JPS63249666A - サ−マルヘツド - 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、サーマルヘッド、特にファクシミリ、プリン
タなどへの使用に好適なサーマルヘッドに関するも□の
である。

［従来の技術］ 従来のサーマルヘッドの発熱部およびはんだ接続部は、
第２図に示すように、基板Ｓに設けた蓄熱層ｌＪ：、に
、発熱抵抗層２、拡散防止層３、配線層４を順次積層し
てあり、はんだＪｌｉ続部および図示していないが外部
引出し端子を除く全面に保護層５が形成してあり、はん
だ接続部は配線層に接して接着層６、はんだ拡散防止層
７からなり、必要によっては、さらにこの上にＡｕ等の
酸化防止層８も形成されている。また、発熱部の保護層
５上に、必要によっては、さらに耐庁耗性に優れた保護
層９を８１層する場合もある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記従来のサーマルヘッドにあっては、次のよ
うな問題があった。

従来の配線層４は、’ｉ［気休導性の良好なＡＩ、　（
：ｕなどの金属が用いられている。しかし、これらの材
料は、発熱抵抗体層２との密着性か悪く、しかも、配線
材料の抵抗層への拡散が発生し易い欠点があった。これ
を防止するため従来は、配線層上抵抗層上の間に拡散防
＋ｈ層３を挿入していた。本来ならば、配線層４と抵抗
層２の二層で機能を発奏できるはずであるが、止むなく
拡散防ＩＩ：層を用いていた。この層の有無はコストへ
の影響か太きく、、ｔａ層に要する時間と、パターンを
形成するに要する加工賃が余計に必要であった。

また、従来のサーマルヘッドのはんた接続のための電極
は、配線層４の上に、接着層６と、はんだ拡散防止層７
とを端層し、必要によっては酸化防止層８も形成されて
いる。これら各層の材料としては、接着層は主としてク
ロム、はんだ拡散防止層はＣｕ、　ＣｕとＣｒの混合物
、Ｎｉ、　Ｐｂなどか用いられる。

この中で、はんだ拡散防止層は、使用する金属の性質に
よって、防止層の必要厚さやはんだ濡れ性が決まる。例
えば、Ｃｕは１回のはんた付けで１〜数終■程度が溶融
したはんだ中に溶は込むため、少なくともこの厚さ以上
のＣｕの厚さが必要であり、また、はんだ接続をはずす
時と、再度のはんた付けの２回のはんた接続を経るため
、このはんた溶融回数に応じてはんだ中にＣｕが溶は込
む。

従って、はんだ接続のやり直しを考慮した場合には、必
要膜厚はＬ記溶融量の３〜４倍となり、Ｃｕの場合では
３〜４ＩＬ１１以−ヒの厚さとなる。

このように厚い金属層を基板上に形成した場合、内部応
力による基板の破壊や、金属自身の割れを発生し易かっ
た。

これに対し、Ｃｕ以外の材料では、必要厚さはＣｕの数
分の１となるが、はんだ濡れ性が悪いために接続不良を
発生し易い。

このような問題に対して、特開昭５８−１６５２１１号
公報のように、線材上にＣｕ、　ＮｉそしてＳｎを順次
形成し、Ｎｉの濡れ性の不具合をＳｎで覆うミとにより
数片している例が見られる。この例のように、Ｎｉ等の
はんた拡散防止機部の高い金属の表面にＡｕ、Ｓｎ、は
んだ等の薄層な形成することにより、濡れ性を改善する
例が知られているが、工程数か増すことや、はんだ成分
金属とのｆｌｊｊに脆い化合物を作る例が見られ、接続
信頼性の点でも問題があり、サーマルヘッドへの適用性
は、その膜形成方法か困難であった。

上記したように、従来技術は、サーマルヘッドへの適用
が考慮されておらず、はんだ付けを行なうはんだ拡散防
止層を厚く形成する必要があるため、サーマルヘッドへ
のはんた付けの障害の一つとなっており、また、配線層
の抵抗層への拡散を防止する層が必要であり、製造コス
トが高くついた。

本発明の目的は、拡散防止層が不要である配線層の採用
と、はんだ付は性がよく、そして厚さが薄くてすむよう
な材料を端子部、バット部茅のはんた付は部分に用いた
サーマルヘッドを提供することにある。

［問題点を解決するための子役］ 上記目的は、抵抗層への拡散かない配線材料、および、
溶融はんだに対する濡れ性がよく、はんだ成分金属（例
えばＳｎ、　Ｐｂ、Ｉｎ等）の拡散速度の遅い金属をは
んだ付は部分またはその一部として用いることにより達
成される。

先ず拡散防止層を不用とした配線材料であるが、従来の
発熱抵抗体の抵抗値は通常電源電圧との関係から数百Ω
か用いられており、これを発熱させるための配線抵抗は
電力ロスを考慮して１〜５％におさえる必要があるため
、配線層上しては電気伝導性の良いＡ１、Ｃｕ、　Ａｕ
などを用いていた。

しかし、これらの金属はいずれも抵抗体へ拡散し易く、
拡散を防止するために拡散防止層が必要であった。しか
るに５発熱抵抗体の抵抗値は上記値にとられれることな
く、より大きくすることが可能である。この抵抗値を１
．５　ＫΩ〜２にΩと大きくすることにより、同じ電力
ロスとすれば配線抵抗は２０〜１００Ω程度が許容され
る。配線のパターン＠および厚さにもよるが、配線パタ
ーン幅がｌＯ〜２０ト■、厚さか１ルーである実用的な
ヘッドの配線において、配線材料として適したＷを見い
出した。この金属は抵抗層への拡散かほとんどないこと
から、拡散防ＩＬ層はもちろんのこと不用である。

次に、はんだの濡れ性がよく、はんだの拡散か遅い材料
であるが、脆い中間層（金属間化合物）の生成かなく、
耐食性に優れ、また電極としての形状の形成が容易であ
ること等の条件を満たす合金として１本発明のＮｉ−Ｃ
ｕ、　Ｎ１−Ｐ、　Ｎ１−Ｂ合金を見い出した。

すなわち、本発明は１発熱抵抗体層、配線層、保護層お
よびはんだ接続層を備えたサーマルヘッドにおいて、配
線層をＷにて形成し、かつ、該配線層のはんた接続部分
に、はんだの濡れ性が大きい金属と、はんだの拡散が遅
い金属との合金からなるはんだ拡散防止層を被若形成す
ることを特徴とする。

本発明は、発熱抵抗体を、例えば、Ｃｒ−８ｉ−０にて
形成するが、他の抵抗材料によって形成してもよい。

上記はんだ拡散防止層は、好ましくは、Ｎｉ−Ｃｕ合金
、Ｎｉ　−Ｐ合金、Ｎ１−Ｂ合金のうち一種を用いて形
成する。このはんた拡散防止層は、そのままでもよいが
、層上にＡｕ層を設けてもよい。

また、配線層上はんだ拡散防止層上の間に。

Ｃｒ、　Ｔｉ、　Ｗのうち一種からなる層を設けておく
ことか好ましい。

［作用］ 配線層上してのＷの比抵抗は、通常のバルク値は５．５
ルΩ”ｃｓであり、ＡＩの２．７　ＪＬΩ−Ｃ園の２倍
程度であるが、スパッタ蒸着の場合には２９ルΩ・ｃｌ
ｌと大きい。しかしながらこれを配線として形成した場
合には５０Ω前後となり、発熱抵抗体の抵抗値を１．５
　ＫΩ〜２にΩとした場合には２〜３．５％の電力ロス
であり、１分実用化に耐える。

抵抗体に対する拡散防止層の併用については。

ＷはＣｒと同様に拡散防止用としての機能を備えており
、従来ヘッドのように拡散防止層は不用である。また、
ヘッドとして使用する場合には、この配線層の上に形成
する保護層上の密着性が問題であるが、Ｗの上に保護層
上してＳｉＯ□を形成した場合も何ら１７！１題がなか
った。つまり、配線層上してＷを使うことは何ら問題の
ないことが判かった。

また、はんだ接続としての拡散防止層上してはＮｉ−Ｃ
ｕ、　Ｎｉ　−Ｐ、　Ｎｉ　−Ｂなどの合金を用イルコ
トによりＣｕの場合の１１１０の厚さにすることが可能
であり、基板の破壊がなく、さらには薄いことから形成
が容易である利点を有する。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

χｊ１１１ 第１図において、蓄熱用グレーズｌの付いたセラミック
基板Ｓ１−、に、発熱抵抗体層２、配線層４の膜を蒸着
またはスパッタ蒸着あるいはめっき等により順次形成す
る。

以下の説明はスパッタ蒸着の例で示す。発熱抵抗体層２
としてＣｒ−Ｓｉ−０系の抵抗層を３００人成膜し、こ
の上に配線層４としてＷを１μ■成膜する６次に、ｈ層
より順次フォトエツチングによりパターンを形成する。

配線層４のＷは、７０″Ｃ以上に加熱したリン酸液また
はアルカリ性のフェリシアン化カリとリン酸カリウム混
合溶液で、抵抗層を侵すことなく配線層のみをフォトエ
ツチングを行なう０次に硝酸および弗酸の混合溶液でフ
ォトエツチングを行ない、抵抗層および配線層をパター
ン化する。このＬに保護層５としてＳｉＯ□を全面に形
成する。

Ｌ配状ＩＥで１発熱抵抗体の抵抗値の安定化のための熱
処理を行なう、Ｃｒ　−Ｓｉ−０系の場合３５０〜４５
０℃　２時間の処理が望ましいが、抵抗値の安定化が不
用の場合には省いてもよい。

次に、はんだ接続する端子部、バット部のＷを露出させ
るため、　５ｉｎｓを弗酸および弗化アンモン混合溶液
でフォトエツチングを行なう。この上にＮｉ−Ｃｕ合金
１Ｏを０．３〜０．５　ｐｍ成膜する。この合金の組成
は、８ＯＮｉ／　２０（：ｕ　（ａｔ、％）から２０旧
／８０Ｃｕ（ａｔ、％）の範囲であればよい。Ｃｕが多
い程はんだ濡れ性がよく、Ｎｉが多い程、はんだの拡散
が遅くなる傾向かある。この合金膜を塩化第二鉄液でフ
ォトエツチングを行なう。

必要により、はんだ付けする部分にあらかじめはんた１
１を供給するか、或ははんだ浴に浸してＮｉ−Ｃｕ合金
」二にはんだを形成する。はんだ接続する対象物か１−
分なるはんだ量をあらかじめ保有する場合には不要であ
る。最後にドライバＩＣ１２の搭載と外部引出し電極（
図示せず）をはんだ接続してサーマルヘッドが完成され
る。

発熱抵抗体層２からなる発熱抵抗体の抵抗値は平均１．
６にΩであり、配線層４からなる配線部の抵抗値は４５
Ωであり、配線の電力ロスは問題ない範囲であった。ま
た１本実施例の構成でチップを２回交換しても何ら問題
を発生しなかった。本実施例では、ＷとＮｉ−Ｃｕとの
密着性は問題なかったが、プロセスの都合上Ｗを露出さ
せて長時間放置した場合には密着不良を発生する場合が
あったが、Ｗと旧−Ｃｕとの間にＣｒ層を入れることに
より、・密着力を向上できることが判明した。

笈五■ユ 実施例１と同様に抵抗層２、配線層４を成膜し、フォト
エツチングを行ない、この上に保護層５を形成し、発熱
抵抗体の安定化のための熱処理後に、端子部、バッド部
をフォトエツチングにより露出させる。

次に、市販のＮｉ　−Ｐ化学めっき液に約１分浸漬して
Ｎｉ　−Ｐを約０．５１Ｌｓ析出させる。必要により、
はんだ付けする部分に予めはんだ１１を供給するか、あ
るいは、はんだ浴に浸してＮｉ　−Ｐ　Ｊ：にはんたを
形成する。はんだ接続する対象物が十分なるはんた礒を
予め保有する場合には不用である。

最後にドライバＩＣ１２の搭載と外部引出し電極（図示
せず）をはんだ接続してサーマルヘッドが完成される。

発熱抵抗体の抵抗値と配線部の抵抗値は実施例１と同等
であり、電力ロスは問題なかった。この構成でチップを
２回交換しても何ら問題を発生しなかった。

本実施例ではＮｉ　−Ｐの合金めっきの例を示したが、
Ｎｉ　−Ｂ合金の化学めっきでも全く同じ結果を得た。

化学めっき方法を採用すると、Ｗの上にのみ反応が起き
るため、Ｎｉ−Ｃｕ合金のスパッタ蒸着方法に比較する
と、フォトエツチングの回数が少なくてすみ、低コスト
化には大きな効果を発臭する。

Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ　−Ｐ合金、Ｎｉ−８合金は、い
ずれもはんだ濡れ性か良好であり、通常のはんたフラッ
クスではんだ接続が可能である。しかしながら、長期に
わたり放置された場合には、これら合金でも表面が酸化
してはんだ濡れ性が劣化する。

かかるＤＴ　使性のあるものに対しては、Ａｕのｔ２　
ｂｔめっきにより、　Ａｕを１０００〜２０００人付着
させておくことにより長期にわたりはんだ付は性を維持
することができた。

また、本実施例では発明の内容から、耐Ｊ９！ｊＵ層９
を付けてないが２サーマルヘツドとしては必要なもので
あり、保護層５の膜形成に引続けて、Ｓｉｎ＜またはＴ
ａ、Ｏ，などを部分的に形成させることにより目的を達
成し得る。

［発明の効果］ 本発明によれば、拡散防止膜が不用になるばかりでなく
、はんだ接続部が簡略化するためにコスト低減に著しい
効果を奏する。本発明の最少膜形成数は、保護膜を除け
ば三層であり、従来技術の六層に比較すれば半分となる
。これに伴なってフォトエツチング回数も低減し、安価
なサーマルヘッドを提供できる。

また、Ｎｉ系合金をはんだ拡散防止層上して用いること
により、はんだ拡散防止層の厚さを１例えば、従来の１
／１０程度にすることか可能となり、基板の破壊などか
ないため、はんだ接続の信頼性を高めることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するサーマルヘッドの断面
図、第２図は従来技術を説明するサーマルヘッドの断面
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発熱抵抗体層、配線層、保護層およびはんだ接続層
   を備えたサーマルヘッドにおいて、 配線層をＷにて形成し、かつ、該配線層のはんた接続部
   分に、はんだの濡れ性が大きい金属と、はんだの拡散が
   遅い金属との合金からなるはんだ拡散防止層を被着形成
   することを特徴とするサーマルヘッド。 ２、上記はんだ拡散防止層を、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−
   Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金のうち一種を用いた特許請求の範
   囲第１項記載のサーマルヘッド。 ３、上記配線層とはんだ拡散防止層との間に、Ｃｒ、Ｔ
   ｉ、Ｗのうち一種を用いた層を形成した特許請求の範囲
   第１項または第２項記載のサーマルヘッド。 ４、上記はんだ拡散防止層上に、Ａｕ層を設けた特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のサーマルヘッド。 ５、上記配線層とはんだ拡散防止層との間に、Ｃｒ、Ｔ
   ｉ、Ｗのうち一種を用いた層を形成し、かつ、上記はん
   だ拡散防止層上に、Ａｕ層を設けた特許請求の範囲第１
   項または第２項記載のサーマルヘッド。 ６、発熱抵抗体としてＣｒ−Ｓｉ−Ｏを用いた特許請求
   の範囲第１項または第２項記載のサーマルヘッド。 ７、発熱抵抗体としてＣｒ−Ｓｉ−Ｏを用い、上記配線
   層とはんだ拡散防止層との間に、 Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗのうち一種を用いた層を形成した特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のサーマルヘッド。 ８、発熱抵抗体層としてＣｒ−Ｓｉ−Ｏを用い、上記配
   線層とはんだ拡散防止層との間に、 Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗのうち一種を用いた層を形成し、かつ、
   上記はんだ拡散防止層上に、Ａｕ層を設けた特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のサーマルヘッド。