
グレーズ層２の突出部分の上面には、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ等
の高融点金属材料からなり各発熱抵抗体３の形成位置に
対応する位置に形成される下部個別電極８ａと下部共通
電極８ｂとからなる下部電極８が形成されており、前記
グレーズ層２と前記下部電極８との間には、例えば、Ｔ
ａ−ＳｉＯ₂ 、Ｎｂ−ＳｉＯ₂ 、Ｃｒ−ＳｉＯ₂ やＳｉ
Ｏ₂ 等の材料からなる接着層１０が形成されている。さ
らに、本実施形態においては、前記下部電極８と発熱抵
抗体３との間には、例えば、Ｔａ−ＳｉＯ₂ 、Ｎｂ−Ｓ
ｉＯ₂ 、Ｃｒ−ＳｉＯ₂ やＳｉＯ₂ 等の材料からなる接
着層１１が形成されており、これら各接着層１０，１１
の厚さ寸法は、厚さ寸法が厚すぎるとエッチングむらや
ドット部からリボン等への熱伝達効率が悪くなり、ま
た、前記厚さ寸法が薄すぎると接着効果がないことか
ら、２〜２０ｎｍ程度に形成されるようになされ、好ま
しくは、１５ｎｍ程度の厚さに形成される。そして、こ
れら各接着層１０，１１により、前記下部電極８とグレ
ーズ層２との密着性および前記下部電極８と発熱抵抗体
３との密着性を著しく高めるようになされている。

【００２８】また、前記下部電極８の上面には、Ｔａ−
ＳｉＯ₂ 等の材料からなる複数の発熱抵抗体３が直線状
に整列するように形成されており、その他の部分は、前
記実施形態に示すものと同様であるため、同一部分に
は、同一符号を付してその説明を省略する。

【００２９】次に、本実施形態の作用について説明す
る。

【００３０】本実施形態において前記構成のサーマルヘ
ッドを製造する場合は、まず、前記グレーズ層２の上面
に接着層１０としてのＴａ−ＳｉＯ₂ 、Ｎｂ−Ｓｉ
Ｏ₂ 、Ｃｒ−ＳｉＯ₂ やＳｉＯ₂ 等の材料を蒸着、スパ
ッタリング等により成膜した後、この接着層１０の上面
に、下部電極８としてのＭｏ材料を蒸着、スパッタリン
グ等の手段により成膜し、さらに、前記下部電極８の上
面に、接着層１１としてＴａ−ＳｉＯ₂ 、Ｎｂ−ＳｉＯ
₂ やＳｉＯ₂ 等の材料を蒸着、スパッタリング等の手段
により成膜する。その後、フォトリソグラフィ技術によ
り、前記接着層１０、下部電極８および接着層１１を発
熱抵抗体３の発熱領域の電極間距離を規定するパターン
となるようにエッチングを行なう。この場合に、前記各
接着層１０，１１をＴａ−ＳｉＯ₂ により形成するとと
もに、下部電極８をＭｏで形成すると、いずれの材料も
ＣＦ₄ 系のガスでエッチングすることができるため、一
度のレジスト形成で、各接着層および下部電極８を同時
にエッチングすることが可能である。

【００３１】次に、前記各接着層１０，１１を含む下部
電極８を覆うようにＴａ−ＳｉＯ₂等の発熱抵抗体３を
蒸着、スパッタリング等で成膜した後、フォトリソグラ
フィ技術により、前記発熱部が整列するパターンとなる
ようにエッチングを行なう。このとき、前記各接着層１
０，１１の形成材料と同様の材料であるＴａ−ＳｉＯ₂
により発熱抵抗体３を形成するようにすれば、例えば、
スパッタリングのターゲットを共有することができると
ともに、エッチングガスや装置を共有することができる
ので、発熱抵抗体３の成膜プロセスを効率よく行なうこ
とができる。

【００３２】そして、Ａｌ等からなる上部電極９を前記
発熱抵抗体３上に成膜した後、フォトリソグラフィ技術
により、所定パターンにエッチングを行ない、前記各接
着層１０，１１を含む下部電極８と前記発熱抵抗体３と
の境界部から外側に離れた位置に上部電極９を形成す
る。その後、前記基板１、グレーズ層２、各発熱抵抗体
３および各電極８，９の上面に保護層５を蒸着、スパッ
タ、プラズマＣＶＤ等の手段により積層形成するもので
ある。

【００３３】本実施形態においても前記実施形態と同様
に、下部電極８とグレーズ層２との間に発熱抵抗体３の
形成材料の膜応力と近似する接着層１０を形成している
ので、接着層１０と発熱抵抗体３との応力バランスをと
ることができ、グレーズ層２に対する下部電極８の密着
性を著しく高めることができる。また、下部電極８の上
面に接着層１１を形成することにより、下部電極８の表
面酸化の発生を防止することができ、パターン形成時に
おけるレジスト剥離を防止することができ、しかも、前
記接着層１１により、発熱抵抗体３との密着性を著しく
高めることができるものである。

【００３４】したがって、本実施形態においても前記実
施形態と同様に、下部電極８をグレーズ層２に接着層１
０を介して形成することにより、接着層１０と発熱抵抗
体３との応力バランスをとることができるので、グレー
ズ層２に対する下部電極８の密着性を著しく高めること
ができ、前記下部電極８の剥離を確実に防止することが
できる。さらに、下部電極８の上面に接着層１１を形成
することにより、下部電極８の表面酸化の発生を防止す
ることができ、パターン形成時におけるレジスト剥離を
防止することができ、しかも、前記接着層１１により、
発熱抵抗体３との密着性を著しく高めることができ、下
部電極８と発熱抵抗体３との剥離を確実に防止すること
ができ、その結果、ヘッド品質を著しく高めることがで
きる。

【００３５】なお、本発明は前記各実施形態のものに限
定されるものではなく、例えば、前記基板１はアルミナ
のみならず電気絶縁性材料であればいずれの材料を用い
てもよいし、また、前記グレーズ層２はガラスのみなら
ず熱絶縁性材料であれば遷移金属酸化物等の材料を用い
てもよい等、必要に応じて種々変更することが可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係るサーマル
ヘッドおよびその製造方法は、下部電極をグレーズ層に
接着層を介して形成することにより、接着層と発熱抵抗
体との応力バランスをとることができるので、グレーズ
層に対する下部電極の密着性を著しく高めることがで
き、前記下部電極の剥離を確実に防止することができ
る。さらに、下部電極の上面に接着層を形成することに
より、下部電極の表面酸化の発生を防止することがで
き、パターン形成時におけるレジスト剥離を防止するこ
とができ、しかも、この接着層により、発熱抵抗体との
密着性を著しく高めることができ、下部電極と発熱抵抗
体との剥離を確実に防止することができ、その結果、ヘ
ッド品質を著しく高めることができる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施形態を示す縦
断面図

【図２】本発明のサーマルヘッドの他の実施形態を示す
縦断面図

【図３】従来のサーマルヘッドを示す縦断面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ グレーズ層 ３ 発熱抵抗体 ８ 下部電極 ９ 上部電極 １０ 接着層 １１ 接着層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 対馬 登 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気絶縁性基板上にグレーズ層を形成
   し、このグレーズ層上に複数の発熱抵抗体を形成し、対
   応する発熱抵抗体に接続される複数の個別電極および前
   記各発熱抵抗体にそれぞれ接続される共通電極を形成す
   るとともに、この個別電極および共通電極を、前記グレ
   ーズ層と発熱抵抗体との間に位置する下部電極と、前記
   発熱抵抗体上に位置する上部電極とにより形成してなる
   サーマルヘッドであって、前記下部電極と前記グレーズ
   層との間に接着層を形成したことを特徴とするサーマル
   ヘッド。
2. 【請求項２】 前記下部電極と前記発熱抵抗体との間に
   接着層を形成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. 【請求項３】 前記下部電極をＭｏ、Ｗ、Ｎｂのいずれ
   かの材料により形成したことを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 【請求項４】 前記接着層を前記発熱抵抗体と同様の材
   料により形成したことを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載のサーマルヘッド。
5. 【請求項５】 前記接着層の膜厚を５〜２０ｎｍに形成
   したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   サーマルヘッド。
6. 【請求項６】 電気絶縁性基板上に形成されたグレーズ
   層上に接着層を形成した後、この接着層上に個別電極お
   よび共通電極からなる下部電極を形成し、この下部電極
   上に複数の発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体上に個
   別電極および共通電極からなる上部電極を形成し、前記
   接着層および前記下部電極をスパッタリングにより連続
   的に形成するようにしたことを特徴とするサーマルヘッ
   ドの製造方法。
7. 【請求項７】 前記下部電極上に接着層を形成した後、
   前記発熱抵抗体を形成し、前記グレーズ層上の接着層、
   前記下部電極およびこの下部電極上の接着層をスパッタ
   リングにより連続的に形成するようにしたことを特徴と
   する請求項６に記載のサーマルヘッドの製造方法。