JPH0418371A - サーマルヘッドおよびその製造方法 - 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） 本発明は、インクリボン等を使用する熱転写式プリンタ
や感熱紙を使用する感熱式プリンタ等において印字を行
なうサーマルヘッドおよびその製造方法に関する。

〔従来の技術］ 一般に、各種の情報処理装置の出力機器の１種として利
用されている前記プリンタは、その出力状態として、高
密度、高１ｉ１［１化並びに高速化が要求されている。

そこで、従来は、第１２図の構成のり一マルヘッド１か
ら、第１３図および第１４図に示すサーマノ＜ヘッド２
および３のように、次第に大型化されている。

更に説明すると、第１２図のサーマルヘッド１は、アル
ミナ基板４上にその１側端縁に沿って例えば４８ドツト
の発熱素子からなる発熱部５を列状に配設し、各発熱部
５への共通電極および個別電極に接続される導体パター
ン６をアルミナ基板４上に設け、この導体パターン６の
アルミナ基板４上の端部にフレキシブルプリントサーキ
ット（以下、ＦＰＣという）７の先端の各導線端部を半
田付けして形成されている。このＦＰＣ７の他端部は図
示しない駆動回路に接続されている。

第１３図および第１４図のサーマルヘッド２および３は
、それぞれ前記サーマルヘッド１を大型化したものであ
り、第１２図のアルミナ基板４上の導体パターン６およ
びＦＰＣ７の代りに、テープキャリア８上にＩＣチップ
等からなる駆動回路９を配設する−とともにこの駆動回
路９と発熱部５の各発熱素子とを接続する配線パターン
１０を配設し、この配線パターン１０の端部のアルミナ
基板４上の共通電極および個別電極とを半田付けしたも
のである。一方の第１３図のサーマルヘッド２は、発熱
部５の発熱素子数を６４ドツトとしたもので、テープキ
ャリア８上の配線パターン１０が駆動回路９側から発熱
部５側へ９０度曲折される直前の首部の寸Ｆ！ｉＡは約
６．４履とされている。

他方の第１４図のサーマルヘッド３は、発熱部５の発熱
素子数を１６０ドツトとしたもので、テープ主セリア８
上の配線パターン１０の首部の寸法Ｂは約１６顔とされ
ている。

例えば、熱転写プリンタにおいては、第１５図に示すよ
うに、前記のように形成されているサーマルヘッド２ま
たはサーマルヘッド３をプリンタのキャリッジ（図示せ
ず）に搭載しておき、リボン力しット１１をそのヘッド
挿入凹部１２にサマルヘッド２またはサーマルヘッド３
を挿入させるようにして前記キャリッジに搭載し、ザー
ンルヘッド２またはサーマルヘッド３によりリボンカセ
ット１１内のインクリボン１３を用紙およびプラテン（
共に図示せず）に圧接させ、駆動回路９より発熱部５の
所定の発熱素子へ通電して、発熱素子を発熱させて、イ
ンクリボン１３上のインクを用紙へ転写させて印字を行
なうようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、今日においては多種多棟に有るリボンカ
セット１１を規格化することが提案されており、その場
合にはヘッド挿入凹部１２の幅が狭く限定され、例えば
サーマルヘッド３の配線パターン１０の首部寸法Ｂを８
．５ａｗ以下とする必要がある。

第１４図のサーマルヘッド３においては配線パターン１
０の１６ａｍ幅の首部に約１６０本の導通部を０．１厘
ピッチで設けているが、これらの導通部を更に小さいピ
ッチで配設することは高度な技術が要求され、製造コス
トが極めて高価となり、しかも導通部の幅が狭くなるこ
とにより電気抵抗が高くなり、電気的にも大きな不都合
があった。

そのため従来は、第１６図および第１７図のサーマルヘ
ッド１４に示すように、セラミック基板１７上にＩＣチ
ップ等からなる駆動回路９を、直接搭載し、この駆動回
路９の出力端子と発熱部５の共通電極および個別電極と
を配線パターン１０によって接続し、駆動回路９の動作
を制御するための信号端子、電源端子、接地端子等の端
子群１５をＦＰＣ１６によって外部機器と接続していた
。

ところが、第１６図および第１７図のサーマルヘッド１
４においては、セラミック基板１７上に搭載された駆動
回路９が発熱部５よりも用紙側に大きく突出しているの
で、プリンタにおける紙送り時に、紙と接触するおそれ
があり、紙送りを隋書するおそれがあった。また、セラ
ミック基板１７上に駆ａＪ回路９のチップを配設するこ
とは非常に厄介であり、製造コストも高いものであった
。

また、第１６図および第１７図に示すような従来の争ナ
ーマルヘッドは、セラミック基板１７上に発熱部の熱絶
縁部としてガラスグレーズ暦を設シブ、このカラスグレ
ーズ屑トに発熱素子を配設して形成されている。このよ
うなサーマルヘッド１４を用いて高速印字を行なうため
には、サーマルヘッド１／Ｉの熱応答性を良くする必要
がある。従来は、同一電力を投入した場合の各発熱素子
の温度上野は、前記グレーズ層を厚くするほど大きくな
るため、前記グレーズ層の厚さを大きくしていたけれど
も、加熱時間および冷Ｗ時間が長くなり、結局熱応答性
の悪いものであった。また、セラミック基板１７は熱伝
導率が低いものであるため、セラミンク基板１７が蓄熱
し、しかも基板内に温度勾配が発生してしまい、印字の
履歴に応じてセラミック基板１７の温度が変化し、印字
濃度を変化させて、印字品質を悪化させるという問題点
があった。また、グレーズ層を形成する場合、そのため
のガラスの融点が高く、グレーズ層形成には１２００℃
〜１３００℃にゝ・加熱処理しなければならず、セラミ
ック基板１７自身も極めて高価なものとなるという不都
合もあった。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、半導
体基板に発熱部と発熱部を駆動する駆動回路とを、それ
ぞれ前記半導体基板の素材を利用して形成することによ
り、発熱素子のドツト数が多くなっても前記駆動回路と
制御装置との接続用の信号線等からなる端子群を少なく
抑えることができ、半田付は箇所も少なく、実装が容易
であり、製造コストも低廉となり、しかも、印字の高密
度、高精細化および高速化を図ることのできるサーマル
ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする
。

Ｃ課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明のサーマルヘッドは請
求項第１項にあるように、半導体基板と、その゛Ｖ導体
基板上に、半導体基板を利用して形成された発熱部と前
記発熱部に駆動電流を通電制御する駆動回路とを有する
ことを特徴とする。

また、本発明のサーマルヘッドの製造方法は、請求項第
２項にあるように、半導体基板に発熱部の熱絶縁部とな
るポーラスオキサイドと前記発熱部に駆＃Ｊ電流を通電
制御１１する駆動回路とを設け、その後、前記ボーラス
オヤサイドの上部に前記発熱部の発熱素子を配設すると
ともにこの発熱素子と前記駆動回路とを接続形成するこ
とを特徴とする。

〔作　用〕

本発明のサーマルヘッドは、本発明方法によって製せら
れる。

すなわち、半導体基板に発熱部の熱絶縁部となるポーラ
スオキサイドと前記発熱部に駆動電流を通電ｉｌｌ　Ｉ
ｌｌする駆動回路とを設け、前記ポーラスオキサイドの
上部に前記発熱部の発熱素子を配設するとともにこの発
熱部と前記駆動回路とを接続覆ることを特徴とする。

このようにして製せられた本発明のサーマルヘッドは、
半導体基板の熱伝導率が高いため、蓄熱量を小さく抑え
ることができ、更に、発熱部の熱絶縁部となるポーラス
オキサイドは蒲＜シかも熱伝導率が低いため加熱および
冷却の応答性が高いものとなる。従って、本発明のサー
マルヘッドによれば、高速でしかも高品位の印字を行な
うことができる。また、半導体基板に発熱部と発熱部を
駆動する駆動回路とを、それぞれ前記半導体基板の素材
を利用して形成することにより、発熱素子のドツト数が
多くなっても前記駆動回路と制御装置との接続用の信号
線等からなる端子群を少なく抑えることができ、半田付
は箇所も少なく、実装が容易であり、製造コストも低廉
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第１１図について説
明する。

第１図および第２図は本発明のサーマルヘッド２１の一
実施例を示し、第１図は構成各部の配置を説明フるため
に上下関係に拘らず構成各部を実線によって示している
。

第３図から第１０図は本発明のサーマルヘッド２１の’
ｋ　ＪＴｈ方法の一例の工程を示している。

次に、本発明のサーマルヘッド２１の構成をその製造方
法と共に説明する。

ｌ：ず、第３図に示す半導体基板の１種としてのシリコ
ン基板２２を用意する。このシリコン基板２２としては
、例えば、抵抗率５〜１０Ω・１のＰ型阜叛を用いる。

次に、第４図に示すように、このシリコン基板２２．１
−にタンタル膜２３をスパッタリングによって、０．１
〜０．５μｍの膜厚で形成する。そして、このタンタル
膜２３をフォトリソグラフィーによって熱絶縁部形成予
定額［２４のみエツチングして、シリコン基板２２の表
面を露出させる。

次に、大気中で５００℃〜１０００℃の温度で熱酸化を
行ない、第５図に示すように前記タンクル１１２３上に
酸化タンタルｌ　（Ｔ　ａ　２０　ｓ　）　２５を形成
する。この酸化タンタル膜２５の厚さは酸化させる温度
に依存する。また、この際に前記熱絶縁部形成予定領域
２４のシリコンの表面も酸化されて５１０２膜２６が形
成される。

次に、白金板を陰極にした電解槽に２０ｗｔ％のフッ化
水素酸水溶液を入れ、前記シリコン基板２２を陽極とし
て白金板と対向ざぜ、直流で５０ＴｒＬＡ／ｃＩｉの電
流密度で２０分間陽極化成を行なう。

この時、酸化タンタル１２５は不備Ｌｉ膜であるのでフ
ッ化水素酸によって腐蝕されないため、第６図に示すよ
うにシリコン基板２２上に形成された酸化タンタル膜２
５がマスクの役割を果たし、シリコン基板２２上の酸化
タンタル１２５の形成されていない部分、すなわち熱絶
縁部形成予定領域２４のみに厚さ４０μｍ、気孔率８０
％の多孔質シリコン１１２７が形成される。この多孔質
シリコン層２７の厚さは陽極化成するＦｆＩ間によって
自由にＩＩＩ　ＩＩすることが可能である。

なお、前記のＦｉＡ極化成時に酸化タンタル１Ｊ２５が
絶縁破壊されることが考えられるが、熱絶縁部形成予定
領ｗ１．２４の面積が小さいので、この＠域のシリコン
基板表面の陽極化成を行なうのに必要な電流密度（５０
ｍＡ・’　ｃｔｉ稈度）を得るのに必要な電圧は、０．
４■と小さいため、絶縁破壊は起らない。

次に、１分洗浄を行なった後、第７図に示すように、前
記シリコン基板２２上に形成されたタンタル膜２３およ
び酸化タンタルＦＡ２５を濃塩酸によって除ムする。

次（こ、４分洗浄を１うなった後、第８図に示すように
人気中において８５０℃〜１０００℃で熱酸化を行ない
、多孔質シリコン膚２７を酸化する。

また、この酸化はブラノ７を用いてもよい。

この多孔質シリコン層２７の酸化に伴って多孔質シリコ
ン層２７の体積が増大し、シリコン基板２２の表面から
隆起したポーラスオキサイドの１種としての多孔質酸化
シリコン２８の凸部が形成される。この多孔質酸化シリ
コン２８の凸部の突出高さは２〜３μｍである。このよ
うにして形成した多孔質酸化シリコン２８が熱絶縁部と
なる。

また、この時露出していたシリコン基板２２の表面上に
は同時にＳｉＯ２膜２６膜内６２〜０．５μｍ形成され
る。

次に、第９図に示すように、シリコン基板２２内に発熱
素子３９のビット数と同数のＩＣ等からなる駆動回路２
９を形成する。この駆動回路２９はシリコン基板２２内
の下層から上層へ順に形成したＮ＋型の埋込み［１３０
，Ｎ型コレクタ３１、Ｐ型ベース３２およびＮ型エミッ
タ３３によって構成されている。この駆動回路２９の構
成各部は、フォトレジストによるＳ　ｉ　Ｏ２ＶＩＡ　
２６へのパターニング、エツチングによる開孔、熱拡散
によるＮ型もしくはＰＩｊ：！の拡散、ＳｉＯ２膜２６
膜内６長等を適宜に組合わせた通常の製法によって形成
される。

次に、第１０図に示すように、多孔質酸化シリコン２８
および駆動回路２９を含めたシリコン基板２２の上面全
体に５ｉｎ２１１０２６を形成し、その後Ｓ　ｉ　０２
　ｇ！２６の開孔を行ない、その後ＩＣ導体層３４を含
めた上面全体にパシベーション膜３５を形成する。

次に、パシベーション膜３５の上面であり、がっ、熱絶
縁部となる多孔質酸化シリコン２８の上方に、発熱部と
なる発熱抵抗体位３６としてＴａ２Ｎ、丁ａ−Ｃｒ−Ｎ
、　Ｔａ　　Ｓ　ｉ　０２等をスパッタリングにより、
０．０５〜０．３μｍの１９さに形成する。

次に、各Ｎ型コレクタ３１に接ｖＬされているＩＣ導体
層３４の上部のパシベーション膜３５に開孔を施し、パ
シベーション膜３５および発熱抵抗体Ｈ３６の上面にサ
ーマルヘッド導電体層３７として、△Ｊ　、Ｎ　ｉ　−
Ｃｒ／Ａｕ′８を蒸着によって１〜２μｍの厚さに形成
する。その後、フォトリソグンフィーによって、発熱抵
抗体層３６の上面を露出さじたり、第２図に示すように
、発熱抵抗体！ｉ３６およびサーマルヘッド導電体層３
７を列方向に複数に分割するようにサーマルヘッド導電
体層３７および発熱抵抗体層３６をエツチング除去して
、各駆動回路２９が個別電極導電体層３８を介してそれ
ぞれ発熱素子３９の一方端に接続され、各発熱素子３９
の他方端が共通電極導体層４０に接続されるようになっ
ている。

なお、本実施例には、シリコン基板２２上に駆動回路２
９を形成する際に、各駆動回路２９への通電ＩＩＩ御を
行なう信号処理部４１が同時に形成されている。

次に、第２図に示すように、保護１ｉ４２として５ＩＯ
２／Ｔａ２０５、サイアロン等をスパッタリングによっ
て５〜７μｍの厚さに形成するとともに、端子群４３を
最上面に形成し、サーマルヘッドが完成する。

また、本発明のサーマルヘッドの製法において、シリコ
ン基板２２の陽極化成時のマスクとして使用できる物質
としては、前記酸化タンタル膜２５に限定されるもので
はなく、種々の不働態膜の他に、フッ化水素酸に侵され
ない絶縁物としてＣｒ２Ｏ３やサイアロンを用いること
もできる。

マスクとしてＣｒＣｒ２０３ｌ！やサイアロン膜を用い
た場合には、この膜のパターン形成や除去はドライエツ
チング等によって行なう。また、フッ化水素酸に侵され
ないマスク用材料としては、ＭＯ。

Ｗ等もあげることができ、その膜厚を厚くするなどの手
段によって使用可能となる。また、駆動回路２９の製造
途中の熱拡散工程時あるいはバシベーシコン幕の形成時
に、必要に応じて多孔質酸化シリコン２８の史なる酸化
や多孔質酸化シリコン２８の上面の平坦化を行なっても
よい。

この、」、うにして製造された本実施例のサーマルヘッ
ド２１は、半導体基板であるシリコン基板２２の熱伝導
率が８いため、蓄熱量を小さく抑えることができ、更に
、発熱部の熱絶Ｒ部のポーラス７１　Ｆサイドとしての
多孔質酸化シリコン２８は薄くシかも熱伝導率が低いた
め加熱および冷却の応答性が高いものとなる。従って、
本実施例のサーマルヘッド２１によれば、高速でしかも
高品位の印字を低消費電力で行なうことができる。また
、半導体基板であるシリコン基板２２に発熱部と発熱部
を駆動する駆動回路２９とを、それぞれ前記シリコン基
板２２を利用して形成することにより、発熱素子のドツ
ト数が多くなっても前記駆動回路と制御装置との接続用
の信号線等からなる端子群４３を少なく抑えることがで
き、半田付は箇所も少なく、実装が容易であり、製造コ
ストも低廉となる。

また、前記第３図から第１０図に示すサーマルヘッドの
製造方法は、シリコン基板２２に多孔質酸化シリコン２
８および駆動回路２９の順に設（）たが、駆動回路２９
の配線材料をＷ等の高融点金属を用いて形成することに
より、駆動回路２９および多孔質酸化シリコン２８の順
に設けるようにしてもよいことは勿論である。

第１１図は本発明のサーマルヘッドの他の実施例を示す
。

本実施例は、第１図および第２図のサーマルヘッド２１
における端子群４３の取出位置を、シリコン基板２２の
発熱素子３９が配設されている端縁と反対側の端縁部に
配置し、その複数のサーマルヘッド２１ａ、２１ａ・・
・を各発熱素子３９が１列状に配列するように整列させ
て設置して、ラインヘッド４４としたものである。この
場合、各サーマルヘッド２１ａの発熱素子３９の抵抗値
差の小さいものを用いることにより、抵抗値差が小さく
１ライン状を均一濃度に印字できるラインヘッド４４を
得ることができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されものではなく、必
要に応じて変更することができるものである。

（発明の効果〕 以」ニ説明したように本発明のサーマルヘッドお上びぞ
の製造方法は構成され作用するものであるから、半導体
基板に発熱部と発熱部を駆動する駆動回路とを、それぞ
れ前記半導体基板を利用して形成することにより、発熱
素子のドツト数が多くなっても前記駆動回路と制御装置
との接続用の信号線等からなる端子群を少なく抑えるこ
とができ、半田付は箇所も少なく、実装が容易であり、
製造コストも低廉となり、しかも、印字の高密度、高精
細化および高速化を図る等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のサーマルヘッドの一実施
例を示し、′：Ｊ４１図は構成各部の上下関係に拘らず
に構成各部を実線で示した平面図、第２図は第１図の■
−■線に沿った断面図、第３図から第１０図はそれぞれ
本発明のサーマルヘッドの製造方法に沿った工程を示す
第２図と同様の断面図、第１１図はラインヘッド状にし
た本発明の他のサーマルヘッドの実施例を示す概略平面
図、第１２図から第１４図はそれぞれ従来のサーマルヘ
ッドを示す概略平面図、第１５図はサーマルヘッドとリ
ボンカセットとの関係を示す斜視図、第１６図は従来の
サーマルヘッドを示す平面図、第１７図はサーマルヘッ
ド部分のみの底面図である。 ２１・・・サーマルヘッド、２２・・・シリコン基板、
２８・・・多孔質酸化シリコン、２９・・・駆動回路、
３６・・・発熱抵抗体層、３９・・・発熱素子。 第 図 第 回 」■ 第 １１凹 第１４回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体基板と、その半導体基板上に、半導体基板を
   利用して形成された発熱部と前記発熱部に駆動電流を通
   電制御する駆動回路とを有することを特徴とするサーマ
   ルヘッド。 ２）半導体基板に発熱部の熱絶縁部となるポーラスオキ
   サイドと前記発熱部に駆動電流を通電制御する駆動回路
   とを設け、その後、前記ポーラスオキサイドの上部に前
   記発熱部の発熱素子を配設するとともにこの発熱素子と
   前記駆動回路とを接続形成することを特徴とするサーマ
   ルヘッドの製造方法。