JPS6119438B2 - - Google Patents

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JPS6119438B2
JPS6119438B2 JP53001033A JP103378A JPS6119438B2 JP S6119438 B2 JPS6119438 B2 JP S6119438B2 JP 53001033 A JP53001033 A JP 53001033A JP 103378 A JP103378 A JP 103378A JP S6119438 B2 JPS6119438 B2 JP S6119438B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boride
thermal head
heating resistor
thin film
oxide
Prior art date
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Expired
Application number
JP53001033A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5494342A (en
Inventor
Akira Niimi
Toshitami Hara
Masahisa Fukui
Yoshiaki Shirato
Yoshiki Hazemoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to JP103378A priority Critical patent/JPS5494342A/en
Priority to US05/906,359 priority patent/US4296309A/en
Publication of JPS5494342A publication Critical patent/JPS5494342A/en
Priority to US06/552,013 priority patent/US4545881A/en
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は発熱抵抗体が2種以上の金属硼化物か
らなるサーマルヘツドに関する。 熱印字記録に用いられるサーマルヘツドは例え
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つて必要な熱パターンが得ら
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
とにより記録を行なうものである。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ツドは厚膜発熱抵抗体、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、窒化タンタルが比較的耐熱性に優
れ、信頼性も高く、又、固有抵抗値も250〜300μ
Ωcm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
対し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(SiO2)の耐酸化保護層を設け更にそ
の上に酸化タンタル(Ta2O5)の耐摩耗層を設け
てサーマルヘツドとして使用しているが、サーマ
ルヘツドを長時間駆動させた時に抵抗変化は少く
なく、なお十分満足できるものではなかつた。特
に近年高速サーマルヘツドの要求が増加しつつあ
るためヘツドの通電パルス巾を短かくして感熱紙
を発色させる必要があり、従つて電力は従来より
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かくなる。そのため、さら
に耐熱性のある発熱抵抗体が要求されている。 本発明は上記の点を改良して、酸化されにくく
抵抗値が安定な薄膜発熱抵抗体を有するサーマル
ヘツドを供給することを目的とし、その特徴とす
るところは、薄膜発熱抵抗体として2種類以上の
金属硼化物を使毛したサーマルヘツド、前記発熱
体を覆う保護膜との組合せ、さらには前記薄膜発
熱抵抗体の製造方法にある。この発熱抵抗体にい
ては、2種類以上の金属硼化物が原子的なスケー
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ツドの形
状例の要部断面図である。同図中の1はセラミツ
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2種以上の金属硼化物の薄膜発熱抵抗体で
ある。 ここで、2種以上の金属硼化物とは、硼化ジル
コニウム、硼化ハフニウム、硼化ランタン、硼化
クロム、硼化チタン、硼化タンタル、硼化ニオ
ブ、硼化タングステン、硼化モリブデン、硼化バ
ナジウムから選ばれた2種類以上の金属硼物を含
むものである。 3は該薄膜発熱抵抗体に電力供給するための電
気導体で、アルミニユウム、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、電子ビーム蒸着、ス
パツター等によつ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
等あるいはこれらを組合せた多層構成が用いら
れ、これによつてサーマルヘツドの寿命を一層長
くすることができる。 本発明の薄膜発熱抵抗体の製造は、電子ビーム
蒸着法、スパツタリング法いずれも可能であり、
電子ビーム蒸着法での製造は2種類以上の金属硼
化物の粉末を要求される組成比で均一に混合し約
100Kg/cm2以上の圧力でプレスしてタブレツトを
作り、1×10-4Torr以上の高真空度で、あらか
じめ一定温度に保つた基板上に蒸着させることが
できる。一方、スパツタリング法で製造するとき
は、例えば、石英皿等の上にあらかじめ金属硼化
物の粉末を一定組成比に混合した粉末の状態もし
くはプレスした状態でターゲツトとすることもで
きるが、あらかじめ1100℃以上の真空ホツトプレ
スにより、焼結されたターゲツトを使用する方が
スパツタリングの制御は行いやすい。また、金属
硼化物の円板の表面に部分的に他の金属硼化物を
配置したりして組成比を表面積の比としてターゲ
ツトとして行うこともできる。 いずれの場合も1×10-3Torr〜5×10-1Torr
のアルゴン雰囲気で行うのがよく、好ましくは、
1×10-2Torr〜1×10-1Torrがよい。また、ス
パツタリング中あるいは電子ビーム蒸着中に於い
て200℃〜500℃の基板加熱を行うことによつて基
板に対して金属硼化物の密着性が向上し、又、膜
の安定性に効果がある。さらにまたスパツタリン
グあるいは電子ビーム蒸着の後で200℃〜650℃の
温度で真空中、大気中又はアルゴンガス等の雰囲
気中で熱処理を行なうことにより、必要な抵抗値
にコントロールすることができ、しかも、サーマ
ルヘツドとして使用する場合の安定性も増加する
ため寿命に対して効果がある。熱処理温度は、
200℃以下では抵抗値変化は非常に少ないために
長時間の熱処理時間が要求され、一方、650℃以
上では抵抗値の変化が急激に起こつたり、又、ガ
ラス等の基板では使用できなくなるなど使用上の
制約或いは制御の困難さのため熱処理温度は200
℃〜650℃が望ましい。このようにして得られた
2種類以上の金属硼化物から成る発熱抵抗体は不
純物として酸素、窒素、炭素を含むが、このサー
マルヘツドは酸化されにくくて安定で、従来の窒
化タンタルを用いたサーマルヘツドの使用電力限
界が最大17〜18W/mm2であつたのに対して、最大
25〜25.5W/mm2の電力供給に対しても十分使用で
きる。このことは、発熱抵抗体に大きな電力を印
加して高温とする高速印字用のサーマルヘツドに
も好適である。さらにこの2種類以上の金属硼化
物の薄膜抵抗体の固有抵抗値は80μΩcm〜5×
103μΩcmと広い範囲の中から選択できるので高
抵抗値に設定すれば発熱させるための電流は少な
くてすみ、電極を薄く作製することができるので
製造工程が簡単になり、凹凸が少なくなるため摩
耗に対しても強くなる。また、電極部の抵抗の影
響による薄膜発熱抵抗体の発熱量も無視できる。 次に実施例に基いて説明する。 (実施例 1) あらかじめ十分に洗浄されたグレーズドセラミ
ツクス基板にZrB2(50wt%)−HfB2(50wt%)の
組成を1300℃でホツトプレスしたターゲツトとし
て、高周波2極スパツタで、アルゴンのトータル
圧力5×10-2Torr、基板加熱度200℃の条件にて
700Åの厚さの発熱体を作製した。この固有抵抗
値は約420μΩcmでこの時の面積抵抗は約600Ω/
□であつた。この上にチタンを10Åアルミニウム
を1.5μm電子ビームで蒸着した後、選択エツチ
ングで4本/mmの分解能をもつサーマルヘツド
A11を形成した。 次いで該サーマルヘツドA11に保護層として電
子ビーム蒸着により酸化タンタルを膜厚6μm蒸
着したサーマルヘツドA12、酸化アルミニウムを
膜厚8μm蒸着したサーマルヘツドA13、酸化マ
グネシウムを膜厚5μm蒸着したサーマルヘツド
A14、及び酸化シリコンを膜厚1.5μm次いで酸化
タンタルを膜厚6μmの二層構成に蒸着したサー
マルヘツドA15を用意した。 比較のために、高周波2極の反応スパツタリン
グによつてタンタルをターゲツトとし、アルゴン
と窒素の全圧力が8×10-2Torr、窒素分圧が1
×10-4Torrの条件で700Åの厚さの窒化タンタル
発熱抵抗体のサーマルヘツドB11を作製した。こ
の薄膜をX線回折で分析したところTa2Nであつ
た。また、固有抵抗値は約245μΩcmでこの時の
面積抵抗値は約35Ω/□であつた。次いで該サー
マルヘツドB11にスパツタリングによつて6μm
厚の酸化タンタル保護層を設けたものB12と、酸
化シリコン膜を1.5μm設け更にその上に6μm
厚の酸化タンタル膜を設けた2層構成の保護層を
有するものB13を用意した。 用意されたこれらのサーマルヘツドに対して、
パルス幅6ms,50Hzの繰り返し電圧を印加し、そ
の供給電力を30分に1Watt/mm2ずつ増加させて加
速テストを行つたときの抵抗変化率△R/R×100 (%)の測定結果を第2図に示す。ここでRはテ
スト前の抵抗値、△Rは抵抗値の変化分である。 スパツターにより作製した硼化ジルコニウムと
硼化ハフニウムの混合した薄膜発熱抵抗体A11
窒化タンタル薄膜発熱抵抗体B11と比べて、単位
面積当り約1.8倍の電力を供給できる。又、保護
層を設けることにより、単位面積当りに供給でき
る電力は大巾に改善されるが、硼化ジルコニウム
と硼化ハフフニウムの混合した薄膜発熱抵抗体は
電子ビーム蒸着によつて作製した酸化タンタル
(A12)、酸化アルミニウム(A13)、酸化マグネシ
ユウム(A14)の保護層を一層だけ使用した場合
でも、二層の保護層をもつ窒化タンタル薄膜発熱
抵抗体のサーマルヘツドB13より優れており、一
層の保護層を有する窒化タンタル薄膜発熱抵抗体
のサーマルヘツドB12よりもはるかに優れてい
た。又、硼化タンタル上に酸化シリコンと酸化タ
ンタルの二層の保護層を設けたサーマルヘツド
A15はさらに大巾に改善された。この最大供給電
力の増大は定電力駆動の場合、発熱現象にともな
う発熱抵抗体の劣化が軽減されることを意味す
る。通常、感熱記録紙への熱エネルギー伝達に際
しての供給電力は接触圧により異なるが大体11〜
14W/mm2で十分であるから窒化タンタル薄膜発熱
抵抗体の場合は、酸化シリコンと酸化タンタルの
組合せ等の二層構成の保護層が必須のものである
のに対し、硼化ジルコニウムと硼化ハフニウムを
混合した薄膜発熱抵抗体の場合は、酸化タンタ
ル、酸化アルミニウム、酸化マグネシユウム等の
一層の保護層のみで十分印字でき、二層の保護層
があると更に寿命がのびることがわかる。 (実施例 2) 硼化ジルコニウムZrB2(70wt%)と硼化チタ
ンTiB2(30wt%)を十分に混合した粉末を100
Kg/cm2以上でプレスしたタブレツトを作製しあら
かじめ充分に洗浄されたグレーズドセラミツクス
基板上に基板加熱300℃、真空度5×10-6Torrで
1000Åの厚さに電子ビームで蒸着した。この固有
抵抗値は約800μΩcmでこの時の面積抵抗は約80
Ω/□であつた。 次にこの上にチタンを10Å、アルミニウムを
1.5μm電子ビームにより蒸着した後、選択エツ
チングにより4本/mmの分解能をもつたパターン
を形成してサーマルヘツドC11とした。 このサーマルヘツドC11に対して保護層をスパ
ツターにより形成し、酸化タンタル6μmのサー
マルヘツドC12、酸化アルミニウム8μmのサー
マルヘツドC13、酸化マグネシユウム5μmのサ
ーマルヘツドC14、酸化シリコン1.5μm次いで酸
化タンタル6μmの二層構成としたサーマルヘツ
ドC15を用意した。 これらのサーマルヘツドに対して実施例1と同
じテストを行い抵抗変化率を測定した。その結
果、抵抗変化率が急激に増加する単位面積当りの
電力限界値はそれぞれ、C11では13W/mm2、C12
は18.5W/mm2、C13では18.5W/mm2、C14では
18.5W/mm2、C15では20W/mm2であつた。 (実施例 3) 金属硼化物として、硼化ジルコニウム
(ZrB2)、硼化ハフニウム(HfB2)、硼化チタン
(TiB2)、硼化クロム(CrB2)、硼化ニオブ
(NbB2)、硼化バナジウム(VB2)、硼化モリブデ
ン(MoB)、硼化タングステン(WB)、硼化タン
タル(TaB2)、硼化ランタン(LaB2)の中から表
1に示すような組成を選び、これらの金属硼化物
の粉末を均一に混合したものを5インチ径の石英
皿の上に置きターゲツトとした。これらのターゲ
ツトを用いて実施例1と同じ条件にてスパツタリ
ングを行ない膜厚1000Åの発熱体を作成した。 この上にチタンを30Å、アルミニウムを約1.5
μm電子ビームで蒸着した後、選択エツチングで
4本/mmの分解能をもつサーマルヘツドを形成し
た。 さらに、該サーマルヘツドに保護層としてスパ
ツタリングにより酸化シリコンを膜厚約1.5μ
m、次いで、酸化タンタルを膜厚6μmのの二層
構成に蒸着したサーマルヘツドを用意した。これ
らの保護膜の設けないサーマルヘツドと保護膜を
設けたサーマルヘツドに対して実施例1と同じテ
ストを行ない、抵抗変化率を測定した。
The present invention relates to a thermal head in which the heating resistor is made of two or more metal borides. A thermal head used for thermal print recording has a plurality of heat generating resistors on a substrate with electrical insulation and a smooth surface, such as glass, and an electric conductor for supplying power to the heat generating resistors. established,
Recording is performed by passing a current through a corresponding heating resistor through an electric conductor to generate heat so as to obtain a necessary thermal pattern according to the information to be recorded, and bringing the resistor into contact with a recording medium. Heat generating resistors used therein include conventional thin film heat generating resistors such as tantalum nitride and nichrome, thick film heat generating resistors using silver-palladium, etc., and semiconductor heat generating resistors using silicon semiconductor. Among these, thermal heads using thin film heating resistors have better thermal response, superior heat resistance and thermal shock resistance, longer lifespan, and higher reliability than thick film heating resistors, semiconductor heating resistors, etc. It has the following characteristics. Conventionally, tantalum nitride has been used as a thin film heating resistor because it has relatively excellent heat resistance, high reliability, and has a specific resistance value of 250 to 300μ.
Because it has a relatively high value of Ωcm and has good manufacturing controllability,
Especially often used. However, tantalum nitride is rapidly oxidized when exposed to high temperatures of approximately 300° C. or higher, resulting in a rapid increase in its resistance value, which has the disadvantage of deteriorating print density when printing on recording paper. Generally, to compensate for this drawback, an oxidation-resistant protective layer of silicon oxide (SiO 2 ) is provided, and then a wear-resistant layer of tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) is provided on top of the layer for use as a thermal head. When the head was driven for a long time, the change in resistance was not small and was still not completely satisfactory. In particular, as the demand for high-speed thermal heads has increased in recent years, it is necessary to shorten the energizing pulse width of the head to color the thermal paper, which means that the electric power is increased compared to before, and the heating resistor becomes even hotter. lifespan becomes shorter. Therefore, there is a demand for a heating resistor with even higher heat resistance. The present invention aims to improve the above points and provide a thermal head having a thin film heating resistor that is resistant to oxidation and has a stable resistance value.The present invention is characterized by having two or more types of thin film heating resistors. The present invention provides a thermal head using metal boride, a combination with a protective film covering the heating element, and a method for manufacturing the thin film heating resistor. In this heating resistor, two or more types of metal borides are mixed on an atomic scale. A detailed description will be given below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a main part of an example of the shape of a thermal head applied to the present invention. Reference numeral 1 in the figure is a substrate made of an electrically insulating material such as ceramics, glass, or glazed ceramics. 2 is a thin film heating resistor made of two or more metal borides. Here, two or more metal borides include zirconium boride, hafnium boride, lanthanum boride, chromium boride, titanium boride, tantalum boride, niobium boride, tungsten boride, molybdenum boride, and boride. It contains two or more metal borides selected from vanadium chloride. Reference numeral 3 denotes an electric conductor for supplying power to the thin film heating resistor, which is made of a good electric conductor such as aluminum or gold. Further, 4 is a protective layer for the thin film heat generating resistor and electric conductor, for example, silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, etc. produced by electron beam evaporation, sputtering, etc., or a multilayer structure using a combination of these is used. This makes it possible to further extend the life of the thermal head. The thin film heating resistor of the present invention can be manufactured by either electron beam evaporation method or sputtering method.
Manufacturing using the electron beam evaporation method involves uniformly mixing two or more types of metal boride powders in the required composition ratio.
Tablets can be made by pressing at a pressure of 100 Kg/cm 2 or more, and then vapor-deposited on a substrate that has been kept at a constant temperature in a high vacuum of 1 x 10 -4 Torr or more. On the other hand, when manufacturing by the sputtering method, for example, the target can be prepared by mixing metal boride powder at a certain composition ratio on a quartz dish or the like, or in a pressed state. It is easier to control sputtering by using a sintered target using the vacuum hot press described above. Alternatively, another metal boride may be placed partially on the surface of the metal boride disk, and the composition ratio may be used as a target based on the surface area ratio. In either case, 1×10 -3 Torr ~ 5×10 -1 Torr
This is preferably carried out in an argon atmosphere of
1×10 -2 Torr to 1×10 -1 Torr is preferable. In addition, heating the substrate to 200°C to 500°C during sputtering or electron beam evaporation improves the adhesion of the metal boride to the substrate, and also has an effect on the stability of the film. . Furthermore, after sputtering or electron beam evaporation, heat treatment is performed at a temperature of 200°C to 650°C in vacuum, air, or an atmosphere of argon gas, etc., so that the resistance value can be controlled to the required value. It also increases stability when used as a thermal head, which has an effect on longevity. The heat treatment temperature is
At temperatures below 200℃, the change in resistance value is very small, so a long heat treatment time is required.On the other hand, at temperatures above 650℃, the resistance value changes rapidly, and substrates such as glass become unusable. Due to usage restrictions or control difficulties, the heat treatment temperature is 200℃.
℃~650℃ is desirable. The heating resistor made of two or more metal borides thus obtained contains oxygen, nitrogen, and carbon as impurities, but this thermal head is stable and resistant to oxidation, compared to conventional thermal head using tantalum nitride. While the maximum power usage limit for heads was 17 to 18W/ mm2 , the maximum
It can also be used for power supply of 25 to 25.5W/ mm2 . This is also suitable for a thermal head for high-speed printing, in which a large amount of power is applied to the heating resistor to raise the temperature to a high temperature. Furthermore, the specific resistance value of the thin film resistor made of these two or more metal borides is 80μΩcm ~ 5×
You can choose from a wide range of 10 3 μΩcm, so if you set a high resistance value, you will need less current to generate heat, and the electrodes can be made thinner, which simplifies the manufacturing process and reduces unevenness. It also becomes more resistant to wear. Further, the amount of heat generated by the thin film heating resistor due to the influence of the resistance of the electrode portion can be ignored. Next, it will be explained based on an example. (Example 1) A composition of ZrB 2 (50 wt%) - HfB 2 (50 wt%) was hot-pressed at 1300°C on a glazed ceramic substrate that had been thoroughly cleaned in advance, and a total pressure of 5 argon was applied using a high-frequency bipolar sputter. Under conditions of ×10 -2 Torr and substrate heating degree of 200℃
A heating element with a thickness of 700 Å was fabricated. This specific resistance value is approximately 420μΩcm, and the area resistance at this time is approximately 600Ω/
It was □. After evaporating titanium and 10 Å aluminum using a 1.5 μm electron beam, selective etching was performed to create a thermal head with a resolution of 4 lines/mm.
Formed A 11 . Next, a thermal head A 12 was formed by depositing tantalum oxide to a thickness of 6 μm as a protective layer on the thermal head A 11 by electron beam evaporation, a thermal head A 13 was formed by depositing aluminum oxide to a thickness of 8 μm, and a thermal head was deposited with magnesium oxide to a thickness of 5 μm.
A 14 and a thermal head A 15 were prepared in which silicon oxide was deposited to a thickness of 1.5 μm and tantalum oxide was deposited in a two-layer structure with a thickness of 6 μm. For comparison, tantalum was targeted by high-frequency bipolar reactive sputtering, with a total pressure of argon and nitrogen of 8 × 10 -2 Torr, and a partial pressure of nitrogen of 1
A thermal head B11 of a tantalum nitride heating resistor with a thickness of 700 Å was fabricated under the conditions of ×10 -4 Torr. When this thin film was analyzed by X-ray diffraction, it was found to be Ta 2 N. Further, the specific resistance value was approximately 245 μΩcm, and the area resistance value at this time was approximately 35Ω/□. Next, the thermal head B 11 is coated with a thickness of 6 μm by sputtering.
B 12 with a thick tantalum oxide protective layer and a 1.5 μm thick silicon oxide film with a 6 μm thick layer on top.
A sample B13 having a two-layer protective layer provided with a thick tantalum oxide film was prepared. For these thermal heads prepared,
Here are the measurement results of the resistance change rate △R/R×100 (%) when performing an accelerated test by applying a repeated voltage with a pulse width of 6ms and 50Hz and increasing the supplied power by 1Watt/ mm2 every 30 minutes. Shown in Figure 2. Here, R is the resistance value before the test, and ΔR is the change in resistance value. The thin film heating resistor A 11 made of a mixture of zirconium boride and hafnium boride produced by sputtering can supply approximately 1.8 times more power per unit area than the tantalum nitride thin film heating resistor B 11 . In addition, by providing a protective layer, the power that can be supplied per unit area is greatly improved, but thin film heating resistors made of a mixture of zirconium boride and haffnium boride are made of tantalum oxide made by electron beam evaporation. Even when only one protective layer of aluminum oxide (A 12 ), aluminum oxide (A 13 ), or magnesium oxide (A 14 ) is used, the thermal head B 13 is superior to the tantalum nitride thin film heating resistor thermal head B 13 with two protective layers. This was much better than the thermal head B12 , which is a tantalum nitride thin film heating resistor with one protective layer. In addition, a thermal head with a two-layer protective layer of silicon oxide and tantalum oxide on tantalum boride
The A 15 has been further improved. This increase in the maximum power supply means that in the case of constant power driving, deterioration of the heating resistor due to heat generation phenomenon is reduced. Normally, the power supplied when transmitting thermal energy to thermal recording paper varies depending on the contact pressure, but is approximately 11~
14W/mm 2 is sufficient, so in the case of tantalum nitride thin film heating resistors, a two-layer protective layer such as a combination of silicon oxide and tantalum oxide is essential, whereas zirconium boride and boron In the case of a thin film heating resistor containing hafnium, printing can be achieved with just one protective layer such as tantalum oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, etc., and it can be seen that the life of the resistor can be further extended by having two protective layers. (Example 2) 100% of powder was prepared by thoroughly mixing zirconium boride ZrB 2 (70 wt%) and titanium boride TiB 2 (30 wt%).
A tablet pressed at Kg/cm 2 or more was prepared and placed on a glazed ceramic substrate that had been thoroughly cleaned beforehand at a temperature of 300℃ and a vacuum of 5×10 -6 Torr.
Electron beam deposition was performed to a thickness of 1000 Å. This specific resistance value is approximately 800 μΩcm, and the area resistance at this time is approximately 80
It was Ω/□. Next, on top of this, 10Å of titanium and aluminum
After vapor deposition using a 1.5 μm electron beam, a pattern with a resolution of 4 lines/mm was formed by selective etching to form a thermal head C11 . Protective layers were formed on this thermal head C 11 by sputtering: a thermal head C 12 of tantalum oxide 6 μm, a thermal head C 13 of aluminum oxide 8 μm, a thermal head C 14 of magnesium oxide 5 μm, a silicon oxide 1.5 μm, and then tantalum oxide 1.5 μm. A thermal head C15 having a two-layer structure of 6 μm was prepared. These thermal heads were subjected to the same test as in Example 1, and the rate of change in resistance was measured. As a result, the power limits per unit area at which the resistance change rate increases rapidly are 13 W/mm 2 for C 11 , 18.5 W/mm 2 for C 12 , 18.5 W/mm 2 for C 13 , and 18.5 W/mm 2 for C 14 , respectively.
It was 18.5W/mm 2 , and 20W/mm 2 for C 15 . (Example 3) As metal borides, zirconium boride (ZrB 2 ), hafnium boride (HfB 2 ), titanium boride (TiB 2 ), chromium boride (CrB 2 ), niobium boride (NbB 2 ), Select the composition shown in Table 1 from vanadium boride (VB 2 ), molybdenum boride (MoB), tungsten boride (WB), tantalum boride (TaB 2 ), and lanthanum boride (LaB 2 ), A uniform mixture of these metal boride powders was placed on a 5-inch diameter quartz dish and used as a target. Using these targets, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 to produce a heating element with a film thickness of 1000 Å. On top of this, 30Å of titanium and approximately 1.5Å of aluminum
After evaporation with a μm electron beam, a thermal head with a resolution of 4 lines/mm was formed by selective etching. Furthermore, silicon oxide was applied to the thermal head as a protective layer to a thickness of approximately 1.5 μm by sputtering.
Next, a thermal head was prepared in which tantalum oxide was deposited in a two-layer structure with a thickness of 6 μm. The same test as in Example 1 was conducted on the thermal head without a protective film and the thermal head with a protective film, and the rate of change in resistance was measured.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 この時の抵抗変化率が急激に増加する単位面積
当りの電力限界値を表2に示す。 表2から明かなごとく、前記比較例の窒化タン
タルを用いたサーマルヘツドより非常に良好な結
果が得られた。 (実施例 4) 5インチ径の石英皿に硼化ハフニウム(80wt
%)と硼化ランタン(20wt%)の粉末を十分に
混合したものを置いてターゲツトとした。十分に
洗浄されたグレーズドセラミツクス基板を、基板
加熱200℃、アルゴン分圧5×10-2Torrで高周波
2極スパツタを行つた。スパツタ率を100Å/
minで10分間スパツタしたところ約400Ω/□の
薄膜発熱抵抗体が得られた。この上にチタンを
100Å、金を1μm電子ビームで蒸着した後、選
択エツチングで4本/mm分解能をもつサーマルヘ
ツドパターンを形成した。次に、550℃で10時間
空気中で熱処理したところ、発熱抵抗体の抵抗値
は40Ω/□から75Ω/□に増大した。この発熱抵
抗体上に保護膜としてて酸化タンタル(Ta2O5
を6μmの厚さにスパツタしてサーマルヘツド
D12を得た。また、比較の為に上記工程から熱処
理を除いて得たサーマルヘツドD11も用意した。 これらのサーマルヘツドに50Hzで6ms、
1Watt/mm2の矩形波を継続して印加した時の抵抗
変化率測定結果を第3図に示す。5×108回の印
加パルス回数でD11の抵抗変化率が10%以上であ
るのに対してD12は8%であり熱処理により抵抗
変化が少なくなり安定化した。 (実施例 5) 実施例4の熱処理を、Ar中650℃で2時間に変
えたところ抵抗は40Ω/□から38Ω/□に変化し
た。ここで保護膜として酸化タンタル(Ta2O5
6μmをスパツタしてサーマルヘツドD13を得
た。 ここで実施例4と同じ耐久テストを行つた。そ
の結果を第3図中に示すが、実施例4の例よりも
良好な結果が得られ、5×108回のパルス印加回
数に於いても抵抗変化率は約3%だつた。
[Table] Table 2 shows the power limit values per unit area at which the rate of resistance change rapidly increases at this time. As is clear from Table 2, much better results were obtained than the thermal head using tantalum nitride in the comparative example. (Example 4) Hafnium boride (80 wt.
A sufficiently mixed powder of lanthanum boride (20wt%) and lanthanum boride (20wt%) was placed as a target. A thoroughly cleaned glazed ceramic substrate was subjected to high-frequency bipolar sputtering at a heating temperature of 200° C. and an argon partial pressure of 5×10 −2 Torr. Reduce spatter rate to 100Å/
After sputtering at min for 10 minutes, a thin film heating resistor of about 400Ω/□ was obtained. Titanium on top of this
After depositing 100 Å gold with a 1 μm electron beam, a thermal head pattern with a resolution of 4 lines/mm was formed by selective etching. Next, when heat treated in air at 550°C for 10 hours, the resistance value of the heating resistor increased from 40Ω/□ to 75Ω/□. Tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) is used as a protective film on this heating resistor.
sputtered to a thickness of 6 μm and attached to a thermal head.
Got D12 . For comparison, a thermal head D11 obtained by removing the heat treatment from the above process was also prepared. 6ms at 50Hz for these thermal heads,
Figure 3 shows the resistance change rate measurement results when a 1 Watt/mm 2 square wave was continuously applied. The resistance change rate of D11 was 10% or more after 5×10 8 pulses were applied, whereas it was 8% for D12 , and the resistance change was reduced and stabilized by heat treatment. (Example 5) When the heat treatment in Example 4 was changed to 650°C in Ar for 2 hours, the resistance changed from 40Ω/□ to 38Ω/□. Here, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) is used as a protective film.
A thermal head D13 was obtained by sputtering 6 μm. Here, the same durability test as in Example 4 was conducted. The results are shown in FIG. 3, and the results were better than those of Example 4, and the resistance change rate was about 3% even when 5×10 8 pulses were applied.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係るサーマルヘツドの形状例
の要部断面図。第2図、第3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。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of an example of the shape of a thermal head according to the present invention. FIGS. 2 and 3 are characteristic diagrams showing the effects of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Substrate, 2... Thin film heating resistor, 3... Electric conductor, 4... Protective layer.

Claims (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
化ジルコニウム、硼化ハフニウム、硼化ランタ
ン、硼化チタン、硼化タンタル、硼化ニオブ、硼
化タングステン、硼化モリブデン、硼化クロム、
硼化バナジウムから選ばれた2種以上の金属硼化
物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項記載のサーマルヘツド。 3 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2項記載のサーマルヘツド。 4 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2項記載のサーマルヘツ
ド。 5 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2項記載のサーマルヘツ
ド。
[Scope of Claims] 1. A thermal head having a substrate, a heating resistor formed on the substrate, and an electric conductor for supplying power to the heating resistor, wherein the heating resistor is made of zirconium boride, Hafnium, lanthanum boride, titanium boride, tantalum boride, niobium boride, tungsten boride, molybdenum boride, chromium boride,
A thermal head comprising two or more metal borides selected from vanadium boride. 2. The thermal head according to claim 1, wherein the heating resistor is covered with a silicon oxide thin film. 3. The thermal head according to claim 1 or 2, which has a tantalum oxide protective film. 4. The thermal head according to claim 1 or 2, which has a protective film of aluminum oxide. 5. The thermal head according to claim 1 or 2, which has a protective film of magnesium oxide.
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US06/552,013 US4545881A (en) 1977-05-19 1983-11-16 Method for producing electro-thermal transducer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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