KR20020009505A - 서멀 헤드 - Google Patents

Abstract

전극의 배선 저항을 낮추기 위해서 전극의 막 두께가 증가될 때, 발열체부에서 생성된 전극 단차 때문에 인쇄 효율이 감소되어, 인쇄 용지와 보간하는 저항체 근방의 전극의 막 두께가 단차에 기인하는 영향이 발생되지 않을 정도로 작게 되고 그 다른 전극 부분의 막 두께가 충분한 배선 저항이 확보될 수 있을 정도로 크게 되는 2단 전극 구조에 관한 것이다.

Description

서멀 헤드{THERMAL HEAD}

본 발명은, 예를 들면, 소형의 휴대용 기록 장치, 팩시밀리, 및 티켓과 영수증의 인쇄 장치에 사용되고 있는 서멀 헤드에 관한 것이다.

종래의 박막형 서멀 헤드의 일 예가 도 4에 도시된다. 일반적으로, 박막형서멀 헤드에 대해서는, 글레이즈 층(12)이 절연성 기판(11) 상에 형성되고 복수의 발열 저항체(13)가 그 위에 배치된다. 발열 저항체의 각각에 전력을 공급하기 위한 전극은 그 양측에 접속되어 있다. 한쪽의 전극으로서 공통 전극(14)이 고전위측에 접속되어 있다. 다른 쪽의 전극으로서 개별 전극(15)이 발열 저항체를 인쇄 신호에 따라 선택적으로 발열시키기 위한 스위칭 회로를 갖는 드라이버 IC를 통하여 그라운드측에 접속되고, 또한 외부 입력 단자에 접속되어 있다. 발열 저항체 및 전극의 상층에는 발열 저항체의 일부 및 전극의 일부를 덮기 위한 보호막(16)이 형성되어 있다.

서멀 헤드에 의한 인쇄는 다음과 같이 만들어진다. 즉, 인쇄 용지(17)는 발열 저항체의 상부에 위치되고 일정 직경 및 일정 경도를 갖는 환봉 형상의 고무 플래튼(round-bar-shaped rubber platen)(18)에 의해 발열체로 가압되고, 이 가압된 상태로 회전된다. 그 다음, 인쇄 용지가 플래튼의 표면과 인쇄 용지의 후면 사이의 마찰력에 의해 발열체 상에서 주행하면서 발열 저항체에 의해 생성된 열은 보호막 층으로 전달된다. 따라서, 인쇄 용지에 열이 도달함으로써 발색을 가능하게 한다.

이와 같은 박막형 서멀 헤드에 대해서는, 서멀 헤드의 외부 전원으로부터 공급된 전력을 발열 저항체에 충분히 공급하기 위해서, 외부 입력 단자로부터 발열 저항체까지의 배선 저항을 고려하여, 전압 강하의 발생을 최소화하도록 설계되어 있다. 특히, 발열 저항체의 저항값이 낮은 서멀 헤드의 경우에는, 발열 저항체의 저항값에 대한 전극의 배선 저항값의 비율은 크게 되고 따라서 전력 손실이 크게된다. 이것은 이러한 서멀 헤드 설계시 충분히 고려될 필요가 있다.

구체적으로, 선택적으로 저항체를 발열시키기 위한 스위칭 회로를 갖는 드라이버 IC의 ON 저항값, 드라이버 IC로부터 발열 저항체까지의 전극의 배선 저항값, 및 발열 저항체로부터 그라운드 단자까지의 전극의 배선 저항값을 주로 고려한다.

통상적으로, 드라이버 IC는 그 종류에 따라 개개의 특성을 가지며 설계 단계에서 선택된 드라이버 IC의 종류에 의해 특성이 특정된다. 따라서, 설계상 선택의 여지가 거의 없다. 그러나, 전극의 배선 저항에 대해서는, 전극의 막 두께가 서멀 헤드 내에서 점유할 수 있는 물리적 면적에 의해 결정되는 전극 폭에 기초하여 설계될 때, 적당한 배선 저항값이 선택될 수 있다.

따라서, 전극의 배선 저항값을 감소시키기 위해서, 전극의 막 두께는 두껍게 되어야 한다. 그러나, 전극의 두께를 증가시킴으로써 발열 저항체의 양측에 단차가 발생될 때, 저항체 상을 주행하는 인쇄 용지와 발열 저항체간의 단차에 기인하는 에어 갭(air gap)이 크게 된다. 그러므로, 서멀 헤드에서 인쇄 용지로의 열 전달의 효율이 저하된다고 하는 문제가 있다.

따라서, 전극의 막 두께가 일정 두께로 증가될 때, 인쇄 효율은 증가된다. 그러나, 전극의 막 두께가 그 이상 증가될 때, 인쇄 효율이 저하된다고 하는 문제가 있다.

따라서, 상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 전극의 배선 저항을 작게하면서 발열 저항체부에서의 전극 단차에 기인한 인쇄 효율의 감소가 억제될 수 있는 박막형 서멀 헤드를 제공하는 것이다.

상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 인쇄 용지와 보간하는 발열 저항체 근방의 전극의 막 두께가 단차에 기인하는 영향이 없을 정도로 작게 되고, 그 다른 전극 부분의 막 두께가 충분한 배선 저항을 확보할 수 있는 정도로 크게 되는 2단 전극 구조를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 서멀 헤드의 단면도,

도 2(a) 내지 도 2(e)는 2회 막 형성을 수행하는 방식에 의한 제조공정을 도시하는 도면,

도 3(a) 내지 도 3(e)는 2회 에칭을 수행하는 방식에 의한 제조공정을 도시하는 도면,

도 4는 종래의 서멀 헤드의 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

21 : 세라믹 기판 22 : 글레이즈 층

23 : 발열 저항체 24 : 공통 전극

25 : 개별 전극 26 : 보호막

이하에, 본 발명의 실시예가 도 1 내지 도 3에 기초하여 설명된다.

도 1은 본 발명의 서멀 헤드의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 서멀 헤드에 대해서는, 세라믹 기판(21) 상에 단열층의 기능을 갖고 글라스계 재료로 만들어지는 글레이즈 층(22)이 형성되어 있다. 글레이즈 층 상에 그 주성분으로서 Ta, Si 등을 함유하고 질화물 및 산화물계 재료로 만들어지는 복수의 발열 저항체(23)가 소정 간격으로 형성되어 있다. 그 양측에 각 발열 저항체에 전력을 공급하기 위해 알루미늄 등의 금속계 재료로 만들어지는 전극이 접속되어 있다. 한쪽의 전극으로서 공통 전극(24)이 고전위측에 접속되어 있다. 다른 쪽의 전극으로서 개별 전극(25)이 발열 저항체를 인쇄 신호에 따라 선택적으로 발열시키기 위한 스위칭 회로를 갖는 드라이버 IC를 통하여 그라운드측에 접속되고, 또한 외부 입력 단자에 접속되어 있다.

발열 저항체(23)에 접속되는 공통 전극(24) 및 개별 전극(25) 양쪽은 발열 저항체(23) 근방에서 일 단차 낮은 위치에 위치되는 얇은 전극(24b, 25b) 및 다른 쪽의 전극 부분으로서 두꺼운 전극(24a, 25a)에 의해 구성되어 있다. 발열 저항체의 일부 및 전극의 일부를 덮기 위한 보호막(26)은 최상층에 형성되어 있다.

(제조 공정)

이하에, 상기 서멀 헤드를 제조하기 위한 공정의 일 예를 참조하면서 실시예가 보다 상세히 설명된다.

세라믹 기판 상의 글레이즈 층, 언더코트 층(undercoat layer), 및 최상층으로서의 보호막 층의 형성에 대해서는, 종래에 공지되어 있는 방식이 이용되므로, 여기서 상세한 설명은 생략된다. 이후, 2단 전극을 제조하기 위한 공정의 대표적인 예가 도 2 및 도 3를 참조하여 설명된다.

제조공정의 예로서, (1) 2회 막 형성을 수행하는 방식에 의한 제조공정 및 (2) 2회 에칭을 수행하는 방식에 의한 제조공정이 설명된다. 공정(1)에서는, 스퍼터링(sputtering) 및 포토리소그래피(photolithography)에 의해 두꺼운 전극이 형성된 후, 다시 얇은 전극이 동일한 공정을 통해 형성된다. 공정(2)에서는, 먼저, 스퍼터링에 의해 1회 막 형성이 수행된 다음에, 포토리소그래피 및 에칭을 2회 반복함으로써 얇은 전극 부분이 형성된다.

2회 막 형성을 수행하는 방식에 의한 제조 공정(1)의 예가 도 2(a) 내지 도 2(e)에 도시된다.

먼저, 스퍼터링에 의해 전극의 배선 저항에 필요한 두꺼운 전극의 막 두께로 알루미늄 막이 형성되고, 포토리소그래피(도 2(a)) 및 에칭(도 2(b))에 의해 알루미늄 전극이 패터닝되어 발열 저항체로부터 일정 거리 떨어진 범위내에 두꺼운 전극을 형성한다.

그 후, 다시 스퍼터링에 의해 얇은 전극으로서 필요한 막 두께로 알루미늄 전극이 형성된다(도 2(c)). 그 다음, 프토리소그래피에 의해 얇은 전극이 발열 저항체에 접속되고(도 2(d)) 전술한 두꺼운 전극과 오버랩하도록 에칭에 의해 패터닝되어 얇은 전극을 형성한다(도 2(e)).

2회 에칭을 수행하는 방식에 의한 (2)제조 공정의 예가 도 3(a) 내지 도 3(e)에 도시된다.

먼저, 스퍼터링에 의해 전극의 배선 저항에 필요한 두꺼운 전극의 막 두께로 알루미늄 막이 형성되고, 포토리소그래피(도 3(a)) 및 에칭(도 3(b))에 의해 알루미늄 전극이 패터닝되고 따라서 발열 저항체와 접속하도록 두꺼운 전극이 형성된다.

그 후, 발열 저항체로부터 일정 거리만큼 떨어진 범위내에서 포토리소그래피에 의해 전극의 일부가 마스킹된다(도 3(c)). 그 다음, 전체 막 두께의 일정 부분에 대해 에칭이 수행되어(도 3(d)) 얇은 전극을 형성한다(도 3(e)).

전술한 바와 같이, 이 실시예에서는, 전극 재료로서 알루미늄이 사용된다. 그러나, 다른 금속 재료가 사용될 수 있다. 또한, 2회 막 형성을 수행하는 방식에 의한 제조공정에서는, 두꺼운 전극 및 얇은 전극에 상이한 종류의 재료가 사용될 수 있다.

이와 같은 2단 전극 구조에서, 두꺼운 전극의 막 두께는 일반적으로 대략 1 ㎛ 내지 3 ㎛이다. 한편, 얇은 전극의 두께가 이 두께보다 감소될 때, 발열체 근방의 전극 단차는 감소되고 따라서 인쇄 용지와 발열 저항체의 상부간의 접촉성이향상된다. 따라서, 인쇄 효율이 향상된다.

그러나, 얇은 전극의 막 두께가 일정 두께보다 작게 될 때, 효율의 향상은 더 이상 확보되지 않는다. 얇은 전극이 그 이상 얇게 되는 경우, 효율이 악화하는 경향이 있다. 이 이유는 다음과 같다. 즉, 얇은 전극 부분의 배선 저항값이 크게 되기 때문에, 이 부분에 전극 강하가 크게 발생되고 따라서 인쇄 효율이 역으로 저하된다.

또한, 전극의 막 두께가 너무 작으면, 스퍼터링에 의한 막 두께의 변화가 크게 되고 패터닝이 불안정하다. 따라서, 얇은 전극의 막 두께는 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛의 범위가 바람직하다.

또한, 인쇄 용지가 서멀 헤드의 발열 저항체부와 보간되는 범위는 인쇄 용지의 종류와 두께, 인쇄 용지를 서멀 헤드로 가압하기 위한 고무로 만들어진 플래튼의 직경과 경도, 및 가압력에 따라 변화한다. 그러나, 그 범위는 발열 저항체의 중심위치로부터 그 양측의 대략 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜의 범위이다. 따라서, 얇은 전극의 범위는 발열체부 근방의 전극의 선단으로부터 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜의 범위가 바람직하다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 서멀 헤드의 전극 배선 저항을 열화시키지 않고, 인쇄 용지와 발열 저항체부간의 보간이 경감되고 따라서 인쇄 효율이 향상된다.

Claims (3)

1. 발열체의 양측에 접속되는 전극의 선단으로부터 소정 거리 내의 상기 전극의 두께가 그 다른 부분의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 서멀 헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전극의 선단의 두께는 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛인 것을 특징으로 하는 서멀 헤드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전극의 선단이 얇게 되는 범위는 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 서멀 헤드.