JPS63177401A - Thin film thermal head - Google Patents
Thin film thermal headInfo
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、高比抵抗で、かつ、耐熱安定性に優れた発熱
抵抗体をそなえたサーマルヘッドに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a thermal head equipped with a heating resistor having high specific resistance and excellent heat resistance stability.
一般に、サーマルヘッドは、薄いガラスグレーズ層で表
面を覆ったセラミックなどの電気絶縁性基板の上に、ド
ツト状の発熱抵抗体を形成するための発熱抵抗体層と、
この発熱抵抗体層に電流を供給するための給電用導体層
と、これらの層を酸化ならびに摩耗から保護するための
保護層とが積層されてできている。Generally, a thermal head includes a heating resistor layer for forming dot-shaped heating resistors on an electrically insulating substrate such as a ceramic whose surface is covered with a thin glass glaze layer.
A power supply conductor layer for supplying current to the heating resistor layer and a protective layer for protecting these layers from oxidation and wear are laminated.
従来、前記発熱抵抗体層としては、窒化タンタル（Ｔａ
２Ｎ ）のＩｌｌが広く用いられている。この窒化タン
タルＩｇｌは、発熱抵抗体として安定性、信頼性の点で
優れた特性を備えている。Conventionally, the heating resistor layer is made of tantalum nitride (Ta).
2N) Ill is widely used. This tantalum nitride Igl has excellent properties as a heating resistor in terms of stability and reliability.
しかし、この窒化タンタル薄膜は、比抵抗が約２４０μ
Ω−１であるため、５０Ω１０以上の高い面積抵抗値が
要求される場合には、膜厚を非常に薄くする必要がある
ために寿命特性が著しく損なわれ、使用に適していない
。また、窒化タンタル薄膜を発熱抵抗体層として用いた
サーマルヘッドは、発熱部表面温１腹が４００℃以上に
なると、抵抗値の減少が生じ、さらに５００℃以上にな
ると、抵抗値の減少は初期値の一１０％以上に達する。However, this tantalum nitride thin film has a resistivity of about 240μ.
Since it is Ω-1, if a high sheet resistance value of 50Ω10 or more is required, the film thickness must be made very thin, which significantly impairs the life characteristics, making it unsuitable for use. In addition, in a thermal head using a tantalum nitride thin film as the heating resistor layer, when the surface temperature of the heating part reaches 400°C or higher, the resistance value decreases, and when the temperature rises further to 500°C or higher, the resistance value decreases to an initial stage. It reaches more than 10% of the value.
これは、高温の下で窒化タンタルの再結晶化が進むため
に生じる抵抗値の減少であり、窒化タンタルを高温で用
いる場合の大ぎな問題の一つとなっている。This is a decrease in resistance that occurs due to the progress of recrystallization of tantalum nitride at high temperatures, and is one of the major problems when tantalum nitride is used at high temperatures.
本発明の目的は、従来の窒化タンタルからなる発熱抵抗
体に比べて、高比抵抗で、かつ、耐熱安定性に優れた発
熱抵抗体を協えたサーマルヘッドを提供することにある
。An object of the present invention is to provide a thermal head that is equipped with a heating resistor that has a higher resistivity and superior heat stability than the conventional heating resistor made of tantalum nitride.
本発明のサーマルヘッドは、タンタルとタングステンと
アルミニウムと酸素との４元合金膜から成る発熱抵抗体
を備えていることを特徴とする。The thermal head of the present invention is characterized in that it includes a heating resistor made of a quaternary alloy film of tantalum, tungsten, aluminum, and oxygen.
本発明のサーマルヘッドの発熱抵抗体の比抵抗は、タン
タルもしくはタングステンもしくはアルミニウムが増加
すると小さくなり、酸素が増加すると大きくなるのでタ
ンタル、タングステン、アルミニウムおよび酸素の含り
率を調整することによって、所望とする比抵抗を得るこ
とができる。The specific resistance of the heating resistor of the thermal head of the present invention decreases as the amount of tantalum, tungsten, or aluminum increases, and increases as the amount of oxygen increases. It is possible to obtain the specific resistance.
また、上記の発熱抵抗体は、耐熱安定性が非常に優れて
いる。すなわち、１．３ｘ１０’Ｐａ（ＩＸ １０ ’
Ｔｏｒｒ）の真空中で７００℃、１５分間の熱処理を行
なったときの抵抗値変化率（／ｌｌｔ／Ｒ）で評価した
ところ、比抵抗１０００〜３０００μΩ−Ｇの前記発熱
抵抗体の抵抗値変化率は±５％以内と大変安定であった
。これに対して、窒化タンタルの抵抗値変化率は−１６
〜−−２０％であった。ざらにタングステン、タンタル
、アルミニウム及び酸素の含り率を調整することにより
、抵抗値変化率を０％にすることも可能である。Further, the heat generating resistor described above has excellent heat resistance stability. That is, 1.3x10'Pa (IX 10'
The rate of change in resistance value of the heating resistor with a specific resistance of 1000 to 3000 μΩ-G was evaluated by the rate of change in resistance value (/llt/R) when heat treatment was performed at 700°C for 15 minutes in a vacuum of was very stable within ±5%. On the other hand, the resistance change rate of tantalum nitride is -16
It was ~---20%. By roughly adjusting the contents of tungsten, tantalum, aluminum, and oxygen, it is also possible to reduce the resistance change rate to 0%.
本発明の発熱抵抗体は、スパッタリング法によって形成
することができる。例えばアルミナ（Ａｉ’ｚＣｈ）タ
ーゲットの上面にタンタル及びタングステンのチップも
しくはタンタルとタングステン合金のチップを置き、ア
ルゴンガス雰囲気中で高周波マグネトロン・スパッタリ
ングを行なえばよい。The heating resistor of the present invention can be formed by a sputtering method. For example, a tantalum and tungsten chip or a tantalum and tungsten alloy chip may be placed on the top surface of an alumina (Ai'zCh) target, and high frequency magnetron sputtering may be performed in an argon gas atmosphere.
本発明のサーマルヘッドの構成は、特に限定されないが
、例えばガラスグレーズ層を施したセラミック製の絶縁
基板の上に、前記の組成からなる発熱抵抗体層と、アル
ミニウム等の金ｆｉｉＷ膜からなる給電用導体層と、酸
化シリコンと酸化タンタル等からなる保護層とを順次積
層したものが採用される。The structure of the thermal head of the present invention is not particularly limited, but for example, on a ceramic insulating substrate provided with a glass glaze layer, a heating resistor layer having the above-mentioned composition, and a power supply consisting of a gold fiiW film made of aluminum or the like. A conductor layer and a protective layer made of silicon oxide, tantalum oxide, etc. are sequentially laminated.
実施例１
グレーズド・アルミナ基板上に、スパッタリング法によ
って発熱抵抗体の薄膜を形成した。すなわち、第２図に
示すように直径１２７ｍの円盤状のアルミナ（Ａｊ！２
ｃｈ）ターゲット１の上面に一辺が１０ｍの正方形で厚
さ１〜２＃のタンタル及びタングステンのチップ２を置
く。この場合、タンタル及びタングステンのチップ２の
数を変えることにより、成膜される発熱抵抗体薄膜中の
タンタル及びタングステンの含有量を調整することがで
きる。この複合ターゲットを用いて、グレーズド・アル
ミナ基板を２００℃に加熱しながら、スパンり圧０．２
〜０．９Ｐａ（１，５Ｘ１０ 〜７．０ｘｌＯ’Ｔ ｏ
ｒｒ ）のアルゴンガス雰囲気中で高周波マグネトロン
・スパッタリングを行なうことにより、タンタル、タン
グステン、アルミニウム、及び酸素からなる発熱抵抗体
の薄膜を形成することができる。Example 1 A thin film of a heating resistor was formed on a glazed alumina substrate by sputtering. That is, as shown in Fig. 2, a disk-shaped alumina (Aj!2
ch) A tantalum and tungsten chip 2 having a square shape of 10 m on a side and a thickness of 1 to 2 # is placed on the upper surface of the target 1. In this case, by changing the number of tantalum and tungsten chips 2, the content of tantalum and tungsten in the heating resistor thin film to be formed can be adjusted. Using this composite target, a glazed alumina substrate was heated to 200°C while a span pressure of 0.2
~0.9Pa (1,5X10 ~7.0xlO'To
A thin film of a heating resistor made of tantalum, tungsten, aluminum, and oxygen can be formed by high-frequency magnetron sputtering in an argon gas atmosphere.
・ 第１図に示すように、セラミック製の絶縁基板１１
上に、厚さ約５０趨の薄いガラスグレーズ層１２を形成
し、その上に眞記の方法と同様に直径１２７ｓ＋の円形
アルミナ板の上に１０Ｘ１０ａｊ角のタンタルチップを
１２個、同じ面積のタングステンチップを１８個置いた
複合ターゲットのＲＦスパッタで比抵抗１８００μΩ−
ｃｍの丁ａ−Ｗ −Ｕ−０発熱抵抗体層１３を約０．１
２＃ｌの膜厚で形成する。続いて厚さ約１．２伽のアル
ミニウム薄膜からなる給電用導体層１４を形成し、発熱
抵抗体層１３１３よび給電用導体層１４を順次フオトエ
ツヂングしてサーマルヘッドのパターンを形成する。- As shown in Figure 1, a ceramic insulating substrate 11
On top of this, a thin glass glaze layer 12 with a thickness of approximately 50mm is formed, and on top of that, 12 tantalum chips of 10x10aj square are placed on a circular alumina plate with a diameter of 127s+, and tungsten chips of the same area are placed on a circular alumina plate with a diameter of 127s+. Specific resistance 1800μΩ- by RF sputtering of composite target with 18 chips
The thickness of the heating resistor layer 13 of about 0.1 cm is approximately 0.1 cm.
Formed with a film thickness of 2#l. Subsequently, a power supply conductor layer 14 made of an aluminum thin film having a thickness of about 1.2 mm is formed, and the heating resistor layer 1313 and the power supply conductor layer 14 are sequentially photo-etched to form a pattern of a thermal head.
ざらに、厚さ２趨の酸化シリコンからなる酸化防止保護
膜１５と、厚さ数珈の酸化タンタルからなる耐摩耗用保
ｒ！！膜１６とを順次積層してサーマルヘッドを作成し
た。In addition, there is an oxidation-preventing protective film 15 made of silicon oxide with a thickness of two layers, and a wear-resistant protective film 15 made of tantalum oxide with a thickness of several layers! ! A thermal head was created by sequentially stacking the films 16 and 16.
こうして作成したサーマルヘッドのステップ・ストレス
・テスト（Ｓ、Ｓ、Ｔ、）を行なった。Ｓ、 Ｓ、 Ｔ
。A step stress test (S, S, T) was performed on the thermal head thus prepared. S, S, T
.
とは、サーマルヘッドの耐熱安定性を評価する加速試験
の一つであり、発熱抵抗体に適当なパルス電圧を一定時
間印加して初期の抵抗値に対する変化を測定し、発熱抵
抗体が焼き切れるまで印加電圧を徐々に高めていきなが
ら、それぞれのステップにおける抵抗値の変化率をプロ
ットしたものである。この場合、Ｓ、Ｓ、Ｔ、の条件は
、パルス幅を１ミリ秒、周期を２０ミリ秒とし、電圧を
０．５Ｖきざみで１０分ずつ印加し、抵抗値変化率が＋
１０％を超えるまで行なった。その結果を第３図に示す
。第３図の上部横軸には、それぞれの印加電圧における
発熱部の表面温度が示されている。また、温度測定には
赤外線スポット温度計を使用した。is one of the accelerated tests to evaluate the thermal stability of thermal heads, in which an appropriate pulse voltage is applied to the heating resistor for a certain period of time, and the change from the initial resistance value is measured, and the heating resistor is burnt out. This figure plots the rate of change in resistance value at each step while gradually increasing the applied voltage until . In this case, the conditions for S, S, and T are that the pulse width is 1 ms, the period is 20 ms, the voltage is applied in 0.5 V increments for 10 minutes, and the resistance value change rate is +
This was done until it exceeded 10%. The results are shown in FIG. The upper horizontal axis of FIG. 3 shows the surface temperature of the heat generating part at each applied voltage. In addition, an infrared spot thermometer was used for temperature measurement.
図中、Ａは本発明のサーマルヘッドの特性を示し、Ｂは
従来の窒化タンタル薄膜からなる発熱抵抗体を用いたサ
ーマルヘッドの特性を示す。In the figure, A shows the characteristics of the thermal head of the present invention, and B shows the characteristics of a conventional thermal head using a heating resistor made of a tantalum nitride thin film.
第３図から明らかなように、従来のサーマルヘッドは、
曲線８に示すように、印加重力が約２２Ｗ／ｒｒｔＩＡ
で、発熱部表面温度が約４００℃の点から抵抗値の減少
が始まる。ところが、本発明の発熱抵抗体を用いたサー
マルヘッドは、曲線へに示すように、印加電力が約４３
Ｗ／ａｊ、発熱部の表面温度が７００℃を超えてもそ
の抵抗値変化率は２％程度であり、耐熱安定性に大変優
れている。As is clear from Figure 3, the conventional thermal head is
As shown in curve 8, the applied force is approximately 22W/rrtIA
The resistance value begins to decrease when the surface temperature of the heat generating part reaches approximately 400°C. However, in the thermal head using the heating resistor of the present invention, as shown in the curve, the applied power is about 43
W/aj, even if the surface temperature of the heat generating part exceeds 700°C, the resistance value change rate is about 2%, and it has excellent heat resistance stability.
以上説明したように、本発明によれば、＾比抵抗で、か
つ、耐熱安定性に優れた発熱抵抗体を備えたサーマルヘ
ッドを得ることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a thermal head equipped with a heating resistor having a high specific resistance and excellent heat resistance stability.
第１図は本発明によるサーマルヘッドの実施例〜を示す
要部断面図、第２図は本発明による発熱抵抗体層をスパ
ッタリング法で形成するためのターゲットを丞す平面図
、第３図は上記実施例によるサーマルヘッドのステップ
・ストレス・テスト（Ｓ、Ｓ、Ｔ、）の結果を示す図表
である。
図中、１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ２）ターゲット、２はタ
ンタル及びタングステンのチップ、１１は絶縁基板、１
２はガラスグレーズ層、１３は発熱抵抗体層、１４は給
電用脣体層、１５は酸化防止保護膜、耐摩耗用保護膜で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing embodiments of a thermal head according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a target for forming a heating resistor layer according to the present invention by sputtering, and FIG. 3 is a chart showing the results of a step stress test (S, S, T,) of the thermal head according to the above embodiment. In the figure, 1 is an alumina (Al2O2) target, 2 is a tantalum and tungsten chip, 11 is an insulating substrate, 1
2 is a glass glaze layer, 13 is a heating resistor layer, 14 is a power supply sleeve layer, and 15 is an oxidation-preventing protective film and an abrasion-resistant protective film.
Claims (1)
４元合金膜から成る発熱抵抗体をそなえたことを特徴と
する薄膜サーマルヘッド。A thin film thermal head characterized by having a heating resistor made of a quaternary alloy film of tantalum, tungsten, aluminum, and oxygen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62008641A JPS63177401A (en) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | Thin film thermal head |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP62008641A JPS63177401A (en) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | Thin film thermal head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63177401A true JPS63177401A (en) | 1988-07-21 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62008641A Pending JPS63177401A (en) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | Thin film thermal head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63177401A (en) |
-
1987
- 1987-01-17 JP JP62008641A patent/JPS63177401A/en active Pending
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