JPH01112701A - Thermal head - Google Patents
Thermal headInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高比抵抗で、かつ、耐熱安定性に優れた発熱
抵抗体を備えたサーマルヘッドに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a thermal head equipped with a heating resistor having high specific resistance and excellent heat resistance stability.
一般に、サーマルヘッドは、薄いガラスグレーズ層で表
面を覆ったセラミックなどの電気絶縁性基板の上に、ド
ツト状の発熱抵抗体を形成するための発熱抵抗体層と、
この発熱抵抗体層に電流を供給するための給電用導体層
と、これらの層を酸化ならびに摩耗から保護するための
保ｍｍとが積層されてできている。Generally, a thermal head includes a heating resistor layer for forming dot-shaped heating resistors on an electrically insulating substrate such as a ceramic whose surface is covered with a thin glass glaze layer.
A power supply conductor layer for supplying current to this heating resistor layer and a protective layer for protecting these layers from oxidation and wear are laminated.
従来、前記発熱抵抗体層としては、窒化タンタル（１−
ａｚＮ）やタンタル−シリコン−酸素系（Ｔａ−８ｉ−
０）の３ｔ［が広く用いられている。Conventionally, the heating resistor layer is made of tantalum nitride (1-
azN) and tantalum-silicon-oxygen (Ta-8i-
0) is widely used.
この窒化タンタル薄膜やタンタル−シリコン−酸素系膜
は、発熱抵抗体として安定性、信頼性の点で優れた特性
を備えている。This tantalum nitride thin film and tantalum-silicon-oxygen film have excellent properties as a heating resistor in terms of stability and reliability.
しかし、前記窒化タンタル薄膜は、比抵抗が約２４０μ
Ω−１であるため、５０Ω／口以上の高い面積抵抗値が
要求される場合には、膜厚を非常に薄くする必要がある
ために寿命特性が著しく損われ、使用に適していない。However, the tantalum nitride thin film has a resistivity of about 240μ.
Since it is Ω-1, if a high sheet resistance value of 50 Ω/hole or more is required, the film thickness must be made very thin, which significantly impairs the life characteristics, making it unsuitable for use.
また、窒化タンタル薄膜を発熱抵抗体層として用いたサ
ーマルヘッドは、発熱部表面温度が４００℃以上になる
と、抵抗値の減少が生じ、さらに５００℃以上になると
、抵抗値の減少は初期値の一１０％以上に達する。これ
は、Ｂ温の下で窒化タンタルの再結晶化が進むために生
じる抵抗値の減少であり、窒化タンタルを高温で用いる
場合の大きな問題の一つとなっている。In addition, in a thermal head that uses a tantalum nitride thin film as the heating resistor layer, when the surface temperature of the heating part reaches 400°C or higher, the resistance value decreases, and when the temperature rises further to 500°C or higher, the resistance value decreases to the initial value. It reaches more than 10%. This is a decrease in resistance value that occurs due to the progress of recrystallization of tantalum nitride at temperature B, and is one of the major problems when tantalum nitride is used at high temperatures.
また、前記タンタル−シリコン−酸素系１１１１は比抵
抗が大きいため発熱ドツトの熱効率が大きくなって高品
位の印字をもたらすが、４００℃以上の抵抗値変化が大
きく、高速印字やラフ紙への印字等の様な比較的高湿度
における印字において、抵抗体が劣化しやすく良好な印
字品位を長く維持することが困Ｉｌ？あった。In addition, since the tantalum-silicon-oxygen system 1111 has a high specific resistance, the thermal efficiency of the heating dot increases, resulting in high-quality printing. When printing in relatively high humidity environments such as those in other countries, the resistor easily deteriorates and it is difficult to maintain good printing quality for a long time. there were.
本発明の目的は、従来の窒化タンタルからなる発熱抵抗
体に比べて、高比抵抗で、かつ、高温度における耐熱安
定性に優れた発熱抵抗体を備えたサーマルヘッドを提供
することにある。An object of the present invention is to provide a thermal head equipped with a heating resistor that has a higher resistivity and superior thermal stability at high temperatures than conventional heating resistors made of tantalum nitride.
（問題点を解決するための手段〕
本発明のサーマルヘッドは、タンタルとアルミニウムと
酸素とを含有する発熱抵抗体を備えていることを特徴と
する。(Means for Solving the Problems) The thermal head of the present invention is characterized in that it includes a heating resistor containing tantalum, aluminum, and oxygen.
本発明のサーマルヘッドの発熱抵抗体の比抵抗ム、タン
タル、アルミニウム、酸素の含有率を調整することによ
って、所望とする比抵抗を得ることができる。A desired resistivity can be obtained by adjusting the resistivity, tantalum, aluminum, and oxygen content of the heating resistor of the thermal head of the present invention.
上記の発熱抵抗体は、スパッタリング法によって形成す
ることができる。例えばアルミナ（Ａ４２０３ ）ター
ゲットの上面にタンタルのチップを行き、アルゴンガス
雰囲気中で高周波マグネトロン・スパッタリングを行な
えばよい。The heating resistor described above can be formed by a sputtering method. For example, a tantalum chip may be placed on top of an alumina (A4203) target, and high frequency magnetron sputtering may be performed in an argon gas atmosphere.
本発明のサーマルヘッドの構成は、特に限定されないが
、例えばガラスグレーズ層を施したセラミック製の絶縁
基板の上に、前記の組成からなる発熱抵抗体層と、アル
ミニウム等の金属薄膜からなる給電用導体層と、酸化シ
リコンと酸化タンタル等からなる保：！層とを順次積層
したものが採用 。The structure of the thermal head of the present invention is not particularly limited, but for example, on a ceramic insulating substrate provided with a glass glaze layer, a heating resistor layer having the above-mentioned composition and a power supplying layer made of a thin metal film such as aluminum. A conductor layer and a protective layer made of silicon oxide, tantalum oxide, etc. A structure in which layers are laminated in sequence is used.
される。be done.
グレーズド・アルミナ基板上に、スパッタリング法によ
って発熱抵抗体の薄膜を形成した。すなわち、第２図に
示すように、直径１２７ｍの円盤状のアルミナ（Ａ４２
０！ ）ターゲット１の上面に一辺が１０厘の正方形で
厚さ１〜２ｍのタンタルのチップ２を置く。この場合、
タンタルのチップ２の数を変えることにより、成膜され
る発熱抵抗体１ｇｌ中のタンタルの含有量を調整するこ
とができる。この複合ターゲットを用いて、グレーズド
・アルミナ基板を２００℃に加熱しながら、アルゴンガ
ス雰囲気中で第１表に示す条件のＩ（Ｆスパッタリング
を行なうことにより、タンタルとアルミニウムと酸素と
からなる発熱抵抗体の薄膜を形成することができる。A thin film of a heating resistor was formed on a glazed alumina substrate by sputtering. That is, as shown in Fig. 2, a disk-shaped alumina (A42
0! ) A tantalum chip 2 having a square shape of 10 mm on a side and a thickness of 1 to 2 m is placed on the upper surface of the target 1. in this case,
By changing the number of tantalum chips 2, the content of tantalum in 1 gram of the heating resistor to be formed can be adjusted. Using this composite target, a glazed alumina substrate was heated to 200°C and subjected to I(F sputtering under the conditions shown in Table 1 in an argon gas atmosphere). A thin film can be formed on the body.
第１表 ＲＦスパッタリング条件
次に、この１＜Ｅニスバッタリング条件で作成したサー
マルヘッドの抵抗仕様を第２表にまとめる。Table 1 RF sputtering conditions Next, Table 2 summarizes the resistance specifications of the thermal head made under the 1<E varnish sputtering conditions.
この際、発熱抵抗体のデメンジ５ン、印加パルス条件、
感熱紙の発色感度、紙移動速度をそれぞれ第３表に示す
通り固定した。At this time, the temperature of the heating resistor, the applied pulse conditions,
The color development sensitivity and paper movement speed of the thermal paper were fixed as shown in Table 3.
第２表 ＭｚＯｚの含有比率による
発熱抵抗体の抵抗値
第３表 一定条件一覧
第２表より、発熱抵抗体の抵抗値は、それぞれ比抵抗に
依存することが明らかとなる。また、この比抵抗は定量
化学分析の結果、ＴａとＭ２Ｏ３との含有比に依存する
。換言するならば、発熱抵抗体に含有されるＡ１２’ｓ
が増えるにしたがい、その発熱抵抗体の抵抗値は高抵抗
化する。この場合、発熱抵抗体中にＡｌ２Ｏ２が３５モ
ル％よりも大きい方が、サーマルヘッドのリード線の抵
抗の影響を受けず、サーマルヘッドを用いて感熱紙に記
録を行った場合に、印字された記録情報の濃度むらがな
くなることが確認された。Table 2: Resistance values of heating resistors depending on content ratio of MzOz Table 3: List of certain conditions From Table 2, it is clear that the resistance values of heating resistors each depend on specific resistance. Further, as a result of quantitative chemical analysis, this resistivity depends on the content ratio of Ta and M2O3. In other words, A12's contained in the heating resistor
As the resistance increases, the resistance value of the heating resistor increases. In this case, if the heating resistor contains more than 35 mol% of Al2O2, it will not be affected by the resistance of the lead wire of the thermal head, and when recording is performed on thermal paper using the thermal head, it will be difficult to print. It was confirmed that the density unevenness of recorded information was eliminated.
サーマル△、ラドの作成においては、第１図に示すよう
に、セラミック製の絶縁基板１１」―に、厚さ約４０μ
ｍの薄いガラスグレーズ層１２を形成し、その上にアル
ミ尤に対するタンタルの面積比率を２９％、ドツト抵抗
１２００Ωとした前記複合ターゲットを用いて発熱抵抗
体層１３を約０．１５μｍの膜厚で形成する。続いて厚
さ約１．５μｍのアルミニウム薄膜からなる給電用導体
層１４を形成し、発熱抵抗体層１３および給電用導体層
１４を順次フォトエツチングしてサーマルヘッドのパタ
ーンを形成する。さらに、厚さ２μｍの酸化シリコンか
らなる酸化防止保護膜１５と、厚さ５μ瓦の酸化タンタ
ルからなる耐摩耗用保護膜！膜１６とを順次積層してサ
ーマルヘッドを作成した。In creating the thermal △ and RAD, as shown in Figure 1, a ceramic insulating substrate 11'' with a thickness of about 40μ
A thin glass glaze layer 12 with a thickness of about 0.1 m is formed, and a heat generating resistor layer 13 is formed on it with a film thickness of about 0.15 μm using the composite target in which the area ratio of tantalum to aluminum is 29% and the dot resistance is 1200 Ω. Form. Subsequently, a power supply conductor layer 14 made of a thin aluminum film having a thickness of about 1.5 μm is formed, and the heating resistor layer 13 and power supply conductor layer 14 are sequentially photoetched to form a pattern of a thermal head. Furthermore, an anti-oxidation protective film 15 made of silicon oxide with a thickness of 2 μm and a wear-resistant protective film made of tantalum oxide with a thickness of 5 μm! A thermal head was created by sequentially stacking the films 16 and 16.
こうして作成したサーマルヘッドのステップ・ストレス
・テスト（Ｓ、Ｓ、Ｔ、）を行なった。A step stress test (S, S, T) was performed on the thermal head thus prepared.
Ｓ、Ｓ、Ｔ、とは、サーマルヘッドの耐熱安定性を評価
する加速試験の一つであり、発熱抵抗体に適当なパルス
電圧を一定時間印加して初期の抵抗値に封する変化を測
定し、発熱抵抗体が焼き切れるまで印加電圧を徐々に高
め又いきながら、それぞれのステップにおける抵抗値の
変化率をプロットしたものである。この場合、Ｓ、Ｓ、
Ｔ、の条件はパルス幅を１ミリ秒、周期を２０ミリ秒と
し、電圧をＯ，ＳＶきざみで１０分ずつ印加し、抵抗値
変化が＋１０％を超えるまで行なった。その結果を第３
図に示す。第３図の上部横軸には、それぞれの印加電圧
における発熱部の表面温度が示されている。また、温度
測定には赤外線スポット温度計を使用した。図中、Ａは
本発明のサーマルヘッドの特性を示し、前記第２表にお
けるＮα４の抵抗体を用いた。Ｂは従来の−１−ａ−ｓ
ｉ −０３ｔ！！膜からなり、シート抵抗１．５にΩ、
比抵抗２．ＯＸ １０″３Ω−α、５ｉＯｚ５２モル％
の発熱抵抗体を用いたり゛−マルヘッドの特性を示す。S, S, T is one of the accelerated tests to evaluate the heat resistance stability of the thermal head, and it applies an appropriate pulse voltage to the heating resistor for a certain period of time and measures the change in the initial resistance value. The rate of change in resistance value at each step is plotted as the applied voltage is gradually increased until the heating resistor is burned out. In this case, S, S,
The conditions for T were that the pulse width was 1 millisecond and the period was 20 milliseconds, and the voltage was applied in O and SV increments for 10 minutes each until the resistance value change exceeded +10%. The result is the third
As shown in the figure. The upper horizontal axis of FIG. 3 shows the surface temperature of the heat generating part at each applied voltage. In addition, an infrared spot thermometer was used for temperature measurement. In the figure, A indicates the characteristics of the thermal head of the present invention, and a resistor of Nα4 in Table 2 was used. B is conventional -1-a-s
i-03t! ! It consists of a film with a sheet resistance of 1.5 Ω,
Specific resistance 2. OX 10″3Ω-α, 5iOz52mol%
The characteristics of a multi-head are shown using a heating resistor.
第３図から明らかなように、従来のサーマルヘッドは、
曲線Ｂに示すように、印加電力が約２２Ｗ／ｍで、発熱
部表面温度が約４００℃の点から抵抗（ｎの減少が始ま
る。ところが、本発明の発熱抵抗体を用いたサーマルヘ
ッドは、曲線へに示すように、印加電力が約４２Ｗ／ａ
ｆで、発熱部の表面温度が約７００℃を超えてもその抵
抗値変化率は一２％程度であり、耐熱安定性に大変優れ
ている。As is clear from Figure 3, the conventional thermal head is
As shown in curve B, the resistance (n) begins to decrease at a point where the applied power is about 22 W/m and the heat generating part surface temperature is about 400°C. However, in the thermal head using the heat generating resistor of the present invention, As shown in the curve, the applied power is about 42W/a
f, even if the surface temperature of the heat generating part exceeds about 700°C, the resistance value change rate is about 12%, and it has excellent heat resistance stability.
以上説明したように、本発明によれば、高比抵抗で、か
つ、耐熱安定性に優れた発熱抵抗体層を備えたサーマル
ヘッドを得ることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a thermal head equipped with a heating resistor layer having high specific resistance and excellent heat resistance stability.
第１図は本発明によるサーマルヘッドの実施例を示す要
部所面図、第２図は本発明による発熱抵抗体層をスパッ
タリング法で形成するためのターゲットを示Ｊ平面図、
第３図は上記実施例による号−マルヘッドのステップ・
ストレス・テスト（Ｓ、Ｓ、Ｔ、）の結果を示す図表で
ある。
図中、１はアルミナ（Ａｊｚ Ｏｘ ）ターゲット、２
はタンタルのチップ、１１は絶縁基板、１２はガラスグ
レーズ層、１３は発熱抵抗体層、１４は給電用導体層、
１５は酸化防止保護膜、耐摩耗用保護膜である。
出願人 アルプス電気株式会社
代表者 片 岡 勝太部FIG. 1 is a plan view of essential parts showing an embodiment of a thermal head according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a target for forming a heating resistor layer according to the present invention by sputtering.
FIG. 3 shows the steps of the number-mul head according to the above embodiment.
It is a chart showing the results of stress tests (S, S, T,). In the figure, 1 is an alumina (Ajz Ox) target, 2
1 is a tantalum chip, 11 is an insulating substrate, 12 is a glass glaze layer, 13 is a heating resistor layer, 14 is a power supply conductor layer,
15 is an anti-oxidation protective film and a wear-resistant protective film. Applicant Alps Electric Co., Ltd. Representative Kataoka Katabe
Claims (2)
体を備えていることを特徴とするサーマルヘッド。(1) A thermal head characterized by being equipped with a heating resistor made of tantalum, aluminum, and oxygen.
ミニウム酸化物を３５モル％よりも大きく７０モル％以
下の範囲を含有した組成であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のサーマルヘッド。(2) The thermal head according to claim 1, wherein the heating resistor has a composition containing aluminum oxide in a range of more than 35 mol% and less than 70 mol% in terms of Al_2O_3. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62270544A JPH01112701A (en) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | Thermal head |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP62270544A JPH01112701A (en) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | Thermal head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01112701A true JPH01112701A (en) | 1989-05-01 |
Family
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|---|---|---|---|
| JP62270544A Pending JPH01112701A (en) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | Thermal head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01112701A (en) |
-
1987
- 1987-10-27 JP JP62270544A patent/JPH01112701A/en active Pending
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