JPS62242552A

JPS62242552A - 薄膜サ−マルヘツド

Info

Publication number: JPS62242552A
Application number: JP8665986A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yagino; 正典八木野; Hisao Hayashi; 久雄林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-04-15
Filing date: 1986-04-15
Publication date: 1987-10-23

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】〔産業上の利用分舒〕本発明は、感熱記録紙に対して発熱抵抗体の選択的発熱
により感熱記録を行うサーマルへラドに関するものであ
り、特に石英基板上に発熱抵抗体とその駆動回路部を薄
膜技術により形成した薄膜サーマルヘッドに関するもの
である。

〔発明の概要〕

本発明は、厚さ１０〜８００μｍの石英基板上に多結晶
シリコンよりなる薄膜層を設け該多結晶シリコン薄膜を
利用して発熱抵抗体及び駆動回路部を同一基板上に形成
するとともに、上記駆動回路部を１膜トランジスタによ
り構成し、高速記録、高印字品質に適した信頼性の高い
薄膜サーマルヘッドを提供しようとするものである。

〔従来の技術〕

従来、ライン型あるいはシリアル型等のサーマルヘッド
では、発熱抵抗体の駆動方法としてダイレクトドライブ
方式やダイオードマトリックス方式のいずれかが主に採
用されている。そして、このような方式のサーマルヘッ
ドにおいては、駆動回路部等を構成するＩＣ、ダイオー
ド等の半導体素子ペレットをサーマルヘッド基板に直接
実装している。

上述のような半導体素子ベレットを基板に実装する方法
では、小型化の点で制約が多い上、ワイヤボンディング
、半田付は等接続箇所が多く信頼性が低いこと、半導体
素子実装工程が必要であるため高価なＶｉ置が必要とな
り作業に熟練を要すること、副資材が多く部品点数も多
いことから組み立て工程が多くなり製造コストも増大す
ること等の問題を抱えている。

そこで、例えば特開昭５８−１５３６７２号公報に記載
されるような発熱抵抗体よりなる記録素子を駆動する駆
動アンプや記録制御回路をｆＩ膜トランジスタにより構
成した、いわゆる薄膜サーマルヘッドが提案されている
。このような薄膜サーマルヘッドは、ワイヤボンディン
グ等の接続がないため信頼性が向上し、また製造工程が
簡略化されるためコストダウンが図れる等有利な点が多
い。

このようなサーマルヘッドにおいて、発熱抵抗体及び駆
動回路部が形成される基板には、発熱抵抗体が発熱し記
録印字する際の熱を保持する能力と、発熱抵抗体が発熱
状態から解かれたときに直ちに蓄えていた熱を放熱板に
伝え、すみやかに放熱する能力の相反する能力が要求さ
れる。

しかしながら、現状のサーマルヘッドの基板では、これ
ら相反する能力を充分に満たしているとは言い難く、特
に連続記録したとき等には、基板内に余分な蓄熱が起き
てしまう等、なお改善の余地を残している０例えば蓄熱
状態が過度になると記録に尾引き（本来の記録部分の後
側の余分な発色）を生じたり、記録密度の疎密による記
録濃度ムラを生ずる等、印字品質を著しく劣化させると
ともに、高速記録に適さないという問題点となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、半導体素子ペレットを基板に装着したサー
マルヘッドや通常の薄膜トランジスタを駆動回路部に用
いたサーマルヘッド等が提案されているが、高速記録や
高印字品質等の点で解決すべき問題点を残している。

そこで本発明は、上述の従来の実情に鑑みて提案された
ものであって、高速記録や高印字品質に充分対処するこ
とができる高性能な薄膜サーマルヘッドを提供すること
を目的とし、加えて、小型化が可能で、信頼性が高く、
生産性、製造コストの点でも有利な薄膜サーマルヘッド
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明の薄膜サーマルヘ
ッドは、厚さ１０〜８００μｍの石英基板上に多結晶シ
リコンよりなる薄膜層を設け該多結晶シリコン薄膜を利
用して発熱抵抗体及び駆動回路部を同一基板上に形成し
てなり、上記駆動回路部を薄膜トランジスタにより構成
したことを特徴としている。

〔作用〕

絶縁基板として良好な熱伝導率を有する石英を用い、し
かもその厚さを１０〜８００８ｍと規定することにより
、発熱抵抗体で発生した熱が基板内に過度に蓄積される
ことなく、記録に尾引きや濃度ムラを生じないように調
整できるため印字品質が向上し、高速記録にも対応でき
るようになる。

また、上述のように駆動回路部が多結晶シリコン薄膜層
によって形成されているため駆動回路部の突起を微小と
することができ、基板寸法に対する制約が解消される。

同時にワイヤボンディング等の繁雑な工程も不要となり
信頼性も増す、・〔実施例〕以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照しな
がら説明する。

先ず、本発明が適用される薄膜サーマルヘッドの回路構
成例を第２図に示す。

この回路構成例においては、画信号はデータ信号として
信号端子（２１）よりシフトレジスタ回路（２２）に入
力される。信号端子（２３）より入力されるクロック信
号に従ってシフトレジスタ回路（２２）に１ライン分の
データが入力されると、信号端子（２４）よりラッチパ
ルスとして入力されるストローブ信号により全データは
ラッチ回路（２５）に並列転送され保持される。ランチ
回路（２５）に保持されたデータは、信号端子（２６）
により入力され印字タイミング等を決定するイネーブル
信号の指示に従ってゲート回路（２７）を介してドライ
バ素子（２８）を駆動し発熱抵抗体（２９）に選択的に
通電し発熱させる。

本実施例では、例えば上記ドライバ素子（２８）をＭＯ
Ｓ　　ＦＥＴで、他の回路をＣＭＯ３で構成し、これら
を多結晶シリコン薄膜、導電体Ｉ膜、絶縁膜等の積層構
造からなるＦｉｌ！！トランジスタとして発熱抵抗体と
ともに一括形成する。

第１図は、本発明を適用した薄膜サーマルヘッドの一構
成例を示すものである。

この例では、サーマルヘッドの基板（Ｌ）上には、多結
晶シリコン薄膜（２）が形成され、基板（１）下部には
、放熱板（３）が接着剤層（４）を介して接続されてい
る。

ここで上記基板（１）は、発熱抵抗体で発生した熱を蓄
積する蓄熱層に相当し、その材質及び厚さが印字品質や
印字速度に対して大きな影響を及ぼしている。

そこで本発明では、基板（１）の材質として特に石英を
使用している０石英は、その熱伝導率が蓄熱層としての
基板にとって好適な範囲にあるためで、その状態は、結
晶状態又はアモルファス状態のいずれでもよい、さらに
石英は、透明であるため基蚤反の加工工程において、加
工状態を観察しやすく、平坦化、鏡面化しやすい等の加
工適性に優れる等の利点を有している。

また、基板の厚さについては、その厚さが薄いほど印字
品質にとうては効果が大となるが、発熱抵抗体でのエネ
ルギー消費が大きくなってしまうため、あまり薄クシす
ぎるのは好ましくない。

そこで最も実用的であり、石英の熱伝導率が最抗体での
エネルギー消費量が大きくなってしまうとともに、基板
（１）の組み立てが困難となってしまう、また、８００
μｍ以上では、基板（１）での蓄熱量が多くなってしま
い放熱が充分に行えず、尾引きや濃度ムラ等印字品質の
低下を招いてしまう。

このようにして選定した厚さ１０〜８００μｍの石英基
板（１）の下部には、基板（１）で蓄積された熱を放熱
するための放熱板（３）が例えばシリコン接着剤のよう
なフレキシブルな接着剤層（４）を介して設けられてい
る。この放熱板（３）は、例えばＡＩ。

Ｃｕ、　Ａ１１ｏｚ等の高熱伝導率を有する材質により
形成されている。

また、基板（１）上には、前述のように多結晶シリコン
薄膜（２）が設けられており、この多結晶シリコン薄膜
（２）は、発熱抵抗体及び駆動回路部の薄膜トランジス
タを構成する活性層として利用されている。

すなわち、上記多結晶シリコン薄膜（２）のうち駆動回
路部の多結晶シリコン薄１１（２＾）の両端部には所定
のｎ型不純物がドープされた抵抗の低いｎ型領域（２ａ
）　、　（２ｂ）が形成されていて、これら抵抗の低い
ｎ　ＩＭ　ｆｉｎ域（２ａ）　、　（２ｂ）がそれぞれ
７−スｔｉｌ域（５）、ドレイン領域（６）を構成して
いる。なお、ＭＯＳ　　ＦＥＴの動作時においては、多
結晶シリコン接着剤（３＾）中のソース領域（５）とド
レイン領域（６）との間の部分にチャンネルが形成され
るようになっているので、この多結晶シリコンｆｉＢ（
２）の中間部分が活性層（２Ｇ）を構成している。

また上記多結晶シリコンｆｉｌｌ（２ａ）上には、Ｓｉ
ｎｇからなるゲート絶縁膜（７）が形成され、このゲー
ト絶縁膜（７）上には不純物がトープされた多結晶シリ
コン（ＤＯＰＯ３）からなるゲート電極（８）が形成さ
れている。なお、このゲート電極（８）の材質としては
、多結晶シリコンに限られず、Ｔａ　−５ｔｏ！ｌ　Ｔ
ａ−５ｉ＋　ＴａＮｉ　ＮｉＣｒ等が使用される。

さらに、上記多結晶シリコン薄膜（２＾）及びゲート電
極（８）上には、Ｓｉｎｇからなる絶縁層（９）が形成
されている。この絶縁層（９）　には開口（９ａ）　、
　（９ｂ）が形成されていて、これらの開口（９ａ）　
、　（９ｂ）を通じてソース領域（５）及びドレイン領
域（６）のための＾ＩＪ、Ｔｉ、Ｍｏ等からなる取り出
し電極（１Ｇ）　、　（１１）がそれぞれ形成されてい
る。

ところで、上述の構成のＦＥＴにおいて、チャンネルが
形成される活性層（２ｃ）を構成している多結晶シリコ
ン薄膜（２＾）の膜厚は、通常この種の薄膜として使用
される膜厚である１５００人程度７あっても良いし、あ
るいは、２０〜８００人の範囲と極めて薄く設定しても
よい。このように多結晶シリコン薄膜（２Ａ）の■り厚
を極めて薄く形成すれば、実効電子移動度μを極めて大
きい値にすることができるので、トランジスタを微小面
積で作製可能となり小型化に有利である。

一方、上記活性層（２ｃ）の構成材料である多結晶シリ
コン薄膜は、上記駆動回路部のみならず、発熱抵抗体（
２Ｂ）としても利用される。

また、発熱抵抗体（２Ｂ）となる多結晶シリコン薄膜に
は、取り出し電極（９）、（１０）形成と同時に作成さ
れるリード電極（１２）が接続される。この例では、ソ
ース領域（５）の取り出し電極（ｌＯ）と一方のリード
電極（１２ａ）とが一体内に形成され、駆動回路部と発
熱抵抗体間の電気的接続を図っている。なお、駆動回路
部の各能動素子間の配線は、例えばイネーブル、ランチ
、データ、クロック等の配線を比較的配線抵抗の高いゲ
ート電極材で行い、ＶＭ＋ｃ＋＋、ｖｏ、ｃゎ等の配線
をソース電極、ドレイン電極の電極材で行うというよう
に、２層配線とすることもできる。

以上の構成の発熱抵抗体及び駆動回路部上には、全面に
亘って耐酸化層（１３）及び耐摩耗層（１４）が形成さ
れている。これら耐酸化Ｊｉ（１３）及び耐摩耗層（１
４）は、上記発熱抵抗体（２［１）の保護膜となると同
時に、上記駆動回路部のＦＥＴの表面保護膜（パッシベ
ーション膜）としても作用する。

前述のごとく基板には、熱伝導度が好適な範囲にある石
英について、厚さを１０〜８００μｍと規定することに
よって発熱抵抗体での発熱を適性に抽御し得るため、印
字品質や印字速度の向上を図ることができる。

また、駆動回路部と発熱抵抗体とは、薄膜パターンで結
線されているので、ワイヤボンディングを必要とせず、
そのピンチの制約による寸法制約も解消することができ
、同時に繁雑な工程や高価な装置、ボンディングに付帯
する副資材等が不要となる。特に、ＩＣチップを使用せ
ず、接続箇所が存在しないので、（ε軸性の高いものと
なる。

さらに、発熱抵抗体と駆動回路部の能動素子とは・同一
基板上に同一工程で形成するので、如何なる回路を形成
しても製造コストはほとんど変わらず実用性が高い。

ここで石英基板部の研磨工程について図面を参照しなが
ら説明する。

第３図Ａに示すように、比較的厚みのある石英基板（３
１）上に通常の薄膜技術を用いてｆｉＭ４サーマルヘッ
ドの駆動回路部と発熱抵抗体部からなるサーマルヘッド
部（３２）を形成する。

上述のように石英基板（３１）上にサーマルヘッド部（
３２）を完成した後、続いて第３図Ｂに示すように、上
記石英基板（３１）をサーマルヘッド側で熱可塑性の接
着剤層（３３）を介して、厚さ１〜３■−程度の研磨台
（３４）に固定する。上記研磨台（３４）の材質として
は、ガラス、金属等、硬質のものであれば如何なるもの
であってもよいが、特に、石英基板（３１）の研磨をエ
ツチングにより行う場合には、フッ酸に侵蝕されない材
質である必要がある。

そして、第３図Ｃに示すように、研磨台（３４）に石英
基板（３１）のサーマルヘッド部（３２）とは反対側を
例えば、砥石（３５）を用いて機械的に研磨することに
よって石英基板（３１）を所望の厚さにまで研磨処理す
る。続いて第３図りに示すように、熱を加えるか、ある
いは有機溶剤で溶解すること等により接着剤を溶かし、
研磨台（３４）から取り外して完成する。

上述の研磨工程で、砥石による研磨では、石英基板（３
１）の厚さを数百〜敗μｍまでの精度で加工することが
できる。また、フン酸を用いたエツチングによっても石
英基板（３１）の厚さを調整することができる。フッ酸
によるエツチングでは、エツチング前の石英基板（３１
）があまり厚いとエツチングムラを起こしてしまうため
、３００μｍ以下から適用でき、エツチングによる精度
は、５０〜１００μｍ程度である。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明が
この実施例に限定されるものではないことは言うまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明の薄膜サーマ
ルヘッドにおいては、絶縁基板として熱伝導率が好適な
範囲にある石英を用い、またその厚さを１０〜８００μ
ｍに制限しているので、基板内に過度な熱が蓄積するこ
とがなく、印字に尾引きや濃度ムラを生ずることがなく
なって印字品質が向上し、さらには高速記録にも対応す
ることができる。また、多結晶２９３２７１１１１層に
より駆動回路部を形成しているため、ロジック回路の動
作周波数が比較的高くなり、高速記録、高印字品質が達
成される。

さらに、発熱抵抗体と駆動回路部とを薄膜技術により形
成し、これらを薄膜パターンで結線しているのでワイヤ
ボンディングによる接続が不要になり、生産性や信軌性
に優れたものとなる。

さらにまた、駆動回路部がｆ３ＩＩＩｇトランジスタに
より構成され、この部分の基板からの突出量が極めて微
小であるため小型化の点で極めて有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した薄膜サーマルヘッドの一実施
例を示す要部拡大断面図であり、第２図はサーマルヘッ
ドの回路構成例を示す回路図であり、第３図Ａないし第
３図りは基板部の研磨工程の一例をその工程順序に従っ
て示す概略的な断面図であり、第３図Ａはサーマルヘッ
ド部作成工程。第３図Ｂは研磨台取り付は工程、第３図Ｃは研磨工程、
第３図りは研磨台からの取り外し工程をそれぞれ示して
いる。ｌ・・・基板２・・・多結晶シリコンミｌ膜２Ｂ・・・発熱抵抗体２Ｃ・・・活性層

Claims

【特許請求の範囲】厚さ１０〜８００μｍの石英基板上に多結晶シリコンよ
りなる薄膜層を設け該多結晶シリコン薄膜を利用して発
熱抵抗体及び駆動回路部を同一基板上に形成してなり、上記駆動回路部を薄膜トランジスタにより構成したこと
を特徴とする薄膜サーマルヘッド。