JPH0825289B2 - Thermal head and manufacturing method thereof - Google Patents
Thermal head and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0825289B2 JPH0825289B2 JP3273925A JP27392591A JPH0825289B2 JP H0825289 B2 JPH0825289 B2 JP H0825289B2 JP 3273925 A JP3273925 A JP 3273925A JP 27392591 A JP27392591 A JP 27392591A JP H0825289 B2 JPH0825289 B2 JP H0825289B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリやプリン
タ等の発熱印字記録装置に用いられるサーマルヘッドお
よびそ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 heat-generating print recording apparatus such as a facsimile and a printer, and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】通常のファクシミリ用途のサーマルヘッ
ドでは、副走査方向の解像度は7.7dots/mmが
標準となっている。しかし、最近のファクシミリの高級
化の傾向に伴って、発熱抵抗体値を低下させずに、特に
副走査方向の解像度を例えば15.4dots/mmと
いうように高めたサーマルヘッドが求められている。2. Description of the Related Art A standard thermal head for facsimile use has a standard resolution of 7.7 dots / mm in the sub-scanning direction. However, with the recent trend toward higher grade facsimiles, there has been a demand for a thermal head in which the resolution in the sub-scanning direction is increased to, for example, 15.4 dots / mm without lowering the heating resistor value.
【0003】副走査方向の解像度を高めるためには、ま
ず発熱抵抗体形状を変更することが行われる。例えば、
副走査方向の解像度を2倍にするためには、主走査方向
の発熱抵抗体長は変えずに、副走査方向の発熱抵抗体長
を1/2にすることが行われる。しかし、これだけでは
発熱抵抗体としての抵抗値も1/2になり、流入電流は
倍加し、電源等を含めた総合的なコスト面から不利とな
る。そこで、発熱抵抗体の厚さを減少させることによ
り、高抵抗化を図ることが試みられている。In order to increase the resolution in the sub-scanning direction, the shape of the heating resistor is first changed. For example,
In order to double the resolution in the sub-scanning direction, the length of the heating resistor in the main scanning direction is not changed, but the length of the heating resistor in the sub-scanning direction is halved. However, with this alone, the resistance value of the heating resistor is also halved, the inflow current is doubled, and it is disadvantageous in terms of the total cost including the power supply and the like. Therefore, it has been attempted to increase the resistance by reducing the thickness of the heating resistor.
【0004】しかし、発熱抵抗体の膜厚を著しく減少さ
せることは、耐熱性等の劣化を招くことから、サーマル
ヘッドの低寿命化に繋がる。そこで、膜厚を減少せるこ
となく、発熱抵抗体の抵抗値を高めるためには、その比
抵抗値を高めることが必要となる。具体的には、30m
Ω・cm程度が望まれる。ここで、高比抵抗膜を得るに
は、Ta−SiO2材料が有利であることが知られてい
る。しかしながら、Ta−SiO2膜は高比抵抗化する
につれて、その製造上の安定性が著しく失われていくこ
とが、本発明者らの実験によって判明した。However, if the film thickness of the heating resistor is remarkably reduced, the heat resistance and the like are deteriorated, which leads to shortening the life of the thermal head. Therefore, in order to increase the resistance value of the heating resistor without reducing the film thickness, it is necessary to increase the specific resistance value. Specifically, 30m
Ω · cm extent is desired. Here, in order to obtain a high resistivity film, Ta-SiO 2 material is known to be advantageous. However, it was revealed by the experiments by the present inventors that the stability of the Ta-SiO 2 film was significantly lost as the resistivity was increased.
【0005】例えば、一般的なSiO2を53mol%
含み残部が実質的にTaからなるスパッタターゲットを
用いて、発熱抵抗体膜を成膜したところ、スパッタリン
グ出力、スパッタガス圧力、スパッタガス流量等の成膜
条件や成膜装置構造等をいかに変更しても、安定して成
膜できる膜の比抵抗値は15mΩ・cmが上限であっ
た。またSiO2を55mol%含み残部が実質的にT
aからなるスパッタターゲットを用いて成膜を試みたと
ころ、30mΩ・cm以上の比抵抗膜を得ることはでき
たものの、その面積抵抗値のバラツキが極端に悪化しし
てしまうという問題が発生した。[(最高抵抗値−最小
抵抗値)/平均値×100(Ω/口)]の式から求めた
ヘッド内抵抗値のバラツキは、SiO2 53mol%
組成の場合には±13%程度であったものが、SiO2
55mol%組成の場合には図7に示すように±45
%にも及んだ。For example, general SiO 2 is 53 mol%
When a heating resistor film is formed using a sputtering target whose remaining balance is substantially Ta, how the film forming conditions such as sputtering output, sputtering gas pressure, and sputtering gas flow rate and the film forming apparatus structure are changed. However, the upper limit of the specific resistance value of the film that can be stably formed is 15 mΩ · cm. Further, it contains 55 mol% of SiO 2 and the balance is substantially T.
An attempt was made to form a film by using a sputter target consisting of a. Although a specific resistance film of 30 mΩ · cm or more could be obtained, the problem that the variation of the sheet resistance value was extremely deteriorated. . The variation of the resistance value in the head obtained from the formula of [(highest resistance value−minimum resistance value) / average value × 100 (Ω / mouth)] is SiO 2 53 mol%
In the case of composition, what was about ± 13% is SiO 2
In case of 55 mol% composition, as shown in FIG.
%.
【0006】通常、サーマルヘッドのヘッド内抵抗値は
±10%以内が規格となっており、±45%もの比抵抗
値バラツキを有する発熱抵抗体膜では、膜厚による補正
を行ったとしても、±10%以内とすることは極めて困
難である。また、補正が可能であったとしても、実機走
行時にヘッド内抵抗値の変化の挙動が部位によって著し
く異なってくる等、信頼性の低いサーマルヘッドとなっ
てしまう。さらに、ヘッド内の比抵抗値のバラツキが大
きいということは、個々のサーマルヘッド間のそれも大
きくなることを意味する。最近では、サーマルヘッド間
の比抵抗値バラツキは±5%以内が要求されるようにな
ってきているが、SiO2 55mol%組成のTa−
SiO2膜ではそれが±20%を超えてしまい、生産歩
留りが極端に低下してしまう。Normally, the standard internal resistance value of the thermal head is within ± 10%. With a heating resistor film having a specific resistance value variation of ± 45%, even if correction is made by the film thickness. It is extremely difficult to set it within ± 10%. Even if the correction is possible, the behavior of the change in the resistance value in the head during running of the actual machine remarkably differs depending on the parts, so that the thermal head becomes unreliable. Further, the large variation in the specific resistance value within the head means that it also increases between the individual thermal heads. Recently, the variation in the specific resistance value between thermal heads is required to be within ± 5%, but Ta-containing 55 mol% SiO 2 composition is used.
In the case of the SiO 2 film, it exceeds ± 20%, and the production yield is extremely reduced.
【0007】さらに、サーマルヘッドを高解像度化する
ことによって、以下に示すような問題も招いている。す
なわち、高解像度のサーマルヘッドでは、発熱抵抗体の
面積が著しく小さくなるため、必然的に実機走行時のエ
ネルギー密度が高くなる。よって、発熱抵抗体の安定化
のために行う実装後の電気エージング量を、通常の解像
度のサーマルヘッドと同等のレベルで行っても、高解像
度のサーマルヘッドでは十分な効果が得られない。そこ
で、通常のサーマルヘッドより電気エージング量を大き
くしなければならないが、これには限界がある。例え
ば、通常の副走査方向の解像度が7.7dots/mm
のサーマルヘッドにおいては、抵抗値を概ね6%低下さ
せるレベルの電気エージングで、実機走行時の抵抗値が
安定したサーマルヘッドが得られたが、副走査方向の解
像度が15.4dots/mmのサーマルヘッドでは、
抵抗値を概ね12%低下させるレベルの電気エージング
が必要となる。しかし、−12%もの電気エージングを
行うと、ヘッドもしくはヘッドの部位によっては、発熱
抵抗体に接続された導電膜のフクレや腐食、また発熱抵
抗体の保護膜のふくれといった現象が発生し、またこれ
らは抵抗値異常をも招くこととなる。Further, the higher resolution of the thermal head causes the following problems. That is, in a high-resolution thermal head, the area of the heating resistor is significantly reduced, so that the energy density during running of the actual machine is inevitably high. Therefore, even if the amount of electric aging after mounting for stabilizing the heating resistor is performed at a level equivalent to that of a thermal head having a normal resolution, a high resolution thermal head cannot provide a sufficient effect. Therefore, the electric aging amount has to be made larger than that of a normal thermal head, but this has a limit. For example, the normal sub-scanning direction resolution is 7.7 dots / mm.
In the thermal head, the thermal head with stable resistance value was obtained by the electric aging of the level that reduces the resistance value by about 6%, but the resolution in the sub-scanning direction was 15.4 dots / mm. At the head
Electrical aging of a level that reduces the resistance value by approximately 12% is required. However, when electric aging of -12% is performed, phenomena such as blistering or corrosion of the conductive film connected to the heating resistor and blistering of the protective film of the heating resistor may occur depending on the head or the head portion. These also lead to abnormal resistance values.
【0008】一方、ポリイミド樹脂のような耐熱樹脂層
をセラミックス基仮や金属基板上に絶縁層や蓄熱層等と
して設けた耐熱絶縁性基板を、サーマルヘッドの高抵抗
基体として用いることが行われている。このような耐熱
絶縁性基板を用いたサーマルヘッドは、ポリイミド樹脂
の熱拡散率が従来のグレーズガラス層に比べて1/3〜
1/6程度と低いことから、熱効率に非常に優れたもの
となる。また、金属基板のような可撓性を有する支持基
板を使用することが可能になることから、曲げ加工を行
うことも可能になる。よって、小型で安価で高性能なサ
ーマルヘッドとして注目されているが、このようなサー
マルヘッドにおいては、通常の解像度であっても、発熱
抵抗体の抵抗値にバラツキが発生しやすく、問題となっ
ている。On the other hand, a heat-resistant insulating substrate in which a heat-resistant resin layer such as a polyimide resin is provided as an insulating layer or a heat storage layer on a ceramic substrate or a metal substrate is used as a high resistance substrate of a thermal head. There is. A thermal head using such a heat-resistant insulating substrate has a polyimide resin having a thermal diffusivity of 1/3 to that of a conventional glaze glass layer.
Since it is as low as about 1/6, the thermal efficiency is very excellent. Further, since it becomes possible to use a flexible support substrate such as a metal substrate, it becomes possible to perform bending work. Therefore, it is attracting attention as a small-sized, inexpensive, and high-performance thermal head.However, in such a thermal head, even if the resolution is normal, the resistance value of the heating resistor tends to vary, which causes a problem. ing.
【0009】例えば、耐熱樹脂層を有するサーマルヘッ
ドとしては、Fe合金等からなる金属基板上に、蓄熱層
と絶縁層とを兼ねるポリイミド樹脂等からなる耐熱樹脂
層を形成し、この上にシリコンオキシナイトライド、ア
モルファスシリコンカーバイド等からなる保護層をスパ
ッタリング法、プラズマCVD法等により形成した後、
この保護層上にTa−SiO2等からなる発熱抵抗体を
スパッタリング法等により膜形成したものが知られてい
る。ここで、シリコンオキシナイトライド等の保護層上
に、Ta−SiO2等からなる発熱抵抗体膜をスパッタ
リング法により成膜すると、その面積抵抗値は大きなバ
ラツキを示してしまう。本発明者らの実験によれば、ス
パッタリング出力、スパッタガス圧力、スパッタガス流
量等の成膜条件の最適化を行ったにもかかわらず、例え
ばサーマルヘッドが形成される所定の面積を有する基板
上で、そのバラツキは±50%にも及んだ。For example, as a thermal head having a heat-resistant resin layer, a heat-resistant resin layer made of a polyimide resin or the like which also serves as a heat storage layer and an insulating layer is formed on a metal substrate made of an Fe alloy or the like, and a silicon oxide is formed on the heat-resistant resin layer. nitride, sputtering ing coercive Mamoruso of amorphous silicon carbide or the like, after forming by plasma CVD method or the like,
That the heating resistor consisting of Ta-SiO 2 or the like on the coercive Mamoruso This was film formed by a sputtering method, and the like are known. Here, on the coercive Mamoruso such as silicon oxynitride, when the heating resistor film made of Ta-SiO 2 or the like formed by a sputtering method, the area resistance value would indicate a large variation. According to the experiments conducted by the present inventors, despite optimization of film forming conditions such as sputtering output, sputtering gas pressure, and sputtering gas flow rate, for example, on a substrate having a predetermined area where a thermal head is formed. And the variation reached ± 50%.
【0010】サーマルヘッドのヘッド内抵抗値のバラツ
キは、上述したように±10%以内が規格となってお
り、そのためにはパターン形成時における形状バラツキ
等を考慮すると、抵抗体成膜時でのバラツキは±6%以
内であることが要求される。セラミックス板上にグレー
スガラス層を形成した基板の場合には、膜厚の分布を設
けることによって、比較的容易に対処することが可能で
あった。ポリイミド樹脂層等を有する耐熱絶縁性基板を
用いる場合においても、膜厚による補正を行うことは可
能であるが、バラツキが大きいことから膜厚の制御は格
段に難しくなる。また、仮に膜厚制御によって面積抵抗
値のバラツキが±50%から±6%以内に低減できたと
しても、比抵抗値のバラツキは当初のまま変わらないか
ら、サーマルヘッド製造時の入熱工程や実機走行時にお
ける抵抗値変化の不均一性は、従来のセラミックス板上
にグレースガラス層を形成した基板を用いた場合に比べ
て極めて顕著となると共に、膜厚分布もよりいっそう顕
著になり、膜厚を薄くした部位は当然耐熱性が劣り破壊
されやすくなるから、素子寿命も短くなる。このような
サーマルヘッドは、とても実用に絶えられるものではな
い。実用化を図るためには、本質的に面積抵抗値のバラ
ツキが小さい、すなわち比抵抗値バラツキが小さい発熱
抵抗体膜を形成することが必須となる。As described above, the standard variation of the in-head resistance value of the thermal head is within ± 10%. To this end, considering the variation in the shape at the time of pattern formation, the resistance value at the time of film formation of the resistor is considered. The variation is required to be within ± 6%. In the case of a substrate in which a Grace glass layer was formed on a ceramic plate, it was possible to deal with it relatively easily by providing a film thickness distribution. Even when a heat-resistant insulating substrate having a polyimide resin layer or the like is used, it is possible to make a correction based on the film thickness, but since the variation is large, the control of the film thickness becomes extremely difficult. Further, even if the variation in the sheet resistance value can be reduced from ± 50% to within ± 6% by controlling the film thickness, the variation in the specific resistance value does not change as it is. The non-uniformity of the resistance change during actual machine running becomes extremely remarkable as compared with the case of using a substrate in which a Grace glass layer is formed on a conventional ceramic plate, and the film thickness distribution becomes even more remarkable, Of course, the thinned portion is inferior in heat resistance and is easily broken, so that the life of the element is shortened. Such a thermal head is not very practical. In order to put it into practical use, it is essential to form a heating resistor film having a small variation in area resistance value, that is, a small variation in specific resistance value.
【0011】また、ポリイミド樹脂層を保温層として用
いたサーマルヘッドは、通常のセラミックス基板上に形
成したサーマルヘッドに比べ、熱効率等の印字特性が優
れていることが知られており、この特徴をさらに活かす
ため、かつサーマルヘッドに用いられる電源や印字装置
のコストダウンを図るため、さらには上述したように高
解像度化するために、発熱抵抗体の抵抗値を高めること
が望まれている。このような要請に対しては、前述した
ようにSiO2 55mol%組成のTa−SiO2膜
が有効であるものの、このような組成の発熱抵抗体膜で
はさらに比抵抗値のバラツキが顕著となってしまう。Further, a thermal head using a polyimide resin layer as a heat retaining layer is known to have better printing characteristics such as thermal efficiency than a thermal head formed on an ordinary ceramics substrate. It is desired to increase the resistance value of the heating resistor in order to further utilize it, to reduce the cost of the power supply used for the thermal head and the printing apparatus, and to achieve higher resolution as described above. For such demands, although Ta-SiO 2 film of SiO 2 55 mol% composition as described above is valid, the variation of further specific resistance value in the heating resistor film having the above composition becomes remarkable Will end up.
【0012】さらに、ポリイミド樹脂層を保温層として
用いたサーマルヘッドの場合、発熱抵抗体の安定化のた
めに行う通常の電気エージング工程を実装後に施すと、
ポリイミド樹脂に損傷を与えることが多く、工業的に困
難を伴う。Further, in the case of a thermal head using a polyimide resin layer as a heat retaining layer, if a normal electric aging process for stabilizing the heating resistor is performed after mounting,
The polyimide resin is often damaged, which is industrially difficult.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、高解
像度化したサーマルヘッドでは、高比抵抗化した際の比
抵抗値のバラツキが小さい発熱抵抗体が、またポリイミ
ド樹脂層を保温層として用いたサーマルヘッドでは、保
護層上であっても比抵抗値のバラツキを小さくすること
が可能な発熱抵抗体が強く求められている。また、それ
らの製造方法においては、実装後の電気エージングを不
要とした上で、発熱抵抗体の安定化を図ることを可能に
することが強く求められている。As described above, in the high resolution thermal head, the heating resistor having a small variation in the specific resistance value when the specific resistance is increased and the polyimide resin layer as the heat insulating layer are used. In the conventional thermal head, there is a strong demand for a heating resistor capable of reducing the variation in the specific resistance value even on the protective layer. Further, in those manufacturing methods, there is a strong demand for making it possible to stabilize the heating resistor without requiring electrical aging after mounting.
【0014】本発明は、このような課題に対処してなさ
れたもので、発熱抵抗体の比抵抗値のバラツキを本質的
に極力小さくすることが可能で、かつ安定化を容易に図
ることが可能なサーマルヘッドおよびその製造方法を提
供することを目的とするものである。The present invention has been made to address such a problem, and it is possible to essentially minimize the variation in the specific resistance value of the heating resistor and to easily stabilize the heating resistor. An object of the present invention is to provide a possible thermal head and a manufacturing method thereof.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段と作用】本発明における第
1のサーマルヘッドは、絶縁性支持基体と、この絶縁性
支持基体上に形成された多数の発熱抵抗体と、これら各
発熱抵抗体に接続された導電体とを具備するサーマルヘ
ッドにおいて、前記発熱抵抗体は、珪素を5〜25mo
l%、酸素を10〜50mol%の範囲で含み、残部が
実質的にNbあるいはNb合金からなる複合体により形
成されていることを特徴としている。また、第2のサー
マルヘッドは、上記構成のサーマルヘッドにおいて、特
に支持基体上に耐熱樹脂層と保護層とを順に形成した絶
縁性支持基体を用いたものである。A first thermal head according to the present invention includes an insulating support base, a large number of heating resistors formed on the insulating support base, and a plurality of heating resistors. In a thermal head having a conductor connected thereto, the heating resistor is made of silicon in an amount of 5 to 25 mo.
1% and oxygen in the range of 10 to 50 mol% , and the balance is substantially formed by a composite body made of Nb or an Nb alloy. The second thermal head in the thermal head having the above structure, and in particular the on the supporting substrate and the heat-resistant resin layer and the coercive Mamoruso using an insulating supporting substrate formed in this order.
【0016】また、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、絶縁性支持基体上に多数の発熱抵抗体を形成すると
共に、これら各発熱抵抗体に接続された導電体を形成し
てサーマルヘッドを製造するにあたり、酸化珪素を15
mol%〜70mol%の範囲で含み、残部が実質的に
NbあるいはNb合金からなるスパッタリングターゲッ
トを用いて、前記絶縁性支持基体上に発熱抵抗体膜を成
膜し、この発熱抵抗体膜に200℃〜900℃の温度範
囲で熱処理を施すことを特徴としている。Further, according to the method of manufacturing a thermal head of the present invention, a large number of heating resistors are formed on the insulating support base, and a conductor connected to each heating resistor is formed to manufacture the thermal head. To do this, add 15 parts of silicon oxide.
A heating resistor film is formed on the insulative supporting substrate by using a sputtering target that is contained in the range of mol% to 70 mol% and the balance is substantially Nb or Nb alloy. It is characterized in that the heat treatment is performed in the temperature range of ℃ to 900 ℃.
【0017】本発明のサーマルヘッドにおいては、発熱
抵抗体として、珪素を5〜25mol%、酸素を10〜
50mol%の範囲で含み、残部が実質的にNbあるい
はNb合金からなる複合体を用いている。上記Nb合金
としては、例えばNb−Ta合金、Nb−Fe合金等が
挙げられる。ここで、金属基板上にポリイミド樹脂層の
ような耐熱樹脂層が形成された耐熱性樹脂絶縁基板の場
合、前述したように、通常のセラミックス基板上にグレ
ースガラス層を形成した基板に比べて、発熱抵抗体膜の
面積抵抗値のバラツキが約3倍程度増加する。また、発
熱抵抗体を高比抵抗化しようとした場合についても、同
様に面積抵抗値のバラツキが大幅に増加する。既に述べ
たように、面積抵抗値のバラツキの改善には、比抵抗値
のバラツキを小さくするという本質的な改善策が必要で
あり、そのためには本来的に比抵抗値バラツキが小さい
発熱抵抗体材料が求められる。なお、サーマルヘッドの
発熱抵抗体材料として、従来から用いられてきた窒化タ
ンタルは、比抵抗値が低くすぎるという問題を有してい
る。一方、比較的高比抵抗であるTa−SiO2は、前
述したように抵抗値の制御が難しいという欠点を有して
いる。In the thermal head of the present invention, silicon is used in an amount of 5 to 25 mol% and oxygen is used in an amount of 10 to 10 as a heating resistor.
A composite containing 50 mol% and the balance being substantially Nb or Nb alloy is used. Examples of the Nb alloy include Nb-Ta alloy and Nb-Fe alloy. Here, in the case of a heat resistant resin insulating substrate in which a heat resistant resin layer such as a polyimide resin layer is formed on a metal substrate, as described above, compared to a substrate in which a grace glass layer is formed on a normal ceramics substrate, The variation in the sheet resistance value of the heating resistor film increases about three times. Further, even when an attempt is made to increase the specific resistance of the heating resistor, the variation in the sheet resistance value is also greatly increased. As already mentioned, in order to improve the variation in the sheet resistance value, it is necessary to take an essential improvement measure to reduce the variation in the specific resistance value, and for that purpose, the heating resistor with originally small variation in the specific resistance value is required. Materials are required. Note that tantalum nitride, which has been conventionally used as a heating resistor material for a thermal head, has a problem that the specific resistance value is too low. On the other hand, Ta-SiO 2 is relatively high resistivity has the disadvantage that it is difficult to control the resistance value as described above.
【0018】これらに対して、本発明のサーマルヘッド
における発熱抵抗体材料、すなわち珪素を5〜25mo
l%、酸素を10〜50mol%の範囲で含み、残部が
実質的にNbあるいはNb合金からなる複合体は、上記
した要望を真に満たすものである。なぜならば、Taの
原子量が180であるのに対し、Nbのそれは90と小
さく、SiO2の分子量60に近いものである。金属粒
子とSiO2粒子の質量差が小さければ、スパッタリン
グによる粒子放出角度も似てくるし、さらにAr等のス
パッタガスによる散乱程度も近くなってくるため、基板
上での組成のバラツキが少なくなる。このように、組成
のバラツキを抑制することが可能となることによって、
比抵抗分布に優れ、本質的に面積抵抗値のバラツキが小
さな発熱抵抗体膜が得られる。また、SiO2のモル比
を増大させた際においても、同様に組成のバラツキを抑
制することができる。よって、発熱抵抗体の比抵抗を高
めた場合についても、面積抵抗値のバラツキを小さくす
ることが可能となる。On the other hand, the heating resistor material in the thermal head of the present invention, that is , 5 to 25 mo
A composite containing 1% and oxygen in the range of 10 to 50 mol% and the balance substantially consisting of Nb or Nb alloy truly satisfies the above-mentioned demand. This is because the atomic weight of Ta is 180, whereas that of Nb is as small as 90, which is close to the molecular weight 60 of SiO 2 . If the mass difference between the metal particles and the SiO 2 particles is small, the particle emission angle by sputtering becomes similar, and the degree of scattering by the sputter gas such as Ar also becomes close, so that the composition variation on the substrate is reduced. In this way, by making it possible to suppress the variation in composition,
It is possible to obtain a heating resistor film which has an excellent specific resistance distribution and which has essentially a small variation in area resistance value. Further, even when the molar ratio of SiO 2 is increased, it is possible to similarly suppress the composition variation. Therefore, even when the specific resistance of the heating resistor is increased, it is possible to reduce the variation in the sheet resistance value.
【0019】上記複合体における珪素と酸素のモル比
を、それぞれ5〜25mol%、10〜50mol%の
範囲に限定した理由は、以下の通りである。珪素と酸素
のモル比がそれぞれ5mol%未満、10mol%未満
となると、比抵抗が小さくなりすぎて、抵抗体としての
機能が低下する。一方、珪素と酸素のモル比がそれぞれ
25mol%、50mol%を超えると、ターゲットの
作製が困難となる上に、抵抗値の制御が難しくなり、面
積抵抗値のバラツキが大きくなりやすい。珪素と酸素の
モル比は、それぞれ10〜20mol%、20〜40m
ol%とすることがより好ましい。The reason for limiting the molar ratios of silicon and oxygen in the above composite to the ranges of 5 to 25 mol % and 10 to 50 mol % respectively is as follows. When the molar ratios of silicon and oxygen are less than 5 mol% and less than 10 mol%, respectively , the specific resistance becomes too small and the function as a resistor deteriorates. On the other hand, the molar ratios of silicon and oxygen are
If it exceeds 25 mol% or 50 mol% , it becomes difficult to manufacture the target, and it becomes difficult to control the resistance value, so that the variation in the sheet resistance value tends to increase. The molar ratio of silicon and oxygen is 10 to 20 mol % and 20 to 40 m , respectively.
More preferably, it is ol% .
【0020】上述したような珪素を5〜25mol%、
酸素を10〜50mol%の範囲で含み、残部が実質的
にNbあるいはNb合金の複合体からなる発熱抵抗体
は、上記複合体をターゲットとして用いて、例えばスパ
ッタリングを行うことにより得ることができる5 to 25 mol% of silicon as described above ,
A heating resistor containing oxygen in the range of 10 to 50 mol% and the balance substantially consisting of a Nb or Nb alloy composite can be obtained by, for example, performing sputtering using the above composite as a target.
【0021】このスパッタリングにより得られる発熱抵
抗体膜に対しては、200℃〜900℃の温度範囲で熱
処理を施すことが好ましい。ただし、このような熱処理
を施さなくとも、本発明のサーマルヘッドは実用に耐え
られるものであり、熱処理を必須条件とするものではな
いが、予め熱処理を施すことによって、発熱抵抗体はよ
り安定化し、経時変化がさらに少なくなる。また、従来
の電気エージングでは成し得なかったレベルに発熱抵抗
体を安定化することができる。これらによって、従来の
サーマルヘッドにおいて、実装後に行われていた抵抗体
の電気エージング工程が省略できるばかりか、耐パルス
寿命も長くなる。さらに、熱処理工程はごく初期の製造
工程に行われるため、この際に安定化された発熱抵抗体
は工程中での抵抗値変動が抑制され、したがって工程歩
留りも向上する。The heating resistor film obtained by this sputtering is preferably heat-treated at a temperature range of 200 ° C to 900 ° C. However, the thermal head of the present invention can withstand practical use without such heat treatment, and heat treatment is not an essential condition. However, heat treatment in advance stabilizes the heating resistor more effectively. , The change over time is further reduced. Further, the heating resistor can be stabilized to a level that cannot be achieved by conventional electric aging. As a result, in the conventional thermal head, not only the electrical aging process of the resistor, which is performed after mounting, can be omitted, but also the pulse resistance life is extended. Further, since the heat treatment process is performed in a very initial manufacturing process, the resistance of the heating resistor stabilized at this time is suppressed from varying in resistance value, and the process yield is also improved.
【0022】また、上記した発熱抵抗体膜に対する熱処
理温度は、上述したように200℃〜900℃の温度範
囲とするものである。この熱処理温度が900℃を超え
ると、発熱抵抗体膜の抵抗値が異常を示しやすくなる。
また、200℃未満の温度では、熱処理による効果を十
分に得ることができない。より好ましい熱処理温度は3
00℃〜800℃の範囲であり、さらに好ましくは40
0℃〜750℃の範囲である。また、この熱処理は、1
×10−1Torr以下の真空中、または窒素雰囲気や
アルゴン雰囲気のような不活性雰囲気中で行うことが好
ましい。これらの雰囲気中で熱処理を行うことにより、
発熱抵抗体膜の酸化が抑制され、基板内の面積抵抗値を
より均一にしやすくなり、制御性が向上する。さらに、
熱処理は導電体が形成される以前に施すことが好まし
い。導電体が形成された後に熱処理を行うと、導電体材
料が発熱抵抗体膜中に拡散しやすくなり、抵抗値の制御
上好ましくないからである。The heat treatment temperature for the heating resistor film is set in the temperature range of 200 ° C. to 900 ° C. as described above. If the heat treatment temperature exceeds 900 ° C., the resistance value of the heating resistor film is likely to be abnormal.
Further, if the temperature is lower than 200 ° C., the effect of heat treatment cannot be sufficiently obtained. More preferable heat treatment temperature is 3
The temperature is in the range of 00 ° C to 800 ° C, more preferably 40
It is in the range of 0 ° C to 750 ° C. Also, this heat treatment is
It is preferably performed in a vacuum of 10 -1 Torr or less or in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. By performing heat treatment in these atmospheres,
Oxidation of the heating resistor film is suppressed, the area resistance value in the substrate is more easily made uniform, and the controllability is improved. further,
The heat treatment is preferably applied before the conductor is formed. This is because if the heat treatment is performed after the conductor is formed, the conductor material is likely to diffuse into the heating resistor film, which is not preferable in controlling the resistance value.
【0023】[0023]
【実施例】以下、本発明のサーマルヘッドの実施例につ
いて説明する。EXAMPLES Examples of the thermal head of the present invention will be described below.
【0024】ます、本発明に係わる発熱抵抗体の具体的
な形成例およびその評価結果について述べる。First, a concrete example of the heating resistor according to the present invention and its evaluation result will be described.
【0025】SiO2を55mol%含み、残部が実質
的にNbからなる焼結体ターゲットを用いて、同一真空
室内に配置した、ポリイミド樹脂層とSi−Zr−Y−
N−O化合物からなる保護層とを具備するステンレス基
板上に、発熱抵抗体膜を高周波スパッタリング法によっ
て成膜した。この基板は、厚さ約1mmで、55mm×
270mmの成膜面積を有するものである。スパッタ条
件は、高周波電力2.0kw、Ar圧力15mTor
r、Ar流量50SCCMとし、膜厚100nmのNb
−SiO2膜を得た。なお、使用した成膜装置は、固定
されたターゲット面に対して基板を平行に通過させるこ
とにより着膜を行わせる機構になっているものである
が、ここでは基板内面積抵抗値のバラツキを向上させる
ような膜厚分布をもたせるように故意的に基板通過速度
を変化させず、一定速度とした。A polyimide resin layer and Si-Zr-Y- were arranged in the same vacuum chamber by using a sintered body target containing 55 mol% of SiO 2 and the balance being substantially Nb.
On a stainless steel substrate and a N-O compounds ing from coercive Mamoruso, and the heating resistor film is formed by RF sputtering. This substrate is about 1 mm thick and 55 mm x
It has a film forming area of 270 mm. The sputtering conditions are high-frequency power of 2.0 kw and Ar pressure of 15 mTorr.
r, Ar flow rate 50 SCCM, Nb film thickness 100 nm
It was obtained -SiO 2 film. The film forming apparatus used has a mechanism for forming a film by allowing the substrate to pass in parallel to a fixed target surface. The substrate passing speed was not intentionally changed so as to have a film thickness distribution that improves it, and the speed was set to a constant speed.
【0026】このような成膜条件で作製したNb−Si
O2膜の基板内面積抵抗値を測定したところ、3.3k
Ω±5.5%の平均値とバラツキを示した。また、比抵
抗値については、33mΩ・cm±5.8%の平均値と
バラツキを示した。ここで、基板内面積抵抗値は基板中
央部を長手方向に均等に20点測定し、バラツキは
[(最高抵抗値−最小抵抗値)/平均値×100(Ω/
口)]の式にて求めたものである。また、比抵抗は20
点の膜厚と曲積抵抗値の積から算出したものである。Nb-Si produced under such film forming conditions
When the sheet resistance value of the O 2 film in the substrate was measured, it was 3.3 k.
An average value of Ω ± 5.5% and variation were shown. Regarding the specific resistance value, the average value of 33 mΩ · cm ± 5.8% and the variation were shown. Here, the area resistance value in the substrate was measured at 20 points evenly in the longitudinal direction in the central portion of the substrate, and the variation was [(maximum resistance value−minimum resistance value) / average value × 100 (Ω /
Mouth]]. The specific resistance is 20
It is calculated from the product of the film thickness at the point and the resistance value of the curved product.
【0027】一方、本発明との比較として、酸化珪素を
55mol%含み、残部が実質的にTaからなる焼結タ
ーゲットを用いた以外は、上記実施例と同一基板、同一
条件でTa−SiO2膜を作製したところ、面積抵抗値
および比抵抗値はそれぞれ、3.4kΩ±44.5%、
34mΩ・cm±50.3%となった。On the other hand, as a comparison with the present invention, except that a sintering target containing 55 mol% of silicon oxide and the balance being substantially Ta is used, the same substrate and Ta-SiO 2 are used under the same conditions and conditions as in the above-mentioned embodiment. When a film was prepared, the area resistance value and the specific resistance value were 3.4 kΩ ± 44.5%,
It was 34 mΩ · cm ± 50.3%.
【0028】このように、本発明によるNb−SiO2
抵抗体膜は、従来のTa−SiO2抵抗体膜に比べ、面
積抵抗値のバラツキが格段に優れており、さらにこのこ
とは比抵抗値バラッキが小さいことの反映であることが
分かる。Thus, the Nb-SiO 2 according to the present invention is
It can be understood that the resistance film has a markedly excellent variation in the sheet resistance value as compared with the conventional Ta-SiO 2 resistance film, and that this is a reflection of the small variation in the specific resistance value.
【0029】次に、上記した2種類の抵抗体膜を用い
て、図1に示すようなサーマルヘッドをそれぞれ製作し
た。図1は、本発明の一実施例のサーマルヘッドの構成
を模式的に示す要部断面図である。Fe−Cr系合金か
らなる支持基板1上には、耐熱樹脂層2としてポリイミ
ド樹脂層が設けられており、この耐熱樹脂層2上にはS
i−Zr−Y−N−O化合物からなる保護層3が設けら
れている。また、この保護層3上には、上記した2種類
の抵抗体膜を個別に用いた発熱抵抗体4がスパッタリン
グ法によって形成されている。そして、この発熱抵抗体
4上には、発熱部5となる開口を形成する如くAlから
なる導電層6、すなわち個別電極および共通電極が形成
され、少なくともこの発熱部5を被覆するようにSi−
Zr−Y−N−O化合物からなる保護層7が形成されて
いる。発熱抵抗体4は、パターニングによって多数設
け、解像度が主走査方向8dots/mm、副走査方向
15.4dots/mmのサーマルヘッドをそれぞれ作
製した。Next, a thermal head as shown in FIG. 1 was manufactured using the above-mentioned two types of resistor films. FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts schematically showing the configuration of a thermal head according to an embodiment of the present invention. A polyimide resin layer is provided as the heat-resistant resin layer 2 on the support substrate 1 made of an Fe-Cr alloy, and S is formed on the heat-resistant resin layer 2.
i-Zr-Y-N- O compound ing from product coercive Mamoruso 3 is provided. Further, on the coercive Mamoruso 3 This heating resistor 4 using two kinds of resistor film mentioned above individually are formed by sputtering. Then, a conductive layer 6 made of Al, that is, an individual electrode and a common electrode are formed on the heat generating resistor 4 so as to form an opening which becomes the heat generating part 5, and Si- is formed so as to cover at least the heat generating part 5.
A protective layer 7 made of a Zr—Y—N—O compound is formed. A large number of heating resistors 4 were provided by patterning, and a thermal head having a resolution of 8 dots / mm in the main scanning direction and a resolution of 15.4 dots / mm in the sub scanning direction was manufactured.
【0030】これら2種類のサーマルヘッドのヘッド内
抵抗値分布を調べたところ、従来のTa−SiO2抵抗
体膜を用いたサーマルヘッドは、図3に示すように2.
8kΩ±48.4%とまったく非実用的レベルであった
のに対し、本発明のNb−SiO2抵抗体膜を用いたサ
ーマルヘッドは、図2に示すように2.8kΩ±6.5
%と十分に実用レベルに達していた。このように、本発
明のNb−SiO2を発熱抵抗体に用いたサーマルヘッ
ドは、従来のサーマルヘッドに比べて、抵抗値のバラツ
キが格段に向上し、特にポリイミド樹脂層を保温層とし
て設けた、高効率のサーマルヘッドの実用化に大きく貢
献するものである。When the in-head resistance value distributions of these two types of thermal heads were examined, it was found that a thermal head using a conventional Ta-SiO 2 resistor film had a resistance of 2.
The thermal head using the Nb-SiO 2 resistor film of the present invention is 2.8 kΩ ± 6.5% as shown in FIG.
%, Which was a practical level. As described above, the thermal head using Nb-SiO 2 of the present invention for the heating resistor has a markedly improved variation in resistance value as compared with the conventional thermal head, and in particular, the polyimide resin layer is provided as the heat retaining layer. , Greatly contributes to the practical application of a highly efficient thermal head.
【0031】また、上記した条件でNb−SiO2抵抗
体膜を形成した状態の基板を50枚用意し、この内の2
5枚については2×10−5Torrの真空中にて45
0℃の温度で熱処理を施した。この熱処理によって、面
積抵抗値は10%低減して3.0kΩとなった。また、
そのバラツキは±5.5%と不変であった。この後、熱
処理を実施しなかった25枚の基板と併せて、それぞれ
上述した構成のサーマルヘッドを作製した。1枚の基板
から4個のサーマルヘッドが取れるため、熱処理有り無
し各100個のサーマルヘッドか得られた。なお、通常
のサーマルヘッドでは、実機走行を行う前に抵抗値の安
定化を図る目的で電気エージングを行っているが、ここ
では上記熱処理を実施しなかった100個のサーマルヘ
ッドのみに対して、抵抗値が10%低下するまで電気エ
ージングを施した。In addition, 50 substrates having Nb-SiO 2 resistor films formed thereon were prepared under the above conditions, and 2 of these substrates were prepared.
For 5 sheets, 45 in a vacuum of 2 × 10 −5 Torr.
Heat treatment was performed at a temperature of 0 ° C. By this heat treatment, the sheet resistance value was reduced by 10% to 3.0 kΩ. Also,
The variation was ± 5.5%, which was unchanged. Then, the thermal heads having the above-described configurations were produced together with the 25 substrates that were not subjected to the heat treatment. Since four thermal heads can be taken from one substrate, 100 thermal heads each with or without heat treatment were obtained. Incidentally, in a normal thermal head, electric aging is performed for the purpose of stabilizing the resistance value before running the actual machine, but here, only 100 thermal heads not subjected to the heat treatment are Electric aging was performed until the resistance value decreased by 10%.
【0032】以上の工程によるサーマルヘッド完成に至
るまでの歩留りを求めた。サーマルヘッドの規格は、ヘ
ッド内抵抗値バラツキは2.8kΩ±10%以内、ヘッ
ド間抵抗値バラツキは2.8kΩ±10%以内とした。
その結果、熱処理実施品に関しては、歩留りが98%と
なった。これは、熱処理を施すことによって膜質が安定
化され、熱処理未実施品に比べて工程中での抵抗値変動
が非常に小さくなったことによる。The yield until the completion of the thermal head by the above steps was obtained. As for the specifications of the thermal head, the variation in resistance within the head is within 2.8 kΩ ± 10%, and the variation in resistance between heads is within 2.8 kΩ ± 10%.
As a result, the yield of the heat-treated product was 98%. This is because the film quality is stabilized by the heat treatment, and the variation in the resistance value during the process is much smaller than that of the product not subjected to the heat treatment.
【0033】このように、本発明の熱処理を施した抵抗
体膜を用いたサーマルヘッドにおいては、熱処理を施さ
ない抵抗体膜を用いたサーマルヘッドに比べ、工程歩留
りが格段に向上する。なお、この実施例では熱処理のた
めに真空熱処理装置を使用したが、これは抵抗体膜に熱
を与える手法であればよく、例えば電界印加、レーザ照
射等でもよく、上記方法のみに限定されるものではな
い。As described above, in the thermal head using the heat-resistant resistor film of the present invention, the process yield is significantly improved as compared with the thermal head using the heat-resistant resistor film. In this example, the vacuum heat treatment apparatus was used for heat treatment, but this may be any method that applies heat to the resistor film, for example, electric field application, laser irradiation, etc., and is not limited to the above method. Not a thing.
【0034】さらに、上記工程によって作製した熱処理
有り無しの2種類のサーマルヘッドに対して耐パルス寿
命試験を行った。試験条件は、パルス幅を0.8mse
c、繰り返し周期を2msecとして、発熱抵抗体に連
続的に0.16mJ/dotのエネルギーのパルス印加
を行い、発熱抵抗体の抵抗値変化を測定した。これらの
試験結果を図4に示す。図4において、Aは熱処理有り
で電気エージング無しのサーマルヘッド、Bは熱処理無
しで電気エージング有りのサーマルヘッドである。Bの
サーマルヘッドにおいても、パルス印加数108で抵抗
変化率−4.0%と優れた寿命特性を示しているが、A
のサーマルヘッドでは−1.1%とさらに優れた特性を
示している。このことは、熱処理プロセスの導入によ
り、従来の電気エージング工程が省略できることも示し
ている。さらに、抵抗値低下による発熱温度上昇も抑制
されるから、ポリイミド樹脂層への熱ダメージも少なく
なる。したがって、追加実験によれば、ポリイミド保護
層の厚さに関して、熱処理無しのサーマルヘッドは実用
に十分耐え得るには少なくとも1μm必要であったのに
対し、熱処理有りのサーマルヘッドては0.3μmでも
十分となった。Further, a pulse resistance life test was conducted on two types of thermal heads produced by the above steps, with and without heat treatment. The test condition is a pulse width of 0.8 mse
c, with a repetition cycle of 2 msec, a pulse of energy of 0.16 mJ / dot was continuously applied to the heating resistor, and the change in resistance value of the heating resistor was measured. The results of these tests are shown in FIG. In FIG. 4, A is a thermal head with heat treatment and no electric aging, and B is a thermal head without heat treatment and with electric aging. The thermal head of B also showed excellent life characteristics such as a resistance change rate of -4.0% when the number of pulses applied was 10 8 , but
The thermal head of -1.1% shows even more excellent characteristics. This also shows that the conventional electric aging step can be omitted by introducing the heat treatment process. Further, the rise in heat generation temperature due to the decrease in the resistance value is suppressed, so that the heat damage to the polyimide resin layer is reduced. Therefore, according to an additional experiment, regarding the thickness of the polyimide protective layer, the thermal head without heat treatment needs to be at least 1 μm to sufficiently withstand practical use, while the thermal head with heat treatment has a thickness of 0.3 μm. It became enough.
【0035】このように、本発明の熱処理を施した抵抗
体膜を有するサーマルヘッドは、従来のサーマルヘッド
に比べて、工程歩留りが格段に向上すると共に、従来の
電気エージング工程を省略でき、さらにポリイミド保護
層を非常に薄くすることが可能となるため、コストダウ
ンにも大きく寄与する。As described above, the thermal head having the resistor film subjected to the heat treatment of the present invention has a significantly improved process yield as compared with the conventional thermal head, and the conventional electric aging process can be omitted. The polyimide protective layer can be made very thin, which greatly contributes to cost reduction.
【0036】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。SiO2を55mol%含み、残部が実質的にNb
からなる焼結体ターゲットを用い、かつ絶縁性支持基板
としてグレーズガラス層を有するセラミックス基板を同
一真空室内に配置し、その基板上に抵抗体膜を高周波ス
パッタリング法によって成膜した。スパッタ条件は、高
周波電力2.0kW、Ar圧力15mTorr、Ar流
量150SCCMとし、膜厚110nmのNb−SiO
2膜を得た。このNb−SiO2膜の基板内面積抵抗値
を測定したところ、3.71kΩ±2.2%の平均値と
バラツキを示した。また、比抵抗値については40.8
1Ω・cm±2.3%の平均値とバラツキを示した。Next, another embodiment of the present invention will be described. Containing 55 mol% of SiO 2 , the balance being substantially Nb
A ceramic substrate having a glaze glass layer as an insulative support substrate was placed in the same vacuum chamber using the sintered target made of, and a resistor film was formed on the substrate by a high frequency sputtering method. The sputtering conditions were a high frequency power of 2.0 kW, an Ar pressure of 15 mTorr, an Ar flow rate of 150 SCCM, and a film thickness of 110 nm of Nb-SiO.
Two films were obtained. When the in-substrate area resistance value of this Nb-SiO 2 film was measured, it showed an average value of 3.71 kΩ ± 2.2% and a variation. The specific resistance value is 40.8
An average value of 1 Ω · cm ± 2.3% and variation were shown.
【0037】同一スパッタ条件で他に99枚の上記基板
にNb−SiO2膜を形成したところ、各基板の平均面
積抵抗値は3.63kΩ〜3.77kΩ、平均比抵抗値
は39.8mΩ・cm〜41.5mΩ・cmとなり、極
めて再現性に富むものであった。また、いずれの基板に
おいても、平均面積抵抗値および平均比抵抗値のバラツ
キは±4%以下であった。When another Nb-SiO 2 film was formed on 99 other substrates under the same sputtering conditions, the average sheet resistance value of each substrate was 3.63 kΩ to 3.77 kΩ, and the average specific resistance value was 39.8 mΩ. cm to 41.5 mΩ · cm, which was extremely reproducible. Further, in each of the substrates, the variation in the average sheet resistance value and the average specific resistance value was ± 4% or less.
【0038】また、このようにして得られた基板100
枚に500℃の温度で熱処理を施した。熱処理は、3×
10−5Torr以下の真空中で赤外線ヒータで加熱す
ることにより行った。この熱処理によって、100枚の
基板の面積抵抗値は一律に12%低下した。なお、各基
仮の基仮内面積抵抗値のバラツキは変らず、4%以下を
示していた。Further, the substrate 100 thus obtained
The sheet was heat treated at a temperature of 500 ° C. Heat treatment is 3 ×
It was performed by heating with an infrared heater in a vacuum of 10 −5 Torr or less. By this heat treatment, the sheet resistance value of 100 substrates uniformly decreased by 12%. It should be noted that the variation in the resistance value within the substrate of each substrate was not changed and was 4% or less.
【0039】次に、上記抵抗体膜を有する基板(グレー
ズガラス層を有するセラミックス基板)を用いて、主走
査方向の解像度が8dots/mm、副走査方向の解像
度が15.4dots/mmのサーマルヘッドを作製し
た。発熱抵抗体は、主走査方向110μm、副走査方向
90μmの長方形にパターニングした。この副走査方向
90μmというのは、通常の副走査方向の解像度が7.
7dots/mmのサーマルヘッドの1/2の大きさで
ある。なお、絶縁性支持基板および発熱抵抗体の形状以
外は、図1に示した前述の実施例の構成と同様とした。Next, a thermal head having a resolution in the main scanning direction of 8 dots / mm and a resolution in the sub-scanning direction of 15.4 dots / mm is formed using the substrate having the resistor film (ceramic substrate having the glaze glass layer). Was produced. The heating resistor was patterned into a rectangle of 110 μm in the main scanning direction and 90 μm in the sub scanning direction. The sub-scanning direction of 90 μm means that the resolution in the normal sub-scanning direction is 7.
It is half the size of a thermal head of 7 dots / mm. The configuration was the same as that of the above-described embodiment shown in FIG. 1 except for the shapes of the insulating support substrate and the heating resistor.
【0040】このようにして、計400本のサーマルヘ
ッドを作製した。図5に典型的なサーマルヘッドのヘッ
ド内比抵抗値バラツキを示す。このサーマルヘッドの場
合、平均値は35.8mΩ・cm、バラツキは±2.6
%であった。副走査方向の解像度が15.4本/mmの
サーマルヘッドの抵抗値現格はヘッド内バラツキが±1
0%以下、ヘッド間では通常2.66kΩ〜2.94k
Ω程度が求められるが、この実施例で得られた400本
のサーマルヘッドは、いずれも上記した規格を満足して
いた。In this way, a total of 400 thermal heads were manufactured. FIG. 5 shows variations in the specific resistance value of a typical thermal head. In the case of this thermal head, the average value is 35.8 mΩ · cm, and the variation is ± 2.6.
%Met. The resistance value of the thermal head with a resolution of 15.4 lines / mm in the sub-scanning direction is ± 1 within the head.
0% or less, usually 2.66 kΩ to 2.94 k between heads
Although about Ω is required, all of the 400 thermal heads obtained in this example satisfy the above-mentioned standard.
【0041】これに対して、SiO255mol%組成
のTa−SiO2膜を用いて、同様にサーマルヘッドを
作製したところ、上記した規格による歩留りは7%〜8
%程度であった。また、Nb−SiO2膜を用いて、実
装後に電気エージングにより発熱抵抗体の安定化を図っ
てサーマルヘッドを作製したところ、歩留りは47%で
あった。このことからは、発熱抵抗体膜に直に熱処理を
施すことの優位性が分かる。[0041] In contrast, using a Ta-SiO 2 film of SiO 2 55 mol% composition, similarly were manufactured thermal head, the yield by standard that the 7% to 8
It was about%. Further, when a thermal head was manufactured by using the Nb-SiO 2 film to stabilize the heating resistor by electric aging after mounting, the yield was 47%. From this, it can be seen that the heat treatment is directly applied to the heating resistor film.
【0042】また図6に、Nb−SiO2からなる発熱
抵抗体膜に、3×10−5Torr以下の真空中におい
て、500℃で熱処理(C−1)、600℃で熱処理
(C−2)、400℃で熱処理(C−3)をそれぞれ施
したサーマルヘッド、および実装後に、−8%の電気エ
ージング(D−1)、−12%の電気エージング(D−
2)をそれぞれ施したサーマルヘッドの耐パルス寿命特
性を示す。なお、発熱抵抗体を形成するための基板や他
の条件は、上記実施例と同様とした。試験条件は、1
5.4dots/mmのサーマルヘッドの高解像度サー
マルヘッドの典型的なそれに準じ、パルス幅を0.75
msec、繰り返し周期を2msecとして、発熱抵抗
体に連続的に0.16mJ/dotのエネルギーのパル
ス印加を行い、発熱抵抗体の抵抗値変化を測定したもの
である。通常、1×108回のパルスを印加した時点
で、抵抗値変化率は±10%以内が規格となる。Further, in FIG. 6, a heating resistor film made of Nb-SiO 2 is heat-treated at 500 ° C. (C-1) and 600 ° C. (C-2) in a vacuum of 3 × 10 −5 Torr or less. ), A thermal head subjected to heat treatment (C-3) at 400 ° C., and after mounting, -8% electric aging (D-1) and -12% electric aging (D-).
2 shows the pulse life resistance characteristics of the thermal heads subjected to 2). The substrate and other conditions for forming the heating resistor were the same as those in the above-mentioned embodiment. The test condition is 1
A pulse width of 0.75 according to the typical high resolution thermal head of 5.4 dots / mm thermal head.
The change in resistance value of the heating resistor was measured by continuously applying a pulse of energy of 0.16 mJ / dot to the heating resistor at msec and a repeating cycle of 2 msec. Normally, the standard is that the rate of change in resistance value is within ± 10% when a pulse is applied 1 × 10 8 times.
【0043】図6から明らかなように、400℃熱処理
品(C−3)と−8%電気エージング(D−1)はほぼ
同じ挙動を示していることから、両者は同程度の発熱抵
抗体安定化効果を有し、かつ両者とも安定化程度は若干
不足しているといえる。500℃熱処理品(C−1)と
−12%電気エージング品(D−2)もほぼ同じ挙動を
示し、両者とも発熱抵抗体安定化程度は適切なレベルと
いえる。ただし、−12%電気エージング品(D−2)
は、これを施す時点で抵抗値異常を示すものが多く現れ
た。−12%電気エージング品の工程歩留りは72%で
あった。一方、500℃熱処理品(C−1)の工程歩留
りは100%であった。600℃熱処理品(C−2)
は、抵抗値変化率の少なさでは500℃熱処理品(C−
1)にやや劣るものの、寿命規格は十分に満足してい
た。600℃熱処理品に概ね相当すると考えられる、−
17%電気エージング品の作製も試みたが、抵抗値低下
が17%に至る以前に、13%〜15%程度で全てのサ
ーマルヘッドが抵抗値異常を示し、実質的にその作製は
不可能であった。As is apparent from FIG. 6, the 400 ° C. heat-treated product (C-3) and the -8% electric aging (D-1) show almost the same behavior, and therefore both of them have the same heating resistance. It has a stabilizing effect, and both can be said to have a slight lack of stabilization. The 500 ° C. heat-treated product (C-1) and the −12% electric aging product (D-2) exhibit almost the same behavior, and it can be said that the heating resistor stabilization level is at an appropriate level for both. However, -12% electric aging product (D-2)
In many cases, the one showing an abnormal resistance value appeared at the time of applying this. The process yield of the -12% electric aging product was 72%. On the other hand, the process yield of the 500 ° C. heat-treated product (C-1) was 100%. 600 ℃ heat treated product (C-2)
Is a 500 ° C heat-treated product (C-
Although slightly inferior to 1), the life standard was sufficiently satisfied. It is considered to be roughly equivalent to a 600 ° C heat-treated product,-
We also tried to manufacture a 17% electric aging product, but before the decrease in resistance value reached 17%, all the thermal heads showed abnormal resistance values at about 13% to 15%, and it was practically impossible to manufacture it. there were.
【0044】以上の実施例においては、熱処理温度は5
00℃が最適であった。従来的な電気エージングでも、
−12%のトリミングを施せば、500℃熱処理品と同
等の発熱抵抗体安定化効果が得られるものの、前述のよ
うに電気エージングでは3割程度のサーマルヘッドが不
良となってしまった。In the above embodiment, the heat treatment temperature is 5
00 ° C was the optimum. Even with traditional electric aging,
Trimming by -12% provided the same heat-resistor stabilization effect as the 500 ° C. heat-treated product, but as described above, about 30% of the thermal heads failed due to electric aging.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ポ
リイミド樹脂層等を保温層として設けた高効率のサーマ
ルヘッドにおいて、発熱抵抗体の抵抗値の均一化が容易
に実現できる。また、高解像度を実現するべく、高比抵
抗化した発熱抵抗体が要求させる場合においても、抵抗
値の均一化制御は実に容易となる。さらに、発熱抵抗体
膜を形成した後、これに熱処理を施すことによって、抵
抗体膜質は安定化すると其に、従来の電気エージングで
は成し得なかったレベルまで安定化することができるた
め、その後の工程歩留りは極めて高くなる上、従来行わ
れていた電気エージング工程を省略することができる。
また、例えばポリイミド樹脂に保護層を設ける場合に
は、保護層の膜厚を非常に薄くすることができる。従っ
て、本発明によれば、ポリイミド樹脂層を保温層として
設けた高効率でしかも高抵抗タイプのサーマルヘッド
や、副走査方向高解像度の高抵抗サーマルヘッドを、安
定した高歩留りでかつ低コストで生産することが可能と
なる。As described above, according to the present invention, in a highly efficient thermal head provided with a polyimide resin layer or the like as a heat retaining layer, it is possible to easily realize uniform resistance values of the heating resistors. Further, even in the case where a heating resistor having a high specific resistance is required to realize high resolution, uniform control of the resistance value becomes very easy. Furthermore, after the heating resistor film is formed, it is subjected to heat treatment to stabilize the resistor film quality, and since it can be stabilized to a level that cannot be achieved by conventional electric aging. In addition to the extremely high process yield, it is possible to omit the conventional electric aging process.
Further, for example, in the case of providing a coercive Mamoruso the polyimide resin, it can be very thin film thickness of the protective layer. Therefore, according to the present invention, a high-efficiency and high-resistance type thermal head provided with a polyimide resin layer as a heat-retaining layer, and a high-resistance thermal head with high resolution in the sub-scanning direction are provided at a stable high yield and at low cost. It becomes possible to produce.
【図1】本発明の一実施例のサーマルヘッドの要部を模
式的に示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a main part of a thermal head according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例によるサーマルヘッドのヘッ
ド内抵抗値分布を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing an in-head resistance value distribution of a thermal head according to an embodiment of the present invention.
【図3】従来のサーマルヘッドのヘッド内抵抗値分布を
示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing an in-head resistance value distribution of a conventional thermal head.
【図4】本発明の実施例により各種処理を施したサーマ
ルヘッドのそれぞれの耐パルス寿命試験結果を示す図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing the results of pulse withstand life tests of thermal heads that have been subjected to various treatments according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の他の実施例によるサーマルヘッドの典
型的なヘッド内比抵抗値分布を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a typical in-head resistivity distribution of a thermal head according to another embodiment of the present invention.
【図6】本発明の他の実施例により各種処理を施したサ
ーマルヘッドのそれぞれの耐パルス寿命試験結果を示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of pulse withstand life tests of thermal heads that have been subjected to various treatments according to another embodiment of the present invention.
【図7】従来のサーマルヘッドのヘッド内比抵抗値分布
を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an in-head specific resistance value distribution of a conventional thermal head.
1……支持基板 2……耐熱樹脂層 3……保護層 4……発熱抵抗体 5……発熱部 6……導電層 7……保護層 1 ... Supporting substrate 2 ... Heat-resistant resin layer 3 ... Protective layer 4 ... Heating resistor 5 ... Heating part 6 ... Conductive layer 7 ... Protective layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01C 17/12 H01C 17/12 (72)発明者 石上 隆 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 河合 光雄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝 横浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭63−148601(JP,A) 特開 昭62−56160(JP,A) 特開 昭53−113554(JP,A) 特開 昭63−278205(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01C 17/12 H01C 17/12 (72) Inventor Takashi Ishigami 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Incorporated company Toshiba Yokohama office (72) Inventor Mitsuo Kawai 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Incorporated company Toshiba Yokohama office (56) Reference JP 63-148601 (JP, A) JP Sho 62-56160 (JP, A) JP-A-53-113554 (JP, A) JP-A-63-278205 (JP, A)
Claims (5)
上に形成された多数の発熱抵抗体と、これら各発熱抵抗
体に接続された導電体とを具備するサーマルヘッドにお
いて、 前記発熱抵抗体は、珪素を5〜25mol%、酸素を1
0〜50mol%の範囲で含み、残部が実質的にNbあ
るいはNb合金からなる複合体により形成されているこ
とを特徴とするサーマルヘッド。1. A thermal head comprising an insulating support base, a large number of heating resistors formed on the insulating support base, and a conductor connected to each of the heating resistors. The body has 5 to 25 mol% silicon and 1 oxygen.
A thermal head, characterized in that it is contained in the range of 0 to 50 mol% and the balance is substantially formed of a composite body made of Nb or an Nb alloy.
た耐熱樹脂層と、この耐熱樹脂層上に設けられた保護層
と、この保護層上に形成された多数の発熱抵抗体と、こ
れら各発熱抵抗体に接続された導電体とを具備するサー
マルヘッドにおいて、前記発熱抵抗体は、珪素を5〜2
5mol%、酸素を10〜50mol%の範囲で含み、
残部が実質的にNbあるいはNb合金からなる複合体に
より形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。2. A support base and the support base on the heat-resistant resin layer formed, and the coercive Mamoruso provided in the heat-resistant resin layer, a large number of heat-generating resistor formed on this coercive Mamoruso In a thermal head including a body and a conductor connected to each of the heating resistors, the heating resistor contains silicon in an amount of 5 to 2
5 mol%, containing oxygen in the range of 10 to 50 mol% ,
A thermal head characterized in that the balance is substantially formed of a composite body made of Nb or an Nb alloy.
形成すると共に、これら各発熱抵抗体に接続された導電
体を形成して、サーマルヘッドを製造するにあたり、 酸化珪素を15mol%〜70mol%の範囲で含み、
残部が実質的にNbあるいはNb合金からなるスパッタ
リングターゲットを用いて、前記絶縁性支持基体上に発
熱抵抗体膜を成膜し、この発熱抵抗体膜に200℃〜9
00℃の温度範囲で熱処理を施すことを特徴とするサー
マルヘッドの製造方法。3. When a thermal head is manufactured by forming a large number of heat generating resistors on an insulating support substrate and forming a conductor connected to each of these heat generating resistors, silicon oxide of 15 mol% to In the range of 70 mol%,
A heating target resistor film is formed on the insulating supporting substrate by using a sputtering target whose balance is substantially Nb or Nb alloy, and the heating target resistor film is formed at 200 ° C. to 9 ° C.
A method of manufacturing a thermal head, characterized by performing heat treatment in a temperature range of 00 ° C.
方法において、 前記発熱抵抗体膜に対して、1×10−1Torr以下
の真空中または不活性雰囲気中で熱処理を施すことを特
徴とするサーマルヘッドの製造方法。4. The method of manufacturing a thermal head according to claim 3, wherein the heating resistor film is heat-treated in a vacuum of 1 × 10 −1 Torr or less or in an inert atmosphere. Method of manufacturing thermal head.
方法において、 前記発熱抵抗体膜に対する熱処理を、前記導電体を形成
する以前に行うことを特徴とするサーマルヘッドの製造
方法。5. The method of manufacturing a thermal head according to claim 3, wherein the heat treatment for the heating resistor film is performed before the conductor is formed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273925A JPH0825289B2 (en) | 1991-06-19 | 1991-10-22 | Thermal head and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14735391 | 1991-06-19 | ||
| JP3-147353 | 1991-06-19 | ||
| JP3273925A JPH0825289B2 (en) | 1991-06-19 | 1991-10-22 | Thermal head and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0557927A JPH0557927A (en) | 1993-03-09 |
| JPH0825289B2 true JPH0825289B2 (en) | 1996-03-13 |
Family
ID=26477929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3273925A Expired - Lifetime JPH0825289B2 (en) | 1991-06-19 | 1991-10-22 | Thermal head and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0825289B2 (en) |
-
1991
- 1991-10-22 JP JP3273925A patent/JPH0825289B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0557927A (en) | 1993-03-09 |
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