JP3298780B2 - Thermal head and method of manufacturing thermal head - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、サーマルプリンタ
に使用されるサーマルヘッドに係り、特に、サーマルヘ
ッドのリアルエッジ化および熱転写プリンタにおける印
字品位の改良ができるサーマルヘッドおよびサーマルヘ
ッドの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head used in a thermal printer, and more particularly to a thermal head capable of realizing a thermal head and improving print quality in a thermal transfer printer, and a method of manufacturing the thermal head.
【0002】[0002]
【従来の技術】サーマルプリンタに搭載されるサーマル
ヘッドは、複数個の発熱素子を基板上に直線的に配列
し、所望の印字情報に基づいていずれかの発熱素子に選
択的に順次通電を行なって発熱素子を加熱させることに
より、感熱プリンタにおいては感熱記録紙を発色させ、
熱転写プリンタにおいてはインクリボンのインクを部分
的に溶融して普通紙に転写して印字を行なうようになっ
ている。2. Description of the Related Art A thermal head mounted on a thermal printer has a plurality of heating elements arranged linearly on a substrate, and selectively energizes any one of the heating elements based on desired print information. In the thermal printer, heat-sensitive recording paper is colored by heating the heating element.
In a thermal transfer printer, printing is performed by partially melting the ink of an ink ribbon and transferring it to plain paper.
【0003】図11は従来の一般的なサーマルヘッドを
示したもので、アルミナ等の絶縁性材料からなる放熱基
板(以下、基板という)1上には、ガラス等からなる保
温層2が形成されており、この保温層2は、その上面が
円弧状となるように形成されている。この保温層2の頂
部2aには、複数個の発熱抵抗体3が紙面垂直方向に直
線状に整列して形成されている。この発熱抵抗体3は、
Ta−SiO2 等からなる発熱抵抗体3の材料をスパッ
タリング等により保温層2の表面に被着した後、フォト
リソ技術によりエッチングすることにより形成するよう
になされている。これら発熱抵抗体3の上面一側には、
各発熱抵抗体3に接続される共通電極4aが積層されて
おり、前記各発熱抵抗体3の他側には、各発熱抵抗体3
に独立して通電を行なうための個別電極4bがそれぞれ
積層されている。前記共通電極4aおよび個別電極4b
は、例えば、Al、Cu等からなり、蒸着、スパッタリ
ング等により被着された後、エッチングにより所望形状
のパターンに形成されている。FIG. 11 shows a conventional general thermal head in which a heat insulating layer 2 made of glass or the like is formed on a heat radiating substrate (hereinafter referred to as a substrate) 1 made of an insulating material such as alumina. The heat insulating layer 2 is formed such that the upper surface thereof has an arc shape. A plurality of heat generating resistors 3 are formed on the top portion 2a of the heat insulating layer 2 so as to be linearly aligned in a direction perpendicular to the plane of the drawing. This heating resistor 3 is
The heating resistor 3 made of Ta-SiO 2 or the like is formed on the surface of the heat insulating layer 2 by sputtering or the like, and then is etched by a photolithography technique. On one side of the upper surface of these heating resistors 3,
A common electrode 4 a connected to each heating resistor 3 is laminated, and each heating resistor 3 is provided on the other side of each heating resistor 3.
In addition, individual electrodes 4b for independently supplying current are laminated. Common electrode 4a and individual electrode 4b
Is formed of, for example, Al, Cu, or the like, and is formed in a desired shape pattern by etching after being deposited by vapor deposition, sputtering, or the like.
【0004】さらに、これら発熱抵抗体3、共通電極4
a、個別電極4b、露出している基板1および保温層2
の表面には、前記発熱抵抗体3および各電極4a、4b
を保護するほぼ5〜10μmの膜厚の保護層5が形成さ
れており、この保護層5は、前記各電極4a、4bの端
子部以外のすべての表面を被覆するようになされてい
る。Further, the heating resistor 3 and the common electrode 4
a, individual electrode 4b, exposed substrate 1 and heat insulating layer 2
The surface of the heating resistor 3 and the electrodes 4a, 4b
A protective layer 5 having a thickness of about 5 to 10 μm is formed to protect the electrodes 4a and 4b, and covers all surfaces except the terminal portions of the electrodes 4a and 4b.
【0005】このような従来のサーマルヘッドにおいて
は、共通電極4aの幅を広く形成することでその抵抗値
を低く形成する必要があったため、図11に示すよう
に、発熱抵抗体3の発熱部3aはサーマルヘッドの基板
1の中央または端部寄りに設けられており、発熱抵抗体
3の発熱部3aから基板1端部までの寸法(以下、エッ
ジ距離Lという)は1mm以上を有していた。In such a conventional thermal head, the resistance of the common electrode 4a must be reduced by forming the width of the common electrode 4a wider. Therefore, as shown in FIG. Reference numeral 3a is provided near the center or the end of the substrate 1 of the thermal head, and the dimension from the heating portion 3a of the heating resistor 3 to the end of the substrate 1 (hereinafter, referred to as edge distance L) is 1 mm or more. Was.
【0006】しかし、近年、サーマルヘッドの発熱抵抗
体3をより基板1の端部に配置するリアルエッジ化の要
請が高まってきており、基板1の共通電極4a側のスペ
ースを大幅に削減する必要にせまられている。However, in recent years, there has been an increasing demand for a real edge in which the heating resistor 3 of the thermal head is disposed at an end of the substrate 1, and it is necessary to greatly reduce the space on the common electrode 4 a side of the substrate 1. I'm being shy.
【0007】このようなサーマルヘッドのリアルエッジ
化は、ヘッドとプラテンの圧接圧の損失を低減し、印字
エネルギー効率を向上させることができ、また、インク
リボンを用いる熱転写プリンタにおいては、ワックス系
のインクから樹脂系のインクまで幅広く使用でき、ラフ
紙の印字品位を著しく改善することができるという利点
を有するものである。The real edge of the thermal head can reduce the loss of the pressure between the head and the platen and improve the printing energy efficiency. In a thermal transfer printer using an ink ribbon, a wax-based It can be used widely from inks to resin-based inks, and has the advantage that the printing quality of rough paper can be significantly improved.
【0008】しかしながら、例えば、エッジ距離を0.
2mm以下とするようなサーマルヘッドのリアルエッジ
化を図ると、共通電極4aの配置スペースが著しく少な
くなってしまうため、共通電極4aの幅寸法を極めて細
く形成しなければならず、その結果、共通電極4aが抵
抗体化してその抵抗値が上昇してしまい、発熱抵抗体3
の両端と中央部との電圧降下の差が大きくなってしま
う。また、共通電極4aの電流容量不足を招き、各発熱
抵抗体3に通電した場合に、共通電極4aが溶断してし
まう等の不具合が発生し、実用性の高いリアルエッジヘ
ッドを製造することは極めて困難であった。However, for example, when the edge distance is set to 0.
When the real edge of the thermal head is set to 2 mm or less, the space for arranging the common electrode 4a is significantly reduced. Therefore, the width of the common electrode 4a must be extremely small. The electrode 4a is turned into a resistor and its resistance value rises.
, The difference in voltage drop between both ends and the central part becomes large. In addition, a shortage of current capacity of the common electrode 4a occurs, and when current is supplied to each of the heating resistors 3, a problem such as fusing of the common electrode 4a occurs. Therefore, it is difficult to manufacture a highly practical real edge head. It was extremely difficult.
【0009】また、リアルエッジ化を図るサーマルヘッ
ドの他の電極としては、図示はしないが、例えば、折り
返し電極やクシ型電極として共通電極4aを個別電極4
bと同一方向に導出するものがあるが、共通電極4aと
個別電極4bを同一方向に導出するため、300dpi
の解像度とした場合には600dpiの解像度とした場
合と同等の加工精度が要求され、同様に400dpiの
解像度とした場合には800dpiの解像度とした場合
と同等の高精細な加工技術が要求されるというように、
製造工数の増大と相まって歩留まりの低下や信頼性の低
下を招くとともに、製造コストの増大を招いてしまうと
いう欠点を有している。As other electrodes of the thermal head for realizing a real edge, although not shown, for example, a common electrode 4a is used as a folded electrode or a comb-shaped electrode.
b, the common electrode 4a and the individual electrode 4b are derived in the same direction.
In the case of a resolution of 600 dpi, a processing accuracy equivalent to that of a resolution of 600 dpi is required. Similarly, in the case of a resolution of 400 dpi, a processing technique of high definition equivalent to that of a resolution of 800 dpi is required. And so on
In addition to the increase in the number of manufacturing steps, the yield and the reliability are reduced, and the manufacturing cost is increased.
【0010】さらに、サーマルヘッドの基板1の端面か
ら裏側に共通電極4aを形成するものがあるが、基板1
を分割、研磨してから電極形成を行なうため、製造工数
が多く、製造効率の低下を招き、さらに、0.2mm以
内のリアルエッジ化の信頼性も極めて低いという欠点が
ある。Further, there is a thermal head in which a common electrode 4a is formed from the end face of the substrate 1 to the back side.
Since the electrode formation is performed after dividing and polishing, the number of manufacturing steps is increased, the manufacturing efficiency is reduced, and the reliability of real edge formation within 0.2 mm is extremely low.
【0011】また、基板1の端面を研磨して保温層2を
形成し、その上面に発熱抵抗体3を形成した端面ヘッド
は、前述したものと同様に製造工数が多くなり、リアル
エッジ化を図った場合の量産性が劣り、コスト高の欠点
を有する。Further, the end face head in which the heat insulating layer 2 is formed by polishing the end face of the substrate 1 and the heating resistor 3 is formed on the upper face thereof requires a large number of man-hours in the same manner as described above, and the real edge is reduced. In this case, mass productivity is inferior and cost is high.
【0012】これらの点に鑑み、従来から発熱部部分で
共通電極4aを多層配線構造とすることにより、リアル
エッジ化を達成しようとするものがある。これは、保温
層2上に金属からなる導電層6を形成し、その上にSi
O2 等からなる層間絶縁層7をスパッタリング等の手段
により積層形成した後、この層間絶縁層7をフォトリソ
技術で部分的に除去し、この上に発熱抵抗体3を積層す
ることにより、導電層7と発熱抵抗体3とを電気的に接
続するようにしたものであり、高温に発熱する発熱抵抗
体3の真下に層間絶縁層7と導電層6とが層状に形成さ
れるようになされている。[0012] In view of these points, there has conventionally been an attempt to achieve a real edge by forming the common electrode 4a in a multilayer wiring structure in the heat generating portion. In this method, a conductive layer 6 made of a metal is formed on the heat insulating layer 2 and Si is formed thereon.
After laminating an interlayer insulating layer 7 made of O2 or the like by means of sputtering or the like, the interlayer insulating layer 7 is partially removed by a photolithography technique, and the heating resistor 3 is laminated thereon, thereby forming the conductive layer 7. And the heating resistor 3 are electrically connected to each other, and the interlayer insulating layer 7 and the conductive layer 6 are formed in a layer just below the heating resistor 3 that generates heat at a high temperature. .
【0013】このような多層配線構造によるサーマルヘ
ッドにおいては、所望の印字信号に基づいて個別電極4
bを介して所望の発熱抵抗体3に通電した場合に、リア
ルエッジ化により幅寸法が極細に形成された共通電極4
aの他に、前記導電層6を介して端子部に送られること
になるので、前記共通電極4aの抵抗値が上昇してしま
うことがなく、発熱抵抗体3の部分電圧差の発生、共通
電極4aの電流容量不足等の発生を防止することがで
き、高品質な印字を行なうことができるものである。In the thermal head having such a multilayer wiring structure, the individual electrodes 4 are formed based on a desired print signal.
When the desired heating resistor 3 is energized via the “b”, the common electrode 4 whose width dimension is formed extremely thin by real edge formation
In addition to a, since the voltage is sent to the terminal portion via the conductive layer 6, the resistance value of the common electrode 4a does not increase, and the generation of a partial voltage difference of the heating resistor 3 and the common voltage It is possible to prevent the shortage of the current capacity of the electrode 4a or the like, and to perform high-quality printing.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のサ
ーマルヘッドにおいては、導電層6の上面に層間絶縁層
7が積層して形成されており、しかも、これら各層が高
温に発熱する発熱抵抗体3の真下に形成されていること
から、各層相互の応力ストレスが大きく、熱衝撃に対す
る各層相互間の密着力の信頼性が著しく低下してしま
い、また、層間絶縁層7をエッチングにより形成するた
め、層間絶縁層7と導電層6との表面に段差が生じてし
まい、この段差により発熱抵抗体3と導電層6との接続
不良が生じるおそれがあり、さらに、層間絶縁層7をス
パッタ等の蒸着方式で形成すると、異物等により層間絶
縁層7にピンホールが発生し、層間絶縁層7の絶縁不良
が生じてしまうという問題を有している。However, in the above-described conventional thermal head, an interlayer insulating layer 7 is formed on the upper surface of the conductive layer 6, and these layers generate heat at a high temperature. 3, the stress between the layers is large, the reliability of the adhesion between the layers against thermal shock is significantly reduced, and the interlayer insulating layer 7 is formed by etching. In addition, a step is formed on the surface of the interlayer insulating layer 7 and the conductive layer 6, and this step may cause a connection failure between the heating resistor 3 and the conductive layer 6. When formed by the vapor deposition method, there is a problem that a pinhole is generated in the interlayer insulating layer 7 due to foreign matter or the like, and insulation failure of the interlayer insulating layer 7 occurs.
【0015】そして、前記問題点を克服するために層間
絶縁層7の膜厚を厚く形成するようにすると、前述の各
層相互の応力アンバランスの増大を招くとともに、エッ
チング段差量の増大による接続不良等の信頼性の著しい
低下を招いてしまうという問題を有している。If the thickness of the interlayer insulating layer 7 is increased in order to overcome the above-mentioned problems, the stress imbalance between the respective layers is increased, and the connection failure due to an increase in the etching step is caused. However, there is a problem that the reliability is significantly reduced.
【0016】また、図12に示すような従来の連結型サ
ーマルヘッドは、連結されるサーマルヘッドブロック8
は通常のサーマルヘッドと同じ層構成であるが、共通電
極4aの端子9が左右いずれか一方だけに設けられてい
る点が主な相違点である。すなわち、従来の連結型サー
マルヘッドは、互いに左右対称の形状を有する2本のサ
ーマルヘッドブロック8、8を連結用の基板1に接着し
たものである。A conventional connection type thermal head as shown in FIG.
Has the same layer configuration as a normal thermal head, except that the terminal 9 of the common electrode 4a is provided on only one of the left and right sides. That is, in the conventional connection type thermal head, two thermal head blocks 8 having a symmetrical shape with each other are bonded to the connection substrate 1.
【0017】なお、従来、連結するサーマルヘッドブロ
ックを2本としているのは、図12に示す共通電極4a
の端子9、9がそれぞれのサーマルヘッドブロック8で
左右いずれかにしか形成できないためである。つまり、
これは3本以上のサーマルヘッドブロック8を連結する
場合、左端と右端以外の中央部にあるサーマルヘッドブ
ロック8の共通電極4aを端子9に繋ぐ実用的な手だて
がなかったためでもある。Conventionally, two thermal head blocks are connected because the common electrode 4a shown in FIG.
This is because the terminals 9 and 9 can be formed only on either the right or left side of each thermal head block 8. That is,
This is because, when three or more thermal head blocks 8 are connected, there is no practical way to connect the common electrode 4a of the thermal head block 8 at the center other than the left end and the right end to the terminal 9.
【0018】本発明は前述した従来における問題点を克
服し、多層配線構造とした場合に、各層の接続不良や絶
縁不良の発生を確実に防止することができ、リアルエッ
ジ化しても製造が容易で、信頼性を維持することがで
き、さらには、サーマルヘッドブロックの連結数が3本
以上であっても共通電極の端子接続に支障のないサーマ
ルヘッドおよびサーマルヘッドの製造方法を提供するこ
とを目的とする。The present invention overcomes the above-mentioned problems in the prior art, and when a multi-layer wiring structure is used, the occurrence of connection failure and insulation failure in each layer can be reliably prevented. In addition, it is possible to provide a thermal head and a method of manufacturing a thermal head that can maintain reliability and that does not hinder the connection of the terminals of the common electrode even when the number of connected thermal head blocks is three or more. Aim.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
のサーマルヘッドは、放熱基板上に保温層、導電層、層
間絶縁層、発熱抵抗体、共通電極、個別電極および保護
層を積層してなるサーマルヘッドであって、前記導電層
は、窒化物または酸化物と金属との融合体からなり、前
記層間絶縁層は、少なくとも前記導電層の酸化膜をもっ
て形成されており、前記導電層の酸化膜を第一層間絶縁
層とし、この第一層間絶縁層の上に積層された絶縁性セ
ラミックを第二層間絶縁層とする複層の層間絶縁層であ
ることを特徴としており、前記導電層を前述のような材
料により形成することで、高温の熱酸化処理を行なって
も、基板との密着性に優れたものとすることができ、ま
た、第一層間絶縁層が導電層の表面酸化により形成され
ているため、第二層間絶縁層は1μm以下の薄い絶縁層
としても十分な絶縁性が得られ、絶縁層の表面と導電層
の表面との高さの段差を小さいものとすることができる
ため、その上面に形成する発熱抵抗体および電極と導電
層との電気的な接続を確実に行なうことができ、多層配
線化による信頼性および歩留り低下を完全に解消するこ
とができる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermal head in which a heat insulating layer, a conductive layer, an interlayer insulating layer, a heating resistor, a common electrode, an individual electrode, and a protective layer are laminated on a heat radiating substrate. Wherein the conductive layer is made of a fusion product of a nitride or an oxide and a metal, and the interlayer insulating layer is formed with at least an oxide film of the conductive layer. Oxide film of the first interlayer insulation
And an insulating cell laminated on the first interlayer insulating layer.
It is a multi-layered interlayer insulating layer with lamic as the second interlayer insulating layer.
Characterized in that the conductive layer is made of a material as described above.
High temperature thermal oxidation treatment
Can have excellent adhesion to the substrate.
In addition, the first interlayer insulating layer is formed by surface oxidation of the conductive layer.
Therefore, the second interlayer insulating layer is a thin insulating layer of 1 μm or less.
As a result, sufficient insulation is obtained, and the surface of the insulating layer and the conductive layer
Height difference from the surface can be reduced
Therefore, the heating resistor and electrode formed on the upper surface
The electrical connection with the layers can be reliably made,
Completely eliminate reliability and yield loss due to linearization
Can be.
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】また、請求項2に記載のサーマルヘッド
は、請求項1に記載のサーマルヘッドにおいて、前記第
二層間絶縁層は、シリコンの窒化物、シリコンの酸化
物、アルミニウムの窒化物およびアルミニウムの酸化物
のうちの少なくとも一種からなることを特徴としてお
り、絶縁性の信頼度を飛躍的に高めることができる。According to a second aspect of the present invention , in the thermal head according to the first aspect , the second interlayer insulating layer is formed of a silicon nitride, a silicon oxide, an aluminum nitride, and an aluminum nitride. It is characterized by being made of at least one of oxides, and can greatly improve the reliability of insulation.
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【0029】また、請求項3に記載のサーマルヘッドの
製造方法は、放熱基板上の発熱部に対応する位置に保温
層を突出形成し、この基板および保温層の上面に抵抗体
材料からなる導電層を積層する工程と、この導電層上に
耐酸化性のマスク層を積層する工程と、このマスク層の
共通電極およびこの共通電極の外部回路接続部の形成位
置に対応する位置にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンによるマスク層形成部分以外の導電
層の表面に酸化雰囲気中で熱またはプラズマ酸化して第
一層間絶縁層を形成する工程と、この第一層間絶縁層上
に絶縁性セラミック材料からなる絶縁層を積層し、共通
電極およびこの共通電極の端子部の形成位置に対応する
位置をフォトリソ技術でエッチングして前記導電層を露
出させて、第二層間絶縁層を形成する工程と、両端部が
それぞれ前記第二層間絶縁層および前記導電層の上側に
位置するように所定の発熱抵抗体を形成する工程と、こ
の発熱抵抗体の上面の前記第二層間絶縁層側の端部に個
別電極を形成するとともに、前記導電層側の端部に共通
電極を形成する工程と、これらの最上面に保護層を積層
形成する工程とからなることを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a thermal head, a heat insulating layer is formed at a position corresponding to the heat generating portion on the heat radiating substrate, and a conductive material made of a resistor material is formed on the upper surface of the substrate and the heat insulating layer. Laminating layers, laminating an oxidation-resistant mask layer on the conductive layer, and forming a mask pattern at a position corresponding to a formation position of a common electrode of the mask layer and an external circuit connection portion of the common electrode. Forming,
Forming a first interlayer insulating layer by heat or plasma oxidation in an oxidizing atmosphere on the surface of the conductive layer other than the mask layer forming portion by the mask pattern; and forming an insulating ceramic material on the first interlayer insulating layer. Laminating an insulating layer consisting of, a step of forming a second interlayer insulating layer by exposing the conductive layer by etching the position corresponding to the formation position of the common electrode and the terminal portion of the common electrode by photolithography, Forming a predetermined heating resistor such that both end portions thereof are located above the second interlayer insulating layer and the conductive layer, and forming an end of the upper surface of the heating resistor on the second interlayer insulating layer side. The method is characterized by comprising a step of forming an individual electrode, a step of forming a common electrode at the end on the conductive layer side, and a step of laminating and forming a protective layer on the uppermost surface thereof.
【0030】導電層の表面の酸化処理で第一層間絶縁層
を形成しているので、導電層のピンホール内部も十分に
酸化されて絶縁性を有することとなり、しかも導電層と
一体的に形成できるため、段差がなく、絶縁性、密着
性、耐熱性の著しく高いものとなる。また、第一層間絶
縁層の上面にはさらに絶縁性、密着性、耐熱性に優れた
第二層間絶縁層を被覆形成しているので、絶縁性の信頼
度を向上させることができる。Since the first interlayer insulating layer is formed by oxidizing the surface of the conductive layer, the inside of the pinhole of the conductive layer is also sufficiently oxidized to have insulating properties, and moreover, it is integrated with the conductive layer. Since it can be formed, there is no step and the insulation, adhesion, and heat resistance are extremely high. Further, since the upper surface of the first interlayer insulating layer is further coated with a second interlayer insulating layer having excellent insulation, adhesion and heat resistance, the reliability of the insulation can be improved.
【0031】そして、請求項4に記載のサーマルヘッド
の製造方法は、請求項3に記載のサーマルヘッドの製造
方法において、前記耐酸化性のマスク層は、二酸化シリ
コンで形成されることを特徴とし、請求項5に記載のサ
ーマルヘッドの製造方法は、請求項3に記載のサーマル
ヘッドの製造方法において、前記耐酸化性マスク層は、
モリブデンシリサイドで形成されることを特徴としてい
る。According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a thermal head according to the third aspect , the oxidation-resistant mask layer is formed of silicon dioxide. The method for manufacturing a thermal head according to claim 5 is the method for manufacturing a thermal head according to claim 3 , wherein the oxidation-resistant mask layer comprises:
It is characterized by being formed of molybdenum silicide.
【0032】[0032]
【0033】[0033]
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
から図10について説明する。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 10 will be described.
【0035】図1は本発明の第1実施形態におけるサー
マルヘッドの断面図であり、図2は同じく平面図を示す
ものである。また、図3は製造途中の多層配線基板を示
すものである。FIG. 1 is a sectional view of a thermal head according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the same. FIG. 3 shows a multilayer wiring board in the course of manufacture.
【0036】図1に示すサーマルヘッドは、セラミック
等からなる絶縁性基板11の上に、ガラス等からなる保
温層12が円弧状に突出形成されており、これらの基板
11および保温層12の上面には、低熱伝導性で低熱膨
張性の金属の窒化物と金属との融合体からなる導電層1
3がスパッタ蒸着等により略3〜10μmの厚みに成膜
されている。前記金属の窒化物と金属との融合体として
は、窒化アルミとタンタルの融合体が好適であるが、こ
の金属の窒化物と金属との融合体の代りに、金属の酸化
物と金属との融合体を用いることも可能であり、その場
合には、酸化アルミとタンタルの融合体が好適である。
そして、前記導電層13の膜形成をスパッタリング法で
行なうときに用いられるターゲット材料は、前者の場合
は、窒化アルミとタンタルの焼結体、後者の場合は酸化
アルミとタンタルの焼結体であり、その組成比として
は、いずれもタンタルが50〜70%であるものが後述
する機能を満たすのに好適であり、本実施形態として
は、タンタルが60%、窒化アルミが40%の組成から
なる焼結ターゲットを用いた。なお、前記導電層13
は、高融点金属のホウ化物、窒化物、ケイ化物の導電性
セラミックに代えることも可能である。In the thermal head shown in FIG. 1, a heat insulating layer 12 made of glass or the like is formed in an arc shape on an insulating substrate 11 made of ceramic or the like, and the upper surfaces of the substrate 11 and the heat insulating layer 12 are formed. A conductive layer 1 made of a fusion product of a metal nitride and a metal having low thermal conductivity and low thermal expansion.
3 is formed to a thickness of approximately 3 to 10 μm by sputtering or the like. As the fusion body of the metal nitride and the metal, a fusion body of aluminum nitride and tantalum is preferable, but instead of the fusion body of the metal nitride and the metal, a fusion of the metal oxide and the metal is used. It is also possible to use a fusion, in which case a fusion of aluminum oxide and tantalum is preferred.
The target material used when the film formation of the conductive layer 13 is performed by the sputtering method is a sintered body of aluminum nitride and tantalum in the former case, and a sintered body of aluminum oxide and tantalum in the latter case. The composition ratio of tantalum of 50 to 70% is suitable for satisfying the function described below. In the present embodiment, the composition of tantalum is 60% and aluminum nitride is 40%. A sintered target was used. The conductive layer 13
Can be replaced by conductive ceramics such as boride, nitride and silicide of high melting point metal.
【0037】前記導電層13には、図3に示すようにサ
ーマルヘッドの共通電極17aの配設部および外部回路
との接続部を耐酸化性のマスク層14で覆ってから導電
層13を熱酸化することにより、層間絶縁層15が略1
〜2μmの厚みに形成されている。この時、層間絶縁層
15から導電層13を部分的に露出させることにより、
導電パッド部13a、13bが露出するように形成され
ている。前記層間絶縁層15の表面と導電層13の導電
パッド部13aの表面との高さの落差は略1μm以内で
あり、かつエッジが滑らかな形状に形成されている。As shown in FIG. 3, the conductive layer 13 is covered with an oxidation-resistant mask layer 14 so as to cover the portion where the common electrode 17a of the thermal head is provided and the connection with the external circuit. By oxidizing, the interlayer insulating layer 15 becomes substantially 1
It is formed to a thickness of 22 μm. At this time, by partially exposing the conductive layer 13 from the interlayer insulating layer 15,
The conductive pads 13a and 13b are formed so as to be exposed. The height difference between the surface of the interlayer insulating layer 15 and the surface of the conductive pad 13a of the conductive layer 13 is within about 1 μm, and the edge is formed in a smooth shape.
【0038】また、層間絶縁層15の形成に用いられた
耐酸化性を有するマスク層14は、絶縁性の二酸化シリ
コンまたは導電性のモリブデンシリサイド等からなり、
略0.3μmの厚みにスパッタ蒸着等により導電層13
と連続的に成膜した後、フォトリソ技術により、二酸化
シリコンを用いた場合は、バッファードフッ酸(BH
F)でエッチング除去することにより共通電極多層配線
基板を完成させる。一方、モリブデンシリサイドを用い
る場合は、CF4 +O2 ガスによりドライエッチングし
てマスクパターンを形成し、熱酸化処理工程を施す。な
お、この場合、モリブデンシリサイドは導電性であるの
で、マスク層14の除去は任意となる。これらのエッチ
ャントに対して、導電層13および層間絶縁層15には
窒化アルミおよびアルミナが耐エッチング材料となって
保護作用を行なうように材料の選択がなされている。The oxidation-resistant mask layer 14 used for forming the interlayer insulating layer 15 is made of insulating silicon dioxide or conductive molybdenum silicide.
The conductive layer 13 is formed to a thickness of about 0.3 μm by sputtering or the like.
When silicon dioxide is used by photolithography after the film is continuously formed, buffered hydrofluoric acid (BH
The common electrode multilayer wiring board is completed by etching and removing in F). On the other hand, when molybdenum silicide is used, dry etching is performed using CF 4 + O 2 gas to form a mask pattern, and a thermal oxidation process is performed. In this case, since molybdenum silicide is conductive, removal of the mask layer 14 is optional. For these etchants, materials are selected for the conductive layer 13 and the interlayer insulating layer 15 so that aluminum nitride and alumina serve as etching-resistant materials to perform a protective action.
【0039】なお、本実施形態においては、導電層13
の形成のための酸化処理は、ガラス等からなる保温層1
2の耐熱限界の関係から、温度700℃で3〜9時間、
大気雰囲気中で熱処理して形成するものとする。なお、
導電層13の前記熱酸化処理はプラズマ酸化処理に代え
ることも可能である。In this embodiment, the conductive layer 13
The oxidation treatment for forming the heat insulating layer 1 is made of glass or the like.
From the heat resistance limit of 2, for 3-9 hours at a temperature of 700 ° C,
It is formed by heat treatment in an air atmosphere. In addition,
The thermal oxidation treatment of the conductive layer 13 can be replaced with a plasma oxidation treatment.
【0040】また、前記導電層13の導電パッド部13
aと層間絶縁層15との上面には、発熱抵抗体16の材
料、例えばTa−SiO2 等がスパッタリング等により
被着されており、その後、フォトリソ技術により、CF
4 +O2 ガスでエッチングすることにより、複数個の発
熱抵抗体16が形成され、その両端部がそれぞれ前記導
電層13の導電パッド部13aと層間絶縁層15の上側
に位置するように直線状に整列して形成されている。ま
た、これら各発熱抵抗体16の導電層13の導電パッド
部13aの上面には、各発熱抵抗体16に接続される共
通電極17aがアルミまたは銅等のスパッタリング等で
略1〜2μmの厚みに積層されている。この共通電極1
7aは発熱抵抗体16を外れた位置において導電層13
と接続されている。層間絶縁層15の上面には、各発熱
抵抗体16に独立して通電を行なうための個別電極17
bが共通電極17aと同様にしてそれぞれ形成されて接
続されている。両電極17a,17bの構成はアルミま
たは銅の単層構成で説明したが、この他に薄く形成した
高融点金属モリブデン、タングステン等との2層構造と
した方が、より高精度に発熱抵抗体16を構成すること
ができる。これについては、第2実施形態として後述す
る。The conductive pad 13 of the conductive layer 13
a, a material of the heat generating resistor 16, for example, Ta—SiO 2 or the like is applied by sputtering or the like on the upper surface of the a and the interlayer insulating layer 15;
By etching with 4 + O 2 gas, a plurality of heating resistors 16 are formed, and both ends of the heating resistors 16 are linearly arranged such that both ends thereof are located above the conductive pad portion 13a of the conductive layer 13 and the interlayer insulating layer 15, respectively. It is formed in alignment. Further, on the upper surface of the conductive pad portion 13a of the conductive layer 13 of each heating resistor 16, a common electrode 17a connected to each heating resistor 16 is formed to a thickness of about 1 to 2 μm by sputtering of aluminum or copper or the like. It is laminated. This common electrode 1
7a denotes a conductive layer 13 at a position outside the heating resistor 16.
Is connected to On the upper surface of the interlayer insulating layer 15, there are provided individual electrodes 17 for independently supplying current to each heating resistor 16.
b are formed and connected in the same manner as the common electrode 17a. Although the structure of both electrodes 17a and 17b has been described as a single-layer structure of aluminum or copper, a two-layer structure formed of a thin refractory metal molybdenum, tungsten, or the like is more accurate when the heating resistor is formed. 16 can be configured. This will be described later as a second embodiment.
【0041】さらに、これら発熱抵抗体16、上部の共
通電極17a、個別電極17b、露出している層間絶縁
層15等の表面を酸化および摩擦から保護するため、サ
イアロン等からなるほぼ5〜10μmの膜厚の保護層1
8が形成されており、この保護層18は、前記各電極1
7a,17bの外部回路接続部(図示せず)以外の全て
の表面を被覆するようになされている。Further, in order to protect the surfaces of the heat generating resistor 16, the upper common electrode 17a, the individual electrode 17b, the exposed interlayer insulating layer 15 and the like from oxidation and friction, approximately 5 to 10 μm of sialon or the like is used. Thick protective layer 1
8 is formed, and the protective layer 18
All surfaces other than the external circuit connection portions 7a and 17b (not shown) are covered.
【0042】次に、本実施形態におけるサーマルヘッド
の多層配線基板の製造方法について、図4に示すフロー
チャートを参照して説明する。Next, a method for manufacturing a multilayer wiring board for a thermal head according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
【0043】まず、図3において、セラミック等からな
る平板状の基板11の上面に、上面が円弧状に形成され
たガラス等からなる保温層12を突出して形成する(ス
テップST1)。First, in FIG. 3, a heat insulating layer 12 made of glass or the like having an upper surface formed in an arc shape protrudes from an upper surface of a flat substrate 11 made of ceramic or the like (step ST1).
【0044】そして、前記基板11および保温層12の
上面に、タンタル窒化アルミのサーメットからなる導電
層13を略3〜10μmの膜厚となるように、スパッタ
リング等で成膜する(ステップST2)。Then, a conductive layer 13 made of tantalum aluminum nitride cermet is formed on the upper surfaces of the substrate 11 and the heat insulating layer 12 by sputtering or the like so as to have a thickness of about 3 to 10 μm (step ST2).
【0045】次に、前記導電層13の上面に耐熱性と耐
酸化性を有する二酸化シリコンまたはモリブデンシリサ
イドからなるマスク層14を、スパッタリングにより略
0.3μmの膜厚に積層形成する(ステップST3)。Next, a mask layer 14 of silicon dioxide or molybdenum silicide having heat resistance and oxidation resistance is formed on the upper surface of the conductive layer 13 by sputtering to a thickness of about 0.3 μm (step ST3). .
【0046】そして、フォトリソ技術により、二酸化シ
リコンの場合は、バッファードフッ酸により、またモリ
ブデンシリサイドの場合は、CF4 +O2 ガスによりエ
ッチングして、共通電極17aの配線部および外部回路
接続部に対応する位置にマスクパターンを形成する(ス
テップST4)。By photolithography, etching is performed using buffered hydrofluoric acid in the case of silicon dioxide, or by using CF 4 + O 2 gas in the case of molybdenum silicide, so that the wiring portion of the common electrode 17a and the external circuit connection portion are etched. A mask pattern is formed at a corresponding position (step ST4).
【0047】このマスク形成に用いるエッチング剤は、
導電層13および層間絶縁層15に含まれる窒化アルミ
や酸化アルミをエッチングすることがなく、十分な選択
性を有するので、多層配線の信頼度を高いものとでき
る。The etching agent used for forming the mask is
Since the aluminum nitride and aluminum oxide contained in the conductive layer 13 and the interlayer insulating layer 15 are not etched and have sufficient selectivity, the reliability of the multilayer wiring can be increased.
【0048】その後、酸素雰囲気の熱処理炉を用いて、
略700℃で数時間、露出した導電層13を強制酸化す
ることにより、略1〜2μmの五酸化タンタルとアルミ
ナからなる層間絶縁層15を形成する(ステップST
5)。そして、前記マスク層14をエッチング除去する
ことにより、本発明の共通電極多層配線基板の製造が完
成する(ステップST6)。このとき、マスク層14の
材料にモリブデンシリサイドを用いた場合は、熱酸化後
も導電性を確保することができるので、マスク層14を
除去する必要がなく、これにより工程数低減を図ること
ができる。Then, using a heat treatment furnace in an oxygen atmosphere,
The exposed conductive layer 13 is forcibly oxidized at about 700 ° C. for several hours to form an interlayer insulating layer 15 made of tantalum pentoxide and alumina of about 1 to 2 μm in step ST.
5). Then, by removing the mask layer 14 by etching, the manufacture of the common electrode multilayer wiring board of the present invention is completed (step ST6). At this time, when molybdenum silicide is used as the material of the mask layer 14, the conductivity can be ensured even after thermal oxidation, so that it is not necessary to remove the mask layer 14, thereby reducing the number of steps. it can.
【0049】そして、この多層配線基板上に、前述した
ような製造工程により発熱抵抗体16、各電極17a、
17bおよび保護層18を積層およびパターン形成する
ことで図1および図2に示すようなリアルエッジサーマ
ルヘッドを製造する。Then, the heating resistor 16, the electrodes 17a, the electrodes 17a,
By stacking and patterning the protective layer 17b and the protective layer 18, a real edge thermal head as shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.
【0050】前述したサーマルヘッドは、個々のサーマ
ルヘッドの複数倍の面積を有する放熱基板11上に複数
のサーマルヘッドの保温層12、導電層13、層間絶縁
層15、発熱抵抗体16、共通電極17a、個別電極1
7b、保護層18を形成してなるサーマルヘッドユニッ
ト20を形成した後に、これらのサーマルヘッドユニッ
ト20を個々のサーマルヘッドブロック21,21に切
断して製造する。In the thermal head described above, a plurality of thermal heads 12, a conductive layer 13, an interlayer insulating layer 15, a heating resistor 16, a common electrode, and a plurality of thermal heads are provided on a heat radiating substrate 11 having a multiple area of each thermal head. 17a, individual electrode 1
7b, after forming the thermal head unit 20 on which the protective layer 18 is formed, these thermal head units 20 are cut into individual thermal head blocks 21 and 21 for manufacture.
【0051】以下、サーマルヘッドユニット20の切断
方法を図5および図6について説明する。The method of cutting the thermal head unit 20 will be described below with reference to FIGS.
【0052】本実施形態のサーマルヘッドの製造方法
は、複数のサーマルヘッドブロック21を有するサーマ
ルヘッドユニット20の切断工程にレーザ光を利用する
ものであり、前記レーザ光は、特にエキシマレーザ光を
用いた。The method of manufacturing a thermal head according to the present embodiment utilizes laser light in a cutting step of a thermal head unit 20 having a plurality of thermal head blocks 21. The laser light is preferably excimer laser light. Was.
【0053】エキシマレーザは、そのレーザ発振に用い
るガス種によって、XeClガスでは308nm、Kr
Fガスでは248nm、ArFガスでは193nmの波
長の紫外線を発するものである。一般にレーザ加工で
は、CO2 レーザやYAGレーザが使用されているが、
高熱スポットによる加工であるため被加工物に熱ダメー
ジを残したり、熱溶解飛散物が付着する等の不具合があ
るため、微細な加工には適さない。一方、エキシマレー
ザは紫外線レーザであり、被加工物を瞬時に分解、飛散
させ、除去するもので、熱作用が小さく加工品質が高い
特徴がある。The excimer laser is 308 nm in XeCl gas and Kr depending on the type of gas used for the laser oscillation.
The F gas emits ultraviolet light having a wavelength of 248 nm, and the ArF gas emits ultraviolet light having a wavelength of 193 nm. Generally, in laser processing, a CO 2 laser or a YAG laser is used.
Since the processing is performed by using a high heat spot, there is a problem that the workpiece is left with thermal damage, or a hot-melt scattered substance is attached, and is not suitable for fine processing. On the other hand, an excimer laser is an ultraviolet laser, which instantly decomposes, scatters, and removes a workpiece, and has a feature of a small heat effect and high processing quality.
【0054】本実施形態のサーマルヘッドの製造方法で
は、このエキシマレーザの特性を応用して、サーマルヘ
ッドユニット20の切断工程においてエキシマレーザ光
で切断部分に溝を形成した後、この溝の底部をダイシン
グにて切断するものである。In the method of manufacturing a thermal head according to the present embodiment, a groove is formed in a cut portion by excimer laser light in the cutting step of the thermal head unit 20 by applying the characteristics of the excimer laser, and then the bottom of the groove is formed. It is cut by dicing.
【0055】図5は、このサーマルヘッドユニット20
の切断工程を示す説明図である。FIG. 5 shows the thermal head unit 20.
It is explanatory drawing which shows the cutting process of.
【0056】すなわち、保護層18の形成が終了し、切
断工程に入る直前のサーマルヘッドの基板11を図5
(イ)に示す。これに対して、(ロ)に示すように、共
通電極17aの端部からの寸法aを適切に合わせた後、
KrFエキシマレーザ光Bを照射して、溝22を形成す
る。このときの溝22の深さは、基板11まで達するも
のとする。レーザの出力は10〜50Wが好適であっ
た。That is, after the formation of the protective layer 18 is completed, the substrate 11 of the thermal head immediately before the cutting step is started is removed as shown in FIG.
It is shown in (a). On the other hand, as shown in (b), after appropriately adjusting the dimension a from the end of the common electrode 17a,
The groove 22 is formed by irradiating the KrF excimer laser beam B. At this time, the depth of the groove 22 reaches the substrate 11. The output of the laser was preferably 10 to 50 W.
【0057】次に、(ハ)に示すように溝22の底部か
ら基板11の裏面までをCの方向からダイシング法にて
切断する。Next, as shown in (c), the section from the bottom of the groove 22 to the back surface of the substrate 11 is cut from the direction C by dicing.
【0058】この方法によって、切断時にサーマルヘッ
ドの膜積層部に加わる機械的な応力や熱応力が極めて軽
減できるので、チッピングやクラック等の不具合が皆無
になる。すなわち、従来、共通電極17aの端部から切
断面までの寸法aは最小でも20μmは必要であった
が、本実施形態の方法によって、数μmまで縮めること
が可能となる。また、レーザによる溝形成に要する時間
は1分から数分であり、研磨で同様のことを行なう場合
に比べて1/5〜1/10の時間短縮ができ、低コスト
を実現することができる。According to this method, mechanical stress and thermal stress applied to the film laminated portion of the thermal head at the time of cutting can be extremely reduced, so that defects such as chipping and cracks can be eliminated. That is, conventionally, the dimension a from the end to the cut surface of the common electrode 17a was required to be at least 20 μm, but by the method of the present embodiment, it can be reduced to several μm. Further, the time required for forming grooves by laser is one minute to several minutes, and the time can be reduced by 1/5 to 1/10 as compared with the case where the same is performed by polishing, and low cost can be realized.
【0059】また、図6(イ)は、前述の切断方法によ
り切断したサーマルヘッドを、主走査方向に連結して長
尺のサーマルヘッドを作った時の発熱部の平面図であ
り、(ロ)は、そのX−X’線に沿って割った場合の断
面図である。FIG. 6A is a plan view of a heat generating portion when a thermal head cut by the above-described cutting method is connected in the main scanning direction to form a long thermal head. ) Is a cross-sectional view taken along the line XX ′.
【0060】平面図(イ)に示したドットギャップG
は、発熱体密度が増していくにつれて小さくなり、現在
は20μm程度となっている。したがって、連結部23
においても両サーマルヘッドブロック21の発熱抵抗体
16の端部間の距離は20μm程度で仕上げなければな
らない。つまり、発熱抵抗体16の端部から10μm以
内のところで基板切断することが必要で、コスト面も考
慮すると、本発明による方法が有効である。The dot gap G shown in the plan view (a)
Becomes smaller as the heating element density increases, and is about 20 μm at present. Therefore, the connecting portion 23
In this case, the distance between the ends of the heating resistors 16 of both thermal head blocks 21 must be about 20 μm. That is, it is necessary to cut the substrate within 10 μm from the end of the heating resistor 16, and the method according to the present invention is effective in consideration of cost.
【0061】そして、本実施形態においては、図6
(ロ)の断面図から分かるように、積層膜のレーザ切断
面25と基板11の端面26を略同一面となるように基
板11部分のみを研磨する。この場合、基板11という
単一種の物質を研磨するので、短時間に高精度で処理す
ることができる。なお、基板11部分を斜めに研磨し
て、積層膜のレーザ切断面が最も突出した形状にするこ
とによって、連結し得るサーマルヘッドブロック21の
連結精度を高めることができる。In this embodiment, FIG.
As can be seen from the cross-sectional view (b), only the substrate 11 is polished so that the laser cut surface 25 of the laminated film and the end surface 26 of the substrate 11 are substantially the same. In this case, since a single kind of substance called the substrate 11 is polished, processing can be performed with high accuracy in a short time. The connection precision of the connectable thermal head blocks 21 can be increased by lapping the substrate 11 obliquely so that the laser cut surface of the laminated film is most protruded.
【0062】以上述べたように、本実施形態において
は、所望の印字信号に基づいて個別電極17bを介して
所望の発熱抵抗体16に通電した場合に、基板11の略
前面に共通電極17aと同じ作用の導電層13が配設さ
れているので、外部回路接続部としての導電パッド部1
3bから各発熱抵抗体16に対して均等な電圧を印加す
ることができるようになっており、印字濃度ムラを解消
することができる。As described above, in the present embodiment, when the desired heating resistor 16 is energized via the individual electrode 17b based on the desired print signal, the common electrode 17a Since the conductive layer 13 having the same function is provided, the conductive pad portion 1 as an external circuit connection portion is provided.
From 3b, a uniform voltage can be applied to each heating resistor 16, and print density unevenness can be eliminated.
【0063】また、通常、基板の縦横比が著しく大きく
なるラインサーマルヘッドにおいては、基板11の両端
部から電圧を印加したとき、基板11の中央部までの距
離が長いため、導電層13の抵抗値の増大により、基板
11内で電圧降下が発生して発熱抵抗体16の発熱温度
が低下して印字濃度ムラを発生させるが、本実施形態の
サーマルヘッドにおいては、サーマルヘッドの基板11
の全面に導電層13を敷設しているので、図2に示すよ
うに、共通電極17aの外部回路接続部となる導電パッ
ド部13bを基板11の上面の任意な箇所でとりだすこ
とが可能となり、共通電極17aの繋ぎを考慮しなくて
も、3本以上のサーマルヘッドを連結することが可能と
なる。つまり、前述のようなラインサーマルヘッドにお
いては、基板11の両端部だけでなく、基板11の中央
部からも電圧を印加できるようになり、各発熱抵抗体1
6に対して均一な電圧を印加するため、印字濃度ムラの
発生を解消することができる。In a line thermal head in which the aspect ratio of the substrate is significantly increased, when a voltage is applied from both ends of the substrate 11, the distance to the center of the substrate 11 is long. As the value increases, a voltage drop occurs in the substrate 11 and the heating temperature of the heating resistor 16 decreases, causing print density unevenness. In the thermal head of the present embodiment,
Since the conductive layer 13 is laid on the entire surface of the substrate 11, as shown in FIG. 2, the conductive pad portion 13b serving as an external circuit connection portion of the common electrode 17a can be taken out at an arbitrary position on the upper surface of the substrate 11, It is possible to connect three or more thermal heads without considering the connection of the common electrodes 17a. That is, in the line thermal head as described above, a voltage can be applied not only from both ends of the substrate 11 but also from the center of the substrate 11.
Since a uniform voltage is applied to 6, the occurrence of print density unevenness can be eliminated.
【0064】そして、本実施形態において、導電層13
として用いる金属の窒化物と金属との融合体膜は、低熱
伝導性および低熱膨張性を有し、基板との密着性に優
れ、高温アニールに耐えることができ、金属膜に比べて
熱伝導率が格段に小さく、サーマルヘッドの熱特性を低
下させることがないという利点がある。In the present embodiment, the conductive layer 13
A fusion film of a metal nitride and a metal used as a material has low thermal conductivity and low thermal expansion, has excellent adhesion to the substrate, can withstand high-temperature annealing, and has a higher thermal conductivity than the metal film. Has the advantage that the thermal characteristics of the thermal head are not reduced.
【0065】また、導電層13の熱酸化処理により五酸
化タンタルとアルミナからなる層間絶縁層15を形成し
て用いるようにしているので、デポ膜やコート膜で層間
絶縁層を形成した場合に発生する導電層13と発熱抵抗
体16とのピンホールやダストによる短絡をなくすこと
ができる。また、このような熱酸化処理により形成され
た層間絶縁層15は硬度が高く、取扱いで擦り傷が発生
しにくく、材料的にも、五酸化タンタルとアルミナは絶
縁性の信頼度が高いものとの定説を有している。しか
も、導電層13と層間絶縁層15は一体に形成されるた
め、絶縁性の他に密着性を著しく高めることが可能とな
る。さらに、熱酸化工程を通すことにより、基板11全
体を高温アニールすることになるため、多層配線基板の
機械的、熱的信頼度を確実なものとすることができる。Further, since the interlayer insulating layer 15 made of tantalum pentoxide and alumina is formed by thermal oxidation of the conductive layer 13 and used, a problem occurs when the interlayer insulating layer is formed by a deposition film or a coating film. A short circuit due to pinholes and dust between the conductive layer 13 and the heating resistor 16 can be eliminated. Further, the interlayer insulating layer 15 formed by such a thermal oxidation treatment has a high hardness, does not easily cause abrasion due to handling, and tantalum pentoxide and alumina have a high insulating reliability. Has a definitive theory. In addition, since the conductive layer 13 and the interlayer insulating layer 15 are formed integrally, it is possible to remarkably enhance the adhesiveness in addition to the insulating property. Furthermore, since the entire substrate 11 is annealed at a high temperature by passing through the thermal oxidation process, the mechanical and thermal reliability of the multilayer wiring substrate can be ensured.
【0066】また、熱酸化処理によって層間絶縁層15
を形成したとき、導電層13の導電接続パッド部13a
と層間絶縁層15の表面高さを略同一とすることがで
き、その上に形成する発熱抵抗体16と導電層13との
電気的な接続を確実に行なうことができる。The interlayer insulating layer 15 is formed by thermal oxidation.
Is formed, the conductive connection pad portion 13a of the conductive layer 13 is formed.
And the surface height of the interlayer insulating layer 15 can be made substantially the same, and the electrical connection between the heating resistor 16 formed thereon and the conductive layer 13 can be reliably performed.
【0067】したがって、本実施形態のサーマルヘッド
によれば、共通電極17aの配線部のスペースが極端に
小さくリアルエッジ化されても、基板11の略全面に共
通電極17aと同じ作用の導電層13が配設されている
ので、各発熱抵抗体16に対して電圧を均等に印加する
ことが可能となり、印字濃度ムラや電流容量不足による
不具合等を確実に防止することができ、適正なリアルエ
ッジ化を図ることができる。Therefore, according to the thermal head of this embodiment, even if the space of the wiring portion of the common electrode 17a is extremely small and is made to be a real edge, the conductive layer 13 having the same function as the common electrode 17a is formed on almost the entire surface of the substrate 11. Is provided, it is possible to evenly apply a voltage to each heating resistor 16, and it is possible to reliably prevent problems such as uneven printing density and insufficient current capacity, and Can be achieved.
【0068】このように、適正なリアルエッジ化を図る
ことが可能となるので、基板11の小型化を図り、製造
コストを低減させることができる。また、従来のライン
サーマルヘッドで使用できなかった樹脂系のインクリボ
ンが使用できるようになり、ラフ紙印字品位を顕著に改
善することができる。さらに、リアルエッジ化したサー
マルヘッドは、プラテンに対して発熱抵抗体16の圧接
圧の損失が少なくなり、省電力化を図ることができる。As described above, since it is possible to achieve an appropriate real edge, the size of the substrate 11 can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Further, a resin-based ink ribbon, which cannot be used in the conventional line thermal head, can be used, so that the printing quality of rough paper can be significantly improved. Further, in the thermal head having a real edge, the loss of the pressure contact pressure of the heating resistor 16 with respect to the platen is reduced, and power saving can be achieved.
【0069】また、レーザ加工を応用した基板の切断方
法によって、リアルエッジ化を実現させることができ、
ラフ紙や普通紙への高品質の印刷が可能となる。そして
さらに、この基板の切断方法によれば、切断面にチッピ
ングやクラック等を生じさせない精密な切断が可能であ
るので、発熱体密度の大きい高精細な連結型サーマルヘ
ッドを製造できるとともに、切断に要する時間が短時間
であるので、低コストで製造できるという効果を奏す
る。Further, real edge formation can be realized by a method of cutting a substrate using laser processing.
High quality printing on rough paper and plain paper becomes possible. Further, according to the method for cutting a substrate, precise cutting can be performed without causing chipping or cracking on the cut surface. Since the required time is short, there is an effect that it can be manufactured at low cost.
【0070】図7、図8は本発明のサーマルヘッドの第
2および第3実施形態を示すものであり、図9は本実施
形態のサーマルヘッドの多層配線基板の製造方法を示す
フローチャートである。FIGS. 7 and 8 show the second and third embodiments of the thermal head of the present invention, and FIG. 9 is a flow chart showing a method of manufacturing a multilayer wiring board for the thermal head of the present embodiment.
【0071】図7に示す第2実施形態においては、セラ
ミック等の絶縁性基板11上にガラス等からなる保温層
12が円弧状に突出形成されており、これらの基板11
および保温層12の上には抵抗体材料からなる導電層1
3が略3〜10μmの厚みに成膜されている。この導電
層13のサーマルヘッドの共通電極17aの配設部およ
び外部端子(図示せず)との接続部以外の部分の上面に
は、熱またはプラズマ酸化処理により、第一層間絶縁層
15aが略1〜2μmの厚みに形成されており、その他
の部分は導電層13上に耐酸化性を有するモリブデンシ
リサイドまたは二酸化シリコンからなる導電性または絶
縁性のマスク層14が積層されている。In the second embodiment shown in FIG. 7, a heat insulating layer 12 made of glass or the like is formed in an arc shape on an insulating substrate 11 made of ceramic or the like.
And a conductive layer 1 made of a resistor material on the heat insulating layer 12.
3 is formed to a thickness of approximately 3 to 10 μm. A first interlayer insulating layer 15a is formed on the upper surface of the conductive layer 13 other than the portion where the common electrode 17a of the thermal head is provided and the portion connected to an external terminal (not shown) by heat or plasma oxidation. It is formed to a thickness of about 1 to 2 μm, and a conductive or insulating mask layer 14 made of molybdenum silicide or silicon dioxide having oxidation resistance is laminated on the conductive layer 13 in other portions.
【0072】また、導電層13上の第一層間絶縁層15
aの上面には、シリコンまたはアルミの酸化物、窒化物
からなる第二層間絶縁層15bがスパッタリング等によ
り略0.1〜1.0μmの厚みに成膜され、その後、フ
ォトリソ技術でエッチングすることにより、導電性のマ
スク層14が露出されて、複層の層間絶縁層15a,1
5bが形成される。この場合、絶縁性のマスク層14を
形成した場合には、前記第1実施形態と同様に、マスク
層14の全部を除去する。The first interlayer insulating layer 15 on the conductive layer 13
On the upper surface of a, a second interlayer insulating layer 15b made of silicon or aluminum oxide or nitride is formed to a thickness of about 0.1 to 1.0 μm by sputtering or the like, and then etched by a photolithographic technique. As a result, the conductive mask layer 14 is exposed, and the multi-layered interlayer insulating layers 15a, 1 are exposed.
5b is formed. In this case, when the insulating mask layer 14 is formed, the entire mask layer 14 is removed as in the first embodiment.
【0073】また、この上には、Ta−SiO2 等から
なる発熱抵抗体16がスパッタリング等により成膜され
た後、フォトリソ技術でエッチングすることにより、複
数個の発熱抵抗体16が形成されている。各発熱抵抗体
10は、その両端部がそれぞれ前記導電性のマスク層1
4とと第2層間絶縁層15bの上側に位置するようにし
て形成されている。On this, a plurality of heating resistors 16 are formed by forming a heating resistor 16 made of Ta-SiO2 or the like by sputtering or the like and then etching the film by photolithography. . Both ends of each heating resistor 10 have the conductive mask layer 1
4 and the second interlayer insulating layer 15b.
【0074】また、これら各発熱抵抗体16の導電性マ
スク層14の側端部上面には、各発熱抵抗体16に接続
される高融点金属またはそのシリサイドからなる共通電
極17aが積層されており、前記発熱抵抗体16の第2
層間絶縁層15b側端部上面には、各発熱抵抗体16に
独立して通電を行なうための高融点金属またはそのシリ
サイドからなる個別電極17bとアルミニウム、銅、金
等からなる個別電極17cがそれぞれ接続されている。
ここで、共通電極17a側は多層配線化により個別電極
17cのような軟質の良導体材料を配設する必要がなく
硬質で薄い電極とすることができるため、極限に近くリ
アルエッジ化してもサーマルヘッドの印字耐久寿命の低
下を防止できる。Further, a common electrode 17a made of a refractory metal or a silicide thereof, which is connected to each of the heating resistors 16, is laminated on the upper surface of the side of the conductive mask layer 14 of each of the heating resistors 16. The second of the heating resistor 16
On the upper surface of the end portion on the side of the interlayer insulating layer 15b, there are provided an individual electrode 17b made of a refractory metal or a silicide thereof and an individual electrode 17c made of aluminum, copper, gold, or the like for independently supplying current to each heating resistor 16. It is connected.
Here, the common electrode 17a side can be formed as a hard and thin electrode without the need of disposing a soft good conductor material such as the individual electrode 17c by multi-layer wiring. Can be prevented from deteriorating the printing durability life.
【0075】さらに、これら発熱抵抗体16、共通電極
17a、個別電極17b、17cを保護する略5〜10
μmの厚みの保護層18が外部接続端子(図示せず)以
外の全ての表面を被覆するように形成されている。Further, the heating resistor 16, the common electrode 17a, and the individual electrodes 17b and 17c are protected by approximately 5-10
A protective layer 18 having a thickness of μm is formed so as to cover all surfaces except for external connection terminals (not shown).
【0076】図8に示す第3実施形態においては、発熱
抵抗体16と各電極17a、17bの形成順位を逆にし
たものであり、発熱抵抗体16の下層に高融点金属また
は高融点金属のシリサイドを略0.1〜0.5μmの厚
みにスパッタリング等により積層し、フォトリソ技術で
エッチングすることにより共通電極17aおよび個別電
極17bが形成される。その上面に発熱抵抗体材料を同
様に積層し、エッチングすることにより、発熱抵抗体1
6が形成される。その上面にアルミニウム、銅、金等か
らなる導体材料をスパッタリング等により積層し、フォ
トリソ技術でエッチングすることにより、個別電極17
cのみを形成したものである。このように軟質の電極材
料を用いず、共通電極17aは高融点金属またはそのシ
リサイドからなり、かつ、発熱抵抗体16の下にのみ薄
く形成することにより、リアルエッジサーマルヘッドの
共通電極17aにかかる印字集中荷重に対して、より耐
久寿命の高いものとなる。In the third embodiment shown in FIG. 8, the order of formation of the heating resistor 16 and the electrodes 17a and 17b is reversed, and the lower layer of the heating resistor 16 is made of a high melting point metal or a high melting point metal. The common electrode 17a and the individual electrode 17b are formed by laminating silicide to a thickness of approximately 0.1 to 0.5 μm by sputtering or the like and etching by photolithography. The heating resistor material is similarly laminated on the upper surface and etched to form the heating resistor 1.
6 are formed. A conductive material made of aluminum, copper, gold, or the like is laminated on the upper surface by sputtering or the like, and is etched by photolithography to form individual electrodes 17.
Only c was formed. As described above, the common electrode 17a is made of a refractory metal or a silicide thereof and is formed thinly only under the heating resistor 16 without using a soft electrode material, thereby covering the common electrode 17a of the real edge thermal head. The durable life is longer with respect to the printing concentrated load.
【0077】次に、第2および第3実施形態におけるリ
アルエッジサーマルヘッドの製造方法について、図9に
示す多層配線基板の製造工程を示すフローチャートを参
照して説明する。Next, a method of manufacturing a real edge thermal head according to the second and third embodiments will be described with reference to a flowchart showing a manufacturing process of a multilayer wiring board shown in FIG.
【0078】まず、図9において、アルミナ等からなる
平板状の基板11の上面に、上面が円弧状に形成された
ガラス等からなる保温層12を突出形成する(ステップ
ST1)。First, in FIG. 9, a heat insulating layer 12 made of glass or the like having an upper surface formed in an arc shape protrudes from the upper surface of a flat substrate 11 made of alumina or the like (step ST1).
【0079】次に、前記基板11および保温層12の上
面に高融点金属Ta、Cr、Mo、W、Ti、Zr、N
b、Hf、Vと絶縁物SiO2 、Si3 N4、Al2
O3、AlNの抵抗体サーメット、もしくは高融点金属
のホウ化物、窒化物、炭化物、ケイ化物の導電性セラミ
ックを略3〜10μmの薄膜にスパッタリング等により
成膜して、導電層13を形成する(ステップST2)。Next, the refractory metals Ta, Cr, Mo, W, Ti, Zr, and N are deposited on the upper surfaces of the substrate 11 and the heat insulating layer 12.
b, Hf, V and insulators SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2
A conductive layer 13 is formed by sputtering a resistor cermet of O 3 or AlN or a conductive ceramic of a high melting point metal such as boride, nitride, carbide, or silicide into a thin film having a thickness of approximately 3 to 10 μm. (Step ST2).
【0080】次に、前記導電層13の上面に耐熱性と耐
酸化性と導電性を有するモリブデンシリサイドまたは絶
縁性のSiO2 からなるマスク層14をスパッタリング
等により略0.1〜0.5μmの膜厚に積層形成する
(ステップST3)。Next, a mask layer 14 made of molybdenum silicide or insulating SiO 2 having heat resistance, oxidation resistance and conductivity is formed on the upper surface of the conductive layer 13 to a thickness of about 0.1 to 0.5 μm by sputtering or the like. A layer is formed to have a film thickness (step ST3).
【0081】次に、フォトリソ技術により共通電極17
aの配線部および外部端子(図示せず)との接続部に対
応する位置に、耐酸化マスクパターンを形成する(ステ
ップST4)。Next, the common electrode 17 is formed by photolithography.
An oxidation-resistant mask pattern is formed at a position corresponding to the wiring portion a and a connection portion with an external terminal (not shown) (step ST4).
【0082】次に、酸素雰囲気の熱処理(略700〜8
00℃で2〜6時間)またはプラズマ酸化処理により、
導電層13の表面を強制酸化して略1〜2μmの第一層
間絶縁層15aを形成する(ステップST5)。Next, heat treatment in an oxygen atmosphere (about 700 to 8)
2 hours at 00 ° C.) or by plasma oxidation treatment
The surface of the conductive layer 13 is forcibly oxidized to form a first interlayer insulating layer 15a of about 1 to 2 μm (step ST5).
【0083】次に、前記第一層間絶縁層15aの上面に
耐熱性と耐酸化性と絶縁性を有するSiO2 、Si3 N
4、Al2 O3、AlNのいずれかをスパッタリング等に
より略0.1〜1.0μmの膜厚に積層形成する(ステ
ップST6)。Next, SiO 2 , Si 3 N having heat resistance, oxidation resistance and insulating properties are formed on the upper surface of the first interlayer insulating layer 15a.
4. Any one of Al 2 O 3 and AlN is formed in a thickness of about 0.1 to 1.0 μm by sputtering or the like (step ST6).
【0084】次に、フォトリソ技術により共通電極17
aの配設部および外部端子(図示せず)との接続部に対
応する位置の絶縁膜をエッチングにより除去して、マス
ク層14の導電部を露出させることにより、本実施形態
の多層配線基板の製造が完成する(ステップST7)。Next, the common electrode 17 is formed by photolithography.
By removing the insulating film at a position corresponding to the arrangement portion a and the connection portion with the external terminal (not shown) by etching to expose the conductive portion of the mask layer 14, the multilayer wiring board of the present embodiment Is completed (step ST7).
【0085】その後、この多層配線基板の上に発熱抵抗
体16、各電極17a,17bおよび17cを形成し、
その上に保護層18を被覆することにより図7に示すよ
うなリアルエッジサーマルヘッドを製造することができ
る。After that, the heating resistor 16 and the electrodes 17a, 17b and 17c are formed on the multilayer wiring board.
By coating the protective layer 18 thereon, a real edge thermal head as shown in FIG. 7 can be manufactured.
【0086】また、この多層配線基板の上に、発熱抵抗
体16を形成する前に各電極17a、17bを高融点金
属またはそのシリサイドで略0.1〜0.5μmに形成
した上に、発熱抵抗体16、個別電極17cを形成し、
その上に保護層18を被覆することにより図8に示すよ
うなリアルエッジサーマルヘッドを製造することができ
る。Before the heating resistor 16 is formed on the multilayer wiring board, the electrodes 17a and 17b are formed of a refractory metal or a silicide thereof to a thickness of about 0.1 to 0.5 μm. Forming a resistor 16 and an individual electrode 17c;
By coating the protective layer 18 thereon, a real edge thermal head as shown in FIG. 8 can be manufactured.
【0087】次に、第2および第3実施形態の作用につ
いて説明する。Next, the operation of the second and third embodiments will be described.
【0088】本実施形態においては、所望の印字信号に
基づいて個別電極17b、17cを介して所望の発熱抵
抗体16に通電した場合に、基板11の略全面に共通電
極17aと同じ作用の導電層13が配設されているの
で、共通電極17aの他に前記導電層13を介して電流
が流れることとなり、各発熱抵抗体16に対して均等な
電圧を印加することができる。In the present embodiment, when a desired heating resistor 16 is energized through the individual electrodes 17b and 17c based on a desired print signal, a conductive material having the same action as the common electrode 17a is formed on substantially the entire surface of the substrate 11. Since the layer 13 is provided, current flows through the conductive layer 13 in addition to the common electrode 17a, so that a uniform voltage can be applied to each heating resistor 16.
【0089】この場合に、本実施形態においては導電層
13と発熱抵抗体16および各電極17a,17b、1
7cとの絶縁の信頼性を導電層13の表面を強制酸化し
て形成した絶縁性酸化物からなる第一層間絶縁層15a
を用いるようにしているので、導電層13のピンホール
内部も絶縁性を有することとなり、しかも導電層13と
一体に形成できるため、絶縁性、密着性の信頼性を高め
ることが可能となる。更に前記第一層間絶縁層15aの
上面には、シリコンまたはアルミニウムの酸化物または
窒化物からなる絶縁性、密着性に優れた第二層間絶縁層
15bが積層形成されて、複層の層間絶縁層15a、1
5bとしているため、本実施形態の多層配線基板は絶縁
性、密着性の信頼性を著しく高いものとすることができ
る。また、本実施形態においては、導電層13の表面を
酸化処理することにより、第一層間絶縁層15aを一体
に形成すること、および導電性のマスク層14を用いた
場合には、これも除去しないで用いることができるた
め、第一層間絶縁層15aの表面と導電層13の露出部
である導電性のマスク層14の表面との高さを略同一と
することができ、第二層間絶縁層15bの膜厚は略0.
1〜1.0μmの範囲の小さい段差状態でその上に発熱
抵抗体16や共通電極17aを形成することができるた
め、電気的な接続をより確実に行なうことができる。In this case, in this embodiment, the conductive layer 13, the heating resistor 16, and the electrodes 17a, 17b, 1
7c, the first interlayer insulating layer 15a made of an insulating oxide formed by forcibly oxidizing the surface of the conductive layer 13
Is used, the inside of the pinhole of the conductive layer 13 also has an insulating property, and since it can be formed integrally with the conductive layer 13, the reliability of the insulating property and adhesion can be improved. Further, on the upper surface of the first interlayer insulating layer 15a, a second interlayer insulating layer 15b made of an oxide or nitride of silicon or aluminum and having excellent insulation and adhesion is laminated and formed to form a multilayer interlayer insulating layer. Layers 15a, 1
5b, the multilayer wiring board of the present embodiment can have extremely high reliability of insulation and adhesion. In the present embodiment, the first interlayer insulating layer 15a is integrally formed by oxidizing the surface of the conductive layer 13, and when the conductive mask layer 14 is used, this is also applied. Since it can be used without being removed, the height of the surface of the first interlayer insulating layer 15a and the surface of the conductive mask layer 14 which is the exposed portion of the conductive layer 13 can be made substantially the same. The thickness of the interlayer insulating layer 15b is approximately 0.
Since the heating resistor 16 and the common electrode 17a can be formed thereon with a small step in the range of 1 to 1.0 μm, electrical connection can be performed more reliably.
【0090】また、本実施形態の導電層13には、高融
点金属のサーメットおよびセラミックからなる抵抗体材
料を用いているので、本質的に耐熱性、断熱性、密着性
に優れたものとなり、特に基板11の全面に形成しても
発熱素子の熱効率を低下させることはない。また、共通
電極17a側には、軟質の導体材料を配設しなくてよい
ため、極限に近くリアルエッジ化しても印字耐久寿命に
優れたサーマルヘッドとすることができる。Further, since the conductive layer 13 of the present embodiment uses a resistor material made of a cermet of a high melting point metal and a ceramic, the conductive layer 13 is essentially excellent in heat resistance, heat insulation and adhesion. In particular, even if it is formed on the entire surface of the substrate 11, the thermal efficiency of the heating element does not decrease. Further, since a soft conductive material does not need to be provided on the common electrode 17a side, a thermal head having excellent printing durability life can be obtained even if the real edge is formed near the limit.
【0091】したがって、本実施形態のリアルエッジサ
ーマルヘッドによれば、共通電極17aの配線部のスペ
ースが極限に近くリアルエッジ化されても、基板11の
略全面に共通電極17aと同じ作用の導電層13が配設
され、複層の層間絶縁層15a、15bを有するため、
各発熱抵抗体16に対して電圧を均等に印加することが
可能となり、印字濃度ムラや電流容量不足や電流リーク
による不都合等を確実に防止することができ、極限に近
いリアルエッジサーマルヘッドを歩留りよく製造するこ
とができる。Therefore, according to the real edge thermal head of this embodiment, even if the space of the wiring portion of the common electrode 17a is reduced to a real edge, the conductive surface having the same action as the common electrode 17a is formed on substantially the entire surface of the substrate 11. Since the layer 13 is provided and has a plurality of interlayer insulating layers 15a and 15b,
A voltage can be evenly applied to each of the heating resistors 16, and it is possible to reliably prevent problems such as uneven printing density, insufficient current capacity, and inconvenience due to current leakage. Can be manufactured well.
【0092】ちなみに、本実施形態のリアルエッジサー
マルヘッドのエッジ距離は、基板11の端部に配設され
た発熱素子の中心からインクリボンの引き剥がしを行な
う、基板11のエッジまでの距離をシリアルヘッドおよ
びラインヘッドのいずれにおいても、容易に100μm
以下とすることができる。その結果、従来にない新たな
改善効果が産み出されているものである。このように刻
限に近くリアルエッジ化を図ることが可能となるので、
基板11の小型化を図ることができ、製造コストを低減
させることができる。また、従来のラインサーマルヘッ
ドによっては使用できなかった樹脂系のインクリボンを
使用できるようになり、ラフ紙印字品位を顕著に改善す
ることができる。Incidentally, the edge distance of the real edge thermal head of the present embodiment is determined by serially calculating the distance from the center of the heating element disposed at the end of the substrate 11 to the edge of the substrate 11 at which the ink ribbon is peeled off. 100 μm easily in both head and line head
It can be: As a result, an unprecedented new improvement effect has been produced. In this way, it is possible to make a real edge near the time limit,
The size of the substrate 11 can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, a resin-based ink ribbon, which cannot be used with a conventional line thermal head, can be used, and the printing quality of rough paper can be significantly improved.
【0093】更に、極限に近くまでリアルエッジ化した
サーマルヘッドは、プラテンに対して発熱素子の圧接圧
の損失が著しく少なくなり、紙の繊維の凹凸を潰す作用
が増大してラフ紙印字品位を著しく改善するとともに、
転写効率が改善され省電力化を図ることができる。Further, in the thermal head having a real edge as close to the limit as possible, the loss of the pressure contact pressure of the heating element with respect to the platen is remarkably reduced, and the effect of crushing the irregularities of the fiber of the paper is increased. While improving significantly,
Transfer efficiency is improved, and power saving can be achieved.
【0094】また、図10は、本発明のサーマルヘッド
の第4実施形態を示すサーマルヘッドブロック21の断
面図である。FIG. 10 is a sectional view of a thermal head block 21 showing a fourth embodiment of the thermal head of the present invention.
【0095】本実施形態のサーマルヘッドブロック21
は、放熱基板11としてシリコンウエハを用い、かつ発
熱部11aを凸状に形成していること、およびその上に
保温層12を形成するが、これはシリコンの酸化物と金
属の融合体からなっていること、そして、発熱抵抗体1
6の下層に共通電極側下部電極層24aと個別電極側下
部電極層24bが形成されている点に特徴を有し、その
他については前述の第1実施形態と同様に構成されてい
る。The thermal head block 21 of the present embodiment
Is that a silicon wafer is used as the heat radiating substrate 11 and the heat generating portion 11a is formed in a convex shape, and the heat insulating layer 12 is formed on the heat generating portion 11a. And the heating resistor 1
6 in that a common electrode side lower electrode layer 24a and an individual electrode side lower electrode layer 24b are formed in a lower layer, and the other configuration is the same as that of the above-described first embodiment.
【0096】前記放熱基板11を構成するシリコンウエ
ハは、放熱基板11の材料として頻繁に用いられるアル
ミナセラミックスに比べて熱伝導率が5倍ほど大きいた
め放熱性が良好であり、サーマルヘッドの熱応答性が向
上し、高速駆動が可能になる。The silicon wafer constituting the radiating substrate 11 has a thermal conductivity approximately five times as large as that of alumina ceramics frequently used as a material of the radiating substrate 11, so that the silicon wafer has good heat radiation and the thermal response of the thermal head. Performance is improved, and high-speed driving becomes possible.
【0097】また、シリコンウエハは単結晶であること
から、異方性エッチングが可能である。そこで、この特
徴を利用して発熱部11aにあたる部分を凸状部を形成
することができる。異方性エッチングを用いるので凸形
状の寸法再現性は良好である。Further, since the silicon wafer is a single crystal, anisotropic etching can be performed. Therefore, by utilizing this feature, a portion corresponding to the heat generating portion 11a can be formed as a convex portion. Since anisotropic etching is used, the dimensional reproducibility of the convex shape is good.
【0098】次に、保温層12はシリコンの酸化物と金
属の酸化物の融合体からなっているが、この金属の酸化
物はタンタル酸化物およびタングステン酸化物が良好で
ある。また、膜形成にはスパッタリング法を用いれば、
膜厚のばらつきは±5%に抑えることができる。Next, the heat retaining layer 12 is made of a fusion of silicon oxide and metal oxide, and the metal oxide is preferably tantalum oxide and tungsten oxide. Also, if a sputtering method is used for film formation,
Variation in film thickness can be suppressed to ± 5%.
【0099】このように、本実施形態のサーマルヘッド
ブロック21は、3次元で寸法精度が高いことに加え、
保温層12の厚みで決まる熱特性も大多数のブロックで
揃っており、連結に際して組合わせ得るサーマルヘッド
ブロック21が容易に選択できることから、連結型サー
マルヘッドの生産性を向上させることができる。As described above, the thermal head block 21 according to the present embodiment has high three-dimensional dimensional accuracy,
The thermal characteristics determined by the thickness of the heat insulating layer 12 are also uniform in a large number of blocks, and the thermal head blocks 21 that can be combined at the time of connection can be easily selected, so that the productivity of the connection type thermal head can be improved.
【0100】また、前記下部電極層24は、モリブデン
の薄膜からなり、ドライエッチングによって形成され
る。よって、副走査方向の発熱抵抗体寸法が揃い、発熱
抵抗体の抵抗値のばらつきを抑えることができる。ま
た、本実施形態のように、下部電極層24を形成した場
合、電極層としては個別電極17bのみを形成し、共通
電極17aは設けなくてよい。つまり、構成としては、
共通電極側は下部電極層24aのみを配設し、導電層1
3と発熱抵抗体16とでこの共通電極側下部電極層24
aを挟持し、個別電極側は個別電極17aと下部電極2
4bとの2層で発熱抵抗体16を挟持するような構成と
なっている。これは、共通電極側下部電極層24aが導
電層13と電気的に接続しているのでさらに共通電極1
7aを設ける必要がなく、むしろ、共通電極側に電極層
として例えばアルミニウムのような柔らかな膜を配設し
ないことにより、この部分の機械的強度を増し、印刷時
に掛かる圧接力に対して膜剥離が生じない構造を実現し
たものである。The lower electrode layer 24 is made of a thin film of molybdenum and is formed by dry etching. Therefore, the size of the heating resistor in the sub-scanning direction is uniform, and variation in the resistance value of the heating resistor can be suppressed. When the lower electrode layer 24 is formed as in this embodiment, only the individual electrode 17b is formed as the electrode layer, and the common electrode 17a need not be provided. In other words, as a configuration,
On the common electrode side, only the lower electrode layer 24a is provided, and the conductive layer 1
3 and the heating resistor 16 to form the lower electrode layer 24 on the common electrode side.
a, the individual electrode side is the individual electrode 17a and the lower electrode 2
The heating resistor 16 is sandwiched between the two layers 4b and 4b. This is because the common electrode-side lower electrode layer 24a is electrically connected to the conductive layer 13 so that the common electrode 1
It is not necessary to provide 7a, but rather, by disposing a soft film such as aluminum as an electrode layer on the common electrode side, the mechanical strength of this portion is increased, and the film is peeled against the pressing force applied during printing. This realizes a structure in which no problem occurs.
【0101】このように、本実施形態のサーマルヘッド
によれば、サーマルヘッドの印字耐久性を向上させるこ
とができる。As described above, according to the thermal head of this embodiment, the print durability of the thermal head can be improved.
【0102】なお、本発明は前述した実施形態に限定さ
れるものではなく、必要に応じて変更することができ
る。Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as needed.
【0103】[0103]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、熱伝導性および熱膨張性の小さい、窒化物と金属の
融合体または酸化物と金属との融合体のサーメット材料
からなる導電層であるため、高温の熱酸化処理を行なっ
ても、基板との密着性に優れたものとなる。As described above, according to the present invention, according to the present invention, a conductive material made of a cermet material of a nitride-metal fusion or oxide-metal fusion, having low thermal conductivity and thermal expansion. Since the layer is a layer, even if a high-temperature thermal oxidation treatment is performed, the layer has excellent adhesion to a substrate.
【0104】また、サーマルヘッドの共通電極と同じ作
用の導電層を基板の全面に配設するようにしたので、各
発熱抵抗体に対して、均等な電圧を印加することがで
き、熱特性の低下や印字濃度のムラや電流容量不足や電
流リーク等による不具合等を確実に防止できるので、サ
ーマルヘッドのリアルエッジ化に適正に対応することが
できる。さらに、層間絶縁層を複層に形成すれば、絶縁
性の信頼性はより高くなる。Further, since a conductive layer having the same function as the common electrode of the thermal head is provided on the entire surface of the substrate, a uniform voltage can be applied to each heating resistor, and the thermal characteristics can be improved. Since defects such as reduction, unevenness of print density, insufficient current capacity, and current leak can be reliably prevented, it is possible to appropriately cope with real edge of the thermal head. Furthermore, if the interlayer insulating layer is formed in a plurality of layers, the reliability of the insulating property is further improved.
【0105】また、多層基板の製造工程において、前記
導電層を構成する窒化物(例えば、窒化アルミ)および
酸化物(例えば、酸化アルミ)がバッファードフッ酸や
CF4 +O2 ガス等のエッチング剤に対して、難エッチ
ング性であるので、導電層および層間絶縁層の損傷がな
く、高精度に熱酸化マスクおよび抵抗体パターンを形成
することができることにより、製造歩留りを高めること
ができる。In the manufacturing process of the multi-layer substrate, nitride (eg, aluminum nitride) and oxide (eg, aluminum oxide) constituting the conductive layer are converted into an etchant such as buffered hydrofluoric acid or CF 4 + O 2 gas. On the other hand, since it is difficult to etch, the thermal oxidation mask and the resistor pattern can be formed with high precision without damaging the conductive layer and the interlayer insulating layer, thereby increasing the production yield.
【0106】また、導電層の表面に耐酸化性のマスクを
形成して熱酸化するため、導電層と一体化した層間絶縁
層が形成されるので、導電層の露出部と層間絶縁層の段
差を極小化することができ、絶縁性、密着性および発熱
抵抗体との電気的導通性を確実なものとすることができ
る。さらに、層間絶縁層を形成する酸化工程時の高温ア
ニールにより、多層配線基板の機械的、熱的信頼性を高
いものとすることができる。Further, since an oxidation-resistant mask is formed on the surface of the conductive layer and thermally oxidized, an interlayer insulating layer integrated with the conductive layer is formed, so that a step between the exposed portion of the conductive layer and the interlayer insulating layer is formed. Can be minimized, and insulation, adhesion, and electrical conductivity with the heating resistor can be ensured. Further, the high-temperature annealing in the oxidation step of forming the interlayer insulating layer can increase the mechanical and thermal reliability of the multilayer wiring board.
【0107】また、本発明の多層配線基板を用いたリア
ルエッジサーマルヘッドとすることにより、共通電極の
外部回路接続部を少なくとも基板内に3ヵ所以上形成す
ることができ、印字濃度ムラや電流容量不足による不具
合等を確実に防止することができる。さらに、ラインサ
ーマルヘッド基板の小型化を図ることが可能となり製造
コストを低減させることができる。また、極限に近くリ
アルエッジ化しても、エッジ部の共通電供を硬質材料で
薄く形成することができるため、保護層と相俟って印字
寿命を長寿命とすることができる。また、リアルエッジ
化により樹脂系のインクリボンの使用が可能となり、イ
ンクリボンの適正化によりラフ紙印字品位を顕著に改善
することができる。さらに、プラテンに対する発熱抵抗
体の圧接圧の損失を著しく低減させることができ、紙の
繊維の凹凸を潰す作用が著しく増大して、特に、ラフ紙
印字品位が顕著に改善されるとともに、省電力化を図る
ことができる。Further, by using a real edge thermal head using the multilayer wiring board of the present invention, it is possible to form at least three or more external circuit connection portions of the common electrode in the substrate, and to achieve uneven printing density and current capacity. Insufficiency or the like due to shortage can be reliably prevented. Further, the size of the line thermal head substrate can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Further, even when the real edge is formed near the limit, the common power supply at the edge portion can be formed thinly with a hard material, so that the printing life can be extended with the protection layer. In addition, the real edge makes it possible to use a resin-based ink ribbon, and by optimizing the ink ribbon, the printing quality of rough paper can be significantly improved. Furthermore, the loss of the pressure contact pressure of the heating resistor to the platen can be significantly reduced, and the effect of crushing the irregularities of the paper fibers is significantly increased. Can be achieved.
【0108】また、レーザ加工を応用したサーマルヘッ
ドユニットの基板の切断方法によって、個々のサーマル
ヘッドブロックのリアルエッジ化を実現させることがで
き、ラフ紙や普通紙への高品質の印刷が可能となる。そ
してさらに、この基板の切断方法によれば、切断面にチ
ッピングやクラック等を生じさせない精密な切断が可能
であるので、発熱体密度の大きい高精細な連結型サーマ
ルヘッドを製造できるとともに、切断に要する時間が短
時間であるので、低コストで製造できるという効果を奏
する。Also, by realizing the real edge of each thermal head block by the method of cutting the substrate of the thermal head unit using laser processing, high quality printing on rough paper or plain paper is possible. Become. Further, according to the method for cutting a substrate, precise cutting can be performed without causing chipping or cracking on the cut surface. Since the required time is short, there is an effect that it can be manufactured at low cost.
【図1】 本発明の第1実施形態におけるサーマルヘッ
ドの断面図FIG. 1 is a sectional view of a thermal head according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の第1実施形態におけるサーマルヘッ
ドの平面図FIG. 2 is a plan view of the thermal head according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の第1実施形態における製造途中の多
層配線基板を示す断面図FIG. 3 is a cross-sectional view showing a multi-layer wiring board in the course of manufacture according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 第1実施形態におけるサーマルヘッドの多層
配線基板の製造方法を示すフローチャートFIG. 4 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a multilayer wiring board of the thermal head according to the first embodiment.
【図5】 (イ)切断工程に入る直前のサーマルヘッド
の基板を示す断面図 (ロ)レーザ光を照射して、溝を形成した状態を示す断
面図 (ハ)溝の底部から基板の裏面までをダイシング法にて
切断した状態を示す断面図5A is a cross-sectional view showing the substrate of the thermal head immediately before the cutting step is started. FIG. 5B is a cross-sectional view showing a state in which a groove is formed by irradiating a laser beam. Sectional view showing the state of cutting up to the dicing method
【図6】 (イ)主走査方向に連結するサーマルヘッド
の発熱部の平面図 (ロ)(イ)のX−X’線に沿った断面図6A is a plan view of a heat generating portion of the thermal head connected in the main scanning direction. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG.
【図7】 本発明の第2実施形態におけるサーマルヘッ
ドの断面図FIG. 7 is a sectional view of a thermal head according to a second embodiment of the present invention.
【図8】 本発明の第3実施形態のサーマルヘッドの断
面図FIG. 8 is a sectional view of a thermal head according to a third embodiment of the present invention.
【図9】 第2および第3実施形態におけるサーマルヘ
ッドの多層配線基板の製造方法を示すフローチャートFIG. 9 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a multilayer wiring board of a thermal head according to the second and third embodiments.
【図10】 本発明の第4実施形態を示すサーマルヘッ
ドの断面図FIG. 10 is a sectional view of a thermal head showing a fourth embodiment of the present invention.
【図11】 従来の一般的なサーマルヘッドの構成を示
す断面図FIG. 11 is a sectional view showing the configuration of a conventional general thermal head.
【図12】 従来の連結型サーマルヘッドの構成を示す
平面図FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a conventional connection type thermal head.
11 基板 11a 発熱部 12 保温層 13 導電層 13a 導電パッド部 14 マスク層 15 層間絶縁層 15a 第一層間絶縁層 15b 第二層間絶縁層 16 発熱抵抗体 17 電極 17a 共通電極 17b 個別電極 18 保護層 19a 共通電極外部回路接続部 19b 個別電極外部回路接続部 20 サーマルヘッドユニット 21 サーマルヘッドブロック 22 溝 23 連結部 24 下部電極層 24a 共通電極側下部電極層 24b 個別電極側下部電極層 25 レーザ切断面 26 端面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 11a Heating part 12 Heat insulating layer 13 Conductive layer 13a Conductive pad part 14 Mask layer 15 Interlayer insulating layer 15a First interlayer insulating layer 15b Second interlayer insulating layer 16 Heating resistor 17 Electrode 17a Common electrode 17b Individual electrode 18 Protective layer 19a Common electrode external circuit connection portion 19b Individual electrode external circuit connection portion 20 Thermal head unit 21 Thermal head block 22 Groove 23 Connecting portion 24 Lower electrode layer 24a Common electrode side lower electrode layer 24b Individual electrode side lower electrode layer 25 Laser cut surface 26 End face
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−32630(JP,A) 特開 平5−50628(JP,A) 特開 平5−104760(JP,A) 特開 平5−162349(JP,A) 特開 平5−286995(JP,A) 特開 平5−261948(JP,A) 特開 平6−106758(JP,A) 特開 昭57−79641(JP,A) 特開 昭58−131761(JP,A) 特開 平2−94563(JP,A) 特開 平5−221000(JP,A) 特開 平5−330110(JP,A) 特開 昭63−49451(JP,A) 特開 平5−301364(JP,A) 特開 平6−115133(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-7-32630 (JP, A) JP-A-5-50628 (JP, A) JP-A-5-104760 (JP, A) 162349 (JP, A) JP-A-5-286995 (JP, A) JP-A-5-261948 (JP, A) JP-A-6-106758 (JP, A) JP-A-57-79641 (JP, A) JP-A-58-131761 (JP, A) JP-A-2-94563 (JP, A) JP-A-5-221000 (JP, A) JP-A-5-330110 (JP, A) JP-A-63-49451 (JP, A) JP-A-5-301364 (JP, A) JP-A-6-115133 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B41J 2/335
Claims (5)
層、発熱抵抗体、共通電極、個別電極および保護層を積
層してなるサーマルヘッドであって、前記導電層は、窒
化物または酸化物と金属との融合体からなり共通電極と
電気的に接続されており、前記層間絶縁層は、少なくと
も前記導電層の酸化膜をもって形成されており、前記導
電層の酸化膜を第一層間絶縁層とし、この第一層間絶縁
層の上に積層された絶縁性セラミックを第二層間絶縁層
とする複層の層間絶縁層であることを特徴とするサーマ
ルヘッド。 1. A heat insulating layer, a conductive layer, and an interlayer insulating layer on a heat radiating substrate.
Layer, heating resistor, common electrode, individual electrode and protective layer.
A thermal head comprising:
And a common electrode consisting of a fusion of
Are electrically connected, and the interlayer insulating layer is at least
Is also formed with an oxide film of the conductive layer.
The oxide film of the electric layer is used as a first interlayer insulating layer, and the first interlayer insulating layer
Insulating ceramic laminated on top of the second interlayer insulating layer
Characterized in that it is a multi-layered interlayer insulating layer.
Head.
物、シリコンの酸化物、アルミニウムの窒化物およびア
ルミニウムの酸化物のうちの少なくとも一種からなるこ
とを特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。Wherein said second interlayer insulating layer, a nitride of silicon, oxide of silicon, according to claim 1, characterized in that it consists of at least one of a nitride and aluminum oxide in the aluminum Thermal head.
温層を突出形成し、この基板および保温層の上面に抵抗
体材料からなる導電層を積層する工程と、 この導電層上に耐酸化性のマスク層を積層する工程と、 このマスク層の共通電極およびこの共通電極の外部回路
接続部の形成位置に対応する位置にマスクパターンを形
成する工程と、 前記マスクパターンによるマスク層形成部分以外の導電
層の表面に酸化雰囲気中で熱またはプラズマ酸化して第
一層間絶縁層を形成する工程と、 この第一層間絶縁層上に絶縁性セラミック材料からなる
絶縁層を積層し、共通電極およびこの共通電極の端子部
の形成位置に対応する位置をフォトリソ技術でエッチン
グして前記導電層を露出させて、第二層間絶縁層を形成
する工程と、 両端部がそれぞれ前記第二層間絶縁層および前記導電層
の上側に位置するように所定の発熱抵抗体を形成する工
程と、 この発熱抵抗体の上面の前記第二層間絶縁層側の端部に
個別電極を形成するとともに、前記導電層側の端部に共
通電極を形成する工程と、 これらの最上面に保護層を積層形成する工程とからなる
ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。3. A step of projecting a heat insulating layer at a position corresponding to a heat generating portion on a heat radiating substrate, laminating a conductive layer made of a resistor material on the substrate and the upper surface of the heat insulating layer, and forming an acid-resistant layer on the conductive layer. Laminating a maskable layer, a step of forming a mask pattern at a position corresponding to a formation position of a common electrode of the mask layer and an external circuit connecting portion of the common electrode, and a mask layer forming portion by the mask pattern A step of forming a first interlayer insulating layer by heat or plasma oxidation in an oxidizing atmosphere on the surface of the conductive layer other than the above, laminating an insulating layer made of an insulating ceramic material on this first interlayer insulating layer, A step of etching the position corresponding to the formation position of the common electrode and the terminal portion of the common electrode by photolithography to expose the conductive layer to form a second interlayer insulating layer; Forming a predetermined heating resistor so as to be located above the two interlayer insulating layers and the conductive layer; and forming an individual electrode at an end of the upper surface of the heating resistor on the side of the second interlayer insulating layer. Forming a common electrode at an end on the conductive layer side; and laminating and forming a protective layer on the uppermost surface of the common electrode.
コンで形成されることを特徴とする請求項3に記載のサ
ーマルヘッドの製造方法。Wherein said oxidation-resistant mask layer, manufacturing method for a thermal head according to claim 3, characterized in that it is formed of silicon dioxide.
リサイドで形成されることを特徴とする請求項3に記載
のサーマルヘッドの製造方法。Wherein said oxidation-resistant mask layer, manufacturing method for a thermal head according to claim 3, characterized in that it is formed of molybdenum silicide.
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