KR20010025016A - 서멀 헤드의 제조방법 - Google Patents

서멀 헤드의 제조방법 Download PDF

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KR20010025016A
KR20010025016A KR1020007012696A KR20007012696A KR20010025016A KR 20010025016 A KR20010025016 A KR 20010025016A KR 1020007012696 A KR1020007012696 A KR 1020007012696A KR 20007012696 A KR20007012696 A KR 20007012696A KR 20010025016 A KR20010025016 A KR 20010025016A
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thermal head
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나카무라유지
삼본기노리미츠
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핫토리 쥰이치
세이코 인스트루먼트 가부시키가이샤
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Abstract

보호막을 선택적으로 형성함으로써 서멀 헤드 베이스의 크기가 작게 만들어지므로, 하나의 그린 시트(green sheet)로부터의 베이스의 수가 증가하며, 생산성이 향상된다. 또한, 보호막의 위치결정 정밀도, 보호막의 접착, 및 신뢰성이 향상된다. 배선 전극의 보호막 불필요부는 무기물 페이스트를 사용하여 마스킹되고, 보호막은 전체 표면에 걸쳐 형성된다. 보호막 불필요부에서의 보호막은 무기물 페이스트와 함께 박리되고, 보호막은 히터 및 그 외주의 배선 전극의 열 발생부 위에 선택적으로 형성된다.

Description

서멀 헤드의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING THERMAL HEAD}
종래에는, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 열저장층으로서 글레이즈층(2)이 세라믹 기판과 같은 절연성 기판(1)에 제공되고, Ta계, 규화물계, Ni-Cr계 등의 발열 저항체 재료 및 Al, Cr-Cu, Au 등의 전극재료가 스퍼터링, 증착 등에 의해서 형성되고, 발열 저항체(3), 공통 전극, 및 개별 전극을 위한 배선 전극(4)이 포토리소그래피(photolithography) 공정에서 패터닝에 의해서 형성되며, 그 후에 산화를 방지하고 발열 저항체(3)의 마모를 저지하기 위한 SiO2, Ta2O5, SiAlON, Si3N4, SiC 등의 보호막(6)이 서멀 헤드를 제조하기 위해서 스퍼터링, 이온 도금, 또는 CVD 에 의해서 형성된다.
전술한 보호막의 형성에서는, 이미지 신호를 전극을 통해서 발열 저항체 등으로 보내기 위한 드라이버 IC 의 와이어 본딩부와 같이 보호막 불필요부(4a)에 보호막(6)이 남지 않도록, 산화 방지 및 마모 저지하기 위한 보호막(6)은 발열 저항체에 선택적으로 형성되어야 한다. 보호막(6)를 선택적으로 형성하기 위한 몇가지 종래의 방법들이 공지되었다.
먼저, 물리적 마스킹이 수행되는 방법이 있다. 이것의 예는 도 2(a)에 도시되었으며, 여기서 금속 마스크(7)는 기판을 마스킹한다. 이 방법에 있어서, 금속 마스크(7)가 기판을 마스킹하기 때문에, 보호막(6)의 위치설정 정밀도가 향상되지 않을 뿐만아니라, 금속 마스크(7)로부터의 보호막의 박리도 야기되어, 수율이 감소하게 된다. 또한, 배선 전극(4)이 손상되지 않도록 금속 마스크와 기판 사이에 공간이 제공되어야 한다. 여기서, 보호막(6)이 금속 마스크(7)와 기판 사이의 공간 주위를 둘러싸고, 보호막 랩어라운드부(profective film wraparound portion)(6a)가 형성되어, 보호막(6)이 보호막 불필요부에 오히려 존재하는 단점이 있다. 이 점을 보상하기 위해서, 설계단계에서 보호막 랩어라운드부(6a)가 허용되도록 설계되어, 이것은 기판 크기의 소형화, 하나의 기판으로부터 취해진 서멀 헤드의 수의 증가 등을 억제하는 요소이다.
다른 방법은 기판을 겹치는 것이다. 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 기판이 겹쳐지기 때문에, 배선 전극(4)은 접촉에 의해서 손상된다. 배선 전극(4)이 손상되는 것을 방지하기 위해서, 공간이 기판들 사이에 제공되어야 하며, 이것은 보호막(6)이 보호막 불필요부(4a)에 오히려 존재하는 단점을 야기시킨다. 또한, 기판을 겹치기 위해서, 웨이퍼 모양의 기판은 긴 기판으로 절단되어야 한다. 기판의 절단 및 겹침은 시간이 걸리고, 제조공정의 단계를 증가시키며, 비용을 증가시키는 요소이다. 게다가, 기판이 보호막(6)의 형성 다음 단계에서 오히려 절단 상태로 생산처리 되기 때문에, 생산 일주가 악화되는 단점이 있다.
다음으로, 보호막(6)이 그 보호막(6)을 선택적으로 형성하기 위해서 화학적으로 에칭되는 방법이 있다. 서멀 헤드에 사용된 보호막(6)으로서, 화학적으로 물리적으로 안정한 무기물 세라믹막이 사용된다. 그러므로, 그것은 불화수소계의 화학약품을 사용하여 에칭된다. 그러나, 이러한 화학약품은 매우 느린 에칭 속도를 가지며, 이것은 생산성을 떨어뜨리는 요소이다. 이것은 화학약품을 사용하는 에칭 뿐만아니라 기상법을 사용하는 건식에칭에도 사실이다. 게다가, 화학약품을 사용하는 에칭은 금속이 배선 전극(4)으로서 사용되기 때문에, 보호막(6)에 대한 에칭 선택성이 안정하게 될 수 없고 오히려 배선 전극(4)이 에칭된다고 하는 단점이 있다. 그러므로, 이것은 서멀 헤드의 분야에서 실제적이지 못하다.
이 문제들을 해결하고 기판 크기의 소형화 및 생산성의 향상을 수용하는 방법으로서, 소위 리프트오프(lift-off)인 차폐제(masking agent)를 사용하여 보호막(6)의 선택적 형성이 공지된다.
그러나, 리프트오프에 따른 보호막의 선택적 형성은 차폐제로서 포토레지스트를 사용하여 수행된다. 포트레지스트를 사용하는 방법에서, 보호막은 고진공의 고온에서 형성된다. 즉, 포트레지스트는 고온 및 고진공에 노출된다. 포토레지스트가 수지이기 때문에, 보호막이 형성될 때의 상태를 견딜 수 없어, 진공용기에서 가스를 발생시킨다. 이러한 가스는 진공용기의 내부를 오염시킬 뿐만아니라 접착 및 보호막의 품질도 저하시켜, 서멀 헤드의 신뢰성을 감소시키는 요소가 될 수 있다. 또한, 차폐제가 박리되는 경우에는, 수지가 탄화, 즉 연소되기 때문에, 그것은 박리될 수 없고, 차폐제가 보호막 불필요부의 배선 전극 위에 남아있고, 전극을 통해 발열 저항체 등으로 이미지 신호를 보내기 위한 드라이버 IC를 접속하기 위한 와이어본딩이 수행될 수 없어, 서멀 헤드의 주요 기능은 수행되지 않는다.
또한, 이러한 포토레지스트보다 열저항이 좋은 폴리이미드계 차폐제가 사용될 수 있다. 비록 폴리이미드가 열저항이 우수하더라도, 일단 손상되면, 그것의 박리능력이 매우 저하된다. 이때, 소량이지만 차폐제가 배선 전극 위에 남는다. 차폐제가 남으면, 그것의 실장 및 생산성의 신뢰성을 감소시키는 요소가 된다. 예를 들면, 전극을 통해서 발열 저항체 등으로 이미지 신호를 보내기 위한 드라이버 IC 에 접속하기 위한 와이어 본딩의 강도가 보장될 수 없기 때문에, 와이어 본딩이 분리될 수 있다. 그것을 강제적으로 박리하기 위해서, 폴리이미드를 분해하기 위한 NMP와 같은 극성용매가 사용되어야 한다. 이러한 극성용매의 사용은 조작자 및 작업환경에 악영향을 준다. 게다가, 최근에 지구환경의 보호 의식이 고조되고 있기 때문에, 강한 화학약품은 절대적으로 사용될 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해서, 차폐제로서 무기물 페이스트를 사용함으로써, 기판의 소형화 및 하나의 기판으로부터 취해진 서멀 헤드의 증가된 수를 수용할 수 있고, 보호막의 고 위치결정 정밀도, 보호막의 고 접착, 및 고 신뢰성으로 보호막을 선택적으로 형성할 수 있는 서멀 헤드의 제조방법을 얻는 것이다.
본 발명은 팩시밀리 기계, 프린터 등에서의 열 기록에 사용하기 위한 서멀 헤드의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 서멀 헤드의 제조방법을 도시하는 설명도,
도 2는 종래의 서멀 헤드의 제조방법을 도시하는 설명도이다.
본 발명에 따르면, 절연성 기판 위에 적어도 발열 저항체, 상기 발열 저항체로 전력을 공급하기 위한 배선 전극, 및 히터와 그 외주의 배선 전극을 커버하기 위한 보호막을 갖는 서멀 헤드의 제조방법에서는,
적어도 발열 저항체 및 상기 발열 저항체로 전력을 공급하기 위한 배선 전극이 절연성 기판 위에 형성되고, 상기 발열 저항체 및 상기 서멀 헤드로 상기 전극을 통해서 이미지 신호를 보내기 위한 드라이버 IC가 와이어 본딩에 의해서 접속되는 배선 전극의 보호막 불필요부가 무기물 페이스트를 사용하여 마스킹되며, 상기 보호막이 모든 표면에 걸쳐 형성된 다음에, 상기 보호막 불필요부에서의 상기 보호막이 히터 및 그 외주의 배선 전극의 열 발생부 위에 상기 보호막을 선택적으로 형성하기 위해서 상기 무기물 페이스트와 함께 박리된다.
전술한 바와 같이 구성된 서멀 헤드에서는, 보호막 불필요부가 무기물 페이스트 및 그 안에 수지를 포함하지 않는 보호막을 형성하기 위한 착색제를 사용하여 마스킹되기 때문에, 열저항이 매우 높고, 가스는 고진공의, 고온의 진공용기에서 발생되지 않는다. 그러므로, 진공용기의 내부가 오염되지 않고, 막의 고접착 및 막의 고신뢰성을 얻을 수 있다. 게다가, 그것의 열저항이 매우 높고 수지 성분을 포함하지 않기 때문에, 산화 및 연소와 같은 현상이 없어, 그것의 박리를 용이하게 한다. 그러므로, 착색제는 배선 전극에 남아있지 않고, 따라서, 와이어 본딩의 강도가 향상된다. 또한, 착색제가 임의의 위치에서 사용될 수 있으므로, 보호막은 선택적으로 형성될 수 있고, 따라서, 기판의 크기는 작게 만들어 질 수 있고, 하나의 기판으로부터 취해진 서멀 헤드의 수는 증가하며, 생산성이 향상된다.
본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 다음에 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 서멀 헤드의 제조방법의 공정을 도시하는 도면이다. 본 적용의 제조방법의 공정은 적당한 순서로 설명된다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 글레이즈(2)는 알루미나 세라믹 등으로 만들어진 절연성 기판(1)에 열 저장을 위해 형성된다. 그 다음에, Ta-N, Ta-SiO2등의 주성분이 Ta인 발열 저항체 재료로서 막이 대략 0.1 ㎛의 두께로 스퍼터링에 의해서 형성된다. 그 후에, 발열 저항체(3)가 포토리소그래피에 의해서 형성된다. 다음으로, Al, Al-Si, Al-Si-Cu 등의 주성분이 Al인 발열 저항체(3)에 전력을 공급하기 위한 전극재료로서 막이 대략 1 - 2 ㎛의 두께로 스퍼터링 등에 의해서 형성된다. 그 후에, 배선 전극(4)이 포토리소그래피에 의해서 형성된다. 배선 전극(4)은 발열 저항체 등으로 전극을 통해서 와이어본딩 등에 의해서 이미지 신호를 보내기 위한 드라이버 IC 에 나중 접속을 위한 보호막 불필요부(4a)를 가지고 있다.
그 다음에, 도 1(b)에서, 무기물 페이스트(5)가 순수, 알루미나가 주성분인 세라믹 분말, 이산화규소 등과, 결합 성분으로서 벤토나이트로 형성된다. 그들은 페이스트로 혼합되고, 무기물 페이스트(5)로서 사용된다. 여기에 사용된 세라믹 분말의 입자크기는 대략 1 - 5 ㎛ 이다. 세라믹 분말의 입자 크기가 5 ㎛ 보다 크면, 저하된 인쇄적성과 같은 불편이 때때로 야기되고, 따라서, 실제적이지 못하다. 결합 성분으로서 벤토나이트는 주성분이 점토광물인 몬모릴로나이트이며 수분을 함유하는 층상 규산염이고, 물에 의해서 부풀려지고 점성을 증가시키는 특성을 가진다. 그러므로, 그것은 무기물 물질을 인쇄용 페이스트로 만드는데 가장 적절하다. 게다가, 무기물 물질을 함유하지 않기 때문에, 열저항이 우수하고 고진공의 고온에서도 가스가 발생되지 않는다.
그 다음에, 혼합된 무기물 페이스트(5)는 보호막이 배선 전극(4)의 보호막 불필요부(4a)에 도포된다. 그것을 도포하는 방법으로서, 스크린 인쇄가 가장 적절하다. 스크린 인쇄는 고 생산성과 고 인쇄정밀도를 가지고, 스크린 마스크의 형상을 변경시킴으로써 각종 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 배선 전극(4)의 보호막 불필요부(4a)에 무기물 페이스트(5)를 선택적으로 도포하는데 효과적이다. 무기물 페이스트(5)는 대략 10 - 30 ㎛의 두께로 스크린 인쇄에 의해서 인쇄된다. 인쇄되는 막의 두께는 나중에 형성되는 보호막(6)의 막두께에 의존하기 때문에, 보호막(6)의 막두께의 적어도 2배 두껍게 되도록 요구된다. 막두께가 보호막의 막두께와 동등하거나 또는 작으면, 다음 단계에 필요한 박리능력이 저하한다.
다른 도포방법에는 디스펜서 등을 사용하는 도포, 롤러를 사용하는 오프셋인쇄, 및 플렉소인쇄(flexography)가 있다. 도포방법은 페이스트가 도포되는 형상과 조화하도록 선택될 수 있다.
그 후에, 150 ℃ 이상에서 무기물 페이스트(5)를 건조함으로써, 그안의 수분은 증발한다. 수분의 증발은 배선 전극(4)의 보호막 불필요부(4a)를 마스킹하기 위해서 무기물 페이스트(5)를 보존 처리한다.
그 다음에, 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 산화를 방지하고 마모를 저지하기 위해서, Si3N4및 SiO2등의 혼합물인 막이 발열 저항체(3), 배선 전극(4), 및 무기물 페이스트(5) 모두를 커버하도록 기판의 모든 표면에 걸쳐 대략 3 - 6 ㎛의 두께로 스퍼터링 등에 의해서 형성되고, 보호막(6)이 전체 표면에 걸쳐 형성된다.
그 후에, 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 그 전체 표면에 걸쳐 형성된 보호막(6)의 기판은 순수와 같은 물에 담겨진다. 이때문에 무기물 페이스트(5)는 팽창하고, 보호막 불필요부(4a)에 형성된 보호막(6)은 무기물 페이스트(5)와 함께 박리한다. 여기서, 박리능력 및 생산성을 향상시키기 위한 수단으로서, 또는 와이어본딩의 강도를 향상시키고 신뢰성을 달성하기 위해서, 배선 전극(4)에 무기물 페이스트(5)의 잔류물을 제거하기 위한 수단으로서, 초음파 세척이 효과적이다. 특히, 28 - 45 ㎑ 와 같은 저주파 대역이 효과적이다. 또한, 세척을 마무리하는 방법으로서, 100 ㎑ 이상의 고주파 대역을 사용하는 세척이 더욱 효과적이다. 이것과 다르게, 물분사(waterjet) 등과 같은 압축된 물로 유수세척의 방법이 또한 효과적이다.
그 결과, 보호막 불필요부(4a)에서의 보호막(6)이 제거되고, 보호막(6)이 발열 저항체(3) 및 그 외주의 배선 전극(4)의 열 발생부에 선택적으로 형성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 서멀 헤드의 보호막이 무기물 페이스트를 사용하여 선택적으로 형성되기 때문에, 기판의 크기가 작게 만들어지고, 하나의 기판으로부터 취해진 서멀 헤드의 수는 증가하며, 생산성이 향상된다. 또한, 선택 형성이 수행될 수 있기 때문에, 관통홀 또는 다층 배선 전극 구성을 갖는 복잡한 보호막이 형성될 수 있어, 서멀 헤드의 설계에 자유도를 증가시킨다.
또한, 무기물 페이스트가 진공용기에서도 가스를 발생시키지 않기 때문에, 보호막의 고 신뢰성이 달성될 수 있고 서멀 헤드의 수명이 길어질 수 있다. 또한, 진공용기의 내부가 오염되지 않기 때문에, 시스템의 보수기간이 향상될 수 있다.
또한, 보호막이 화학약품 등을 사용하지 않고 선택적으로 쉽게 형성될 수 있기 때문에, 조작자 및 작업환경이 영향을 받지 않고, 지구의 자연환경이 조금도 영향을 받지 않는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 절연성 기판 위에 적어도 발열 저항체, 상기 발열 저항체로 전력을 공급하기 위한 배선 전극, 및 히터와 그 외주에 배선 전극을 커버하기 위한 보호막을 갖는 서멀 헤드의 제조방법에 있어서,
    적어도 발열 저항체 및 상기 발열 저항체로 전력을 공급하기 위한 배선 전극이 절연성 기판 위에 형성되고; 상기 발열 저항체 및 상기 서멀 헤드로 상기 전극을 통해서 이미지 신호를 보내기 위한 드라이버 IC가 와이어 본딩에 의해서 접속되는 배선 전극의 보호막 불필요부가 무기물 페이스트를 사용하여 마스킹되며; 상기 보호막이 전체 표면에 걸쳐 형성된 다음에; 상기 보호막 불필요부에서의 상기 보호막이 히터 및 그 외주에 배선 전극의 열 발생부 위에 상기 보호막을 선택적으로 형성하기 위해서 상기 무기물 페이스트와 함께 박리되는 것을 특징으로 하는 서멀 헤드의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막 불필요부를 마스킹하기 위한 상기 무기물 페이스트의 주성분은 알루미나, 이산화규소 등의 세라믹 분말인 것을 특징으로 하는 서멀 헤드의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막 불필요부를 마스킹하기 위한 상기 무기물 페이스트의 결합성분은 점토광물 등인 몬모릴로나이트의 주성분이며 수분을 함유하는 층상 규산염인 벤토나이트인 것을 특징으로 하는 서멀 헤드의 제조방법.
KR1020007012696A 1999-03-19 2000-03-13 서멀 헤드의 제조방법 KR20010025016A (ko)

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