JP4336593B2 - サーマルヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、例えば熱転写型プリンタに搭載されるサーマルヘッド及びその製造方法に関する。
サーマルヘッドは、例えばＳｉやセラミック材料、金属材料等からなる放熱性に優れた基板上に、高断熱材料からなる蓄熱層と、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、複数の発熱抵抗体の抵抗長方向の一端部で各発熱抵抗体に個別に導通接続した複数の個別電極と、他端部で全発熱抵抗体に導通接続したコモン電極と、これら複数の発熱抵抗体、個別電極及びコモン電極を保護する保護層とを有している。このような従来のサーマルヘッドは、コモン電極及び個別電極を介して発熱させた発熱抵抗体を、インクリボンとプラテンローラに巻きつけられた状態の被印刷物に圧接させることで印刷動作する。
近年では、高精細化による高品質印字および高速印字が可能な高出力型サーマルヘッドが強く望まれており、コモンドロップ（コモン電極における電圧降下）を抑えて印刷品質を向上させることは必要不可欠である。コモンドロップを抑えるには、コモン電極の面積や厚さを増大させてコモン抵抗を低減すればよいが、コモン電極が大きく又は厚くなると小型化を図ることが難しい。そこで従来では、図９に示すように、複数の発熱抵抗体１８の一端部に接続した上部コモン電極１５を備えると共に、複数の発熱抵抗体１８を構成する抵抗層の下層位置に絶縁層１４を介して上部コモン電極１５よりも大面積の下部コモン電極１６を備え、この上部コモン電極１５と下部コモン電極１６を特定位置のコンタクトホール１４ａで導通接続してコモン電極を形成している。このようにコモン電極を上下の２層構造で形成すれば、コモン抵抗を大幅に低減することができ、コモンドロップの抑制とヘッド小型化の両方を満足することができる。
しかしながら、上述のようにコモン電極を上下２層構造とすると、上部コモン電極と下部コモン電極の間の層間でショートが多発し、リーク電流が生じてしまうことが判明した。また、上部コモン電極と下部電極の導通を確保するためにコンタクトホールを用いることから、製造工程が複雑化する欠点もある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、構造及び製造工程が簡単であり、コモンドロップを良好に抑制して高品質印刷を実現可能なサーマルヘッド及びその製造方法を得ることを目的とする。
本発明は、サーマルヘッドの基板として従来から広く用いられているＳｉ基板はドーピング技術を用いてその比抵抗を低くすることができ、比抵抗を２０ｍΩ・ｃｍ以下にすればコモン電極の一部として利用することが可能であるという着眼に基づき完成されたものである。
すなわち、本発明は、基板表面上に積層形成された蓄熱層と、該蓄熱層上に形成された複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体の抵抗長方向の一端部にそれぞれ導通接続する複数の個別電極と、全発熱抵抗体の抵抗長方向の他端部に導通接続するコモン電極とを有するサーマルヘッドにおいて、基板は比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下のＳｉ基板であること、このＳｉ基板上には前記蓄熱層の存在しない露出領域が備えられ、この露出領域上に、コモン電極と該Ｓｉ基板表面とをオーミック接触させるコンタクト部を形成したこと、及び、このコンタクト部は、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれか、あるいは該Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂを主成分とする合金材料により形成されていることを特徴としている。
Ｓｉ基板の比抵抗は、１．０ｍΩ・ｃｍ以下であるとより好ましい。
比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下となるＳｉ基板としては、不純物をドーピングしたｐ型Ｓｉ基板を用いることが実際的である。例えば不純物としてホウ素をドーピングする場合、ホウ素のドーピング量は１０17〜１０19個／ｃｍ3程度である。Ｓｉ基板は、コンタクト部との密着性や比抵抗（不純物ドープ量）等を考慮して、ｐ型及びｎ型のいずれかを適宜選択することができる。
Ｓｉ基板背面及びＳｉ基板の厚さ方向の周囲端面には、絶縁膜を形成することが好ましい。Ｓｉ基板にはコンタクト部を介して電流が流れるため、コモン電極側がホットで個別電極側がＧＮＤ（グランド）に設定される場合はＳｉ基板の絶縁性を確保する必要がある。逆に、コモン電極側がＧＮＤで個別電極側がホットであれば、Ｓｉ基板背面及びＳｉ基板の厚さ方向の周囲端面に絶縁膜を設けなくてもよい。絶縁膜は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＡｌＯＮ又はＳｉＯＮ等の絶縁材料からなるスパッタ膜、陽極酸化によるＳｉ陽極酸化膜、あるいは熱酸化膜により形成することができる。特に、Ｓｉ基板の厚さ方向の周囲端面に備える絶縁膜は、Ｓｉ陽極酸化膜で形成すると製造工程が容易である。
蓄熱層の上下には、絶縁層を備えることができる。
本発明によれば、構造及び製造工程が簡単であり、コモンドロップを良好に抑制して高品質印刷を実現可能なサーマルヘッドを得ることができる。
図１及び図２は、本発明の一実施形態によるサーマルヘッドを示す断面図及び平面図（耐磨耗保護層を形成する前の状態）である。本サーマルヘッドは、放熱性に優れたＳｉ基板１上に、第１の絶縁層２と、蓄熱層３と、第２の絶縁層４と、通電により発熱する複数の発熱抵抗体５ａと、各発熱抵抗体５ａの表面を覆う絶縁バリア層６と、複数の発熱抵抗体５ａの抵抗長方向の両端部に導通する電極層７と、インクリボン等との接触から複数の発熱抵抗体５ａや絶縁バリア層６及び電極層７を保護する耐磨耗保護層９とを備えている。このサーマルヘッドは、例えば熱転写式プリンタに搭載され、各発熱抵抗体５ａの発する熱を感熱紙またはインクリボンに与えることで印刷を行なう。図示されていないが、本サーマルヘッドには、複数の発熱抵抗体５ａへの通電を制御するための駆動ＩＣやプリント回路基板等も備えられている。
Ｓｉ基板１は、不純物としてホウ素を１０17〜１０19個／ｃｍ3程度ドーピングしたｐ型Ｓｉ基板である。このＳｉ基板１の比抵抗は、少なくとも２０ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは１．０ｍΩ・ｃｍ以下であり、不純物を含まない又は不純物の少ないＳｉ基板に比して電流を流しやすくなっている。Ｓｉ基板１の側端面（厚さ方向の周囲端面）１ｂと背面１ｃには絶縁膜１２、１３がそれぞれ形成されており、この絶縁膜１２、１３を介して、Ｓｉ基板１の電気絶縁性が十分に確保されている。絶縁膜１２、１３は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＡｌＯＮ又はＳｉＯＮ等の絶縁材料からなるスパッタ膜、あるいはＳｉ陽極酸化による陽極酸化膜、熱酸化膜で形成することができる。
蓄熱層３は、Ｓｉと、遷移金属の中から選択される少なくとも１つと、Ｏ2とを含む酸化化合物からなり、耐熱温度１０００℃程度という高耐熱性を有している。蓄熱層３に含まれる遷移金属は、具体的にＴａ、Ｔｉ、Ｃｒ，Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｗの中から選択される１種又は２種以上である。特にＴａ、Ｍｏ、Ｗを単体で、あるいは他の遷移金属と組合わせて用いられていることが好ましい。この蓄熱層３は、Ｓｉ基板表面１ａとの間に段差を生じさせる均一膜厚部３ａと、Ｓｉ基板表面１ａから均一膜厚部３ａに向けて徐々に膜厚が増大するテーパーエッジ部３ｂとを有する凸部として、Ｓｉ基板表面１ａ上の一部に形成されている。また、蓄熱層３の上下には、例えばＳｉＯ2からなる第１の絶縁層２と第２の絶縁層４がそれぞれ必要に応じて形成されており、蓄熱層３のテーパーエッジ部３ｂの上方には、第２の絶縁層４を介し、図示Ｙ方向（図１の紙面に対して直交する方向）に微小な間隔をあけて整列した複数の発熱抵抗体５ａが配置されている。第１の絶縁層２及び第４の絶縁層４により、Ｓｉ基板表面１ａと蓄熱層３の間の電気絶縁性、及び、蓄熱層３と複数の発熱抵抗体５ａの間の電気絶縁性がそれぞれ確保されている。
複数の発熱抵抗体５ａは、第２の絶縁層４の上に形成された抵抗膜５の一部であって蓄熱層３のテーパーエッジ部３ｂの上方に位置し、通電により発熱する。絶縁バリア層６は、各発熱抵抗体５ａの表面をそれぞれ覆って形成されており、各発熱抵抗体５ａの平面的な大きさ（ドット長Ｌ、ドット幅Ｗ）を規定する。隣接する発熱抵抗体５ａの間にはギャップ領域αが設けられており、本実施形態で絶縁バリア層６により実際に規定されるのはドット長Ｌである。各発熱抵抗体５ａの抵抗値、すなわち１つのドット抵抗値は、（抵抗膜５のシート抵抗値×アスペクト比（Ｌ／Ｗ））で求められる。絶縁バリア層６は、複数の発熱抵抗体５ａの表面酸化を防止する機能、及び製造工程中のエッチングダメージから複数の発熱抵抗体５ａを保護する機能を有する。
電極層７は、抵抗膜５及び絶縁バリア層６の上に全面的に成膜された後に絶縁バリア層６を露出させる開放部７ｃをあけて形成されたもので、絶縁バリア層６側の両端部が該絶縁バリア層６の上にオーバーレイしている。この電極層７は、図２に示すように、開放部７ｃを介して、複数の発熱抵抗体４ａのすべてに共通接続されたコモン電極７ａと、複数の発熱抵抗体５ａのそれぞれに独立して接続された複数の個別電極７ｂとに分離されている。各個別電極７ｂの上には配線用Ａｌ電極が形成されており、各個別電極７ｂの幅寸法は隣接する個別電極７ｂ間に存在するギャップ領域αにより規制されている。電極層７は、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ等の高融点金属材料により形成されており（本実施形態ではＣｒ）、数百μｓ程度のごく短い周期で大電流を与えて発熱抵抗体５ａをオン（通電）／オフ（非通電）する高速印刷動作にも対応可能になっている。電極層７は、Ａｌ又はＣｕで形成されていてもよく、上記高融点金属材料を含む合金材料あるいはＡｌ又はＣｕを含む合金材料で形成されていてもよい。
上記構成のサーマルヘッドにおいて、Ｓｉ基板表面１ａ上には第１の絶縁層２及び蓄熱層３の存在しない露出領域１０が備えられ、この露出領域１０上に、コモン電極７ａとＳｉ基板表面１ａとをオーミック接触させるコンタクト部１１が形成されている。上述したようにＳｉ基板１は、比抵抗が少なくとも２０ｍΩ・ｃｍ以下に抑えられ、コモン電極７ａよりも大きな面積及び厚さを有している。よって、Ｓｉ基板１が上記コンタクト部１１を介してコモン電極７ａに導通すると、Ｓｉ基板１全体がコモン電極７ａの一部として機能し、コモン電極７ａの抵抗値は大幅に低減される。これにより、コモン電極７ａにおける電圧降下（コモンドロップ）は抑制され、各発熱抵抗体５ａでの発熱量が一定に保たれる。すなわち、高品質印刷を実現することができる。
コンタクト部１１は、Ｓｉ基板表面１ａの露出領域１０から該露出領域１０に隣接するコモン電極７ａの端部に接して形成されている。本実施形態ではコンタクト部１１がコモン電極７ａと一体に形成されているが、コモン電極７ａとは別に、コモン電極７ａの露出領域１０側の端部に接して又は覆って形成されていてもよい。このコンタクト部１１は、Ｓｉ基板１とコモン電極７ａの両方との密着性を良好にするため、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ等の高融点金属材料及びＣｕのいずれか、あるいはこれらＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ等の高融点金属材料又はＣｕを主成分とする合金材料により形成されていることが好ましい。本実施形態では、Ｓｉ基板１がホウ素注入のｐ型Ｓｉ基板であってコモン電極７ａがＣｒからなり、さらにコモン電極７ａと一体にコンタクト部１１を形成しているため、コンタクト部１１はＣｒからなる。
次に、図３〜図９を参照し、図１及び図２に示すサーマルヘッドの製造方法の一実施形態について説明する。
先ず、比抵抗が少なくとも２０ｍΩ・ｃｍ以下、より好ましくは１．０ｍΩ・ｃｍ以下となる半導体のＳｉ基板１を準備する。本実施形態では、不純物としてホウ素を１０17〜１０19個／ｃｍ3程度ドーピングしたｐ型Ｓｉ基板を用いる。Ｓｉ基板１の厚さは１ｍｍ程度である。このＳｉ基板１は、ｐ型及びｎ型のいずれであっても良いが、後工程で形成するコンタクト部１１及びコモン電極７ａの形成材料に応じて適宜選択することが好ましい。Ｓｉ基板背面１ｃには、例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜１３を全面的に１μｍ程度の膜厚で形成する。そして、図３に示すように、Ｓｉ基板１の表面領域を仮想的に分割して複数並列のヘッド形成領域Ｈを設定しておく。
次に、Ｓｉ基板表面１ａ上に全面的に、第１の絶縁層２と蓄熱層３を順に積層形成する。第１の絶縁層２は、例えばＳｉＯ2等の絶縁材料により形成する。なお、第１の絶縁層２は、必要に応じて適宜形成すればよく、形成しなくてもよい。
蓄熱層３は、Ｓｉと、遷移金属の中から選択される少なくとも１つと、Ｏ2とを含む酸化物材料により、１５〜３５μｍ程度の膜厚で成膜する。具体的に蓄熱層３は、例えばＳｉを６５〜８５mol％、Ｔａを３５〜１５mol％とした組成のＳｉとＴａの合金ターゲット、あるいはＳｉを６５〜８５mol％、Ｔａを３０〜１５mol％、Ｗ等のほかの遷移金属を２０〜０mol％とした合金ターゲットを用いて、ＡｒとＯ2の混合ガス雰囲気でスパッタリングを行なうことにより形成される。このスパッタリング時に、スパッタリングガスの圧力を０．８〜１．６Ｐａ（パスカル）の範囲とし、かつ、Ｏ2ガス流量をスパッタリングレート（成膜速度）が最大となるような値にして成膜すれば、得られる蓄熱層３は柱状質を有する黒色の酸化物となり、熱拡散率が小さく且つ断熱性に優れたものとなる。本実施形態で得られる蓄熱層３の耐熱温度は、約１０００℃程度である。蓄熱層３を構成する遷移金属としては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｗの中から選択される１種又は２種以上を適宜組み合わせて用いればよいが、これらの中でも特にＴａ、Ｍｏ、Ｗを単体あるいは他の遷移金属と組み合わせて用いることが特に好ましい。また、例えばＳｉ−Ｔａ−Ｗ−Ｍｏ−Ｆｅ−ＮｉやＳｉ−Ｔａ−Ｗ−Ｍｏ−Ｔｉ−Ｚｒ等の多元素系の組成として用いても特性の良い蓄熱層３を形成することが可能である。
蓄熱層３の形成後は、約８００℃〜１０００℃で真空アニール処理を行ない、Ｓｉ基板１のソリを矯正する。蓄熱層３は１５〜３５μｍ程度と厚く形成されているため、通常であれば膜の圧縮応力によってＳｉ基板１に大きなソリが発生するおそれがある。これに対し、本実施形態では、蓄熱層３が柱状質に形成され、さらに上記真空アニールによって蓄熱層３自体が緻密化されて膜内部の圧縮応力が低減されることから、Ｓｉ基板１に発生するソリを大幅に低減することができる。具体的には、例えば３インチ角の基板の場合には、ソリを０．１ｍｍ以内とすることができる。また、上記真空アニール処理により蓄熱層３には予め熱履歴が与えられるので、蓄熱層３自体の耐熱性に対する信頼度をより高めることができる。
続いて、図４に示すように、各ヘッド形成領域Ｈの蓄熱層３上の一部に、該蓄熱層３との間に段差を与える均一膜厚のレジスト層Ｒをそれぞれ形成する。レジスト層Ｒは、蓄熱層３の断面形状を規定するためのものであり、形成段階ではその断面形状が蓄熱層３の表面に対してほぼ垂直なエッジ部を有する長方形状である。レジスト層Ｒを形成したら、熱処理（レジストベーク）を施し、レジスト層Ｒの断面形状、特にレジスト層Ｒのエッジ部の断面形状を設定する。
レジスト層Ｒの断面形状は、レジストベーク時間及びレジストベーク温度、さらにレジスト層Ｒの形成時の膜厚のうち少なくとも１つを制御することにより、所望形状に設定することができる。あるいは、レジスト露光時にグレースケールマスクを用いてレジスト層Ｒに照射される光量を制御することにより、所望形状に設定することができる。具体的にレジスト層Ｒの断面形状は、図５に示すように、該蓄熱層３との間に段差を与える均一膜厚部Ｒ１と、蓄熱層３の表面から均一膜厚部Ｒ１にかけて徐々に膜厚が増大するテーパーエッジ部Ｒ２とを有する凸形状とする。熱処理後のレジスト層Ｒでは、テーパーエッジ部Ｒ２の頂上が微量ながら突起し、均一膜厚部Ｒ１よりも基板表面からの高さが高くなる。
レジスト層Ｒの断面形状を決定したら、ドライエッチング処理を行なう。ドライエッチング処理では、イオンミリング又はエッチング等により異なる複数の方向からレジスト層Ｒと蓄熱層３及び第１の絶縁層２を削り、レジスト層Ｒを完全に除去する。この際、レジスト層Ｒと蓄熱層３の選択比（エッチングレート比）は０．８以上１．２以下になるように制御する。この範囲内であれば、レジスト層Ｒを完全に除去したときに蓄熱層３が、前工程で決定したレジスト層Ｒの断面形状に対応した断面形状となる。すなわち、蓄熱層３の断面形状は、上記選択比が１を除く０．８以上１．２以下であるときにレジスト層Ｒと相似形状になり、同選択比が１であるときにレジスト層Ｒとほぼ同一形状になる。このドライエッチング工程後は、図６に示すように、Ｓｉ基板表面１ａ上の一部に、蓄熱層３及び第１の絶縁層２が完全に除去されてＳｉ基板表面１ａが露出する、露出領域１０が形成される。そして、この露出領域１０に隣接する第１の絶縁層と蓄熱層３の断面形状は、Ｓｉ基板表面１ａに段差を与える均一膜厚部３ｂと、Ｓｉ基板表面１ａ側から均一膜厚部３ｂに向けて徐々に膜厚が増大するテーパーエッジ部３ａとを有する凸形状となる。テーパーエッジ部Ｂは、その頂上位置が微量ながら突起し、均一膜厚部３ｂよりも基板表面１ａからの高さが高くなっている。
続いて、図７に示すように、Ｓｉ基板表面１ａ（露出領域１０）及び蓄熱層３の上に、第２の絶縁層４と抵抗層５を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を用いることができる。第２の絶縁層４はＳｉＯ2により形成し、抵抗層５はＴａ2Ｎ又はＴａ−ＳｉＯ2等のサーメット材料により形成する。なお、第２の絶縁層４は、必要に応じて適宜形成すればよく、形成しなくてもよい。
そして、同図７に示すように、抵抗層５上であって蓄熱層３のテーパーエッジ部３ａの上方となる位置に、長さ寸法Ｌを有する絶縁バリア層６を例えば６００Å前後の膜厚で形成する。絶縁バリア層６は、耐酸化性を有する絶縁材料であって反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に適用可能な材料で形成されることが好ましく、具体的にはＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯ、ＳＩＡＬＯＮ等が用いられるとよい。この絶縁バリア層６に覆われた抵抗層５が、後に、ドット抵抗長Ｌである複数の発熱抵抗体５ａとなる。絶縁バリア層６は、ＲＩＥ又はリフトオフ法により形成することができる。ＲＩＥを用いる場合は、抵抗層５上に全面的に絶縁バリア層６をスパッタなどにより成膜した後、絶縁バリア層６上に長さ寸法Ｌを規定するレジスト層を形成し、ＲＩＥによりレジスト層に覆われていない絶縁バリア層６を除去すればよい。一方、リフトオフ法を用いる場合は、長さ寸法Ｌを空間とするレジスト層を抵抗層５上に形成してから絶縁バリア層６を成膜し、レジスト層及びレジスト層上の絶縁バリア層６をリフトオフすればよい。
絶縁バリア層６を形成したら、アニール処理を施す。このアニール処理は、ヘッド使用開始後の発熱抵抗体５ａの抵抗変化率を抑制するために行なうもので、大きい熱的負荷を加えて抵抗層５を安定化させる加速処理である。アニール処理後は、後工程で形成する電極層７と抵抗層５との密着性を高めるため、イオンビームエッチングまたは逆スパッタを行ない抵抗層５の表面酸化層を除去する。
続いて、フォトリソグラフィ技術（又はＲＩＥ）により、露出領域１０（Ｓｉ基板表面１ａ）上に位置する抵抗層５及び第２の絶縁層４を除去する。この工程により、蓄熱層３の断面形状を規定するドライエッチング工程で形成されたＳｉ基板１の露出領域１０が再度露出する。
続いて、抵抗層５、絶縁バリア層６及びＳｉ基板１の露出領域１０の上に、高融点金属材料（本実施形態ではＣｒ）からなる電極層７を成膜する。成膜にはスパッタ又は蒸着法を用いる。成膜後は、フォトリソグラフィ技術を用いて不要な電極層７、絶縁バリア層６、抵抗層５、第２の絶縁層４、蓄熱層３及び第１の絶縁層２を除去し、図８に示すように、電極層７のパターン形状（幅寸法Ｗ）を規定すると共に、絶縁バリア層６の表面を露出させる開放部７ｃを形成する。この工程により、電極層７は、開放部７ｃを介して、抵抗層５の上に位置する個別電極７ｂと、抵抗層５及びＳｉ基板１の露出領域１０の上に位置する一体のコモン電極７ａ及びコンタクト部１１とに分離される。本実施形態では、Ｃｒからなる電極層７によりコモン電極７ａとコンタクト部１１を一体で同時形成しているが、コモン電極７ａとコンタクト部１１を異なる材料で形成する場合は、コモン電極７ａを形成した後に、例えばリフトオフ法などを用いて、Ｓｉ基板表面１ａの露出領域１０上に、該露出領域１０に隣接するコモン電極７ａの端部に接する又はオーバーレイするコンタクト部１１を形成する。コンタクト部１１は、Ｓｉ基板１及びコモン電極７ａの両方に良好に密着するように、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕのいずれか、あるいはこれらＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕを主成分とする合金材料により形成する。このコンタクト部１１を介してＳｉ基板表面１ａとコモン電極７ａはオーミック接触し、Ｓｉ基板１はコモン電極７ａの一部として構成される。一方、上記開放部７ｃを介して分離された個別電極７ｂは、さらに第１の絶縁層２の露出するギャップ領域αにより多分割されて複数の個別電極７ｂとなり、対応する複数の発熱抵抗体５ａの一端部に個々に接続する。また、開放部７ｃから露出した抵抗層５はギャップ領域αにより分割されて複数の発熱抵抗体５ａとなる。上記複数の発熱抵抗体５ａは、絶縁バリア層６の長さ寸法Ｌにより長さ寸法（ドット長）がＬに規定され、ギャップ領域αにより幅寸法（ドット幅）がＷに規定される。複数の発熱抵抗体５ａ及び絶縁バリア層６は、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）の紙面に対して垂直な方向に微小間隔をおいて整列している。本実施形態では、電極層７の絶縁バリア層６側の両端部を絶縁バリア層６の上にオーバーレイさせる。
続いて、複数の個別電極７ｂの上に、配線用のＡｌ電極８を形成する。Ａｌ電極８を形成したら、イオンビームエッチング又は逆スパッタにより、絶縁バリア層６、電極層７、Ａｌ電極８及びコンタクト部１１の新たな膜面を露出させ、後工程で形成する耐磨耗保護層との密着性を確保しておく。そして、新たな膜面を露出させた絶縁バリア層６、電極層７、Ａｌ電極８及びコンタクト部１１の上に、ＳｉＡｌＯＮやＴａ2Ｏ5等の耐摩耗材料からなる耐摩耗保護層９を形成する。ここまでの工程により、Ｓｉ基板１の上には、複数並列に並んだサーマルヘッド構造が得られる。
そして、各ヘッド形成領域Ｈ毎にＳｉ基板１を切断し、分割後のＳｉ基板１の切断面、すなわちＳｉ基板１の側端面にそれぞれ絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２は、Ｓｉ基板１の陽極酸化により生成されるＳｉ陽極酸化膜により形成することができる。あるいは、ＳｉＯ2、ＳｉＡｌＯＮ又はＳｉＯＮ等の絶縁材料からなるスパッタ膜により形成することができる。絶縁膜１２の膜厚は０．１ｍｍ程度あればよい。以上により、図１及び図２に示すサーマルヘッドが得られる。
以上のように本実施形態では、比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下のＳｉ基板を用いるとともに、Ｓｉ基板表面１ａに備えた露出領域１０上に、Ｓｉ基板表面１ａとコモン電極７ａをオーミック接触させるコンタクト部１１を備えたので、簡単な構造及び製造工程でＳｉ基板１とコモン電極７ａを確実に導通させることができ、層間でのショート発生を防止することができる。また、Ｓｉ基板１がコモン電極７ａの一部を構成するので、コモン電極の面積や厚さを増大させることなくコモン抵抗が低減し、コモンドロップが良好に低減されて印刷品質が向上する。
以上の本実施形態では、蓄熱層３を酸化物材料により形成しているが、蓄熱層３は、例えばガラスなどの高断熱材料を用いてスクリーン印刷により形成してもよい。
１ Ｓｉ基板
１ａ Ｓｉ基板表面
１ｂ 側端面（厚さ方向の周囲端面）
１ｃ 背面
２ 第１の絶縁層
３ 蓄熱層
３ａ テーパーエッジ部
３ｂ 均一膜厚部
４ 第２の絶縁層
５ 抵抗層
５ａ 発熱抵抗体
６ 絶縁バリア層
７ 電極層
７ａ コモン電極
７ｂ 個別電極
７ｃ 開放部
８ 配線用Ａｌ電極
９ 耐磨耗保護層
１０ 露出領域
１１ コンタクト部
１２ 絶縁膜（Ｓｉ陽極酸化膜）
１３ 絶縁膜
Ｒ レジスト層
α ギャップ領域
１ａ Ｓｉ基板表面
１ｂ 側端面（厚さ方向の周囲端面）
１ｃ 背面
２ 第１の絶縁層
３ 蓄熱層
３ａ テーパーエッジ部
３ｂ 均一膜厚部
４ 第２の絶縁層
５ 抵抗層
５ａ 発熱抵抗体
６ 絶縁バリア層
７ 電極層
７ａ コモン電極
７ｂ 個別電極
７ｃ 開放部
８ 配線用Ａｌ電極
９ 耐磨耗保護層
１０ 露出領域
１１ コンタクト部
１２ 絶縁膜（Ｓｉ陽極酸化膜）
１３ 絶縁膜
Ｒ レジスト層
α ギャップ領域
Claims (7)
- 基板表面上に積層形成された蓄熱層と、該蓄熱層上に形成された複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体の抵抗長方向の一端部にそれぞれ導通接続する複数の個別電極と、全発熱抵抗体の抵抗長方向の他端部に導通接続するコモン電極とを有するサーマルヘッドにおいて、
前記基板は、比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下のＳｉ基板であること、
このＳｉ基板上には前記蓄熱層の存在しない露出領域が備えられ、この露出領域上に、前記コモン電極と該Ｓｉ基板表面とをオーミック接触させるコンタクト部を形成したこと、及び、
このコンタクト部は、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれか、あるいは該Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂを主成分とする合金材料により形成されていること、
を特徴とするサーマルヘッド。 - 請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、前記Ｓｉ基板の比抵抗は１．０ｍΩ・ｃｍ以下であるサーマルヘッド。
- 請求項１又は２記載のサーマルヘッドにおいて、前記Ｓｉ基板は不純物をドーピングしたｐ型Ｓｉ基板であるサーマルヘッド。
- 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記Ｓｉ基板背面及び前記Ｓｉ基板の厚さ方向の周囲端面には、絶縁膜が形成されているサーマルヘッド。
- 請求項４記載のサーマルヘッドにおいて、前記Ｓｉ基板の厚さ方向の周囲端面には、前記Ｓｉ基板の陽極酸化による絶縁膜が形成されているサーマルヘッド。
- 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記蓄熱層の上下に絶縁層を備えたサーマルヘッド。
- 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記蓄熱層は、前記Ｓｉ基板表面上に段差を与える均一膜厚部と、前記Ｓｉ基板表面から該均一膜厚部に向けて徐々に膜厚が増大するテーパーエッジ部とを有しており、前記コモン電極は前記テーパーエッジ部の上方に位置しているサーマルヘッド。
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