JPH05131666A

JPH05131666A - サーマルヘツドの製造方法

Info

Publication number: JPH05131666A
Application number: JP4123925A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tatsumi; 豊巽
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】各ヘッドにおける発熱抵抗体の抵抗値のばら
つきと、ドット単位における発熱抵抗体の抵抗値のばら
つきとを均一化して、印字品質を向上させるサーマルヘ
ッドの製造方法を提供することである。【構成】絶縁性基板１上にグレーズ層２を設け、高融
点金属と絶縁材料との混合組成の薄膜抵抗体材料からな
る発熱抵抗体３をグレーズ層２に形成し、抵抗体３上に
共通電極となるパターン導体４及び個別電極となるパタ
ーン導体５を形成し、更にパターン導体を覆う保護膜６
を形成した後、印字動作時に必要なドット温度以上の温
度になるように抵抗体３を加熱する。また、抵抗体膜を
真空中でアニールして発熱抵抗体を作製した後、共通電
極となるパターン導体及び個別電極となるパターン導体
を形成し、更に、パターン導体４，５及び発熱抵抗体を
覆う保護膜を形成することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルヘッドの製造
方法に関し、特に発熱抵抗体の抵抗値を均一化する工程
を有するサーマルヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、薄膜型サーマルヘッドは、例え
ば図１に示すように、セラミック基板１上にグレーズ層
２を設け、高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄膜抵
抗体材料からなる発熱抵抗体３をグレーズ層２上に形成
する。次に、抵抗体３の一部分を帯状に露出するよう
に、抵抗体３の上面に、共通電極となるパターン導体４
と、個別電極となるパターン導体５を形成する。そし
て、これらパターン導体４、５及び抵抗体３の露出部分
を保護膜６で被覆することによって薄膜型サーマルヘッ
ドが製造される。通常は、所定のドット数を得るため
に、前記の如き構造のヘッドを印字走査方向に複数枚並
べて配置する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、薄膜型サー
マルヘッドのドット抵抗値は、高融点金属と絶縁材料と
の混合組成の薄膜抵抗体材料からなる抵抗体膜を作製す
る時の抵抗体膜のシート抵抗とドットサイズで決定され
る。印字品質を悪化させる要因となるサーマルヘッドに
おける発熱抵抗体の抵抗値のばらつきは、抵抗体膜のシ
ート抵抗のばらつきと、フォトリソグラフィ工程におけ
るエッチング等の条件変動により生ずるドットサイズの
ばらつきとによって発生する。

【０００４】一方、各ヘッドによって発熱抵抗体の平均
抵抗値がばらつく要因は、混合焼結ターゲットを用いた
スパッタ等によって作製される抵抗体膜のシート抵抗の
ばらつきによるものである。

【０００５】これら抵抗値のばらつきを減少させれば、
印字品質を向上させることができると共に、複数のヘッ
ドを印字装置に装着する時に各ヘッドの発熱抵抗体の抵
抗値に応じて印加電極を調整しなくてもよい等の種々の
利点が得られるが、抵抗値のばらつきを少なくするには
技術的に困難な点が多い。

【０００６】抵抗値のばらつきを抑えるために、薄膜抵
抗体のトリミング処理に関して様々な方法が提案されて
はいるが、いずれもレーザやブラスター等によって抵抗
体の形状を変化させる方法であり、サーマルヘッドには
適していない。そのため、トリミング処理を行わずに、
発熱抵抗体の抵抗値のばらつきを抑える必要があるが、
これにはサーマルヘッドの製造方法で各種処理を行う上
で必要な条件（スパッタ条件、スパッタ材料、フォトリ
ソグラフィ条件等）を厳しく管理する必要がある。この
条件が少しでも変動すると、抵抗値のばらつきが生起す
ることになる。

【０００７】一方、発熱抵抗体３の高比抵抗を実現する
ために、前述のようにその材料として高融点金属と絶縁
材料との混合組成の薄膜抵抗体材料が使用されている。
この薄膜抵抗体材料は、一般に混合焼結ターゲットを用
いたスパッタ方式により成膜される。しかし、薄膜抵抗
体材料からなる多元系材料の抵抗体膜は膜の構造欠陥が
発生し易く、スパッタ条件の変化に伴って抵抗体膜の比
抵抗が変化し易い。即ち、スパッタの真空度を高めるほ
ど比抵抗が大きくなる。このため、スパッタ条件を厳密
に管理しないと、発熱抵抗体の抵抗値にばらつきが生ず
る。これは、各抵抗体の発熱量が異なることになり、ド
ット印字に濃淡が生じ、印字品質を悪化させる要因にな
る。

【０００８】このように、上記の如き薄膜抵抗体材料か
らなる発熱抵抗体にみられる問題点を要約すると次の通
りである。

【０００９】スパッタ条件の厳しい管理が必要であ
る。

【００１０】条件の変動は発熱抵抗体の比抵抗を変化さ
せ、その結果として抵抗体作製後に抵抗体の抵抗値がば
らつくことになる。これは印字品位のばらつきの要因と
なる。

【００１１】サーマルヘッドとして印字後に発熱抵抗
体の抵抗値が低下する。

【００１２】これも印字品位のばらつきの原因となる。
例えば、サーマルヘッドとして使用した初期に何度も印
字したドットと余り印字していないドットが同時にパル
ス印加された場合、ドットを構成する抵抗体の抵抗値に
差があるため、印字濃度やドットサイズにばらつきが生
ずることになる。この印字品位のばらつきは、ドット単
位の抵抗値の均一性が厳しく求められるカラープリンタ
用ヘッドでは特に顕著である。

【００１３】従って、本発明の目的は、上記問題点に鑑
み、各ヘッドにおける発熱抵抗体の抵抗値のばらつき
と、ドット単位における発熱抵抗体の抵抗値のばらつき
とを均一化して、印字品質を向上させると共に、各ヘッ
ドによる発熱抵抗体の抵抗値のばらつきを均一化して、
複数のヘッドの装着時における印加電圧の調整を不要に
するサーマルヘッドの製造方法を提供することにある。

【００１４】また、本発明の他の目的は、上記問題点
、に鑑み、発熱抵抗体の作製時のみならず、作製後
のサーマルヘッドとして印字動作を繰り返しても、抵抗
体の抵抗値を安定させ、印字品質を向上させることがで
きるサーマルヘッドの製造方法を提供することにある。

【００１５】

【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の製造方法は、高融点金属
と絶縁材料との混合組成の薄膜抵抗体材料からなる発熱
抵抗体を持つサーマルヘッドの製造方法において、保護
膜を成膜した後に、印字動作時に必要なドット温度以上
の温度になるような電力を発熱抵抗体に印加する工程を
有することを特徴とする。

【００１６】本発明の製造方法によれば、発熱抵抗体に
電力を印加する工程を有するから、抵抗体の抵抗値を所
定値まで減少させることができる。この工程は、抵抗体
の形状を変えないで抵抗値を調整することができ、その
処理作用から一種のトリミング処理と見なすことがで
き、以下ではこの工程をトリミング工程と称することに
する。

【００１７】

【作用】また、本発明のサーマルヘッドの製造方法は、
高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄膜抵抗体材料か
らなる発熱抵抗体を形成する工程を有する製造方法にお
いて、薄膜抵抗体材料を成膜した後に、抵抗体膜を真空
中でアニールする工程を有することを特徴とする。

【００１８】本発明の製造方法は、前述した如く保護膜
を成膜した後に、発熱抵抗体に電力を印加する工程を有
することが特徴であり、保護膜を形成するまでの工程は
従来と同様に行えばよい。即ち、まず高融点金属と絶縁
材料との混合組成の薄膜抵抗体材料を、例えば混合焼結
ターゲットを用いたスパッタ方式によって基板上（実際
には基板上に設けたグレーズ層上）に成膜する。次に、
共通及び個別電極となる導体膜を成膜し、この導体膜に
対してフォトエッチングを施して所望の電極パターンを
形成した後、保護膜を成膜する。この後に、本発明の特
徴である前記トリミング工程を行う。この工程では抵抗
体膜に電力を印加することが重要であり、その電力は印
字動作に必要なドット温度以上の温度になるような電力
である。この印加電力についての詳細は以下の実施例に
記載する。

【００１９】本発明の製造方法によれば、発熱抵抗体の
作製中やサーマルヘッドとしての印字後に抵抗体の抵抗
値が変化し難く、抵抗体の抵抗値が安定し、印字品質が
劣化し難くなる。しかも、抵抗体作製時のスパッタ条件
を従来ほど厳格に管理する必要もなくなる。

【００２０】本発明の製造方法において、高融点金属と
絶縁材料との混合組成の薄膜抵抗体材料を基板上（実際
には基板上に設けたグレーズ層上）に成膜するのは、従
来と同様に混合焼結ターゲットを用いたスパッタ方式で
よい。このスパッタ後に、抵抗体膜を真空中でアニール
し、発熱抵抗体を作製する。本発明でのアニールは特に
その温度を要件とし、その要件とは、アニールの温度が
印字動作時に必要なドット温度以上の温度である。この
アニール温度についての詳細は以下の実施例に記載す
る。

【００２１】なお、発熱抵抗体を作製する工程以前及び
以後の工程は、従来と全く同様に行なえばよく、発熱抵
抗体を構成する薄膜抵抗体材料も従来のものをそのまま
使用する。

【００２２】

【実施例】以下、本発明のサーマルヘッドの製造方法を
実施例に基づいて説明する。

【００２３】図１は、前述したように、従来のサーマル
ヘッドの断面図である。このサーマルヘッドの構造自体
は本発明のものと特に異なるところはないが、保護膜を
形成した後に、高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄
膜抵抗材料からなる抵抗体膜に、印字動作時に必要なド
ット温度以上の温度になるような電力を印加する点が相
違する。

【００２４】図１のサーマルヘッドは、セラミック等の
絶縁性基板１上にグレーズ層２を設け、高融点金属と絶
縁材料との混合組成の薄膜抵抗体材料からなる発熱抵抗
体３をグレース層２上に形成し、抵抗体３の一部分を帯
状に露出するように抵抗体３の上面に、共通電極用のパ
ターン導体４と個別電極用のパターン導体５を形成し、
更にパターン導体４、５及び抵抗体３の露出部分を保護
膜６で被覆することにより製造したものである。

【００２５】次に、上記サーマルヘッドの発熱抵抗体３
に対して行う本発明の製造方法におけるトリミング工程
を説明する。その前に、抵抗体３に印加する電力に関し
て述べる。

【００２６】発熱抵抗体３の構成材料である高融点金属
と絶縁材料との混合組成の薄膜抵抗体材料は、抵抗体３
の高比抵抗を実現するために使用するものである。この
薄膜抵抗体材料は、一般に混合焼結ターゲットを用いた
スパッタ方式により成膜される。しかし、薄膜抵抗体材
料からなる多元系材料の抵抗体膜は膜の構造欠陥が発生
し易く、図２に示すようにスパッタ条件の変化に伴って
抵抗体膜の比抵抗が変化し易い。即ち図２によれば、ス
パッタの真空度を高めるほど比抵抗が大きくなることが
分かる。

【００２７】又、薄膜抵抗体材料を発熱材料としたサー
マルヘッドにおいて、印字濃度Ｄ＝１．２を得る印加エ
ネルギーを基準にして空印字連続印加試験を行った結果
を図３に示す。図３は、発熱抵抗体の抵抗値変化率と印
加パルス数との関係を示す。これによると、パルス印加
の初期において約７％の抵抗値降下が認められる。これ
は、パルス印加による発熱のため、抵抗体膜中の構造欠
陥の再配列が起こり、抵抗体膜中の歪が緩和されて抵抗
値が下がるアニーリング効果によるものと考えられる。

【００２８】本発明の製造方法は、この比抵抗とスパッ
タ真空度との関係、及び抵抗値変化率と印加パルス数と
の関係から理解される現象を、トリミング工程による発
熱抵抗体の抵抗値の調整に積極的に利用するものであ
る。

【００２９】一方、図４は、初期には発熱抵抗体に２．
４Ｗ／ｄｏｔの電力を印加し、抵抗体の抵抗値の安定傾
向が認められた後に、印加電力を２．７Ｗ／ｄｏｔに増
大した場合における印加パルス数と抵抗値変化率との関
係を示すグラフである。又、図５は、初期から２．７Ｗ
／ｄｏｔの電力を印加した場合の印加パルス数と抵抗値
変化率との関係を示すグラフである。これら図４及び図
５に示す関係から、図６に示すトリミング工程Ａ又は図
７に示すトリミング工程Ｂで抵抗値を調整することがで
きる。

【００３０】他方、サーマルヘッドとしての使用時にお
ける抵抗値の安定性は、抵抗値の調整のために印加した
電力に依存する。次に、この点について述べる。

【００３１】まず、図８の左のグラフは２．１Ｗ／ｄｏ
ｔの電力を投入した時の発熱抵抗体の抵抗値の変化率と
印加パルス数との関係を示す。このグラフでは、１５×
１０³パルス数で抵抗値は安定傾向となる。この安定傾
向となった抵抗体を有するサーマルヘッドに対して、安
定後の抵抗体の抵抗値を基準としてステップストレス試
験を行い、その結果として抵抗値変化率と印加電力との
関係を図８の右のグラフに示す。これによると、安定化
に要した電力（２．１Ｗ／ｄｏｔ）までは抵抗体の抵抗
値変化は少なく、それ以上の投入電力で抵抗値の減少が
認められる。

【００３２】又、図９の左のグラフは２．４Ｗ／ｄｏｔ
の電力を投入した時の例である。投入電力を増大させる
と、抵抗値が安定化（１５×１０³パルス数の印加）す
るまでの抵抗値の変化率が大きくなるが、それ以後の現
象は図９で述べたことと同様である。図９の右のグラフ
に示すステップストレス試験も、図８で述べた通りのこ
とが相当する。

【００３３】図８及び図９に示す関係から、サーマルヘ
ッドとしての使用状態における抵抗体の抵抗値の安定性
を求めるには、トリミング処理で印加する最終パルスが
少なくとも使用時に印加する電力以上のパルスでなけれ
ばならないことが分かる。

【００３４】以上のことから、トリミング工程の実際の
手順は次の通りになる。

【００３５】：設計されたサーマルヘッドの印字条件
（発熱抵抗体の発熱温度、印加電力等）における抵抗体
の発熱温度（ドット温度）以上の発熱温度になるような
印加条件（印加パルス数、印加電力等）にてパルスエー
ジングを行ない、これに基づき抵抗体の抵抗値が安定化
した時の抵抗値変化率を測定する。

【００３６】：で求めた抵抗値変化率の範囲内に収
まるような抵抗体膜のシート抵抗値を決定し、このシー
ト抵抗値を、混合焼結ターゲットを用いたスパッタ方式
によって高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄膜抵抗
体材料をグレーズ層上に成膜する時の目標抵抗値とす
る。

【００３７】：で定めた印加条件に基づき、単発又
は複数パルスを抵抗体膜に印加し、抵抗体膜の抵抗値を
予め設定した抵抗値に調整する。

【００３８】この手順〜はトリミング工程Ａ，Ｂに
共通するものであるが、工程Ｂの場合は手順での少な
くとも最初の印加電力は前記設計されたサーマルヘッド
の印字条件における印加電力以上の電力から開始する必
要がある。

【００３９】上記手順〜を行うことで、発熱抵抗体
に対するトリミング工程が終了する。勿論、手順はサ
ーマルヘッドの製造工程とは別に実施し、手順は基板
上にグレーズ層を設けた後に実施し、手順は保護膜を
成膜した後に実施するものである。

【００４０】次に、上記サーマルヘッドで、本発明の真
空中でのアニールを行う他の実施例を説明する。

【００４１】図１０は、抵抗体膜の真空アニール温度と
抵抗体膜のシート抵抗値変化率との関係を示している。
更に、図１１は４００℃及び７００℃の各々の温度でア
ニールした抵抗体膜を有するサーマルヘッドのステップ
ストレス試験の結果を、即ち抵抗値変化率と印加電力と
の関係を示している。これらによると、図１０では真空
アニール温度を高めるほど抵抗値変化率が大きくなり
（抵抗値が減少し）、図１１では印加電力を増やすほど
抵抗値変化率が大きくなる（抵抗値が増加する）ことが
分かる。従って、真空アニール温度を高くすれば抵抗値
の安定性が増すと推定される。

【００４２】以上のことから、最適のアニール条件を得
るための手順を説明する。

【００４３】まず、設計されたサーマルヘッドの印字条
件（印加パルス数や印加電力等）を加味して図８（又は
図９）に示す如きパルスエージングを行い、これに基づ
き抵抗体の抵抗値が安定化した時の抵抗値変化率を測定
する。

【００４４】次に、予め実験により求められた図１０に
示すようなシート抵抗値変化率と真空アニール温度との
関係を示すグラフから、前記抵抗値変化率と一致する時
のアニール温度を求める。この温度が最適なアニール条
件となる。例えば、図８の左のグラフに示す２．１Ｗ／
ｄｏｔにおけるパルスエージングで安定傾向となった時
の抵抗値変化率が約−５（ΔＲ／Ｒ・％）であるから、
図１０のグラフで変化率が−５の時の真空アニール温度
は約６００℃となる。同様に図９の左のグラフでは安定
傾向時における抵抗値変化率が約−８（ΔＲ／Ｒ・％）
であり、図１０に当て嵌めると真空アニール温度は約６
８０℃になる。

【００４５】なお、アニール時間は、印字条件やアニー
ル温度によって異なるが、２０〜６０分程度が妥当であ
る。

【００４６】このように、通常の混合焼結ターゲットを
用いたスパッタ方式により薄膜抵抗体材料を成膜した
後、上記の如く求まるアニール温度且つ真空中で抵抗体
膜をアニールすることにより、発熱抵抗体を作製する。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のサーマル
ヘッドの製造方法は、保護膜を成膜した後に、薄膜抵抗
体材料からなる抵抗体膜に所定の電力を印加するから、
下記の効果を奏する。（１）各サーマルヘッドにおける発熱抵抗体の抵抗値に
ばらつきがなくなり、その抵抗値を均一化できる。（２）ドット単位における発熱抵抗体の抵抗値にばらつ
きがなくなり、その抵抗値を均一化できる。（３）（１），（２）より、印字品質を向上させること
ができ、サーマルヘッドとして長期に渡って高品質の印
字が保証される。（４）各サーマルヘッドによる発熱抵抗体の抵抗値にば
らつきがなくなり、その抵抗値が均一になる。（５）（４）より、複数のサーマルヘッドを印字装置に
装着する時に各ヘッドにおける印加電圧の調整をする必
要がなくなる。

【００４８】また、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、薄膜抵抗体材料を成膜した後に抵抗体膜を真空中で
アニールするから、下記の効果を奏する。（１）薄膜抵抗体材料を成膜する際のスパッタ条件を厳
密に管理する必要がなく、条件に多少変動があっても作
製後の抵抗体の抵抗値にばらつきは余り発生しない。（２）サーマルヘッドとして印字した後でも発熱抵抗体
の抵抗値が殆ど低下せずに安定するため、印字の濃淡や
ドットサイズの大小といった不具合は起こらない。（３）（１），（２）より、印字品質を向上させること
ができ、サーマルヘッドとして長期に渡って高品質の印
字が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を用いて製造したサーマルヘ
ッドの一実施例の断面図である。

【図２】高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄膜抵抗
体材料からなる発熱抵抗体の特性を説明するために、比
抵抗とスパッタ真空度との関係を示すグラフである。

【図３】高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄膜抵抗
体材料からなる発熱抵抗体の特性を説明するために、空
印字連続印加試験における抵抗値変化率と印加パルス数
との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の製造方法を説明するために、２．４Ｗ
／ｄｏｔ及び２．７Ｗ／ｄｏｔにおける発熱抵抗体の抵
抗値変化率と印加パルス数との関係を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の製造方法を説明するために、２．７Ｗ
／ｄｏｔにおける発熱抵抗体の抵抗値変化率と印加パル
ス数との関係を示すグラフである。

【図６】本発明の製造方法におけるトリミング工程の一
例を示す流れ図である。

【図７】本発明の製造方法におけるトリミング工程の別
例を示す流れ図である。

【図８】本発明の製造方法を説明するために、２．１Ｗ
／ｄｏｔにおける発熱抵抗体の抵抗値変化率と印加パル
ス数との関係を示すグラフ（左）、及び抵抗値変化率と
印加電力との関係を示すグラフ（右）である。

【図９】本発明の製造方法を説明するために、２．４Ｗ
／ｄｏｔにおける発熱抵抗体の抵抗値変化率と印加パル
ス数との関係を示すグラフ（左）、及び抵抗値変化率と
印加電力との関係を示すグラフ（右）である。

【図１０】本発明の製造方法を説明するために、抵抗体
膜のシート抵抗値変化率と真空アニール温度との関係を
示すグラフである。

【図１１】本発明の製造方法を説明するために、４００
℃及び７００℃の各々の温度でアニールを行った場合に
おける発熱抵抗体の抵抗値変化率と印加電力との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１絶縁性基板２グレーズ層３発熱抵抗体４，５パターン導体６保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄
膜抵抗体材料からなる発熱抵抗体を持つサーマルヘッド
の製造方法において、保護膜を成膜した後に、印字動作
時に必要なドット温度以上になるよう発熱抵抗体を加熱
する工程を有することを特徴とするサーマルッドの製造
方法。
【請求項２】請求項１において、発熱抵抗体の加熱は
各ドット毎に行われることを特徴とするサーマルッドの
製造方法。
【請求項３】高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄
膜抵抗体材料からなる発熱抵抗体を持つサーマルヘッド
の製造方法において、保護膜を成膜した後に、印字動作
時に必要なドット温度以上の温度になるような電力を発
熱抵抗体に印加する工程を有することを特徴とするサー
マルッドの製造方法。
【請求項４】請求項３において、発熱抵抗体への電力
印加は各ドット毎に行われることを特徴とするサーマル
ッドの製造方法。
【請求項５】高融点金属と絶縁材料との混合組成の薄
膜抵抗体材料からなる発熱抵抗体を形成する工程を有す
る製造方法において、薄膜抵抗体材料を成膜した後に、
抵抗体膜を真空中でアニールする工程を有することを特
徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６】前記アニールの温度が印字動作時に必要
なドット温度以上の温度であることを特徴とする請求項
３記載のサーマルッドの製造方法。