JPS591803Y2 - 集積化サ−マルヘッド - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はファックシミリ記録に適す、感熱記録装置用集
積化サーマルヘッドに関する。

最近感熱記録方式のファツクシミＩＪが家庭用小型ファ
ックシミリ装置として盛んに開発されつつある。

この方式は一般には誘電体基板上に設けられた主として
リード電極と発熱抵抗体とその保護層から構成されたサ
ーマルヘッドを用い前記発熱抵抗体に記録信号電流を通
電し、そのとき発生するジュール熱を感熱紙へ与えて記
録を行なうものである。

従来よりこのサーマルヘッドとして厚膜集積型および薄
膜集積型、半導体集積型が考えられているが、実用上重
要なものは前二者であると考えられる。

またサーマルヘッドの特性として特に重要な点は、安価
であること、および高効率であること、高分解能である
こと、抵抗体のばらつきが少いこと等である。

しかし厚膜型、薄膜型ともいづれも一長一短があって上
記の特性をすべて満すことができない。

第１図は従来の厚膜サーマルヘッドの発熱抵抗体部を平
面図および断面図で示したものであり、スクリーン印刷
および焼成工程を含む厚膜回路形成手段によりアルミナ
等の誘電体基板１上に厚膜ノード電極２１が形成され、
その間に厚膜抵抗体３１が形成されて発熱抵抗体となっ
ている、４は耐摩耗を目的とする保護膜である厚膜ガラ
ス層である。

サーマルヘッドは第１図ａのようにこのような抵抗体が
数百〜４個程度回路に並列に並べられて構成される。

このような厚膜集積型サーマルヘッドは、上記のような
比較的簡単な技術および製造設備で非常に大形のものま
で製作が可能であり、量産性が良く低価格化が容易であ
るが厚膜ノード電極および厚膜抵抗体を厚膜で充分微細
に作るには限度があり通常工作精度１００μ程度分解能
５〜８本／ｍｍ程度以上に上げることは難かしい。

また厚膜抵抗体のばらつきも大きく、さらに厚膜焼成の
ため基板としてアルミナ等の熱伝導率の大きなセラミッ
ク板しか用いられないため、基板に熱が逃げ易く熱効率
が悪い。

一方薄膜型はスパッタリング、真空蒸着ならびにホトエ
ツチング工程を含む、薄膜回路形成手段により例えば第
２図に主要部断面を示すごとくセラミック誘電体基板１
の全面に下地用誘電体層１１を設けその上に薄膜抵抗体
３２および薄膜リード電極２２が形成される。

５２は薄膜抵抗３２の酸化防止用、４２は耐摩耗用のそ
れぞれ保護膜である。

この下地用誘電体層２２はガラスであり熱伝導率が悪い
ので、蓄熱層として働らく。

したがって、熱効率が著しく向上する。

また下地用誘電体層２２は極めて平滑な表面荒さを有す
るので薄膜抵抗体３２および薄膜リード電極２２の非常
に微細なパターンの形成はホトエツチングによって通常
２０μ程度まで、分解能にしてｌＯ〜２０本／ｍｍ程度
まで容易であり、薄膜抵抗体の抵抗値のばらつきも少い
ので極めて高品質の印字特性を得ることができる。

しかし薄膜型の製作には上記のごとく蒸着、スパッタリ
ング、ホトエツチング等比較的高度な技術と高価な設備
を必要とするので、大形ヘッドの製作や量産化が難かし
く、家庭用として最も重要な価格の低減化が困難である
。

また従来のサーマルヘッドは、厚膜型、薄膜型を問わず
第１図ａかられかるように、対向するノード電極列が互
いに対向し、その間に１個の発熱抵抗体のみが形成され
ていた。

したがって発熱抵抗体とリード電極とは同じ寸法精度以
上に上げることはできない。

すなわちこれらの工作精度は通常膜厚に依存し、例えば
発熱抵抗体をリード電極より薄い膜厚で形成すれば、抵
抗体はより微少に形成することができ分解能を上げるこ
とができるが、リード電極は抵抗骨を減少させるため充
分な膜厚が必要であり、上記のような抵抗体リード電極
が１対１に対応している以上、より悪い方の分解能によ
って全体の精度が限定される。

とくに図示されていないが、電極リードはさらに延長さ
れて、複雑な駆動配線回路を形威し、クロスオーバ配線
、ダイオード電極、駆動端子電極と等を含めて共に、同
一誘電体基板上に集積化されるのが普通である。

したがって従来はこれらの配線部の精度によって発熱抵
抗体の分解能したがってサーマルヘッドの分解能も制限
される欠点があった。

本考案の目的は上記のような従来のサーマルヘッドの特
性を鑑み、従来の欠点を克服して、熱効率、分解能、均
一性に優れた発熱抵抗体を有し、かつ低価格、量産性に
富む集積化サーマルヘッドを提供するものである。

本考案によれば複数個の発熱抵抗体列に所定の方法で電
源を通電し、そのジュール熱により感熱記録を行わしめ
るサーマルヘッドにおいて誘電体基板の同一面上に、互
いに対向配置された２群の厚膜リード電極列を含む駆動
配線部が設けられてなり、該厚膜リード電極列の対向す
る間隔内に配置された下地用誘電体層と、該下地用誘電
体層上に前記厚膜リード電極列の両端を除いて上記厚膜
ノード電極の一方の任意の１個よりそれに対向する別の
列の２個の厚膜リード電極に接続するがごとく形成され
たる薄膜抵抗体列およびその両端に繋がる２群の薄膜リ
ード電極列と、さらに少くとも上記薄膜抵抗体列を被覆
したる保護膜とからなることを特徴とする集積化サーマ
ルヘッドが得られる。

以上本考案を実施例を用いて説明する。

第３図は本考案によって得られた集積化サーマルヘッド
を示す図でａは平面図であり、集積化サーマルヘッドは
抵抗体部１０１と、この両側に配置され、逆流防止用ダ
イオード部１０２．１０２’、クロスオーバ配線部１０
３．１０３’をそれぞれ含む２群の駆動配線部からなっ
ている。

第３図すは抵抗体部を拡大して示した平面図、Ｃはａ、
ｌ）の線ＢＣに沿う断面図で抵抗体部の断面を示すも
の、ｄはａの線Ａ、 Ｂに沿ら断面図で、一方の駆動配
線部１０３゜１０２の断面を示すもの、ｅはａの線ＣＤ
に沿う断面図で他方の駆動配線部１０２’、 １０３’
の断面を示すものである。

第４図は第３図に示した実施例と類似の（抵抗体列の数
が異なる）集積化サーマルヘッドの等価回路図である。

第３図ａ−ｅを参照して、以下本考案の構造を製造工程
も含めて説明する。

本考案の第１の工程としてアルミナ等の誘電体基板１上
に通常のスクリーン印刷および酸素雰囲気中での高温焼
成を経る厚膜回路製作法により、貴金属を主成分とする
導電ペーストによる厚膜ノード電極２１が形成される。

厚膜リード電極２１は、後述する多数の発熱抵抗体列に
電流を通電するためにその両側に配置された２群の厚膜
リード電極列部およびそれより延長され後述の分離用ダ
イオードを取りつけるための端子列部さらにそれより延
長さた駆動用配線部を構成さる厚膜リード電極部、およ
び最終的に駆動電力を印加する端子部Ｍ、 Ｎからなっ
ているが、これらは一枚のスクリーンマスクを用いて、
スクリーン印刷法によって一度に容易に形成できる。

焼成温度は通常最大７００〜９００°Ｃ前後が普通であ
る。

厚みは通常１０ミクロンのオーダである。

またこの場合対向する厚膜リード電極２１列は互いに正
面に１対１で対向せず互いに入れ違って対向するように
形成される。

本考案の第２の工程においては同じくスクリーン印刷−
焼成によってガラスを主成分とする誘電体ペーストを用
いて下地用誘電体層１１およびクロスオーバ用誘電体層
１２が形成される。

下地用誘電体層１１は後に形成される発熱抵抗体の熱エ
ネルギーが誘電体基板１方向に流れて印刷効率を低下さ
せるのを除くための蓄熱層ともなり、その表面荒さがセ
ラミック等の誘電体基板より平滑であるので発熱抵抗体
の形成精度、抵抗体経時変化等を良好ならしめるための
ものである。

一方クロスオーバ用誘電体層１２は駆動配線部がマトリ
ックス駆動に適するように多数の厚膜リード電極２１を
クロスして接続配線するための絶縁体として用いられる
ものであって３の所定の場所には、接続用スルーホール
穴１２′が多数個形成されている。

これらの誘電体層とスルーホール穴は一枚のスクリーン
マスクを用いて通常１０〜１００ミクロンの厚みで容易
に形成できる。

しかしこの工程において下地用誘電体層１１とクロスオ
ーバ用誘電体層１２は材料的に異ったものも、２回のス
クリーン印刷・焼成を経て別々に形成しても、また一方
のみを（とくにクロスオーバ用誘電体層）を２回以上重
ねて形成し、その膜厚を厚くするしてもよいことはもち
ろんである。

焼成温度は通常５００・・・６００°Ｃ前後用いられる
。

本考案の第３の工程では上層厚膜リード電極２１′が、
貴金属を主成分とする導電ペーストを用い、スクリーン
印刷、焼成を経て形成される。

上層厚膜リード電極２１′は前述の既に形成されたクロ
スオーバ用誘電体層１２上に（スルーホール穴１２′も
含めて）形成され、既に形成された厚膜り一ド電極２１
と第３図ｄ、ｅの断面図のように所定の箇所で接続され
、マトリックス化された駆動配線部を構成する。

また上層厚膜リード電極２１′は一部さらに延長されて
誘電体基板１上にも形成され駆動端子Ｓ、 Ｔともなる
。

第３図においてこれらの上層厚膜リード電極２１′は２
箇所のクロスオーバ用誘電体層１２に対応して、２箇所
にかためられて形成されるが、これらすべてが一枚のス
クリーンマスクにより、一度にスクリーン印刷され、焼
成されて容易に形成できる。

焼成温度は通常４００〜５００°Ｃ前後であり、膜厚は
１０〜５０ミクロン程度である。

本考案の第４の工程においては、対向する２群の厚膜リ
ード電極２１列端部およびその対向間隔部の下地用誘電
体層１１上にまず、マスクを用いて所定の部分のみにス
パッタハングによす、Ｔａ２Ｎ（窒化タンタル）等の抵
抗薄膜を形成し、さらにマスクを用いて所定の部分のみ
にＮｉＣｒにクロム）および金等の薄膜導体を真空蒸着
により重ねて形成した後、通常のホトレジスト膜および
、酸を含むエツチング液を用いたホトエツチングにより
、第３図に示したように多数個の薄膜抵抗体３２および
その両端の薄膜リード電極２２に形成する。

この場合第３図ａおよびｂから分るように本考案におい
ては薄膜抵抗体３２は、列の両端を除いて、１つの厚膜
リード電極２１より薄膜リード電極２２を経て２個並列
に形成され、この２個の薄膜抵抗体３２は対向する厚膜
リード電極２１の入れ違って対向する両側の厚膜リード
電極２１に、対向する両側の薄膜リード電極２２を経て
別々に接続される。

本工程における薄膜抵抗体３２は通常２極スパツタリン
グによる厚み５００オングストロ一ム程度の窒化タンタ
ル膜から得られるが、他に真空蒸着によるニクロム、サ
ーメット等の一般の薄膜抵抗膜を用いてよいことはもち
ろんである。

また薄膜ノード電極２２としても、通常のニクロムおよ
び金の２層真空蒸着膜の他にクロム−金、クロム−網金
、チタン−白金−金等の通常の薄膜集積回路用導体膜材
料であれば、どれを用いても、またこれらを真空蒸着の
他にスパッタリングによって形成しても良いことはもち
ろんである。

また本実施例においては別々のマスクを用いたため第３
図Ｃのように、薄膜抵抗体３２と薄膜リード電極２２の
長さ方向のひろがりが一致していないが、これらを同一
のマスクを用いて形成し、薄膜抵抗体３２の端部が薄膜
リード電極２２の全面の下層に形成されていてもよいこ
とはもちろんである。

さらにまた、第３図Ｃのような場合、薄膜抵抗体３２の
ホトエツチング時に用いるエツチング液は、通常下地用
誘電体層１１を腐食し易いので、あらかじめ下地用誘電
体層１１表面と薄膜抵抗体３２との間に、上記エツチン
グ液に耐える例えばＴａ２０３（酸化タンタル）膜をＲ
ＦスパッタリングしであるいはＴａをスパッタした後加
熱酸化させて形成してもよい。

本考案の第５の工程においては第３図Ｃによりあるいは
ａ、ｂ図で２点鎖線で示したように、少くとも薄膜抵抗
体３２全体を被覆保護するための膜、ここでは酸化防止
用保護膜５２と耐摩耗用保護膜４２が、通常のＲＦスパ
ッタリングによって形成される。

酸化防止用保護膜としては厚み数ミクロンの５１０２
（２酸化シリコン）、Ａ１２０３（アルミナ）等が用い
られ、耐摩耗用保護膜としては通常厚み１０ミクロン程
度のＴａ２０５．Ａｌ２Ｏ３等が用いられる。

本考案の第６の工程として、分離ダイオード２０が、駆
動回路中に外付けされる。

通常分離ダイオードは数個ないし数１０個を同一チップ
上に形成しビームリード端子を出したビームリードアレ
ーチップが用いられるが、もちろん１個のチップ上に１
個のダイオードを乗せた個別のダイオードを外付けして
もよい。

本考案は以上説明したごとく、駆動用配線部は厚膜回路
技術により製作し、発熱抵抗体部は薄膜回路技術により
製作される。

駆動配線部は集積化サーマルヘッドの大部分の面積を占
めかつ、リードの引出し、ダイオードマウントクロスオ
ーバ等の電気配線が主機能であり、この部分を厚膜回路
技術で製作できるので、Ａ４．Ａ５．Ｂ４等の大版のも
のまで、機械的に強く、高信頼のものが、非常に低いコ
ストで製作でき、量産性が高い。

一方発熱抵抗体部は集積化サーマルヘッドの中心部のみ
であり、この部分のみを薄膜回路技術で製作することは
、全体を薄膜化して製作するのにくらベコスト的、工数
的に全体に与える影響は少い。

しかも薄膜技術により、発熱抵抗体の寸法精度は非常に
よくなり、また抵抗のばらつきも厚膜の場合に比べて非
常に小さいとくに本考案においては、第３図に示したよ
うに互いに入れ違いに対向する厚膜リード電極２１間と
２個づつの薄膜抵抗体３２が形成されているので厚膜リ
ード電極２１の分解能の２倍の分解能の発熱抵抗体３２
を形成することができる。

通常厚膜リード電極２１を５本／ｍｍ程度、発熱抵抗体
３２を１０本／ｍｍ程度に形成することは技術的に非常
に容易であり、しかもサーマルヘッド全体の分解能とし
ては発熱抵抗体の分解能で決まるのでしたがって１０本
／ｍｍ以上〜２５本／ｍｍ程度まで高分解能のサーマル
ヘッドが容易に得られる。

また本考案の薄膜抵抗体３２は、下地用誘電体層１１の
上に形成されるので、この層が高熱層として働らき、熱
が基板に逃げて熱損失を増加させることなく、非常に熱
効率の良いサーマルヘッドが得られる。

したがって発熱抵抗体によって決められる。

本考案の印字品質は極めて高いものとなる。

以上のごとく、本考案は、厚膜、薄膜集積技術を使い分
は各々単独あるいは両者を単に組合せただけでは得られ
ない集積化サーマルヘッドを実現している。

すなわち、印字品質、熱効率が良好でかつ大型の集積化
サーマルヘッドを、安価に、量産性良く実現できる。

また例えば、厚膜、薄膜回路の単なる組合せでは、両者
を接続する方法が問題となるが、本考案では接続がその
まま集積技術でなされるので、信頼性が向上するし、ま
た下地用誘電体層とクロスオーバ用誘電体層が同様に形
成できるので、個別に行なうより工程の簡略化ができる
。

したがって本考案により、コストパーホーマンス性に優
れた、実用的サーマルヘッドが実現できる。

第５図は本考案の第２の実施例の主要部を示す図でａは
抵抗体部の平面図、ｂはその線ＡＡ’に関する断面図で
ある。

第１の実施例と対応する構成要素はそのまま同一番号を
もって示した。

本実施例においては薄膜抵抗体３２が一様の連続するパ
ターンで形成され、その上層に薄膜リード電極２２が、
必要な記録密度に応じて抵抗体を区切り、かつ狭むよう
に個々の薄膜抵抗体３２の両側に交互に配置され、厚膜
リード電極２１に繋がっている。

３５は必要に応じて形成される抵抗値調整用穴である。

本実施例では、第１の実施例にくらべて発熱抵抗体部の
パターンがより簡単であり、がつまた薄膜抵抗体長さ７
幅比が小さいのでその材料としてＴａ２０５より、一般
に、より比抵抗の高いＮ ｉＣｒあるいはサーメット薄
膜抵抗を用いるのに適している。

以上、第１、第２の実施例のごとく、本発明においては
発熱抵抗体ドツト数の限られた、また駆動配線法も特定
の場合を用いて説明したが、実際の発熱抵抗体数は数百
、数千であり、配線部のマトリックス化単位も、３０〜
６０個を一束として高速化、簡略化が計られ、また駆動
方法自体も多くの変形があることはもちろんであるが本
考案によりそれぞれに応じた集積化が実現できることは
言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の厚膜サーマルヘッド主要部を示す図でａ
は平面図、ｂ、Ｃはその断面図である。 図において１は誘電体基板、２１は厚膜リード電極、３
１は厚膜抵抗体、４１は保護膜である。 第２図は従来の薄膜サーマルヘッド主要部の断面図を示
し、１は誘電体基板、１１は下地用誘電体層、３２は薄
膜抵抗体、２２は薄膜リード電極、５２゜４２はそれぞ
れ酸化防止用、耐摩耗用保護膜である。 第３図は本考案の第１の実施例を示す図で、ａは全体の
平面図、ｂは一部の拡大平面図、ＣはＢ−Ｃ断面図、ｄ
、 ｅはそれぞれＡ−Ｂ、Ｃ−Ｄ断面図である。 第１図および第２図と同一構成要素は同一番号をもって
示した。 １２はクロスオーバ用誘電体層、１２′はスルーホール
穴、２１′は上層厚膜ノード電極、２０は分離用ダイオ
ード、Ｍ、Ｎ、Ｓ。 Ｔは端子を示す。 第４図は第１の実施例と類似のサーマルヘッド等価回路
図である。 第５図は本考案の第２の実施例の主要部を示す図であり
、ａは平面図、ｂはその断面図であり、第３図と同一構
成要素は同一番号をもって示した。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数個の発熱抵抗体列に所定の方法で電流を通電し、そ
   のジュール熱により感熱記録を行わしめるサーマルヘッ
   ドにおいて、誘電体基板の同一面上に、互いに対向配置
   された２群の厚膜リード電極列を含む駆動配線部と、該
   ・厚膜リード電極列の対向する間隔内に配置された下地
   用誘電体層と、該下地用誘電体層上に形成された薄膜抵
   抗体列と、該薄膜抵抗体列とその両側の上記２群の厚膜
   リード電極列との間に２群に分れて配置され、上記厚膜
   リード電極列の両端を除いて、上記厚膜ノード電極列の
   一方の群の任意の１個と、それに対向する、他方の群の
   厚膜リード電極列の２個の厚膜リード電極とに、２個の
   上記薄膜抵抗体を順次千鳥掛は状に電気的、接続すると
   ころの２群の薄膜リード電極列と、さらに少くとも上記
   薄膜抵抗体列を被覆したる保護膜とからなることを特徴
   とする集積化サーマルヘッド。