JPS63249665A - 薄膜感熱記録ヘツド - 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］ 本発明は、ファクシミリなどに使用されるプリンタの感
熱記録ヘッドの構造に係り、特に、配線導体およびはん
だ接続用金属材料の構成に関するものである。

［従来の技術ゴ 従来技術におけるヘッドの構造の一例を第２図に示す。

同図に示すヘッドは、高抵抗基材ｌ上に形成された発熱
抵抗層３、配線導体層４、を順次ホトエツチングにより
パターン化し発熱抵抗素子２を形成する。さらに発熱抵
抗素子２および基板全面を覆うように酸化保護膜５１．
発熱抵抗素子２上の特定の領域に耐摩耗層５２を形成し
、この酸化保護膜５１の特定な場所に、ドライバＩＣ素
子７を接続するためのスルーホール８を開口させた後、
その接続用金ｉ６を形成し、はんだ溶融接続法によって
ドライバＩＣ素子７を実装する。

はんだ接続用金属６の膜構成は、第２層配線および外部
引出し端子部（いずれも図示せず）の部分も同一の構造
を有している０例えば、日立評論ｒｃＭＯｓドライバ搭
載形高精細感熱記録へラドＪ　　（ＶＯＬ６７、Ｎｏ、
７．１９８５　ｐｐ５３−５６）に示すヘッドの構造は
、第２図のヘッドに当てはめて示せば、Ｃｒ−３ｉ−Ｑ
抵抗体３、Ｃｒ層４１／ＡＩ層４２から成る二層構造の
配線導体４、絶縁層と発熱抵抗素子２の保護膜５１を兼
ねたＳｉｎ、、耐摩耗層５２として５ｉ−Ｎ、さらに、
配線導体４上の領域にのみポリイミド系樹脂の保護膜（
図示せず）を形成した二層構造の保護絶縁層を形成しで
ある。また、接続用スルーホール８を介して形成される
はんだ接続用金属を、Ｃｒ／　Ｃｕ／　Ａｕ　（６１／
　６２／　６：ｌ）の三層構造のメタライズて構成して
いる。

この構造は、第２層配線および外部引出し端子部（いず
れも図示せず）についても同一の構造である。これらの
構造は、はんだ溶融接続のための第１層配線導体４との
接着用金属６１（主としてＣｒ）と、拡散防止用金属６
２（例えばＣｕ、旧など）と、はんだ濡れ性および酸化
防止用金属６３（主としてＡｕ）とで共通に構成するこ
とで工数の低減を図っている。

この中で、はんだの拡散防止用金属６２の性質によって
膜厚や、はんだ濡れ性か決定される。例えば、　Ｃｕは
１回のはんだ接続で１〜数、ＬＬＩｍ程度か溶融はんだ
中に溶は込むため、少なくともこの厚さ以上の膜厚か必
要であり、また、繰り返し不良素子の再接続を行なう場
合は、はんだの溶融回数に応じて、はんだ中にＣｕが溶
は込む。

従って、拡散防止用金属６２の厚さは、１回のはんだ溶
融接続で溶は込む厚さの３〜４倍の厚さとなる。Ｃｕの
場合には、４７ｔｓ以上の膜厚が必要となる。

このように厚い金属層を形成した場合、内部応力による
基板の破壊や、膜自身の割れを発生し易い。また、Ｃｕ
以外の材料では、必要膜厚は薄くて済むか、はんだ濡れ
性か悪くなるため、接続不良が発生する。さらには、こ
の構造では配線導体を含めた薄膜の積層数も多くなり、
コスト的にも不利である。

［発明か解決しようとする問題点］ しかし、上記従来技術のヘッドの構成は、薄膜の積層数
も多く、はんだ接続を安定に行なうために拡散防止金属
の膜厚を厚く形成する必要があり、製造コスト、信頼性
の点て問題があった。

本発明の目的は、発熱抵抗体につながる配線導体層を直
接はんだ接続用金属として適用し、かつ、膜厚の薄膜化
か達成できる新規な材料構成を提供することによって、
ヘッドの接続信頼性を向上させると同時に製造コストを
低減することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記［１的を達成するためには、溶融はんだに対する濡
れ性か良好で、はんだ成分金属（例えば、Ｓｎ、　Ｐｂ
、ｉｎ等）の拡散速度の遅い材料を用い、同時に、配線
導体材料としてヘッドの発熱効率の面から電気抵抗の小
さな材料が有効である。

拡散速度の赳い電極材料として、　ＡＩ、Ｃｕ、　Ｎｉ
などがある。しかし、＾１の場合には、強固な酸化層を
形成するため、大気中では、はんだ濡れ性か悪い。また
、　Ｃｕは、酸化に弱く、熱工程に細心の注意を要し、
しかも、はんだの拡散速度か比較的速く、電極の膜厚を
厚く形成する必要がある。一方、Ｎｉは、拡散速度は小
さいが、はんだ濡れ性か小さく、はんだ付けに問題点が
ある。

端子の材料は、対象によって最も条件に適合する材料を
選定する必要かあるが、上記したように、はんだ付けの
種々の条件を満たす単体の材料は見当らないのが現状で
あった。

そこで、電極材料として種々の合金について検３、Ｉシ
た結果、ｊ′＃ｉい中間層（全居間化合物）の生成かな
く、はんだ成分との脆い化合物も生成せず、しかも、濡
れ性か良好で、耐食性に優れる合金材料として、Ｃｕ−
Ｎｉ合金を見い出した。

しかし、この合金薄膜は、配線導体材料としては、若干
電気抵抗か大きく、ヘッドの発熱効率の面で問題である
。

そこて、本発明者等は、この欠点を解決する手段として
、Ｃｕ−Ｎｉ合金の組成比に着目し、配線導体の下層お
よび上層領域の組成比を最適化することによって、両特
性を満足する配線導体の構造を見い出した。

即ち、本発明は、高抵抗基村上に形成された複数個の発
熱抵抗素子、これにつながる配線導体および保護膜を備
えて成る薄膜感熱記録ヘッドにおいて、上記配線導体を
、ＣｕとＮｉの合金にて形成し、かつ、該配線導体の合
金組成比を、下層領域てＣｕリッチとし、ト層領域でＮ
ｉリッチとして構成することを特徴とする。

この場合、上記配線導体の合金組成は、好ましくは、下
層ｑ１域の＋００Ｃｕ／　ＯＮｉ　（ｍｏ１％）から上
層領域の２５Ｃｕ／　７５Ｎｉ　（ｍｏ１％）まで変化
するように設定する。組成比の変化は、連続的、または
、層状に段階的のいずれであってもよい。

また、上記９！熱抵抗素子および配線導体の上面には、
酸化防止のため、　５ｉｎ２から成る保２ｆｆ膜を形成
することが好ましい。

さらに、上記保；［に選択的に開目されたスルーホール
部、および、上記配線導体の、該スルーホールを介して
露出し、外部引出し端子部となる面に、Ａｕ層を被着形
成してもよい。

［作用］ ヘッドを構成する薄膜の積層数は、ヘッドとしての機俺
が得られれば出来るだけ少ない方がコスト的にも性能的
にも有利である。本発明における１発熱抵抗体層および
配線導体層のみでパターンを構成すると共に、保護膜の
形成されたコンパクトな構成は、従来技術における複雑
なプロセスに対して非常に有利である。これは、配線導
体としてＣｕ−Ｎｉ合金を適用したことで達成される。

はんだ接続用金属としての拡散防止用金属Ｃｕ　−Ｎｉ
合金は、従来のＣｕと同等のはんだ濡れ性を有し接続上
の問題はない。

また、Ｃｕ−Ｎｉ合金は、Ｎｉが組成比が大きくなるほ
ど、はんだの拡散速度か遅くなり、拡散防止効果か大き
くなる。

はんだの拡散速度を求めた結果を第３図に示す。同図の
グラフは、所定の膜厚を有する金属膜厚中をはんだか拡
散する時間を求めたものであり、はんだは拡散速度の速
い６３Ｓｎ／：１７Ｐｂ組成の場合である。同図におい
て、例えば、通常のはんだ溶融接続を行なう２５０°Ｃ
の条件では、Ｃｕ単体金属に比較してＣｕ−Ｎｉ合金の
組成比７２Ｎｉ　（残りＣｕ）の例では約２桁の拡散速
度の差かあり１組成比の制御によってその特性が変わる
ことが分かる。

この結果から、Ｃｕ−Ｎｉ合金では、Ｃｕに対して薄い
膜厚で同等の条件か得られることになり、薄膜化が達成
され、パターン形成における高精度化が図れる笠の利点
を有する。

一方、配線導体としての特性は、発熱抵抗素子での発熱
効率を維持する点からも配線導体での消費分（トロウプ
分）か小さいことが望ましく、この観点では電気抵抗の
小さなＣｕ単体金属が有利である。

従って本発明は、はんだ拡散防止と電気抵抗の低減の両
方の要因を満たす構造として、配線導体の下層領域かＣ
ｕリッチ、上層領域に対応してＣｕ　−Ｎｉ合金組成な
Ｎｉリッチの組成となるように設定した。この場合、連
続的に、あるいは層構造的に構成することにより１合理
的な感熱記録ヘッドの構造が得られる。

次にトライバＩＣ素子のはんだ接続においては、保護膜
（ＳｉＯ２）に選択的に開口されたスルーホールから露
出するＣｕ−Ｎｉ面に直接はんだ溶融接続を行な・ても
１門続は可能である。しかし、上記したように、この面
にＡｕ層を形成しておけば、接続信頼性およびはんだ濡
れ性を改善することが有望であり、これはＣｕ−Ｎｉ膜
面の酸化防止の効果も大である。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図を参照して説明する。な
お、第１図は薄膜感熱記録ヘッドの構造を示す断面図で
ある。

同図に示す本実施例のヘッドは、アルミナセラミックス
等の高抵抗基材ｌ上に、発熱抵抗体層３と、配線導体層
４とを所定の形状にパターン化して形成しである。これ
らの上面には、発熱抵抗素子２の酸化防止および配線領
域の保護を兼ねた。

例えばＳｉｎ、から成る保護膜５１を形成しである。

発熱抵抗素子２の領域には、特定の範囲に耐摩耗層５２
か形成され、保護膜５１の所定の位置に開口されたスル
ーホール８にドライバＩＣ素子７がはんだ溶融接続法に
よって実装された構造を有している。

各々の膜構成は、発熱抵抗体層３としてＣｒ−３ｉ−Ｏ
系の抵抗体を約８００人、配線導体４としては、　Ｃｕ
−旧合金導体層４２との接着性を保証する金属層４１と
してＣｒ１０００人を形成しである。導体層およびはん
だ接続用金属としてのＣｕ−Ｎｉ合金層４２は、下層領
域に、低電気抵抗の導体層としての役割を持つ組成１０
０Ｃｕ／　ＯＮｉ　（ｍｏ１％）を約２０００〜５００
０人形成し、上層領域に、対応して組１＆２５Ｃｕ／７
５Ｎｉ　（ｍｏ１％）を約４００口〜５０００人形成す
る。

本実施例では、導体層４を含めた膜の形成にはスパッタ
リング装置を適用して行なう。この配線導体層４の形成
では、３元スパッタリング装置により、接着層４１Ｃｒ
、　ＣｕおよびＣｕ−Ｎｉ合金を連続的に所定の膜厚形
成している。従って導体層４２の構造は、積層状態の例
の場合である。

なお、真空蒸着法によるＣｕとＸｉの同時蒸着による膜
形成の方法において連続的に組成を変化せしめる構造で
も同様の構成が得られることは言うまでもない。

また、この導体層４のＣｕ、　Ｃｕ−Ｎｉ合金のパター
ン形成においては、共通の工・ンチンダ液（例えばヨウ
素−ヨウ化アンモン系など）で処理できる利点もある。

以上の構造を有するパターン上に、保護膜５として酸化
防止保護層５１（ＳｉＯ□：２ルｍ）および耐摩耗層５
２　（Ｓｉ　−Ｎ　：　１．５　ｇｔａ　）を形成し、
所定の場所に選択的に開口されたスルーホール部８にド
ライバＩＣ素子７をはんだ９溶融接続法により実装する
。ドライバＩＣ素子７の接続においては。

あらかじめＣｕ−Ｎｉ合金膜上の極薄な酸化膜を除去す
る目的で希硫酸水溶液による前処理を施しておく。

ドライバＩＣ素子７のはんだ接続においては、上記方法
で十分な接続性が得られるが、さらに。

はんだ濡れ性を向上させる手段としては、Ａｕを形成す
ることが効果が大きく、接続信頼性、Ｃｕ−Ｎｉ合金の
酸化防止の目的からも有意義である。

本実施例で示すようなはんだ接続用のドライバＩＣ素子
７は、ヘッド基板上に数十個実装される。この中には特
異に不良素子が含まれる可能性があり、この際には素子
の交換が必要となる。素子交換に際しては、はんだの溶
融を要し、従来のものでは、はんだ拡散防止用金属とし
てＣｕを４ｐｍ以上形成する必要があったが、本実施例
で適用したＣｕ−旧合金では約１０分のｌの厚さでドラ
イバＩＣ素子を２回交換しても拡散防止膜としての特性
は何ら問題はなかった。

［発明の効果］ 未発ＩＪｌによれば、配線導体として電気良導体および
はんだ濡れ性が優れかつ拡散防止効果の大きいＣｕ−Ｎ
ｉ合金層を適用したことによって、はんだ接続金属とし
ては従来の数分の１〜数十分の１以下の膜厚で同等の特
性が得られるたけでなく、発熱抵抗体を含めた配線層が
コンパクトな一層構造となり薄膜の積層数の低減、ホト
エッチ工程の短縮によるパターン精度の向上、および大
幅なコスト低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における感熱記録ヘッドの発熱抵抗体お
よびドライバＩＣ接続部の構造を示す断面図、第２図は
従来技術における構造を示す断面図、第３図ははんだ拡
散防止金属中のはんだ拡散性を示す特性図である。 ｌ・・・高抵抗基材、２・・・発熱抵抗体素子、３・・
・発熱抵抗体層、４・・・配線導体層、５・・・保護膜
。 ６・・・はんだ接続用金属層、７・・・ドライバＩＣ素
子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高抵抗基材上に形成された複数個の発熱抵抗素子、
   これにつながる配線導体および保護膜を備えて成る薄膜
   感熱記録ヘッドにおいて、 上記配線導体を、ＣｕとＮｉの合金にて形成し、かつ、
   該配線導体の合金組成比を、下層領域でＣｕリッチとし
   、上層領域で旧リッチとして構成することを特徴とする
   薄膜感熱記録ヘッド。 ２、上記配線導体の合金組成を、下層領域の１００Ｃｕ
   ／０Ｎｉ（ｍｏｌ％）から上層領域の２５Ｃｕ／７５Ｎ
   ｉ（ｍｏｌ％）まで変化するよう設定した特許請求の範
   囲第１項記載の薄膜感熱記録ヘッド。 ３、上記配線導体の合金組成比変化を連続的とした特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の薄膜感熱記録ヘッ
   ド。 ４、上記配線導体の合金の組成比変化を層状に段階的と
   した特許請求の範囲第１項または第２項記載の薄膜感熱
   記録ヘッド。 ５、上記発熱抵抗体素子および配線導体の上面に、酸化
   防上用の保護膜を形成した特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の薄膜感熱記録ヘッド。 ６、上記発熱抵抗体素子および配線導体の上面に、酸化
   防止用の保護膜を形成し、 かつ、上記保護膜に選択的に開口して設けたスルーホー
   ル部から露出する配線導体表面にＡｕを被着形成した特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の薄膜感熱記録ヘ
   ッド。