JPS6038004B2 - サ−マルヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は棚化モリブデンと酸素とからなる薄膜発熱抵抗
体を有するサーマルヘッドさらにはその製造方法に関す
る。

熱印字記録に用いられるサーマルヘッドは例えばガラス
のような電気的な絶縁性と平滑面とを有する基板上に複
数個の発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に電力を供給する
ための電気導体とを設け、記録すべき情報に従って必要
な熱パタ−ンが得られるように、対応する発熱抵抗体に
電気導体を介して電流を流して発熱させ、記録媒体に接
触することにより記録を行うものである。

そこに用いられる発熱抵抗体としては、従来窒化タンタ
ル、ニクロム酸化錫等の薄膜発熱抵抗体、銀−パラジウ
ム等を用いた厚膜発熱抵抗体、シリコン半導体を用いた
半導体発熱抵抗体がある。このうち薄膜発熱抵抗体を用
いたサーマルヘッド‘ま厚膜発熱抵抗体、半導体発熱抵
抗体等と比較して熱応答性がよく耐熱性、耐熱衝撃性に
優れ、寿命が長く、信頼性が高い等の特徴を有している
。この薄膜発熱抵抗体としては、従来、窒化タンタルが
耐熱性に優れ、信頼性も高く、又固有抵抗値も２５０〜
３００仏○伽と比較的高い値で製造の制御性もよいため
、特に多く用いられている。しかるに窒化タンタルは約
３００℃以上の高温に於ては急激に酸化されその抵抗値
が急激に増加し、記録紙に印字する場合、印字濃度を劣
化させる欠点がある。

一般にはこの欠点を補うために酸化シリコン（Ｓｉ０２
）の耐酸化保護層を設け更にその上に酸化タンタル（Ｔ
ａ２Ｑ）の耐摩耗層を設けてサーマルヘッドとして使用
しているが、サーマルヘッドを長時間駆動させた時の抵
抗変化はなお十分満足できるものではなかった。特に近
年、高速サーマルヘッドの要求が増加しつつあるためヘ
ッドの通電パルス中を短か〈して感熱紙を発色させる必
要があり、従って電力は従来より増加することになり、
発熱抵抗体はさらに高温になるから寿命はより短くなる
。そのためにさらに耐熱性のある発熱抵抗体が要求され
ている。また、窒化タンタルの面積抵抗は、通常５００
／口前後で、サ−マルヘツドとして特に大きくした場合
でも１０００／０程度であり更に抵抗値を大きくするた
めにはトリミングを行なったり、濃厚を薄くする等の方
法を用いるが、その際製造工程が複雑になったり、寿命
に対して悪影響を生じたりする等の欠点が発生する。

このように窒化タンタル薄膜発熱抵抗体では面積抵抗を
大きくとれないため、抵抗体を加熱するだけの電力を供
給するためには必然的に電流が大きくなり、電気導体の
抵抗値が問題になる。

即ち、薄膜発熱抵抗体の抵抗値に対して電気導体の抵抗
値が無視できなくなるから、抵抗体に接続された各電気
導体の距離の差異により各抵抗体の発熱量が異ってしま
い、記録パターンに濃度差が生じ記録品質が劣る。更に
記録密度を上げるため、薄膜発熱抵抗体の大きさを小さ
くすると、薄膜発熱抵抗体の面積抵抗値は不変で電気導
体の抵抗値のみ増大するから、電気導体における電力消
費が問題になるし、又これを避けるために電気導体の厚
さを極端に大きくすると多層配線の場合に表面の凹凸が
激しくなり摩耗にも弱くなるなど構造上大きな不都合が
生じることになる。又電流が大きいことは加熱用電源、
スイッチング回路等の容量を大きくしなければならない
等の不都合も生じる。本発明は上記の点を改良し、酸化
されにくく抵抗値が安定で、比抵抗を高い値まで選択で
きる薄膜発熱抵抗体を用いたサーマルヘッドを提供し、
その特徴とするところは棚化モリブデンと酸素とからな
る発熱抵抗体にある。

この発熱抵抗体においては、棚化モリブデンと酸素とが
原子的なスケールで混在している。以下、図面を参照し
ながら詳細に説明する。

第１図は本発明に適用するサーマルヘッドの形状例の要
部断面図である。同図中の１はセラミックス、ガラスあ
るいは、グレーズドセラミツクスのような電気的な絶縁
物で形成された基板である。２は棚化モリブデンと酸素
とからなる本発明に係る薄膜発熱抵抗体である。

３は該薄膜発熱抵抗体に電力を供給するための電気導体
で、アルミニウム、金等の電気良導体で、形成されてい
る。

又４は薄膜発熱抵抗体及び電気導体の保護層で、例えば
電子ビーム黍着、スパッタ一等によって作製した酸化シ
リコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タ
ンタルあるいはこれらを粗合せた多層構成が用いられ、
これによってサーマルヘッドの寿命を一層長くすること
ができる。本発明の棚化モリブデンと酸素とからなる薄
膜発熱抵抗体の製造はスパッタリング、電子ビーム黍着
いずれも可能であり、スパッタリングによって製造する
方法としては、アルゴンと酸素の混合雰囲気中で棚化バ
ナジウムのターゲットをスパッタリングする方法、棚素
と金属モリブデンを同時にターゲットとする方法、金属
モリブデンのみをターゲットとしてアルゴン、酸素、ジ
ボランを含む雰囲気中で活性スパッタリングを行う方法
などがある。

棚化モリブデンをターゲットとする場合、例えば石英皿
等の上に棚化モリブデンを粉末の状態もしくはプレスし
た状態で置くことにより夕−ゲツトとして用いることも
できるが、あらかじめ１１００００以上の真空ホットプ
レスにより競結させたターゲットを使用する方が、スパ
ッタリングの制御は行いやすい。

また棚素と金属モリブデンを同時にターゲットとする場
合には棚素と金属モリブデンを混合するか、又は一方を
他方に埋め込んだり表面の一部に配置したりして、行う
ことができる。いずれの場合にも１×１０‐汀ｏｒｒ〜
５×１０‐ＩＴｏｒｒのアルゴンと酸素との混合雰囲気
で行うのが良く、好ましくは１×１０‐りｏｎ〜１×１
０‐ＩＴｏｒｒがよい。また、金属モリブデンをターゲ
ットとして、アルゴン、酸素、ジボランの混合雰囲気中
で活性スパッタリングを行う場合には全ガス圧１×１０
‐匁ｏｒｒ〜５×１０‐ＩＴｏｎ、好ましくは１×１０
‐２ｒｏｒｒ〜５×１０‐２Ｔｏｍ、そのなかでジボラ
ンの分圧は全圧力の１〜１０％、好ましくは２〜６％で
ある。

上記のいずれのスパッタリング工程中においても、雰囲
気中の酸素分圧を０．１〜１０％で選択することにより
、発熱抵抗体中に酸素を原子比でモリブデンの０．００
５以上含有させることができる。

酸素含有量は少なすぎては効果がなく、逆に多すぎると
比抵抗の制御が簸かしく、耐熱性も悪くなるのでモリブ
デンの０．０１〜１．０（原子比）が適当であり、０．
０５〜０．６がより好ましく、０．１〜０．３力ミ最も
好ましい。このように作成した発熱抵抗体の固有抵抗値
は１５０仏Ｑ伽〜５０００仏○伽まで選択可能である。
発熱抵抗体を電子ビーム蒸着で製造する場合には、棚化
モリブデンの粉末を約１００ｋ９／め以上の圧力でプレ
スしてタブレットを作りｌｘｌｏ‐４Ｔｏｒｒ以上の高
真空度であらかじめ一定温度に保った基板上に蒸着させ
ることができる。

この時、ニードルバルブ等によって酸素を含む気体を電
子ビーム蒸着中に導入することによって発熱抵抗体中の
酸素含有量をモリブデンの０．００５〜１．０（原子比
）とすることができる。このようにして作成された薄膜
発熱抵抗体は棚化モリブデンと酸素より成り（但し不純
物としてＣ．Ｎなどを含有）、固有抵抗値を高く設定す
れば、電極部の抵抗値がある程度高くても良いから製造
工程が容易になり、電極を薄くすることにより表面の凹
凸が少くなって耐摩耗性が改良される。

また電極部での電圧降下が無視できる程度であることか
ら、薄膜発熱抵抗体の発熱ムラによる発色濃度ムラも小
さくなり、マトリクス配線などの電極パターンの設計が
自由になる。またスパッタリング中あるいは電子ビーム
蒸着中に於いて２０び○〜５００ｏｏの基板加熱を行う
ことによって、基板と薄膜発熱抵抗体との密着性が向上
し、膜の安定性に効果がある。

次に実施例に基づいて説明する。

（実施例 １） １１００００でホットプレスした５インチ径の棚化モリ
ブデンＭＯＢ〔米国ペントロン社製、純度９９％〕のタ
ーゲットを用いて、充分に洗蒸されたガラス厚５０ｒｍ
のグレーズドアルミナ基板を３００ｏｏに基板加熱しな
がらアルゴン圧力４×１０‐汀ｏｒｒ、酸素圧３×１０
‐３Ｔｏｎ、混合ガス雰囲気中で高周波２極スパッタリ
ングを行った。

スパッタ率は２００Ａ／分、投入パワーは３．０Ｗ／の
で５分間スパッタしたところ、１０００Ａの膜厚の薄膜
発熱抵抗体が得られた。比抵抗は１０００仏○弧、面積
抵抗は１０００／口であった。この膜の組成をイオンマ
イクロアナラィザで調べたところ酸素がモリブデンの０
．２８（原子比）含まれていた。この上にチタン１船、
アルミニウムを１仏ｍ電子ビーム蒸着で付け、選択エッ
チングで４本／脚の分解能をもつサーマヘツドパターン
を形成し、これをサーマルヘッドＡ，とした。さらにこ
の上に保護層として酸化シリコン（Ｓｉ０２）を１仏ｍ
、酸化タンタル（Ｔａ２０５）をｌｏＡｍ連続的にスパ
ッタで積層し、サーマルへッドんとした。比較の為に、
高周波２極の反応スパッタリングによってタンタルをタ
ーゲットとし、アルゴンと窒素の全圧力が８×１０‐２
Ｔｏｍ、窒素分圧が１×１ｏ‐４Ｔｏｒｒの条件で１０
００Ａの厚さの窒化タンタル薄膜発熱抵抗体のサーマル
ヘッドＢ，を作成した。

この窒化タンタル薄膜発熱抵抗体は比抵抗が２６０一Ｑ
狐で面積抵抗は２６０／口であった。サーマルヘッドＢ
，に対し、さらに保護膜として酸化シリコン（Ｓｉ０２
）をｌＡｍ、酸化タンタル（Ｔａ２０５）をｌｏＡｍ連
続的にスパッタで積層し、サーマルヘッド弦とした。こ
れらのサーマルヘッドに対して、５０ＨＺで６ｈｓの矩
形波を３０分ごとにＩＷ／柵ずつパワーアップしながら
加速テストを行った。

この結果を第２図に示す。同図から明らかなように、本
発明にかかる製造方法で作成した薄膜発熱抵抗体を有す
るサーマルヘッドは高印加電力に耐えることができ、高
温での抵抗変化が少し、ことがわかつた。つまり、比較
例では保護膜なしでは実用するのが難かしいのに対して
、本発明に係るサーマルヘッドは保護膜なしでも実用で
き、保護膜をつけた場合には非常に良い耐熱性が得られ
た。（実施例 ２） １３００ｑｏでホットプレスした６インチ径の棚化モリ
ブデン（ＮｏＢ）のターゲットを用いて、充分に洗浄さ
れたガラス厚５０〃ｍのグレ−ズドアルミナ基板を２０
０ｑＣに基板加熱して、アルゴン圧力４×１０‐汀ｏｒ
ｒ、酸素圧４×１０‐３Ｔｏｍの混合ガス雰囲気中で高
周波２極スパッタリングを行った。

スパッタ率は２００Ａ／分没入パワーは３．０Ｗ／ので
３分間スパツタしたところ、６００Ａの膜厚の本発明薄
膜発熱抵抗体が得られた。比抵抗は１８００仏○伽、面
積抵抗は３０００／０であった。この上にバナジウム１
０△、アルミニウムを１仏ｍ電子ビーム蒸着で付け、選
択エッチングで６本／柳の分解能をもつサーマルヘッド
パターンを形成し、さらにこの上に保護層として酸化シ
リコン（Ｓｊ０２）を２仏ｍ、酸化アルミニウム（ＡＩ
２０３）を５Ａｍ連続的にスパッタで糟層し、サーマル
ヘッドを作成した。このサーマルヘッドーこ対して実施
例１と同じ加速テストを施したところ、サーマルへッド
んと同様な結果が得られた。（実施例 ３） ６インチ径の金属モリブデン板上に、蛾結した１／４イ
ンチ径のホウ素板を多数個遭いて表面積比で金属モリブ
デン：棚素がおよそ１：２になるようにしたターゲット
を用いた。

充分に洗浄されたグレーズドセラミックス基板を５００
℃に基板加熱してアルゴン圧：３×１０‐２Ｔｏｍ酸素
圧２×１０‐汀ｏｒｒで、Ｒ．Ｆ．２極でスパッタした
。スパッタ率は１００Ａ／分で８分間スパツタしたとこ
ろ８００Ａの膜厚、固有抵抗値８８０り○肌、面積抵抗
１１００／口の薄膜発熱抵抗体が得られた。この上にチ
タンを１０Ａ、アルミニウムをｌＡｍ電子ビームで蒸着
した後、選択エッチングで４本／側分解能をもつサーマ
ルヘッドパターンを形成した。次に保護膜として酸化マ
グネシウム（Ｍｇ０）１０仏ｍをスパッタで積層した。
このサーマルヘツド‘こ対して実施例１と同じ加速テス
トを行ったところ、２２Ｗ／桝まで抵抗変化率は±２％
以内で、窒化タンタルを用いたサーマルヘッドに比して
非常に良好な結果が得られた。

（実施例 ４）６インチ径の金属モリブデン板をターゲ
ットとして用いた。

充分に洗浄されたグレーズドセラミックス基板を４００
℃に基板加熱してアルゴン、ジボラン、酸素浪合ガス雰
囲気中で活性スパッタリングをおこなった。アルゴン十
ジボラン＋酸素の全圧力は３．５×１０‐５Ｔｏｍ、ジ
ボラン分圧は１．５×１０−４Ｔｏｒｒ、酸素分圧は１
×１０‐４Ｔｏｒｒで高周波スパッ外こて１０００△の
膜厚をつけた。面積抵抗は４５０／口の（固有抵抗値は
４５０仏○肌）であった。この上にバナジウムを１００
Ａ、金を１〃ｍ電子ビームで蒸着した後、選択エッチン
グで４本／剛分解能をもつサーマルヘッドパターンを形
成した。次いで保護膜として酸化アルミニウム（ＡＩ２
０３）ｌｏ】ｍをスパッタで穣層した。このサーマルヘ
ツドーこ対して実施例１と同じ加速テストをおこなった
ところ２２．５Ｗ／物まで抵抗変化率は土２％以内であ
った。本例もまた前記比較例の窒化タンタルを用いたサ
ーマルヘッドより非常に良好な結果が得られた。（実施
例 ５） 棚化モリブデンの粉末を１００Ｘ９／鮒以上でプレスし
たタブレットを作成し、あらかじめ充分に洗浄されたグ
レーズドセラミックス基板上に基板加熱３００００、真
空度２×１０‐６Ｔｏｎまで真空にひいた後、乾燥空気
をニードルバルブで導入しながら真空度５×１０‐６Ｔ
ｏｎで１０００Ａの厚さに電子ビームで蒸着した。

この面積抵抗は約６００／口（固有抵抗値は約６００一
○伽）であった。次にこの上にチタンを１０Ａ、アルミ
ニウムを１．５ムｍ電子ビームにより蒸着した後、選択
エッチングにより４本／肋の分解能をもったパターンを
形成した後酸化シリコン（Ｓｉ０２）を１ムｍ、酸化タ
ンタル（Ｔａ２０５）をｌｏＡｍ連続的にスパッタで鏡
層し、サーマルヘッドを作成した。このサーマルヘッド
に対して実施例１と同じ加速テストを施したところ、サ
ーマルへッドんと同様な良好な結果が得られた。

この膜の組成をイオンマイクロアナラィザで調べたとこ
ろ酸素がモリブデンの０．２３（原子比）含まれていた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサーマルヘッドの形状例の姿部断
面図。 第２図は本発明の効果を示す特性図。１・・・・・・基
板、２・・・・・・薄膜発熱抵抗体、３・・・・・・電
気導体、４・…・・保護層。 弟ｌ図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板と、該基板上に形成された発熱抵抗体と、該発
   熱抵抗体に電力を供給する電気導体とを有するサーマル
   ヘツドにおいて、発熱抵抗体が硼化モリブデンと酸素と
   からなることを特徴とするサーマルヘツド。 ２ 発熱抵抗体において酸素の含有量がモリブデンの０
   ．００５（原子比）以上である特許請求の範囲第１項記
   載のサーマルヘツド。 ３ 発熱抵抗体において酸素の含有量がモリブデンの０
   ．０１〜１．０（原子比）である特許請求の範囲第１項
   記載のサーマルヘツド。 ４ 発熱抵抗体が酸化シリコン薄膜で覆われている特許
   請求の範囲第１項ないし第３項記載のサーマルヘツド。 ５ 酸化タンタルの保護膜を有する特許請求の範囲第１
   項ないし第４項記載のサーマルヘツド。６ 酸化アルミ
   ニウムの保護膜を有する特許請求の範囲第１項ないし第
   ４項記載のサーマルヘツド。 ７ 酸化マグネシウムの保護膜を有する特許請求の範囲
   第１項ないし第４項記載のサーマルヘツド。 ８ 硼化モリブデンと酸素とからなる発熱抵抗体をスパ
   ツタリングで製造することを特徴とするサーマルヘツド
   の製造方法。 ９ アルゴン酸素とを含有する混合気体中でスパツタリ
   ングする特許請求の範囲第８項記載の製造方法。 １０ スパツタリングのターゲツトが硼化モリブデンを
   ホツトプレスしたものである特許請求の範囲第８項また
   は第９項記載の製造方法。 １１ 金属モリブデンと硼素とを同時にターゲツトする
   ように配置した特許請求の範囲第８項または第９項記載
   の製造方法。 １２ アルゴンと酸素とジボランとを含有する混合気体
   中でスパツタリングする特許請求の範囲第８項記載の製
   造方法。 １３ 金属モリブデンをターゲツトとする特許請求の範
   囲第１２項記載の製造方法。 １４ ２００℃〜５００℃の基板加熱を行いながらスパ
   ツタリングを行う特許請求の範囲第８項ないし第１３項
   記載の製造方法。 １５ 硼化モリブデンと酸素とからなる発熱抵抗体を電
   子ビーム蒸着で製造することを特徴とするサーマルヘツ
   ドの製造方法。 １６ 酸素を含む気体を導入しながら電子ビーム蒸着を
   行う特許請求の範囲第１５項記載の製造方法。 １７ ２００℃〜５００℃の基板加熱を行いながら電子
   ビーム蒸着を行う特許請求の範囲第１５項また第１６項
   記載の製造方法。