JPS62198101A - 発熱抵抗体及びその形成方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、例えばサーマルヘッドの発熱体等に用いて
好適な発熱抵抗体及びその形成方法に関する。

（従来の技術） 従来より、電力を印加することによって発熱体となりヒ
ータ或いは感熱ヘッド等に用いられる、種々の材料から
なる発熱抵抗体が提案されている。

このような発熱抵抗体の用途として、近年、サーマルヘ
ッドへの応用が注目されている。以下、サーマルヘッド
を一例として、発熱抵抗体につき説明する。

感熱紙を発色させて感熱紙にドツトのモザイクを作るこ
とにより絵、文字等の印字をするための種々の構造のサ
ーマルヘッドが提案されている。

このようなサーマルヘッドは、例えば文献（「金属表面
技術」邦、（６）　（１９８３）　Ｐ、２７１〜２７７
）に開示されている。このようなサーマルヘッドの発熱
抵抗体として主として窒化タンタル（Ｔａ２Ｎ）か用い
られている。周知のようにＴａ２Ｎは、例えばハイブリ
ッドＩＣ等の薄膜抵抗体として用いる場合は抵抗値の安
定性が非常に優れているが、サーマルヘッドの発熱抵抗
体として用いる場合はＴａ２　Ｎの耐熱性、特に、その
耐酸化性は充分なものではなかった。このため、Ｔａ２
Ｎを発熱抵抗体として用いる場合は、一般に、サーマル
ヘッドの構造を第４図に示すような構造としていた。

第４図は従来の薄膜型サーマルヘッドの要部を示す断面
図であり、この場合、絶縁基板上に多数設けられた発熱
抵抗体のうちの一つの発熱抵抗体に着目して示した断面
図である。第４図において、１１は絶縁基板を示し、こ
の絶縁基板ｌｌ上にＴａ＝　Ｎ薄膜からなる発熱抵抗体
Ｉ３か設けられている。又、この発熱抵抗体１３上の離
間した位置に給電体１５及び１７がそれぞれ設けられて
いて、発熱抵抗体１３の、これら給電体１５及び１７の
間の部分（図中、斜線で示］）〜部分）か発熱部１９と
なる。さらに、給電体１５及び１７と発熱部１９との旧
には耐酸化膜２１と耐摩耗膜２３とが順次に設けられて
いて、これら二層の膜により発熱抵抗体の保護膜が形成
されている。この保護膜、特に、耐酸化＋＋１２２１は
サーマルヘッドの寿命に影響する重要な保護膜である。

叉、Ｔａ２Ｎはその比抵抗が３００μΩ・Ｃｍ以下であ
る。このため、発熱抵抗体が長時間の使用に絶えること
が出来るように抵抗体膜厚を部分厚い膜厚とするとその
抵抗値は所望の抵抗値よりも小さくなる。従って印字に
必要な電力を得るためには発熱抵抗体に供給する電流値
を大きくしなければならない。しかし、配線回路及び駆
動方法等の制約から、限られた電流値の中で実用的な抵
抗値を有するような発熱抵抗体の形状を決定しなければ
ならず、このため、第５図（Ｂ）に示すようなミアンダ
型の形状とすることで、発熱抵抗体の抵抗値を上げる方
法が用いられていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、サーマルヘッドに用いられているような
従来の発熱抵抗体は、その発熱抵抗体上に保護膜、特に
、耐酸化膜を全く設けない場合又はこの膜の厚みが不充
分な厚さしかない場合には、印字に必要なエネルギーを
発熱抵抗体１３に印加すると、酸化作用により発熱抵抗
体の抵抗値が増加し発熱抵抗体が劣化する。このため、
極めて短時間の感熱記録しか行えないという問題点があ
った。又、この保護膜を必要以上に厚く設けると、発熱
抵抗体への供給電流の印加・停止に対するサーマルヘッ
ドの温度上昇・温度下降（熱応答）が悪くなり、高速印
字が行えないという問題点があった。

又、近年、サーマルヘッドによる印字はより高精細な印
字が望まれている。従って、ミアンダ型とした発熱抵抗
体の形状を、より高精細な印字を実現するためさらに微
細な形状とする必要があるか、このことは加工技術北で
限界かある。このため、簡易な形状例えば第５図（Ａ）
に示すような四角形状の発熱抵抗体で所望とする抵抗値
が得られるような抵抗体材料が望まれている。このよう
な抵抗体材料として、Ｔａ−３ｉ−Ｎ、Ｔａ−５ｉ−０
等の高抵抗材料が開発されてきてはいるが、これらの材
料も耐熱性及び耐酸化性が充分なものではなく、従って
、このような材料を用いて形成されたサーマルヘッドの
特性も充分なものてはなかった。

この発明の目的は、耐熱性及び耐酸化性に優れ、比抵抗
値が大きな発熱抵抗体を提供することと、このような発
熱抵抗体を簡易に形成することが出来る形成方法とを提
供することにあり、以って、より耐久性に優れ、かつ、
高鯖細化が可能なサーマルヘッド等の実現を可能とする
ことにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の発熱抵抗体はＲ
ｕ（ルテニウム）の酸化物を含む４電材料と、Ｓｉ（シ
リコン）の酸化物を含む′眠気的絶縁材料とを以って構
成することを特徴とする。

又、上述したようなこの発明の発熱抵抗体の形成を、不
活性ガスに酸素カス（０２）を混合させて成る雰囲気中
でＲｕ及びＲｕＯ□の少なくとも一方と、５１０２とを
含むターゲットをスパッタリンクすることによって行う
。

この発明の実施に当り、不活性ガスに２爪ｈ１％以［の
酸素ガスを混合させて成る雰囲気中でＲｕと、ＳｉＯ２
とを含むターゲットをスパッタソングするのが好適であ
る。

又、この発明の実施に当り、不活性ガスに０．５重量％
以上の酸素ガスを混合させて成る雰囲気中でＲｕＯ２と
、ＳｉＯ２とを含むターゲットをスパッタリングするの
が好適である。

さらに、この発明の実施に当り、不活性ガスに０．５重
量％以上の酸素ガスを混合させて成る雰囲気中でＲｕと
、ＲｕＯ２と、５ｉｎ２とを含むターゲットをスパッタ
リングするのが好適である。

（作用） このような構成によれば、Ｒｕの酸化物及びシリコンの
酸化物共に化学的に安定であるから耐酸化性の優れた発
熱抵抗体が得られる。

又、発熱抵抗体に含有させる導電材料の含有率によって
所望とする比抵抗を有する発熱抵抗体が得られる。

又、例えば不活性ガスに２重量％以上の０２ガスを混合
させて成る雰囲気中でＲｕのスパッタリングをすること
、不活性ガスに０．５重量％以上のｏ２カスを混合させ
て成る雰囲気中でＲｕＯ２のスパッタリンクをすること
、又は、不活性ガスに０．５重量％以上の０□ガスを混
合させて成る雰囲気中でＲＵとＲｕＯ２とのスパッタリ
ングをすること等、各種の方法によって、化学的に安定
なＲｕの酸化物か得られる。又、不活性ガス雰囲気でＳ
ｉＯ□のスパッタリングをすることによって、化学的に
安定な電気的絶縁材料が得られる。

従って、Ｒｕ若しくはＲｕＯ２と、ＳｉＯ２とを、又は
、Ｒｕ及びＲｕＯ２と、ＳｉＯ２とを所定の′：￥囲気
中で同時にスパッタリングすることによって、この発明
の発熱抵抗体が容易に形成出来る。

（実施例） 以下、この発明の発熱抵抗体をサーマルヘッドに用いた
例により、この発明の一実施例につき説明する。尚、以
下の実施例の説明に用いる第１図〜第３図は、この発明
が理解できる程度に概略的に示しであるにすぎず、各構
成成分の寸法、形状及び配置関係は図示例に限定される
ものではない。

第１図はこの発明のサーマルヘッドの構造を示す要部断
面図であり、第４図と同様、絶縁基板上に多数設けられ
た発熱抵抗体のうちの一つの発熱抵抗体に着目して示し
た断面図である。

第１図において、１１は絶縁基板を示し、この絶縁基板
ｌｌ上に、Ｒｕ（ルテニウム）の酸化物を含む導電材料
と、Ｓｉ（シリコン）の酸化物を含む電気的絶縁材料と
を以って構成した発熱抵抗体３１が設けられている。又
、この発熱抵抗体３１上の離間した二つの領域には給電
体１５及び１７が設けられていて、発熱抵抗体３１の、
これら給電体１５及び１７の間の部分く図中、斜線で示
す部分）が発熱部１９となる。さらに、給電体１５及び
１７と発熱部１９との七には耐摩耗膜２３が設けられて
いる。

以下、この発明の発熱抵抗体の形成方法につきサーマル
ヘッドの製造に従って説明する。

先ず、高周波スパッタ（ＲＦスパッタ）法によって絶縁
基板１１としてのグレーズドアルミナ基板上に、発熱抵
抗体としてのＲｕ−５ｉ−０抵抗１１Ｑを成膜する。こ
のＲｕ−５ｉ−０膜の成膜は以下の通りに行った。第２
図に平面図で示すように、電気的絶縁材料としての５ｉ
ｎ２ターゲツト３３上に導電材料形成用金属として例え
ば一定形状の微小なＲｕの小片３５を載置し、５ｉｎ２
とＲｕとを同時に高周波（ＲＦ）スパッタする。このよ
うにすればＲｕ小片３５の数を増減することにより、発
熱抵抗体として用いるに実用的な１０５〜１０２μΩ・
ｃｍの範囲内の所望とする抵抗値を有するＲｕ−３ｉ−
０膜を得ることが出来る。

この実施例では、ＳｉＯ２ターゲツト３３上に載置した
Ｒｕ小片３５の側面積を除いたＲｕの露出表面積と、Ｒ
ｕ小片３５を載置した部分以外のＳｉＯ２ターゲツトの
露出面積との比（表面積比と称　　　　。

する）をに８とした。さらに、この実施例では、基板１
１を水冷した状態とし、不活性ガス例えばＡｒ（アルゴ
ン）に１０重■％の酸素（０□）ガスを混合させこのガ
ス圧を８ＸＩＯ−’Ｐａとした雰囲気中で、このコ、（
板１１Ｆに５ｉｎ２及びＲｕを同時にスパッタして、膜
ｎ　２８００人のＲｕ０゜−５ｉｎ２膜を成膜した。こ
のような成膜条件で得たＲ　ｕ　Ｏ２Ｓ　ｉＯ２％の表
面抵抗は約ＩＫΩ／口であった。

次に、この実施例では、このＲｕＯ□−３ｉ０２膜を第
５図（Ａ）に示すような四角形状の発熱抵抗体３１とな
るようにパターニングした。上述した通り、このＲｕＯ
２−Ｓ　ｉ０２膜の表面抵抗が充分に大きいので、発熱
抵抗体３１の形状を四角形状とした場合でも所望の抵抗
値の発熱抵抗体を得ることが出来た。

その後、この発熱抵抗体３１上に給電体１５及び１７を
形成し、続いて、耐摩耗膜２３として８μｍの膜厚のＴ
ａ２　ｏ５を形成して、この発明の発熱抵抗体３１を多
数具えるサーマルヘッドを得た。尚、この実施例では分
解能３２ドツト（ａｏｔｓ）／ｍｍのサーマルヘッドを
作製した。

一方、比較サンプルとして、発熱抵抗体の形状、保護膜
の厚さ及び分解能等を、この発明の発熱抵抗体を仔する
サーマルヘッドと同一とし、発熱抵抗体材料をＴａ−５
ｉ−Ｎ膜で構成したサーマルヘッドを作製した。尚、こ
の比較サンプルの発熱抵抗体の膜ＦＴを３０００人とな
るように形成し、その表面抵抗は約ＩＫΩ／口であった
。

次に、これら二種類のサーマルヘッドを用いて寿命試験
を行った。この寿命試験を、印加電力を所定のステップ
で徐々に増加させて行うステップストレス試験によって
行い、各ステップにおける電力の印加を、パルス幅が０
．８ｍ５ｅｃ、ｔ／ｊり返し時間が１０ｍ５ｅｃのパル
スを２００００回連続的に印加することによって行った
。又、各ステップで所定パルス数を印加し終える毎に発
熱抵抗体の抵抗値を測定しこの値と、試験前の抵抗値（
Ｒ）とから発熱抵抗体の抵抗値変化量（ΔＲ）を求め、
試験前の抵抗値に対する抵抗値変化率（ΔＲ／Ｒ）を算
出した。この試験結果を、縦軸に発熱抵抗体の抵抗変化
率をとり、横軸に印加電力をとり、第３図に示した。尚
、図中、工で示す特性曲線はこの発明のＲｕ−５ｉ−０
発熱抵抗体を有するサーマルヘッドの特性を示し、■で
示す特性曲線はＴａ−３ｉ−Ｎ発熱抵抗体を有する従来
のサーマルヘッドの特性を示す。

第３図からも明らかなように、この発明の発熱抵抗体を
有するサーマルヘッドは、Ｔａ−３ｉ−Ｎ発熱抵抗体を
有するサーマルヘッドよりも、連続的なパルス印加に対
し極めて俺れた耐久性を有することが分かる。又、発熱
抵抗体の抵抗率変化も極めて少なく、従って、サーマル
ヘッドの寿命を著しく改善１−ることか出来る。

尚、上述した実施例は不活性ガスに１０重尉％の酸素ガ
スを混合させて成る雰囲気中でＲｕと、ＳｉＯ２とをス
パッタリングしてこの発明の発熱抵抗体を形成した例で
説明した。しかし、この発明の発明者の詳細な実験によ
れば、Ｒｕと、Ｓｉｏ２とをスパッタリングする際の酸
素ガスの混合比を２重計％以トとすることによってＲｕ
がＲｕ酸化物と成り、よって、所望とする発熱抵抗体が
得られることが分かった。尚、不活性ガスに混合するＮ
ｉ素ガスの混合比を２市１１１％以りの範囲で徐々に増
加させること（１００％酸素雰囲気をも含む）によって
Ｒｕの酸化物を形成するという目的を達成することは出
来る。しかし、酸素混合比があまり多い場合は、スパッ
タ装置の真空槽内の部品或いは基板等が酸化される等の
問題が発生する場合もあるため、酸素ガスの混合比を２
重皿％以上の範囲の中の、上述した酸化による悪影響が
生じないような適切な値に設定する必要がある。

又、この発明の発明者の詳細な実験によれば、この発明
の発熱抵抗体は、不活性ガスに０．５重ｉ７１％以トの
酸素（０２）ガスを混合させて成る雰囲気中でＲｕＯ２
と、５ｉｎ２とを含むターゲットをスパッタリングする
ことによっても形成が可能であり、さらに、不活性ガス
に０．５重量％以上の酸素（ｏ２）ガスを混合させて成
る雰囲気中てＲｕと、ＲｕＯ２と、５ｉｎ２とを含むタ
ーゲットをスパッタリングすることによっても形成が可
能であることが分かった。

例えば、ト述した実施例で用いたＲｕの代わりにＲｕＯ
を用い、５ｉｎ２のターゲット北にこのＲｕＯ小片を載
置し、不活性カスとして例えばＡｒに３．０重１１％の
酸素（０□）ガスを？ＵＡ合させて成る雰囲気中でＲｕ
Ｏ□と、Ｓｉｎ、とをスパッタリングする。次に、この
ようにして得たＲｕ−５ｉ−０膜から成る発熱抵抗体を
具えたサーマルヘッドを作製し実施例と同様な寿命試験
を行ったところ、このサーマルヘッドも上述したＲｕと
、５ｉｎ２とをスパッタリングして得た発熱抵抗体を打
したサーマルヘッドと同様に優れた特性を示した。

尚、この発明の発熱抵抗体を構成する導電材料及び電気
的絶縁材料は、上述した実施例に限定されるものではな
い。導電材料はＲｕの酸化物の他に白金属元素又は白金
属元素の酸化物を含んでいても良い。又、電気的絶縁材
料はＳｉの酸化物の他に、耐熱性がありかつ耐酸化性に
優れる電気的絶縁材料例えばアルミナ等を含んでいても
良い。

又、卜述した実施例では、５ｉｎ２ターゲツト上にＲｕ
或いはＲｕｏ２の小片を載置し、このＲｕ或いはＲｕＯ
２と５ｉｎ２とを１同時にスパッタして発熱抵抗体を形
成した例で説明した。しかし、５ｉｎ２のターゲットの
各部にＲｕ或いはＲｕＯ２を埋込みモザイク状のターゲ
ットを形成し、このターゲットをスパッタリングするこ
とによ、ってこの発明の発熱抵抗体を形成しても良い。

さらに、例えばＲｕ或いはＲｕ　Ｏ、、と、５ｉｎ２と
を各々粉末とし、それらを混合した後、ホットプレスで
焼結させて得た専用のターゲットを用意し、このターゲ
ットをスパッタリングしてこの発明の発熱抵抗体を形成
しても良い。

さらに、上述した実施例で説明した基板加熱温度、反応
ガスのガス圧等は設計に応じて変更することが出来る。

又、必要に応じＡｒの代わりに他の不活性ガス例えばＨ
ｅ（ヘリウム）等を用いてもこの発明の発熱抵抗体を得
ることが出来る。

以トに、この発明の発熱抵抗体をサーマルヘッドに用い
た例により、この発明の説明を行ったか、この発明の発
熱抵抗体は他の電気部品例えば、発熱部品等に用いても
好適である。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の発熱抵
抗体はＲｕの酸化物を含む導電材料と、Ｓｉの酸化物を
含む電気的絶縁材料とを以って構しである。これら各構
成成分は耐熱性及び耐酸化性に優れているから、この発
熱抵抗体に高電力を印加した場合でも、その抵抗値の変
化が極めて少なく、さらに、破断を生じることがない。

このため、例えばサーマルヘッドにこの発明の発熱抵抗
体を用いた場合は、従来のように発熱抵抗体上に耐酸化
膜及び耐摩耗１漠の二層の保護膜を設けずに、耐摩耗膜
のみを設ければ良い。従って、従来より耐久性に優れ、
高精細化が可能で、かつ、熱応答に優れたサーマルヘッ
ド等の実現を可能にすることが出来る。

又、発熱抵抗体に含有させる導電材料の含有率によって
所望とする比抵抗を有する発熱抵抗体が得られる。

又、この発明の発熱抵抗体の形成は、不活性ガスに酸素
ガスをｉｌｌ混合、させた雰囲気中で、Ｒｕ若しくはＲ
ｕＯと、ＳｉＯ２とを含むターゲット、又は、Ｒｕ及び
ＲｕＯ２と、ＳｉＯ２とを含むターゲットをスパッタリ
ングすることによって容易に行うことが出来る。

これがため、耐熱性及び耐酸化性に優れ、かつ、比抵抗
値が大きな発熱抵抗体を提供することと、このような発
熱抵抗体を簡易に形成することが出来る形成方法とを提
供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の発熱抵抗体を用いたサーマルヘッド
の要部を示す断面図、 第２図はこの発明の発熱抵抗体の形成方法の一例を示す
説明図、 第３図は従来及びこの発明の発熱抵抗体を用いたサーマ
ルヘッドの寿命試験結果を示す特性曲線図、 第４図は従来の発熱抵抗体を用いたサーマルヘッドの要
部断面図、 第５図（Ａ）及び（Ｂ）は従来及びこの発明の説明に供
する、発熱抵抗体の形状を示す平面図である。 １１・−・絶縁基板、　　　　１５．１７・・・給電体
ｌ９・・・発熱部、　　　　　　２３・・・耐摩耗膜３
１・・・発熱抵抗体、　　　３３・・・電気的絶縁材料
３５・・・導電材料形成用金属。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社／’？ ｌｆ−紹＃Ｆ蟇ｊｆｉ２３：耐摩耗腰 １５、　　／７　　°　＃ｔ４＃　　　　　　　　Ｊ／
：ｌＪ！！−４ＭづＬｔｑ、発熱部 この是Ｂ月の宥９５１■≦、ＶＬ蓚８用いｒ二゛ワ゛−
マＪしへ−Ｉトｂ断断面筒第１ 図の発Ｂ月のｇ先日８図 第２図 ）ゝト）＼ ロー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｒｕ（ルテニウム）の酸化物を含む導電材料と、
   Ｓｉ（シリコン）の酸化物を含む電気的絶縁材料とを以
   って構成したことを特徴とする発熱抵抗体。
2. （２）発熱抵抗体をスパッタリングを用いて形成するに
   当り、 不活性ガスに酸素（Ｏ＿２）ガスを混合させて成る雰囲
   気中でＲｕ及びＲｕＯ＿２（二酸化ルテニウム）の少な
   くとも一方と、ＳｉＯ＿２とを含むターゲットをスパッ
   タリングすることを特徴とする発熱抵抗体の形成方法。