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JPS6022801B2 - thermal head - Google Patents
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JPS6022801B2 - thermal head - Google Patents

thermal head

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Publication number
JPS6022801B2
JPS6022801B2 JP52129482A JP12948277A JPS6022801B2 JP S6022801 B2 JPS6022801 B2 JP S6022801B2 JP 52129482 A JP52129482 A JP 52129482A JP 12948277 A JP12948277 A JP 12948277A JP S6022801 B2 JPS6022801 B2 JP S6022801B2
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JP
Japan
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thermal head
manufacturing
sputtering
substrate
heating resistor
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晄 新見
利民 原
昌久 福井
義章 白戸
芳興 櫨本
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は棚化クロム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 chromium thin film and to 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
ための鰭気導体とを設け、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電
気導体を介して亀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。
The thermal head used for thermal print recording has a plurality of heating resistors on a substrate with electrical insulation and a smooth surface, such as glass, and a fin gas conductor for supplying power to the heating resistors. Recording is performed by causing a current to flow through the corresponding heating resistor electric conductor to generate heat and contacting the recording medium so as to obtain the necessary thermal pattern according to the information to be recorded. .

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−パラジウム等を
用いた厚膜発熱抵抗体、シリ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
ーマルヘッドは厚膜発熱抵抗体、半導体発熱抵抗体等を
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、又固有抵抗値も250〜30
0ムQ奴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。しかるに塗化タンタルは約30
0つ○以上の高温に対しては急激に酸化されその抵抗値
が急激に増加し、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 made of tantalum nitride, nichrome, etc., thick film heat generating resistors using silver-palladium, etc., and semiconductor heat generating resistors using silicon semiconductor. Among these, thermal heads using thin film heating resistors have better thermal response, excellent heat resistance and thermal shock resistance, long life, and high reliability compared to thick film heating resistors, semiconductor heating resistors, etc. It has the following characteristics. 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 to 30.
It is especially widely used because it has a relatively high value of 0mQ and has good manufacturing controllability. However, tantalum is about 30
When exposed to high temperatures of 0 or higher, it is rapidly oxidized and its resistance value increases rapidly, 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ーマルヘッドとして使用
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〈なく、なお十分満足できるものではなかっ
た。また、特関昭52−109班7号公報に記載された
サーマルヘッド用抵抗発熱体は、Ti,Mo,W,V,
Nb,Zr,Taなどの蛙化物、炭化物、棚化物、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、Si02,Zr02,Tho2,MgO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〈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。などの酸化物、ガラス、Si3N4やAINの窒
化物またはSiなどの高額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。
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 an abrasion 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 was still not fully satisfactory. In addition, the resistance heating elements for thermal heads described in Tokukan Sho 52-109 Ban No. 7 include Ti, Mo, W, V,
Low-resistance, hard, heat-resistant materials such as Nb, Zr, Ta, etc., such as frogides, carbides, shelvings, nitrides, or nichrome, and cartan, as well as Si02, Zr02, Tho2, MgO, are being used, especially in recent years, as the demand for high-speed thermal heads has been increasing. It is necessary to make the thermal paper colored by shortening the current pulse of the head, and therefore the electric power is increased compared to the conventional method, and the heat generating resistor becomes even hotter, so its life becomes shorter.
Therefore, there is a demand for a heating resistor with even higher heat resistance. oxides such as glass, nitrides of Si3N4 and AIN, or any one of high cost resistance elements such as Si, or a mixture thereof with an electrically insulating material.

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。
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.

特関昭52−109947号公報に記載されたサーマル
ヘッ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っとした変動により
比抵抗が大きく変わるので、抵抗値の再現性に大きな問
題があった。
The resistance heating element for a thermal head described in Tokukan Sho 52-109947 was 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 or 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
抵抗体として棚化クロム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。ム、酸化アルミニウム、酸
化タンタル等あるいはこれらを細合せた多層構成が用い
られ、これによってサ−マルヘツドの寿命を一層長くす
ることができる。
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 provides a thermal head using the above, a combination with a protective film covering the heating element, and a method for manufacturing the thin film heating resistor. A multi-layer structure including aluminum oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, etc., or a combination of these, can be used to further extend the life of the thermal head.

棚化クロム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
の製造は棚化クロムの粉末を約100k9/仇以上の圧
力でプレスしてタブレットを作り、1×10‐4Tom
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。
The thin film heating resistor of shelved chromium is manufactured by electron beam evaporation,
Both sputtering and electron beam evaporation are possible, and production by electron beam evaporation involves pressing shelved chromium powder at a pressure of about 100 k9/min or more to make tablets, and forming tablets of 1×10-4 Tom.
Vapor deposition can be performed on a substrate that has been kept at a constant temperature in advance at a high degree of vacuum.

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
化クロムを使う方法と、棚素と金属クロ以下、図面を参
照しながら詳細に説明する。
On the other hand, when manufacturing by sputtering, a method using shelved chromium as a target, and shelved chromium and metal chromium will be explained in detail 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はセラミックスガラスある
いは、グレーズドセラミツ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は棚化クロムの薄膜発熱抵
抗体である。3は該薄膜発熱抵抗体に電力を供聯合する
ための電気導体で、アルミニウム、金等の電気良導体で
形成されている。
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 glazed ceramics. 2 is a thin film heating resistor made of shelved chromium. 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、酸化マグネシウムを同時にターゲットとする方
法と、金属クロム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。棚化クロムをターゲットと
する場合、例えば石英皿等の上に棚化クロムを粉末の、
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1100
qo以上の真空ホットプレスにより嫌結させたターゲッ
トを使用する方が、スパッタリングの制御は行いやすい
。また棚素と金属クロムを同時にターゲットする場合に
は棚素と金属クロムを混合するか、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‐汀orr〜5×10
‐ITomのアルゴン雰囲気で行うのがよく、好ましく
は1×1げびorr〜1×10‐ITonがよい。また
活性スパッタリングを行う場合には金属クロム板などの
金属単体をターゲットとして、アルゴン、シポランの混
合ガス雰囲気中で行ない、その時のガス圧はアルゴンを
ジボランの全ガス圧1×10‐汀on〜5×10‐IT
orrで好ましくは、1×10‐2Tom〜5×10‐
2でジボランは全圧力の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2000○〜500ooの基板加熱を行う
ことによって基板に対して棚化クロムの密着性が向上し
、又腰の安全性に効果がある。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200〜65000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200qo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6500
0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などの使用上の制約或いは
制御の困難このため熱処理温度は200〜6500○が
望ましい。このようにして得られた棚化クロムのサーマ
ルヘッドは酸化されにくくて安定で、従釆の窒化タンタ
ルを用いたサーマルヘッドの使用電力限界が最大17〜
18W/めであったのに対して、最大21〜22W/嫌
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。さらにこの棚化ク
ロム薄膜抵抗体の固有抵抗値は70仏0仇〜5×1ぴム
○の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が簡単になり、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。また、本発明のサーマルヘッドは、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。次に実施例に基いて説明する。
4 is a protective layer for a thin film heating resistor and electric conductor; for example, a method using silicon oxide and magnesium oxide prepared by electron beam evaporation, sputtering, etc. as targets at the same time, and a method using active sputtering using only metal chromium as a target. There is. When targeting chromium shelving, for example, place chromium shelving in powder form on a quartz plate, etc.
It can also be used as a target by placing it in the
It is easier to control sputtering by using a target that has been solidified by vacuum hot pressing at a temperature higher than qo. In addition, when targeting shelf elements and metallic chromium at the same time, it can be done by mixing them, or by embedding one in the other or arranging one on a part of the surface. In either case 1×10-汀orr〜5×10
-ITom is preferably carried out in an argon atmosphere, preferably 1 x 1 orr to 1 x 10 -ITon. In addition, when performing active sputtering, a single metal such as a metal chromium plate is used as a target, and it is performed in a mixed gas atmosphere of argon and ciporane, and the gas pressure at that time is 1 × 10 - 5 on - 5 ×10-IT
orr preferably from 1×10-2 Tom to 5×10-
2 and diborane is 1 to 10% of the total pressure, preferably 2 to 6
% is good. Furthermore, heating the substrate to 2000° to 500° during sputtering or electron beam evaporation improves the adhesion of the shelved chromium to the substrate, and is also effective in improving safety. Furthermore, after sputtering or electron beam evaporation, the resistance value can be controlled to the required value by heat treatment at a temperature of 200 to 65,000 ℃ in vacuum, air, or an atmosphere such as argon gas, and moreover, it can be used as a thermal head. It also increases stability when used, which has an effect on longevity. When the heat treatment temperature is 200 qo or less, the change in resistance value is very small, so a long heat treatment time is required;
If it is more than 0, the resistance value changes rapidly or it becomes impossible to use a substrate such as glass, which may lead to restrictions in use or difficulty in control. Therefore, the heat treatment temperature is preferably 200 to 6500°. The shelved chromium thermal head obtained in this way is stable and resistant to oxidation, and the power usage limit of the conventional thermal head using tantalum nitride is 17~
Although it was 18W/me, it can be used for a maximum power supply of 21 to 22W/a. 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 chromium thin film resistor can be selected from a wide range of 70 mm to 5×1 mm, so if you set it to a high resistance value, you will need less current 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 abrasion. 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. 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. Next, it will be explained based on an example.

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110ぴ0でホットプレスした棚化クロムCrB2
(米国ペントロン社製、Cr70.2%,B29.3%
のもの)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5×10‐かorr,基板加熱
温度20ぴ0の条件にて1000Aの厚さの発熱体を作
製した。
Example 1 Shelved chromium CrB2 hot-pressed at 110 mm on a glazed ceramic substrate that had been thoroughly cleaned in advance
(Made by Pentron, USA, Cr70.2%, B29.3%
) using high frequency bipolar sputtering as a target.
A heating element with a thickness of 1000 A was fabricated under conditions of a total argon pressure of 5 x 10 orr and a substrate heating temperature of 20 pm.

この固有抵抗値は約250仏Q弧でこの時の面積抵抗は
約250/口であった。この上にチタンを10A,アル
ミニウムを1.54凧電子ビームで蒸着した後、選択エ
ッチングで4本/脚の分解能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腹厚6〃
肌葵着したサーマルヘッドA,2,酸化アルミニウムを
膜厚8山肌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仏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〃仇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。
This specific resistance value was about 250 French Q arc, and the area resistance at this time was about 250/mouth. After depositing 10A of titanium and 1.54mm of aluminum using a kite electron beam, selective etching was performed on the thermal head A with a resolution of 4 wires/leg.
.. was formed. Next, the thermal heads A, . Tantalum oxide is applied as a protective layer by electron beam evaporation to a thickness of 6 mm.
Thermal head A, 2 has aluminum oxide deposited on it, Thermal head A, 3 has aluminum oxide deposited on it to a thickness of 8 degrees, Thermal head A, 4 has magnesium oxide deposited on it, 5 degrees thick, and 1.5 thick silicon oxide. Next, thermal head A, 5 in which tantalum oxide was deposited in a two-layer structure with a film thickness of 6 mounds.
prepared.

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8×10‐2Ton,窒素分圧が1×10‐Ton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。
For comparison, tantalum was targeted by high-frequency bipolar reactive sputtering, and a 1000A thick tantalum nitride heat-generating film was generated under conditions of a total pressure of argon and nitrogen of 8×10-2Ton and a partial pressure of nitrogen of 1×10-Ton. Resistor 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山Qm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1.5wの設
け、更にその上に6山肌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ツド‘こ対して、パルス幅6のs
,5mセの繰り返し電圧を印加し、その供給電力を30
分に1肌tt/協ずつ増加させ伽速テストを行ったとき
の抵級修学x1血(%)の測定結果を第2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 240 peaks Qm, and the area resistance value at this time was 240/mouth. Next, the thermal heads B, .
B. A tantalum oxide protective layer with a thickness of 6 mm is provided by sputtering. 2 and 2, in which a silicon oxide film of 1.5W was provided, and a tantalum oxide film with a thickness of 6 peaks was further provided on top of it.
A sample B3 having a layered structure including a protective layer was prepared. For these prepared thermal heads, a pulse width of 6 s
, 5 msec of voltage was applied repeatedly, and the supplied power was increased to 30 msec.
Figure 2 shows the measurement results of ``Regular Shugaku x 1 Blood'' (%) when the speed test was performed by increasing the amount of blood by 1 tt/kyo 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。スパッタ−により作製した棚化クロム薄膜発熱抵
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1.2倍の鰭力を供給できる。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、棚化クロム薄膜発熱抵抗
体は電子ビーム蒸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B3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ッドB,2より
もはるかに簾れてし・た。又、棚化ク。ム上に酸化シリ
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。
Here, R is the resistance value before the test, and ΔR is the change in resistance value. Shelved chromium thin film heating resistors A, . are tantalum nitride thin film heating resistors B, . It can supply approximately 1.2 times more fin force per unit area than the previous one. or,
By providing a protective layer, the power that can be delivered per unit area is greatly improved, but the shelved chromium thin film heating resistor is made of tantalum oxide (A
, 2), Even when only one protective layer of aluminum oxide (A, 3) and magnesium oxide (A, 4) is used, it is almost the same as thermal head B3, which is a tantalum nitride thin film heating resistor with two protective layers. The thermal head B and 2, which were made of a tantalum nitride thin film heating resistor having a single protective layer, were far more shielded. Also, shelving. Thermal heads A and 5, which have a two-layer protective layer of silicon oxide and tantalum oxide on the thermal head, 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.

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
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、棚化クロム薄膜発熱抵抗体の
場合は酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化マグネシ
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−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6山肌スパッタし
たサーマルヘッドA2,酸化アルミニウムを膜厚8仏の
スパツタしたサーマルへッドん3,酸化マグネシウムを
膜厚5ムのでスパッタ‐したサーマルへッドん4,及び
酸化シリコン1.5仏肌次いで酸化タンタル6ム仇の膜
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篤を用意した。
Normally, the power supplied when thermal energy is transferred to thermal recording paper varies depending on the contact pressure, but is approximately 11 to 14 W/m, so in the case of a tantalum nitride thin film heating resistor, a two-layer structure such as a combination of silicon oxide and tantalum oxide is used. In contrast, in the case of shelved chromium thin film heating resistors, only one protective layer such as tantalum oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, etc. is sufficient for printing, and two protective layers are required. It can be seen that the lifespan is further extended. (Example
2) The same thermal heads A, . Thermal head A2 has tantalum oxide sputtered to a thickness of 6 mm as a protective layer, thermal head 3 has aluminum oxide sputtered to a thickness of 8 mm, and thermal head 3 has sputtered magnesium oxide to a thickness of 5 mm. A thermal head A was prepared in which a two-layer protective layer was formed by sputtering, having a thickness of 4 mm, 1.5 mm thick silicon oxide, and 6 mm thick 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
を行い抵抗変イG率を測定した。その結果抵抗変化率は
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19.5W/嫌,A23では20.0W/協,A
24では20.0W/職2 、A25では22W/孫で
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) 棚化クロムCr&(米国ペントロン社製Cr70.2%
,B29.3%)の粉末を100k9/係以上でプレス
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300℃,真
空度5×10‐6Tonで1000Aの厚さに電子ビー
ムで燕着した。
These thermal heads were subjected to the same test as in Example 1, and the resistance change G rate was measured. As a result, the rate of resistance change increases rapidly.The power limit values per unit area are 19.5W/K for A2, 20.0W/K for A23, and 20.0W/K for A23, respectively.
24 had a power consumption of 20.0W/job 2, and A25 had a power consumption of 22W/grandchild, showing very good results. Better results were obtained when the protective layer was prepared by sputtering than by electron beam evaporation. (Example 3) Shelf chromium Cr & (Cr 70.2% manufactured by Pentron, USA)
, B29.3%) was pressed at a pressure of 100k9/m2 or higher to form a tablet, which was then placed on a glazed ceramic substrate that had been thoroughly cleaned in advance to a thickness of 1000A with substrate heating at 300°C and vacuum level at 5x10-6Ton. Swallowed with an electron beam.

この固有抵抗値は約750〃○功でこの時の面積抵抗は
約750/口であった。次にこの上にチタンを10A,
アルミニウムを1.5山川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/風の分解能をもったパタ
ー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
、酸化タンタルを膜厚6ムの蒸着したサーマルヘッドC
,2,酸化アルミニウムを膜厚8仏爪蒸着したサーマル
ヘッドC,3,酸化マグネシウムを膜厚5rの蒸着した
サーマルヘッドC,4,及び酸化シリコン1.5仏の次
いで酸化タンタル6仏のの一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、抵坑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11W/嫌,C,
2では18W/柵,C,3では18.5W/柵,C,4
では18.5W/協,C,5では20W/軌であった。
This specific resistance value was about 750 mm, and the area resistance at this time was about 750/mouth. Next, add 10A of titanium on top of this.
After evaporating aluminum using a 1.5 Yamakawa electron beam, a pattern with a resolution of 4 lines/wind was formed by selective etching, and thermal heads C, . And so. These thermal heads C, . Thermal head C has tantalum oxide deposited as a protective film to a thickness of 6 μm by electron beam evaporation.
, 2. Thermal head C with aluminum oxide vapor deposited to a thickness of 8 degrees, 3. Thermal head C made of magnesium oxide vapor deposited to a thickness of 5 r, 4, and a layer of silicon oxide of 1.5 degrees followed by tantalum oxide of 6 degrees. A thermal head C, 5 having the same structure as that deposited was prepared, and the same test as in Example 1 was conducted. As a result, the limit values of power per unit area at which the resistance change rate increases rapidly are C, . Then 11W/dislike, C,
2 is 18W/fence, C, 3 is 18.5W/fence, C, 4
In the case of C, it was 18.5W/Kyo, and in C, 5 it was 20W/track.

本実施例の電子ビーム蒸着で作成した棚化クロム発熱抵
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−により形成し、酸化タンタル6〃仇のサ
ーマルヘッドC22,酸化アルミニウム8〃仇のサーマ
ルヘッドC23,酸化マグネシウム5r仇のサーマルヘ
ッドC24,酸化シリコン1.5山肌次いで酸化タンタ
ル6山肌の二層構成としたサーマルヘッドC25を用意
した。
The shelved chromium heating resistor fabricated 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, and a thermal head C22 containing 6 tantalum oxide, 8 thermal head C23 containing aluminum oxide, 5 thermal head C24 containing 5 magnesium oxide, 1.5 silicon oxide, and then tantalum oxide. A thermal head C25 having a two-layer structure with six mountain surfaces was prepared.

これらのサーマルヘッドに対して実施例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 to measure the rate of change in resistance.

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、C2では19W/松,Cめでは1
9.5W/協,C24では19.5W/か亨 C霧では
22W/めであった。(実施例 5) 6インチ径の金属クロム板をターゲットとして用いた。
As a result, the power limit value per unit area at which the resistance change rate increases rapidly is 19 W/matsu for C2 and 1 W/matsu for C2.
It was 9.5W/Kyo, 19.5W/in C24, and 22W/in C fog. (Example 5) A 6-inch diameter metal chrome plate was used as a target.

充分に洗浄されたグレーズドセラミツクス基板を400
℃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。アルゴン十ジボ
ランの圧力は35×10‐汀orr,ジボラン分圧は1
.5×10‐4Tonで高周波2極スパッタにて800
Aの膜厚をつけた。この固有抵抗値は440rQ仇でこ
の時の面積抵抗は550/口であった。この上にバナジ
ウムを100A,金をlAm電子ビームで蒸着した後、
選択エッチングで4本/側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(AI208)10りのをスパッタで積層した。こ
のサーマルヘッドーこ対して実施例1と同じ加速テスト
をおこなったところ19W/嫌まで抵抗変化率は土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インチ径の金属クロム坂上に、競結した1′4インチ
径のホウ素板を多数個置いて表面積比で金属クロム: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
Thoroughly cleaned glazed ceramic substrate
The substrate was heated to .degree. C., and active sputtering was performed in an argon/diborane mixed gas atmosphere. The pressure of argon diborane is 35×10-orr, and the partial pressure of diborane is 1
.. 800 with high frequency bipolar sputtering at 5×10-4Ton
The film thickness was set to A. This specific resistance value was 440 rQ, and the area resistance at this time was 550/mouth. After evaporating vanadium at 100A and gold using an electron beam at 1Am,
A thermal head pattern with a four-line/side resolution was formed by selective etching. Next, 10 layers of aluminum oxide (AI208) were deposited as a protective film by sputtering. When the same acceleration test as in Example 1 was performed on this thermal head, the resistance change rate was 2% until it reached 19W/no power.
It was within This example also gave much better results than the thermal head using tantalum nitride in the comparative example. (Example 6) A target was prepared by placing a large number of 1'4 inch diameter boron plates bonded together on a 6 inch diameter metal chromium slope so that the surface area ratio of metal chromium:shelf elements was approximately 1:2. Using.

充分に洗浄されたグレーズドセラミックス基板を500
00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1び分間スパツタしたところ1000Aの膜厚固有
抵抗値は.900山○弧でこの時の面積抵抗900/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1rm電子ビームで蒸着した後、選択
エッチングで4本/側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(Ta
205)10〃mをスパッタで積層した。このサーマル
ヘッドに対して実施例1と同じ加速テストを行ったとこ
ろ、19.5W/松まで抵抗変イG率‘ま士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 7)5インチ径の石英皿
に棚化クロム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 0.00 and argon pressure: 3×10 orr.
R. F. Sputtering was performed using two electrodes. Sputtering rate is 100A/
After sputtering for 1 minute, the specific resistance value of the film at 1000A was . At this time, a thin film heating resistor with an area resistance of 900/hole was obtained with 900 peaks and arcs. 10A titanium on top of this
, aluminum was vapor-deposited using a 1 rm electron beam, and then a thermal head pattern with a four-line/side resolution was formed by selective etching. Next, tantalum oxide (Ta) was used as a protective film.
205) A layer of 10 m was laminated by sputtering. When this thermal head was subjected to the same acceleration test as in Example 1, the resistance change and G rate were within 2% up to 19.5 W/m, which was a much better result than the thermal head using tantalum nitride. was gotten. (Example 7) Shelved chromium powder was placed on a 5-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20ぴ0,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/mi
nで1晩ご間スパッ夕したところ固有抵抗値350〆Q
ので、この時の面積抵抗350/口の柳川ヒクロム薄膜
発熱抵抗体が得られた。この上にチタンを100A,金
をlAw・鰭子ビームで蒸着した後、選択エッチングで
4本/職分藤能をもつサーマルヘッドパターンを形成し
た。次に55000で1餌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ノロから1400/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(Mg○)を8ム机の厚さにスパツタしてサー
マルヘッドD.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6ms,14Wa
tt/柵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。
A thoroughly cleaned glazed ceramic substrate was subjected to high-frequency bipolar sputtering with substrate heating at 20 pm and argon partial pressure at 5 x 10-2 Ton. Sputter rate 100A/mi
After sputtering with n for one night, the specific resistance value was 350〆Q
Therefore, a Yanagawa Hichrome thin film heating resistor with a sheet resistance of 350/unit was obtained. After evaporating titanium at 100A and gold at 1Aw using a fin beam, selective etching was performed to form a thermal head pattern with a capacity of 4 heads per job. Next, when heat-treated in air at 55,000 for one feeding hour, the resistance value of the heating resistor increased from 350 to 1,400/mouth. Magnesium oxide (Mg○) was sputtered on the heating resistor to a thickness of 8 mm as a protective film to form a thermal head D. I got 2. For comparison, thermal heads D, . We also prepared
6ms, 14W at 50Hz to these thermal heads
FIG. 3 shows the measurement results of the resistance change rate when the rectangular wave of tt/fence was continuously applied.

1ぴ回の印加パルス回教でD,.の抵抗変化率が12%
以上であるのに対してD,2は9%であり、熱処理によ
り抵抗変化が少なくなり安定化した。
D, . with one pulse application. The resistance change rate is 12%
On the other hand, D,2 was 9%, and the resistance change was reduced and stabilized by heat treatment.

(実施例 8)実施例 7の熱処理を、Ar中650q
o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) The heat treatment of Example 7 was carried out in 650q of Ar.
When I changed it to 2 hours at o, the resistance was 350/310 from the mouth.
/ Changed into a mouth.

ここで保護膜として酸化マグネシウム(Mg○)8山肌
をスパツタしてサーマルヘッドD,3を得た。ここで実
施例7と同じ耐久性を行った。
Here, 8 mounds of magnesium oxide (Mg◯) were sputtered as a protective film to obtain thermal heads D and 3. 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の例よりもさら
に良好な結果が得られ、1ぴ回のパルス印加回数に於い
ても抵抗変化率は約14%だった。
The results are shown in FIG. 3, and the results were even better than those of Example 7, and the rate of change in resistance was about 14% even with one pulse application.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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。 第l図 第2図 弟ろ図
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. Figure l Figure 2 Younger brother figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板と、該基板上に形成された発熱抵抗体と、該発
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、発熱抵抗体が硼化クロムであることを
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つて基板上に硼化クロム薄膜を
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クロ
ム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クロムをホツ
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 金属クロムをターゲツトとし、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 金属クロム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ス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. In a thermal head having a substrate, a heating resistor formed on the substrate, and an electric conductor for supplying power to the heating resistor, the heating resistor is made of chromium 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 chromium 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, which comprises manufacturing a heating resistor of a thin film of chromium boride on a substrate by sputtering. 10. The manufacturing method according to claim 9, wherein the sputtering target is hot-pressed chromium 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 metallic chromium as a target. 12. The manufacturing method according to claim 9, wherein metallic chromium and boron are arranged so as to be targets at the same time. 13 1×10^-^3Torr~5×10^-^1T
13. The manufacturing method according to claim 9, 10, or 12, wherein sputtering 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.
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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

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6242203U (en) * 1985-08-30 1987-03-13

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