(57)【要約】【課題】高い蓄熱性と高い放熱性が得られ、低エネルギでの良好な印字かつ高速な印字を行うことができるサーマルヘッドを、複雑な製造工程を必要とすることなく提供する。【解決手段】発熱抵抗体層上には抵抗体保持層を設け、発熱抵抗体層下部の蓄熱層との間には、発熱抵抗体層の下層に位置する電極部分をエッチング除去して得られる空間層を形成した。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の蓄熱層へ複数の電極を列状に形成し、各電極上に発熱抵抗体層をそれぞれ接続してなるサーマルヘッドの製造方法であって、
前記各発熱抵抗体層の上部には抵抗体保持層を積層し、発熱抵抗体層下部には、固体層が存在しない空間層を形成したことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記空間層は、発熱抵抗体層の下層に位置していた電極部分をエッチング除去することにより形成することを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項３】
基板上に形成した蓄熱性を有する蓄熱層上に、個別電極と共通電極とからなる一対の電極を整列状に複数個形成し、形成した各一対の電極上に発熱抵抗体層をそれぞれ接続し、前記各発熱抵抗体層の背部に該発熱抵抗体層の発熱が前記蓄熱層に伝達され難いように空間層を形成してなるサーマルヘッドの製造方法であって、
基板上の前記蓄熱層上に、個別電極と共通電極と前記空間層の位置に仮に設ける島状の仮設電極とを敷設し、
敷設した前記個別電極と前記共通電極と前記仮設電極との上部に前記各発熱抵抗体層を積層し、
前記仮設電極の上部に位置する部分のみを残して、上面全面をマスキングし、エッチング液を使用したエッチングにより前記仮設電極を溶解除去して前記空間層を形成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記マスキングは、フォトレジストを用いて行うことを特徴とする請求項３に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマルプリンタに使用されるサーマルヘッドに係り、特に携帯型プリンタに使用されるために、電池駆動を行う場合等において非常に効果が高い、高効率のサーマルヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にサーマルヘッドは、アルミナセラミックスなどからなる基板上にガラスなどからなる蓄熱層を敷設して、複数の発熱抵抗体層を列状に形成し、各発熱抵抗体層には、アルミニウム、銅、金、銀などからなる個別電極ならびに共通電極をそれぞれ接続し、発熱抵抗体層およびその周辺に位置する電極を保護膜により被覆して構成される。そして、サーマルヘッドの発熱抵抗体層を選択的に発熱させることにより、感熱記録媒体へ伝熱させて記録を行うようになっている。
【０００３】
このようなサーマルヘッドにおいて、近年携帯用途を中心とした、電池による駆動を行うようにした省電力型のものが普及しつつある。この省電力型のラインサーマルヘッドにおいては、蓄熱層や基板などを通しての放熱をできるだけ防止して、サーマルヘッドを構成する各発熱抵抗体層への印加電圧が低電圧でも駆動できるようにしたり、低消費電力でも良好な記録ができるようにしている。このようなサーマルヘッドは、蓄熱層を従来のガラスなどより熱伝導率の小さい材料にする手段が採られることが多い。その有効なものとして、発熱抵抗体層の下部に空間層を形成して、発熱抵抗体層の発熱が蓄熱層や基板方向に伝達されにくくしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１６０３９２号（２−５項、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、簡単に空間層を形成することは不可能であるため、発熱抵抗体層の下部に空間層を形成する従来のサーマルヘッドにおいては、空間層を形成するための製造工程が非常に複雑なものとなっており、製造コストが莫大なものになってしまっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
個別電極および共通電極の配線パターニング後、発熱抵抗体層および抵抗体保持層を重ねて形成し、発熱抵抗体層下部の蓄熱層との間には、発熱抵抗体層下部に位置していた電極をエッチングにより除去することによって形成される空間層を設けるようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるサーマルヘッドの製造方法の一例を詳述する。
図１は、本発明に係るサーマルヘッドの発熱体部上面図と断面図である。図１において、アルミナセラミックスなどからなる基板１の上面には、ガラスなどからなる蓄熱性を有する蓄熱層２が積層されている。蓄熱層２の上層にはアルミニウム、銅、金、銀などからなる電極３（個別電極、共通電極）が形成されている。さらに、電極３の上層には窒化タンタル等の発熱抵抗体層４と二酸化珪素等からなる抵抗体保持層５が積層されている。発熱抵抗体層４とその下部に存在する蓄熱層２との間には、電極がエッチング除去されることによって形成される空間層６が存在する。さらに、上層には電極３や発熱抵抗体層４を摩耗や腐食から保護するための五酸化タンタルや炭化シリコンなどからなる保護膜７が被覆される。
【０００８】
以下、製造工程順にしたがって、製造方法を図２に基づいて詳細に説明する。アルミナセラミックスなどからなる基板１には、ガラスなどからなる蓄熱性を有する蓄熱層２を１０〜１００μ程度形成する。必要に応じて、蓄熱層２に存在する不純物の影響を避けるためなどの理由により、さらに二酸化珪素等などによるパシベーション層を上層に形成する。
【０００９】
次に、アルミニウム、銅、金、銀などの材料からなる電極３を０．５〜３μ程度形成する。そして、フォトレジスト８を使用したフォトリソグラフィ工程によりパターニングを行った後、非フォトレジスト被覆部分を除去するエッチング工程を経て、電極の配線パターンを形成する。このとき、発熱抵抗体層４が形成される部分には、島状に電極パターンを残しておく（図２（ａ））。必要に応じて、共通電極部分の抵抗値を下げるために、さらに電極を厚付けする工程を追加する。電極配線パターンの上層には、次の工程で発熱抵抗体層４を形成するため、電極パターンの段差は、ステップカバレージが良いことが要求される。
【００１０】
よって、この電極のエッチング工程おいては、電極断面がテーパ状になるエッチイング加工が必要であり、あるいはこれと同様の構造が得られる何らかの工法が必要となる。なお、前記島状に形成した電極パターンのうち、発熱抵抗体層４の背部に形成される空間層６に位置する電極パターンは、後述するように後の工程において、エッチング除去により空間層６を形成する仮の仮設電極パターンである。
【００１１】
次に、電極３の上層に窒化タンタル等の発熱抵抗体層４を全面に形成する。続けて、上層に二酸化珪素または窒化シリコン等による抵抗体保持層５を０．５〜５μ程度全面に形成する。そして、フォトレジストを使用したフォトリソグラフィ工程によりパターニングを行った後、非フォトレジスト被覆部分の抵抗体保持層５および発熱抵抗体層４を除去するエッチング工程を経て、発熱抵抗体層４のパターンを図２ｂのように形成する（図２（ｂ））。なお、抵抗体保持層５が必要な理由は、一般に薄膜タイプのサーマルヘッドの発熱抵抗体層４は膜厚が小さく、本発明の構造では強度的に不十分なためである。しかしながら、発熱抵抗体層４が抵抗体保持層並みの十分な厚みがある場合には必要としない。
【００１２】
次に、フォトレジスト８を使用したフォトリソグラフィ工程により、発熱体部のみを開口し、他をすべて覆う状態のパターニングを行う（図２（ｃ））。そして、発熱抵抗層４と抵抗体保持層５が積層された部分の下層にある電極（仮設電極）をエッチング液を使用してエッチングにより除去する（図２（ｄ））。この時の電極のエッチングは、発熱抵抗体層４と抵抗体保持層５の存在により反応が妨げられるが、サイドエッチ作用によりエッチングは進行する。なお、エッチング反応を加速するためには、エッチング加工精度を重視する図２（ａ）の製造工程で使用したエッチャントではなく、エッチング加工速度が速いものを使用するのが望ましい。
【００１３】
次に、フォトレジスト８を剥離した後、発熱抵抗体層４および周辺の電極３の部分を３μ〜１０μの厚みの保護膜７にて被覆する。なお、保護膜工程の前あるいは工程後には、発熱抵抗体層４を安定化するため、必要に応じて熱処理を行うことが望ましい。この熱処理によって、抵抗率が安定する方向に変化するとともに、表面が酸化の進行等によって変化することが抑えられる。保護膜７の成膜方法は、スパッタリング等の減圧下で行われるものであるため、上記空間層６は、空気より熱伝導が低い真空に近い状態になることが期待できる。
【００１４】
しかしながら、スパッタリングガスや、構成材料からのガス放出が存在するため、完全な真空になることはないが、それでも従来使用してきた固体材料と比較すると、熱伝導が非常に小さい構造となるため、蓄熱層２や基板１の方向への放熱を大幅に防ぐことが可能となる。
【００１５】
本発明による空間層を形成した場合と、空間層を有しない従来のサーマルヘッドの発熱特性を比較した結果を図３に示す。本例は、印字ドット密度８ドット／ｍｍ、発熱抵抗体層の抵抗値が１７０Ω、印加電圧が７．２Ｖの場合の比較である。なお、空間層の厚みは、１．０μとした。
【００１６】
空間層６を設けることにより、蓄熱層２や基板１への放熱が著しく遮断されるため、空間層６が無い場合と比較して、１００℃以上の温度差が生じることになる。よって、従来と同一の記録濃度を得るために必要な印字エネルギは、従来よりも大幅に少なくて済むことになる。さらに、空間層６の存在により、発熱体温度が従来よりも早い立上がりで得られるにもかかわらず、従来の固体層の蓄熱層に比較して熱拡散率が高いため、図３より明らかなように、放熱時間の立下がりが従来とほとんど変わらない。したがって、高速度応答が得られるサーマルヘッドをも提供することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来のサーマルヘッドの印字エネルギよりも非常に小さな印加量によっても、従来と同等の発熱温度が得られることになるため、非常に高効率のサーマルヘッドを提供することができる。かつ、放熱時間の立下りの特性により、高速用途にも優れた効果がある。しかも、従来のサーマルヘッドと比べて製造工程がさほど変わらないため、本発明と同様の構造を得る他のサーマルヘッドと比べて、製造コストを大幅に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーマルヘッドの発熱体部上面図と断面図
【図２】本発明に係るサーマルヘッドの製造工程を示す上面図と断面図
【図３】本発明に係るサーマルヘッドの発熱温度特性
【符号の説明】
１  基板
２  蓄熱層
３  電極
４  発熱抵抗体層
５  抵抗体保持層
６  空間層
７  保護膜
８  フォトレジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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