JPH04185357A - サーマルヘッド - 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、感執式プリンターや熱転写式プリンター等に
使用されるサーマルヘッドの電極構造に関するものであ
る。

〈従来技術〉 近年、サーマルヘッドは、ファクノミリ、ワードプロセ
ッサ用プリンタ等の各種の記録装置に多用されるように
なり、家庭用機器としての需要か高まるにつれて、その
小型軽量化、低価格化および、低騒音化さらには、低消
費電力化、高速化が要求されている。

そうした中、従来のサーマルヘッドにおいては、生産コ
ストが高いグレーズドセラミックス基板に代わり、熱伝
導率の小さな高耐熱樹脂からなる蓄Ｓ１層を有した耐熱
性樹脂基板を用いたサーマルヘッドの実用化が進められ
ている。

つまり、このサーマルヘッドにおいては、第３図に示す
ように、耐熱性樹脂基板１（例えば、耐桔性ガラスエボ
キノ基板）上に、Ｃｕ（９μｍ）、Ｎ１−ＰあるいはＮ
１（１，５μｍ）、Ａｕ（０、１μｍ）の３層から構成
された共通電極兼放熱用金属層２ａ、２ｂ、２ｃと、リ
ード電極兼用の駆動素子（ＩＣ）接続用金属１３ａ、３
ｂ、３ｃと、Ｃｕ、Ｎ１−ＰあるいはＮ１およびＡｕの
３層からなる裏面金属層４　ａ、　４　ｂ。

４ｃとをフォトエツチング法により所定のパターンに形
成している。その後、これらの金属層に、ポリイミド等
の高耐熱樹脂からなる蓄熱層５、Ｓｉ０．．５ｉＡＩＯ
Ｎ、５ｉＯＮ等の無機絶縁物からなる無機物層６、Ｔａ
５ｉＯｔ等の発熱抵抗体７、ＡＩ又はＡｌ−５ｉ等の共
通電極９、およびリート電極８を順次積層して形成して
いる。さらに、少なくとも発熱抵抗体７を覆うように、
Ｓ　ｉ　、Ａ　１０　Ｎ。

５ｉＯＮ等の耐摩耗保護膜１０をスパッタ蒸着又はプラ
ズマＣＶＤ法により形成し、最後にフェイスダウンボン
デイノグ部１２として、ポリイミド等で形成した半田ダ
ム１１を設けるようにしている。

ここで、放熱用金属層２ａ、２ｂ、２ｃ、ＩＣ接続用金
属層３　ａ、　３　ｂ、　３　ｃおよび裏面金属層４　
ａ、　４　ｂ。

４ｃは、耐熱性樹脂基板１に銅箔を張り付けた（１）わ
ゆる両面銅張積層基板）後、片面に、放熱用およびｒＣ
接続用のＣｕパターンを形成し、次に、無電解メツキ法
によりＮ１−Ｐ層（まｆこはＮ１層）を介して、Ａｕ層
を積層した３層構造となってし）る。

この３層構造とする理由は以下の２点による。

すなわち、 ■銅（Ｃｕ）のみでは酸化しやすく、フエイスグウノボ
ンデイノク部１２の半田タム１１を形成しｆ二後に半田
バッグの接続が困難である。

■銅（Ｃｕ）の金属層上に直接会（Ａｕ）を積層した場
合、生産工程中の熱処理工程において、両層間の拡散が
生じ、この結果、Ａｕ層の表面で銅（Ｃｕ’）か酸化を
引き起こすため、銅（Ｃｕ）層と、Ａｕ層間に拡散防止
バリヤー層として、Ｎ１−Ｐあるし１はＮ１層を施した
３層構造とすることて、酸化防止を図る。

く　発明か解決しようとする課題　〉 しかしながら、従来のこのよらな電極Ｈ４造の場合、ポ
リイミド等の高耐軌樹脂により蓄熱層５を形成すると、
その生産工程中の熱処理工程において放熱用金属層のＡ
ｕ層の表面と、蓄熱層５の界面とて、部分的に蓄熱層５
のフクレ・剥離か発生する。

まｆ二、耐環境試験（プレツノヤークツカーテスト）に
おいても、Ａｕ層２Ｃと蓄熱層５（ポリイミド使用）と
の間でフクレか発生することか実験的に確認されており
、Ａｕ層とポリイミド樹脂系の蓄＃Ｖ層５との間の密着
不良という問題点かあった。

本発明は、上記に鑑み、放熱用金属層と蓄熱層の密着強
度を向上させ、歩留り良好で信頼性の高い、サーマルヘ
ッドを提供するものである。

〈　課題を解決するための手段　〉 本発明による課題解決手段は、耐熱性樹脂基板ｉ上に、
放熱用金属層２ａ、２ｂおよび駆動素子接続用金属層３
　ａ、　３　ｂ、３ｃと、これらの金属層２ａ〜３ｃ上
に形成された高耐熱樹脂よりなる蓄熱層５とを配し、少
なくとも発熱抵抗体７、電極８．９、保護膜１０を具備
したサーマルヘッドにおいて、前記蓄熱層５と接する放
熱用金属層の表面は、ぺｉあるいはＮ１−Ｐ層とし１こ
ものである。

〈作用〉 上記課題解決手段において、放熱用金属層２ａ。

２ｂの表面層をＮｉあるいはＮ１−Ｐ層にすることで、
ポリイミド等からなる蓄熱層５との密着強度を改善でき
、生産工程中の熱処理工程で発生する放熱用金属層と、
蓄熱層５の界面のフクレ・剥離か抑制され、歩留り、お
よび信頼性の向上を図ることか可能である。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基ついて説明する。

〔第一実施例〕

第１図は、本発明第一実施例のサーマルｌペットの要部
断面図である。

図示の如く、耐熱性樹脂基板１上に、放熱用金属層２ａ
、２ｂおよび駆動素子（ｉｃ）接続用金属層３　ａ、　
３　ｂ、　３　ｃと、前記金属層２　ａ〜３　ｃ上に形
成されｆコ高ｉｔ軌樹脂よりなる蓄熱層５とを配し、少
なくとも発熱抵抗体７と、該発熱抵抗体７に通電するん
おの共通電極９およびリート電極８と、肪記発軌抵抗体
７の発熱部を覆うように形成された耐摩耗保護膜ｌＯと
を具備している。

耐熱性樹脂基板１は、熱分解開始温度３５０°Ｃ１縦３
００ｍｍ、横４００曲、厚さ０　、８　ｍｍのカラス繊
維にエボキン樹脂を含浸して形成しｆコガラスエボキン
基板（ＳＵＢ）である。この両面に厚さ９μｍの銅箔２
　ａ、　３　ａ、　４　ａを接着しに、いわゆる両面銅
張積層基板を用いて、一方の銅箔を、フォトリソグラフ
ィ法によって、所定のパターンにエツチングし、パター
ン化された銅層２　ａ、　３　ａを形成する。

この際、裏面の銅箔４ａは、テープあるいはレノスト等
でマスクしておき、そのまま残しておく。

次に、この銅層２ａ、３ａ、４ａの上に無電解メツキ法
等によって厚さ１〜２μｍのＮｉあるいはＮ１−２層２
ｂ、３ｂ、４．ｂおよび厚さ約０．１μｍのＡｕ層２ｃ
（第１図は省＜）、３ｃ、４ｃを順に積層して、電極層
すなわち、共通電極兼放熱用金属層２　ａ、　２　ｂ。

２ｃ（第１図は省く）と、リート電極兼１Ｇ接続用金属
層３ａ、３ｂ、３ｃ、さらに、裏面金属層４．　ａ、　
４　ｂ。

４ｃを形成する。

ここで、裏面金属層４ａ、４ｂ、４ｃの役割と効果は、
耐熱性樹脂基板ｌよりも熱伝導性のよい金属層を基板裏
面に設けることて、駆動パルス印加時に発熱する発熱抵
抗体部の熱応答性を向上することかでき、高速印字か可
能となる。また、鵡の放散性も改善され、発熱抵抗体部
の残熱による尾引き現象を防止することかできる。さら
に、基板１の裏面か金属層のため、加工時７つ樹脂基板
自体の劣化や、反りが緩和され、パターン加工精度が向
上し、ファインパターン化が容易になるということであ
る。

次に、パターンを形成した放熱用金属層２ａ、２ｂ、２
ｃのＡｕ層２ｃを、逆スパツタリングやウェットエツチ
ング法により除去し、Ｎ１ま１こはＮ１−Ｐ層を表面に
出す。

次に、この上部に、Ｎ−メチル２ピロリドン（＼ＭＰ）
を溶媒とするポリイミド萌駆体をスピンコーターあるい
はロールコータ−を用いて所定の厚さ（６〜１５μｍ）
に塗布し、１２０℃程度の温度で数分間乾燥後、２００
℃の？Ｌ　ｆて３０分間予備硬化を行ない、ポリイミド
樹脂を形成する。

次に、フォトリソグラフィ法を用いて、前記ポリイミド
層のパターン形成を行なった後に、オーブンて２００°
Ｃ／３０分、３００°Ｃ／３０分の熱硬化、さらに赤外
線（ＩＲ）の照射によって、表面温間約２８０９Ｃ〜３
８０℃の温度で１０〜３０分間加熱し、ポリイミド樹脂
蓄熱層５を形成する。

次いで、スペック法により、Ｓ１０．膜（４０００人）
からなる無機物層６を形成する。この８１０、は、絶縁
材料であるうえに、熱拡散率か発熱抵抗体７であるＴａ
５ｉＯｚより大きく、発熱抵抗体部の熱分布を均一化す
るー・く、熱を２次元方向にすばやく拡散させる効果を
もっている。

次に、Ｔａ５ｉＯｔ等の発熱抵抗体７をスパッタ法を用
いて、全面に形成し、更にフォトエツチングにより発熱
抵抗体７をパターン化する。そして、その上部にＡｌ−
５ｉ等の共通電極９およびリート電極８をフォトエツチ
ングにより所定のパターンに形成する。

なお、この際、共通電極９を放熱用金属層２ｂ。

２ａと電気的に接続すると熱効率か向上すると同時に、
共通電極９に流れる電流に対して十分な電流容量を得る
ことかできるため、サーマルヘッドの小型化か可能にな
る。

次に、５ｉＡＩＯＮ、ＳｉＯｘ等の耐摩耗保護膜ＩＯを
、スパッタ法やプラズマＣ〜′Ｄ法で３μｍの厚さて所
定の位置に成膜する。

最後に、ポリイミド樹脂を用（１て、ボ？ノイミト樹脂
蓄熱層５と同様にして、厚み３μｍ以下の半田ダム１１
を形成し、フェイスダウンボンデインク部１２（９５〜
１００μｍφ）に駆動素子としてのＩＣが接続される。

〔第二実施例〕

第２図は、本発明第二実施例のサーマルｌ＼ットの要部
断面図である。

作製方法は、第一実施例とほぼ同様であるか、異なる点
は、まず、放熱用金属層のＡｕ１ｉ５２ｃを取り除く際
、同時に、ｒｃ接続用金属層３　ａ、　３　ｂ、　３Ｃ
のフェイスダウンボンデインク部１２のＡｕ層のみを残
して、ずぺてのＡｕ層を除去する点にある。

し１こかつて、第一実施例でポリイミドにより半田ダム
を形成していたか、第二実施例では、ｒＣ接続用金属層
３　ａ、　３　ｂのＮｉあるいはＮｉＰ層３ｂをそのま
ま、フェイスダウンボッディング用の半田ダムとして利
用する。

Ａｕ層の除去の方法は、あらかじめ、フオトレンス］・
等てフェイスダウンボンデインク部１２を覆っておき、
逆スパツタ法か、ある０は、沃素系エツチング液を用い
１ニウエツトエツチング等により行なうことが可能であ
る。

以上のような手順で作製したサーマルヘッドについて、
ポリイミド樹脂蓄熱層５と放熱用金属層２ａ、２ｂとの
密着性を評価するため、放熱用金属層２ａ、２ｂ上の耐
摩耗保護膜部にＡｌ製スタッドを接着し、引張試験機に
より、引張強度を測定し几。

その結果を表１に示す。ここでは、ＡｕとＮ１−Ｐの差
を明確にするｆ二のに、各々の膜厚は、１μ。

５μと通常（Ａｕは０．１μ、Ｎ１−Ｐは１．５μ）よ
り厚くしである。また、表中、ＰＩはポリイミド樹脂、
ＳＵＢは１軌樹脂基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を意味す
る。

（以下余白ン 人工 （引張試験機によるポリイミド−金属層間の密着評価）
（以下余白） この結果、金属層の上層がＡｕ層の場合、どの工程にお
いてもポリイミド（ＰＩ）とＡｕの界面て剥離（強度０
〜ｌ　９８　ｋｇ／　ｃｍ’）　シたのに対し、Ｎ１−
Ｐ層の場合はどの工程時でも樹脂基板内で剥離（強度２
３７−３１６　ｋｇ／ｃｍ’）しており、ポリイミド樹
脂蓄熱層と放熱用金属層の密着性は、金属層上層をＮ１
−Ｐにすることにより改善され１こ。

さらに、環境試験として、プレツノヤークツカーテスト
（ＰＣＴ、Ｉ　２１’Ｃ，２ａｔｍ）によるポリイミド
樹脂−金属層間の密着評価を行なった結果を表２に示す
。

（以下余白ン 表２ １）　Ｎ１−Ｐ上のＡｕ（０，１μ）を逆スハ゛７り（
３分３０秒）により除去したもの。

（逆スパッタ条件＝ＰｏｗｅｒＯ，５ＫＶＳＧａｓ圧１
７ｍＴｏｒｒ、Ａｒ流ｊ１３０ｓｃｃＭ）２）　防滴タ
イツ装置、１２１°Ｃ，２ａｔｍ３）保護膜酸膜後の軌
処理完了時 本実施例においては、ＰＣＴ投人後７２時間まで（それ
以降は未評価）、ポリイミド’−Ｎｉ−Ｐ間にフクレは
発生していないのに対して、従来例では、ＰＣＴ投人後
２〜２４時間でポリイミド−ＡＵ間にフクレが発生した
。また、比較例として金属層をＣｕ（９μｌｉ）のみで
形成した場合は、ＰＣＴ投入前（初期）にすてにポリイ
ミドとＣｕ間でフクレが発生しｆ二。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく
、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修正および変更
を加え得ることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかな通り、本発明によると、放熱用
金属層の表面層をｊ〈１あるいは、Ｎ１−Ｐ層にするこ
とで、ポリイミド等からなる蓄熱層との密着強度を改善
でき、生産工程中の熱処理工程（２００〜３００℃）で
発生する放熱用金属層と蓄熱層の界面のフクレ・剥離が
防止でき、歩留り向上および信頼性向上を図ることか可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例のサーマルヘッドを示す断
面図、 第２図は本発明第二実施例のサーマルヘッドを示す断面
図、 第３図は従来のサーマルヘッドを示す断面図である。 １・耐熱性樹脂基板、２ａｘＣｕ層、２ｂ：Ｎｉあるい
はＮ１−Ｐ層、２ｃ：Ａｕ層、５．ポリイミド樹脂蓄熱
層、６無機物層、７１発熱抵抗体、８　リート電極、９
．共通電極、ＩＯ耐摩耗保護膜、１に半田ダム、１２．
フェイスダウンボッディング部。 出　願　人　　ンセープ株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 耐熱性樹脂基板上に、放熱用金属層および駆動素子接続
   用金属層と、これらの金属層上に形成された高耐熱樹脂
   よりなる蓄熱層とを配し、少なくとも、発熱抵抗体、電
   極、保護膜を具備したサーマルヘッドにおいて、前記蓄
   熱層と接する前記放熱用金属層の表面は、Ｎｉあるいは
   Ｎｉ−Ｐ層であることを特徴とするサーマルヘッド。