KR900002807B1 - 열 레코팅 헤드와 그 배선기판을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

열 레코팅 헤드와 그 배선기판을 제조하는 방법
제 1 도는 본 발명이 적용되는 직접구동 열 헤드의 회로 다이아그램.
제 2 도는 제 1 도에 도시된 구동회로의 다이아그램.
제 3 도는 다음 제 4 도에 도시된 저항기 보호필름, 보호층 및 열 저항 보호수지가 제거된 본 발명을 열 레코딩 헤드의 첫 번째 구체예를 개략적 부분 평면도.
제 4 도는 제 3 도에서 IV-IV-IV-IV선을 따라 잘려진 단면을 나타내는 단면도.
제 5 도는 제 4 도에서 해당하는 본 발명의 두번째 구체예의 단면도.
제 6 도는 제 5 도에서 VI-VI선을 따라 잘려진 단면을 나타내는 단면도.
제 7 도는 유리 페이스트를 소성하는 불활성가스 분위기중의 O2밀도대 상부 박막도체층과 하부 후막도체층사이의 절연저항의 관계, 및 상기 O2밀도대 Cu후막도체층의 시이트 저항의 사이의 관계에 대한 실험결과를 나타내는 다이아그램.
제 8 도는 실험에 사용된 시험샘플의 개락적 단면도.
제 9 도는 기판이 산화동을 제거하기 위해 침지되는 용제의 종류에 대한 O2밀도와 관통공(through hole)저항사이의 관계를 나타내는 실험결과의 다이아그램.
제 10 도는 용제종류에 대한, 표면처리의 유형, 즉 용제에의 침지시간과 기판상의 Cu투막층의 부착력의 세기와의 관계를 나타내는 실험결과의 다이아그램.
제 11 도는 유기산 종류에 대한 용제에 포함된 유기산의 양과 관통공 저항사이의 관계를 나타내는 실험결과의 다이아그램.
본 발명은 열 전송 프린터 또는 팩시밀리에 사용되는 열 레코딩 헤드(thermal recording head)에 관한 것으로, 특히 본 발명은 고밀도로 드라이버 집적회로(IC회로)와 같은 능동소자를 갖춘 필름형 열 레코딩 헤드의 다층 배선구조에 대한 것이다.
또한 본 발명은 열 레코딩 헤드에 유용하게 사용될 수 있는 배선기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로 상술된 유형의 열 레코딩 헤드(열 헤드)는 선-점 패턴 또는 패트릭스로 배열된 다수의 열 발생부(열 발생소자)로 되어 있고, 각 열 발생부는 발생저항(저항필름)과 그에 연결된 도체(필름)로 이루어진다. 예를 들면, 선-점 배열에서 기록지(recording paper)가 예로서 A4크기이고 열 발생부의 밀도가 8lines/mm이라면 전체로서 약 1728열 발생점들이 선상으로 배열된다. 따라서, 런 유형의 열 헤드에서는 고밀도 배선이 이들 열 발생부에 전기를 공급하기 위해 요구되므로 다층배선 구조가 필요하게 된다. A4크기의 기록지를 사용하기 위한 IC유형의 열 레코딩 헤드에서 열 발생점의 수는 예를 들면 상기한 바와 같이 1728개이며 전압원(제 1 도에서 +E로 표시된)은 12V이다. 이런류의 열 헤드에서는 열 발생점들이 구동되는 네그룹으로 분리된다면, 모든 점들이 구동될 때, 즉 레코딩 전류가 모든 점에 가해질 때는 기껏 전류 50mA가 각점에 가해질 뿐이나 약 22A의 콘 전류가 전원공급선에 가해진다. 즉, 단지 비교적 작은 전류가 흐르는 각 열발생점에 비하여 큰 전류가 전원공급선에 흐른다.
다음 배선구조는 후막형태(후막도체층과 두꺼운 절연체층으로 구성된) 및 박막형태(박막도체층과 박막격리체(separator)층으로 구성된)으로 분리된다. 전자형태는 제조가 용이하고 제조비가 저렴하며 수율 및 신뢰성은 높으나 인쇄된 문자 질(質)(점들사이의 저항의 차이 및 해상도)이 낮고 원료비(여러 제한 조건 때문에 Au금속필름들이 사용되어야만 되기에)가 높은 것이 단점이다. 후자형태는 여러 측면에서 불리하나 우수한 인쇄된 문자질(점들 사이의 저항의 차이 및 해상도)를 갖는 것이 장점이다. 따라서 박막형태의 열 헤드가 현재 많이 사용된다.
이런유형의 열 헤드의 배선패턴은 전형적으로 다이오드 매트릭스 형태와 드라이버 IC-부하형태로 분류된다. 배선특성으로 후자형태의 인쇄속도는 전자보다 빠르며 이점이 후자형태가 지니는 장점이다. 따라서, 우수한 인쇄된 문자질과 높은 인쇄속도를 동시에 얻기 위한 수단으로서 드라이버 IC형태의 박막 열 헤드는 관심을 끌었고 이 유형의 열 헤드에 대한 연구가 행해져 오고 있다. 그럼에도 불구하고 다음 본문에 기술되는 바와같이 이런 유형의 열 헤드, 특히 다층배선용 다층 구조에는 여전히 문제점들이 있다.
상기 지적된 바와같이 고밀도 다층배선은 고밀도로 IC등이 갖춰진 드라이버 부하 유형 열 헤드에 필요하다. 종래의 이런 유형의 박막 열 헤드에서 다층 배선용 다층 구조는 박막을 레미네이팅(적층)함으로써 구성되었다. 더욱이 이 다층구조는 중착(vacuum deposition) 또는 기타 유사한 방법에 의해 알루미나 따위로 이루어진 기판상에 박막도체층과 플리이미드 수지와 같은 유기물질의 박막절연체층을 교대로 레미네이트하여 형성된다. 상술된 방법에서 제조된 종래의 박막타입 열 헤드가 인쇄된 문자질이 우수하며 인쇄속도가 빠르다는 장점을 지닐지라도 여전히 다음 문제점들을 내포한다.
(1) 핀 호울(pin holes)이 폴리이미드 수지의 박막에 쉽게 형성되고 단락회로가 도체사이의 요절연부분에 종종 형성되기에 생산공정에서의 생산량이 매우 낮다. 따라서 층의 수는 폴리이미드 수지의 박막이 사용될 때 실제적으로 두개(층의 수가 많을수록 생산량이 낮다)로 한정된다. 게다가 폴리이미드 수지의 제법을 위한 공정이 복잡하여 폴리이미드 수지필름이 비싸다.
(2) 상기(1)에 개재된 이유로 제조비가 증가되어 열 헤드의 단가가 상승된다.
(3) 도체층이 박막형태이어서 도체저항이 높다. 따라서 특수 장치가 큰 전류가 흐르는 전원공급선 또는 전력접지선(earth line)을 위해 필요하다. 예를들면 도체저항은 그런 라인을 도금처리(도체가 두껍게 된다)또는 부분 증착처리를 함으로써 감소되거나 도체저항은 박막의 패턴을 복잡하게 하고 패턴폭을 넓힘으로써 감소된다. 따라서 열 헤드가 상술된 특별한 또는 부수적인 처리를 실행함으로써 구성되는 경우에는 다층배선설계가 매우 어렵다. 더욱이 열 헤드는 일반목적적인 특성이 빈약하다. 즉 다른 유형의 열 헤드의 다층배선은 현재의 열헤드용으로 활용될 수 없으며 이 열헤드용의 적절한 다층배선은 특별히 설계되어야 한다.
또 다른 종래기술에서 상술된 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 큰 전류가 흐르는 단자부를 포함하는 부분은 별도로 형성된 가요성 인쇄판을 사용하여 구성된다. 그러나, 이 가요성 인쇄판은 매우 비싸서 제조비가 증가된다. 그러므로 이 종래 기술은 실제 측면에서는 불만족하다.
종래 또다른 기술에 따르면, 다층배선의 드라이버 IC부하부분은 후막다층구조로 형성되며 열발생점 부분은 박막구조로 형성되고 두 부분들은 전기적으로 결합배선 따위를 사용하여 각각 상호 연결된다. 그러나, 이 경우 두부분 사이의 전기 연결점들의 밀도는 매우 높으며 이들 전기 연결점들 수는 격렬하게 증가되고(상기 지적된 바와같이, A4기록지를 위한 1728점), 또한 적절한 연결방법이 알려져 있지 않으며 열결점의 확실성은 극히 낮다. 그러므로 이런 종래기술은 실제적으로 적용될 수 없다. 더욱이 이 종래기술이 실제적으로 실행될지라도 단계수가 증가되어 제조비가 상승된다.
본 발명의 주요한 목적은 상술된 종래기술의 문제점을 해결하는 것이며, 고밀도로 능동소자(드라이버 IC와 같은)를 지닌 다층 배선부분의 다층구조가 높은 수율로 매우 용이하게 제조될 수 있으며 높은 밀도배선, 높은 인쇄속도 및 높은 인쇄문자질이 실현될 수 있고 제조비가 감소될 수 있는 박막 저항기를 포함하는 박막형의 열 레코딩 헤드를 제하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 전기적 성질을 지니며 열 레코딩 헤드에 대해 특히 유익하게 사용될 수 있는 간단하고 값싼 배선기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술된 단점이 제거된 배선기판을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면 고밀도로 능동소자를 갖춘 다층 배선구조를 지닌 열 레코딩 헤드가 제공되며, 이는 기판, 후막으로 형성되며 기판상에 배열된 제 1 도체층, 두꺼운 유리필름으로 형성되며 제 1 도체층상에 배열된 제1절연층, 박막으로 형성되며 제1절연체층상에 배열된 열발생저항기층, 박막으로 형성되며 저항기층상에 배열된 제 2 도체층 및 제 2 도체층상에 배열된 능동소자로 이루어진다.
더욱이, 본 발명에 따르면 고밀도로 능동소자를 갖춘 다층 배선구조를 지닌 열 레코딩 헤드가 제공되며, 이는 기판, 후막으로 형성되며 기판상에 배열된 제 1 도체층, 두꺼운 유리필름으로 형성되며 제 1 도체층상에 배열된 제1절연체층, 박막으로 형성되며 제1절연체층상에 배열된 열발생저항기층, 박막으로 형성되며 저항기층상에 배열된 제 2 도체층, 후막으로 형성되며 제 2 도체층상에 배열된 제2절연체층, 박막으로 형성되며 제2절연체층상에 배열된 제 3 도체층 및 제 3 도체층상에 배열된 능동소자로 이루어진다.
본 발명의 다른 개념에 따르면, 박막 저항기로 제조된 열 발생저항기 패턴을 그위에 갖는 절연기판, 전력을 저항기 패턴에 공급하기 위한 공통 전력공급전극패턴 부분과 공통 접지된 전극패턴부분을 지닌 소정의 전극패턴, 제어전극패턴 부분, 및 저항기 패턴에 대한 전력공급을 제어하기 위한 스위칭 기구(switching means)로 이루어지는 열 레코딩 헤드가 제공된다. 전극패턴은 인쇄공적으로 후막 동 페이스트(copper paste)로 제조된다. 스위칭 기구는 제어전극패턴부분에 의해 제어된다.
본 발명의 또다른 개념에 따르면 절연기판상에 동 페이스트를 가하고 소성하므로써 두꺼운 동 필름의 제 1 도 체패턴의 하부층을 형성하고, 도체패턴의 적어도 일부분이 노출되도록 제 1 도체 패턴위에 유리 페이스트를 가한다음 산소의 고농도함량을 내포하는 불활성가스분위기에서 유리 페이스트를 소성함으로써 하부층상에 유리 절연체를 형성하고, 제 1 도체 패턴의 노출된 표면상에 형성된 산화물을 제거하고, 유리 절연체상에 제 1 도체 패턴의 노출된 표면에 전기적으로 연결되는 제 2 도체 패턴의 상부층을 형성하는 것으로 이루어지는 열 레코팅 헤드용 배선기판을 제조하는 방법이 또한 제공된다.
지금부터, 본 발명은 수반되는 도면을 참조하여 상세히 기술될 것이다.
제 1 도는 직접 구동 열 헤드에 대한 회로 다이아그램이며, 제 2 도는 제 1 도에 도시된 구동회로의 다이아그램이다.
열 레코딩 헤드(1)는 구동회로(3)를 형성하는 이후 IC-1, IC-2, ...., IC-n로서 언급되는 다수의 집적회로(2)를 지닌다. 구동회로(3)는 제 2 도에 도시된 바와같이 단자(PIX-IN)로부터 공급된 그림신호를 기억하고 클럭(clock)신호(CLK)에 응하여 작동하는 시프트 래지스터(shift register)(6)를 지닌다. 그림신호(PIX)는 기록될 소망의 문자 또는 그림에 해당하는 도트신호를 포함한다. 또한 구동회로(3)는 레칭회로(8)(latching circuit)와 스위칭회로(9)를 갖는다. 래칭회로(8)는 시프트 레지스터(6)를 제어하기 위하여 래치신호(LAY)에 응하여 작동한다. 스위칭회로(9)는 도트신호가 열발생저항기(R)를 통하여 공통도체(4)에 일시에 이동되게 하는 식으로 래칭회로(8)를 제어하도록 인에이블신호 ENB(ENB1, ENB2, ..., ENBn)에 응하여 작동된다. 즉, 번호(4)는 열발생저항(R)에 열발생전류를 공급하기 위한 전원(+E)를 나타낸다. 번호(4')는 드라이브(IC-2)에 구동전류를 공급하기 위한 전원(VDD)을 나타낸다. 번호(5A)는 전원(4)에 대한 전력공급선을 나타낸다. 번호(5B)는 전원(4)에 대한 접지선, 번호(5C)는 드라이브( IC-2)에 대한 제어신호를 공급하기 위한 매트릭스 배선, 전원(5C')는 전원(4')에 대한 전력공급선, 번호(5C")는 전원(4')에 대한 접지선을 나타내며, 번호(7)는 열 헤드(1)의 제어회로를 나타낸다. 전원(4)으로부터 전류는 전력공급선(5A), 9선택된 열발생저항(R), 구동된 스위칭 트랜지스터(switching transistors) 및 접지선(5B)으로 흘러소망의 인쇄를 실행한다. 상술된 구조 그 자체는 이미 공지이다. 본 발명은 열 레코딩 헤드(1)의 내부구조에 관한 것이다.
제 3 도에서 제 6 도 까지에 도시된 배선(15A), (15B), (15C), (15C') 및 (15C")는 각기 제 1 도 및 제 2 도에 (5A), (5B), (5C), (5C')와 (5C")에 해당한다.
제 3 도와 제 4 도는 본 발명의 첫번째 실시예의 열 헤드(10)를 나타낸다. 제 3 도에서는 제 4 도에 도시된 레지스터 보호필름(22), 보호층(26) 및 열저항보호수지(27)가 제외되어 있고, 실제로 구조는 직사각 형태로 화살표(P)의 방향으로 확대되어 있다. 제 3 도와 제 4 도에서 참조번호 (11), (12), (13), (14), (15), (16), (17), (18), (19) 및 (20)은 각각 다층 배선부분, 열발생부분, 열발생부분, 알루미나 기판, 고융점 광택(hlaxe)층, 제 1 도체층, 제1절연체층, 열발생저항기층, 제 2 도체층, 드라이버 IC(활성소자) 및 열발생점(열발생소자 또는 열방사성소자)를 표시한다.
본 실시예는 대략적으로 열발생점(20)이 형성된 열발생부분(12)과 드라이버 IC(19)가 설치된 다층 배선부분(11)으로 이루어진다. 알루미나 기판(13)은 약 97%알루미나로 구성된 판이고 직사각형 모양(길이방향은 화살표 P방향과 일치한다)을 이룬다. 고융점 광택층(14), 즉 높은 열저항을 가지는 열절연층은 열발생점(20)이 형성된 저항층(17)아래에 미리, 다시 말해서 저항기층(17)에 해당하는 부분의 기판(13)위에 형성되어 열 발생소자(20)로부터 기판(13)까지의 열전달을 막는다. 제 1 도체층(15)은 불활성가스(예로서, N2=질소)분위기에서 소성될 수 있는 Cu(동)페지스트로 스트린 인쇄하고 이어서 예비 건조하며 콘베이어 타입질소노에서 소성하여 형성된 Cu(동)의 후막이다. 이 제 1 도체층은 논리전원공급선(VDD) (15C'), 논리접지선(15C"), 헤드공통전극(전력공급전극)(15A), 전력접지선(earth line)(15B), 연결단자(15D) 및 입력선의 매트릭스 배선전극(제어전극, 즉 신호선)(15C)을 인쇄함에 의해 패턴되고 형성되어 큰 전류가 흘러도 도전저항은 작다. Cu의 후막에 의해 제 1 도체층(15)을 구성함으로써 지역저항(시이트 저항율)은 종래의 박막도체에서 시이트 저항율의 약 1/10보다 적게 감소될 수 있으며, 동시에 제조비가 (제조단계가 간단하기에)감소될 수 있다. 주목할 사항은 제1도체층(15)은 Cu의 상술된 후막 대신에 Au 또는 Ag-Pd의 후막으로 형성될 수도 있다. 그런 다음에는 제1절연체층(16)은 고밀도 산소함량을 포함하는 불활성가스(예로서, N2) 분위기에서 소결될 수 있는 결합체로 되어 있는 유리 페이스트를 사용함으로써 노출부 즉 관통공 또는 경유구(21)를 지닌 유리 후막의 형태로 제 1 도체층(15)상에 형성된다. 이 제1절연체층(16)에서 관통공(21)은 상, 하부 도체층(15와 18)을 연결할 수 있도록 매우 정밀하게 형성되어야 한다. 이러한 목적을 위해서 본 실시예에서 다음과 같은 고안을 했다. 이 유리 후막(16)은 적어도 2개의 유리층으로 이루어진다. 후막용으로 충전제 함유 결정성 유리층이 인쇄에 의하여 제1유리층(16a)으로 형성되며, 그뒤 유리화된(비결정성)유리층은 인쇄에 의해 제 1 유리층(16a)상에 제 2 유리층(16b)로서 레미네이트되어 이들 유리층(16)은 통합되어 두꺼운 유리층을 형성한다. 아주 평활한 명(상면)이 가열시 탁원한 유동도(flowability)를 갖는 제2유리층(16b)로서 형성된다. 제1 및 제2유리층의 관통공(21)은 인쇄하는 시점에서 형성된다. 바람직하게 제2유리층의 관통공(21)직경은 제2유리층(16b)의 유동도의 관점에서 제1유리층의 관통공(21)직경보다 원래 약간 더 크므로 제1 및 제2유리층의 관통공(21)이 가열될 때 상호 실제로 동일하여 정밀한 관통공을 형성할 수 있다. 따라서 상층 및 하층 도체층(15,18)은 상호 확실히 접속될 수 있다.
상기 구조를 갖는 두꺼운 유리막으로 제1절연층(16)이 형성되므로 탁월한 평활도와 양호한 절연특성을 갖는 포혐(상면)을 얻을 수 있다. 더욱이 핀 호울의 형성은 실제로 완전히 억제할 수 있어 생산량을 재선할 수 있다.
평활면(상면)은 그위 박막의 미세패턴을 형성하고 상기 박막의 질을 개선하는 것을 더욱 쉽게 한다. 참언하면 제1절연층은 상기 방법과 상위한 방법으로 형성될 수 있다. 상세히 말하면 제1유리층(16a)은 고연화점(softening point)을 갖는 비결정성 유리를 사용하여 형성되며 제2유리층(16b)은 제1유리층(16a)의 연화점보다 더 낮은 연화점을 갖는 비결정성 유리를 사용하여 형성된다. 또한 이 경우에 상술한 바와 같은 동일효과가 유사하게 획득될 수 있다. 결정성 유리의 제1유리층과 비결정성 유리의 제2유리층으로 구성된 상기 제1절연층(16)을 형성하는 예에 대하여 기술하겠다. 먼저 제1유리층(16a)은 325메쉬(mesh) 스크린을 사용하여 600℃에서 소결할 수 있는 충전제(filler)를 포함하고 있는 결정성 유리 패이스트를 인쇄하고 소결하는 것을 2회 반복함으로써 형성된다. 다음에 평화면(상면)과 250㎛의 최소 직경을 갖는 제2유리층(16b)은 325메쉬 스크린을 사용하여 600℃에서 소결될 수 있는 비결정성 유리 페이스트를 1회 인쇄하고 소결함으로써 형성된다. 유리층(16a, 16b)이 모두 일체로 적층되어 제1절연층(16)을 형성한다.
고밀도 산화물을 포함하고 있는 불활성기체에서 유리 페이스트를 소결하는 중에 제 1 도체층(15)의 노출면이 산화되어 산화물이 형성된다. 산화물을 제거하기 위해 그위에 제 1 도체층(15)과 유리절연층(16a, 16b)을 갖춘 기판을 석탄산, 히드록시산, 카르복시산 또는 그 혼합물 등의 유기산을 포함하는 유기용제내에 침지시켜 산화물을 활성화시켜 제거한다. 사용되는 유기용제는 할로겐화 탄화수소(halogenated hydrocar-bon) 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon)의 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 유기산은 총 무게의 3 내지 50%의 양을 유기용제에 혼합하여 사용된다. 불활성기체에 포함된 산소의 밀도는 바람직하게는 200 내지 5000ppm이다. 산화물이 제거된 후에 열발생저항기층(17)이 제1절연층(16)위에 박막으로 형성된다. 상기 저항층(17)의 형성하는 예에 의하면 Ta2N이 마그네트론 스퍼터링법(magnetron sputtering method)의 경우 약 300Å두께로 증착되고, 다음에 제 2 도체층(18)이 열발생저항층(17)위에 Cr-Cu-Cr박막으로 형성된다. 제 2 도체층(18)의 형성예에 따르면 진공증착등에 의하여 Cr이 먼저 300Å두께로 증착되고, 다음에 Cu가 증착된 Cr위에 5000Å두께로 증착되며, 마지막으로 증착된 Cu위에 300Å의 두께로 다시 Cr이 증착되어 Cr-Cu-Cr박막이 형성된다. 환언하면 저항보호막(22)과 상기 도체층(18)사이의 접착력을 개선하기 위해서 Cr은 제도체층(18)사이의 접착력을 개선하기 위해서 Cr은 제 2 도체층(18)내에서 최상층으로서 적층된다. 다음에 패턴 베이킹(parrtern baking)은 네거티브형, 레지스트를 사용하여 실행되며 Cr-Cu-Cr도체만 웨트에취(wet-etch)되어줄 형상(이하에서 기술되는 제 3 도 및 제 6 도체 도시된)을 형성한다. 전에 지적한 바와같이 본 실시예에서 논리적 전력원 공급선, 논리접지선, 전력접지선 등은 제 1 도체층(15)위에 형성되어 있어 설계상 본 실시예는 미세패턴만이 고효율로 제 2 도체층(18)위체 배열되어 있다는 점에서 장점이 있다. CF4-O2형 기체를 사용한 반응 플라즈마 에칭(reactive plasma etching)에 위하여 Ta2N층은 Cr-Cu-Cr의 패턴된 도체 사이에서 제거된다. 다음에 레지스트가 벗겨지고 열발생점(열발생소자)(20)을 형성하기 위하여 레지스트는 다시 전표면에 형성되며 저항기 창(window)(열발생점(20)에 대용됨)에서만 개구되어 있는 레지스트 패턴이 베이킹에 의하여 형성된다. 다음에 상기 개구부내의 Cr-Cu-Cr층(제 2 도체층(18))이 에팅에 의하여 제거되어 열발생점(20)을 즉 박막 저항기를 형성한다. 제 2 도체층(18)이 상기의 Cr-Cu-Cr대신에 Al, NiCr-Au-Cr, Al(Si, Ti-Pd-Au, Ni-Au-Nicr, Cr, W, Ta, Cu, Ti, Ni, W-Al, Pd 또는 Au박막의 단층 또는 다층을 사용하여 형성될 수 있음을 주목해야 한다. 그러나 제 2 도체층(18)이 NiCr-Au-Cr을 사용하여 형성되며 제 1 도체층(15)이 Cu로 형성될 경우에는 상기 Cu의 노출면은 Ni로 도금하여 Cu표면을 사용되는 매체(medium)가 에칭하는 것을 보호한다. 노출되는 Cu면은 또한 그것이 상기의 Ni플레이팅(plating)으로 덮여있지 않았다면 에칭될 수 있다. 제 4 도에 도시된 Ni플레이팅은 유리절연층(16a, 16b)이 형성된 후에 형성된다. 상기 실시예에서 참조번호(22)는 SiO2-Ta2O5·SiO2형의 저항보호막을 표시하며, 이 보호막(22)은 RF(radio frequency)스퍼터링에 의하여 예전대 약 4㎛의 두께로 형성된다. 다이결합법(die-bonding method)에 따라 도체접착제(도전성 다이결합수지)를 사용하여 드라이버 IC(활성소자)(19)는 제 2 도체층(18)에 배치고정된다. 배선결합도를 개선하기 위하여 Ni-Au플레이트층은 제 2 도체층(18)위에 앞서서 증착된다.
(예컨대 결합패드부의 Cr이 에칭되고 제거된후 전기도금을 한다)열압착 Au 대 Au 배선결합이 결합선(25)(예컨대 Au선)을 사용하여 실행함으로써 드라이버 IC(19)를 전기적으로 접속한다. 전술한 것으로 부터 명백하듯이 본 실시예(10)에 따라 드라이브 IC등이 폴리이미드 수지등과 같이 기계적으로 그리고 열적으로 약한 유기절연체에 선결합이 되지 않도록 열해드가 설계되므로 고신뢰성을 갖는 다층구조의 실현이 가능하다. 번호(26)는 실리콘형 수지로 형성되는 드라이버 IC(19)에 대한 보호층을 표시한다. 상기 절차에 따라 드라이버 IC형 열헤드가 제도된다. 그러나 실제로 알루미늄 기판(11)은 직사각형 열 싱크(rectangular heat sink)(도시되지 않음)에 고정되고 장착된다. 외부단자가 이 열싱크위에 형성되어 드라이버 IC형 열헤드의 제조가 완료된다.
전에 기술한 것으로 명백하듯이 본 실시예에서 박막층과 후막층이 적절히 조합되며 다층 구조가 이들층의 장점을 기술적으로 이용함으로써 형성된다.
제 5 도는 본 발명의 제2실시예의 열헤드(30)의 단면도이며 (상술의 제1실시예의 제 4 도에 대응됨), 제 6 도는 제 5 도에서 설(IV-IV)을 따라 절단된 부분을 도시한 도이다. (제 3 도에서 화살표(P) 방향에서 절단된 부분을 도시한 도에 대응됨) 제 5 도 및 제 6 도에서 제 3 도 및 제 4 도에서의 부재와 부분과 동일하거나 대응되는 부재와 부분은 제 3 도 및 제 4 도와 동일한 참조번호로서 표시되었다. 그러므로 번호 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26층 다층배선부, 열발생부, 알루미늄 기판, 고융점 광택층, 제 1 도체층, 제1절연체층 열발생저항층, 제 2 도체층, 드라이버 IC(활성소자), 열발생점(열발생소자), 관통공, 저항기 보호층(벗겨짐을 방지하는 내산화층), 도체접착제(도전성 다이결합수지), Ni-Au 도금층, 결합선(Au선) 및 드라이버 IC(19)를 위한 보호층을 각각 나타내고 있다. 이들 부재와 부분은 상기의 제1실시예에서와 동일한 방법으로 형성된다. 따라서 이들 부재와 부분의 설명은 생락하겠다.
번호(31,32)는 제2절연체층과 제 3 도체층을 각각 표시한다. 제1실시예와 본 실시예의 중요한 차이은 제2절연체층(31)과 제 3 도체층(32)이 제 2 도체층(18)과 드라이버 IC(19)사이에 놓여 있다는 점에 있다. 만약 작은 드라이버 IC가 사용된다면 배선은 상기 제1실시예에서와 같이 통상 제 2 도체층(18)까지 완료된다. 그러나 만약 큰 전류용량(즉 드라이버 LSI)을 갖는 드라이버 IC가 사용된다면 IC위의 패드는 흔히 분산되어 4개의 주변부에 배열된다. 그런 제 3 도체층(32)을 포함하고 있는 다층 배선부(11)를 갖춘 드라이버 IC 장착 열헤드의 예가 이룩되었다. 상위한 패드배열을 갖춘 여러가지 대형 드라이버 IC가 최근 개발되어 왔다. 예컨대 패드가 2개의 대향하는 주변부위에만 배열되어 있는 드라이버 IC를 예로 들 수 있다. 이같은 형의 드라이버 IC가 장착되었을 경우에 제 3 도체층(32)은 필요없으며 다층배선이 상기의 제1실시예에서와 같이 제 1 도체층(18)까지 완성된다.
제 5 도 및 제 6 도에서 제2절연층(31)은 폴리이미드 수지 등의 유기절연체를 사용하여 제 2 도체(18)위에 후막으로서 형성된다. 예컨대 폴리이미드 수지로 구성된 상기의 제2절연체층(31)은 다음 방법으로 형성된다. 보통 폴리이미드 수지는 빈약한 틱소트로피(thixotropy)특성을 가지므로 낮은 인쇄성(printability)을 갖는다. 따라서 비유기적 또는 유기적 분말(powdery)충전체가 폴리이미드 수지 속에 배합되어 틱소트로피 특성을 개선하고 충전제가 배합되어 있는 폴리이미드 수지가 스크린 인쇄되어 제2절연체층(31)을 형성한다. 도체층 사이의 절연특성을 개선하기 위하여 제2절연체층(31)은 약 15㎛의 두께를 갖는 후막으로서 형성된다. 다음에 제 3 도체층(32)은 제2절연체층(31)위에 형성된다. 예컨대 제 3 도체층(32)이 다음과 같은 방법으로 형성된다. 300Å의 두께를 갖는 Cr층이 먼저 Cr 진공중착등의 방법으로 전표면위에 형성되고 1㎛ 두께를 갖는 Cu층이 Cr층위에 형성된다. 다음에 상기 박막층이 제 2 도체층(18)을 형성하는데 채택되었던 방법과 유사한 방법에 따라 패턴되어 제 3 도체층(32)이 형성된다. 다음에 드라이버 IC(19)가 제1실시예에서 채택된 것과 동일한 방법으로 제 3 도체층(32)에 장착되고 고정된다. 배선이 제 1 및 제 2 도체층(15, 18)에 의하여 이룩되므로 제 3 도체층(32)에 의한 배선을 간략화할 수 있어, 결과로서 패턴의 폐기율을 감소할 수 있다는 점에서 본 실시예는 단지 폴리이미드 수지등을 사용하여 제조되는 종래의 박막 다층배선구조와 상위하다. 본 실시예의 다른 효과는 제1실시예의 것과 실제로 동일하다.
전에 상세히 기술된 것으로부터 명백하듯이 상기의 실시예에 각각에서 다층배선부는 주로 Cu로 형성되는 도체를 사용하여 제조된다. 이것은 Cu가 값이 저렴하며 높은 전기적 전도성(낮은 도체저항)과 높은 열저항을 갖기 때문이다. 열발생저항기(17)의 재료와 보호막(22)의 재료는 상기의 Ta2N과 SiO2-Ta2O·SiO2에 한정되지 않으며 다른 적당한 재료의 사용이 가능하다.
제 7 도는 유리 페이스트를 소성하기 위한 N2분위기에서의 O2밀도대 상측 박막도체층과 하측 후막도체층사이의 절연저항 및 후막도체층의 시이트 저항을 비의 특성의 실험적 결과를 도시하고 있다. 600℃의 명목적 소성온도에서 소성될 수 있는 Cu후막도체층(115)이 96% 알루미늄기판(113)위에 형성된 제 8 도에 도시된 바의 실험샘플을 사용하여 실험이 실행되었다. 600℃의 명목적 소성온도에서 소성될 수 있는 결정성 유리(116a)가 325메쉬 스테인레스 스크린을 사용하여 두번 인쇄, 소성되며, 다음에 유리화된 유리(116b)가 325메쉬 스테인레스 스크린을 사용하여 제 1 유리층(116a)위에 인쇄 소성되었다. 최종적으로 Cr-Cu의 상측후막도체층(118)이 이 유리층(116b)위에 형성되었다. 상층 도체층(118)이 사진 석판술 공정에 의하여 패턴되고 다음에 실리콘 수지의 보호층(127)으로 코팅되었다. 후막도체층(113)과 박막도체층(118)사이의 초기절연저항은 소성로의 소위 버언아웃(burn out)지역에서의 O2밀도의 변화와 비교하여 50V 전압이 인가된 1분 뒤에 측정되었다. 후막도체층의 시이트 저항율도 측정되었다.
제 7 도로부터 알 수 있는 바와같이 절연저항은 O2밀도상의 변화에 따라서 변화되며 O2밀도가 약 1000ppm을 초과할 때는 시이트 저항율이 변화된다는 것이 명백했다.
일반적으로 Cu 후막도체층의 소망 특성을 얻기 위한 시이트 저항율의 상한선은 3mΩ/□이라 생각된다. 이 사실은 O2밀도가 5000ppm 이하이어야만 한다는 조건을 초래한다.
한편 절연저항은 절연체의 신뢰성을 보장하기 위해서는 1011Ω 이상이어야 한다. 이것으로부터 O2밀도는 200ppm 이상이어야 한다는 사실이 유도된다. 종래기술에서 유리 페이스트는 통상적으로 5 내지 50ppm 이하의 낮은 밀도의 O2를 포함하고 있는 N2분위기에서 연소되었다.
제 9 도는 유리 페이스트를 소성하는 중에 관통공 저항과 버언아웃 지역에서의 O2밀도 관계의 실험적 결과를 도시하고 있다. 각종 유기산 함유용제는 후막도체층위에 형성된 산화물을 제거하기 위하여 사용되었다. 제 9 도에서 A는 인산을 중량으로 4%를 포함한 용제를, B는 유기산을 포함하지 않은 오르토디클로로벤젠(orthodichlorobenzene)의 용제를, C는 표면처리가 되지 않은 즉 산화물을 제거하는 단계가 없는 것을 각각 도시한 것이다. A 또는 C는 종래방법이다. D는 오르토디클로로벤젠의 용체가 중량면에서 20%의 석탄산과 표면활성제로서 20%의 ABS(Alkybenzene Sulphonate)를 포함하는 본 발명을 도시하고 있다. 제 9 도로부터 알 수 있듯이 D는 관통공 저항을 감소시키는데 최상의 결과를 주었다. 이것은 Cu 산화물과 Pb함유 유리가 약하게 예치될 수 있기 때문이다.
제 10 도는 표면처리시간(용제에서의 기판의 침지시간)과 기판에 Cu 후막층의 부착의 관계의 실험적 결과이다. A는 종래기술에 따른 유기산을 함유하지 않은 4% 인산용제를 도시하고 있다. D는 오르토디클로로 벤젠의 용제가 20% 석탄산과 20% ABS를 포함하고 있는 본 발명을 도시한 것이다.
제 10 도로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 기판에 Cu 후막층의 부착력의 세기의 감소를 방지할 수 있다.
제 11 도는 관통공 저항과 관련된 용제내에 함유된 유기산의 양(중량%)의 실험적 결과를 도시한다. 후막 Cu층은 700ppm의 O2를 함유하는 N2분위기내에서 소성했다. 두께가 약 5000Å인 구리 산화물은 노출된 Cu표면의 관통공 위에 형성되었다. 3종류의 유기산 즉 석탄산(0-0), 피로카케쿠산(pyrocatechuic acid) (○-○), 및 빙초산(glacial acetic acid) (
Figure kpo00001
Figure kpo00002
)이 ABS표면활성제를 함유하는 오르토디클로로벤젠 용제내에서 용해되었다. 유기산양이 변화되었다. 구리산화물을 제거하는 표면처리가 3종류의 유기산을 포함하는 3종류의 용제애 침지시켜 실행한 후에 박막 도체층을 형성시켰다. 다음에 관통공 저항이 측정되었다.
제 11 도로부터 알 수 있는 바와같이 유기산양이 중량면에서 3 내지 50%일 때 광통공 저항이 크게 감소한다.
최종적으로 용제에 함유된 표면활성제 즉 ABS는 단지 표면 습윤성을 향상시키기 위한 것이어서 생략해도 무방하다.
앞의 설명으로 부터 알 수 있듯이, 본 발명의 열레코딩헤드는 후막 또는 박막도전층과 후막절연층을 적당히 조합하고, 제1절연층은 유리 후막으로 형성하고 후막과 박막의 장점을 기술적으로 이용함으로써 용이하게 만들 수 있다. 더욱이 수율을 높일 수 있고 제조비용을 저감시킬 수 있다. 그 위에 고밀도배선, 높은 인쇄속도 및 고품질의 인쇄문자(고해상도)를 실현할 수 있고 신뢰성과 성능을 개선할 수 있다.

Claims (20)

  1. 박막저항으로 만들어진 열발생저항패턴(17), 공통의 전력공급 전극패턴부(15A)와 공통의 전력접지 전극패턴부(15B)를 저항패턴에 전력을 공급하기 위해 갖고 있고 인쇄에 의해 후막 동 페이스트로 만들어진 소정의 전극패턴(15), 및 제어전극 패턴부(15C)를 그위에 갖고 있는 절연기판(13)과, 저항패턴에의 전력공급을 제어하고 상기 제어전극패턴부(15C)에 의해 제어되는 스위칭 수단(9)과로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열 레코딩 해드(10).
  2. 제 1 항에 있어서 상기 스위칭 수단(19)이 집적회로로 된 스위칭 소자로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열 레코딩 헤드(10).
  3. 기판(13), 후막으로 형성되고 기판(13)위에 배치된 제 1 도체층(15), 후막 유리로 형성되고 제 1 도체층(15)위에 배치된 제1절연체층(16), 박막으로 형성되고 제1절연체층(16)위에 배치된 열발생 저항층(17), 박막으로 형성되고 저항층위에 배치된 제 2 도체층(18A) 및 제 2 도체층 위나 제1절연체층 위에 배치된 활성소자(19)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 능동소자들이 고밀도로 설치된 다층 배선구조를 가진 열 레코딩 헤드(10).
  4. 제 3 항에 있어서, 제 1 도체층(15)은 동(Cu)후막으로 형성되어 있고, 제1절연체층(16)은 N2분위기중에서 소결될 수 있는 유리로 형성되어 있고, 제 2 도체층(18)은 단층 또는 다층의 Cr, NiCr, W, Ta, Ti, Ni, Cu, Au, Pd 또는 Al 박막을 사용함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 레코딩 헤드(10).
  5. 제 3 항에 있어서, 제1절연체층(16)은 결정성 유리로 형성된 제1유리층(16a)과 비결정성 유리로 형성되고 상기 제1유리층위에 형성된 제2유리층(16b)과로 되어 있는 일체로 형성된 적층구조의 유리 후막인 것을 특징으로 하는 열레코딩 헤드(10).
  6. 제 3 항에 있어서, 제1절연체층(16)은 고연화점의 비결정성 유리로 형성된 제1유리층(16a)과 제1유리층의 비결정성 유리의 연화점 보다 낮은 연화점을 갖고 있고 제1유리층위에 배치된 제2유리층(16b)과로 되어 있는 일체로 형성된 적층구조의 유리 후막인 것을 특징으로 하는 열 레코딩 헤드(10).
  7. 제 3 항에 있어서, 제 1 도체층(15)과 제 2 도체층(18)사이의 접속부에 니켈 도금층(50)을 다시 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열 레코딩 헤드(10).
  8. 기판, 후막으로 형성되고 기판위에 배치된 제 1 도체층(15), 유리 후막으로 형성되고 제 1 도체층(15) 위에 배치된 제1절연체층(16), 박막으로 형성되고 제1절연체층(16)위에 배치된 열발생 저항층(17), 박막으로 형성되고 저항층위에 배치된 제 2 도체층(18), 후막으로 형성되고 제 2 도체층(18)위에 배치된 제2절연체층(31), 박막으로 형성되고 제2절연체층(31)위에 형성된 d제 3 도체층(32), 및 제 3 도체(32)층 위나 제2절연체층(31)위에 배치된 능동소자(19)로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 고밀도로 능동소자들이 설치된 다층 배선구조를 가진 열 레코딩 헤드(10).
  9. 제 8 항에 있어서, 제 1 도체층(15)은 Cu 후막으로 형성되고, 제1절연체층(16)은 N2분위기중에서 소결될 수 있는 유리로 형성되고, 제 2 도체층(18)은 단층 또는 다층의 Cr, NiCr, W, Ta, Ti, Cu, Au, Pd 또는 Al박막을 사용함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 열 레코딩 헤드(10).
  10. 제 8 항에 있어서, 제1절연체층(16)은 결정성 유리를 인쇄함으로써 형성된 제1유리층(16a)과 비결정성 유리로 형성되고 제1유리층(16a)위에 배치된 제2유리층(16b)과로 되어 있는 일체적으로 형성된 적층구조의 유리 후막인 것을 특징으로 하는 열 레코딩 헤드(10).
  11. 제 8 항에 있어서, 제1절연체층(16)은 연화점이 높은 비결정성 유리로 형성된 제1 유리층(16a)과 제1유리층의 비결정성 유리보다 연화점이 낮은 비결정성 유리로 형성된 제2유리층(16b)과로 되어 있는 일체로 형성된 적층구조의 유리 후층인 것을 특징으로 하는 열 레코딩 헤드(10).
  12. 절연기판(13)위에 동(銅) 페이스트를 적용, 연소(소성)시킴에 의해 동 후막의하층의 제 1 도체 패턴(15)을 형성하는 제1단계 ; 적어도 도체 패턴의 일부는 노출되도록 유리 페이스트를 제 1 도체 패턴위에 적용함으로써 하층위에 유리절연체(16)를 형성시키고 그런 뒤 고농도의 산소를 함유하는 불활성가스 분위기중에서 유리 페이스트를 연소시키는 제2단계 : 제 1 도체 패턴(15)의 노출면위에 생성된 산화물을 제거하는 제3단계 : 및 유리절연체위에 제 1 도체 패턴(15)의 노출면에 전기적으로 연결된 상층의 제 2 도체 패턴(18)을 형성시키는 제4단계와로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열 레코딩 헤드용 배선기판의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 불활성가스 분위기 중에 함유된 산소의 농도는 200 내지 5000ppm인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 제3단계는 노출된 제 1 도체 표면(15)을 활성화시켜 산화물을 제거하기 위해 제 1 도체 패턴(15)과 유리 절연체가 그 위에 형성되어 있는 기판을 유기산 함유 유기용제에 침지시키는 것으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 상층의 제 2 도체 패턴(18)은 박막 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 불활성가스 분위기는 불활성가스로서 질소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 사용 유기산은 카르볼산, 히드록시산, 및 카르복시산에서 선택된 적어도 하나이고, 상기 사용 유기용제는 할로겐화 탄화수소와 방향족 탄화수소중에서 선택되고, 유기산은 전체 중량의 3 내지 50중량%의 양이 유기용제중에서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 도체 패턴(18)은 에칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 노출면을 제4단계전에 사용 에칭제로부터 보호하기 위해서 제 1 도체 패턴(15)의 노출면위에 보호층을 형성시키는 추가 단계를 다시 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 보호층은 제 1 도체 패턴(15)의 노출면위에 피복된 니켈도금인 것을 특징으로 하는 방법.
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