JPH081979A - Thermal head - Google Patents

Thermal head

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JPH081979A
JPH081979A JP14500294A JP14500294A JPH081979A JP H081979 A JPH081979 A JP H081979A JP 14500294 A JP14500294 A JP 14500294A JP 14500294 A JP14500294 A JP 14500294A JP H081979 A JPH081979 A JP H081979A
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JP
Japan
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heat generating
thermal head
generating portion
width
resistor
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Application number
JP14500294A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Shigemura
幸治 重村
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Priority to EP19940116818 priority patent/EP0649748B1/en
Priority to DE1994617835 priority patent/DE69417835T2/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、コストが安く、高速印字がで
き、低消費電力駆動可能でかつ信頼性の高いサーマルヘ
ッドを提供することである。 【構成】絶縁基板1上の所定の領域に定められた発熱部
2と、この発熱部2を挟んで前記絶縁基板1上に形成さ
れた電極3,3’と、発熱部2及び電極3,3’を連続
的に覆う抵抗体4と、この抵抗体4の表面を陽極酸化し
た陽極酸化膜5とから構成されており、発熱部付近の抵
抗体4の幅W1 、電極3,3’の幅をW2、発熱部2の
幅をW3 、発熱部2の長さをL、W3 の終端部分とW1
の発熱部側の終端部分との長さ方向の差をΔLと定義し
た場合、(1)W1 ≧W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.
30の関係、(2)0.96W1 >W3 ≧W2 かつW1
/W2 ≦1.20かつΔL/L≦0.30の関係の少な
くともいずれか一つが成立する抵抗体形状を有する。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to provide a thermal head which is low in cost, can perform high-speed printing, can be driven with low power consumption, and has high reliability. A heating portion 2 defined in a predetermined area on an insulating substrate 1, electrodes 3 and 3'formed on the insulating substrate 1 with the heating portion 2 interposed therebetween, a heating portion 2 and an electrode 3, 3'consisting of a resistor 4 continuously covering the resistor 4 and an anodized film 5 obtained by anodizing the surface of the resistor 4, and the width W 1 of the resistor 4 near the heat generating portion and the electrodes 3, 3 '. Is W 2 , the width of the heat generating portion 2 is W 3 , the length of the heat generating portion 2 is L, the end portion of W 3 and W 1
When the difference in the lengthwise direction from the end portion on the heat generating portion side is defined as ΔL, (1) W 1 ≧ W 3 ≧ W 2 and W 1 / W 2 ≦ 1.
30 relationships, (2) 0.96 W 1 > W 3 ≧ W 2 and W 1
/ W 2 ≦ 1.20 and ΔL / L ≦ 0.30, at least one of which is satisfied.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリン
タ,または熱転写式プリンタ,または感熱式プリンタに
使用されるサーマルヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head used in an ink jet printer, a thermal transfer printer, or a thermal printer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のサーマルヘッドは、特開
昭61−260604号公報に開示されており、図14
はそのサーマルヘッドの構造及びローラを示す断面図で
ある。図14において、このサーマルヘッドは、基板3
1上に低抗体32が形成されており、その上に発熱部3
3となる部分以外に導体34が形成されている。さら
に、発熱部33の所の低抗体32の表面は陽極酸化膜3
5で覆われており、陽極酸化膜35と導体34はさらに
保護層36で覆われている。感熱紙37はゴムローラ3
8により発熱部33上の保護層36に押し付けられて記
録される。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of thermal head is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-260604, and FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the thermal head and the roller. In FIG. 14, this thermal head has a substrate 3
The low antibody 32 is formed on top of which the heat generating part 3 is formed.
The conductor 34 is formed in a portion other than the portion to be 3. Further, the surface of the low antibody 32 at the heat generating portion 33 is the anodic oxide film 3
5, the anodic oxide film 35 and the conductor 34 are further covered with a protective layer 36. Thermal paper 37 is rubber roller 3
8 is pressed against the protective layer 36 on the heat generating portion 33 and recorded.

【0003】このような構造のサーマルヘッドにおい
て、導体34に通電すると、発熱部33の所の低抗体3
2が加熱され、感熱紙上にドットが印字される。
In the thermal head having such a structure, when the conductor 34 is energized, the low antibody 3 at the heat generating portion 33 is generated.
2 is heated and dots are printed on the thermal paper.

【0004】また、別の従来のサーマルヘッドが、特開
昭60−109850号公報に開示されており、図15
はそのサーマルヘッドの構造を示す断面図である。
Another conventional thermal head is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-109850, which is shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the thermal head.

【0005】図15において、このサーマルヘッドは、
シリコン基板41上に断熱層42,低抗体43及び導体
44を形成し、発熱部45となる部分の上の導体44を
除去し、そして低抗体43及び導体44,44’を陽極
酸化して表面に五酸化タンタル46及び酸化アルミニウ
ム47,47’を形成したものである。またこのサーマ
ルヘッドの上に粘着層48,48’を介して障壁49,
49’及びオリフィスプレート50,50’が接着され
ている。
In FIG. 15, this thermal head is
The heat insulating layer 42, the low antibody 43 and the conductor 44 are formed on the silicon substrate 41, the conductor 44 on the portion to be the heat generating portion 45 is removed, and the low antibody 43 and the conductors 44 and 44 'are anodized to form the surface. The tantalum pentoxide 46 and the aluminum oxides 47, 47 'are formed on the substrate. In addition, a barrier 49, via an adhesive layer 48, 48 'on the thermal head,
49 'and the orifice plates 50, 50' are adhered.

【0006】このような構造のサーマルヘッドにおい
て、導体44,44’を通電すると、発熱部45の所の
低抗体43が加熱し、サーマルヘッド上のインク(図示
せず)が沸騰し、インクがオリフィス51より叶出し、
印字用紙(図示せず)上にドットが印字される。
In the thermal head having such a structure, when the conductors 44 and 44 'are energized, the low antibody 43 at the heat generating portion 45 is heated, the ink (not shown) on the thermal head is boiled, and the ink is discharged. It comes out from the orifice 51,
Dots are printed on a printing paper (not shown).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭61−26
0604号公報に記載のサーマルヘッドでは、低抗体3
2,導体34及び保護層36がスパッタリングより成膜
されるため、スパッタリングプロセスが3回必要であ
る。このスパッタリングプロセスはその設備及びスパッ
タリング用ターゲットが高価であるため、コストが高く
なるという問題点があった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the thermal head described in Japanese Patent No. 0604, the low antibody 3
2. Since the conductor 34 and the protective layer 36 are formed by sputtering, three sputtering processes are required. This sputtering process has a problem that the cost is high because the equipment and the sputtering target are expensive.

【0008】また、感熱式プリンタに使用されるサーマ
ルヘッドを例に説明したが、インクジェットプリンタの
サーマルヘッドも構造は同様である。インクジェットプ
リンタの場合、サーマルヘッドはインク雰囲気中に置か
れる。導体34はアルミニウムまたは銅などが使用され
るが、これらはインクに接すると腐食する。従って保護
層36はインクの浸入を防ぐ必要がある。保護層36は
スパッタリングにより成膜されるがスパッタリング膜は
微視的に多孔性であり、スパッタリング膜を保護層とし
て使用するには膜圧を厚くする必要がある。したがっ
て、従来のサーマルヘッドは保護層が厚くなっているた
め、保護層の部分の熱容量が大きく、熱応答性が悪く、
印字速度を速くできないばかりでなく、入力電力を大き
くしなければならず、消費電力が大きいという問題点が
あった。
Although the thermal head used in the thermal printer has been described as an example, the thermal head of the ink jet printer has the same structure. In the case of an inkjet printer, the thermal head is placed in an ink atmosphere. The conductor 34 is made of aluminum, copper, or the like, which corrodes when it comes into contact with ink. Therefore, the protective layer 36 needs to prevent ink from entering. The protective layer 36 is formed by sputtering, but the sputtering film is microscopically porous, and it is necessary to increase the film pressure in order to use the sputtering film as the protective layer. Therefore, since the conventional thermal head has a thick protective layer, the thermal capacity of the protective layer is large and the thermal response is poor,
There is a problem that not only the printing speed cannot be increased but also the input power must be increased, resulting in high power consumption.

【0009】例えば、上述の構造のサーマルヘッドの場
合、保護層のピンホールの影響をなくすためには、1.
5μmの厚さの保護層が必要で、この時、基板として熱
酸化膜が1.35μm付いたシリコンウェーハを用い、
保護層として窒化シリコンを用いた場合、熱応答性は約
10kHzであり、発熱部への入力電力はバブルを発生
させるために1000W/mm2必要であった。
For example, in the case of the thermal head having the above structure, in order to eliminate the influence of the pinhole in the protective layer, 1.
A protective layer with a thickness of 5 μm is required. At this time, a silicon wafer with a thermal oxide film of 1.35 μm is used as a substrate,
When silicon nitride was used as the protective layer, the thermal responsiveness was about 10 kHz, and the input power to the heat generating portion required 1000 W / mm 2 to generate bubbles.

【0010】また、特開昭60−109850号公報に
記載のサーマルヘッドにおいては、スパッタリングプロ
セスは低抗体43と導体44の2回であり、コストは安
価になるが次のような問題点があった。すなわち、サー
マルヘッド表面は五酸化タンタル46及び酸化アルミニ
ウム47,47’で覆われているが、両者が別物質であ
り化学的に結合しないため、両者の境界部B,B’にマ
イクロスリットが生じやすく、又サーマルヘッド駆動時
熱ストレスが境界部に発生するため、境界部からのイン
ク浸入や境界部の破壊が置き、耐久性が短い。
Further, in the thermal head described in JP-A-60-109850, the sputtering process is performed twice with the low antibody 43 and the conductor 44, and the cost is low, but there are the following problems. It was That is, the surface of the thermal head is covered with tantalum pentoxide 46 and aluminum oxide 47, 47 ', but since they are different substances and are not chemically bonded, microslits are generated at their boundary portions B, B'. In addition, since thermal stress is generated at the boundary portion when the thermal head is driven, ink invasion from the boundary portion or destruction of the boundary portion occurs, and durability is short.

【0011】また、低抗体43と導体44,44’は別
物質であるため、それぞれに最適な陽極酸化条件は異な
るが、このサーマルヘッドの場合、五酸化タンタル46
と酸化アルミニウム47の形成のため同時に陽極酸化す
るので、両者に最適な陽極酸化膜の形成が難しいという
問題点があった。例えば、この構造のサーマルヘッドの
場合、耐久性は10の6乗パルス程度であり、破壊は両
者の境界部B,B’で生じていた。
Further, since the low antibody 43 and the conductors 44 and 44 'are different substances, the optimum anodic oxidation conditions are different for each, but in the case of this thermal head, tantalum pentoxide 46 is used.
Since the anodic oxidation is performed at the same time to form the aluminum oxide 47 and the aluminum oxide 47, there is a problem that it is difficult to form an anodic oxide film that is optimal for both. For example, in the case of the thermal head having this structure, the durability was about 10 6 pulses, and the breakage occurred at the boundary portions B and B ′ between the two.

【0012】それ故、本発明は、このような問題点を解
決するもので、サーマルヘッドの耐久性を向上させ、安
価でかつ低消費電力でしかも高速印字を行うことができ
るサーマルヘッドを提供することを目的とする。
Therefore, the present invention solves such a problem, and provides a thermal head which improves the durability of the thermal head, is inexpensive, consumes less power, and can perform high-speed printing. The purpose is to

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記した問題点を解消す
るため、本発明によるサーマルヘッドは、絶縁基板上の
所定の領域に定められた発熱部と、この発熱部を挟んで
絶縁基板上に形成された電極と、発熱部及び電極を連続
的に覆う低抗体と、この低抗体表面を陽極酸化した保護
層とを含んでおり、発熱部付近の電極を覆う抵抗体幅を
W1 、発熱部付近の電極幅をW2 、発熱部幅W3 、発熱
部長さをL、W3 の終端部分とW1 の発熱部側の終端部
分との長さ方向の差をΔLと定義した場合、(1)W1
≧W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.30の関係、(2)
0.96W1 >W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.20か
つΔL/L≦0.30の関係の少なくともいずれか一つ
が成立することを特徴とする。この関係を満たすことに
より、発熱ピーク部の発熱量Pmaxと発熱部の中心で
の発熱量POとの比Pmax/POが2.00以下にな
り、熱的破壊がなく、長時間使用しても信頼性が低下し
ない。
In order to solve the above-mentioned problems, a thermal head according to the present invention has a heat generating portion defined in a predetermined region on an insulating substrate and an insulating substrate sandwiching the heat generating portion. It includes a formed electrode, a low antibody that continuously covers the heat generating portion and the electrode, and a protective layer obtained by anodizing the surface of the low antibody, and the width of the resistor that covers the electrode near the heat generating portion is W 1 , When the electrode width near the portion is W 2 , the heating portion width W 3 , the heating portion length is L, and the difference in the length direction between the end portion of W 3 and the end portion of W 1 on the heating portion side is defined as ΔL, (1) W 1
The relation of ≧ W 3 ≧ W 2 and W 1 / W 2 ≦ 1.30, (2)
It is characterized in that at least one of the relations of 0.96W 1 > W 3 ≧ W 2 and W 1 / W 2 ≦ 1.20 and ΔL / L ≦ 0.30 holds. By satisfying this relationship, the ratio Pmax / PO between the heat generation amount Pmax at the heat generation peak portion and the heat generation amount PO at the center of the heat generation portion becomes 2.00 or less, and there is no thermal breakdown and even when used for a long time. Reliability does not deteriorate.

【0014】[0014]

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明の代表的実施例を示すサー
マルヘッドを示す平面図、図2は図1のサーマルヘッド
のA−A’断面である。
FIG. 1 is a plan view showing a thermal head showing a typical embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA 'of the thermal head of FIG.

【0016】図において、シリコン基板1の表面に導体
の電極3,3’が形成され、その上が低抗体4で覆われ
ている。発熱部2は電極3,3’の間に形成され、その
発熱部は導体でなく低抗体4だけが形成される。低抗体
4の表面は陽極酸化され、保護層として陽極酸化膜5が
形成される。なお、電極3,3’の発熱部2との境界面
は、傾斜している。
In the figure, conductor electrodes 3 and 3 ′ are formed on the surface of a silicon substrate 1, and the electrodes 3 and 3 ′ are covered with a low antibody 4. The heat generating part 2 is formed between the electrodes 3 and 3 ', and only the low antibody 4 is formed in the heat generating part, not a conductor. The surface of the low antibody 4 is anodized, and an anodized film 5 is formed as a protective layer. The boundary surfaces of the electrodes 3 and 3'with the heat generating portion 2 are inclined.

【0017】本実施例では、発熱部2とその周辺の電極
3,3’と低抗体4の形状が発熱部2の発熱分布に影響
するが、このことについては後述するとして、ここでは
はじめに実施例のサーマルヘッドの製造方法について説
明する。
In the present embodiment, the shapes of the heat generating portion 2, the electrodes 3, 3 ′ around the heat generating portion 2 and the low antibody 4 influence the heat generation distribution of the heat generating portion 2. This will be described later. A method of manufacturing the example thermal head will be described.

【0018】最初、表面に膜厚が1.35μmの熱酸化
膜が付いたシリコン基板1上に導体材料としてアルミニ
ウムがスパッタリングで0.5μm成膜される。次に、
フォトリソグラフィ工程により、発熱部2となる部分及
び隣接する導体との間の部分がエッチング液で除去され
電極3,3’が形成される。電極3,3’は図1の破線
で囲まれた領域の電極パターンである。
First, 0.5 μm of aluminum is formed as a conductor material by sputtering on a silicon substrate 1 having a thermal oxide film with a thickness of 1.35 μm on its surface. next,
By the photolithography process, the portion to be the heat generating portion 2 and the portion between the adjacent conductors are removed by an etching solution to form the electrodes 3 and 3 ′. The electrodes 3 and 3'are the electrode patterns in the area surrounded by the broken line in FIG.

【0019】次に、抵抗体材料としてタンタルがスパッ
タリングで0.26μm成膜され、フォトリソグラフィ
工程により、電極3,3’及び発熱部2を連続的に覆う
ように、隣接する低抗体との間の部分が除去され低抗体
4が形成される。低抗体4は図1の実線で囲まれた領域
の低抗体パターンである。
Next, tantalum as a resistor material is formed into a film of 0.26 μm by sputtering, and a photolithography process is performed so as to continuously cover the electrodes 3 and 3'and the heat generating portion 2 and the adjacent low antibody. Is removed and low antibody 4 is formed. The low antibody 4 has a low antibody pattern in a region surrounded by a solid line in FIG.

【0020】次に、0.1%燐酸水溶液中で低抗体4を
陽極として147Vが印加されて低抗体4の表面が陽極
酸化され、0.3μmの五酸化タンタルの陽極酸化膜5
が形成される。この時、陽極酸化されなかった低抗体4
の厚さは0.1μmとなる。
Next, 147 V is applied to the surface of the low antibody 4 in a 0.1% phosphoric acid aqueous solution with the low antibody 4 as an anode to anodize the surface of the low antibody 4 to form an anodized film 5 of 0.3 μm tantalum pentoxide.
Is formed. Low antibody 4 that was not anodized at this time
Has a thickness of 0.1 μm.

【0021】電極3,3’を構成する材料としては、電
気伝導性の高いアルミニウムやアルミニウム−銅、アル
ミニウム−シリコンなどのアルミニウム合金を使用する
ことができる。また、低抗体4を構成する材料として
は、ある程度の大きさの体積抵抗率を有し、かつ耐熱性
の優れたタンタル、窒化タンタル等を使用することがで
きる。
As a material for forming the electrodes 3 and 3 ', aluminum or aluminum alloy such as aluminum-copper or aluminum-silicon having high electric conductivity can be used. In addition, as a material for forming the low antibody 4, tantalum, tantalum nitride, or the like, which has a volume resistivity of a certain size and excellent heat resistance, can be used.

【0022】このような構造のサーマルヘッドにおい
て、電極3,3’間に電圧を印加することにより、発熱
部2には電極が存在せず低抗体のみで構成されているの
で抵抗値が高くなっているため発熱部2で発熱するよう
になっている。
In the thermal head having such a structure, when a voltage is applied between the electrodes 3 and 3 ', the heating portion 2 has no electrodes and is composed of only low antibody, so that the resistance value becomes high. Therefore, the heat generating portion 2 generates heat.

【0023】ここで、本発明の実施例においてはスパッ
タリグプロセスは導体3,3’及び抵抗体4の2回であ
り、安価になる。また、バブルを発生させるために必要
な発熱部への入力電力は650W/mm2であり、低消
費電力である。
Here, in the embodiment of the present invention, the sputtering rig process is performed twice, that is, the conductors 3, 3'and the resistor 4, which is inexpensive. Moreover, the input power to the heat generating portion required to generate bubbles is 650 W / mm 2, which is low power consumption.

【0024】さらに、低抗体のタンタルの陽極酸化膜5
は科学量論的に五酸化タンタル(Ta205)になって
おり、非常に緻密であるため、陽極酸化されなかった低
抗体4の膜圧は0.1μm以上あれば良く、非常に薄く
できる。その結果、20kHz以上の高速で駆動でき
る。
Furthermore, a low antibody tantalum anodic oxide film 5
Has a stoichiometric amount of tantalum pentoxide (Ta205) and is extremely dense. Therefore, the membrane pressure of the low antibody 4 that has not been anodized is 0.1 μm or more, and can be made extremely thin. As a result, it can be driven at a high speed of 20 kHz or more.

【0025】また、陽極参加する材料は、抵抗体材料の
タンタルのみであるので、これに合った最適な条件で行
うことができ、また、導体3,3’及び発熱部2は表面
が陽極酸化された低抗体で連続的に覆われており、不連
続部がないため、耐久性が向上する。本実施例の場合、
107パルス程度の耐久性があるサーマルヘッドが得ら
れた。これは、従来のサーマルヘッドに比べて約10倍
耐久性が向上している。
Further, since the material which participates in the anode is only tantalum which is the resistor material, it can be performed under the optimum conditions suitable for this, and the surfaces of the conductors 3 and 3'and the heating portion 2 are anodized. It is continuously covered with low antibody and has no discontinuity, thus improving durability. In the case of this embodiment,
A thermal head having a durability of about 107 pulses was obtained. This is about 10 times more durable than the conventional thermal head.

【0026】本実施例のサーマルヘッドでは、発熱部2
の発熱分布が発熱部2の形状によって大きく影響を受け
ることが判明した。図11は、図10に示すサーマルヘ
ッドの抵抗体形状について、低抗体の電位分布に関する
ラプラスの方程式を基にしたシミュレーションによって
算出した発熱分布である。ここで、図10に示す抵抗体
形状は上下左右対称であることから、図1に示すよう
に、図10の左下1/4の領域だけの発熱分布を示せば
十分である。シミュレーションに用いた条件は、入力電
圧が5.8V、低抗体4の膜圧が0.1μm、低抗体4
の抵抗率が1.55μΩmである。図11より発熱部2
の絞り込みの部分で発熱のピークが発生していることが
確認される。この時、発熱部2の中心位置の発熱量PP
Oに対する発熱ピーク部の発熱量Pmaxの割合Pma
x/POは2.66である。この場合、サーマルヘッド
駆動時に発熱部2領域内において、Pmaxの発熱量を
もつ7,7’で大きな熱的衝撃がかかり、長時間サーマ
ルヘッドを駆動していくと、そこから破壊が発生する。
その結果、サーマルヘッドの信頼性低下の大きな原因と
なる。
In the thermal head of this embodiment, the heat generating portion 2
It was found that the heat generation distribution of 1 is greatly affected by the shape of the heat generating portion 2. FIG. 11 is a heat generation distribution calculated by a simulation based on the Laplace equation regarding the potential distribution of the low antibody for the resistor shape of the thermal head shown in FIG. Here, since the resistor shape shown in FIG. 10 is vertically and horizontally symmetrical, it is sufficient to show the heat generation distribution only in the lower left ¼ region of FIG. 10, as shown in FIG. The conditions used for the simulation were that the input voltage was 5.8 V, the membrane pressure of the low antibody 4 was 0.1 μm, and the low antibody 4 was 4.
Has a resistivity of 1.55 μΩm. From FIG. 11, the heat generating part 2
It is confirmed that the peak of heat generation is generated in the narrowed part. At this time, the heat generation amount PP at the central position of the heat generating portion 2
Ratio Pma of heat generation amount Pmax of heat generation peak portion to O
x / PO is 2.66. In this case, when the thermal head is driven, a large thermal shock is applied to 7, 7'having a heat generation amount of Pmax in the area of the heat generating portion 2, and when the thermal head is driven for a long period of time, destruction occurs from there.
As a result, the reliability of the thermal head is greatly reduced.

【0027】図3は、実施例1のサーマルヘッドで、サ
ーマルヘッド駆動時における局所的な電流集中を低減さ
せた抵抗体形状で、この形状は低抗体の電位分布に関す
るラプラスの方程式を基にしたシミュレーションによっ
て算出した発熱分布より決定した例である。形状を決定
する際のパラメータとして、電極3,3’を覆う低抗体
4の幅W1 、電極3,3’の幅W2 、発熱部2の幅W
3 、発熱部2の長さLに対する発熱部2の幅W3 の終端
部分と低抗体4の幅W1 の発熱部側の終端部分との長さ
方向の差ΔLの4つが上げられる。
FIG. 3 is a thermal head of Example 1, which shows a resistor shape in which local current concentration is reduced when the thermal head is driven. This shape is based on the Laplace equation regarding the potential distribution of low antibody. This is an example determined from the heat generation distribution calculated by simulation. As parameters for determining the shape, the width W 1 of the low antibody 4 covering the electrodes 3, 3 ′, the width W 2 of the electrodes 3, 3 ′, the width W of the heat generating portion 2
3 , four differences ΔL in the length direction between the end portion of the width W 3 of the heat generating portion 2 and the end portion of the width W 1 of the low antibody 4 on the heat generating portion side with respect to the length L of the heat generating portion 2 are raised.

【0028】図4から図6は4つのパラメータに対する
発熱分布に及ぼす影響を示す特性図である。ここで発熱
分布に及ぼす影響というのは、発熱部2の中心位置の発
熱量POに対する発熱ピーク部の発熱量Pmaxの割合
Pmax/POが1.00に近い値ほど発熱部2の発熱
分布が均一に近いといえる。一方、発熱分布を種々変え
た発熱部を有するサーマルヘッドを試作し評価したとこ
ろ、割合Pmax/POが2.00以下であれば、サー
マルヘッドの寿命に大きな影響を及ぼさないことが判明
した。従って、Pmax/POの値は2.00以下が望
ましい。
FIGS. 4 to 6 are characteristic diagrams showing the influence of four parameters on the heat generation distribution. Here, the effect on the heat generation distribution is that the heat generation distribution of the heat generation part 2 becomes more uniform as the ratio Pmax / PO of the heat generation amount Pmax of the heat generation peak part to the heat generation amount PO at the central position of the heat generation part 2 approaches 1.00. Can be said to be close to. On the other hand, as a result of trial manufacture and evaluation of a thermal head having a heat generating part with various heat generation distributions, it was found that if the ratio Pmax / PO is 2.00 or less, the life of the thermal head is not significantly affected. Therefore, the value of Pmax / PO is preferably 2.00 or less.

【0029】図4は電極3,3’の幅W2 に対する低抗
体4の幅W1 を変化させたときの割合Pmax/POの
変化を示す図である。図4において、W1 /W2 が1.
30を越えると、電極を覆わない低抗体の幅(W1 −W
2 )の部分の領域が増大することによる電流の回り込み
が発生し、局所的な電流集中を引き起こすことが確認さ
れる。W1 /W2 が1.30以下ではPmax/POが
2.00以下であることから、W1 /W2 は1.30以
下が望ましい。また、W1 /W2 が1.20以下になる
と、Pmax/POが1.50以下と小さくなる。この
ため、低抗体パターン形成時のアライメント精度などに
よる製造条件上の制約が無ければ、W1/W2 が1.2
0以下にする方が発熱分布のさらなる均一化を図ること
ができる。
FIG. 4 is a diagram showing changes in the ratio Pmax / PO when the width W 1 of the low antibody 4 is changed with respect to the width W 2 of the electrodes 3, 3 '. In FIG. 4, W 1 / W 2 is 1.
When it exceeds 30, the width of the low antibody that does not cover the electrode (W 1 -W
It is confirmed that the current wraparound occurs due to the increase in the area of 2 ), causing local current concentration. Since W 1 / W 2 is in the 1.30 or less is Pmax / PO is 2.00 or less, W 1 / W 2 is preferably 1.30 or less. Further, when W 1 / W 2 becomes 1.20 or less, Pmax / PO becomes as small as 1.50 or less. Therefore, if there are no restrictions on the manufacturing conditions due to the alignment accuracy at the time of forming the low antibody pattern, W 1 / W 2 is 1.2 or less.
A heat distribution of 0 or less can be further homogenized.

【0030】図5は電極3,3’を覆う低抗体4の幅W
1 に対する発熱部2の幅W3 を変化させたときのPma
x/POの変化を示す図である。図5において、W3 /
W1が1.00を越えると、発熱部2幅W3 が低抗体4
幅W1 を越えた領域で電流の回り込みが発生し、局所的
な電流集中が引き起こされる。このため、W3 /W1が
1.00以下であることが望ましい。また、W3 /W1
が1.00以下であることが望ましい。また、W3 /W
1 が0.89以上(W3 /W2 が1.0より大きい)で
0.96以下のところではPmax/POが1.50以
下であるため、発熱分布はより均一化される。
FIG. 5 shows the width W of the low antibody 4 covering the electrodes 3 and 3 '.
Pma when the width W 3 of the heat generating portion 2 with respect to 1 is changed
It is a figure which shows the change of x / PO. In FIG. 5, W 3 /
When W 1 exceeds 1.00, the heating part 2 width W 3 is low antibody 4
A current sneak occurs in a region exceeding the width W1, causing local current concentration. Therefore, W 3 / W 1 is preferably 1.00 or less. Also, W 3 / W 1
Is preferably 1.00 or less. Also, W 3 / W
When 1 is 0.89 or more (W 3 / W 2 is greater than 1.0) and 0.96 or less, Pmax / PO is 1.50 or less, so the heat generation distribution is more uniform.

【0031】図6は0.96W1 >W3 ≧W2 かつW2
≦1.20である時の、発熱部2の長さLに体する発熱
部2の幅W3 の終端部分と低抗体4幅W1 の発熱部側の
終端部分との上では、電流の回り込みが発熱部2の中央
近辺にまで及ぶため急激にPmax/POの値が増加す
る。ΔL/Lが0.30以下のところでは、Pmax/
POが1.50以下であるため、発熱分布はより均一化
され、望ましい。
FIG. 6 shows 0.96 W 1 > W 3 ≧ W 2 and W 2
When ≦ 1.20, the current of the current is increased between the end portion of the width W 3 of the heat generating portion 2 and the end portion of the low antibody 4 width W 1 on the heat generating portion side which is the length L of the heat generating portion 2. Since the wraparound extends to the vicinity of the center of the heat generating portion 2, the value of Pmax / PO rapidly increases. When ΔL / L is 0.30 or less, Pmax /
Since PO is 1.50 or less, the heat generation distribution is more uniform, which is desirable.

【0032】図3のサーマルヘッドは前記4つのパラメ
ータを考慮した抵抗体形状を有する。図3に示したサー
マルヘッドの抵抗体形状は、W3 =0.92W1 >W
2 、W1 /W2 =1.13、ΔL/L=0.05であ
る。このとき低抗体の電位分布に関するラプラスの方程
式を基にしたシミュレーションによって算出した発熱分
布を図7に示す。ここで、図3のサーマルヘッドの抵抗
体形状は上下左右対称であることから、図3の左下1/
4の領域での発熱分布を図7に示す。また、シミュレー
ションに用いた条件は、入力電圧が5.8V、低抗体4
の膜厚が0.1μm、低抗体4の抵抗率が1.55μΩ
mである。図12,13の場合と比較しても明らかなよ
うに、絞り込みの部分での発熱のピークが緩和されてお
り、この時のPmax/POは1.19である。その結
果、低抗体の負荷は軽減されるため、耐電力性が向上す
る。
The thermal head shown in FIG. 3 has a resistor shape in consideration of the above four parameters. The shape of the resistor of the thermal head shown in FIG. 3 is W 3 = 0.92W 1 > W
2 , W 1 / W 2 = 1.13 and ΔL / L = 0.05. FIG. 7 shows the heat generation distribution calculated by a simulation based on the Laplace equation regarding the potential distribution of the low antibody at this time. Here, since the shape of the resistor of the thermal head in FIG. 3 is vertically and horizontally symmetrical,
FIG. 7 shows the heat generation distribution in the area of No. 4. The conditions used for the simulation were that the input voltage was 5.8 V, low antibody 4
Film thickness of 0.1μm, low antibody 4 resistivity is 1.55μΩ
m. As is apparent from comparison with the cases of FIGS. 12 and 13, the peak of heat generation in the narrowed portion is relaxed, and Pmax / PO at this time is 1.19. As a result, the load of low antibody is reduced, and the power resistance is improved.

【0033】図8は本発明の第二の実施例(実施例2)
のサーマルヘッドの一部平面図である。図8に示すサー
マルヘッドの抵抗体形状は、W3 =W1 >W2 、W1 /
W2=1.13、ΔL=0である。図9は、この抵抗体
形状に対して低抗体の電位分布に関するラプラスの方程
式を基にしたシミュレーションによって算出した発熱分
布を示す平面図である。ここで、図8に示すサーマルヘ
ッドの抵抗体形状は上下左右対称であることから、図9
は図8の左下1/4の領域での発熱分布を示す。シミュ
レーションに用いた条件は、入力電圧が5.8V、低抗
体4の膜厚が5.8V、抵抗体4の膜厚が0.1μm、
低抗体4の抵抗率が1.55μΩmである。図12,1
3と比較すると、図8のサーマルヘッドは絞り込みの部
分が存在いないため、発熱のピークが電力3,3’付近
で見られるが、Pmax/POは1.75と図13の場
合よりも改善されている。その結果、低抗体の付加は軽
減されるため、耐電力性が向上する。
FIG. 8 shows a second embodiment (second embodiment) of the present invention.
FIG. 3 is a partial plan view of the thermal head of FIG. The shape of the resistor of the thermal head shown in FIG. 8 is W 3 = W 1 > W 2 , W 1 /
W 2 = 1.13 and ΔL = 0. FIG. 9 is a plan view showing a heat generation distribution calculated by a simulation based on the Laplace equation regarding the potential distribution of the low antibody for this resistor shape. Since the resistor shape of the thermal head shown in FIG. 8 is vertically and horizontally symmetrical,
Shows the heat generation distribution in the lower left quarter region of FIG. The conditions used for the simulation are as follows: input voltage 5.8V, low antibody 4 film thickness 5.8V, resistor 4 film thickness 0.1 μm,
The low antibody 4 has a resistivity of 1.55 μΩm. 12, 1
Compared with No. 3, the thermal head of FIG. 8 does not have a narrowed portion, so a peak of heat generation can be seen near the power 3, 3 ′, but Pmax / PO is 1.75, which is improved compared to the case of FIG. ing. As a result, the addition of low antibody is reduced, and the power resistance is improved.

【0034】前述の実施例1,2と同様にして、4つの
パラメータを考慮した抵抗体形状を有するサーマルヘッ
ドの実施例3,4,5,の諸特性を表1に示す。また比
較例として2つの抵抗体計形状を記した。それぞれの抵
抗体形状においてのPmax/PO、また抵抗体4にタ
ンタルを適用した試作品の破壊電力値のデータも合わせ
て表1に示す。全ての資料のデータにおいて、Pmax
/POの値が1.00に近いほど破壊電力値が大きくな
ることから、シミュレーションの妥当性が確認される。
Table 1 shows various characteristics of Examples 3, 4, 5 of the thermal head having a resistor shape in consideration of the four parameters in the same manner as Examples 1 and 2 described above. Two resistance meter shapes are shown as comparative examples. Table 1 also shows the data of Pmax / PO in each resistor shape and the breakdown power value of the prototype in which tantalum is applied to the resistor 4. Pmax in the data of all materials
Since the breakdown power value increases as the value of / PO approaches 1.00, the validity of the simulation is confirmed.

【0035】全ての実施例では、(1)W1 ≧W3 ≧W
2 かつW1 /W2 ≦1.30の関係を満たし、(2)
0.96W1 /W2 ≦1.20かつΔL/L≦0.30
の関係を満たす。(1),(2)の少なくともいずれか
一つが成立すればよい。ここで(2)の関係は(1)の
関係も含んでいることから、(2)の関係が成立する抵
抗体形状は(1)の関係も満足する。実施例1,3,
4,5は(2)の関係を満足し、実施例2,6(1)の
みを満足した抵抗体形状を有する例である。
In all the embodiments, (1) W 1 ≧ W 3 ≧ W
2 and W 1 / W 2 ≦ 1.30, (2)
0.96W 1 / W 2 ≦ 1.20 and ΔL / L ≦ 0.30
Meet the relationship. At least one of (1) and (2) may be satisfied. Since the relationship (2) includes the relationship (1), the resistor shape satisfying the relationship (2) also satisfies the relationship (1). Examples 1, 3,
Nos. 4 and 5 are examples having a resistor shape satisfying the relationship of (2) and satisfying only Examples 2 and 6 (1).

【0036】これに対し、比較例1は(1)のみを満足
していないW1 =W3 である抵抗体形状を有した例であ
り、比較例2は(1),(2)のいずれかの関係も満足
していないW1 >W3 である抵抗体形状を有した例であ
る。また、図10に示すサーマルヘッドでの抵抗体形状
においても、(1),(2)のいずれの関係も満足して
いない。
On the other hand, Comparative Example 1 is an example having a resistor shape in which W 1 = W 3 which does not satisfy only (1), and Comparative Example 2 is one of (1) and (2). It is an example having a resistor shape in which W 1 > W 3 in which the above relationship is not satisfied. Also, the shape of the resistor in the thermal head shown in FIG. 10 does not satisfy any of the relationships (1) and (2).

【0037】この結果、図10と比較例1,2ではPm
ax/POの値は2.00以上となっているのに対し、
実施例では全て2.00未満となっている。従って、抵
抗体の付加が軽減されたため破壊電力値が増加し信頼性
が向上した。
As a result, in FIG. 10 and Comparative Examples 1 and 2, Pm
While the value of ax / PO is 2.00 or more,
In all the examples, it is less than 2.00. Therefore, since the addition of the resistor is reduced, the breakdown power value is increased and the reliability is improved.

【0038】また、(2)の関係を満足している実施例
1,3,4,5は、(1)のみを満足している実施例
2,6と比較してPmax/POの値が1.00に近い
値となっている。従って、(2)の関係を満足する抵抗
体形状を適用することによって発熱分布はより均一化さ
れ、破壊電力値が増加し信頼性がより向上した。
The values of Pmax / PO in Examples 1, 3, 4, and 5 satisfying the relationship of (2) are higher than those of Examples 2 and 6 satisfying only (1). The value is close to 1.00. Therefore, by applying the resistor shape satisfying the relationship of (2), the heat generation distribution was made more uniform, the breakdown power value was increased, and the reliability was further improved.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スパッタリングが2工程で済み低コストで、しかも抵抗
体の膜厚を薄くできるので高速印字可能・低消費電力駆
動可能であり、(1)又は(2)の条件により長寿命を
保証し得る信頼性の高いサーマルヘッドが得られる。
As described above, according to the present invention,
Sputtering is done in two steps at low cost, and because the thickness of the resistor can be made thin, high-speed printing is possible and low power consumption drive is possible, and reliability that can guarantee a long life depending on the conditions of (1) or (2). A high thermal head can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の代表的実施例のサーマルヘッドを示す
平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a thermal head of a typical embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A’断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A 'of FIG.

【図3】本発明の実施例1のサーマルヘッドの一部を示
す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a part of the thermal head according to the first embodiment of the present invention.

【図4】電極幅W2 に対する抵抗体幅W1 を変化させた
ときの発熱分布の割合Pmax/POの変化を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing changes in a heat generation distribution ratio Pmax / PO when the resistance body width W 1 is changed with respect to the electrode width W 2 .

【図5】抵抗体幅W1 に対する発熱部幅W3 を変化させ
たときのPmax/POの変化を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing changes in Pmax / PO when the heating portion width W 3 is changed with respect to the resistor width W 1 .

【図6】発熱部長さLに対する発熱部幅W3 の終端部分
と抵抗体幅W1 の発熱部側の終端部分との長方向の差Δ
Lを変化させたときのPmax/POの変化を示す図で
ある。
FIG. 6 is a longitudinal difference Δ between the end portion of the heating portion width W 3 and the end portion of the resistor width W 1 on the heating portion side with respect to the heating portion length L.
It is a figure which shows the change of Pmax / PO when L is changed.

【図7】本発明の実施例1で用いた抵抗体形状について
シミュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大
図である。
FIG. 7 is an enlarged view showing the heat generation distribution calculated by simulation for the resistor shape used in Example 1 of the present invention.

【図8】本発明の実施例2のサーマルヘッドの一部を示
す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing a part of a thermal head according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例2で用いた抵抗体形状について
シミュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大
図である。
FIG. 9 is an enlarged view showing the heat generation distribution calculated by simulation for the resistor shape used in Example 2 of the present invention.

【図10】比較のためのサーマルヘッドの例を示す平面
図である。
FIG. 10 is a plan view showing an example of a thermal head for comparison.

【図11】図10の例で用いた抵抗体形状についてシミ
ュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大図で
ある。
FIG. 11 is an enlarged view showing a heat generation distribution calculated by simulation for the resistor shape used in the example of FIG.

【図12】従来のサーマルヘッドを示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a conventional thermal head.

【図13】従来の別のサーマルヘッドを示す断面図であ
る。
FIG. 13 is a sectional view showing another conventional thermal head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 発熱部 3,3’ 電極 4,4’ 抵抗体 5,5’ 陽極酸化膜 6 電極を被覆しない抵抗体の領域 7,7’ 発熱部2内の局所的な領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Heat generating part 3,3 'Electrode 4,4' Resistor 5,5 'Anodized film 6 Region of resistor not covering electrodes 7,7' Local region in heat generating part 2

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板上の所定の領域に定められた発
熱部と、この発熱部を挟んで前記絶縁基板上に形成され
た電極と、前記発熱部及び前記電極を連続的に覆う低抗
体と、この抵抗体表面を陽極酸化した保護層とを含み、
前記発熱部付近の電極を覆う前記低抗体の幅をW1 、前
記発熱部付近の電極幅をW2 、前記発熱部の幅をW3 と
定義した場合、W1 ≧W3 ≧W2 の関係かつW1 /W2
≦1.30の関係を満たすことを特徴とするサーマルヘ
ッド。
1. A low-antibody that continuously covers the heat-generating portion and the electrode, the heat-generating portion defined in a predetermined region on the insulating substrate, the electrode formed on the insulating substrate with the heat-generating portion interposed therebetween. And a protective layer obtained by anodizing the resistor surface,
If the width of the low antibody covering the electrode near the heat generating portion is defined as W 1 , the electrode width near the heat generating portion is defined as W 2 and the width of the heat generating portion is defined as W 3 , then W 1 ≧ W 3 ≧ W 2 Relationship and W 1 / W 2
A thermal head characterized by satisfying a relationship of ≤1.30.
【請求項2】 前記低抗体の幅W1 と前記発熱部の幅W
3 がW1 >W3 の関係にある時、前記発熱部の長さを
L、前記発熱部の幅W3 の終端部分と前記低抗体の幅W
1 の発熱部側の終端部分との長さ方向の差をΔLを定義
した場合、0.96W1 >W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦
1.20かつΔL/L≦0.30の関係を満たすことを
特徴とするサーマルヘッド。
2. The width W 1 of the low antibody and the width W of the heat generating portion.
When 3 has a relation of W 1 > W 3 , the length of the heat generating portion is L, the end portion of the width W 3 of the heat generating portion and the width W of the low antibody.
When ΔL is defined as the difference in the lengthwise direction from the end portion on the heat generating portion side of 0.9, 0.96W 1 > W 3 ≧ W 2 and W 1 / W 2 ≦
1. A thermal head characterized by satisfying the relationship of 1.20 and ΔL / L ≦ 0.30.
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Citations (1)

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