JPS6016082B2 - thermal head - Google Patents
thermal headInfo
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- JPS6016082B2 JPS6016082B2 JP52131260A JP13126077A JPS6016082B2 JP S6016082 B2 JPS6016082 B2 JP S6016082B2 JP 52131260 A JP52131260 A JP 52131260A JP 13126077 A JP13126077 A JP 13126077A JP S6016082 B2 JPS6016082 B2 JP S6016082B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は棚化ニオブ薄膜を有するサーマルヘッドさらに
はその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a thermal head having a shelved niobium thin film and a method for manufacturing the same.
熱印字記録に用いられる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
数個の発熱抵抗体と、この発熱抵抗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って必要
な熱パターンが得られるように、対応する発熱抵抗体に
電気導体を介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 used for thermal print recording includes a plurality of heating resistors on a substrate having electrical insulation and a smooth surface, such as glass, and an electric conductor for supplying power to the heating resistors. Recording is performed by applying a current to the corresponding heat-generating resistor through an electric conductor to generate heat so as to obtain a necessary thermal pattern according to the information to be recorded, and bringing the heat-generating resistor into contact with the recording medium.
そこに用いられる発熱抵抗体としては、従来窒化タンタ
ル、ニクロム等の薄膜発熱抵抗体、銀一パラジウム等を
用いた厚膜発熱抵抗体、シーJコン半導体を用いた半導
体発熱抵抗体がある。このうち薄膜発熱抵抗体を用いた
サーマルヘッドは厚腰発熱抵抗体、半導体発熱抵抗体等
と比較して熱船、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
の薄膜発熱抵抗体としては、従来、窒化タンタルが比較
的耐熱性に優れ、信頼性も高く、又固有抵抗値も250
〜300r○抑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。しかるに窒化タンタルは
約300qC以上の高温に対しては急激に酸化されその
抵抗値が急激に増化し、記録紙に印字する場合、印字濃
度を劣化させる欠点がある。Heat generating resistors used therein include conventional thin film heat generating resistors such as tantalum nitride and nichrome, thick film heat generating resistors using silver-palladium and the like, and semiconductor heat generating resistors using CJ-con semiconductor. Among these, thermal heads using thin-film heating resistors have better thermal response, heat resistance, thermal shock resistance, long life, and reliability compared to thick heating resistors, semiconductor heating resistors, etc. It has characteristics such as high. Conventionally, tantalum nitride has been used as a thin film heating resistor because it has relatively excellent heat resistance, high reliability, and a specific resistance value of 250.
It is particularly widely used because it has a relatively high value of ~300r○ and good controllability in production. However, tantalum nitride is rapidly oxidized at high temperatures of about 300 qC or higher, resulting in a rapid increase in its resistance value, which has the disadvantage of deteriorating print density when printing on recording paper.
一般にはこの欠点を補うために酸化シリコン(Si02
)の耐酸化保護層を設け更にその上に酸化タンタル(T
a2Q)の耐摩耗層を設けてサ−マルヘツドとして使用
しているが、サーマルヘッドを長時間駆動させた時の抵
抗変化は少くなく、なお十分満足できるものではなかっ
た。特に近年高速サーマルヘッドの要求が増加しつつあ
るためヘッドの通電パルス中を短かくして感熱紙を発色
させる必要があり、従って電力は従来より増加すること
になり、発熱抵抗体はさらに高温になるから寿命はより
短かくなる。そのため、さらに耐熱性のある発熱抵抗体
が要求されている。本発明は上記の点を改良して、、酸
化されにくく抵抗値が安定な薄膜発熱抵抗体を有するサ
ーマルヘッドを提供することを目的とし、その特徴とす
るところは、薄膜発熱抵抗体として棚化ニオブを使用し
たサーマルヘッド、前記発熱体を覆う保護膜との組合せ
、さらには前記薄膜発熱抵抗体の製造方法にある。以下
、図面を参照しながら詳細に説明する。Generally, silicon oxide (Si02) is used to compensate for this drawback.
) is provided with an oxidation-resistant protective layer of tantalum oxide (T
A2Q) was provided with a wear-resistant layer and used as a thermal head, but the change in resistance when the thermal head was driven for a long time was not small, and the result was still not fully satisfactory. In particular, as the demand for high-speed thermal heads has increased in recent years, it is necessary to shorten the energizing pulse of the head to color the thermal paper, which requires more power than before, and the heating resistor becomes even hotter. Lifespan becomes shorter. Therefore, there is a demand for a heating resistor with even higher heat resistance. The present invention aims to improve the above points and provide a thermal head having a thin film heating resistor that is resistant to oxidation and has a stable resistance value. The present invention includes a thermal head using niobium, a combination with a protective film covering the heating element, and a method for manufacturing the thin film heating resistor. 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ッドの形状例の要
部断面図である。同図中の1はセラミックガラスあるい
は、グレード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は棚化ニオブの薄膜発熱抵抗体
である。FIG. 1 is a sectional view of a main part of an example of the shape of a thermal head applied to the present invention. 1 in the figure is a substrate made of an electrical insulator such as ceramic glass or grade ceramics. 2 is a thin film heating resistor made of shelved niobium.
3は該薄膜発熱抵抗体に電力を供給するための電気導体
で、アルミニュウム、金等の電気良導体で形成されてい
る。Reference numeral 3 denotes an electrical conductor for supplying power to the thin film heating resistor, and is made of a good electrical conductor such as aluminum or gold.
又4は薄膜発熱抵抗体及び電気導体の保護層で、例えば
電子ビーム蒸着、スパッタ一等によって作製した酸化シ
リコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タ
ンタル等あるいはこれらを粗合せた多層構成が用いられ
、これによってサーマルヘッドの寿命を一層長くするこ
とができる。棚化ニオブの薄膜発熱抵抗体の製造は、電
子ビーム蒸着、スパッタリングいずれも可能であり、電
子ビーム蒸着での製造は、棚化ニオブの粉末を約100
kg′の以上の圧力でプレスして、タブレットを作り、
1×10‐4Ton以上の高真空度であらかじめ一定温
度に保った基板上に蒸着させることができる。4 is a protective layer for the thin film heating resistor and electric conductor, for example, silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, etc. produced by electron beam evaporation, sputtering, etc., or a multilayer structure consisting of a rough combination of these; This makes it possible to further extend the life of the thermal head. A thin film heating resistor made of shelved niobium can be manufactured by either electron beam evaporation or sputtering.For production by electron beam evaporation, about 100 ml of shelved niobium powder is used.
Press at a pressure of more than kg' to make tablets,
It can be deposited on a substrate that has been kept at a constant temperature in advance under a high degree of vacuum of 1×10-4 Ton or higher.
一方スパッタリングで作製するときにはターゲットに棚
化ニオブを使う方法と、棚素と金属ニオブを同時にター
ゲットとする方法と、金属ニオブのみをターゲットとし
て活性スパッタリングを行う方法とがある。棚化ニオブ
をターゲットとする場合、例えば石英皿等の上に棚化ニ
オブを粉末の状態もしくはプレスした状態で置くことに
よりターゲットとして用いることもできるが、あらかじ
め110ぴOL久上の真空ホットプレスにより焼結させ
たターゲットを使用する方が、スパッタリングの制御は
行いやすい。また棚素と金属ニオブを同時にターゲット
とする場合には棚素と金属ニオブを混合するか、又は一
方を他方に埋め込んだり表面の一部に配置したりして、
行うことができる。いずれの場合にも1×10‐3To
n〜5×10‐ITorrのアルゴン雰囲気で行うのが
よく、好ましくはIXIO‐2Ton〜1xlo‐IT
orrがよい。また活性スパッタリングを行う場合には
金属ニオブ板などの金属単体をターゲットとして、アル
ゴン、ジポランの混合ガス雰囲気中で行ない、その時の
ガス圧はアルゴンとジボランの全ガス圧1×10‐汀o
rr〜5×10‐ITorrで好ましくは、1×10‐
汀orr〜5×10‐2Tonでジポランは全圧力の1
〜10%で好ましくは2〜6%がよい。またスパッタリ
ング中あるいは電子ビーム蒸着中に於いて200oo〜
500qoの基板加熱を行うことによって基板に対して
棚化ニオブの密着性が向上し、又膜の安定性に効果があ
る。さらにまたスパッタリングあるいは電子ビーム蒸着
の後で200〜650『0の温度で真空中、大気中又は
アルゴンガス等の雰囲気中で熱処理を行うことにより必
要な抵抗値にコントロールすることができ、しかもサー
マルヘッドとして使用する場合の安定性も増加するため
寿命に対して効果がある。熱処理温度は200℃以下で
は抵抗値変化は非常に少ないために長時間の熱処理時間
が要求され、一方650『C以上では抵抗値の変化が急
激に起こったり又ガラス等の基板では使用できなくなる
ほど使用上の制約或いは制御の困難さのため熱処理温度
は200〜650℃が望ましい。このようにして得られ
た棚化ニオブのサーマルヘッドは酸化されにくくて安定
で、従来の室化タンタルを用いたサーマルヘッドの使用
電力限界が最大17〜18w/ゆであったのに対して、
最大20〜21.5w/柵の電力供給に対しても十分使
用できる。このことは、発熱抵抗体に大きな電力を印加
して高温とする高速印字用のサーマルヘッド‘こも好適
である。さらにこの棚化ニオブ薄膜抵抗体の固有抵抗値
は100仏Q弧〜5×1ぴム○抑と広い範囲の中から選
択できるので高抵抗値に設定すれば発熱させるための電
流は少なくてすみ、電極を薄く作製することができるの
で製造工程で簡単になり、凹凸が少なくなるため摩耗に
対しても強くなる。また電極部の抵抗の影響による薄膜
発熱抵抗体の発熱量も無視できる。次に実施例に基いて
説明する。実施例 1あらかじめ十分に洗浄されたグレ
ーズドセラミックス基板に130ぴ○でホットプレスし
た棚化ニオブNbB〔米国ペントロン社製、99.8%
純度〕をターゲットとして、高周波2極スパッタで、ア
ルゴンのトータル圧力5×1げびon、基板加熱温度2
00午○の条件にて1000△の厚さの発熱体を作製し
た。この固有抵抗値は約200〆○仇でこの時の面積抵
抗は約200/口であった。この上にチタンを10A、
アルミニウムを1.5仏の電子ビームで蒸着した後、選
択エッチングで4本/凧の分解館をもつサーマルヘッド
A,.を形成した。次いで該サーマルヘッドA,.に保
護層として電子ビーム蒸着により酸化タンタルを薄厚6
ムの蒸着したサーマルヘッドA,2、酸化アルミニウム
を膜厚8山の蒸着したサーマルヘッドA,3、酸化マグ
ネシウムを膜厚5ム机蒸着したサーマルヘッドA,4、
及び酸化シリコンを濃厚1.5山肌次いで酸化タンタル
を膜厚6山肌の二層構成に蒸着したサーマルヘッドA,
5を用意した。比較のために、高周波2極の反応スパッ
タリングによってタンタルをターゲットとし、アルゴン
と窒素の全圧力が8×10‐2Torr、窒素分圧が1
×10‐4Tomの条件で1000Aの厚さの窒化タン
タル発熱抵抗体のサーマルヘッドB,.を作製した。On the other hand, when manufacturing by sputtering, there are a method of using shelved niobium as a target, a method of using shelved niobium and metal niobium as targets at the same time, and a method of performing active sputtering using only metal niobium as a target. When using shelved niobium as a target, for example, it can be used as a target by placing the shelved niobium in a powdered or pressed state on a quartz plate, etc. It is easier to control sputtering by using a sintered target. In addition, if you want to target shelf elements and metal niobium at the same time, you can mix them together, or embed one in the other or place it on a part of the surface.
It can be carried out. In either case, 1×10-3To
It is best to carry out in an argon atmosphere of n~5×10-ITorr, preferably IXIO-2Ton~1xlo-IT
orr is good. In addition, when performing active sputtering, a single metal such as a metal niobium plate is used as a target in an atmosphere of a mixed gas of argon and diporane, and the gas pressure at that time is the total gas pressure of argon and diborane of 1 × 10 -
rr~5×10-ITorr, preferably 1×10-
At 汀orr~5×10-2Ton, Diporan is 1 of the total pressure.
-10%, preferably 2-6%. Also, during sputtering or electron beam evaporation,
Heating the substrate to 500 qo improves the adhesion of the shelved niobium to the substrate, and also has an effect on the stability of the film. Furthermore, after sputtering or electron beam evaporation, the resistance value can be controlled to the required value by performing heat treatment at a temperature of 200 to 650 0 in vacuum, air, or an atmosphere of argon gas, etc. It also increases stability when used as a fuel, which has an effect on longevity. When the heat treatment temperature is below 200°C, there is very little change in the resistance value, so a long heat treatment time is required.On the other hand, when the heat treatment temperature is above 650°C, the change in resistance value occurs suddenly, and it becomes impossible to use it with substrates such as glass. Due to usage restrictions or difficulty in control, the heat treatment temperature is preferably 200 to 650°C. The shelved niobium thermal head obtained in this way is stable and resistant to oxidation, and while the conventional thermal head using chambered tantalum had a maximum power consumption of 17 to 18 W/boil.
It can be used for power supply of up to 20-21.5W/fence. This is also suitable for a thermal head for high-speed printing, in which a large amount of power is applied to the heating resistor to raise the temperature to a high temperature. Furthermore, the specific resistance value of this shelved niobium thin film resistor can be selected from a wide range from 100 Buddha Q arc to 5 × 1 Pim○, so if you set it to a high resistance value, less current is required to generate heat. The electrode can be made thinner, which simplifies the manufacturing process, and it also has fewer irregularities, making it more resistant to wear. Furthermore, the amount of heat generated by the thin film heating resistor due to the influence of the resistance of the electrode portion can be ignored. Next, it will be explained based on an example. Example 1 Shelved niobium NbB (manufactured by Pentron, USA, 99.8%) hot-pressed at 130 pi on a glazed ceramic substrate that had been thoroughly cleaned in advance
Purity] as a target, high-frequency bipolar sputtering, total argon pressure of 5 x 1 on, substrate heating temperature of 2
A heating element with a thickness of 1000Δ was produced under the conditions of 00:00 and ○. This specific resistance value was about 200〆○㎇, and the area resistance at this time was about 200/mouth. On top of this, 10A titanium,
After aluminum was deposited with an electron beam of 1.5 mm, selective etching was performed to form thermal heads A, . was formed. Then the thermal heads A, . A thin layer of tantalum oxide is applied as a protective layer by electron beam evaporation.
Thermal head A, 2 has aluminum oxide vapor deposited on it, Thermal head A, 3 has aluminum oxide vapor deposited on it to a thickness of 8 mm, Thermal head A, 4 has aluminum oxide vapor deposited on it, 5 mm thick.
and thermal head A in which silicon oxide was deposited on a 1.5-layer thick layer and tantalum oxide was deposited in a two-layer structure with a 6-layer thick layer.
I have prepared 5. For comparison, tantalum was targeted by high-frequency bipolar reactive sputtering, and the total pressure of argon and nitrogen was 8 × 10-2 Torr, and the partial pressure of nitrogen was 1.
Thermal head B, . was created.
この薄膜をX線回折で分析したところTa2Nであった
。また固有抵抗値は240〆○弧でこの時の面積抵抗値
は240/口であった。次いで該サーマルヘッドB,.
にスパッタリングによって6仏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11.5ムm
設け更にその上に6rm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B3を用意した。用意され
たこれらのサーマルヘッドに対して、パルス幅6のs
50HZの繰り返し電圧を印加し、その供V給電力を3
0分にIWatt/磯ずつ増加させて腿テスト飾ったと
きの抵抗側率等xlo。When this thin film was analyzed by X-ray diffraction, it was found to be Ta2N. Further, the specific resistance value was 240〆○ arc, and the area resistance value at this time was 240/mouth. Next, the thermal heads B, .
A tantalum oxide protective layer with a thickness of 6mm thick was provided by sputtering on B, 2, and a silicon oxide film with a thickness of 11.5mm was applied.
Further, a tantalum oxide film with a thickness of 6 rm was provided on it.
A sample B3 having a layered structure including a protective layer was prepared. For these prepared thermal heads, s with a pulse width of 6
Apply a repeated voltage of 50Hz and increase the supplied V power by 3
The resistance side rate, etc. when increasing IWatt/Iso at 0 minutes and performing a thigh test xlo.
(%)の測定結果を第2図に示す。(%) measurement results are shown in Figure 2.
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。スパッタ一により作製した棚化ニオブ薄膜発熱抵
抗体A,.は窒化タンタル薄膜発熱抵抗体B,.と比べ
て、単位面積当り約1.牙苔の電力を供給できる。又、
保護層を設けることにより、単位面積当りに供聯合でき
る電力は大中に改善されるが、棚化ニオブ薄膜発熱抵抗
体は電子ビーム葵着によって作製した酸化タンタル(A
,2)、酸化アルミニウム(A,3)、酸化マグネシュ
ウム(A,4)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
ーマルヘッド&3とほぼ同種度の結果が得られ、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
ヘッドB,2よりもはるかに優れていた。又、棚化ニオ
ブ上に酸化シリコンと酸化タンタルの二層の保護層を設
けたサーマルヘッドA,5はさらに大中に改善された。
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/
め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、棚化ニオブ薄膜発
熱抵抗体の場合は酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸
化マグネシュ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 2
実施例1で用意したのと同じサーマルヘッドA,.に対
して保護層として酸化タンタルを膜厚6Aのスパツタし
たサーマルヘツドん2、酸化アルミニウムを膜厚8山肌
スパツタしたサーマルへツドん3、酸化マグネシウムを
膜厚5Awスパッタ‐したサーマルへッドん4、及び酸
化シリコン1.5仏の次いで酸化タンタル6ム肌の膜厚
に二層構成の保護層をスパッタリングで作製したサーマ
ルヘッドA歯を用意した。Here, R is the resistance value before the test, and ΔR is the change in resistance value. Shelved niobium thin film heating resistors A, . are tantalum nitride thin film heating resistors B, . Approximately 1. Can supply electricity to Fang Moss. or,
By providing a protective layer, the power that can be combined per unit area is greatly improved.
, 2) Even when using only one protective layer of aluminum oxide (A, 3) and magnesium oxide (A, 4), the thermal head & 3 of the tantalum nitride thin film heating resistor with two protective layers is almost the same. Comparable results were obtained and were much better than thermal head B, 2, which was a tantalum nitride thin film heating resistor with one protective layer. Further, thermal heads A and 5, which have two protective layers of silicon oxide and tantalum oxide on shelved niobium, have 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 is approximately 11 to 14 W/W.
In the case of a tantalum nitride thin film heating resistor, a two-layer protective layer such as a combination of silicon oxide and tantalum oxide is essential, whereas in the case of a niobium oxide thin film heating resistor, a tantalum nitride thin film heating resistor It can be seen that printing is sufficient with just one protective layer such as tantalum, aluminum oxide, magnesium oxide, etc., and that the life span is further extended when two protective layers are used. Example 2 The same thermal heads A, . Thermal head 2 is sputtered with tantalum oxide to a thickness of 6A as a protective layer, Thermal head 3 is sputtered with aluminum oxide to a thickness of 8mm, Thermal head 4 is sputtered with magnesium oxide to a thickness of 5Aw Thermal head A teeth were prepared by sputtering a two-layer protective layer of 1.5 μm of silicon oxide and then 6 μm of tantalum oxide.
これらのサーマルヘッドについて実施例1と同じテスト
を行い抵抗変化率を測定した。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ん2
では18.5w/協、A23では19.0w/柵、A松
では19.0w/地、A濁では21.5w′柵であり非
常に良好な結果を示した。保護層は電子ビーム蒸着より
スパッタ‐で作製した方がより良い結果を示した。実施
例 3
棚化ニオブNbZ〔米国ペントロン社製純度99.8%
〕の粉末を100k9/鮒以上でプレスしたタブレット
を作成し、あらかじめ充分に洗浄されたグレーズドセラ
ミックス基板上に基板加熱30ぴ0、真空度5×10‐
汀omで800Aの厚さに電子ビームで蒸着した。These thermal heads were subjected to the same test as in Example 1 to measure the rate of change in resistance. As a result, the power limit per unit area at which the rate of resistance change rapidly increases is 2
The results were very good: 18.5w/fence for A23, 19.0w/ground for A23, 19.0w/ground for A pine, and 21.5w' for A turbidity. Better results were obtained when the protective layer was prepared by sputtering than by electron beam evaporation. Example 3 Shelved niobium NbZ [manufactured by Pentron, USA, purity 99.8%
] Powder was pressed at 100 k9/carp or more to make a tablet, and the tablet was placed on a glazed ceramic substrate that had been thoroughly cleaned in advance at a substrate heating rate of 30 mm and a vacuum level of 5 x 10 mm.
The film was deposited using an electron beam to a thickness of 800 Å.
この固有抵抗値は約私0〃○仇でこの時の面積抵抗は約
800/口であった。次にこの上にチタンを10A、ア
ルミニウムを1.5r仇電子ビームにより蒸着した後、
選択エッチングにより4本/帆の分解能をもったパタ−
ンを形成してサーマルヘッドC,.とした。このサーマ
ルヘッドC,.に保護膜として電子ビーム蒸着により、
酸化タンタルを腰厚6ムの蒸着したサーマルヘッドCね
、酸化アルミニウムを膜厚8山肌蒸着したサーマルヘッ
ドC,3、酸化マグネシュウムを膜厚5r肌蒸着したサ
ーマルヘッドC,4、及び酸化シリコン1.5一肌次い
で酸化タンタル6ムmの二層構成に蒸着したサーマルヘ
ッドC,5を用意し、実施例1と同じテストを行った。
その結果、抵抗変化率が急激に増加する単位面積当りの
電力の限界値はそれぞれ、C,.では11.5w′嫌、
C,2では16.5w/協、C,3では17.0W/協
、C.4では17.5w/地、C,5では18.5w/
めであった。This specific resistance value was approximately 0〃○〇, and the area resistance at this time was approximately 800/mouth. Next, after evaporating titanium at 10A and aluminum at 1.5R using an electron beam,
A putter with a resolution of 4 pieces/sail by selective etching.
The thermal heads C, . And so. These thermal heads C, . By electron beam evaporation as a protective film,
Thermal head C has tantalum oxide deposited to a thickness of 6mm, thermal head C3 has aluminum oxide deposited to a thickness of 8mm, thermal head C4 has magnesium oxide deposited to a thickness of 5mm, and silicon oxide 1. The same test as in Example 1 was conducted using a thermal head C, 5 in which a two-layer structure of 5 mm and 6 mm of tantalum oxide was deposited.
As a result, the limit values of power per unit area at which the resistance change rate increases rapidly are C, . Then 11.5w' is disgusting.
16.5W/K for C.2, 17.0W/K for C.3, C. 17.5w/ground for 4, 18.5w/ground for C,5
It was a pleasure.
本実施例の電子ビーム蒸着で作成した棚化ニオブ発熱抵
抗体も窒化タンタル発熱抵抗体より非常に良かつた。実
施例 4
実施例3で用意したサーマルヘッドC,.に対して保護
層をスパッタ一により形成し、酸化タンタル6ムmのサ
ーマルヘッドC22、酸化アルミニウム8山肌のサーマ
ルヘッドC23、酸化マグネシュウム5山肌のサーマル
ヘッドC凶、酸化シリコン1.5ム肌次いで酸化タンタ
ル6仏mの二層構成としたサーマルヘッドC25を用意
した。The shelved niobium heating resistor produced by electron beam evaporation in this example was also much better than the tantalum nitride heating resistor. Example 4 Thermal heads C, . A protective layer was formed by sputtering on the thermal head C22 of tantalum oxide 6mm, thermal head C23 of aluminum oxide 8mm, thermal head C23 of magnesium oxide 5mm, silicon oxide 1.5mm and then oxidized. A thermal head C25 having a two-layer structure of tantalum of 6 cm was prepared.
これらのサーマルヘッド‘こ対して実施例1と同じテス
トを行い抵抗変化率を測定した。These thermal heads were subjected to the same test as in Example 1, and the rate of change in resistance was measured.
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、C滋では17.5w/協、C2
3では18.5w′協、C24では18.5w′協、C
25では20w/めであった。実施例 5
6インチ径の金属ニオブ板をターゲットとして用いた。As a result, the power limit values per unit area at which the rate of resistance change rapidly increases are 17.5 w/K for C Shigeru and 17.5 W/K for C2, respectively.
3 is 18.5w'co, C24 is 18.5w'co, C
In 25, it was 20w/. Example 5 A 6 inch diameter metal niobium plate was used as a target.
充分に洗浄されたグレーズドセラミックス板を400q
oに基板加熱してアルゴン、ジボラン混合ガス雰囲気中
で活性スパッタリングをおこなった。アルゴン+ジボラ
ンの圧力は3.5×10‐汀orr、ジボラソ分圧は1
.5×10‐4Tomで高周波2極スパッタにて700
Aの膜厚をつけた。この固有抵抗値は1050〆○抑で
、この時の面積抵抗は1500/口であった。この上に
バナジウムを100A、金をlr肌電子ビームで蒸着し
た後、選択エッチングで4本/肋分解能をもつサーマル
ヘッドパターンを形成した。次いで保護膜として酸化ア
ルミニウム、(AI203)10ムのをスパッタで積層
した。このサーマルヘツWこ対して実施例1と同じ加速
テストをおこなったところ18.0w/軌まで抵抗変化
率は±2%以内であった。本例もまた前記比較例の窒化
タンタルを用いたサーマルヘッドより非常に良好な結果
が得られた。実施例 6
6インチ径の金属ニオブ板上に、燐結した1/4インチ
径のホウ素板を多数個遣いて表面積比で金属ニオブ:棚
素がおよそ1:2になるようにしたターゲットを用いた
。400q of thoroughly cleaned glazed ceramic plate
Active sputtering was performed in an argon/diborane mixed gas atmosphere by heating the substrate to 100 ℃. The pressure of argon + diborane is 3.5 x 10-orr, and the diborane partial pressure is 1
.. 700 by high frequency bipolar sputtering with 5×10-4 Tom
The film thickness was set to A. This specific resistance value was 1050〆○, and the area resistance at this time was 1500/mouth. After evaporating vanadium at 100A and gold using an LR skin electron beam, a thermal head pattern having a resolution of 4 lines/rib was formed by selective etching. Next, 10 μm of aluminum oxide (AI203) was deposited as a protective film by sputtering. When the same acceleration test as in Example 1 was performed on this thermal head W, the resistance change rate was within ±2% up to 18.0 W/rail. This example also gave much better results than the thermal head using tantalum nitride in the comparative example. Example 6 A target was used in which a large number of phosphorous 1/4 inch diameter boron plates were placed on a 6 inch diameter metal niobium plate so that the surface area ratio of metal niobium to shelf element was approximately 1:2. there was.
充分に洗浄されたグレーズドセラミックス基板を500
℃に基板加熱してアルゴン圧;3×10‐汀orrで、
R.F.2極でスパッタした。スパッタ率は100A/
分で8分間スパッタしたところ800Aの膜厚、固有抵
抗値は960ム○奴でこの時の面積抵抗1200/口の
薄膜発熱抵抗体が得られた。この上にチタンを10A、
アルミニウムをlr肌電子ビームで葵着した後、選択エ
ッチングで4本/抑分解能をもつサーマルヘッドパター
ンを形成した。次に保護膜として酸化タンタル(Ta2
05>10山肌をスパッタで積層した。このサーマルヘ
ッド‘こ対して実施例1と同じ加速テストを行ったとこ
ろ、17.5w/松まで抵抗変化率は±2%以内で、窒
化タンタルを用いたサーマルヘッドより非常に良好な結
果が得られた。実施例 75インチ径の石英皿に棚化ニ
オブの粉末を置いてターゲットとした。500 thoroughly cleaned glazed ceramic substrates
Heating the substrate to ℃ and argon pressure;
R. F. Sputtering was performed using two electrodes. Sputtering rate is 100A/
When sputtered for 8 minutes, a thin film heating resistor with a film thickness of 800 A, a specific resistance value of 960 μm, and an area resistance of 1200/hole was obtained. On top of this, 10A titanium,
After the aluminum was deposited using an LR electron beam, a thermal head pattern with a four-head suppression resolution was formed by selective etching. Next, as a protective film, tantalum oxide (Ta2
05>10 mountain surfaces were laminated by sputtering. When this thermal head was subjected to the same acceleration test as in Example 1, the resistance change rate was within ±2% up to 17.5W/pine, which was much better than the thermal head using tantalum nitride. It was done. Example A shelved niobium powder was placed on a 75-inch diameter quartz dish to serve as a target.
十分に洗浄されたグレーズドセラミックス基板を、基板
加熱200午○、アルゴン分圧5×10‐2Tonで高
周波2極スパッタを行った。スパッタ率を100A′m
inで9分間スパツタしたところ固有抵抗値315rQ
肌でこの時の面積抵抗値350/口の棚化ニオブ薄膜発
熱抵抗体が得られた。この上にチタンを100A、金を
lAw電子ビームで蒸着した後、選択エッチングで4本
/肋分解能をもつサーマルヘッドパターンを形成した。
次に550℃でlq時間空気中で熱処理したところ、発
熱抵抗体の抵抗値は350/口から950/口に増大し
た。この発熱抵抗体上に保護膜として酸化マグネシウム
(Mや)を8仏のの厚さにスパッタしてサーマルヘッド
○,2を得た。また比較の為に上記工程から熱処理を除
いて得たサーマルヘッドD,.も用意した。これらのサ
ーマルヘッドに50HZで6のs、14Wa比/嫌の矩
形波を継続して印加した時の抵抗変化率測定結果を第3
図に示す。High frequency bipolar sputtering was performed on the thoroughly cleaned glazed ceramic substrate at a substrate heating time of 200 pm and an argon partial pressure of 5 x 10-2 Ton. Sputter rate 100A'm
After 9 minutes of sputtering at in, the specific resistance value was 315rQ.
At this time, a shelved niobium thin film heating resistor with a sheet resistance value of 350/mouth was obtained. After evaporating titanium at 100A and gold at 1Aw using an electron beam, selective etching was performed to form a thermal head pattern with a resolution of 4 lines/rib.
Next, when heat treated in air at 550° C. for 1q hours, the resistance value of the heating resistor increased from 350/port to 950/port. Magnesium oxide (M) was sputtered as a protective film on this heating resistor to a thickness of 8 mm to obtain thermal heads ○ and 2. For comparison, thermal heads D, . We also prepared The third graph shows the resistance change rate measurement results when a rectangular wave with a ratio of 14W and 14W for 6 seconds at 50Hz was continuously applied to these thermal heads.
As shown in the figure.
1ぴ回の印加パルス回数でD,.の抵抗変化率が約10
%であるのに対してD,2は約7%であり熱処理により
抵抗変化が少なくなり安定化した。The number of applied pulses is D, . The resistance change rate is about 10
%, whereas D,2 was about 7%, and the heat treatment reduced the resistance change and stabilized it.
実施例 8
実施例7の熱処理を、Ar中65000で2時間に変え
たところ抵抗は350′口から310/口に変化した。Example 8 When the heat treatment in Example 7 was changed to 65,000 in Ar for 2 hours, the resistance changed from 350' to 310/in.
ここで保護膜として酸化マグネシウム(Mg0)8rの
をスパツタしてサーマルヘッドD,3を得た。Here, 8r of magnesium oxide (Mg0) was sputtered as a protective film to obtain thermal heads D and 3.
ここで実施例7と同じ耐久テストを行った。Here, the same durability test as in Example 7 was conducted.
その結果を第3図中に示すが、実施例7の例よりも良好
な結果が得られ、1×1ぴ回のパルス印加回数に於いて
も抵抗変化率は約5%だった。The results are shown in FIG. 3, and better results were obtained than in Example 7, and the resistance change rate was about 5% even when the number of pulse applications was 1×1.
第1図は本発明に係るサーマルヘッドの形状例の要部断
面図。
第2図、第3図は本発明の効果を示す特性図。1・・・
・・・基板、2・・・・・・薄膜発熱抵抗体、3・・・
・・・電気導体、4・・・・・・保護層。
裏ー図
第ろ図
第2図FIG. 1 is a sectional view of a main part of an example of the shape of a thermal head according to the present invention. FIGS. 2 and 3 are characteristic diagrams showing the effects of the present invention. 1...
...Substrate, 2...Thin film heating resistor, 3...
...Electric conductor, 4...Protective layer. Back - Figure 2 Figure 2
Claims (1)
熱抵抗体に電力を供給する電気導体とを有するサーマル
ヘツドにおいて、発熱抵抗体が硼化ニオブであることを
特徴とするサーマルヘツド。 2 発熱抵抗体が酸化シリコン薄膜で覆われている特許
請求の範囲第1項記載のサーマルヘツド。 3 酸化タンタルの保護膜を有する特許請求の範囲第1
項または第2項記載のサーマルヘツド。 4 酸化アルミニウムの保護膜を有する特許請求の範囲
第1項または第2項記載のサーマルヘツド。 5 酸化マグネシウムの保護膜を有する特許請求の範囲
第1項または第2項記載のサーマルヘツド。 6 電子ビーム蒸着によって基板上に硼化薄膜を製造す
ることを特徴とするサーマルヘツドの製造方法。 7 200℃〜500℃の基板加熱を行いながら電子ビ
ーム蒸着を行う特許請求の範囲第6項記載の製造方法。 8 電子ビーム蒸着のあとで、200℃〜650℃で熱
処理を行う特許請求の範囲第6項または第7項記載の製
造方法。9 スパツタリングによつて基板上に硼化ニオ
ブ薄膜の発熱抵抗体を製造することを特徴とするサーマ
ルヘツドの製造方法。 10 スパツタリングのターゲツトが硼化ニオブをホツ
トプレスしたものである特許請求の範囲第9項記載の製
造方法。 11 金属ニオブをターゲツトとし、アルゴンとジボラ
ンの混合ガス雰囲気中で活性スパツタリングを行う特許
請求の範囲第9項記載の製造方法。 12 金属ニオブと硼素とを同時にターゲツトとするよ
うに配置した特許請求の範囲第9項記載の製造方法。 13 1×10^−^3Torr〜5×10^−^1T
orrのアルゴン雰囲気中でパツタリングを行う特許請
求の範囲第9項または第10項または第12項記載の製
造方法。 14 200℃〜500℃の基板加熱を行いながらスパ
ツタリングを行う特許請求の範囲第9項ないし第13項
記載の製造方法。 15 スパツタリングのあとで、200℃〜650℃で
熱処理を行う特許請求の範囲第9項ないし第14項記載
の製造方法。[Scope of Claims] 1. A thermal head having a substrate, a heating resistor formed on the substrate, and an electric conductor for supplying power to the heating resistor, in which the heating resistor is made of niobium boride. A thermal head featuring: 2. The thermal head according to claim 1, wherein the heating resistor is covered with a silicon oxide thin film. 3 Claim 1 having a tantalum oxide protective film
The thermal head according to item 1 or 2. 4. The thermal head according to claim 1 or 2, which has a protective film of aluminum oxide. 5. The thermal head according to claim 1 or 2, which has a protective film of magnesium oxide. 6. A method for manufacturing a thermal head, comprising manufacturing a boride thin film on a substrate by electron beam evaporation. 7. The manufacturing method according to claim 6, wherein electron beam evaporation is performed while heating the substrate at 200°C to 500°C. 8. The manufacturing method according to claim 6 or 7, wherein heat treatment is performed at 200°C to 650°C after electron beam evaporation. 9. A method for manufacturing a thermal head, comprising manufacturing a heating resistor of a thin niobium boride film on a substrate by sputtering. 10. The manufacturing method according to claim 9, wherein the sputtering target is hot-pressed niobium boride. 11. The manufacturing method according to claim 9, in which active sputtering is performed in a mixed gas atmosphere of argon and diborane using niobium metal as a target. 12. The manufacturing method according to claim 9, wherein metal niobium and boron are arranged so as to be targets at the same time. 13 1×10^-^3Torr~5×10^-^1T
The manufacturing method according to claim 9, 10, or 12, wherein the puttering is performed in an argon atmosphere. 14. The manufacturing method according to claims 9 to 13, wherein sputtering is performed while heating the substrate at 200°C to 500°C. 15. The manufacturing method according to claims 9 to 14, wherein heat treatment is performed at 200°C to 650°C after sputtering.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52131260A JPS6016082B2 (en) | 1977-10-31 | 1977-10-31 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP52131260A JPS6016082B2 (en) | 1977-10-31 | 1977-10-31 | thermal head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5463842A JPS5463842A (en) | 1979-05-23 |
| JPS6016082B2 true JPS6016082B2 (en) | 1985-04-23 |
Family
ID=15053752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52131260A Expired JPS6016082B2 (en) | 1977-05-19 | 1977-10-31 | thermal head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6016082B2 (en) |
-
1977
- 1977-10-31 JP JP52131260A patent/JPS6016082B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5463842A (en) | 1979-05-23 |
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