JPS5946791B2 - thermal head - Google Patents
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- JPS5946791B2 JPS5946791B2 JP52057936A JP5793677A JPS5946791B2 JP S5946791 B2 JPS5946791 B2 JP S5946791B2 JP 52057936 A JP52057936 A JP 52057936A JP 5793677 A JP5793677 A JP 5793677A JP S5946791 B2 JPS5946791 B2 JP S5946791B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、硼化物を用いたサーマルヘッドに関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a thermal head using boride.
サーマルヘッドは例えばガラスのような電気的な絶縁性
と平滑面とを有する基板上に複数個の電気抵抗発熱体と
、この抵抗発熱体に電力を供給するための電気導体とを
設け、記録すべき情報に従つて必要な熱パターンが得ら
れるように、対応する抵抗発熱体に電気導体を通して電
流を流して発熱させ、記録媒体に接触することにより記
録を行なうものである。A thermal head is a device that records data by installing a plurality of electrical resistance heating elements and an electrical conductor for supplying power to the resistance heating elements on a substrate having electrical insulation properties and a smooth surface, such as glass. Recording is performed by passing a current through an electric conductor through a corresponding resistance heating element to generate heat so that a necessary thermal pattern can be obtained according to the information to be generated, and the resistive heating element is brought into contact with a recording medium.
そこに用いられる抵抗発熱体としては、従来窒化タンタ
ル、ニクロム等の薄膜抵抗体、銀−パラジウム等を用い
た厚膜抵抗体、シリコン半導体を用いた半導体抵抗体が
ある。このうち薄膜抵抗体を用いたサーマルヘッドは厚
膜抵抗体、半導体抵抗体等と比較して熱応答性がよく耐
熱性、耐熱衝撃性に優れ、寿命が長く、信頼性が高い等
の特徴を有している。この薄膜抵抗体としては、従来、
窒化タンタル抵抗体が耐熱性に優れ、信頼性も高く、又
固有抵抗値も250〜300μΩ訓と比較的高い値で製
造の制御性もよいため、特に多く用いられている。し力
化ながら、窒化タンタル薄膜抵抗体の面積抵抗は、通常
50Ω/□前後で、サーマルヘッドとして特に大きくし
た場合でも150Ω/□程度であり、更に抵抗値を大き
くするためにはトリミングを行なつたり、膜厚を薄くす
る等の方法を用いるが、その際製造工程が複雑になつた
り、寿命に対して悪影響を生じたりする等の欠点が発生
する。Conventional resistance heating elements used therein include thin film resistors made of tantalum nitride, nichrome, etc., thick film resistors made of silver-palladium, etc., and semiconductor resistors made of silicon semiconductor. Among these, thermal heads using thin film resistors have characteristics such as better thermal response, superior heat resistance and thermal shock resistance, longer life, and higher reliability than thick film resistors, semiconductor resistors, etc. have. Conventionally, this thin film resistor is
Tantalum nitride resistors are particularly widely used because they have excellent heat resistance, are highly reliable, have a relatively high specific resistance value of 250 to 300 μΩ, and have good manufacturing controllability. However, the sheet resistance of a tantalum nitride thin film resistor is usually around 50Ω/□, and even when it is made especially large for a thermal head, it is around 150Ω/□, and in order to further increase the resistance value, it must be trimmed. However, there are drawbacks such as complicating the manufacturing process and adversely affecting the service life.
このように窒化タンタル薄膜抵抗体では面積抵抗を大き
くとれないため、抵抗体を加熱するだけの電力を供給す
るためには必然的に電流が大きくなり、電気導体の抵抗
値が問題になる。As described above, tantalum nitride thin film resistors cannot have a large sheet resistance, so in order to supply enough power to heat the resistor, a large current is inevitably required, and the resistance value of the electrical conductor becomes a problem.
即ち、薄膜抵抗体の抵抗値に対して電気導体の抵抗値が
無視できなくなるから、抵抗体に接続された各電気導体
の距離の差異により各抵抗体の発熱量が異つてしまい、
記録パターンに濃度差が生じ記録品質が劣る。更に記録
密度を上げるため、薄膜抵抗体の大きさを小さくすると
、薄膜抵抗体の面積抵抗値は不変で電気導体の抵抗値の
み増大するから、電気導体における電力消費が問題にな
るし、又これを避けるために電気導体の厚さを極端に大
きくすると構造上大きな不都合が生じることになる。又
電流が大きいことは加熱用電源、スイッチング回路等の
容量を大きくしなければならない等の不都合も生じる。
更に、ニクロム、タングステン等の薄膜抵抗体と比較し
ては窒化タンタル薄膜抵抗体は耐熱性、信頼性等が優れ
ているが、耐酸化性においては約3000C以上では急
激に酸化され、その抵抗値が急激に増加し、印字濃度を
劣化させる欠点がある。一般にはこの欠点を補うため酸
化シリコンSiO2の耐酸化層を設け、更にその上に耐
摩耗層(Ta2O5の酸化タンタノりを設けてサーマル
ヘツドに使用されているので、工程が増えてコストがか
かり管理も難しかつた。更に、印字の高速化のために通
電パルスを短×したときに、薄膜発熱体の発生する熱の
記録媒体への伝導度が悪くなるという問題もあつた。ま
た、特開昭52−109947号公報に記載されたサー
マルヘツド用抵抗発熱体は、Ti,MO,W,V,Nb
,Zr,Taなどの硅化物、炭化物、硼化物、窒化物ま
たはニクロム、カルタンという低抵抗の硬質耐熱材料と
、SlO2,ZrO2,ThO2,MgOなどの酸化物
、ガラス、Si3N4やAINの窒化物またはSiなど
の高抵抗単体元素のいずれか1つまたはこれらの混合物
である電気的絶縁材料とを混合したものである。従来は
、抵抗値を上げるために、抵抗体材料と高抵抗の材料を
混合しなければならないと考えられていた。In other words, since the resistance value of the electrical conductor cannot be ignored compared to the resistance value of the thin film resistor, the amount of heat generated by each resistor will differ due to the difference in the distance between each electrical conductor connected to the resistor.
A difference in density occurs in the recorded pattern, resulting in poor recording quality. Furthermore, if the size of the thin film resistor is reduced in order to increase the recording density, the sheet resistance value of the thin film resistor remains unchanged and only the resistance value of the electrical conductor increases, so power consumption in the electrical conductor becomes a problem. If the thickness of the electrical conductor is made extremely large in order to avoid this, major structural problems will occur. In addition, the large current also causes disadvantages such as the need to increase the capacity of the heating power source, switching circuit, etc.
Furthermore, compared to thin film resistors such as nichrome and tungsten, tantalum nitride thin film resistors have superior heat resistance and reliability, but in terms of oxidation resistance, they oxidize rapidly at temperatures above about 3000C, and their resistance value decreases. There is a drawback that the amount increases rapidly and the print density deteriorates. Generally, in order to compensate for this drawback, an oxidation-resistant layer of silicon oxide (SiO2) is provided, and a wear-resistant layer (a tantananoyl oxide of Ta2O5) is provided on top of that for use in thermal heads, which increases the number of steps, increases costs, and increases management costs. Furthermore, when the energizing pulse was shortened to speed up printing, there was a problem that the conductivity of the heat generated by the thin film heating element to the recording medium deteriorated. The resistance heating element for a thermal head described in Japanese Patent No. 52-109947 includes Ti, MO, W, V, and Nb.
, Zr, Ta and other silicides, carbides, borides, nitrides, and low resistance hard heat-resistant materials such as nichrome and cartan; oxides such as SlO2, ZrO2, ThO2, and MgO, glass, and nitrides such as Si3N4 and AIN. It is a mixture of any one of high-resistance elemental elements such as Si or an electrically insulating material that is a mixture thereof. Conventionally, it was thought that in order to increase the resistance value, it was necessary to mix the resistor material with a high-resistance material.
特開昭52〜109947号公報に記載されたサーマル
ヘツド用抵抗発熱体も上記の考え方に基づいてなされた
ものである。しかし、抵抗体材料と高抵抗の材料を混合
する場合、混合比や混合状態のちよつとした変動により
比抵抗が大きく変わるので、抵抗値の再現性に大きな問
題があつた。The resistance heating elements for thermal heads described in Japanese Patent Application Laid-open Nos. 52-109947 were also developed based on the above concept. However, when a resistor material and a high-resistance material are mixed, the specific resistance changes greatly due to slight fluctuations in the mixing ratio and mixing state, which poses a major problem in the reproducibility of the resistance value.
本発明は、上記の点を改良したサーマルヘツドを提供す
ることを目的とし、その特徴とするところは、電気抵抗
発熱体として硼化物を使用したサーマルヘツド、更には
前記発熱体を覆う保護膜との組合わせにある。An object of the present invention is to provide a thermal head that improves the above points, and is characterized by a thermal head that uses boride as an electrical resistance heating element, and further includes a protective film that covers the heating element. It is a combination of
以下、図面を参照しながら詳細に説明する。A detailed description will be given below with reference to the drawings.
第1図は本発明に適用するサーマルヘツドの形状例の断
面図である。同図中の1はセラミツクスガラスあるいは
、クレーストセラミックスのような電気的な絶縁物で形
成された基板である。2は硼化物の薄膜抵抗体よりなる
電気抵抗発熱体である。FIG. 1 is a sectional view of an example of the shape of a thermal head applied to the present invention. Reference numeral 1 in the figure is a substrate made of an electrically insulating material such as ceramic glass or crystal ceramics. 2 is an electrical resistance heating element made of a boride thin film resistor.
3は該薄膜抵抗体に電力を供給するための電気導体で、
アルミニユウム、金等の電気良導体で形成される。3 is an electric conductor for supplying power to the thin film resistor;
It is made of a good electrical conductor such as aluminum or gold.
前記の薄膜抵抗体に適用する硼化物には、硼化ジルコニ
ウム、硼化ランタン、硼化チタン等があり、これらを材
料としてスパツタリング又は電子ビーム蒸着により基板
上に電気抵抗発熱体を形成するものである。例えば、硼
化ジルコニウム抵抗体はスパツタリング電子ビーム蒸着
、イオンプレーテイング、フラツシユ蒸着、CVD法等
によつて作られるが、スパツタリング又は電子ビーム蒸
着により形成したジルコニウム硼化物薄膜抵抗体は50
0〜5×103μΩ?の範囲で固有抵抗を変化させるこ
とが可能であり従来の窒化タンタル薄膜抵抗体が250
〜300μΩ?であるのに対し、2倍以上の抵抗値が可
能でありサーマルヘツドとして極めて良好な抵抗体であ
る。第2図は本発明に適用するサーマルヘツドの他の形
状例の要部断面図である。同図中、第1図に示したもの
と同様のものには同じ符号が付けられている。又4は薄
膜抵抗体及び電気導体の保護層で、例えば酸化マグネシ
ウム、酸化アルミニウム酸化タンタル等が用いられ、こ
れによつてサーマルヘツドの寿命を一層長くすることが
できる。上述の第1図、第2図に示した形状のサーマル
ヘツドを複数個並置してフアクシミリの印字等に用いる
ことができる。次に実施例に基づいて説明する。Borides used in the thin film resistor include zirconium boride, lanthanum boride, titanium boride, etc., and electrical resistance heating elements are formed on the substrate by sputtering or electron beam evaporation using these materials. be. For example, zirconium boride thin film resistors are made by sputtering electron beam evaporation, ion plating, flash evaporation, CVD methods, etc., but zirconium boride thin film resistors formed by sputtering or electron beam evaporation are
0~5×103μΩ? It is possible to change the specific resistance within the range of 250
~300μΩ? However, it is possible to have a resistance value of more than twice that, making it an extremely good resistor as a thermal head. FIG. 2 is a sectional view of a main part of another example of the shape of the thermal head applied to the present invention. In the figure, parts similar to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals. Reference numeral 4 designates a protective layer for the thin film resistor and electric conductor, for example, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, etc., which can further extend the life of the thermal head. A plurality of thermal heads having the shapes shown in FIGS. 1 and 2 described above can be arranged side by side and used for facsimile printing, etc. Next, an explanation will be given based on an example.
(実施例 1)
硼化ジルコニウムZrB2を試料として電子ビーム蒸着
装置で真空度約2X10−5mmHgでクレーストセラ
ミックス上に1200A蒸着させた。(Example 1) A sample of zirconium boride, ZrB2, was evaporated at 1200A onto claest ceramics using an electron beam evaporator at a vacuum degree of about 2 x 10-5 mmHg.
このときの面積抵抗値は60Ω/口であつた。比較のた
めに高周波2極の反応性スパツタリングによつてタンタ
ルをターゲツトとし、アルゴンと窒素のトータル圧力が
3X10−2龍Hg、窒素の分圧が1×10−4m7!
LHgの条件で1200Aの厚さの薄膜を有するサーマ
ル・\ツドを作成した。この薄膜をX線回折で分析した
ところTa2Nであつた。又面積抵抗値は20Ω/口で
あつた。このように作成したサーマルヘツドに対して−
定温度(30『C,4O『C,5OO′C)で長時間加
熱したときの抵抗変化率(ト)を測定し、その結果を第
3図に示す。同図中縦軸が抵抗変化率、横軸が加熱時間
で、A1は300℃のときの硼化ジルコニウム、A2は
400℃のときの硼化ジルコニウム、A3は500℃の
ときの硼化ジルコニウム、B1は300℃のときの窒化
タンタル、B2は4000Cのときの窒化タンタルを示
す。同図から明らかなように、本発明に係る硼化ジルコ
ニウム薄膜抵抗体を使つたサーマルヘツドは、300ウ
C,400℃のときには抵抗値がほとんど変化しなかつ
た。The sheet resistance value at this time was 60Ω/mouth. For comparison, tantalum was targeted by high-frequency bipolar reactive sputtering, and the total pressure of argon and nitrogen was 3 x 10-2 Hg, and the partial pressure of nitrogen was 1 x 10-4 m7!
A thermal film with a thickness of 1200A was prepared under LHg conditions. When this thin film was analyzed by X-ray diffraction, it was found to be Ta2N. Also, the sheet resistance value was 20Ω/mouth. For the thermal head created in this way -
The rate of change in resistance (g) when heated at a constant temperature (30'C, 4O'C, 5OO'C) for a long time was measured, and the results are shown in FIG. In the figure, the vertical axis is the resistance change rate, the horizontal axis is the heating time, A1 is zirconium boride at 300°C, A2 is zirconium boride at 400°C, A3 is zirconium boride at 500°C, B1 indicates tantalum nitride at 300°C, and B2 indicates tantalum nitride at 4000C. As is clear from the figure, the resistance value of the thermal head using the zirconium boride thin film resistor according to the present invention hardly changed at 300°C and 400°C.
これに対して比較例の窒化タンタルを使つたサーマルヘ
ツドは300℃においてすら、時間とともに酸化がかな
り進行し、抵抗値が変化してしまつた。実際にサーマル
ヘツドとして用いる場合には300℃以上に発熱するの
で、硼化ジルコニウム薄膜抵抗体をサーマルヘツドに使
用した場合には窒化タンタルに比してはるかに寿命の長
い安定した発熱を行なう。(実施例 2)
実施例1で作成したジルコニウム硼化物薄膜を有するサ
ーマルヘツドA,l並びに該サーマルヘツドに保護層と
して電子ビーム蒸着で酸化タンタル、酸化アルミニウム
、酸化マグネシウム、をそれぞれ設けたものAl2,A
l3,Al4を用意した。On the other hand, in the thermal head using tantalum nitride as a comparative example, oxidation progressed considerably over time even at 300° C., and the resistance value changed. When actually used as a thermal head, it generates heat of 300° C. or more, so when a zirconium boride thin film resistor is used in a thermal head, it generates stable heat with a much longer lifespan than tantalum nitride. (Example 2) Thermal heads A and l having the zirconium boride thin film prepared in Example 1, and the thermal heads provided with protective layers of tantalum oxide, aluminum oxide, and magnesium oxide, respectively, by electron beam evaporation Al2, A
13 and Al4 were prepared.
これらの保護層の膜厚はそれぞれ、酸化マグネシウム膜
4μ、酸化アルミニウム膜10μ、酸化タンタル膜6μ
であつた。また比較のために、実施例1の窒化タンタル
薄膜抵抗体を有するサーマルヘツドBll並びに、該サ
ーマルヘツドに6μ厚の酸化タンタル保護層を設けたも
のB,2と、酸化シリコン膜を2μ設け更にその上に6
μ厚の酸化タンタル膜を設けた2層構成の保護層を有す
るものBl3を用意した。The film thicknesses of these protective layers are a magnesium oxide film of 4μ, an aluminum oxide film of 10μ, and a tantalum oxide film of 6μ.
It was hot. For comparison, a thermal head Bll having a tantalum nitride thin film resistor of Example 1, a thermal head B and 2 in which a tantalum oxide protective layer with a thickness of 6 μm was provided on the thermal head, and a silicon oxide film provided with a 2 μm thick silicon oxide film and 6 on top
Bl3 having a two-layer protective layer provided with a μ-thick tantalum oxide film was prepared.
用意されたこれらのサーマルヘツドに対して、パルス幅
6ms50Hzの繰り返し電圧を印加し、その供給電力
を30分に1watt/M77lずつ増加さ△Rせたと
きの抵抗変化率−の変化を測定した結果Rを第4図に示
す。The results of measuring the change in resistance change rate when a voltage with a pulse width of 6 ms and 50 Hz was repeatedly applied to these prepared thermal heads, and the supplied power was increased by 1 watt/M77 l every 30 minutes (ΔR). R is shown in FIG.
ジルコニウム硼化物薄膜抵抗体は窒化タンタル薄膜抵抗
体と比べて単位面積当り約1.5倍近くの電力を供給で
きる。又保護層を用いると改善されるが、ジルコニウム
硼化物薄膜抵抗体は一層の保護層でも、二層の保護層を
もつ窒化タンタル薄膜よりも優れ、一層の保護層を有す
る窒化タンタル薄膜よりはるかに優れていた。この最大
供給電力の増大は定電力駆動の場合、発熱現象にともな
う抵抗体の劣化が軽減されることを意味する。通常、感
熱記録紙への熱エネルギー伝達に際しての供給電力は接
触圧により異なるが大体11〜14W/M77lで十分
であるから窒化タンタル薄膜抵抗体の場合は酸化防止保
護層が必須のものであるのに対しジルコニウム硼化物薄
膜抵抗体の場合は耐酸化保護層を用いなくても十分印字
でき、保護層があると更に寿命がのびることがわかる。
(実施例 3)
実施例2で用意したのと同じ保護層を有するサーマルヘ
ツドに対して、感熱記録紙との接触圧約6009/〜で
耐摩耗試験を行なつた。A zirconium boride thin film resistor can supply approximately 1.5 times as much power per unit area as a tantalum nitride thin film resistor. Although improvements can be made with the use of a protective layer, zirconium boride thin film resistors even with a single protective layer are superior to tantalum nitride thin films with two protective layers, and much better than tantalum nitride thin films with a single protective layer. It was excellent. This increase in the maximum power supply means that in the case of constant power driving, deterioration of the resistor due to heat generation phenomenon is reduced. Normally, the power supplied when transmitting thermal energy to thermal recording paper varies depending on the contact pressure, but approximately 11 to 14 W/M77L is sufficient, so in the case of tantalum nitride thin film resistors, an oxidation-preventing protective layer is essential. On the other hand, in the case of a zirconium boride thin film resistor, it can be printed satisfactorily without the use of an oxidation-resistant protective layer, and it can be seen that the presence of a protective layer further extends the service life.
(Example 3) A thermal head having the same protective layer as that prepared in Example 2 was subjected to an abrasion resistance test at a contact pressure of about 6009/~ with thermal recording paper.
その結果、保護層の摩耗度は酸化マグネシウム0.1μ
/1c1n、酸化アルミニウム0.8μ/1CffL、
酸化タンタル0.2μ/1CInで非常にすぐれていた
。(実施例 4)
実施例2で用意したのと同じ保護層を有する硼化ジルコ
ニウム薄膜抵抗体を用いたサーマルヘツドを6ms15
0Hz12Watt/MTILで7500万回(記録紙
の走行距離は約10−)の印字テスト△Rを行なつた結
果、抵抗体の抵抗変化率(−T)はいずれも2%以下で
、保護層のはがれはなく、摩耗も印字に対して悪影響を
及ぼさず良好であつた。As a result, the wear degree of the protective layer was 0.1μ of magnesium oxide.
/1c1n, aluminum oxide 0.8μ/1CffL,
The tantalum oxide was 0.2μ/1CIn, which was very good. (Example 4) A thermal head using a zirconium boride thin film resistor having the same protective layer as prepared in Example 2 was heated for 6ms15.
As a result of performing the printing test △R 75 million times (the running distance of the recording paper is approximately 10-) at 0Hz 12Watt/MTIL, the resistance change rate (-T) of the resistor was less than 2% in all cases, and the protective layer There was no peeling, and the abrasion did not adversely affect the printing, which was good.
(実施例 5)予め十分に洗浄されたクレーストセラミ
ックス基板に1300℃でホツトプレスした硼化ランタ
ンLaB6〔米国Research社製、純度99.9
%〕をターゲツトとして、高周波2極スパツタで、アル
ゴンのトータル圧力5X10−2T0rr、基板加熱温
度200℃の条件にて700人の厚さの発熱体を作製し
た。(Example 5) Lanthanum boride LaB6 [manufactured by Research, USA, purity 99.9] hot-pressed at 1300°C on a cleist ceramic substrate that had been thoroughly cleaned in advance.
%], a heating element with a thickness of 700 mm was fabricated using a high frequency two-pole sputter under conditions of a total argon pressure of 5 x 10 -2 T0 rr and a substrate heating temperature of 200°C.
この時の固有抵抗値は約420μΩ確、面積抵抗は約6
0Ω/口であつた。この上にチタンを10λ、アルミニ
ウムを1.5μm電子ビームで蒸着した後、選択エツチ
ングで4本/龍の分解能をもつサーマル一\ツドCll
を形成した。次いで該サーマル・\ツドCllに保護層
として篭子ビーム蒸着により酸化タンタルを膜厚6μm
蒸着したサーマルヘツドCl2、酸化アルミニウムを膜
厚8μm蒸着したサーマルヘツドCl3、酸化マグネシ
ウムを膜厚5μm蒸着したサーマル一\ツドCl4、及
び酸化シリコンを膜厚1.5μm次いで酸化タンタルを
膜厚6μmの二層構成に蒸着したサーマルヘツドCl5
を用意した。比較のために、高周波2極の反応スパツタ
リングによつてタンタルをターゲツトとし、アルゴンと
窒素の全圧力が8X1072T0rr、窒素分圧が1X
10−4T0rrの条件で700λの厚さの窒化タンタ
ル発熱抵抗体のサーマル・\ツドDllを作製した。At this time, the specific resistance value is approximately 420μΩ, and the area resistance is approximately 6
It was 0Ω/mouth. After evaporating titanium at 10λ and aluminum at 1.5μm using an electron beam, selective etching was performed to form a thermal line with a resolution of 4 lines/dragon.
was formed. Next, tantalum oxide was deposited on the thermal CLL as a protective layer to a thickness of 6 μm by cage beam evaporation.
Thermal head Cl2 was vapor-deposited, thermal head Cl3 was vapor-deposited aluminum oxide to a thickness of 8 μm, thermal head Cl4 was vapor-deposited magnesium oxide to a thickness of 5 μm, silicon oxide was deposited to a thickness of 1.5 μm, tantalum oxide was deposited to a thickness of 6 μm, and tantalum oxide was deposited to a thickness of 6 μm. Thermal head Cl5 deposited on the layer structure
prepared. For comparison, tantalum was targeted by high-frequency bipolar reactive sputtering, and the total pressure of argon and nitrogen was 8X1072T0rr, and the partial pressure of nitrogen was 1X.
A thermal Dll of a tantalum nitride heating resistor with a thickness of 700λ was fabricated under the condition of 10-4T0rr.
この薄膜をX線回析で分析したところTa2Nであつた
。また固有抵抗値210μΩ礪でこの時の面積抵抗値は
30μ/口であつた0次いで該サーマルヘツドD,,に
スパツタリングによつて6μ厚の酸化タンタル保護層を
設けたものDl2と、酸化シリコン膜をl、5μm設け
更にその上に6μm厚の酸化タンタル膜を設けた2層構
成の保護層を有するものD,3を用意した。用意された
これらのサーマル一\ツドに対して、パルス幅6ms、
50Hzの繰り返し電圧を印加し、その供給電力を30
分に1Watt/Mdずつ増加させて加速テストを行つ
たときの抵抗変化率△R/R×100(ト)の測定結果
を第5図に示す。When this thin film was analyzed by X-ray diffraction, it was found to be Ta2N. Further, the specific resistance value was 210 μΩ, and the sheet resistance value at this time was 30 μ/hole.Next, a tantalum oxide protective layer with a thickness of 6 μm was provided by sputtering on the thermal head D12, and a silicon oxide film D and 3 were prepared, each having a two-layer protective layer consisting of a tantalum oxide film with a thickness of 5 μm and a tantalum oxide film with a thickness of 6 μm thereon. For these prepared thermal points, the pulse width is 6 ms,
A repetitive voltage of 50 Hz is applied, and the supplied power is increased to 30 Hz.
FIG. 5 shows the measurement results of the resistance change rate ΔR/R×100 (g) when an acceleration test was performed by increasing the resistance by 1 Watt/Md per minute.
ここでRはテスト前の抵抗値、△Rは抵抗値の変化分で
ある。スパツタ一により作製した硼化ランタン薄膜発熱
抵抗体Cllは窒化タンタル薄膜発熱抵抗体D,lと比
べて、単位面積当り約1.8倍の電力を供給できる。Here, R is the resistance value before the test, and ΔR is the change in resistance value. The lanthanum boride thin film heating resistor Cll produced by sputtering can supply about 1.8 times as much power per unit area as the tantalum nitride thin film heating resistors D and I.
又、保護層を設けることにより、単位面積当りに供給で
きる電力は大巾に改善されるが、硼化ランタン薄膜発熱
抵抗体は電子ビーム蒸着によつて作製した酸化タンタル
Cl2、酸化アルミニウムC,3、酸化マグネシユウム
Cl4の保護層を一層だけ使用した場合でも、二層の保
護層をもつ窒化タンタル薄膜発熱抵抗体のサーマルヘツ
ドDl3とほぼ同程度で、一層の保護層を有する窒化タ
ンタル薄膜発熱抵抗体のサーマルヘツドDl2よりもは
るかに優れていた。又、硼化ランタン上に酸化シリコン
と酸化タンタルの二層の保護層を設けたサーマルヘツド
Cl5はさらに大巾に改善された。この最大供給電力の
増大は定電力駆動の場合、発熱現象にともなう発熱抵抗
体の劣化が軽減されることを意味する。通常、感熱記録
紙への熱エネルギー伝達に際しての供給電力は、接触圧
により異なるが大体11〜14W/Mdで十分であるか
ら窒化タンタル薄膜発熱抵抗体の場合は酸化シリコンと
酸化タンタルの組合せ等の二層構成の保護層が必須のも
のであるのに対し、硼化ランタン薄膜発熱抵抗体の場合
は酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化マグネシユウ
ム等の一層の保護層のみで十分印字でき、二層の保護層
があると更に寿命がのびることがわかる。(実施例 6
)
硼化ランタンLaB6〔米国リサーチ社製純度99.9
%〕の粉末を100Kg/(−!!t以上でプレスした
タブレツトを作製し、予め十分に洗浄されたクレースト
セラミックス基板上に基板加熱300℃、真空度5×1
0−6T0rrで1000人の厚さに電子ビームで蒸着
した。In addition, by providing a protective layer, the power that can be supplied per unit area is greatly improved, but the lanthanum boride thin film heating resistor is made of tantalum oxide Cl2, aluminum oxide C,3 made by electron beam evaporation. Even when only one protective layer of magnesium oxide Cl4 is used, the thermal head D13 of the tantalum nitride thin film heating resistor with two protective layers is almost the same as that of the tantalum nitride thin film heating resistor with one protective layer. It was much better than the thermal head Dl2. Further, the thermal head Cl5, which has a two-layer protective layer of silicon oxide and tantalum oxide on lanthanum boride, has been further improved. This increase in the maximum power supply means that in the case of constant power driving, deterioration of the heating resistor due to heat generation phenomenon is reduced. Normally, the power supplied when transmitting thermal energy to thermal recording paper varies depending on the contact pressure, but approximately 11 to 14 W/Md is sufficient, so in the case of a tantalum nitride thin film heating resistor, a combination of silicon oxide and tantalum oxide, etc. While a two-layer protective layer is essential, in the case of lanthanum boride thin film heating resistors, printing can be achieved with just one protective layer such as tantalum oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, etc. It can be seen that the presence of layers further extends the lifespan. (Example 6
) Lanthanum boride LaB6 [purity 99.9, manufactured by U.S. Research Co., Ltd.]
%] powder was pressed at 100 kg/(-!!t or more) to make a tablet, and the tablet was placed on a cleist ceramic substrate that had been thoroughly cleaned in advance at a temperature of 300°C and a vacuum of 5 x 1.
Electron beam deposition was performed to a thickness of 1000 at 0-6T0rr.
この固有抵抗値は900μΩ儂、面積抵抗は約90Ω/
口であつた。This specific resistance value is 900μΩ, and the area resistance is approximately 90Ω/
It was hot in the mouth.
次にこの上にチタンを10λ、アルミニウムを1.5μ
m電子ビームにより蒸着した後、選択エツチングにより
4本/Mmの分解能をもつたパターンを形成してサーマ
ルヘツドEllとした。このサーマルヘツドE,lに保
護膜として電子ビーム蒸着により、酸化タンタルを膜厚
6μm蒸着したサーマルヘツドEl2、酸化アルミニウ
ムを膜厚8μm蒸着したサーマルヘツドEl3、酸化マ
グネシユウムを膜厚5μm蒸着したサーマルヘツドEl
4、及び酸化シリコン1.5μm次いで酸化タンタル6
μmの二層構成に蒸着したサーマルヘツドEl5を用意
し、実施例5と同じテストを行つた。その結果、抵抗変
化率が急激に増加する単位面積当りの電力限界値はそれ
ぞれEllでは12.5W/MilL.El2では17
.5W/Md.El3では18.5W/Md.El4で
は19W/m!L、El5では21W/Mdであつた。Next, on top of this, 10λ of titanium and 1.5μ of aluminum
After vapor deposition using an electron beam, a pattern with a resolution of 4 lines/Mm was formed by selective etching to form a thermal head Ell. Thermal head El2 has tantalum oxide evaporated to a thickness of 6 μm as a protective film by electron beam evaporation, thermal head El3 has aluminum oxide evaporated to a thickness of 8 μm, and thermal head El has magnesium oxide evaporated to a thickness of 5 μm as a protective film.
4, and silicon oxide 1.5 μm, then tantalum oxide 6
A thermal head El5 deposited in a two-layer structure of .mu.m was prepared and the same test as in Example 5 was conducted. As a result, the power limit value per unit area at which the rate of resistance change rapidly increases is 12.5 W/MilL for each Ell. 17 in El2
.. 5W/Md. El3 has 18.5W/Md. 19W/m for El4! In L and El5, it was 21 W/Md.
本実施例の電子ビーム蒸着で作成した硼化ランタン発熱
抵抗体も窒化タンタル発熱抵抗体より非常に良かつた。
以上の説明から明らかな如くサーマルヘツドの抵抗体と
してジルコニウム硼化物薄膜抵抗体及び硼化ランタン薄
膜抵抗体から選ばれたものを使用することにより従来の
サーマルヘツドより長寿命化、製造工程の簡略化による
コストの低減、印字品質の向上が達成でき、更に高速感
熱記録の可能性も期待できる。The lanthanum boride heating resistor produced by electron beam evaporation in this example was also much better than the tantalum nitride heating resistor.
As is clear from the above explanation, by using a resistor selected from zirconium boride thin film resistors and lanthanum boride thin film resistors as the resistor of the thermal head, the lifespan of the thermal head is longer than that of conventional thermal heads, and the manufacturing process is simplified. It is possible to achieve cost reductions and improve print quality, and the possibility of high-speed thermal recording is also expected.
また、本発明のサーマルヘツドは、いままでの説明で明
らかなように、発熱抵抗体として高抵抗の材料を混入し
ない。このため、材料の混合比や混合状態を考慮する必
要がなく、容易に所定の抵抗値を得ることができる。Furthermore, as is clear from the above description, the thermal head of the present invention does not contain a high-resistance material as a heating resistor. Therefore, there is no need to consider the mixing ratio or mixing state of materials, and a predetermined resistance value can be easily obtained.
第1図、第2図は本発明の実施例を示すサーマルヘツド
の断面図、第3図は窒化タンタル薄膜ど硼化ジルコニウ
ム薄膜との熱処理特性の比較図、第4図及び第5図は本
発明のサーマルヘツドの効果を説明するために示した特
性図である。
1 ・・・・・・基板、2・・・・・・薄膜抵抗体、3
・・・・・・電気導体、4・・・・・・保護層。FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views of a thermal head showing an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a comparison of heat treatment characteristics between a tantalum nitride thin film and a zirconium boride thin film, and FIGS. 4 and 5 are in accordance with the present invention. FIG. 3 is a characteristic diagram shown to explain the effects of the thermal head of the invention. 1...Substrate, 2...Thin film resistor, 3
...Electric conductor, 4...Protective layer.
Claims (1)
発熱体に電力を供給する電気導体とを有するサーマルヘ
ッドにおいて、前記電気抵抗発熱体が、硼化ジルコニウ
ム及び硼化ランタンから選ばれたものであることを特徴
とするサーマルヘッド。1. A thermal head having a substrate, an electric resistance heating element disposed on the substrate, and an electric conductor for supplying power to the heating element, wherein the electric resistance heating element is selected from zirconium boride and lanthanum boride. A thermal head characterized by being
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52057936A JPS5946791B2 (en) | 1977-05-19 | 1977-05-19 | thermal head |
| US05/906,359 US4296309A (en) | 1977-05-19 | 1978-05-15 | Thermal head |
| DE19782821950 DE2821950A1 (en) | 1977-05-19 | 1978-05-19 | Head for thermal printing with stable resistance - obtd. by sputtering a metal boride resistance heating element onto a glazed substrate |
| US06/552,013 US4545881A (en) | 1977-05-19 | 1983-11-16 | Method for producing electro-thermal transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52057936A JPS5946791B2 (en) | 1977-05-19 | 1977-05-19 | thermal head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53143237A JPS53143237A (en) | 1978-12-13 |
| JPS5946791B2 true JPS5946791B2 (en) | 1984-11-14 |
Family
ID=13069897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52057936A Expired JPS5946791B2 (en) | 1977-05-19 | 1977-05-19 | thermal head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5946791B2 (en) |
-
1977
- 1977-05-19 JP JP52057936A patent/JPS5946791B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53143237A (en) | 1978-12-13 |
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