JPS5918227B2 - 薄膜型サ−マルヘツド - Google Patents
薄膜型サ−マルヘツドInfo
- Publication number
- JPS5918227B2 JPS5918227B2 JP51131916A JP13191676A JPS5918227B2 JP S5918227 B2 JPS5918227 B2 JP S5918227B2 JP 51131916 A JP51131916 A JP 51131916A JP 13191676 A JP13191676 A JP 13191676A JP S5918227 B2 JPS5918227 B2 JP S5918227B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- heating resistor
- thermal head
- resistor
- resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired
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- Non-Adjustable Resistors (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は小さな薄膜抵抗体のジュール熱を利用して、感
熱記録紙を発色記録させるための薄膜型サーマルヘッド
に関するものである。
熱記録紙を発色記録させるための薄膜型サーマルヘッド
に関するものである。
ｉ 感熱記録方式は、熱ペン、サーマルプリンタヘの応
用から、最近フアクシミリヘの応用が注目されている。
用から、最近フアクシミリヘの応用が注目されている。
ファクシミリの記録方式は、かつての放電破壊方式から
、現在の静電方式、更に、次代の感熱、インクジェット
方式への移行が注目視さ０ れている。しかし、インク
ジェット方式は、装置のコスト高、ノズルの目詰り等、
メンテナンス・フリーとコストを同時に満足させるには
、かなりの時間を必要とし、次代のにない手として感熱
方式が有望視されている。５ さて、サーマルヘッドは
、発熱抵抗体の作り方の違いで、薄膜型、厚膜型、半導
体型等の方式があり、それぞれ一長一短があると考えら
れ、それぞれの方式に関して種々の開発が行なわれてい
る。
、現在の静電方式、更に、次代の感熱、インクジェット
方式への移行が注目視さ０ れている。しかし、インク
ジェット方式は、装置のコスト高、ノズルの目詰り等、
メンテナンス・フリーとコストを同時に満足させるには
、かなりの時間を必要とし、次代のにない手として感熱
方式が有望視されている。５ さて、サーマルヘッドは
、発熱抵抗体の作り方の違いで、薄膜型、厚膜型、半導
体型等の方式があり、それぞれ一長一短があると考えら
れ、それぞれの方式に関して種々の開発が行なわれてい
る。
さて、現在までの薄膜型サーマルヘッドの発熱’０ 抵
抗体としては、Ｔａ２Ｎ、ＮｉＣにを用いているのが一
般的である。この両者は、薄膜ＩＣ用の抵抗体として実
績かあり、特に耐熱性に優れ、温度係数が小さく、下地
となるガラス層との密着性がよい等の利点をもつている
。また、ヘッドの構成とし■５ てはグレーズしたセラ
ミックス基板（アルミナが一般的）またはガラス基板上
に発熱抵抗体層を設け、抵抗体の両端から、リード取出
し用の電極金属を設け、その上に抵抗体保護層（例えば
５１０２）と耐摩耗層（Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＣ等）を層状
に設ける■０ 構造が知られている。上述のように発熱
抵抗体として、一般に、薄膜型ハイブリッドＩＣ用に用
いられていたＴａ２Ｎ、ＮｉＣｒ等が利用され、特にＴ
ａ２Ｎは従来の抵抗体の中では、安定という評価が高か
つた。
抗体としては、Ｔａ２Ｎ、ＮｉＣにを用いているのが一
般的である。この両者は、薄膜ＩＣ用の抵抗体として実
績かあり、特に耐熱性に優れ、温度係数が小さく、下地
となるガラス層との密着性がよい等の利点をもつている
。また、ヘッドの構成とし■５ てはグレーズしたセラ
ミックス基板（アルミナが一般的）またはガラス基板上
に発熱抵抗体層を設け、抵抗体の両端から、リード取出
し用の電極金属を設け、その上に抵抗体保護層（例えば
５１０２）と耐摩耗層（Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＣ等）を層状
に設ける■０ 構造が知られている。上述のように発熱
抵抗体として、一般に、薄膜型ハイブリッドＩＣ用に用
いられていたＴａ２Ｎ、ＮｉＣｒ等が利用され、特にＴ
ａ２Ｎは従来の抵抗体の中では、安定という評価が高か
つた。
しかし、３５例えば、一応用例のファクシミリ用のライ
ンヘッドを考えてみても、発熱抵抗体へのより高い性能
向上への要求が、高まつている。例えば、従来の［２１
一１ドツトに対するエネルギー印加時間が、５〜６ｍｓ
ｅｃという比較的長い印加時間から、１〜２ｍｓｅｃへ
という高速性が要求され、そのため、同じ印字品質を得
るには、一度により短時間に大きなエネルギーを投入し
なければならず、またそれに寿命的に耐えなければ、感
熱ヘツドとして用をなさなくなりつつある。
ンヘッドを考えてみても、発熱抵抗体へのより高い性能
向上への要求が、高まつている。例えば、従来の［２１
一１ドツトに対するエネルギー印加時間が、５〜６ｍｓ
ｅｃという比較的長い印加時間から、１〜２ｍｓｅｃへ
という高速性が要求され、そのため、同じ印字品質を得
るには、一度により短時間に大きなエネルギーを投入し
なければならず、またそれに寿命的に耐えなければ、感
熱ヘツドとして用をなさなくなりつつある。
要するに、（１）高速性、（２）耐エネルギー性、（３
）耐寿命性という観点から従来のＴａ２Ｎ，ＮｉＣｒ等
では、不十分になつてきた。
）耐寿命性という観点から従来のＴａ２Ｎ，ＮｉＣｒ等
では、不十分になつてきた。
本発明はこれらに対し、特に上言５１），（２），（３
）について、Ｔａ２Ｎ等より、より優れた薄膜発熱抵抗
体を提供するものである。
）について、Ｔａ２Ｎ等より、より優れた薄膜発熱抵抗
体を提供するものである。
以下、図面をもつて本発明を説明する。第１図は本発明
の薄膜型サーマルヘツドの基本構造の断面図であり、図
において１はＴａとＳｉの合金よりなる発熱抵抗体、２
は電極金属、３は耐摩耗層、４はセラミツクス（例えば
アルミナ）５上にグレーズされたガラス層で、サーマル
ヘツドは上述の１〜５で構成され、取付け基板６上に固
定される。
の薄膜型サーマルヘツドの基本構造の断面図であり、図
において１はＴａとＳｉの合金よりなる発熱抵抗体、２
は電極金属、３は耐摩耗層、４はセラミツクス（例えば
アルミナ）５上にグレーズされたガラス層で、サーマル
ヘツドは上述の１〜５で構成され、取付け基板６上に固
定される。
８は感熱記録紙で、プラテン７により、発熱抵抗体１上
の耐摩耗層３上に数百９の圧力でおしつけられている。
の耐摩耗層３上に数百９の圧力でおしつけられている。
なお厚みは、発熱抵抗体１が０．１μないし数μ程度、
電極金属２、耐摩耗層３を数μ、ガラス層４は５０μ前
後、セラミツクス５は１繕程度である。第２図は発熱抵
抗体アレイの上面図の一部を示し、１″は発熱抵抗体１
と電極金属２の重なり部分である。また、第３図に本発
明の最大の特徴をなす発熱抵抗体を構成している高融点
金属とＳｉ合金薄膜の高．叡点金属とＳｉの重量比と、
比抵抗ρの相関図を示しており、この合金薄膜は電子線
照射蒸着法（ＥＢ法）によつて製作することができる。
電極金属２、耐摩耗層３を数μ、ガラス層４は５０μ前
後、セラミツクス５は１繕程度である。第２図は発熱抵
抗体アレイの上面図の一部を示し、１″は発熱抵抗体１
と電極金属２の重なり部分である。また、第３図に本発
明の最大の特徴をなす発熱抵抗体を構成している高融点
金属とＳｉ合金薄膜の高．叡点金属とＳｉの重量比と、
比抵抗ρの相関図を示しており、この合金薄膜は電子線
照射蒸着法（ＥＢ法）によつて製作することができる。
第３図中の斜線部は高融点金属の種類や製作法によるバ
ラツキを示しているが、この高融点金属の中でＴａが最
も優れた特性を示す。一般に、Ｔａ−Ｓｉの合金は、Ｔ
ａＳｉ２，Ｔａ５Ｓｉ３，Ｔａ２Ｓｉ等の結晶系（シリ
サイド）が知られているが、ハイエストシリサイドとし
てのＴａＳｉ２でさえもパルクで＋μΩ儂の低い金属的
な比抵抗を示す０ＴａＳｉ２はＴａ／Ｓｉ重量比で計算
しなおすと、約Ｔａ／Ｓｉ≧３である。
ラツキを示しているが、この高融点金属の中でＴａが最
も優れた特性を示す。一般に、Ｔａ−Ｓｉの合金は、Ｔ
ａＳｉ２，Ｔａ５Ｓｉ３，Ｔａ２Ｓｉ等の結晶系（シリ
サイド）が知られているが、ハイエストシリサイドとし
てのＴａＳｉ２でさえもパルクで＋μΩ儂の低い金属的
な比抵抗を示す０ＴａＳｉ２はＴａ／Ｓｉ重量比で計算
しなおすと、約Ｔａ／Ｓｉ≧３である。
これは薄膜化しても第３図から明らかなように、比抵抗
ρは小さい。Ｔａに対するＳｉの割合を増加していくと
、だいたいＴａ／Ｓｉ″：：１付近で比抵抗ρが急に立
ち上る傾向を示す。特に、Ｔａ／Ｓｉ重量比が０．２〜
２．０の間で比抵抗ρが２×１０−４Ω？から１０−１
Ω？まで変化させることができる。従つて、要求する抵
抗値の抵抗体は、Ｔａ／Ｓｉ重量比、膜厚などを制闘す
ることにより製作することができる。このようにして得
られた発熱抵抗体１を、第１図のようにサーマルヘツド
として構成した場合の特性を第４図、第５図に示す。サ
ーマルヘツドの信頼性のポイントは膜の耐熱性であり、
そのよい評価法にステツプ・ストレス試験がある。この
テストは素子に適当なパルス電力を６ｍｓｅｃ印加、繰
返し２０ｍｓｅｃで３０分間加えたのち抵抗変化を測定
し、以下、電力を増加し、同様にそれぞれのステツプに
おける初期値からの変化分の測定を繰返すことにより劣
化特性を調べる方法である。第４図はこの試験結果を示
したものであり、Ｎｉ一Ｃｒ系、Ｔａ２系と本発明によ
るＴａ−Ｓｉ系発熱体の比較を示した。それぞれ発熱抵
抗体形状が異るので、素子面積を印加電力で規格化して
示した。これから発熱抵抗体としてＴａ−Ｓｉがいかに
耐熱的に安定かが理解できる。なお、実際感熱記録紙を
印字させるに必要な電力は第４図でいずれの場合も１０
Ｗ／ｍ此ｌ下である。
ρは小さい。Ｔａに対するＳｉの割合を増加していくと
、だいたいＴａ／Ｓｉ″：：１付近で比抵抗ρが急に立
ち上る傾向を示す。特に、Ｔａ／Ｓｉ重量比が０．２〜
２．０の間で比抵抗ρが２×１０−４Ω？から１０−１
Ω？まで変化させることができる。従つて、要求する抵
抗値の抵抗体は、Ｔａ／Ｓｉ重量比、膜厚などを制闘す
ることにより製作することができる。このようにして得
られた発熱抵抗体１を、第１図のようにサーマルヘツド
として構成した場合の特性を第４図、第５図に示す。サ
ーマルヘツドの信頼性のポイントは膜の耐熱性であり、
そのよい評価法にステツプ・ストレス試験がある。この
テストは素子に適当なパルス電力を６ｍｓｅｃ印加、繰
返し２０ｍｓｅｃで３０分間加えたのち抵抗変化を測定
し、以下、電力を増加し、同様にそれぞれのステツプに
おける初期値からの変化分の測定を繰返すことにより劣
化特性を調べる方法である。第４図はこの試験結果を示
したものであり、Ｎｉ一Ｃｒ系、Ｔａ２系と本発明によ
るＴａ−Ｓｉ系発熱体の比較を示した。それぞれ発熱抵
抗体形状が異るので、素子面積を印加電力で規格化して
示した。これから発熱抵抗体としてＴａ−Ｓｉがいかに
耐熱的に安定かが理解できる。なお、実際感熱記録紙を
印字させるに必要な電力は第４図でいずれの場合も１０
Ｗ／ｍ此ｌ下である。
この場合の発熱抵抗体（ドツト）に対する発熱エネルギ
ーは、１〜３ｍｊ程度である。例えばＴａ２Ｎ系を例に
とると、６ｍｓｅｃ，１０Ｗ／Ｍｄのパルス電力の印加
で２．４ｍｊとなる。第５図は第４図の横軸の印加電力
の代りにジユール熱による素子中央の最高表面温度をと
つた耐熱性試験結果である。
ーは、１〜３ｍｊ程度である。例えばＴａ２Ｎ系を例に
とると、６ｍｓｅｃ，１０Ｗ／Ｍｄのパルス電力の印加
で２．４ｍｊとなる。第５図は第４図の横軸の印加電力
の代りにジユール熱による素子中央の最高表面温度をと
つた耐熱性試験結果である。
試験条件は第４図と同様である。以上のような安定な薄
膜型サーマルヘツドあるいは発熱抵抗体を供給できるＴ
ａ−Ｓｉ系薄膜の製作方法を簡単に述べると、すなわち
一つの蒸着装置内に２つの電子銃及びるつぼを設けてＴ
ａ，Ｓｉを独立に適当な蒸発速度条件のもとに行うＥＢ
蒸着法がある。
膜型サーマルヘツドあるいは発熱抵抗体を供給できるＴ
ａ−Ｓｉ系薄膜の製作方法を簡単に述べると、すなわち
一つの蒸着装置内に２つの電子銃及びるつぼを設けてＴ
ａ，Ｓｉを独立に適当な蒸発速度条件のもとに行うＥＢ
蒸着法がある。
なお、１つの電子銃およびるつぼの場合には、るつぼ中
にあらかじめ適当なＴａ／Ｓｉ重量比の試料を入れて同
時に蒸発させてもよい。しかし、この場合には、ＴａＳ
ｉの蒸発速度が異るため、製作できる膜は厚み方向に均
一にはならなく、基板面から表面にゆくに従つて、Ｓｉ
リツチからＴａリツチになつてゆく。このような膜は表
面部分に主たる導電層を有するが第４図、第５図の熱的
信頼性は十分である。続いて、第４図についてより詳細
に説明する。
にあらかじめ適当なＴａ／Ｓｉ重量比の試料を入れて同
時に蒸発させてもよい。しかし、この場合には、ＴａＳ
ｉの蒸発速度が異るため、製作できる膜は厚み方向に均
一にはならなく、基板面から表面にゆくに従つて、Ｓｉ
リツチからＴａリツチになつてゆく。このような膜は表
面部分に主たる導電層を有するが第４図、第５図の熱的
信頼性は十分である。続いて、第４図についてより詳細
に説明する。
第４図から明らかなように、サーマルヘツドのストツブ
ストレステストでは従来のＮｉＣｒ，Ｔａ２Ｎなどより
、本発明に基づくＴａ−Ｓｉ系合金薄膜が数倍の電力、
すなわち、エネルギーを素子に投入することができる。
耐エネルギー性がよいということであり、このことは同
時に高速性耐寿命性が向上していることを意味する。さ
て、第４図のイに示した曲線はα−Ｔａ（ｂ・ｃ−ｃ−
Ｔａ）とＴａＳｉ２結晶の混晶膜の特性を示す。
ストレステストでは従来のＮｉＣｒ，Ｔａ２Ｎなどより
、本発明に基づくＴａ−Ｓｉ系合金薄膜が数倍の電力、
すなわち、エネルギーを素子に投入することができる。
耐エネルギー性がよいということであり、このことは同
時に高速性耐寿命性が向上していることを意味する。さ
て、第４図のイに示した曲線はα−Ｔａ（ｂ・ｃ−ｃ−
Ｔａ）とＴａＳｉ２結晶の混晶膜の特性を示す。
口は、α−Ｔａ（５ＴａＳｉ２とＳｉとの合金薄膜の特
性であり、ハは、結晶化がみられないＴａとＳｉとの混
合物薄膜の特性を示している。また、図示はしていない
が、ＴａＳｉ２結晶とＳｉとの合金薄膜もイ〜ハの間の
特性を示す。また、Ｔａ（５ＴａＳｉ２のそれぞれが結
晶化した混晶膜になつて始めてイの特性になるが、非晶
質状態だと、ハに示したように、約１０Ｗ／Ｍｄ耐エネ
ルギー性（温度に換算して約１００℃の耐熱性が低下す
る。
性であり、ハは、結晶化がみられないＴａとＳｉとの混
合物薄膜の特性を示している。また、図示はしていない
が、ＴａＳｉ２結晶とＳｉとの合金薄膜もイ〜ハの間の
特性を示す。また、Ｔａ（５ＴａＳｉ２のそれぞれが結
晶化した混晶膜になつて始めてイの特性になるが、非晶
質状態だと、ハに示したように、約１０Ｗ／Ｍｄ耐エネ
ルギー性（温度に換算して約１００℃の耐熱性が低下す
る。
イを製作する場合のＴａ（５Ｓｉのそれぞれの量よりＳ
ｉをより多くすると、口に示したようにＴａＴａＳｉ２
−Ｓｉ系の合金薄膜が得られる。
ｉをより多くすると、口に示したようにＴａＴａＳｉ２
−Ｓｉ系の合金薄膜が得られる。
口に示すこの特性においても、素子の表面温度が４５０
℃に達するエネルギーを、１ｍｓｅｃ印加し、１０ｍｓ
ｅｃの繰返しで３５０時間（１．２６×１０８回秒）以
上の高速応答における耐エネルギー性を付加することが
できる。第５図にＴａ−ＴａＳｉ２混晶系薄膜ヘツドへ
の耐摩耗層としてのＳｉＣをコートした効果を示す。
℃に達するエネルギーを、１ｍｓｅｃ印加し、１０ｍｓ
ｅｃの繰返しで３５０時間（１．２６×１０８回秒）以
上の高速応答における耐エネルギー性を付加することが
できる。第５図にＴａ−ＴａＳｉ２混晶系薄膜ヘツドへ
の耐摩耗層としてのＳｉＣをコートした効果を示す。
ＳｌＣを１〜５μ程度コートすることにより約８Ｗ／Ｍ
ｄの耐エネルギーの向上が認められる。以上をまとめる
と、次のような結論が得られる。（１）非晶質Ｔａ−Ｓ
ｉ薄膜に比べ（α−）Ｔａ結晶、ＴａＳｉ２結晶の混晶
膜は約１０Ｗ／Ｍ７ｌの耐エネルギー性の向上がある。
（２） （α−）Ｔａ結晶、ＴａＳｉ２結晶、Ｓｉの合
金膜または、ＴａＳｉ２結晶とＳｉの合金膜も（１）と
ほぼ同様の効果がある。
ｄの耐エネルギーの向上が認められる。以上をまとめる
と、次のような結論が得られる。（１）非晶質Ｔａ−Ｓ
ｉ薄膜に比べ（α−）Ｔａ結晶、ＴａＳｉ２結晶の混晶
膜は約１０Ｗ／Ｍ７ｌの耐エネルギー性の向上がある。
（２） （α−）Ｔａ結晶、ＴａＳｉ２結晶、Ｓｉの合
金膜または、ＴａＳｉ２結晶とＳｉの合金膜も（１）と
ほぼ同様の効果がある。
（３）これらにＳｉＣを１〜５μコートすると、約８Ｗ
／Ｍ７７ｆの耐エネルギー性の向上がある。
／Ｍ７７ｆの耐エネルギー性の向上がある。
以上のように、本発明はαＴａ結晶とＴａのシリサイド
よりなる合金薄膜抵抗体またはこれにシリコンを加えた
合金薄膜抵抗体を用いることにより、耐エネルギー性、
寿命等のすぐれたサーマルヘツドを実現することが可能
となる。
よりなる合金薄膜抵抗体またはこれにシリコンを加えた
合金薄膜抵抗体を用いることにより、耐エネルギー性、
寿命等のすぐれたサーマルヘツドを実現することが可能
となる。
第１図は本発明の薄膜型サーマルヘツドの基本構造の断
面図、第２図は同平面図、第３図はＭ一Ｓｌ発熱体のＭ
／Ｓｌ重量比と比抵抗９との相関図、第４図はサーマル
ヘツドの耐熱衝撃性試験結果を示すステツプストレス特
性図、第５図はＴａ−ＴａＳｉ２混晶膜へのＳｉＣ耐摩
耗層の効果を示す試験結果を示すストツプストレス特性
図である。 １・・・・・・発熱抵抗体、２・・・・・・電極金属、
３・・・・・・耐摩耗層、４・・・・・・ガラス層、５
・・・・・・セラミツク。
面図、第２図は同平面図、第３図はＭ一Ｓｌ発熱体のＭ
／Ｓｌ重量比と比抵抗９との相関図、第４図はサーマル
ヘツドの耐熱衝撃性試験結果を示すステツプストレス特
性図、第５図はＴａ−ＴａＳｉ２混晶膜へのＳｉＣ耐摩
耗層の効果を示す試験結果を示すストツプストレス特性
図である。 １・・・・・・発熱抵抗体、２・・・・・・電極金属、
３・・・・・・耐摩耗層、４・・・・・・ガラス層、５
・・・・・・セラミツク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 耐熱性絶縁基板上にαＴａ結晶とＴａのシリサイド
からなる合金薄膜発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体
の両端に電気的に接続される電極金属を設け、上記発熱
抵抗体の表面上に耐摩耗層を設けたことを特徴とする薄
膜型サーマルヘッド。 ２ αＴａとＴａのシリサイドとシリコンからなる合金
薄膜発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体の両端に電気
的に接続される電極金属を設け、上記発熱抵抗体の表面
上に耐摩耗層を設けたことを特徴とする薄膜型サーマル
ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51131916A JPS5918227B2 (ja) | 1976-11-01 | 1976-11-01 | 薄膜型サ−マルヘツド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51131916A JPS5918227B2 (ja) | 1976-11-01 | 1976-11-01 | 薄膜型サ−マルヘツド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5357044A JPS5357044A (en) | 1978-05-24 |
| JPS5918227B2 true JPS5918227B2 (ja) | 1984-04-26 |
Family
ID=15069177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51131916A Expired JPS5918227B2 (ja) | 1976-11-01 | 1976-11-01 | 薄膜型サ−マルヘツド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5918227B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4978898A (ja) * | 1972-12-09 | 1974-07-30 |
-
1976
- 1976-11-01 JP JP51131916A patent/JPS5918227B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4978898A (ja) * | 1972-12-09 | 1974-07-30 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5357044A (en) | 1978-05-24 |
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