JPH0477269A - 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、サーマルプリンタに搭載され、印字情報に従
って通電加熱することにより所望の印字を行なうサーマ
ルヘッドに係り、特に、通電により発熱した発熱抵抗体
の隣りの発熱抵抗体への影響を少なくすることができる
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、感熱プリンタ、熱転写プリンタ等のサーマルプ
リンタに搭載されるサーマルヘッドは、例えば、複数の
発熱抵抗体を絶縁性基板上に直線的に整列配置し、印字
情報に従って前記各発熱抵抗体を選択的に通電加熱させ
て、感熱プリンタにおいては感熱記録紙に発色記録させ
、また、熱転写プリンタにおいてはインクリボンのイン
クを溶融して普通紙に転写７録させるようになっている
。

第３図および第４図はそれぞれこの種のサーマルヘッド
の従来例を示すものであり、アルミナ等の絶縁性基板１
の上面には、蓄熱層として機能するガラスからなるグレ
ーズ層２が、第３図においては上面が平面、第４図にお
いては上面が断面円弧状で、また、厚みと幅が約５０μ
ｍｘｏ、８履となるように部分的に積層されている。こ
のグレズ層２の上面から絶縁性基板１の上面にかけては
、丁ａ２Ｎ、Ｔａ−８ｉＯ等からなる複数の発熱抵抗体
３が、蒸着、スパッタリング等により全体的に積層され
た後にフォトリソグラフィ技術のエツチングを行なうこ
とにより直線状に整列して形成されている。これらの各
発熱抵抗体３の両側の上面には、第３図には図示を省略
したが、各発熱抵抗体３に対して通電するための共通電
極４ａおよび個別電ｆｆ１４ｂがそれぞれ形成きれてい
る。

コレラノ各電極４ａ、４ｂは、例えばＡＮ　、Ｃｕ、Ａ
ｕ等の等の軟質金属からなり、はぼ２μｍの厚みに蒸着
、スパッタリング等により全体的に積層された後にフォ
トリソグラフィ技術のエツチングを行なうことにより所
望の形状のパターンに形成されている。そして、前記各
発熱抵抗体３は、前記共通電極４ａおよび個別電極４ｂ
間に、最小印字単位たる１ドツト相当分の発熱ドツト３
Ａを露出するようにして各個独立に形成され、この発熱
抵抗体３の発熱ドツト３Ａは、前記各電極４ａ。

４ｂ間に電圧を印加することにより発熱されるようにな
っている。

前記絶縁性基板１、グレーズ層２、各発熱抵抗体３およ
び電極４ａ、４ｂの上面には、各発熱抵抗体３および電
極４ａ、４ｂを保護するほぼ７〜１０μｍの膜厚の保護
層５が積層されており、この保護１５は、具体的には第
４図に示すように、発熱抵抗体３を酸化による劣化から
保護する８１０２等からなるほぼ２μｍの膜厚の耐酸化
層６と、この酸化層上に積層され感熱記録紙、インクリ
ボン等の感熱記録部材との接触による摩耗から各発熱抵
抗体３および電極４ａ、４ｂを保Ｍ１１１′るＴａ２０
５等からなるほぼ５〜８μｍの膜厚の耐摩耗層７とから
構成されており、この保護層５は、前記各電極４ａ、４
ｂの端子部以外の表面のすべてを被覆するようになって
いる。この保護層５の耐酸化Ｈ６および耐摩耗層７は、
スパッタリング等の手段により順次形成されるようにな
っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した従来のサーマルヘッドにあって
は、発熱抵抗体３へ通電発熱することによりこの発熱抵
抗体３が発熱し、この熱がグレーズ！２に伝達されるこ
とによりグレーズ層２における蓄熱が生じる。そして、
このグレーズ層２における蓄熱は、グレーズ層２が連続
的に形成されているため、隣りあるいはそれ以上離れた
発熱抵抗体３へ伝達されることとなる。

このような従来のサーマルヘッドを使用して良好な品質
の印字を得るためには、個々の発熱抵抗体３だけでなく
両隣りあるいはそれ以上離れた各発熱抵抗体３の通電履
歴によるグレーズ層２の蓄熱を考慮して、各発熱抵抗体
３への通電時間を変える等の複雑な熱履歴補正が必要と
なる。このため、各発熱抵抗体３の通電履歴によって個
々の発熱抵抗体３の通電時間を補正する大規模なＬＳＩ
が必要となり、高価となるばかりでなく、印字速度が低
下することも避けられなかった。

本発明は、このような従来のものにおける問題点を克服
し、各発熱抵抗体の発熱に伴なう熱の他の発熱抵抗体へ
の影響をなくした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。

〔課題を解決するための手段〕

前述した目的を達成するため請求項第１項のサーマルヘ
ッドは、熱伝導率の高い材料からなる基板上に、熱伝導
率の低い材料からなる蓄熱層を直線状に複数個のドツト
として形成し、各蓄熱層上に発熱抵抗体の発熱ドツトを
形成したことを特徴としている。

また、請求項第１項において、前記蓄熱層間を前記熱伝
導率の高い材料により形成することもできる。

さらに、請求項第１項または第２項において、前記基板
をシリコンウェハにより形成し、前記蓄熱病を多孔質酸
化シリコンにより形成することができる。

さらにまた、本発明のサーマルヘッドの製造方法、請求
項第３項の多孔質酸化シリコンを、シリコンウェハ上に
陽極酸化および熱酸化処理により形成することを特徴と
している。

〔作　用〕

前述した構成からなる本発明のサーマルヘッドによれば
、熱伝導率の低い材料からなる蓄熱層を個別に形成し各
蓄熱層上に発熱抵抗体の発熱ドツトを形成したので、発
熱した発熱ドツトの熱が、蓄熱層を介して他の発熱抵抗
体の発熱ドツトに伝達されるおそれがない。また、通電
後の発熱抵抗体の発熱ドツト熱は、直下の蓄熱層に蓄熱
されるので、短時間の通電により発熱抵抗体の発熱ドツ
トはピーク温度に達することになり、したがって、良好
な印字速度を維持することができる。

一方、本発明のサーマルヘッドの製造方法によれば、熱
伝導率の低い多孔質酸化シリコンからなる蓄熱層を形成
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。なお
、本実施例の説明においては、本発明の要部のみについ
て説明し、従来のものと同様の構成については簡略的に
説明する。

第１図は本発明に係るサーマルヘッドの実施例を示すも
のであり、電気的な絶縁性があり、しかも熱伝導率の＾
い材料の一例としてのシリコンウェハにより形成されて
いる基板１１には、追って形成される複数個の発熱抵抗
体１３の実際に印字に寄与する各発熱ドツト１３Ａに少
なくとも対応するように、複数個の熱伝導率の低い材料
の一例としての多項質酸化シリコンならなる蓄熱層１２
がドツトをなすように相互に間隔を隔てて直線状に形成
されている。

前記各蓄熱層１２上には、整列配置されている複数個の
発熱抵抗体１３の各発熱ドツト１３Ａが形成されており
、各発熱ドツト１３Ａの両側の発熱抵抗体１３には、図
示しない共通電極および個別電極がそれぞれ接続されて
いる。そして、これらの基板１１、各発熱抵抗体１３、
共通電極および個別電極上は保護層１５により被覆され
ている。

ところで、シリコンウェハからなる前記基板１１上に多
孔質酸化シリコンからなる複数個のドツト状の蓄熱Ｍ１
２を直線状に形成するためには、まず、第２図Ａに示す
基板１１上に、第２図Ｂに示すようにタンタル膜１６を
スパッタリングによって、０．１〜０．５μｍの膜厚と
なるように形成する。そして、このタンタル１１６をフ
ォトリソグラフィ技術によって各蓄熱層１２の形成予定
領域１７のみをエツチングして、基板１１の表面を露出
させる。

つぎに、大気中において５００℃〜１０００℃の温度で
熱酸化を行ない　第２図Ｃに示すように前記タンタル膜
１６上に酸化タンタル膜（Ｔａ２０５）１８を形成する
。この酸化タンタル膜１８の厚さは酸化させる温度に依
存している。

また、この際に、前記蓄熱層１２の形成予定領域１７の
基板１またるシリコンの表面も酸化されて、この部位に
５ｉｎ２膜１９が形成される。

ついで、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、前記基板１１を陽極として白金
板と対向させ、直流５０　ｍ　Ａ　／　ｃｔｉの電流密
度で２０分間陽極化成を行なう。

このとき、酸化タンタル膜１８は不働態膜であり、フッ
化水素酸によって腐蝕されないため、第２図りに示すよ
うに基板１１上に形成された酸化タンタル膜１８がマス
クの役割を果たし、基板１１上の酸化タンタル膜１８の
形成されていない部位、すなわち各蓄熱層１２の形成予
定領域１７のみに厚さ４０μｍ、気孔率８０％の多孔質
シリコン層２０が形成される。この多孔質シリコン層２
０の厚さは陽極化成する時間によって自由に制御するこ
とが可能である。そこで、この多孔質シリコン層２０の
厚さを、その上面が基板１１の上面より下方となるよう
にｉ極化成する時間を設定する。

なお、前記の陽極化成時に酸化タンタル膜１８が絶縁破
壊されることが考えられるが、蓄熱層１２の形成予定領
域１７の面積が小さいので、この領域の基板１１の表面
の陽極化成を行なうのに必要な電流密度（５０ｍ　Ａ　
／　ｔｙｉ程度）を得るのに必要な電圧は、０．４Ｖと
小さいため、絶縁破壊は起らない。

つぎに、十分洗浄を行なった後、第２図Ｅに示すように
、前記基板１１上に形成されたタンタルＩＩ！１６およ
び酸化タンタルｌ！１８をｍ１塩酸によって除去する。

その後、十分洗浄を行なった後、大気中において８５０
℃〜１０００℃で熱酸化を行ない、多孔質シリコン層２
０を酸化する。また、この酸化はプラズマを用いてもよ
い。

この多孔質シリコン層２０の酸化に伴って多孔質シリコ
ン層２０の体積が増大し、基板１１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
２１の凸部が形成される。

そこで、多孔質酸化シリコン２１の凸部を化学的あるい
は機械的に削落することにより、基板１１゜の上面と面
一な上面からなる多孔質酸化シリコン２１による複数の
蓄熱層１２を形成することができる（第２図Ｆ）。この
ようにして形成した多孔質酸化シリコン２１からなる蓄
熱層１２が熱絶縁部となる。また、このとき露出してい
た基板１１の表面上には同時にＳ　ｉ　０２１）Ｉ　２
２が０．２〜０．５μｍ形成される。

このようにして基板１１上に熱伝導率の低い多孔質酸化
シリコン２１からなる複数個の蓄熱層１２を直線状に形
成することができる。なお、各蓄熱層１２は、その側面
の上端までもが基板１１内に埋設した構成とされている
。

つぎに、前述した構成からなる本実施例の作用について
説明する。

各発熱抵抗体１３の発熱ドツト１３Ａの下方には、多孔
質酸化シリコン２１からなる蓄熱層１２が個別に形成さ
れているので、発熱抵抗体１３に通電され、発熱抵抗体
１３の発熱ドツト１３Ａが発熱することにより、この熱
の一部は蓄熱層１２に伝達されて蓄熱される。したがっ
て、−度通電された後の発熱抵抗体１３の発熱ドツト１
３Ａは、短かい通電時間により印字のためのピーク温度
に達するため良好な印字速度を維持することができる。

一方、横方向における熱の伝熱は、各蓄熱層１２が各発
熱ドツト１３Ａに対向するように独立しているため熱伝
導率の高いシリコンウェハにより形成されている基板１
１に逃げることになり、したがって、隣りの発熱抵抗体
１３に対する熱の影響はほとんど無視することができる
。この結果、各発熱抵抗体１３に対する通電時間の制御
においては、その発熱抵抗体１３だけの通電履歴を記憶
しておき、この履歴によって各発熱抵抗体１３の通電時
間を補正すればよいため、他の発熱抵抗体１３の熱履歴
を考膚する必要がなく、熱履歴補正が簡単になるし、ま
た、記憶容量が少なくてすむため低価格化ができるばか
りでなく、処理時間が短かくなるため印字速度の高速化
も可能となる。

なお、本発明は、前述した実施例に限定されるものでは
なく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、
蓄熱層は、発熱抵抗体の発熱ドツトの直下のみでなく発
熱抵抗体の延在方向にある程度の長さ延在するようにし
てもよい。また、アルミナ基板上にドツト状にガラスグ
レーズからなる蓄熱層を形成して、この上に発熱抵抗体
を形成したり、シリコンウェハに対し部分的に反応性イ
オンエツチングを行ないシリコンウェハを部分的に除去
した上にドツト状にポリイミドからなる蓄熱層を形成し
てこの上に発熱抵抗体を形成してもよい。

ここで、本発明に用いる基板の熱伝導率は１０Ｗ／７Ｆ
ＬＫ以上で、蓄熱層としては２Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率
をもつ材料が適している。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のサーマルヘッドによれば、
各発熱抵抗体の発熱に伴なう熱の他の発熱抵抗体への影
響をなくすことができ、熱履歴補正を簡単に行なうこと
ができるし、また、記憶容量を少なくして低価格化を達
成できる。さらに、熱履歴補正のための処理時間を短か
くして、印字速度を高速化することができる。

一方、本発明のサーマルヘッドの製造方法によれば、多
孔質酸化シリコンからなる蓄熱層を簡単に形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るサーマルヘッドの実施例を示す縦
断面図、第２図Ａ−Ｆは本発明に係るサーマルヘッドの
製造方法の実施例を示す縦断面図、第３図および第４図
はそれぞれ従来のサーマルヘッドの縦断面図である。 １１・・・基板、１２・・・蓄熱層、１３・・・発熱抵
抗体、１３Ａ・・・発熱ドツト、１５・・・保護層、１
６・・・タンタル膜、１８・・・酸化タンタル膜、２０
・・・多孔質シリコン層、２１・・・多孔質酸化シリコ
ン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）熱伝導率の高い材料からなる基板上に、熱伝導率の
   低い材料からなる蓄熱層を直線状に複数個のドットとし
   て形成し、各蓄熱層上に発熱抵抗体の発熱ドットを形成
   したことを特徴とするサーマルヘッド。 ２）前記蓄熱層間を前記熱伝導率の高い材料により形成
   したことを特徴とする請求項第１項記載のサーマルヘッ
   ド。 ３）前記基板をシリコンウェハにより形成し、前記蓄熱
   層を多孔質酸化シリコンにより形成したことを特徴とす
   る請求項第１項または第２項記載のサーマルヘッド。 ４）前記多孔質酸化シリコンを、シリコンウェハ上に陽
   極酸化および熱酸化処理により形成することを特徴とす
   る請求項第３項記載のサーマルヘッドの製造方法。