JPS637442B2 - - Google Patents
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- JPS637442B2 JPS637442B2 JP55176041A JP17604180A JPS637442B2 JP S637442 B2 JPS637442 B2 JP S637442B2 JP 55176041 A JP55176041 A JP 55176041A JP 17604180 A JP17604180 A JP 17604180A JP S637442 B2 JPS637442 B2 JP S637442B2
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- Japan
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- thin film
- film
- cermet
- thermal head
- resistance
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Links
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Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は薄膜サーマルヘツドに関し、特に高
電力でも記録特性が安定した感熱印刷用のサーマ
ルヘツドに関する。
電力でも記録特性が安定した感熱印刷用のサーマ
ルヘツドに関する。
フアクシミリやラインプリンタ等の感熱印刷用
のサーマルヘツドは、その発熱抵抗体の形成法の
相違により、厚膜サーマルヘツドと薄膜サーマル
ヘツドに大別される。
のサーマルヘツドは、その発熱抵抗体の形成法の
相違により、厚膜サーマルヘツドと薄膜サーマル
ヘツドに大別される。
厚膜サーマルヘツドはスクリーン印刷法等のい
わゆる厚膜技術を用いて発熱体を形成するのに対
し、薄膜サーマルヘツドは写真製版等のいわゆる
薄膜技術を用いる。厚膜サーマルヘツドは製造コ
ストが安価なこと、耐電力性が優れているなどの
理由により広く使用されているが、記録ドツトの
高密度化による印字品質の向上あるいは高速記録
という要請に応じるためには薄膜サーマルヘツド
の方が適している。
わゆる厚膜技術を用いて発熱体を形成するのに対
し、薄膜サーマルヘツドは写真製版等のいわゆる
薄膜技術を用いる。厚膜サーマルヘツドは製造コ
ストが安価なこと、耐電力性が優れているなどの
理由により広く使用されているが、記録ドツトの
高密度化による印字品質の向上あるいは高速記録
という要請に応じるためには薄膜サーマルヘツド
の方が適している。
従来の薄膜サーマルヘツドのひとつとして、発
熱抵抗体にTa2N薄膜を用いるものがある。しか
し、Ta2N薄膜の比抵抗は約200μΩ−cmであるた
め、発熱抵抗体として適当な100−500Ωのシート
抵抗を得ようとすると200−40Åの膜厚にしなけ
ればならない。このような薄い膜厚で抵抗体を形
成すると、抵抗体の制御が困難になるとともに、
単位体積当りの発熱量が大きくなつて、耐電力性
にも問題が生ずる。そこでTa2N薄膜よりも比抵
抗の大きい耐熱薄膜が要求されるが、比抵抗が大
きすぎると100−500Ωという抵抗を得るための膜
厚が大きくなつて、微細パターニング加工の精度
が低下する。結局、望ましい比抵抗は約１ｍΩ・
cm−数10ｍΩ・cmとなる。そこで、金属とセラミ
ツクスとの混合物すなわちサーメツトの薄膜が発
熱抵抗体として注目されるようになつた。サーメ
ツトは金属とセラミツクスとの選択を適当に行な
えば耐熱性の優れた発熱抵抗体が得られ、その混
合比を変えることによつて広い範囲にわたつて比
抵抗を変えることも可能である。例えば、
「Journal of Applied Physics」第40巻（1969
年）第5006頁掲載の論文において、Ta−Al2O3
サーメツト薄膜が耐熱抵抗膜として優れているこ
とが報告されている。また特開昭51−85008号の
実施例においてTa−SiO2サーメツト薄膜がまた
特開昭53−113554号の実施例においてもTa−
SiO2サーメツト薄膜およびTi−SiO2サーメツト
薄膜がそれぞれ薄膜サーマルヘツドの発熱抵抗体
として優れた特性を有することが示されている。
熱抵抗体にTa2N薄膜を用いるものがある。しか
し、Ta2N薄膜の比抵抗は約200μΩ−cmであるた
め、発熱抵抗体として適当な100−500Ωのシート
抵抗を得ようとすると200−40Åの膜厚にしなけ
ればならない。このような薄い膜厚で抵抗体を形
成すると、抵抗体の制御が困難になるとともに、
単位体積当りの発熱量が大きくなつて、耐電力性
にも問題が生ずる。そこでTa2N薄膜よりも比抵
抗の大きい耐熱薄膜が要求されるが、比抵抗が大
きすぎると100−500Ωという抵抗を得るための膜
厚が大きくなつて、微細パターニング加工の精度
が低下する。結局、望ましい比抵抗は約１ｍΩ・
cm−数10ｍΩ・cmとなる。そこで、金属とセラミ
ツクスとの混合物すなわちサーメツトの薄膜が発
熱抵抗体として注目されるようになつた。サーメ
ツトは金属とセラミツクスとの選択を適当に行な
えば耐熱性の優れた発熱抵抗体が得られ、その混
合比を変えることによつて広い範囲にわたつて比
抵抗を変えることも可能である。例えば、
「Journal of Applied Physics」第40巻（1969
年）第5006頁掲載の論文において、Ta−Al2O3
サーメツト薄膜が耐熱抵抗膜として優れているこ
とが報告されている。また特開昭51−85008号の
実施例においてTa−SiO2サーメツト薄膜がまた
特開昭53−113554号の実施例においてもTa−
SiO2サーメツト薄膜およびTi−SiO2サーメツト
薄膜がそれぞれ薄膜サーマルヘツドの発熱抵抗体
として優れた特性を有することが示されている。
しかし、サーメツト薄膜であつたとしても、す
べて同様の優れた特性を有するわけでなく、金属
とセラミツクスとの組合せ選択により、発熱抵抗
体としての特性は相違するはずである。この特性
は金属の耐酸化性、拡散速度、金属とセラミツク
スとの反応のしやすさ、金属およびセラミツクス
の基板との反応のしやすさ等に依存し、実際にサ
ーメツト薄膜で試験をしてみないと予測し難い。
そこで各種の金属とセラミツクスの組合せによる
サーメツト薄膜を試作しその耐熱性を調べるとい
う研究を行なつた。
べて同様の優れた特性を有するわけでなく、金属
とセラミツクスとの組合せ選択により、発熱抵抗
体としての特性は相違するはずである。この特性
は金属の耐酸化性、拡散速度、金属とセラミツク
スとの反応のしやすさ、金属およびセラミツクス
の基板との反応のしやすさ等に依存し、実際にサ
ーメツト薄膜で試験をしてみないと予測し難い。
そこで各種の金属とセラミツクスの組合せによる
サーメツト薄膜を試作しその耐熱性を調べるとい
う研究を行なつた。
そこで、この発明は上記のような研究の結果発
熱抵抗体としてZr−Al2O3サーメツト薄膜を使用
することにより高電力でも記録特性が安定した薄
膜サーマルヘツドを提供することを目的とする。
熱抵抗体としてZr−Al2O3サーメツト薄膜を使用
することにより高電力でも記録特性が安定した薄
膜サーマルヘツドを提供することを目的とする。
この発明は、要約すれば、Zr−Al2O3サーメツ
ト膜からなる発熱抵抗体をそなえ、高電力でも記
録特性が安定した感熱印刷用のサーマルヘツドで
ある。
ト膜からなる発熱抵抗体をそなえ、高電力でも記
録特性が安定した感熱印刷用のサーマルヘツドで
ある。
以下に、図面に示す実施例とともにこの発明を
より詳細に説明する。
より詳細に説明する。
第１図は試作した各種サーメツト薄膜の耐熱性
を示す。試料は金属と酸化物との混合物の電子ビ
ーム蒸着または複合ターゲツトのRFスパツタに
より作製した。膜厚はすべて2000Åである。酸化
速度を遅くして劣化程度の区別がつきやすいよう
にするため、サーメツト膜の表面には約1μｍ厚
のSiO2を主成分とするガラスを蒸着積層した。
概略の選択基準は金属として高融点金属で高価で
ないという観点から、Ta、Ti、Zr、Nb、Crを
選び、酸化膜としてその標準生成自由エネルギの
絶対値が相手金属の酸化物の標準生成自由エネル
ギの絶対値よりも大きいものを選んだ。これは金
属による酸化物の還元反応を避けるためである。
試験法は試料を空気中350℃で加熱した後室温で
の電気抵抗の変化を測定する方法を採用した。第
１図は横軸に加熱時間、縦軸に加熱後の抵抗Ｒと
加熱前の抵抗R0との比Ｒ／R0をとつてある。ま
た、第１図の試料の説明中、（／）で示す金属／
酸化物比は電子ビーム蒸着の場合蒸発源の重量比
であり、RFスパツタの場合複合ターゲツトの面
積比である。
を示す。試料は金属と酸化物との混合物の電子ビ
ーム蒸着または複合ターゲツトのRFスパツタに
より作製した。膜厚はすべて2000Åである。酸化
速度を遅くして劣化程度の区別がつきやすいよう
にするため、サーメツト膜の表面には約1μｍ厚
のSiO2を主成分とするガラスを蒸着積層した。
概略の選択基準は金属として高融点金属で高価で
ないという観点から、Ta、Ti、Zr、Nb、Crを
選び、酸化膜としてその標準生成自由エネルギの
絶対値が相手金属の酸化物の標準生成自由エネル
ギの絶対値よりも大きいものを選んだ。これは金
属による酸化物の還元反応を避けるためである。
試験法は試料を空気中350℃で加熱した後室温で
の電気抵抗の変化を測定する方法を採用した。第
１図は横軸に加熱時間、縦軸に加熱後の抵抗Ｒと
加熱前の抵抗R0との比Ｒ／R0をとつてある。ま
た、第１図の試料の説明中、（／）で示す金属／
酸化物比は電子ビーム蒸着の場合蒸発源の重量比
であり、RFスパツタの場合複合ターゲツトの面
積比である。
曲線１はZr−Al2O3（70／30）電子ビーム蒸着
膜、R0＝５ｍΩ・cm、曲線２はTa−Al2O3（50／
50）RFスパツタ膜、R0＝４ｍΩ・cm、曲線３は
Ta−Al2O3（90／10）電子ビーム蒸着膜、R0＝18
ｍΩ・cm、曲線４はCr−Al2O3（70／30）電子ビ
ーム蒸着膜R0＝0.18ｍΩ・cm、曲線５はNb−
ZrO2（60／40）電子ビーム蒸着膜、R0＝300ｍ
Ω・cm、曲線６はNb−ZrO2（90／10）電子ビー
ム蒸着膜、R0＝0.15ｍΩ・cm、曲線７はCr−
SiO2（60／40）電子ビーム蒸着膜、R0＝３ｍΩ・
cm、曲線８はCr−SiO2（50／50）電子ビーム蒸着
膜、R0＝12ｍΩ・cm、および曲線９はTi−Al2O3
（70／30）電子ビーム蒸着膜、R0＝0.35ｍΩ・cm
を夫々示す。
膜、R0＝５ｍΩ・cm、曲線２はTa−Al2O3（50／
50）RFスパツタ膜、R0＝４ｍΩ・cm、曲線３は
Ta−Al2O3（90／10）電子ビーム蒸着膜、R0＝18
ｍΩ・cm、曲線４はCr−Al2O3（70／30）電子ビ
ーム蒸着膜R0＝0.18ｍΩ・cm、曲線５はNb−
ZrO2（60／40）電子ビーム蒸着膜、R0＝300ｍ
Ω・cm、曲線６はNb−ZrO2（90／10）電子ビー
ム蒸着膜、R0＝0.15ｍΩ・cm、曲線７はCr−
SiO2（60／40）電子ビーム蒸着膜、R0＝３ｍΩ・
cm、曲線８はCr−SiO2（50／50）電子ビーム蒸着
膜、R0＝12ｍΩ・cm、および曲線９はTi−Al2O3
（70／30）電子ビーム蒸着膜、R0＝0.35ｍΩ・cm
を夫々示す。
第１図からわかるように、前記論文で報告され
たTa−Al2O3サーメツト薄膜は確かに良い耐熱
性を示すが、Ta−Al2O3以外にも耐熱特性の良
いものがある。特に、Zr−Al2O3はTa−Al2O3以
上に優れた耐熱特性を有していることが判明し
た。
たTa−Al2O3サーメツト薄膜は確かに良い耐熱
性を示すが、Ta−Al2O3以外にも耐熱特性の良
いものがある。特に、Zr−Al2O3はTa−Al2O3以
上に優れた耐熱特性を有していることが判明し
た。
以下に、この発明の一実施例を第２Ａ図および
第２Ｂ図を参照して説明する。第２Ａ図は薄膜サ
ーマルヘツドの断面図、第２Ｂ図はその平面図で
ある。ここに示す薄膜サーマルヘツドは、アルミ
ナ基板１１、その上に形成されたグレーズド層１
２、Zr−Al2O3サーメツト発熱抵抗体層１３、電
極層１４、酸化防止膜１５および耐摩耗層１６を
含む。
第２Ｂ図を参照して説明する。第２Ａ図は薄膜サ
ーマルヘツドの断面図、第２Ｂ図はその平面図で
ある。ここに示す薄膜サーマルヘツドは、アルミ
ナ基板１１、その上に形成されたグレーズド層１
２、Zr−Al2O3サーメツト発熱抵抗体層１３、電
極層１４、酸化防止膜１５および耐摩耗層１６を
含む。
この製造工程は次のとおりである。厚さ１mmの
グレーズドアルミナ基板１１，１２を洗浄、乾燥
した後、その上にZr−Al2O3サーメツト薄膜１３
を電子ビームで4000Åの厚さに蒸着する。蒸着中
の基板温度は160℃で、真空度は10-4torr程度で
ある。蒸発源としてZr粉末とAl2O3粉末を混合、
プレスした後、800℃、30分間の真空中（４×
10-5torr）加熱によりガス出しをしたものを使用
する。このサーメツト薄膜１３の上にCr150Å、
Au1μｍ、Cr150Åを連続蒸着して電極層１４を
形成する。次に発熱抵抗体層１３と電極層１４と
を幅Ｗのストライプ状にパターニングするための
レジスタパターンを形成し、Cr、Au、Crを化学
エツチングで除去した後、Zr−Al2O3サーメツト
膜をドライエツチングで除去する。ドライエツチ
ング時のエツチングガスはCCl4が用いられ、ガ
ス圧は100ｍtorrとする。さらに、このストライ
プの中に長さｌの発熱部を形成するためのレジス
トパターンを形成し、Cr、Au、Crを化学エツチ
ングで除去する。Ｗ＝100μｍ、ｌ＝200μｍとす
ると、発熱部の抵抗は250Ωとなる。次に酸化防
止層１５として厚さ1μｍのSiO2膜、耐摩耗層１
６として厚さ3μｍのSiO膜をRFスパツタで積重
ねる。
グレーズドアルミナ基板１１，１２を洗浄、乾燥
した後、その上にZr−Al2O3サーメツト薄膜１３
を電子ビームで4000Åの厚さに蒸着する。蒸着中
の基板温度は160℃で、真空度は10-4torr程度で
ある。蒸発源としてZr粉末とAl2O3粉末を混合、
プレスした後、800℃、30分間の真空中（４×
10-5torr）加熱によりガス出しをしたものを使用
する。このサーメツト薄膜１３の上にCr150Å、
Au1μｍ、Cr150Åを連続蒸着して電極層１４を
形成する。次に発熱抵抗体層１３と電極層１４と
を幅Ｗのストライプ状にパターニングするための
レジスタパターンを形成し、Cr、Au、Crを化学
エツチングで除去した後、Zr−Al2O3サーメツト
膜をドライエツチングで除去する。ドライエツチ
ング時のエツチングガスはCCl4が用いられ、ガ
ス圧は100ｍtorrとする。さらに、このストライ
プの中に長さｌの発熱部を形成するためのレジス
トパターンを形成し、Cr、Au、Crを化学エツチ
ングで除去する。Ｗ＝100μｍ、ｌ＝200μｍとす
ると、発熱部の抵抗は250Ωとなる。次に酸化防
止層１５として厚さ1μｍのSiO2膜、耐摩耗層１
６として厚さ3μｍのSiO膜をRFスパツタで積重
ねる。
このようにして得られた薄膜サーマルヘツドの
耐電力特性を調べるため、ステツプストレス試験
（２ｍsecON、8n secOFFの電圧パルスを30分間
印加し、抵抗値の変化を測定した後、電圧を１ス
テツプ増加させて同様の試験を繰返す）を行なつ
た。その結果、抵抗が急激に上昇し始める電力密
度が、Ta2N薄膜サーマルヘツドでは20W／mm2で
あるのに対し、Zr−Al2O3薄膜サーマルヘツドで
は30W／mm2に向上した。
耐電力特性を調べるため、ステツプストレス試験
（２ｍsecON、8n secOFFの電圧パルスを30分間
印加し、抵抗値の変化を測定した後、電圧を１ス
テツプ増加させて同様の試験を繰返す）を行なつ
た。その結果、抵抗が急激に上昇し始める電力密
度が、Ta2N薄膜サーマルヘツドでは20W／mm2で
あるのに対し、Zr−Al2O3薄膜サーマルヘツドで
は30W／mm2に向上した。
なお上記実施例ではZr−Al2O3薄膜の形成は電
子ビーム蒸着で行なつたが、これは複合ターゲツ
トあるいは焼結ターゲツトを用いたRFスパツタ
でも可能であり、この場合の抵抗値の再現性が良
い。
子ビーム蒸着で行なつたが、これは複合ターゲツ
トあるいは焼結ターゲツトを用いたRFスパツタ
でも可能であり、この場合の抵抗値の再現性が良
い。
また、マグネトロンスパツタ等の低温スパツタ
リングによつてもZr−Al2O3薄膜の形成は可能で
ある。
リングによつてもZr−Al2O3薄膜の形成は可能で
ある。
以上のように、この発明によれば、Zr−Al2O3
サーメツト薄膜を発熱抵抗体として使用すること
により高電力でも記録特性が安定した薄膜サーマ
ルヘツドが得られる。Zr−Al2O3薄膜はTa−
Al2O3サーメツト薄膜に比べても耐熱性は同等以
上でありしかも材料費が安価であるため、より高
性能で安価な薄膜サーマルヘツドが得られる。
サーメツト薄膜を発熱抵抗体として使用すること
により高電力でも記録特性が安定した薄膜サーマ
ルヘツドが得られる。Zr−Al2O3薄膜はTa−
Al2O3サーメツト薄膜に比べても耐熱性は同等以
上でありしかも材料費が安価であるため、より高
性能で安価な薄膜サーマルヘツドが得られる。
第１図は各種サーメツト薄膜の耐熱性を比較す
るグラフである。第２Ａ図はこの発明の一実施例
による薄膜サーマルヘツドの断面図である。第２
Ｂ図はその平面図である。 図において、１１はアルミナ基板、１２はグレ
ーズド層、１３はZr−Al2O3サーメツト発熱抵抗
体層、１４は電極層、１５は酸化防止膜、１６は
耐耗層を示す。
るグラフである。第２Ａ図はこの発明の一実施例
による薄膜サーマルヘツドの断面図である。第２
Ｂ図はその平面図である。 図において、１１はアルミナ基板、１２はグレ
ーズド層、１３はZr−Al2O3サーメツト発熱抵抗
体層、１４は電極層、１５は酸化防止膜、１６は
耐耗層を示す。
Claims (1)
- １ Zr−Al2O3サーメツト膜からなる発熱抵抗体
を備えた薄膜サーマルヘツド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55176041A JPS5798368A (en) | 1980-12-10 | 1980-12-10 | Thin film type thermal head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55176041A JPS5798368A (en) | 1980-12-10 | 1980-12-10 | Thin film type thermal head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5798368A JPS5798368A (en) | 1982-06-18 |
| JPS637442B2 true JPS637442B2 (ja) | 1988-02-17 |
Family
ID=16006677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55176041A Granted JPS5798368A (en) | 1980-12-10 | 1980-12-10 | Thin film type thermal head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5798368A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59178266A (ja) * | 1983-03-28 | 1984-10-09 | Rohm Co Ltd | サ−マルプリンタ用発熱抵抗体 |
| JPS60140693A (ja) * | 1983-12-28 | 1985-07-25 | 日立金属株式会社 | 抵抗膜加熱器具 |
| JPH04118252A (ja) * | 1990-09-10 | 1992-04-20 | Alps Electric Co Ltd | サーマルヘッド |
-
1980
- 1980-12-10 JP JP55176041A patent/JPS5798368A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5798368A (en) | 1982-06-18 |
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