JPH0230554A - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、発熱を利用して種々の情報を記録するため
に用いられるサーマルヘッドの構造と、その製造技術に
関するものである。

（従来の技術） 従来から、発熱抵抗材料に電力を印加する際に生する熱
を利用して、感熱紙を発色させたつ、或いは熱転写イン
クか塗布されたリボンを記録紙に当接させて情報を記録
するための、サーマルヘッドか広く用いられでいる。

以下、図面ヲ参照して、従来のサーマルヘッドにつき説
明する。

第２図は、従来のサーマルヘッドの構造を説明するため
、概略的な要部断面により示す説明図であり、断面を示
すハツチングは一部省略して示す。また、１１は例えば
アルミナまたはその他の絶縁材料から成る基板、１３は
発熱素子部、１５は駆動制御部、１７は例えば窒化タン
タル（ＴａＮ）またはその他の発熱抵抗材料から成る発
熱抵抗体層、１９ａ〜１９ｃはアルミニウム（Ａ９）ま
たはその他の金属から成る配線導体層、２１は例えば二
酸化ケイ素（ＳｉＯ□）から成る耐酸化性保護膜、２３
は例えば五酸化タンタル（Ｔａ２０５）がら成る耐摩耗
性保護膜、２５は耐酸化性保護膜２１及び耐摩耗性保護
膜２３から成る保護膜、２７は例えばガラスから成るグ
レーズ層、２９は駆動回路、３１は例えば金（Ａｕ）の
ような耐酸化性を有する金属から成る入力電極、３３は
ポンディングに用いられるワイヤ、３５は封止樹脂、３
７ａ−ｃはパターン保護膜、ａは発熱部を示す。

第２図からも理解できるように、この種のサーマルヘッ
ドは、主として、発熱素子部１３と駆動制御部１５とか
ら構成される。

ます、発熱素子部１３の構成につき説明すれば、基板１
１の上側に、発熱抵抗体層１７、配線導体層１９ａまた
は＋９ｂ、及び耐酸化性保護膜２１と耐摩耗性保護膜２
３とから構成される保護膜２５か、順次、被着形成され
る。これら構成成分を形成するに当っては、スパッタリ
ングまたはその他任意好適な被着技術を用いて行なうの
か一般的である。

このうち、発熱抵抗体層１７に電力を供給するための配
線導体層１９ａと＋９ｂは、サーマルヘッドの設計に応
じた位でて離間して形成され、発熱部ａが構成される。

これがため、図示のサーマルヘッドでは、発熱部ａによ
り生しる凹部を軽減して図示していない記録媒体に対す
る密着度を向上させ、かつ当該部ａに対して保温性を付
与する目的で、部分的にグレーズ層２７か設けられてい
る。

また、発熱素子部１３と、駆動制御部１５の駆動回路２
９とは配線導体層１９ｃｕ介して電気的に接続される。

さらに、駆動回路２９と、当該回路に対して電力を供給
するための入力電極３１との間には、配線導体層１９ｃ
が配設される。

上述した駆動回路２９と、配線導体層＋９ｂまたは１９
ｃとの間は、例えば図示のようなポンディングワイヤ３
３によって接続され、この他、半田バンブを用いたフリ
ップチップポンディング技術等か用いられる。このよう
にしてポンディングされた駆動回路２９は、例えばエポ
キシ系、シリコン系またはその他の樹脂から成る封止樹
脂３５によって保護される。また、サーマルヘッドの細
部については、レジスト材料（ソルダーレジスト）から
成るパターン保護膜３７ａ〜３７ｃが形成される。

（発明か解決しようとする課題） 上述した説明からも理解できるように、サーマルヘッド
の耐酸化性または耐摩耗性を高めるために、例えば保護
膜２５、封止樹脂３５及びパターン保護膜３７ａ〜３７
ｃが配設され、信頼性の向上が図られている。しかしな
から、これら構成成分のうち、保護膜２５は、通常、無
機系の材料から構成され、例えばスパッタリング法のよ
うな技術によって被着形成されるのが一般的である。こ
れがため、保護膜２５の成膜時ピンホールや、クラック
を生しる。

この点につき、サーマルヘッドの要部を拡大して概略的
断面により示す第３図を参照し、詳細に説明する。但し
、同図においては、前述したグレーズ層を省略し、断面
を示すハツチングは省略してある。

この図からも理解できるように、保護膜２５に発生した
どンホールｂやクラックＣといった保護膜欠陥は、配線
導体層１９ａと＋９ｂとの一部を露出させる。これがた
め、サーマルヘッドの動作時に生しる熱によって、例え
ば記録紙に含まれる水分が蒸発して保護膜表面に凝結し
、この水分或いは感熱紙に含まれるイオンが、上述した
保護膜欠陥を介して侵入し、配線導体層が腐食される。

従って、この配線導体層が不良導体と成ることによって
サーマルヘッドの寿命が低下するという問題点か有っプ
と。

このような問題点に対処するため、例えば特開昭６１−
５４９５１号公報に開示されるように、配線導体層をア
ルミニウムのような陽極酸化可能な材料で構成し、保護
膜欠陥により露出する当該導体層に対して前処理を行な
う技術か提案されている。ｆｆ１ｌ′ｔ５、この技術は
、第３図中、ｄの符号とハツチングを付して示す陽極酸
化部分によって配線導体層を遮蔽するものである。

しかしなから、この技術は配線導体層に対する保護膜欠
陥の影響自体を解消するものではなく、当該欠陥の規模
の大小によっては陽極酸化か不充分となる場合や、サー
マルヘッドの使用による保護膜欠陥の進行に対処するこ
とかできす、陽極酸化による配線導体層の電気的な特性
の変化（こより、サーマルヘッドの経時的な特性変化を
来たすという問題か有った。

また、上述した技術では発熱素子部における耐酸化′ｉ
に対処する目的で陽極酸化可能な材料を用いる構成とな
っている。これがため、駆動制御部における配線材料の
選択にも制限を加える必要か有り、ざらには、駆動制御
部に、別途、酸化に対する手段を講じる必要が有る。

このような手段として、例えば第２図を参照して説明し
たソルダーレジストのようなパターン保護膜ヤ封止樹脂
か知られているか、酸化を防止するためには気密性を高
くする必要が有り、作業能率の低下を生じる場合も有っ
た。

この発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、配線
導体層を構成する材料に制限を加えることなく保護膜欠
陥や配線導体層自体の腐食（こ対処し得る技術を提供し
、さらに、耐食性に優れたサーマルヘッドを廉価に提供
することに有る。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この出願の第発明に係るサ
ーマルへ・ンドによれば、基板上（こ、発熱抵抗体層、
発熱部で離間して形成された配線導体層、及び保護膜か
順次被着形成されて成る発熱素子部と、 上述した配線導体層に接続された駆動回路を異えて成る
駆動制御部とをΩえたサーマルヘッドにおいて、 上述した配線導体層の上側にコーティング保護膜を具え
て成る ことを特徴としている。

また、この出願の第二発明に係るサーマルヘッドの製造
方法によれば、基板上に、発熱抵抗体層、発熱部で離間
して形成された配線導体層、及び保護膜か順次被着形成
されて成る発熱素子部と、 上述した配線導体層に接続された駆動回路を具えて成る
駆動制御部とを具えたサーマルヘッドを製造するに当り
、 上述した配線導体層を形成した後、絶縁材料から構成さ
れるコーティング溶液を塗布・焼成してコーティング保
護膜を形成する工程と、上述したコーティング保護膜を
形成した後、このコーティング保護膜の所定部分を除去
して前述の配線導体層を露出する接続部を形成する工程
と、 上述した接続部に耐酸化性金属て被覆されたメツキ電極
を形成する工程と を含むことを特徴としている。

（作用） この出願の第一発明に係るサーマルヘッドによれば、保
護膜欠陥を介して侵入する水分やイオンかコーティング
保護膜で遮蔽され、発熱素子部及び駆動制御部にあける
配線導体層の腐食を回避し得る。

また、この出願の第二発明に係るサーマルヘッドの製造
方法によれば、上述したコーティング保護膜の形成に際
して、コーティング溶液を塗布・焼成して行なわれるた
め、発熱部に生した凹部による段差を軽減したり、或い
は当該凹部自体を解消して、保護膜のクラックを防止す
ることかできる。

さらに、この方法発明では、駆動回路と配線導体層との
電気的な接続を行なうための接続部を形成した後、少な
くとも、表面か耐酸化性金属によって被覆されたメツキ
電極を形成するため、駆動制御部における配線導体層の
腐食をも回避することかできる。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき詳細に
説明する。尚、以下の説明においては、この出願の方法
発明の実施例に係る製造工程に従って説明するものとす
る。また、以下の説明で参照する図面は、この発明の理
解が容易となる程度に概略的に示してあるに過ぎす、こ
の発明はこれら図示例にのみ限定されるものではないこ
とを理解されたい。ざらに、この実施例では、駆動回路
を基板上に実装してサーマルヘッドを作製するに当り、
半田バンブによるフリップチップポンディング技術を利
用した場合につき例示して説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、実施例を説明するため、各製
造工程毎に概略的な基板断面によって示す説明図である
。これら図中、既に説明した構成成分と同一の機能を有
するものについては、同一の符号を付して示し、詳細な
説明を省略する。また、これら図中、３９はコーティン
グ溶液を塗布・焼成して得られたコーティング保護膜、
４１ａ−４１ｃは接続部、４７ａ−４７ｃはニッケル（
Ｎｉ）層４３と金（Ａｕ）から成る耐酸化性金属層４５
とにより構成されるメツキ電極、４９は半田から成るバ
ンブを示す。

まず始めに、発熱素子部１３に相当する基板１１の表面
に、従来と同様にして、例えばガラスから成るグレーズ
層２７ヲ形成する。然る後、例えばスパッタリング技術
により、上述した基板１１の全面に、窒化タンタル（Ｔ
ａＮ）から成る発熱抵抗体層１７及びアルミニウム（Ａ
９）から成る配線導体層１９を順次被着させる（第１図
（Ａ））。

続いて、ホトリソグラフィー技術によって、図示してい
ないレジストパターンを形成し、駆動回路を実装する領
域（第２図参照）の配線導体層１９と発熱抵抗体層１７
及び発熱部ａの配線導体層１９をエツチング除去する。

このようにして、従来と同様に、配線導体層１９ａ〜１
９ｃをパターン形成する（第１図（Ｂ））。

次に、配線導体層１９ａ〜１９ｃを被着形成した基板１
１上に、配線導体層１９ａと＋９ｂとの間の凹部を実質
的に解消し、かつ配線導体層＋９ｂと１９ｃとの間の凹
部で破断を生じない程度の設計に応した膜厚で、例えば
ケイ素化合物（Ｒ、Ｓｉ（叶）４□）（ｎは正数、日は
有機系の官能基を表わす。）を主成分とする液状のコー
ティング溶液をスピンコード法またはデイツプコート法
により塗布する。然る後、設計に応した温度で焼成して
、配線導体層１９ａ〜１９ｃの表面に、酸化ケイ素系の
コーティング保護膜３９を形成する（第１図（Ｃ））。

上述したコーティング溶液につき詳細に説明すれば、こ
の実施例では、当該溶液の一例としてｒＯｃＤ　Ｔｙｐ
ｅ−７Ｊ　　（東京応化■製、商品名）を用いた。また
、製品として得られるサーマルヘッドの動作時に発生す
る熱によって、］−ティング保護膜３９が劣化するのを
低減する目的で、上述した焼成温度を、動作時に発熱部
ａか至る温度よりも高い温度とするのが好適である。

続いて、従来周知のホリソグラフィ技術によって、上述
したコーティング保護膜３９の所定部分をエツチング除
去して、下層に相当する配線導体層＋９ｂ及び１９ｃを
露出させる接続部４１ａ〜４１ｃを形成する（第１図（
Ｄ））。

上述した接続部のうち、第１図（Ｄ）中に４１ａの符号
を付して示す接続部は、前述した第２図においで入力電
極３１に相当する位置に配設されたものであり、接続部
４１ｂ及び４１ｃは駆動回路を実装するために設けられ
るものである。

次に、第２図を参照して説明したのと同様に、例えば二
酸化ケイ素（ＳｉＯ□）から成る□耐酸化性保護膜２１
、及び五酸化タンタル（ＴａＪｓ）から成る耐摩耗性保
護膜２３ヲ、発熱素子部１３の上にのみ、順次、被着形
成して保護膜２５か形成される（第１図（Ｅ））。

ここで、発熱素子部１３上に上述した保護膜２５を選択
的に形成するに当っては、例えば、スパッタホルダで駆
動制御部１５ヲマスクした状態でスパッタを行なった。

この第１図（Ｅ）からも理解できるように、発熱素子部
１３においでは、コーティング保護膜３９を形成するこ
とによって、前述した発熱部ａにあける凹部か実質的に
解消されるため、保護膜２５にクラックか発生する頻度
を低下させることかできる。

次に、従来周知のメツキ技術により、前述しｐ接続部４
１ａ〜４１ｃの各々にＮ１層４３と耐酸化性金属層４５
とを順次被着させ、メツキ電極４７ａ〜４７ｃを形成す
る（第１図（Ｅ））。

続いて、従来と同様に、予めバンブ４９ヲ形成した駆動
回路２９を上述したメ・ンキ電極４７ｂ及び４７ｃに位
置合わせし、数百（℃）の温度てリノロ−して半田付け
を行なう。然る後、駆動回路２９の耐湿性を図り、かつ
バンブ４９の酸化を防ぐ目的で封止樹脂３３により封止
・固定して、第１図（Ｇ）に示すようなサーマルへ・ン
トを完成する。

上述の第１図（Ｇ）と前述した第２図との比較からも理
解できるように、メツキ電極４７ａ〜４７ｃのうち、４
７ａの符号を付して示すメツキ電極は人力電極として配
設されたものであり、４７ｂ及び４７ｃとして示すメツ
キ電極は駆動回路２９を実装するために設けられたもの
である。

このうち、メツキ電極４７ｂ及び４７ｃＶ構成するＮｉ
層４３は、上述した駆動回路を実装するための半田付け
に当って、バンブ４９を構成する半田材料か配線導体層
＋９ｂ及び１９ｃに拡散するのを防ぐ。

また、入力電極として形成されたメツキ電極４７ａは、
この後に行なわれる外部の構成成分との接続工程まで露
出状態としても、酸化を生しることかない。

従って、上述した第１図（Ａ）〜（Ｇ）の各工程を経た
後の配線導体層１９ａ〜１９ｃは、コテイング保護膜３
９及び耐酸化性金属層４５によって、サーマルヘッドを
使用する環境から遮断された状態で具えられることとな
る。

以上、この発明の実施例につき詳細に説明したか、この
発明は上述した実施例にのみ限定されるものではないこ
と明らかである。

例えば、上述した実施例では、発熱素子部１３における
各構成成分の配置関係につき、配線導体層１９、コーテ
ィング保護膜３９、耐酸化性保護膜２１及び耐摩耗性保
護膜２３の順で発熱抵抗体層１７の上側に４層を積層し
た場合につき説明した。

即ち、耐酸化゛ｉ保護膜２１（Ｓｉ０２）と耐摩耗性保
護膜２３（Ｔａ２０．ｉ）とを、各々、別の層として、
合計２層の保護膜２５により構成した場合につき説明し
たか、これに限定されるものではなく、例えば窒化シリ
コン（Ｓ！Ｊ、）のように、耐酸化性と耐摩耗性とを兼
ね備えた材料によって１層のみにより保護膜２５を構成
しても良い。さらに、上述した実施例のような積層数の
場合であっても、コーティング保護膜３９の配置関係は
限定されるものではなく、サーマルヘッドか記録媒体と
接触する表面を１摩耗性保護膜２３とすれば、当該保護
膜２３と配線導体層１９との間の積層関係を変更しても
良い。即ち、発熱抵抗体層１７の表面に、配線導体層１
９、耐酸化性保護膜２１、コーティング保護膜３９及び
耐摩耗性保護膜２３の順で発熱素子部１３を構成するこ
とも好適である。

また、上述した実施例では、コーティング保護膜３９を
構成する材料として、シリコン系化合物を主成分とする
コーティング溶液につき例示した。

しかしながら、このコーティング溶液の代わりに、例え
ばポリイミド系のコーティング溶液を用いた場合であっ
ても、上述と同様な効果を得ることかできる。

さらに、上述した実施例では、駆動制御部１５に駆動回
路を実装するに当って、フリップチップポンティング技
術を利用した場合につき説明したか、これにのみ限定さ
れるものではなく、第２図を参照して説明したワイヤポ
ンティング技術またはその他任意好適な実装技術を適用
しても、上述した実施例と同様な効果を得ることができ
る。

これに加えて、上述の実施例では、メツキ電極を形成す
るに当って、下地となる配線導体層と耐酸化性金属層と
の間にＮ１層を設けた場合につき説明したか、耐酸化性
金属層と配線導体層との密着性またはその他、駆動回路
の実装に際して信頼性を確保し得る場合には、配線導体
層の表面に、直接、耐酸化性金属層を被着しても良い。

これら材料、数値的条件、配置関係及びその他の条件は
、この発明の目的の節回内で任意好適な設計の変更及び
変形を行ない得ること明らかである。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この出願の第一発
明に係るサーマルヘッドによれば、コテイング保護膜を
前述した配置関係で設けることにより、水分やイオンに
よる発熱素子部及び駆動制御部における配線導体層の腐
食を回避することができる。

また、この出願の第二発明に係るサーマルヘッドの製造
方法によれば、上述したコーティング保護膜の形成に際
して、コーティング溶液を塗布・焼成して行なわれるた
め、発熱部に生した凹部による段差の軽減または当該凹
部を解消してクラックの発生頻度を低下せしめることが
でき、ざらに、耐酸化性金属層で被覆されたメツキ電極
を介して、例えば駆動回路と配線導体層との電気的な接
続を行なうため、駆動制御部における配線導体層の腐食
をより低減せしめることか可能となる。

従って、この出願に係る技術を適用することにより、配
線導体層を構成する材料に制限を加えることなく、耐食
性に優れた安価なサーマルヘッドを提供することかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、この出願に係る発明の詳細な
説明するため、サーマルヘッドの各製造工程毎に、概略
的基板断面により示す説明図、 第２図及び第３図は、従来技術を説明するため、概略的
な基板断面により示す説明図である。 １１・・・・基板、１３・・・・発熱素子部１５・・・
・駆動制御部、１７・・・・発熱抵抗体層１９、１９ａ
、　１９ｂ、　１９ｃｍ配線導体層２１・・・・耐酸化
性保護膜、２３・・・・耐摩耗性保護膜２５・・・・保
護膜、２７・・・・グレーズ層２９・・・・駆動回路、
３１・・・・入力電極３３・・・・ポンディングワイヤ
、３５・・・・封止樹脂３７ａ、３７ｂ、３７ｃ・・・
・・パターン保護膜３９・・・・コーティング保護膜 ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ・・・・・接続部、４３・・・
・ニッケル（Ｎｉ）層４５・・・・耐酸化性金属層 ４７ａ・・−メツキ（入力）電極 ４７ｂ、４７ｃ・・・・−メツキ電極、４９・・・・バ
ンブａ・・・・発熱部、ｂ・・・・ピンホールＣ・・・
・クラック、ｄ・・・・陽極酸化部分。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社く ロコ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に、発熱抵抗体層、発熱部で離間して形成
   された配線導体層、及び保護膜が順次被着形成されて成
   る発熱素子部と、 前記配線導体層に接続された駆動回路を具えて成る駆動
   制御部とを具えたサーマルヘッドにおいて、 前記配線導体層の上側にコーティング保護膜を具えて成
   る ことを特徴とするサーマルヘッド。
2. （２）基板上に、発熱抵抗体層、発熱部で離間して形成
   された配線導体層、及び保護膜が順次被着形成されて成
   る発熱素子部と、 前記配線導体層に接続された駆動回路を具えて成る駆動
   制御部とを具えたサーマルヘッドを製造するに当り、 前記配線導体層を形成した後、絶縁材料から構成される
   コーティング溶液を塗布・焼成してコーティング保護膜
   を形成する工程と、 前記コーティング保護膜を形成した後、該コーティング
   保護膜に、前記配線導体層を露出する接続部を形成する
   工程と、 前記接続部に耐酸化性金属で被覆されたメッキ電極を形
   成する工程と を含むことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。