JPH048559A - 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〕 本発明はサーマルヘッド特にファクシミリ、プリンタ等
の使用に好適なサーマルヘッドに関する。

〔従来の技術〕

従来技術におけるサーマルヘッドの構造の一例を第３図
、第４図、第５図で説明する。第３図はサーマルヘッド
の全体を示す断面図、第４図はヘッドの電気的な等価回
路図、および第５図ははんだ接続を行う端子部で第３図
の７部の詳細断面図である。グレージングされた平滑面
をもつ絶縁性基板１上に、発熱抵抗体層２．配線導体層
３を所望の形状にパターン化しそれらを覆うように酸化
防止層を兼ねた保護膜４が全体に形成され、発熱抵抗素
子５領域には記録紙の摺動に対する耐摩耗層６が積層さ
れた構成が一般的である。これらの構成要素は、発熱抵
抗体材料として、例えば、Ｔａ。

Ｃｒ等の珪化物、窒化物、配線導体３２材料として、例
えば、ＡＱ、Ｃｕ、　Ａｕ、　Ｍｏ、　Ｗなどの比較的
固有抵抗の低い材料が適用され、特に、発熱抵抗素子５
との熱反応を抑制する目的で拡散障壁層３１としてＣｒ
、　Ｔｉなどを挾んだ積層状態の配線構造が用６ｔられ
る。保護膜４は酸化珪素（Ｓｉｎ、）、耐摩耗層６は酸
化タンタル（Ｔａ２０５）、窒化珪素（Ｓｉ、Ｎ、）、
炭化珪素（ＳｉＣ）などが適用されるが、配線導体３を
覆う領域には有機物材料からなる樹脂層を形成する例も
見受けられる。これらの構造をもつ基板上には発熱抵抗
体素子５を駆動制御するためのスイッチング用ドライバ
ＩＣ７が搭載され、これらは接続点数が非常に多い点を
考慮して、はんだ付けによって一括に接続する方法が主
流である。この時、基板上には保護膜４の特定な領域に
選択的に開口したスルーホール部に予め、接続用金属層
８を形成し、その端子部にドライバＩＣ側から供給され
るはんだ９によって接続される。この接続用金属層８の
構成は配線導体３との接続層８１、はんだの拡散防止層
８２、酸化防止層８３の積層された構造をしており、こ
の構成は、共通電極部１０の形成と同時に行われる。こ
の共通電極１０に要求されることは、記録効率を向上す
るために配線抵抗を出来るかぎり小さくすること、また
、駆動電流の容量の問題から膜厚を厚く形成することが
必要で、このため、表面にはんだを被覆した構造を採用
している例も見受けられる。これらは、特街昭５７−４
７８１号および特開昭６１−１８２９６４号公報に記載
されているように端子の膜形成の方法として、蒸着、ス
パッタリング法などで形成する薄膜方式、あるいは、無
電解、電気めっき等の方式で形成する方法などが多く見
られる。通常、はんだ接続を行う金属層８の構成は各々
、ＣｒまたはＴｉ（８１）／ＣｕまたはＮ１（８２）／
Ａｕ（８３）めっき方式の場合にもＣｕおよびＮｉが最
も一般的な材料として適用され、表面に酸化防止とはん
だ濡れ性の改善を目的にＡｕが薄く形成されるいずれの
場合にも、拡散防止層８２となるＣｕまたはＮｉに要求
される点は、はんだ濡れ性に優れることはんだ拡散性が
小さいことである。Ｃｕの場合は、−回のはんだ付けで
０．５〜１．０μｍ程度がはんだ中に溶は込むことが知
られており、ドライバＩＣの不良交換を考慮して４〜５
μｍの膜厚が必要となる。一方、Ｎｉの場合は、Ｃｕに
比べてはんだに対する拡散性には著しく優れた特性をも
っており、従って必要な膜厚を薄く形成することができ
る。換言すれば、はんだの濡れ性に劣るため表面保護の
ため、Ａｕを積層した構造とする場合が一般的である。

以上の構成のように、従来はドライバＩＣ，外部との接
続端子（図示せず）の接続金属として専用のパターンを
形成することが一般的であった。

また、共通電極の構成もはんだ被覆などの保護を必要と
し、ヘッドの大型化の原因ともなっていた。

いずれの場合もサーマルヘッドの製造プロセスが複雑多
岐にわたり、製造コストの面でも大きな弊害となってい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術ではドライバＩＣなどのはんだ接続端子を
形成した複雑な製造プロセスが適用され、端子形成のた
めにパターン工程が必要であり、かつ、高価な材料を使
用するなどヘッドが高価なものであった。

本発明の目的は、製造プロセスの大幅な簡略化をはかり
、材料の削減を実現し、ヘッドの小型化などヘッド性能
の向上と同時に、安価なサーマルヘッドを提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明では従来技術のようなドライバ■Ｃ１
あるいは、外部接続用の端子メタライズを設けることな
く、配線に、直接、ドライバＩＣをはんだ接続するよう
に構成したものであり、ドライバＩＣが、直接、接続で
きる金属層を用いたことを特徴とするもので、その構造
として、Ｃｒ（クロム）／Ｃｕ（銅）／Ｃｒの積層配線
を適用し、はんだ接続部となる保護膜の開口スルーホー
ル部領域のみ選択的に配線の上層となるＣｒを工・ンチ
ングにより除去することで、Ｃｕ面に、直接、はんだ接
続を可能にしたものである。この時、工・ソチングによ
り除去されたＣｒ層パターンがはんだ接続の際、はんだ
濡れ拡がりを抑制する働きをそなえ、また、主要導体層
となるＣｕの膜厚を２〜５μｍとすることによって、導
体部、共通電極部の配線抵抗の低減を図り、これによっ
て専用のパターン工程を廃止し、保護膜で全体を覆う構
造とすることでヘッドの小型化を図る構成としたもので
ある。

さらに、はんだ接続を良好にするためにスルーホール開
口部に露出された配線導体Ｃｕ上に選択的にＡｕ（金）
めっきの薄層を形成した構造とすることで大幅なプロセ
スの簡略化を図り、低価格なサーマルヘッドを実現した
。

〔作用〕

配線導体層をＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒの積層構造とし、その主
要導体層であるＣｕを２〜５μｍの範囲の膜厚にするこ
とで、ドライバＩＣの接続される領域のＣｒ層を除去し
たＣｕ面に、直接、はんだ接続が可能となり、また、低
抵抗材料の適用により共通電極部および配線部の配線抵
抗の低減により記録効率が改善されヘッド性能が向上す
る。さらに、共通電極部は配線導体層と同じ構造のため
、はんだ被覆などのパターン工程が削除され、保護膜で
全体を覆った構成が採用でき、発熱抵抗素子の形成され
る位置を基板端面に近付けることが可能となり、ヘッド
の小型化が図れる。また、ドライバＩＣの接続されるＣ
ｕ面にはんだ接続を行う場合、上層Ｃｒ層パターンがは
んだの濡れ拡がりを抑制するため、多数の接続点で均一
な接続状態が得られ、同時に、Ａｕの薄層を形成した構
造とすることで接続信頼性も向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。基本的な構造は従来技術で示した薄膜方式であ
り、その電気的な構成（等価回路）は同一である。第１
図はサーマルヘッドの全体を示す断面構造図、第２図は
はんだ接続を行う端子部で第１図の■部の詳細断面図で
ある。サーマルヘッド全体の構成は、グレージングされ
た平滑面をもつアルミナセラミックス基板などの絶縁性
基板１上に、発熱抵抗体層２としてＣｒ−３ｉ（クロム
−シリコン）薄膜、配線導体層３としてＣｒ／Ｃｕ／Ｃ
ｒを積層する。この時の各々の膜厚は、拡散障壁層３１
として形成する下層Ｃｒは約０．１μｍ、主要配線導体
層３２となるＣｕは、３．０μｍ保護膜との接着層３３
となる上層Ｃｒは約０．０５μｍである。この薄膜層を
所望の形状にパターン化し、それらを覆うように基板全
面に酸化防止層を兼ねた保護膜４としてＳｉＯ□を、発
熱抵抗体素子５の領域に形成する耐摩耗層６としてＳｉ
、Ｎ、を各々、４．０／１．５μｍの膜厚で形成した。

その後、基板上に搭載されるスイッチング用ドライバＩ
Ｃ７の接続される領域に選択的にスルーホールをウェッ
トエツチングによって形成し、保護膜との接着層３３と
なる上層Ｃｒを保護膜４　（Ｓｉｎ２）のスルーホール
パターンと等価な形状に、エツチング除去する。この露
出面の主要配線導体層３２となるＣｕにドライバＩＣ７
から供給されるはんだ９で接続を行って全体が構成され
る。この構成は、外部との接続を行う端子部（図示せず
）も同様である。

他の構成は、基板上に搭載するスイッチング用ドライバ
ＩＣ７を接続する領域に選択的にスルーホールを形成し
、保護膜との接着層３３となる上層Ｃｒを保護膜４Ｓｉ
Ｏ□のスルーホールパターンと等価な形状にエツチング
除去した後、この露出面の主要配線導体層３２となるＣ
ｕ面にさらに、はんだ濡れ性の改善および膜面の酸化防
止を目的として、接続層１１となるＡｕを無電解めっき
により０．１μｍ程度形成することで接続性が改善され
る。基本的には、Ｃｕに対してはんだの濡れ性が優れる
ことは知られているが、Ａｕの挿入によってさらに信頼
性が向上する。いずれの接続状態でも、保護膜４　（Ｓ
ｉｎ２）のスルーホールパターンと等価な形状にエツチ
ング除去された上層Ｃｒパターンが、はんだの濡れ拡が
り（面積）を抑制し、特に、Ｃｕ膜表面の拡散を抑える
働きをする。

サーマルヘッドの配線導体層３としてＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ
の積層構造を採用し、主要配線導体層および接続層を兼
ねた材料として固有抵抗の小さいＣｕを適用することで
、配線導体３の配線抵抗を極めて小さくすることが出来
る。また、共通電極１０でもＣｕ（銅）を適用すること
で膜厚（３，０μｍ）で、例えば、Ｂ４サイズヘッドの
記録幅２５６１で、２Ω以下に低抵抗化が可能で、これ
らは、導体部での無効消費電力の低減を図り、発熱抵抗
素子５の発熱効率を向上することにもつながる特に、共
通電極については、配線導体と同じ構造のため、分離形
成される発熱抵抗素子５のパターンのごく近くからベタ
状に広いエリアに形成できるため、保護膜で全体を覆っ
た構造を採用することができ、発熱抵抗素子５の形成さ
れる位置（第３図および第１図中に示したＱ、Ｑ’　）
を基板端面に近付けることが可能となる。これにより、
ヘッドの小型化が達成され製造プロセスの簡略化と合わ
せてサーマルヘッドの低価格化が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明のサーマルヘッドによれば、ドライバＩＣを、直
接、はんだ接続できるＣｒ　／　Ｃｕ　／　Ｃｒを積層
した金属層を用いて配線導体を形成したことにより、従
来必要であった専用の端子が不要となり、製造プロセス
を大幅に簡略化することができた。

また、スルーホール形状に等価な形状で開口された配線
導体上層のＣｒ層パターンによってはんだ濡れ面積を抑
制し、Ｃｕの拡散を極力抑えさらに、はんだ接続面にＡ
ｕの接続層を設けることで接続信頼性を改善した。また
、その配線導体の主要導体層、および、はんだ接続層を
兼ねた材料であるＣｕ層の膜厚を２〜５μｍの範囲にす
ることで配線抵抗の低減、さらに、共通電極領域の広が
りの効果によって、保護膜で覆われた構成とし、発熱抵
抗素子の形成される位置を基板端面に近付けた構造とす
ることで従来ヘッドに比べて１５％の小型化が達成され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサーマルヘッドの全体を示す断面図、
第２図ははんだ接続を行う端子部で第１図■部の詳細断
面図、第３図は従来技術におけるサー　ルヘッドの断面
図、第４図はヘッドの電気的な等価回路図、第５図はは
んだ接続を行う端子部で第３図のＶ部の断面図である。 １・・・絶縁性基板　　　２・・・発熱抵抗層３・・・
配線導体　　　　４・・・保護膜５・・・発熱抵抗素子
　　６・・・耐摩耗層７・・・ドライバＩＣ８・・・接
続用金属層９・・・はんだ　　　　　１０・・・共通電
極１１・・・接続層　　　　　３１・・・拡散障壁層３
２・・・主要配線導体層　３３・・・保護膜との接着層
８１・・・接着層　　　　　８２・・・拡散防止層８３
・・・酸化防止層 ４１図 梵２図 （Δ部詳粕図）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、グレージングされた平滑面を有する絶縁性基板上に
   形成した複数個の発熱抵抗体に電力を供給するための配
   線導体、これを覆うように形成される保護膜及びスイッ
   チング制御のためのドライバＩＣを前記基板上に具備し
   たサーマルヘッドにおいて、 前記配線導体上に前記ドライバＩＣが、直接、はんだ接
   続できる金属層を配線材料としたことを特徴とするサー
   マルヘッド。 ２、請求項１において、配線導体金属がＣｒ（クロム）
   ／Ｃｕ（銅）／Ｃｒ（クロム）の積層された構成で主要
   導体層であるＣｕ（銅）が２〜５μｍの範囲の膜厚をも
   つているサーマルヘッド。 ３、請求項１または２において、前記配線導体を覆うよ
   うに形成された前記保護膜に選択的に開口されたスルー
   ホール部に前記ドライバＩＣをはんだ接続する際、前記
   配線導体の上層のＣｒ（クロム）層を前記保護膜の開口
   されたスルーホール形状に等価な形状でエッチング除去
   し、その開口されたＣｒ（クロム）層パターンによって
   はんだ濡れ面積を抑制するサーマルヘッド。 ４、請求項１、２または３において、はんだ接続をする
   スルーホール開口部の前記配線導体Ｃｕ（銅）上にめつ
   きによりＡｕ（金）の薄層を形成したサーマルヘッド。