JPS59201874A - 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】 発明の技術分野 本発明は、サーマルプリンタに用いられる薄膜型ノサー
マルヘッドに関する。

発明の技術的背景およびその問題点 従来、薄膜型サーマルヘッドの発熱抵抗体としては、Ｔ
ａ２　Ｎ　、　ＮｉＣｒ　、　Ｔａｘｉ　、　Ｔａ５ｉ
０２を用いるのが一般的である。これらの発熱抵抗体は
耐熱性に優れ抵抗温度係数が小さい等、良好な特性を有
しているため用いられているわけである。

しかし、最近の傾向として１は、その発熱抵抗体のより
高い性能向上の要求が高まっている。例えば、１ドツト
に対するエネルギー印加時間が１〜２＋７＋ｓｅｃとい
う比較的長い印加時間から、ｏ、５ｍ５ｅｃ前後若しく
はそれ以下という高速性が要求されている。このため、
同じ印字品質を得るためには一度により短時間に大きな
エネルギーを付与しなければならず、かつ、寿命的にも
耐えなければならない。また、発熱抵抗体を駆動する駆
動素子の負荷を軽′減させるため同一電力を得るために
は発熱抵抗体に印加される電圧を高くし電流を小さく抑
えることが好ましく、このためには発熱抵抗体の抵抗値
も比較的高抵抗であることが望ましい。

しかるに、前述した従来の発熱抵抗体はこれらの要求を
満足しうるものではなく、サーマルヘッド用とじ１用を
なさなくなりつつある。

発明の目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、耐熱性
に優れ高速印字の要求に応えることのできるサーマルヘ
ッドを得ることを目的とする。

発明の概要 本発明は、発熱抵抗体としてＮｉＣｒＳｉ系発熱抵抗体
を用いることにより、高速印字に耐え耐熱性に優れたサ
ーマルヘッドを提供できるように構成したものである。

発明の実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、アルミナ等により形成された耐熱性絶縁基板（１
）上にはガラスグレーズ層（２）が厚さ４０μｍに形成
されている。このガラスグレーズ層（２）上には例えば
Ｔａ２　ｏ、による耐蝕層（３）が０５μｍの厚さで形
成されている。そして、耐蝕層（３）上にはＮｉＣｒＳ
ｉ系発熱抵抗体（４）の層がスパッタリング法によシ０
．３μｍの厚さで形成されている。この発熱抵抗体（４
）上にはその一部を露出させるべくして電極金属体（５
）層が１８μｍの厚さで形成されている。さらに、発熱
抵抗体（４）の表面は例えばＴａ２０！＋による耐摩耗
層（６）　（、５μｍ厚）により覆われている。

ここで、その具体的製法を第２図によシ説明する。まず
、ガラスグレーズ層（２）がコーティングされた耐熱性
絶縁基板（１）上にＴａ２０ｓをスパッタリング法によ
多積層して０．５μｍ厚の耐蝕層（３）を形成する。

ソシて、ＮｉＣｒＳｉをスパッタリング法により積層し
て０３μｍ厚の発熱抵抗体（４）を形成する。ついで、
電極金属体（５）としてＴｉ層（５％）　、　Ａｕ層（
５４）、Ｃｒ層（５Ｃ）　’ｅ各々０２μｍ　、　１．
５μｍ、０１μｍの厚さになるように蒸着する。これに
より、第２図（α）に示すように耐熱性絶縁基板（１）
上にＴａ２０５　／　ＮｉＣｒ３　ｉ／　Ｔｉ　／　Ａ
ｕ／Ｃｒの積層体が形成されることになる。ついで、同
図（旬に示すようにＣｒ　、Ａｕ　、　Ｔｉ　、　Ｎｉ
ＣｒＳｉの積層体を各々のエッチャントを用いてフォト
エツチングによ９図のようなパターンを得る。このとき
、パターン部以外の面には耐蝕層（３）が露出する。さ
ラニ、パターン部において発熱抵抗体（４）上にＭＮさ
れているＣｒ　、　Ａｕ　、　Ｔｉを各々のエラチャン
ｌ−を用いてフォトエツチングし、電極金属体（５）間
に発熱抵抗体（４）が露出するパターンを得る。これに
より、フォトエツチング工程が終了し、同図（０）に一
点鎖線で示す領域につきＴａ２０５をスゲくツタリング
して耐摩耗層（６）を形成してサーマルヘッドが形成さ
れる。

ここで、発熱抵抗体（４）を構成するＮｉＣｒＳｉ系の
組成について検討する。第３図はこのＮｉＣｒＳｉ系の
三元合金図を示すものであり、スパッタリング条件は初
期真空度：　６　Ｘ　１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下、アルコ゛
ン圧カニ　４　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ　、スパッタリン
グ出力　ＩＫＷとする。耐熱性絶縁基板（１）としては
ガラスゲレース層（２）がコーティングされたアルミナ
基板とし、各サンプルの膜厚はいずれも０．３μｍとす
る。この第３図において、重量％を小数字で示すとすれ
ば、Ａ点は（Ｎｉ６ｏＳｉ４ｏ）＋Ｂ点は（Ｎｉ６ｏＣ
ｒ２０ＳＩ２０）、０点は（Ｎ　１５Ｑｃｒ４０ｓ　’
１０　）、Ｄ点は（Ｎｉ２０Ｃｒ５０Ｓｉ３０）ＩＥ　
Ａは（ＣｒａｏＳ　ｉ４ｏ　）、Ｆ点は（Ｎｉ２ｏｃｒ
３ｏ８　ｉ５０　）　、　０点は（Ｎｉ４ｏＣｒ＋ｏＳ
ｉｓｏ）　、　Ｈ点は（Ｎｉ４ｏＣｒ＋ｏＳｉｓｏ）　
、Ｊ点は（Ｎｉ４ｏＣｒ＋ｏＳｉｓｏ）である。そして
、図中の曲線は各点から得られた電気特性のうち比抵抗
の等高線を示す。また、温度抵抗係数はいずれも−１０
〜−４５０ｐｐｍ／’Ｃの範囲中の値を有している。

第４図は第３図におけるＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｇ。

Ｈの各点の組成を有する発熱抵抗体を用いて第１図に示
したサーマルヘッドを構成した場合の特性を示すもので
ある。ここで、サーマルヘッドの信頼性のポイントは耐
熱性であり、その良い評価方法としてステップストレス
試験があり、この第４図はステップストレス試験による
ものである。この試験は、サンプル素子に適当なパルス
電力を１ｍｓ　ｅ　ｃ　ＯＮ　、　１．ｍｓ　ｅ　ｃ　
ＯＦＦの繰返しで３０分間加えた後、抵抗変化を測定し
、以下電力を増加させ、同様に各々のステップにおける
初期値からの抵抗変化分を測定を繰返し、劣化特性′ｌ
ｃ調べるものである。

この場合の発熱抵抗体の形状は、ドツトサイズが１００
μｍ　Ｘ　１８０μｍで膜厚は各々の発熱抵抗体の抵抗
値が１５０Ωになるように制御した。ここに、発熱抵抗
体の抵抗値Ｒは比抵抗をρ、膜厚を１１抵抗体長さを看
、抵抗体幅をＷとすると、Ｒ−ρ・ｌ／　ｔ−ｗから膜
厚が決まる。例えば、Ａ点、Ｄ点は１２００Ｘ、ＩＢ点
は６００Ｘ１ｏ点は３６００久、Ｆ点は５ｏｏｏＸ、　
Ｈ点は７０００Ｘとなる。

今、第４図の結果によれば、Ｇ点、Ｈ点の組成を有する
ものが非常に良好なる特性を示すことがわかる。すなわ
ち、従来一般に飲われているＴａｘｉ。

Ｔａ２　Ｎ　、　Ｔａ５ｉ０２等の発熱抵抗体では１．
５ｗ　／　ｄｏｔ付近が限界とされるが、ＮｉＣｒＳｉ
系の発熱抵抗体としその組成を適当に選べば耐熱性の優
れたサーマルヘッドを提供できることがわかる。この第
４図において、Ｂ点の組成のものが特性が悪いのは、５
００μΩｃｍ程度と比抵抗が小さいため、所定の抵抗値
を得るために（佳その膜厚を薄くしなければならず、結
果的に体積当たシの電流密度の増大につながシ劣化が早
まるものと考察される。したがって、適正な膜厚の制御
ができる組成領域が望ましい。以上から、一応Ａ、Ｅ、
Ｄ、Ｆ、Ｈ点付近の組成が好ましいと思われる。しかる
に、Ａ点は同程度の膜厚を有するＤ点、Ｅ点の場合よシ
もその特性が劣る。ここに、Ａ点はＣｒを含有していな
い点でＤ点、Ｅ点と組成が異なる。つまｐ、Ｃｒを含有
することが耐熱性を向上させるための条件の一つとも考
えられる。

ところで、Ｄ点および０点の組成を有する発熱抵抗体を
スパッタリングにより形成する際、スパッタリング時の
初期真空度依存性が太きすぎる。

一方、Ａ点、Ｅ点、Ｈ点などの組成の場合には初期真空
度依存性が小さい。また、真空度が１０゛Ｔｏｒｒ台の
低真空でスパッタリングしたときの膜の抵抗温度係数が
マイナス方向にシフトする傾向がみられ、これはＣｒが
酸化され易い結果ではないかと思われる。このように、
Ｃｒ−ｒｉｃｈ側の組成は真空度依存性が大きくなシ再
現性に乏しい欠点を有している。また、５ｉ−ｒｉｃｈ
側に行くにつれて比抵抗が大きくなり、所定の抵抗値を
得るためには膜厚が厚くなってしまう。膜厚が厚くなる
ことは体積当たｐの電流密度が小さくなシ好ましい傾向
であるが、高密度の発熱抵抗体を形成する際にはエツチ
ング精度について難点があ’ｆ）　、５ｔ−ｒｉｃｈ側
はＨ点付近が上限と考えられる。また、８ｉ−ｒｉｃｈ
側になるにつれ抵抗温度係数がマイナス方向に大きくな
る傾向にあり好ましくない。

このような検討結果によれば、第３図においてり、Ｅ、
Ｈ，Ｊ点、すなわち、（Ｎｉ２゜Ｃｒ５（ＩＳｉ３Ｊ　
。

（Ｎｉ４（ＩＣｒ１０Ｓｉ５ｏ）　、　（Ｎｉ２゜Ｃｒ
１ｏＳｉ７゜）　、　（Ｎｉ＋ｏＣｒ４ｏＳｉｓｏ）の
４点で四重れた領域内の組成によシ発熱抵抗体（４）全
構成することが好ましいといえる。

なお、これらのＮｉＣｒＳｉ系三元素の組成にＭｏ　、
Ｗ。

Ｔａ　、　Ｚｒ　、　Ｈｆ　、　Ｍｎ　、　Ｆｅ　、　
Ｔｉ　、　Ｃｅ　、　Ｓｍ　、　Ｌａ　。

Ｙ　、　Ｎｂ　、　Ｒｈ　、　Ｒｎ　、　ＡＩを一種あ
るいは二種以上の組合せで添加したところ、抵抗温度係
数および比抵抗の変動が小さく、サーマルヘッドとして
テストしたところ、特にＭｏ　、　Ｗ　、Ｔａ　、　Ｚ
ｒ　、Ｙ　、　Ｒｕ。

ＡＩの添加の場合に耐熱性の向上が認められたものであ
る。

ところで、第１図に示したＮｉＣｒＳｉ系発熱抵抗体（
４）を有するサーマルヘッドを構成するに尚た９、発熱
抵抗体（４）、電極金属体（５）を積層形成後にフォト
エツチングにより所定のパターンを形成する際にＮｉＣ
ｒ５　ｉのエツチングに難点がある。しかるに、本実施
例ではＡｕ層（５りと発熱抵抗体（４）との間にＴｉ層
（５ａ）を存在させることにより解決される。

これｈ　、Ｎ　ＩＣｒ　Ｓ　ｉのエッチャントがフッ化
水素のものであシ、第２図に示したプロセスにおいてＣ
ｒ層（５Ｑ）、Ａｕ層（５”）を各々のエッチャントで
エツチングした後、フッ化水素系のエッチャントでＴｉ
／ＮｉＣｒＳｉ　ｆ同時にエツチングする際、Ｔｉとフ
ッ化水素系のエッチャントによ多発生する発生期の水素
によＶ）　ＮｉＣｒＳｉのエツチングが促進され、容易
にエツチングされることがわかる。このようにＴ１層（
５ｃＬ）を介在させることによシバターン形成が非常に
容易となる。

一方、Ｔｉ　／　ＮｉＣｒＳｉのエツチングの際、フッ
化水素系のエッチャントを用いるためガラスグレーズ層
（２）が侵蝕される。しかるに、本実施例ではＴａ２　
ｏ、による耐蝕層（３）が形成されているのでカラスグ
レーズ層（２）の侵蝕は防止される。

発明の効果 本発明は、上述したように発熱抵抗体としてＮｉＣｒＳ
ｉ系発熱抵抗体を用いたので、高速印字に耐え耐熱性に
優れたサーマルヘッドを提供でき、この際、発熱抵抗体
・電極金属体間にＴｉＭを設けたので、精密なパターン
形成が可能となり、エツチングの難点を解決でき、さら
にガラスグレーズ層上に耐蝕層を設けたので、エツチン
グに際してのガラスゲｌノーズ層の侵蝕を防止すること
ができるものである。。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は縦断側
面図、第２区（０−）〜（Ｃ）（はプロセスを示すもの
で、（α）は縦ｉ析側面図、（勺（Ｑ）は平面図、第３
図はＮｉＣｒＳｉの三元合金図、第４図はステップスト
レス試験による特性図である。 １　耐熱性絶縁基板、２・ガラスグレーズ層、３　耐蝕
層、４　　ＮｉＣｒＳｉ系発熱抵抗体、５　電極金属体
、５α　Ｔｉ層、６　・耐摩耗層用　願　人　　　東京
電気株式会社 東京芝浦電気株式会社 にも２図 （σ） 甑） ］Ｊ　剛 （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　耐熱性絶縁基板上にＮｉＣｒＳｉ系発熱抵抗体を設
   け、この発熱抵抗体の両端に電極金属体を設け、前記発
   熱抵抗体の表面を覆う耐摩耗層を設けたことを特徴とす
   るサーマルヘッド。 ２　発熱抵抗体のＮｉＣｒ８ｉにつき、ＮｉＣｒＳｉの
   三成分比を示す三元合金図において（Ｎ　ｉ　２ｏＯＣ
   ｒ　５゜５ｉｓｏ）　＋（Ｎ１４０ｃｒｌＯ８Ｉ５０　
   　）　　　＋　　　（Ｎ１２０ｃｒｌＯ８Ｉ７０　　）
   　　　＋　　　（Ｎｌｌ０Ｃｒ４０ＳＩ５０）（但し、
   小数字は重量係を示す）の４点に囲まれた領域内の組成
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   サーマルヘッド。 ３　耐熱性絶縁基板上にＮｉＣｒＳｉ系発熱抵抗体を設
   け、との発熱抵抗体の両端にＴｉ膜を介して電極金属体
   を設け、前記発熱抵抗体の表面を覆う耐摩耗層を設けた
   ことを特徴とするサーマルヘッド。 ４　耐熱性絶縁基板上にガラスグレーズ層および耐蝕層
   を介してＮｉＣｒＳｉ系発熱抵抗体を設け、この発熱抵
   抗体の両端に電極金属体を設け、前記発熱抵抗体の表面
   を覆う耐摩耗層を設けたことを特徴とするサーマルヘッ
   ド。