(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感熱記録媒体と接触される印字面を形成する第１の表面およびこれとは反対側の第２の表面を有する耐磨耗層、この耐磨耗層の第２の表面側に設けられ、耐磨耗層を介して前記感熱記録媒体へ伝達される熱を発生する発熱層、前記耐磨耗層の第２の表面側に設けられ、前記発熱層と電気的に接続された導電層を有する印字部と、
この印字部の導電層に接続され、印字部に供給される加熱用電力を制御する駆動回路部と、
この駆動回路部を外部回路へ接続する配線部とを具えるサーマルヘッドにおいて、
前記駆動回路部および配線部を、前記印字部の耐磨耗層の第２の表面側に設けたことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記印字部の耐磨耗層が、印字部を越えて延在する延在部分を有し、
前記導電層が、耐磨耗層の延在部分の第２の表面側に延在する延在部分を有し、
前記配線部を耐磨耗層の延在部分の第２の表面側に設け、
前記駆動回路部を集積回路チップを以て構成し、その端子を前記導電部材の延在部分および配線部に電気的に接続したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
前記印字部の印字面が、平坦面あるいは突出した曲面であることを特徴とする請求の範囲第１〜２項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
前記印字部の耐磨耗層の第２の表面側に設けられ、前記印字部、駆動回路部および配線部を支持する支持部材を具えることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のサーマルヘッド。
【請求項５】
前記前記支持部材が、前記印字部、駆動回路部および配線部を一体的に接着固定する樹脂部材を具えることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のサーマルヘッド。
【請求項６】
前記樹脂部材をエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかとしたことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のサーマルヘッド。
【請求項７】
前記支持部材が放熱部材と、この放熱部材に少なくとも前記印字部を固定する接着層とを具えることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のサーマルヘッド。
【請求項８】
前記支持部材が、平板と、この平板に少なくとも前記印字部を固定する接着層とを具えることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のサーマルヘッド。
【請求項９】
前記接着層を、樹脂としたことを特徴とする請求の範囲第７〜８項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１０】
前記支持部材が、前記放熱部材または平板に、少なくとも配線部を固定する固定部材を有することを特徴とする請求の範囲第７〜９項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１１】
前記支持部材が、前記印字部の近傍に設けられたコモン電極を前記放熱部材または平板に固定する固定部材を有することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のサーマルヘッド。
【請求項１２】
前記固定部材を両面接着テープとしたことを特徴とする請求の範囲第１０〜１１項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１３】
前記接着層を樹脂としたことを特徴とする請求の範囲第１０〜１２項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１４】
前記樹脂を、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂の何れかとしたことを特徴とする請求項９および１３項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１５】
前記接着層を、熱硬化性接着剤としたことを特徴とする請求の範囲第１０〜１２項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１６】
前記接着層を、耐熱性無機接着剤としたことを特徴とする請求の範囲第１０〜１２項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１７】
前記接着層を、粘弾性ゴムとしたことを特徴とする請求の範囲第１０〜１２項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１８】
前記接着層が、熱伝導率を向上するための粒子を含むことを特徴とする請求の範囲第７〜１７項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項１９】
前記印字部が、印字面側から見て、耐磨耗層、発熱層、導電層をこの順に積層した構造を有することを特徴とする請求の範囲第１〜１８項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項２０】
前記導電層が、アルミニウムからなることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のサーマルヘッド。
【請求項２１】
前記印字部が、印字面側から見て、耐磨耗層、導電層、発熱層をこの順に積層した構造を有することを特徴とする請求の範囲第１〜１８項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項２２】
前記導電層が、タングステンからなることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載のサーマルヘッド。
【請求項２３】
前記印字部が、前記発熱層の印字面とは反対側に設けられ、発熱層への不純物の拡散を抑制する保護層を有することを特徴とする請求の範囲第１９〜２２項のいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項２４】
前記保護層が、前記導電層の、前記駆動回路との電気的接続部および前記配線部の、駆動回路部および外部導体との接続部を除く部分を覆って形成されていることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載のサーマルヘッド。
【請求項２５】
前記保護層を、SiOx、SiNxの少なくともいずれかの層またはそれらの混合物の層としたことを特徴とする請求の範囲第２４項に記載のサーマルヘッド。
【請求項２６】
前記印字部が、前記保護層を介して前記発熱層と熱的に結合された蓄熱層を有することを特徴とする請求の範囲第２３〜２５項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項２７】
前記蓄熱層が、ポリイミドおよびガラスのうちのいずれか１種以上を含むことを特徴とする請求の範囲第２６項に記載のサーマルヘッド。
【請求項２８】
前記蓄熱層の熱伝導率が、4.18×104J/m・h・℃以下であることを特徴とする請求の範囲第２７〜２８項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項２９】
前記蓄熱層が、その熱伝導率を調整するための粉末を混入したポリイミドとしたことを特徴とする請求の範囲第２７〜２８項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項３０】
前記印字面とは反対側において、前記畜熱層と熱的に結合された放熱体を有することを特徴とする請求の範囲第２６〜２９項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項３１】
前記放熱体の熱伝導率が、6.27×104J/m・h・℃以上であることを特徴とする請求の範囲第３０項に記載のサーマルヘッド。
【請求項３２】
前記放熱体が、Al，Cu，Fe，Ni，Moおよびアルミナセラミックスのいずれか１種以上であることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載のサーマルヘッド。
【請求項３３】
前記配線部に外部回路へ接続される配線を接続し、この配線と前記放熱部材または平板との間が前記固定部材を介して固定されていることを特徴とする請求の範囲第７〜２９項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項３４】
前記放熱部材または平板が、前記駆動回路部と直接接触しないように成形された形状を有することを特徴とする請求の範囲第７〜２９項および第３３項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項３５】
前記放熱部材または平板の熱伝導率が、6.27×104J/m・h・℃以上であることを特徴とする請求の範囲第７〜２９項および第３３〜３４項の何れかに記載のサーマルヘッド。
【請求項３６】
前記放熱部材または平板が、金属またはセラミックスからなることを特徴とする請求項３５に記載のサーマルヘッド。
【請求項３７】
前記放熱部材または平板が、Al，Cu，Fe，Ni，Moおよびアルミナセラミックスのいずれか１種以上からなることを特徴とする請求項３６に記載のサーマルヘッド。
【請求項３８】
感熱記録媒体と接触される印字面を有する耐磨耗層、この耐磨耗層を介して感熱記録媒体へ伝達される熱を発生する発熱層およびこの発熱層と電気的に接続された導電層を有する印字部と、この印字部の導電層に接続され、印字部に供給される加熱用電力を制御する駆動回路部と、この駆動回路部を外部回路へ接続する配線部とを具えるサーマルヘッドを製造するに当たり、
基板表面上に、前記耐磨耗層の印字面が基板表面と対向するとともに前記導電層の少なくとも一部分が基板とは反対側の面で露出するように前記印字部を形成する工程と、
前記印字部の耐磨耗層の、前記基板とは反対の表面側に前記配線部を設け、前記駆動回路部をこの配線部上および前記導電層の露出部分の上に設ける工程と、
前記印字部、駆動回路部および配線部を一体として前記基板から独立させる工程と、
を具えることを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項３９】
前記基板の表面上に耐磨耗層を、前記印字部を越えて延在させて延在部分を形成し、前記導電層を、この耐磨耗層の延在部分に沿って印字部から延在させて延在部分を形成し、前記配線部を耐磨耗層の延在部分に形成し、前記駆動回路部を集積回路チップとして、前記導電層の延在部分および配線部に接続されるように設けることを特徴とする請求の範囲第３８項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４０】
前記基板の表面に凹部を形成し、この凹部に沿って前記印字部の耐磨耗層を形成して、感熱記録媒体と接触する印字面を突出した曲面とすることを特徴とする請求の範囲第３９項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４１】
前記基板の表面を平坦とし、この表面に沿って前記印字部の耐磨耗層を形成して、感熱記録媒体と接触する印字面を平坦な面とすることを特徴とする請求の範囲第３９項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４２】
前記印字部、駆動回路部および配線部を一体として基体から独立させる前に、前記印字部、駆動回路部および配線部の少なくとも一部を補強する工程を具えることを特徴とする請求の範囲第４０〜４１項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４３】
前記印字部、駆動回路部および配線部を樹脂により一体に接着して補強することを特徴とする請求の範囲第４２項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４４】
前記樹脂によって前記印字部、駆動回路部および配線部の全体を被覆することを特徴とする請求の範囲第４３項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４５】
前記印字部、駆動回路部および配線部の少なくとも一部を支持部材に接着することにより補強することを特徴とする請求の範囲第４２項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４６】
少なくとも前記印字部を接着層によって放熱部材に接着固定して補強することを特徴とする請求の範囲第４２項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４７】
少なくとも前記印字部を接着層によって平板に接着固定して補強することを特徴とする請求の範囲第４２項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４８】
少なくとも前記印字部を樹脂によって前記支持部材または放熱部材または平板に接着固定することを特徴とする請求の範囲第４５〜４７項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４９】
少なくとも前記印字部を接着層によって支持部材または放熱部材または平板に接着固定するとともに少なくとも前記配線部を固定部材によって支持部材または放熱部材または平板に固定することを特徴とする請求の範囲第４５〜４８項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５０】
前記接着層を樹脂とすることを特徴とする請求の範囲第４９項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５１】
前記固定部材を両面接着テープとすることを特徴とする請求の範囲第４９〜５０項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５２】
前記両面接着テープによって、印字部の近傍に設けられたコモン電極および配線部を前記支持部材または放熱部材または平板に固定した後、少なくとも印字部と支持部材または放熱部材または平板との間のスペースに樹脂を充填してこれらを接着固定することを特徴とする請求の範囲第５１項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５３】
少なくとも前記印字部を、熱硬化性接着剤、シリコーン系接着剤、耐熱性無機接着剤、粘弾性ゴムの何れかで前記支持部材または放熱部材または平板に接着固定することを特徴とする請求の範囲第４５〜４７、４９〜５０項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５４】
前記基板上に、耐磨耗層、発熱層、導電層を、この順番で順次に成膜することによって前記印字部を形成することを特徴とする請求の範囲第３８〜５３項のいずれかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５５】
前記基板上に、耐磨耗層、導電層、発熱層を、この順番で順次に成膜することによって前記印字部を形成することを特徴とする請求の範囲第３８〜５３項のいずれかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５６】
前記印字部とその下部との間に、下部層からの物質の拡散を抑止する保護層を設けることを特徴とする請求の範囲第５４〜５５項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５７】
前記印字部の発熱層と熱的に結合して蓄熱層を形成することを特徴とする請求の範囲第５４〜５６項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５８】
前記蓄熱層と熱的に結合して放熱体を形成することを特徴とする請求の範囲第５７項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５９】
前記基板をウェットエッチングによって除去することにより、サーマルヘッドを前記基板から独立させることを特徴とする請求の範囲第３８〜５８項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６０】
前記基板のウェットエッチングに先立って、基板を除くサーマルヘッドの全面をエッチングレジストで覆ってから、ウェットエッチングで行うことを特徴とする請求の範囲第５９項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６１】
前記基板の一部を機械的研磨により除去した後、残部の一部または全部をウェットエッチングによって除去することにより、サーマルヘッドを前記基板から独立させることを特徴とする請求の範囲第３８〜５８項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６２】
サーマルヘッドの前記印字面の形成前に、前記基板上に前記基板を剥離するための剥離用犠牲層を形成し、サーマルヘッドの形成後に、この剥離用犠牲層を除去し、前記基板を剥離することによって、該サーマルヘッドを前記基板から独立させることを特徴とする請求の範囲第３８〜５８項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６３】
前記剥離用犠牲層が、MgO，CaO，ZnOの何れかであることを特徴とする請求の範囲第６２項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６４】
前記基板が、Si、ガラスあるいはアルミナからなることを特徴とする請求の範囲第３８〜６３項の何れがに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６５】
前記基板がホウ珪酸ガラスからなることを特徴とする請求の範囲第６４項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６６】
前記支持部材が、ガラスおよび樹脂の少なくとも何れかからなることを特徴とする請求の範囲第４５および４８〜６５項の何れかに記載のサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６７】
感熱記録媒体と接触される印字面を有する耐磨耗層、この耐磨耗層を介して感熱記録媒体へ伝達される熱を発生する発熱層およびこの発熱層と電気的に接続された導電層を有する印字部を具えるサーマルヘッドを製造するに当たり、
基板表面上に、耐磨耗層の印字面が基板表面と対向するとともに前記導電層の少なくとも一部分が基板とは反対側の面で露出するように印字部を形成する工程と、
前記基板を除去して前記印字部を取り出す工程と、
を具えることを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６８】
前記耐磨耗層をエッチングストッパとして作用させて前記基板をウェットエッチングにより除去することを特徴とする請求の範囲第６７項に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、プリンターやファクシミリなどに用いられる感熱記録用のサーマルヘッドおよびその製造方法に関するもので、特に感熱記録媒体と接触される印字面を有する耐磨耗層、この耐磨耗層を介して前記感熱記録媒体へ伝達される熱を発生する発熱層、この発熱層と電気的に接続された導電層を有する印字部と、この印字部の導電層に接続され、印字部に供給される加熱用電力を制御する駆動回路部と、この駆動回路部を外部回路へ接続する配線部とを具えるサーマルヘッドおよびその製造方法に関するものである。
背景技術
〔サーマルヘッドの基本的な構成要素〕
サーマルヘッドは、与えられた電気信号に対応した熱を感熱記録媒体、例えば感熱紙に伝導させることにより、所望の形状の文字や図形を発色させる機器である。したがって、通常のサーマルヘッドに必要とされる基本的な構成要素は、次の通りである。
（構成要素Ｉ）印字部
感熱紙に接触する印字面を有し、感熱紙を発色させるための熱を発生して伝導する部分である。
（構成要素II）駆動回路部
プリントすべき情報を担う電気信号に対応した電力を、印字部に供給する部分である。ただし、ここでいうプリントすべき情報とは、文字や図形などのイメージデータのことである。この駆動回路部としては、通常の半導体集積回路チップが使用されているので、本明細書においては簡単のために駆動ＩＣと称することにする。
（構成要素III）外部への配線部
サーマルヘッドと、外部回路に接続されるケーブルのコネクタとを電気的に接続する部分であり、この外部への配線部を介して外部回路からプリント情報および電力が送られる。また、外部への配線には、可撓性のあるFPC(Flexible Print Circuit)を用いたリード線などが用いられ、その場合には、配線部には、リード線のコネクタと接続されるピン状の配線が、その一部分がサーマルヘッドから露出するように接続される。
〔従来のサーマルヘッドの構造〕
以下、従来のサーマルヘッドの幾つかの例を説明する。
図１は従来のサーマルヘッドの一例の構造を表す断面図であり、ワイヤボンディングを用いて駆動ＩＣを印字部および配線部に接続した形態のサーマルヘッドを表している。なお、図１は、一般的な感熱記録用プリンターに用いられる一つの形態を例示したものである。図１において、10は物理的および化学的耐性を有する耐磨耗層を、11は発熱層を、12a、12bは発熱層に対する電極を構成する導電層を、13は外部回路への接続を行なうための配線部を構成する導電層を、14は配線部と配線ケーブルとを接続する電気的接続部を構成する半田を、15は駆動ＩＣを、16は駆動ＩＣを外部回路へ接続するための配線を、17は蓄熱層を、18は駆動ＩＣおよびボンディングワイヤを絶縁保護する樹脂層を、19は電気絶縁性の基板を、20は駆動ＩＣの端子と導電層12bおよび配線部13とを接続するボンディングワイヤを、21は感熱紙を、22は感熱紙をサーマルヘッドに押圧するためのゴムローラーをそれぞれ表す。また、Ｐは印字部を示し、点線で囲まれた耐磨耗層10の一部、発熱層11および導電層12a，12bの一部で構成されている。Ｓは印字部Ｐの印字面、すなわち、耐磨耗層10の感熱紙21と接触する表面を表し、Ｌは印字部Ｐと駆動ＩＣ15を保護する樹脂層18との間の距離を表す。
図１に示した従来のサーマルヘッドの例では、基板19上に、蓄熱層17が形成されており、その上部に印字部Ｐを構成する発熱層11、導電層12a，12b、耐磨耗層10が順次積層されている。図１に示したサーマルヘッドを、幾つかの構成要素に分けて以下説明する。
（構成要素Ｉ）印字部
（構成要素II）駆動ＩＣ
（構成要素III）外部への配線部
（構成要素IV）蓄熱層
（構成要素Ｖ）基板
そして、特に、印字部は次の各層が積層して構成されている。
（I-1）耐磨耗層
（I-2）発熱層
（I-3）導電層
したがって、図１に示した従来のサーマルヘッドの例では、上記の基本的な構成要素（構成要素Ｉ）、（構成要素II）、（構成要素III）に加え、（構成要素IV）である蓄熱層17が設けられた形態になっている。そして、これらの各構成要素が、（構成要素Ｖ）である基板19上に配置されている。換言すれば、（構成要素I）〜（構成要素IV）が（構成要素Ｖ）によって一体的に保持されている。
なお、前記蓄熱層17は省電力化のための付加的な構成要素であり、これ以外にも、印字の高速化のための放熱体あるいはその他の構成要素を設けた形態のサーマルヘッドもある。このような付加的な構成要素を設けることで、サーマルヘッド全体としての機能の向上が図られている。また、印字部Ｐを構成する発熱層11は図１の平面に垂直な方向に多数の発熱素子に分割されており、一方の導電層12aはこれらの発熱素子に対して共通の電極を構成し、他方の導電層12bは、プリント情報に応じた所望の発熱素子だけに電流を流すために、個々の発熱素子に接続された分割電極を構成している。本明細書においては、これらの共通電極や分割電極を総称して導電層と称することにする。
〔サーマルヘッドの各部の機能と必要とされる特性〕
つづいて、上記の各構成要素の機能と必要とされる特性について説明する。
まず、（構成要素Ｉ）としての印字部Ｐを構成する各層について述べる。
（I-1）耐磨耗層
耐摩耗層10は、感熱紙21に接触し、発熱層11が発した熱を感熱紙に伝導する層である。したがって、耐摩耗層10の、印字部Ｐにある部分の表面が印字面Ｓを構成している。そのため、耐磨耗層10には、感熱紙に含まれる成分に対して化学反応性を示さないという特性が、基本的に必要とされる。また、耐磨耗性および耐熱性に優れていること、摩擦係数が小さいこと、適度な硬度があることが必要とされる。さらには、適度な導電性を有することが好ましい。その理由は、感熱紙との摩擦による帯電が原因となって、印字面Ｓに、印字性能の低下や摩耗の促進などの原因となるゴミや帯電粒子が付着する恐れがあるからである。したがって、これらの付着を防止するために帯電を防ぐ必要があり、そのため、適度な導電性を有することが好ましいのである。しかしながら、この耐磨耗層10の、印字部Ｐから延在する部分と導電層12bの個々の電極とが接触しているので、これらの電極の間では短絡が生じない程度の抵抗性が必要である。
（I-2）発熱層
発熱層11は、感熱紙を発色させるための熱を発するという役割を果たす。なお、ここで適用される発熱の原理は、いわゆるジュール(Joule)熱の原理であり、抵抗に電流が流れたときの発熱が利用されている。そのため、発熱層11は、400℃程度において安定した電気的特性を有することが必要とされる。ただし、ここでいう、電気的特性とは、主に、抵抗値とその時間的な変化を意味する。
（I-3）導電層
導電層12a，12bは、サーマルヘッド内の電気的な接続を図るための層である。導電層12aは、発熱層11の個々の発熱素子の一端を共通に、例えば接地電位点に接続する共通の電極を構成し、導電層12bは、発熱層11の個々の発熱素子を駆動ＩＣ15にそれぞれ接続するための多数の電極を構成している。このため、導電層12bと駆動ＩＣ15とにはボンディングワイヤ20が、半田付けされている。
導電層12a，12bは発熱層11と接しているため、印字動作の際の発熱時には、これらの導電層は発熱層11からの400℃程度の熱の影響を受けることになる。また、製造工程においては、耐磨耗層10の形成時に350℃程度に加熱される。そのため、導電層12a，12bにも、400℃程度において安定した電気的特性を有することが必要とされる。ただし、ここでいう電気的特性も、上記と同様に、主に、抵抗値とその時間的な変化を意味する。
また、配線部を構成する導電層13は、駆動ＩＣ15とボンディングワイヤ20が半田付けされており、さらに外部回路へ接続するための配線、例えばピン16に半田14によって接続されている。
（構成要素IV）蓄熱層
蓄熱層17は、発熱層11の発した熱をある程度の時間保持するとともにこの熱が樹脂18を経て駆動ＩＣ15へ伝達されるのを阻止するという役割を果たす。そのため、蓄熱層17には、熱伝導率が小さいという特性と耐熱性が高いという特性を有することが必要とされる。
（構成要素Ｖ）基板
基板19は、基本的に、サーマルヘッドの支持体である。すなわち、印字部Ｐ、駆動ＩＣ15および外部回路への接続を行なうための配線部を構成する導電層13およびそれに接続された配線16などを支えるという役割を果たす。また、製造工程においては、400℃程度の熱が加わる場合もある。そのため、基板19には、機械的強度が高いという特性と耐熱性が高いという特性を有することが必要とされる。さらに、サーマルヘッドが印字動作の際に、発熱することを考慮すると、この熱を放散できるように熱伝導率は大きい方が好ましい。
樹脂18
樹脂18は、駆動ＩＣ15およびボンディングワイヤ20を保護するために用いられる。したがって、ある程度の機械的強度と電気絶縁性が必要とされる。
〔サーマルヘッドの各部に用いられる物質〕
次に、サーマルヘッドの各部、すなわち、印字部Ｐの各層および基板19に用いられる物質について説明する。サーマルヘッドの各部には、上記の各部毎に述べた特性を満足するような物質が用いられる。
耐磨耗層
耐磨耗層10については、上記した所望の条件を全て満足する物質を用いることが最も好ましいが、そのような物質は少ない。しかしながら、これらの条件を比較的多く満足する物質としては、SiC系化合物、SiB系化合物、SiO系化合物、SiON系化合物などがある。
発熱層
発熱層11については、400℃程度における電気的特性が安定な物質を用いる必要がある。そのような物質としては、Taなどの金属、Ni-Crなどの合金、poly−Si、あるいは、Nb-SiO2などの遷移元素とSiO2からなる物質がある。その中でも、抵抗値の制御が比較的容易な、Nb-SiO2が一般的に用いられている。
導電層
導電層12a，12bおよび配線部13についても、400℃程度における電気的特性が比較的安定な物質を用いる必要がある。そのような物質としては、W、Ta，Au、Alなどがある。
さらに、抵抗の大きさや駆動ＩＣ15との接続の容易さなどを考慮して、これらに金属を用いた多層膜で構成されることもある。
蓄熱層
蓄熱層17については、熱伝導率が小さく耐熱性の高い物質を用いる必要がある。そのような物質としては、ベークライト、ポリイミド、ガラスなどがある。ただし、ベークライトとは、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂の商品名である。その中でも、硬度などを考慮して、ガラスが一般的に用いられている。
基板
基板19については、熱伝導率が大きく耐熱性の高い物質を用いる必要がある。そのような物質には、MgO、ZnO、窒化アルミニウムあるいはアルミナセラミックスなどがある。その中でも、加工性やコスト的な問題から、アルミナセラミックスが一般的に用いられている。
〔印字部と感熱紙の接触〕
次に、印字動作中の印字部Ｐの印字面Ｓと感熱紙21との接触について説明する。
上記のように、サーマルヘッドによる印字は、発熱層11が発した熱を耐磨耗層10を介して感熱紙21に伝導することによって行われる。したがって、鮮明な印字を実現するためには、発熱層11が発した熱を、効率よく感熱紙21に伝導する必要がある。ところで、感熱紙21への熱伝導は、印字部Ｐの印字面Ｓと感熱紙との接触が密なほど良好となる。そのため、適当な方法で、印字部Ｐの印字面Ｓに感熱紙21を接触させる必要がある。そこで、印字面Ｓと感熱紙21とを接触させるための方法について、ファクシミリを例にとって説明する。
ファクシミリのように印字部Ｐが横一列に配列された装置では、通常、ゴムローラ22により、感熱紙21を加圧し、印字部Ｐの印字面Ｓに押圧させている。なお、このゴムローラ22は、紙送りの機能も兼ねている。したがって、ゴムローラ22を設計する際には、印字面Ｓと感熱紙２１との接触ができるだけ密な状態に保たれるように、その硬度や形状などが決定される。
〔駆動ＩＣの接続方法〕
次に、駆動ＩＣ15の接続方法について、図１の他に図２および図３を用いて説明する。ここで、図１、図２および図３は、いずれも、従来のサーマルヘッドの構造を表す断面図である。ただし、図１および図２は、ワイヤボンディングを用いて駆動ＩＣ15を接続した形態のサーマルヘッドを表し、特に、図２は、図１に比べて印字部を高くした形態である。また、図３は、フリップチップボンディングを用いて駆動ＩＣ15を接続した形態を表している。なお、図２および図３において、図１に示した部分と同じ部分には図１で使用した符号を付して示した。ただし、図２に示すＩは基板19の表面から印字面Ｓまでの高さを、Ｈは基板表面からボンディングワイヤ20のループの頂部までの高さをそれぞれ表している。なお、Ｘは印字部の窪み部分を表している。
駆動ＩＣ15を導電層12bおよび配線部13の導電層に電気的に接続する方法としては、一般に次のような方法が用いられている。
（接続方法１）ワイヤボンディング
ワイヤボンディングとは、ボンディングワイヤと呼ばれる金属製のワイヤを、接続すべき駆動ＩＣの端子部分と導電層の所定の位置とに融着させることによって接続する方法である。なお、このワイヤボンディングが駆動ＩＣの接続方法として、最も一般的に用いられている。このような例は、特公平6-78004号公報などに示されている。なお、図１および図２が、ワイヤボンディング２０を用いて駆動ＩＣ15を接続した例に対応する。
（接続方法２）フリップチップボンディング
フリップチップボンディングとは、接続すべき駆動ＩＣの下部に半田ボールを形成し、その半田ボールと導電層を融着することよって、駆動ＩＣを導電層に直接接続する方法である。このような例は、「沖電気研究開発」、第138号Vol.55 No.2などに示されている。なお、図３が、フリップチップボンディングを用いて駆動ＩＣ15を接続した例に対応する。
以上の2つの方法に加えて、次の方法もある。
（接続方法３）TAB
TABとは、Tape Automated Bondingのことである。ここで、Tapeとは、複数の金属線を絶縁樹脂で被覆した接続部品であり、その両端には金属線が露出している。すなわち、TABとは、Tapeを用いて、接続すべき駆動ＩＣを導電層の所定の位置に一括して融着させることによって、接続する方法である。
〔ワイヤボンディングによって発生する不良〕
上記のように、図１は、ワイヤボンディング20を用いて駆動ＩＣ15を接続した例になっている。図１からわかるように、駆動ＩＣ15と印字部Ｐとの間の距離Ｌが短い場合には、次のような不具合が生じる。
（１）図１に示すように、駆動ＩＣ15およびボンディングワイヤ20が樹脂18によって保護されている場合には、樹脂が、感熱紙21やゴムローラー22と接触する恐れがある。
（２）他方、駆動ＩＣ15およびボンディングワイヤ20が樹脂18によって保護されていない場合には、駆動ＩＣやボンディングワイヤが、感熱紙21やゴムローラー22と接触することがある。
いずれの場合においても、ボンディングワイヤ20の断線や隣接する導電層同士の短絡などの問題が発生する可能性がある。
前記の問題を回避するために、次に２つの方法が考えられている。
〔ワイヤボンディングによって発生する不良の回避方法およびその問題点〕
（回避方法1）駆動ＩＣと印字部との距離Ｌを十分長くする。
この場合、距離Ｌを、少なくとも10mm程度とる必要がある。したがって、サーマルヘッドの大きさをさらに小型化することができない。
（回避方法2）印字面Ｓの高さＩを高くする。
この場合、基板19の表面から印字面Ｓまでの高さＩを200μm以上にする必要がある。ここで、印字面Ｓの高さＩを高くするための方法について説明する。
まず、図２に示したように、基板19上の蓄熱層17を部分的に厚く形成し、その上部に外方に突出する印字面Ｓを形成する。ここで、ボンディングワイヤ20のループの頂部までの高さＨは、200μm程度であるため、印字面Ｓの高さＩが200μm以上でなければ、上記の問題を回避することができない。それに対して、実際の印字面Ｓの高さＩは、50μm程度である。
また、実際に、印字面Ｓの高さＩを、200μm以上にした場合には、発熱層11や導電層12a，12bをフォトリソグラフィーによりエッチング加工する際に、その加工面が凸状のためパターン寸法精度が悪化する。そのため、電気的特性にばらつきが生じ易くなる。
蓄熱層17を部分的に厚く形成すると、図２に見るように、印字面Ｓの中央に窪みＸが発生する。そのため、印字面Ｓと感熱紙21との接触が良好でなくなるため、印字濃度の低下が発生してしまう。
この印字部Ｐの窪みＸの問題を解決するための方法が、特開昭62-170361号公報に示されている。しかしながら、この解決方法では、部分的に厚く形成した蓄熱層17の上に、窪みＸを補う凸部を形成する工程が必要とされる。そのため、工程が複雑になり、コストが高くなる。
〔ワイヤボンディングによって発生する不良の回避〕
以上にように、上記の（回避方法１）、（回避方法２）のいずれの方法を用いても、ボンディングワイヤ20や樹脂18と感熱紙21やゴムローラー22との接触という問題を避けることは困難である。
〔フリップチップボンディングによって発生する不良〕
上記のように、図３に示す例では、フリップチップボンディングを用いて駆動ＩＣ15を電気的に接続しているので、導電層12bおよび配線部13に直接、駆動ＩＣ15をボンディングした後、駆動ＩＣを樹脂18で封止している。そのため、樹脂18が感熱紙21やゴムローラー22と接触する可能性がある。
〔フリップチップボンディングによって発生する不良の回避方法とその問題点〕
樹脂18が感熱紙21やゴムローラー22と接触しないようにするためには、駆動ＩＣ15と印字部Ｐとの距離Ｌを、少なくとも8mm程度とる必要がある。したがって、上述したワイヤボンディングと同様に小型化できない問題がある。
さらに、特開平5-64905号公報には、図４に示すようなサーマルヘッドの製造方法が開示されている。この製造方法では、図4Aに示すように製造用の仮の基板30としてステンレス鋼を用い、その表面を鏡面研磨した後、電解銅メッキにより剥離層31を設け、その上に図4B〜4Dに示すように耐摩耗層10、発熱層11、導電層12a，12bを順次に形成した後、図4Eに示すように、耐熱性樹脂からなる蓄熱層32を形成する。さらに図4Fに示すように、蓄熱層32の上に接着剤33によりアルミナ基板34を接着し、その後、図4Gに示すように、仮の基板30を剥離層31の界面で剥離して耐摩耗層10を印字面として露出させる。さらに、耐磨耗層10の印字部とは離れた部分を除去して導電層12bの一部分を露出させ、ここに駆動ＩＣを接続してサーマルヘッドを完成している。
しかしこのような従来のサーマルヘッドの製造方法によると次のような問題点がある。
(1)製造用の仮の基板30であるステンレス鋼を平坦に鏡面研磨することはきわめて難しい。
(2)基板30を機械的に剥離しようとする場合、多数個取りの際に、この基板の面積が拡がると、この剥離がきわめて困難になる。
(3)剥離層31としての銅メッキ層の厚みやメッキ条件を精密に管理する必要がある。
(4)部分グレーズのように、印字部が盛り上がったサーマルヘッドは剥離ができないから、盛り上がった印字部を有するサーマルヘッドを製造することができない。
(5)ステンレス鋼より成る仮の基板30とその上に形成される印字部との間の熱伝導率が異なるので、製造中に印字部が変形しやすい。
(6)ステンレス鋼より成る基板30の剥離により印字部に応力をかけると、印字部の特性が変化しやすい。
(7)駆動ＩＣは図１〜図３に示した従来のサーマルヘッドと同様に、耐磨耗層の印字面側に装着されるので、印字部と駆動ＩＣとの距離Ｌを短くすることができず、図１〜図３に付いて上述した問題点は解決されていない。
以上のように、従来のサーマルヘッドにおいては、駆動ＩＣ自体や駆動ＩＣの電気的接続部と感熱紙などとの接触という問題を回避する必要があったため、サーマルヘッドの大きさをある程度大きくしたり、印字部を大きく突出した形状にしたりしていた。
しかし、その結果として、次のような困難が生じた。
（１）サーマルヘッドの小型化が進められず、更なる製造効率の向上や低コスト化ができなかった。
（２）サーマルヘッドの印字部の成形が容易でないため、印字品質の更なる改善が困難であった。
（３）ステンレス鋼上に膜を順次形成してサーマルヘッドの印字部を形成した後、剥離する方法によると、製造上の困難さや変形の問題があるとともに印字面の特性が変化し易いという問題もある。
したがって、本発明の目的は、小型とするにも拘らず、駆動ＩＣおよびその電気的接続部と感熱紙やゴムローラーなどとの接触をなくし、電気系の断線や短絡などの不具合をなくすことができ、その結果として製造効率の向上や低コスト化を実現することができるサーマルヘッドを提供しようとするものである。
本発明の他の目的は、表面が滑らかで、感熱紙との接触が良好な印字面を有するサーマルヘッドを提供しようとするものである。
本発明のさらに他の目的は、このようなサーマルヘッドを、特別な工程や作業を必要としないで容易かつ低コストで製造することができる方法を提供しようとするものである。
発明の開示
上記の目的を達成するために、本発明は、
感熱記録媒体と接触される印字面を形成する第１の表面およびこれとは反対側の第２の表面を有する耐磨耗層、この耐磨耗層の第２の表面側に設けられ、耐磨耗層を介して前記感熱記録媒体へ伝達される熱を発生する発熱層、前記耐磨耗層の第２の表面側に設けられ、前記発熱層と電気的に接続された導電層を有する印字部と、
この印字部の導電層に接続され、印字部に供給される加熱用電力を制御する駆動回路部と、
この駆動回路部を外部回路へ接続する配線部とを具えるサーマルヘッドにおいて、
前記駆動回路部および配線部を、前記印字部の耐磨耗層の第２の表面側に設けたことを特徴とするものである。
このような本発明によるサーマルヘッドにおいては、駆動回路部および配線部が耐磨耗層の、感熱記録媒体と接触する側とは反対側に配置されているので、上述した従来のサーマルヘッドのように駆動回路部や接続配線が感熱記録媒体やゴムローラーと接触することがなくなり、したがって印字部と駆動回路部との間の距離を短くすることができ、小型化が図れる。
本発明によるサーマルヘッドを実施するに際しては、その基本的な構造にしたがって以下の４つに分類することができる。
本発明によるサーマルヘッドの第１の基本的な構成は、
前記印字部の耐磨耗層が、印字部を越えて延在する延在部分を有し、
前記導電層が、耐磨耗層の延在部分の第２の表面側に延在する延在部分を有し、
前記配線部を耐磨耗層の延在部分の第２の表面側に設け、
前記駆動回路部を集積回路チップを以て構成し、その端子を前記導電部材の延在部分および配線部材に電気的に接続したことを特徴とするものである。
本発明によるサーマルヘッドの第２の基本的な構成は、
前記印字部の耐磨耗層の第２の表面側に設けられ、前記印字部、駆動回路部および配線部を支持する支持部材を具えることを特徴とするものである。
この支持部材は、前記印字部、駆動回路部および配線部を一体的に接着固定する樹脂部材とすることができ、この樹脂部材はエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかとするのが好適である。
本発明によるサーマルヘッドの第３の基本的な構成は、
前記支持部材が放熱部材と、この放熱部材に少なくとも前記印字部を固定する接着層とを具えることを特徴とするものである。
本発明によるサーマルヘッドの第４の基本的な構成は、
前記支持部材が、平板と、この平板に少なくとも前記印字部を固定する接着層とを具えることを特徴とするものである。
上述した第１〜第４の本発明によるサーマルヘッドの基本的な構成の何れにおいても、前記印字部の印字面は、平坦な面あるいは突出した滑らかな曲面とすることができる。
上述した第３および第４の基本構成においては、前記接着層を、例えばエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかの樹脂とするのが好適である。さらに、これらの樹脂としては、その熱伝導率を向上するために、アルミナ粉末のような粉末を含有させたものとするのが好適である。さらに、第３および第４の基本構成においては、前記放熱部材または平板に前記駆動回路部および配線部の少なくとも一部分を固定する固定部材を、前記支持部材に設けるのが好適である。この固定部材は、例えば両面接着テープとするのが好適である。
さらに、第３および第４の基本構成においては、前記接着層を、熱硬化性接着剤、耐熱性無機接着剤または粘弾性ゴムとするのが好適である。
また、本発明によるサーマルヘッドにおいては、前記印字部が、印字面側から見て、耐磨耗層、発熱層、導電層をこの順に積層した構造とするか耐磨耗層、導電層、発熱層をこの順に積層した構造とすることができる。
さらに、前記印字部が、前記発熱層の印字面とは反対側に設けられ、発熱層への不純物の拡散を防止する保護層を設けることもできる。また、この保護層は、SiOx、SiNxの少なくともいずれかの層またはそれらの混合物の層とするのが好適である。
さらに、前記印字部が、前記保護層を介して前記発熱層と熱的に結合された蓄熱層を有することもできる。この蓄熱層は、ポリイミドおよびガラスのうちのいずれか１種以上を含むことができ、特に、その熱伝導率を調整するための粉末を混入したポリイミドとするのが好適である。
さらに、前記印字面とは反対側において、前記畜熱層と熱的に結合された放熱体を設けることもできる。この放熱体は、Al，Cu，Ni，Fe，Mo，アルミナセラミックスのいずれか１種以上とするのが好適である。
さらに、上述したように放熱部材や平板を設ける場合には、これらを、駆動回路部と直接接触しないように成形された形状とするのが好適である。また、放熱部材や平板は、上述した放熱体と同様に熱伝導率が、6.27×104J/m・h・℃以上の材料で造るのが好適であり、特にAl、Cu、Ni、Fe，Moなどの金属あるいはアルミナセラミックスで造るのが好適である。
本発明によるサーマルヘッドの製造方法は、
感熱記録媒体と接触される印字面を有する耐磨耗層、この耐磨耗層を介して感熱記録媒体へ伝達される熱を発生する発熱層およびこの発熱層と電気的に接続された導電層を有する印字部と、この印字部の導電層に接続され、印字部に供給される加熱用電力を制御する駆動回路部と、この駆動回路部を外部回路へ接続する配線部とを具えるサーマルヘッドを製造するに当たり、
基板表面上に、前記耐磨耗層の印字面が基板表面と対向するとともに前記導電層の少なくとも一部分が基板とは反対側の面で露出するように前記印字部を形成する工程と、
前記印字部の耐磨耗層の、前記基板とは反対の表面側に前記配線部を設け、前記駆動回路部をこの配線部上および前記導電層の露出部分の上に設ける工程と、
前記印字部、駆動回路部および配線部を一体として前記基板から独立させる工程と、
を具えることを特徴とするものである。
本発明によるサーマルヘッドの製造方法の好適な実施例は、
前記基板の表面上に耐磨耗層を、前記印字部を越えて延在させて延在部分を形成し、前記導電層を、この耐磨耗層の延在部分に沿って印字部から延在させて延在部分を形成し、前記配線部を耐磨耗層の延在部分に形成し、前記駆動回路部を集積回路チップとして、前記導電層の延在部分および配線部に接続されるように設けることを特徴とするものである。
また、前記基板の表面に断面形状がほぼ半円形の凹部を形成し、この凹部に沿って前記印字部の耐磨耗層を形成して、感熱記録媒体と接触する印字面を突出した曲面としたり、前記基板の表面を平坦とし、この表面に沿って前記印字部の耐磨耗層を形成して、感熱記録媒体と接触する印字面を平坦な面とすることができる。
さらに、本発明によるサーマルヘッドの製造方法の好適な実施例は、
前記印字部、駆動回路部および配線部を一体として基体から独立させる前に、前記印字部、駆動回路部および配線部の少なくとも一部を補強する工程を具えることを特徴とするものである。
このような補強は、前記印字部、駆動回路部および配線部を樹脂により一体に接着して補強したり、前記印字部、駆動回路部および配線部の少なくとも一部を支持部材に接着することにより補強したり、少なくとも前記印字部を接着層によって放熱部材に接着固定して補強したり、少なくとも前記印字部を接着層によって平板に接着固定して補強することができる。このように、接着層によって補強する場合には、少なくとも前記印字部を樹脂によって前記支持部材または放熱部材または平板に接着固定するのが好適である。
さらに、少なくとも前記印字部を、熱硬化性接着剤、シリコーン系接着剤、耐熱性無機接着剤、粘弾性ゴムの何れかで前記支持部材または放熱部材または平板に接着固定することもできる。
また、少なくとも前記印字部を接着層によって支持部材または放熱部材または平板に接着固定するとともに前記駆動回路部および配線部の少なくとも一部を固定部材によって支持部材または放熱部材または平板に固定することもできる。この固定部材は、両面接着テープとするのが好適である。例えば、配線部に接続された配線と支持部材または放熱部材または平板との間を両面接着テープで固定するとともに印字部の近傍で、共通電極を構成する導電層と接続するように設けられたコモン電極と支持部材または放熱部材または平板との間を両面接着テープで固定し、印字部と支持部材または放熱部材または平板との間のスペースに樹脂を充填して接着固定するのが好適である。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来のサーマルヘッドの一例を示す断面図、
図２は、従来のサーマルヘッドの他の例を示す断面図、
図３は、従来のサーマルヘッドのさらに他の例を示す断面図、
図４Ａ〜４Ｇは、従来のサーマルヘッドの製造方法の順次の工程を示す断面図、
図５は、本発明によるサーマルヘッドの第１の基本的な構成を示す断面図、
図６は、本発明によるサーマルヘッドの第２の基本的な構成を示す断面図、
図７は、本発明によるサーマルヘッドの第３の基本的な構成を示す断面図、
図８は、本発明によるサーマルヘッドの第４の基本的な構成を示す断面図、
図９Ａおよび９Ｂは、基板に従来のサーマルヘッドおよび本発明によるサーマルヘッドを多数形成する状況を示す線図、
図10Aおよび10Bは、従来のサーマルヘッドおよび本発明によるサーマルヘッドの全体を示す平面図、
図11は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図12は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図13は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図14は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図15は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図16は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図17は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図18は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図19は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図20は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図21は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図22は、本発明による第４の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図23は、本発明による第４の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図24は、本発明による第４の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す断面図、
図25は、本発明による第４の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す斜視図、
図26は、本発明による第４の基本構造を有するサーマルヘッドの実施例を示す斜視図、
図27A〜27Gは、図６に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図28A〜27Hは、図11に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図29A〜29Iは、図12に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図30A〜30Hは、図13に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図31A〜31Iは、図14に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図32A〜32Jは、図15に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図33A〜33Iは、図18に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図34A〜34Jは、図21に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図35A〜35Fは、本発明によるサーマルヘッドを製造する他の方法の順次の工程を示す断面図、
図36A〜36Hは、本発明によるサーマルヘッドを製造するさらに他の方法の順次の工程を示す断面図、
図37A〜37Gは、本発明によるサーマルヘッドを製造するさらに他の方法の順次の工程を示す断面図、
図38Aおよび38Bは、本発明によるサーマルヘッドを製造する他の方法の順次の工程を示す断面図、
図39A〜39Hは、図８に示した本発明による第３の基本構造を有するサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図40A〜40Iは、図22に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図41A〜41Hは、図23に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図42A〜42Iは、図24に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図、
図43は、本発明のサーマルヘッドに用いる平板の熱伝導率とドット断線率との関係を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明するが、これらの図面において同様の部分には同じ符号を付けて示した。また、図面を明瞭とするために、駆動ＩＣは断面とせずに示した。
〔第１の基本的構造のサーマルヘッド〕
図５は、本発明のサーマルヘッドの第１の基本的な構造を有するサーマルヘッドの一例を示す断面図であり、本発明の原理的な構造を示すものである。図５において、50は耐磨耗層を、51は発熱層を、52a，52bは発熱層への通電を行なうための共通電極および分割電極をそれぞれ構成する導電層を、53は駆動ＩＣを外部回路へ接続するための導電層より成る配線部を、55は駆動ＩＣを、56は配線部53を外部回路へ接続する配線を、60a，60b，60cは、導電層52bおよび配線部53と、駆動ＩＣ55とを電気的に接続する接続部および配線部と配線56とを電気的に接続する接続部をそれぞれ表す。また、Ｐは点線で囲まれた耐磨耗層50の一部、発熱層51および導電層52a，52bの一部を含む印字部を、Ｓは印字部における耐磨耗層50の表面であって感熱記録媒体と接触する印字面をそれぞれ表す。なお、本例では印字面が平坦面となっているが、基本構造においては、印字面Ｓが外方に凸状となっているものも含まれる。また、図５に示す例では、耐磨耗層50を印字部Ｐから延在させるとともに導電層52bも印字部から延在させ、これらの延在部分に駆動ＩＣ55および配線部53を設けているが、例えば耐磨耗層50の印字部Ｐにある部分と、延在部分とを別体とすることもできる。同様に、導電層52bも別体とすることもできる。
図６は、本発明のサーマルヘッドの第２の基本的な構造を有するサーマルヘッドの一例を示す断面図であり、本例でも印字面Ｓは平坦面となっているが、凸面としたものも第２の基本的構造に含まれる。
第２の基本構造においては、印字部Ｐ、駆動ＩＣ55および配線部53を樹脂57によって一体的に接着固定して補強している。なお、本例においては、印字部Ｐの発熱層51、導電層52a，52bおよび配線部53を覆うように保護層54a，54b，54c，54dを設けている。この第２の基本構造における樹脂57は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂またはシリコーン系樹脂で形成するのが好適である。また、保護層54a，54b，54c，54dは、SiOx、SiNxまたはこれらの混合物であるSiOxNYで形成するのが好適である。
図７は、本発明のサーマルヘッドの第３の基本的な構造を有するサーマルヘッドの一例を示す断面図であり、本例では印字面が外方に滑らかに突出する凸面となっているが平坦面としたものも第３の基本構造に含まれる。また、保護層54aの下側に蓄熱層58を設けているが、このような保護層や蓄熱層がないものもこの第３の基本構造に含まれる。
この第３の基本構造においては、印字部Ｐ、駆動ＩＣ55および配線部53を放熱部材59によって一体に補強している。すなわち、導電層52bおよび配線部53と駆動ＩＣ55との間を接続部60aおよび60bで電気的に接続するとともに配線部53と配線56との間を接続部60cで電気的に接続し、さらに、印字部Ｐ、駆動ＩＣ55および配線部53と放熱部材59との間を接着層61aおよび固定部材61bによって固定する。また、駆動ＩＣ55と保護層54bとの間は、樹脂、好ましくはシリコーン樹脂62を充填して固定している。
ここで、固定部材61bは、両面接着テープとするのが望ましいが、シリコーン系接着剤や粘弾性ゴムなどの接着剤を用いることもできる。また、接着層61aは、蓄熱層58と放熱部材59との熱伝導を考慮してエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂またはシリコーン系樹脂で形成するのが好適であるが、熱硬化性接着剤、シリコーン系接着剤、耐熱性無機接着剤、粘弾性ゴムなどの接着剤を用いることもできる。放熱部材59は、熱伝導率が6.27×104J/m・h・℃以上の材料、例えばAl，Cu，Ni，Fe，Moなどの金属あるいはアルミナセラミックスで造るのが好適である。放熱部材59を金属で形成する場合には、固定部材61bは、配線56と放熱部材59との間に設けられているので、電気絶縁性を有する必要がある。
図８は、本発明のサーマルヘッドの第４の基本的な構造を有するサーマルヘッドの一例を示す断面図であり、本例では印字面Ｓは平坦面となっているが、凸面としたものも含まれる。
第４の基本的な構造においては、少なくとも印字部Ｐを、樹脂66を介して平板65に一体的に固定する。図８では、印字部Ｐだけでなく、駆動ＩＣ55および配線部を構成する導電層53をも樹脂66を介して平板65に一体的に固定している。ここで、平板65は、互いに対向する面が平行またはほぼ平行な板状部材を意味するものである。本例では、平板65には、駆動ＩＣ55が挿入される貫通孔が形成されているが、平板の内面に凹部を設け、そこに駆動ＩＣを収納するようにしても良い。平板65は印字部Ｐ、駆動ＩＣ55および配線部分を補強する作用を有するとともに放熱作用をも有するので、第３の基本的な構造における放熱部材59と同様に、熱伝導率が6.27×104J/m・h・℃以上の材料、例えばAl，Cu，Ni，Fe，Moなどの金属またはアルミナセラミックスで造るのが好適である。
図７および図８に示した第３および第４の基本構造において、樹脂62および66は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂またはシリコーン系樹脂で形成するのが好適である。また、保護層54a，54b，54c，54dは、SiOx，SiNx，SiOxNYの何れかで形成するのが好適である。さらに、上述した蓄熱層58はガラスまたはポリイミドのような樹脂またはベークライト（商品名）で形成するのが好適であり、特に熱伝導率が4.18×104J/m・h・℃以下の材料で造るのが好適である。特に、熱伝導率をこのような範囲に調整するためのアルミナまたは金属粉末を混合した樹脂、例えばポリイミドで形成するのが好適である。
上述したように、本発明によるサーマルヘッドは、耐磨耗層50、発熱層51、電極を構成する導電層52a，52bなどを有する印字部Ｐ、駆動ＩＣ55および外部回路への接続を行なうための配線部53を、耐磨耗層50の、感熱記録媒体と接触する印字面Ｓとは反対側に設けたものである。したがって、印字面Ｓ側には耐磨耗層50から突出する部分がないので、感熱記録媒体やこれを印字面に押圧するゴムローラーなどと接触することがなく、したがって感熱記録媒体の走行方向に見たサーマルヘッド全体の寸法を小さくすることができ、小型化が図れる。また、このように小型化が達成できるので、製造効率が向上するとともに低コスト化を実現することもできる。さらに、本発明によるサーマルヘッドにおいては、印字面Ｓを構成する表面は滑らかであり、感熱記録媒体との接触が良好となる。
次に、サーマルヘッドを実際に製造する場合に、本発明によるサーマルヘッドの方が従来のサーマルヘッドに比べて製造効率が高くなり、製造コストをより低減することができる事実を図９および図10を用いて説明する。
図９は、１枚の集合基板Ｂから得られるサーマルヘッドの個数が従来のサーマルヘッドと本発明のサーマルヘッドとで相違することを表す模式図であり、図9Aは従来のサーマルヘッドを製造する場合を、図9Bは本発明のサーマルヘッドを製造する場合をそれぞれ表している。また、図10は、本発明のサーマルヘッドと従来のサーマルヘッドの大きさの相違を表す模式図であり、図10Aは従来のサーマルヘッドを、図10Bは本発明のサーマルヘッドをそれぞれ表している。なお、図10Aおよび10Bは、図9Aおよび9Bに示したサーマルヘッドの内の一つを、それぞれ拡大して示すものである。図10においては、印字部Ｐ、印字面Ｓ、駆動回路部Ｄのみを示した。また、ａは集合基板Ｂの横の長さを、ｂは集合基板の縦の長さを、ＬおよびＬ’は従来のサーマルヘッドおよび本発明によるサーマルヘッドの印字部Ｐと駆動回路部Ｄとの距離を、ＷおよびＷ’は従来のサーマルヘッドおよび本発明によるサーマルヘッドの、感熱記録媒体の走行方向に見た幅をそれぞれ示す。
通常、サーマルヘッドを量産するに当たっては、個々のサーマルヘッドを一つづつ製造するのではなく、図９に示すように、複数個のサーマルヘッドをある大きさの集合基板Ｂに形成し、それを個々のサーマルヘッドに切断し分離している。したがって、集合基板Ｂとは、複数個のサーマルヘッドを同時に形成し得る比較的大きな面積を有する基板を意味するものである。
従来のサーマルヘッドでは、図9Aおよび10Aに示すように、印字部Ｐと駆動回路部Ｄとの間の距離Ｌが長くなるので、個々のサーマルヘッドの横の長さＷが大きくなる。その結果として、１枚の集合基板Ｂから得ることができるサーマルヘッドの個数が減少し、１個のサーマルヘッドのコストが高くなる。
これに対して、本発明によるサーマルヘッドでは、図9Bおよび10Bに示すように個々のサーマルヘッドにおける印字部Ｐと駆動回路部Ｄとの間の距離Ｌ’が短くなり、サーマルヘッドの横の長さＷ’もそれに応じて短くなり、その結果として、１枚の集合基板Ｂから造れるサーマルヘッドの個数が増大し、１個のサーマルヘッドのコストを低減することができる。
〔第２の基本構造を持つサーマルヘッドの実施例〕
次に、図６に付き上述した第２の基本構造を有する本発明のサーマルヘッドの幾つかの例を説明する。なお、以下説明する実施例において、図５〜８に示したものと同様の部分には図５〜８で使用した符号で示し、その詳細な説明は省略する。この第２の基本構造においては、印字部Ｐ、駆動ＩＣ55および駆動ＩＣを外部回路に接続するための配線部53や配線56を樹脂57によって一体に固定して補強したものである。
図11は、第２の基本構造を有する本発明のサーマルヘッドの一実施例を示すものである。本例では、印字部Ｐを構成する発熱層51と熱的に結合された蓄熱層58を設けたものである。その他の構造は、図５に示したものと同じである。すなわち、蓄熱層58は保護層54aを介して発熱層51の下側に形成されている。これによって、発熱層51の発した熱が、樹脂57へ伝導するのを防止し、かつ、発せられた熱をある程度の時間保持する。このように、蓄熱層58は、発熱層51の近傍に設ける必要がある。また、蓄熱層58は、発熱層51の近傍だけに設ければ十分であるがより広い部分に設けることもできる。
上記のように、蓄熱層58は、発熱層51から発せられた熱を樹脂57へ伝導するのを防止するとともにこの熱をある程度の時間保持する機能を果たす。したがって、蓄熱層の熱伝導率の値は、ある程度小さいことが必要であり、具体的には、4.18×104J/m・h・℃以下である必要がある。この蓄熱層58は、ポリイミドおよびガラスの少なくとも１種を含むものとするのが好適であり、特に熱伝導率を調整するための粉末を混入したポリイミドとするのが好適である。このような蓄熱層58を設けることにより、低電力での印字が可能となるため、サーマルヘッドの電力効率を向上させることができる。
図12は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの一実施例を示す断面図である。本例では、印字部Ｐの印字面Ｓが平面であり、蓄熱層58の下側には放熱体68が設けられている。蓄熱層58および放熱体68を有する以外は、図６に示したサーマルヘッドと同様である。放熱体68は、Al，Cu，Ni，Fe，Moなどの金属またはアルミナセラミックスを以て形成するのが好適である。
放熱体68を蓄熱層58の下部に設置することによって、蓄熱層58に蓄熱された熱を外部に放出し、放熱時の印字部Ｐの冷却速度を高速化させる。ここで、放熱時とは、発熱層11に電流が流れていない状態を意味する。
なお、図12においては、放熱体68が、蓄熱層58の下部に直接接するように設置されているが、熱伝導性を有する接着層のような他の層を介して設置することもできる。この接着層としては、熱伝導率を調整するためのアルミナ粉末や金属粉末を混合したシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂とするのが好適である。また、放熱体68の一部は、樹脂57から露出させておくのが好適である。
〔放熱体の機能と効果〕
上記のように、放熱体68は、蓄熱層58に蓄熱された熱を外部に放出し、放熱時の印字部Ｐの冷却速度を高速化させる機能を果たす。したがって、蓄熱層58の熱伝導率の値は、ある程度小さいことが必要であり、具体的には、4.18×105J/m・h・℃以下であることが必要とされる。このような蓄熱層58と組み合わせて放熱体68を設けることにより、印字に要する電力を低減することができるともに放熱時の冷却速度が高速化するため、サーマルヘッドの印字速度の向上を図ることができる。
図13、図14および図15は、いずれも、第２の基本構造を有する本発明のサーマルヘッドの他の実施例の構造を表す断面図であり、これらの実施例では印字面Ｓが外方に突出した滑らかな曲面を有している。本発明によるサーマルヘッドでは、このように外方に突出した印字面Ｓを有しているにも拘らず、図２に示した従来のサーマルヘッドのように印字面Ｓに窪みができず、滑らかとなっている。したがって、印字面Ｓと感熱記録媒体との接触は良好となる。
図13に示す実施例は、図6の実施例に対応し、図14の実施例は、蓄熱層58を有する図11の実施例に対応し、図15の実施例は、蓄熱層58および放熱体68を有する図12の実施例に対応している。
本発明のサーマルヘッドにおいては、印字面Ｓの形状として平坦な形状と、外方に突出した形状とがあるが、印字面Ｓを外方に突出した凸面とすると、感熱紙との密着性が向上する。そのため、感熱紙への熱伝導性が向上し、印字品質が向上するという効果が得られる。
図16〜21は、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドの他の幾つかの実施例を示すものである。図６および図11〜15に示した実施例においては、印字部Ｐの発熱層51および導電層52a，52bをこの順序で積層してあるが、本発明のサーマルヘッドでは、印字部の発熱層と導電層との積層順序を逆にすることも可能である。このような実施例を、図16〜図21は示している。
ここで、図16、図17および図18は、いずれも、印字面Ｓが平坦面である形態のサーマルヘッドを表している。図16の実施例は図６に示した実施例に対応し、図17の実施例は、蓄熱層58を有する図11に示す実施例に対応するものであり、図18の実施例は、蓄熱層58および放熱体68を有する図12に示す実施例に対応するものである。また、図19、図20および図21は、印字面Ｓが外方に出した曲面である形態のサーマルヘッドを表しており、図19の実施例は、図13に示した実施例に対応しており、図20の実施例は、蓄熱層58を有する図14に示す実施例に対応しており、図21の実施例は、蓄熱層58および放熱体68を有する図15に示した実施例に対応している。これら図16〜21に示したサーマルヘッドでは、耐磨耗層50から見て、導電層52a，52bの上に発熱層51が形成されている。なお、これら2つの層の積層順序は、発熱層51を成膜する方法と導電層52a，52bに用いる物質に関係して決まる。
図７に示した本発明による第３の基本構造および図８に示した第４の基本構造においては、それぞれ放熱部材59および平板65を用いてサーマルヘッドを補強している。以下、これら放熱部材59および平板65の機能や材料について、主として平板65を例にとって説明する。
図８に示した通り、平板65は樹脂66を介して蓄熱層58の下部に配設されており、サーマルヘッド全体を機械的に支持する機能と、蓄熱層58に溜まった熱を外部に放出し、放熱時の印字部Ｐの冷却時間を短縮する機能とがある。したがって、平板65を用いることにより、サーマルヘッドの機械的強度が増すとともにサーマルヘッドの印字速度が向上する効果がある。
このような機能を有する平板65としては、機械的強度がある程度あること、熱伝導率の値が、ある程度大きいことが要求される。特に、平板65の熱伝導率は、6.27×104J/m・h・℃以上であることが好ましい。
また、放熱部材59や平板65の形状については、特に限定はなく、様々な形状のものを用いることができる。しかしながら、小型化、効率的な放熱機能および信頼性などを考えると、駆動ＩＣに接触しないように成形された形状のものが好ましい。そのような形状としては、図８に示すように駆動ＩＣ55の設置位置に対応した部分をくり抜いた形状や、駆動ＩＣの設置位置に対応した部分を削り取った形状などがある。
さらに、放熱部材59や平板65としては、その樹脂66との接着面の反対面を放熱フィン状に成形したものを用いてもよい。そのような形状に平板65を加工しておけば、放熱機能がいっそう向上する。
放熱部材59や平板65の大きさは、小型化、機械的強度および放熱機能を考えて、適当な大きさに決定すれば良い。
放熱部材59や平板65は、上記のように、熱伝導率が6.27×104J/m・h・℃以上の物質で造ることが好ましい。そのような物質の例を、次の表１にまとめた。なお、熱伝導率が大きな物質ほど、放熱特性が上がり、熱に対する耐久性が増すため、Al、Cuなどを用いることが特に好ましい。
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〔第３の基本構造を持つサーマルヘッドの実施例〕
図22〜24は、上述したような平板65を用いる本発明による第４の基本構造を有するサーマルヘッドの幾つかの実施例を示すものである。図22に示す実施例は、印字面Ｓを凸面とするとともに印字部Ｐの下部に蓄熱層58を設けたものであり、
図23に示す実施例は、印字面Ｓを平坦面とするとともに印字部Ｐの下部に蓄熱層58を設けたものであり、図24に示す実施例は、印字面Ｓを凸面とするとともに印字部Ｐの下部に蓄熱層58を設けた点は図22に示した実施例と同様であるが、発熱層51と導電層52a，52bとの積層順序が逆となっている点が相違している。
ここで、発熱層51を成膜する方法と導電層52a，52bに用いる物質と成膜順序との関係を説明する。
発熱層の成膜を高温プロセスを用いて行う場合
ここでいう高温プロセスとは、成膜温度が500℃以上の工程をいう。なお、高温プロセスにおいて用いられる成膜方法の代表例としては、減圧状態での化学的気相成長を利用した成膜方法であるLPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）がある。
発熱層51の成膜に高温プロセスを用いる場合、導電層52a，52bに用いる物質の融点などによって、発熱層と導電層の積層順序が決まる。それを次に述べる。
低融点の物質を導電層に用いる場合
導電層52a，52bに用いる物質が、融点が低く、高温状態においてその電気的特性が安定でない物質である場合には、導電層の形成後に発熱層51を形成することができない。そのような物質の代表的な例として、Alがある。このように低融点の金属を導電層52a，52bに用いる場合には、発熱層51を形成した後に、導電層を形成する必要がある。
高融点の物質を導電層に用いる場合
導電層52a，52bに用いる物質が、融点が高く、高温状態においてその電気的特性が変化しない物質である場合には、導電層52a，52bの形成後に発熱層51を形成することが可能である。そのような物質としては、融点が2800℃以上のものが好ましく、W、Taなどがそれにあたる。ここで、Wの融点は、2990℃であり、Taのそれは、3400℃である。
発熱層の成膜を低温プロセスを用いて行う場合
ここでいう低温プロセスとは、成膜温度が300℃以下の工程をいう。なお、低温プロセスにおいて用いられる成膜方法の代表例としては、プラズマCVDやスパッタリングがある。ここで、プラズマCVDとは、Plasma-enhanced Chemical Vapor Depositionのことであり、化学的気相成長を利用した成膜方法のひとつである。
この場合、上記の高温において導電層52a，52bに発生するような問題は生じない。したがって、導電層52a，52bの形成後に発熱層51を形成することも、逆に、発熱層の形成後に導電層を形成することも可能である。
上述したように、平板65の形状としては、図８に示すように駆動ＩＣ55の設置位置に対応した部分をくり抜いた形状とすることができる。図25および図26は、いずれも、本発明のサーマルヘッドの印字面を下に向けた状態を模式的に表した斜視図であり、図25のA-A断面図が印字面Ｓが平坦な図８あるいは図23に対応し、図26のA-A断面図が印字面Ｓが凸面の図22あるいは図24にそれぞれ対応している。
以上のように本発明によるサーマルヘッドは、上述した第１〜第４の基本的構造の何れかに基づいて種々の構成を採ることができ、上述した図面に示した実施例に限定されるものではない。
本発明のサーマルヘッドには、従来のサーマルヘッドにおいて用いられていた物質を、それぞれ対応する各部に適用することができる。例えば、駆動ＩＣ55を外部回路へ接続するための配線56としては、従来のサーマルヘッドにおいて用いられていたFPCを用いることも可能であるが、本発明のサーマルヘッドでは、外部回路への配線56をリードフレームや金属棒などの端子で構成するのが特に好ましい。リードフレームには、Fe合金系やCu合金系などの一般的に用いられている物質を用いることができる。その中でも、Fe合金系では、42wt%Ni-58wt%Feが、Cu合金系では、CuにFe、Sn、Zrなどを添加した物質が好ましい。また、金属棒にも、一般的に用いられている物質を用いることができる。そのような物質としては、Fe、Cu、Alなどがある。あるいは、前記の合金系などを用いてもよい。
以下、本発明のサーマルヘッドの製造方法について説明する。
実施例を説明する前に、本発明によるサーマルヘッドの製造方法の基本的な事項について説明する。
本発明によるサーマルヘッドの製造方法においては、積層順序が従来のサーマルヘッドとは逆で、耐磨耗層から形成していく。従来のサーマルヘッドにおいて、支持体として用いられていた基板を、本発明の製造方法では製造用の治具として用いる。
そのため、本発明のサーマルヘッドの製造方法では、印字面の形状が良好で、窪みがない凸面とすることができるとともに製造用の治具としての基板を、再生することにより、くり返し用いることが可能であり、製造コストの低減が図れるという利点がある。
本発明によるサーマルヘッドの製造方法は、基本的に次の５つの工程を含むものである。
工程A  基板の前処理
工程B  基本的な構成要素の形成
工程C  付加的な構成要素の形成
工程D  各部の固定
工程E  サーマルヘッドと基板の分離
なお、上記の各工程は、各々がいくつかの小工程からなる。以下、これについて説明する。
（工程A）基板の前処理
（工程A-1）基板の加工
印字面の形状に対応した所望の形状に、基板をエッチングする。なお、基板としては、Si、ガラスあるいはアルミナなどを用いることができる。なお、ガラスとしてホウ珪酸ガラスを用いれば、ホウ珪酸ガラスは安価に提供できるとともにエッチングによって容易に除去できるので特に好適である。
（工程A-2）剥離用犠牲層の形成
基板上に、サーマルヘッドの形成後に、サーマルヘッドを基板から独立させるための剥離用犠牲層を予め形成しておく。剥離用犠牲層としては、MgO、CaO、あるいはZnOなどを用いることができる。成膜方法としては、スパッタリングなど従来より用いられている各種の方法を用いることができる。
（工程B）基本的な構成要素の形成
（工程B-1）耐磨耗層の形成
SiC系化合物、SiB系化合物、SiO系化合物、SiON系化合物などを成膜する。成膜方法としては、プラズマCVDなど従来より用いられている各方法を用いることができる。
（工程B-2）発熱層の形成
Ta、Ni-Cr、Nb-SiO2などを成膜する。成膜方法としては、LPCVD、プラズマCVD、スパッタリングなど従来より用いられている各種の方法を用いることができる。また、発熱層を所望のパターンにエッチングする方法としては、RIE（Reactive Ion Etching）などのドライエッチングを用いることが好ましいが、ウェットエッチングを用いることも可能である。ドライエッチングのエッチャントとしては、SF6、CF4、Cl2、O2などが一般的であり、これらを混合して用いることもできる。ここで、エッチャントとは、ドライエッチングの際に用いる反応性のガスのことである。なお、発熱層は、上述したTaなどの金属やNi-Crなどの合金あるいはNb-SiO2などの他に、TiO2、BNなどを用いることも可能である。
（工程B-3）導電層の形成
W、Ta、Au、Alなどを成膜する。成膜方法としては、スパッタリングなど従来より用いられている各種の方法を用いることができる。また、ここでいう導電層は、導電層52a，52bおよび配線部53を構成する導電層を含むものである。
また、エッチング方法としては、ウェットエッチングを用いることが好ましいが、ドライエッチングを用いることも可能である。ウェットエッチングのエッチャントとしては、H2SO4、HNO3などが一般的である。特に、Alのエッチングに際しては、H3PO4、C2H4O2、HNO3を混合した混酸液を用いることもある。ここで、エッチャントとは、ウェットエッチングの際に用いる溶液のことである。なお、上記の金属は、多層膜として用いることもできる。
（工程B-4）保護層の形成
SiOx，SiNx，SiOxNyなどを成膜する。SiOxは、化学量論組成のSiO2（ｘ＝２）でも良いが、通常１≦ｘ≦２程度のものが好適に用いられる。SiNxも同様、化学量論組成のSi3N4（x=４／３）でも良いが、通常、２／３≦ｘ≦４／３程度のものが好適に用いられる。ただし、上記ｘの値はいずれもこの範囲に限定されるものではない。また、SiOxとSiNxの混合物として表わされるSiOxNyも好適に用いることができる。これらはいずれか１層または積層構造で２層設けられる。成膜方法としては、LPCVD、プラズマCVD、スパッタリングなど従来より用いられている各種の方法を用いることができる。
また、導電層52bと駆動ＩＣ55との間、駆動ＩＣと配線部53との間および配線部と外部回路への配線56との間の電気的な接続を行なうために、保護層54に貫通孔を形成するためにエッチング方法としては、ウェットエッチングを用いることが好ましいが、ドライエッチングを用いることも可能である。ウェットエッチングのエッチャントとしては、HFあるいはHFとNH4Fの混合液などが一般的である。
また、保護層54a，54b，54c，54dを形成することによって、発熱層間、導電層間の絶縁状態が保たれるとともに蓄熱層58や樹脂57，62，66から発熱層51や導電層52a，52bおよび配線部53への物質の拡散が抑止され、これらの特性が長期間安定に保たれる。
さらにまた、前記保護層54a，54b，54c，54を、駆動ＩＣ55と導電層52a，52bとの間および配線部53と配線56との間の電気的接続部を除く導電層を覆って形成することにより、駆動ＩＣと他の部材との短絡が防止され、導電層と樹脂が接して導電層に電流が流れて高温になった時に、樹脂の成分によって導電層が劣化することが防止される。
（工程B-5）駆動ＩＣおよび外部への配線の接続
導電層52bと駆動ＩＣ55との間、駆動ＩＣと配線部53との間および配線部と配線56との間を電気的に接続する。特に、駆動ＩＣ55の接続に関しては、フリップチップボンディングを用いることが好ましい。なお、発熱層51と導電層52a，52bとの積層順序の関係で、（工程B-1）と（工程B-2）の２つの工程の順序は適宜入れ換えればよい。また、上記（工程B-3）と（工程B-4）の２つの工程は、上記のように、発熱層を成膜する方法と導電層に用いる物質の組み合わせを適当に選ぶことによって、その順序を逆にすることができる。
なお、本発明において、配線部53と配線56との接続は、ケーブルと接続される端子の先端部とサーマルヘッドの配線部とが電気的に接続される部分であり、この配線56をさらに外部回路へ接続することは含まれない。また、配線56にケーブルを接続する工程は、サーマルヘッドを基板から独立させた後に行うこともできる。
（工程C）付加的な構成要素の形成
（工程C-1）蓄熱層の形成
ベークライト（商品名）、ポリイミド、ガラスなどの熱伝導率が4.18×104J/m・h・℃以下の物質、あるいは、これらを１種以上含む混合物を成膜する。成膜方法としては、スクリーン印刷などの従来より用いられている方法を用いることができる。
（工程C-2）放熱体の設置
Al、Mg、Cu、Moなどの熱伝導率が4.18×105J/m・h・℃以上の物質より成る放熱体68を接着剤を用いて取り付ける。なお、放熱体68の設置により、印字部の補強ができるので、次の工程Ｄを省くこともできる。なお、この工程Ｃは、所望するサーマルヘッドの形態に対応した必要な工程をとればよい。
（工程D）補強
エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂などを用いて、印字部Ｐ、駆動ＩＣ55、配線部53を補強したり、接着剤や両面接着テープや樹脂を用いて少なくとも印字部Ｐを放熱部材59や平板65に固定する。ここで、使用する樹脂については、その硬化後の線膨張係数が、製造用の治具として用いている基板のそれと近い方が好ましい。その理由は、それら２つの物質の線膨張係数が近い方が、硬化後に発生する応力の作用を小さくできるからである。上記応力の小さい樹脂を用いて、印字部、駆動ＩＣ、配線部を一体的に固定することもできるが、樹脂の量が多いと、上記応力によって基板が反る恐れが大きくなるので、用いる樹脂の量は少ない方が好ましい。また、接着剤としては、熱硬化性接着剤、シリコーン系接着剤、耐熱性無機接着剤、粘弾性ゴムなどを使用するのが好適である。さらに、接着層によって印字部Ｐを放熱部材や平板に接着固定するとともに駆動ＩＣおよび配線部の少なくとも一部を樹脂によって支持部材に固定することもできる。
（工程E）サーマルヘッドと基板の分離
（工程E-1）剥離用犠牲層の除去による基板の剥離
剥離用犠牲層をエッチングすることにより除去し、サーマルヘッドを基板から独立させる。ここで用いるエッチング方法としては、選択的なエッチングが容易なウェットエッチングが、特に好ましい。
（工程E-2）基板の除去
基板自体をエッチングすることにより除去し、サーマルヘッドを独立させる。ここで用いるエッチング方法としては、選択的なエッチングが容易なウェットエッチングが、特に好ましい。この場合、耐磨耗層がエッチングストッパとしての機能を有することになる。また、基板の一部を機械的研磨により除去した後、残部の一部または全部をウェットエッチングにより除去することにより、基板の除去が能率良く行える。また、ウェットエッチングとして、エッチング液中に磨き球を混合して機械的除去も同時に行うことにより、エッチング能率を上げることができる。また、ガラスを基板に用いれば、ステンレス鋼に比較し、ガラスはサーマルヘッドの印字部に形成する膜の熱膨張率に近い熱膨張率を有するため、熱膨張や熱収縮による印字部への影響が少なく、特性に与える影響が少ない。また、剥離に比較し、剥離の際の損傷の問題もなく、製造が容易となる。
以下に、本発明のサーマルヘッドを製造する方法を、幾つかの実施例を参照して説明する。
〔実施例１〕
図27A〜27Gは、図６に示したような平坦な印字面Ｓを有するサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものである。
（工程A-2）剥離用犠牲層の形成
先ず、図27Aに示すように、製造用の治具として作用する仮の基板70として、コーニング社製7059ガラス（バリウムホウ珪酸ガラス）を用い、この基板上に、剥離用犠牲層71となるMgO層を、スパッタリングにより成膜した。なお、このMgO層の厚さは、２μmとした。
（工程B-1）耐磨耗層の形成
次に、前記剥離用犠牲層71の形成後、耐磨耗層50となるSiB層およびSiON層を、プラズマCVDにより成膜した。ただし、このSiB層およびSiON層は、この順で連続的に形成した。なお、SiB層の厚さは７μmとし、SiON層の厚さは３μmとした。
（工程B-2）発熱層の形成
前記耐摩耗層50の形成後、発熱層51となるNbSiO2層を、スパッタリングにより成膜した。なお、このNbSiO2層の厚さは、0.2μmとした。その後、成膜されたNbSiO2層をRIEにより所望のパターンにドライエッチングし、発熱層51を形成した様子を図27Bに示す。なお、このエッチングに際しては、SF6をエッチャントとして用いた。
（工程B-3）導電層の形成
前記発熱層51の形成後、導電層52a，52bおよび配線部53を構成するAl層を、スパッタリングにより0.7μmの膜厚に成膜した後、所望のパターンにしたがってウェットエッチングし、導電層52a，52bおよび配線部53を形成した状況を図27Cに示す。なお、このエッチングに際しては、混酸液をエッチャントとして用いた。
（工程B-4）保護層の形成
上述したように導電層52a，52bおよび配線部53を形成した後、保護層54a〜54dとなるSiO2層を、プラズマCVDにより成膜した。なお、このSiO2層の厚さは、1.0μmとした。その後、成膜されたSiO2層を、ＲＩＥを用いて加工し、保護層54a〜54dを形成した様子を図27Dに示す。なお、このエッチングに際しては、CHF3をエッチャントして用いた。
（工程B-5）駆動ＩＣおよび外部への配線の接続
前記保護層54a〜54dの形成後、図27Eに示すように駆動ＩＣ55および外部回路へ接続するための配線56を接続した。ここで、駆動ＩＣ55は半田バンプを用いたフリップチップボンディングにより、導電層52bおよび配線部53と、それぞれ接続部60a，60bを介して接続した。なお、駆動ＩＣ55としては、1mm×5mm×0.5mmの大きさのものを用いた。また、外部回路への配線56は、半田付けによる接続部60cを介して配線部53と接続した。
（工程D）補強
上述したように、駆動ＩＣ55およびサーマルヘッドを外部回路へ接続するための配線56の接続後、形成された各部分を樹脂57によって補強した。その後、加熱することで硬化し、一体に接着固定した様子を図27Fに示す。なお、本実施例では、樹脂57としては、アルミナフィラーを含有するエポキシ系樹脂を用い、硬化のための加熱は300℃とした。
（工程E-1）剥離用犠牲層の除去による基板の剥離
上述したように形成されたサーマルヘッドを基板70から独立させるために、剥離用犠牲層71であるMgO層を除去した。そのために、H3PO4水溶液を用いたウェットエッチングを行った。以上の工程を経て、図６に示したサーマルヘッドが製造された状態を図27Gに示す。
〔実施例２〕
図28A〜28Hは、図11に示したように平坦な印字面Ｓを有するとともに印字部Ｐの下部に蓄熱層58を有するサーマルヘッドの順次の製造工程を示すものである。図28A〜28Dに示す（工程A-2）、（工程B-1）、（工程B-2）、（工程B-3）、（工程B-4）は、図27に示した実施例と同様に行った。本例においては、図28Eに示すように、保護層54a〜54dの形成後、蓄熱層58となる混合ポリイミド層を、スクリーン印刷により塗布した。なお、この混合ポリイミド層は、発熱層51の上部に形成されている溝部に保護層54aを介して形成した。この厚さは、20μmとした。その後、400℃で加熱し硬化することで、一体に固定して蓄熱層58を形成した。なお、本実施例で用いた混合ポリイミドは、ポリイミドに熱伝導率を調整するための球形アルミナフィラーを混練した材料である。
前記蓄熱層58を形成した後の、図28Fの（工程B-5）、図28Gの（工程D）、図28Hの（工程E-1）は、図27E、27F、27Gに示す工程と同様に行った。以上の工程を経て、図11に示したサーマルヘッドが製造された。
〔実施例３〕
図29A〜29Iは、図12に示すように平坦な印字面Ｓを有するとともに、蓄熱層58および放熱体68を有するサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものである。
図29Aに示す（工程A-2）および（工程B-1）、図29Bに示す（工程B-2）、図29Cに示す（工程B-3）、図29Dに示す（工程B-4）、図29Eに示す（工程C-1）は、それぞれ図28A〜29Eに示した工程と同様に行った。本例においては、蓄熱層58の形成後、図29Fに示すようにアルミニウムより成る放熱体68を蓄熱層に接着した。なお、このAlより成る放熱体68の幅は、1.0mmであり、接着の際には、エポキシ系樹脂からなる接着剤を用いた。
前記放熱体68の設置後、図29Gに示す（工程B-5）、図29Hに示す（工程D）、図29Iに示す（工程E-1）は、図28F〜28Hに示す工程と同様に行った。但し、放熱体68の接着面とは反対側の面が樹脂57から露出するようにした。以上の工程を経て、図12に示したサーマルヘッドが製造された。
〔実施例４〕
図30A〜30Hは、図13に示したように外方に突出した印字面Ｓを有するサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものである。
（工程A-1）基板の加工
図30Aに示すように、製造用の治具として作用する基板70として、コーニング社製7059ガラスを用いた。この基板70の表面上に、フォトリソグラフィーにより、レジストパターンを形成し、ウェットエッチングを用いて、横断面形状がほぼ半円形の溝を形成した。なお、フォトリソグラフィーに際しては、ネガレジストを用い、エッチャントしては、HFを用いた。基板70のエッチングの終了後、レジストは剥離した。
その後の工程、すなわち、図30Bに示す（工程A-2）および（工程B-1）、図30Cに示す（工程B-2）、図30Dに示す（工程B-3）、図30Eに示す（工程B-4）、図30Fに示す（工程B-5）、図30Gに示す（工程D）、図30Hに示す（工程E-1）は、図27A〜27Gに示した工程と同様に行った。以上の工程を経て、図13に示したサーマルヘッドが製造された。
〔実施例５〕
図31A〜31Hは、図14に示したように印字面Ｓが突出した曲面であり、印字部Ｐの下部に蓄熱層58を有するサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものである。
まず、図31Aに示す（工程A-1）は、図30Aに示した工程と同様に行った。その後の工程、すなわち図31Bに示す（工程A-2）、図31Cに示す（工程B-1）、図31Dに示す（工程B-2）、図31Eに示す（工程B-3）、図31Fに示す（工程B-4）および（工程C-1）、図31Gに示す（工程B-5）、図31Hに示す（工程D）、図31Iに示す（工程E-1）は、図28A〜28Hに示す工程と同様に行った。以上の工程を経て、図14に示したサーマルヘッドが製造された。
〔実施例6〕
図32A〜32Jは、図15に示したように印字面Ｓが突出した曲面であり、印字部Ｐの下部に蓄熱層58および放熱体68を有するサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものである。
まず、図32Aに示す（工程A-1）、図32Bに示す（工程A-2）、図32Cに示す（工程B-1）、図32Dに示す（工程B-2）、図32Eに示す（工程B-3）、図32Fに示す（工程B-4）は図31A〜31Fに示す工程と同様に行った。つぎに、図32Gに示すように蓄熱層58に放熱体68を接着した。この工程は図29Fの工程と同様に行った。以後の工程、すなわち図32Hに示す（工程B-5）、図32Iに示す（工程D）、図32Jに示す（工程E-1）は、図29G〜28Iに示す工程と同様に行った。以上の工程を経て、図15に示したサーマルヘッドが製造された。
〔実施例７〕
図33A〜33Iは、図18に示したように、印字面Ｓが平面であり印字部Ｐの下部に蓄熱層58および放熱体68を有し、しかも印字部の発熱層51の上に導電層52a，52bを積層した構造を有するサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものである。本実施例では、図33Bに示す（工程B-3）と図33Cに示す（工程B-2）の順序を入れ換える以外は、図29A〜29Iに示した工程と同様に行った。すなわち、まず、図33Aに示すように（工程A-2）および（工程B-1）を図29Aに示す工程と同様に行った。続いて、図33Bに示す（工程B-3）を次のように行った。
（工程B-3）導電層の形成
図33Aに示すように、耐磨耗層50の形成後、導電層52a，52bとなるW層を、スパッタリングにより成膜した。なお、このW層の厚さは、0.3μmとした。その後、成膜されたW層を所望のパターンにしたがって、ウェットエッチングし、導電層52a，52bおよび配線部53を形成した。なお、このエッチングに際しては、HNO3をエッチャントとして用いた。その後、図33Cに示すように、（工程B-2）を図29Bに示す工程と同様に行った。以後の工程、すなわち、図33Dに示す（工程B-4）、図33Eに示す（工程C-1）、図33Fに示す（工程C-2）、図33Gに示す（工程B-5）、図33Hに示す（工程D）、図33Iに示す（工程E-1）を、図29D〜29Iに示す工程と同様に行った。以上の工程を経て、図18に示したサーマルヘッドが製造された。
〔実施例８〕
図34A〜34Jは、図21に示したように、印字面Ｓが凸面であり、印字部Ｐの下部に蓄熱層58および放熱体68を有し、しかも印字部の発熱層51の上に導電層52a，52bを積層した構造を有するサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものである。本実施例では、図34Aに示すように、基板70に表面にほぼ半円弧状の溝を形成した後の図34B〜34Jに示す工程は、図33A〜33Iに示した工程と同様に行った。以上の工程を経て、図21に示したサーマルヘッドが製造された。
上述した実施例１〜８では、本発明による第２の基本構造を有するサーマルヘッドを製造する方法を示したが、この第２の基本構造を有し、図17および20に示すように放熱体68を持たないサーマルヘッドや、図16および19に示すように蓄熱層58および放熱体68を持たないサーマルヘッドを上述した実施例の工程と同様の工程で製造することができる。
さらに、上述した実施例では、サーマルヘッドを基板70から独立させるのに剥離用犠牲層71を用いたが、本発明によれば基板70をエッチングによって除去することもできる。この場合には、耐磨耗層50はエッチングストッパとして作用するので、エッチング処理は容易となる。例えば、上述した各実施例において、サーマルヘッドの形成後、基板70をHFを用いてエッチングし、除去することができる。これらによって、基板70からサーマルヘッドを独立させた。但し、基板70は、HFによってエッチングされ易いBaを含まないホウ珪酸ガラス（例えば日本電気ガラス社製の低アルカリガラスまたは無アルカリガラス）を用いるのが好適である。
〔実施例９〕
図35A〜35Fは、本発明のサーマルヘッドの製造方法の他の実施例の順次の工程を示す断面図である。図35Aに示すように、ホウ珪酸ガラスでなる基板70を準備し、図35Bに示すようにその上にSiB層とSiON層からなる耐摩耗層50を形成し、さらに図35Cに示すように、その上にNbSiO2層からなる発熱層51を形成する。次に、図35Dに示すように、発熱層51の上にAl層からなる導電層52a，52bを形成し、さらにその上に図35Eに示すようにポリイミド樹脂またはアクリル樹脂、もしくは低融点ガラスからなる支持体層75を形成し、その後、図35Fに示すように、基板70の一部をh1の深さまで砥石等による機械的研磨により除去し、膜厚がh2の残部をウェットエッチングにより除去する。このように、基板70の除去に機械的研磨を用いることにより、基板70の除去を能率良く行うことができる。また、印字部は前記駆動ＩＣ55から独立した別の構成部品として構成することにより、別の構造部材77にも接着層76により取付けることが可能となり、配置の自由度が向上する。
〔実施例10〕
図36A〜36Hは、本発明のサーマルヘッドの製造方法の他の実施例の順次の工程を示す断面図であり、本実施例において、図36A〜36Dの工程は実施例９の図35A〜35Dの工程と同じである。本例では、その後、図36Eに示すように、保護層54a，54bを形成し、さらに導電層52bの延在部分と接触するように別の導電層78を形成し、さらに図36Fに示すように印字部の保護層54aの上に蓄熱層58を形成した後、図36Gに示すように、支持体層75としてポリイミド樹脂を設け、さらに図36Hに示すように基板70を研磨およびエッチングによって除去したものである。このように、本発明においては、印字部の導電層52bを外部に引き出すための導電層78を導電層52a，52bとは別個に設けることもできる。この導電層78は、耐磨耗層50の、印字面Ｓを形成した面とは反対側において駆動ＩＣと接続しても良いし、印字面Ｓと同じ面において駆動ＩＣと接続しても良い。
〔実施例11〕
図37A〜37Gは、本発明のサーマルヘッドの製造方法の他の実施例であり、本実施例においては、図37Aに示すように基板70の表面に溝70aを設け、その溝70aを含めた基板70の表面に耐摩耗層10を形成した様子を図37Bに示す。続いて図37Cに示すように、発熱層51を形成し、図37Dに示すように、導電層52a，52bを形成した後、図37Eに示すように、蓄熱層58を溝70a内の発熱層51、導電層52a，52bに沿って充填し、その流動性を利用してレベリング（厚みの均一化）を行った。その後、図37Fに示すように、Al等の放熱体68を接着剤79により接着した。本例では、放熱体68の突部68aを蓄熱層58に対向させてこれらの間の距離を短くすることによって放熱性能を上げることができる。
その後、図37Gに示すように、基板70をウェットエッチングのみ、あるいは機械的研磨とウェットエッチングによって除去するようにしたものである。本実施例によれば、蓄熱層58の厚みを均一化することができる。
〔実施例12〕
次に、図７に示した本発明による第３の基本構造を有するサーマルヘッドを製造する方法の実施例を説明する。この第３の基本構造においては、印字部Ｐ、駆動ＩＣ55および配線部53を放熱部材59によって補強するものである。
図38Aおよび38Bは、本実施例の最終工程に近い工程を示す断面図である。本実施例においては、表面に溝を形成した基板70の上に、耐磨耗層50、発熱層51、導電層52a，52b、配線部53、保護層54a，54b，54c，54dおよび低融点ガラスより成る蓄熱層58を順次に形成した後、駆動ＩＣ55および配線56を取り付けた。導電層52bと駆動ＩＣ55との間、駆動ＩＣと配線部53との間および配線部と配線56との間の電気的な接続を行なうために、導電層52bおよび配線部53にメタライズ層80aおよび80b，80cを形成し、その上に半田バンプ81a，81b，81cによるフリップチップボンディングを行っている。メタライズ層80a〜80cは、導電層52bおよび配線部53の表面に、半田バンプ81a〜81cと反応して良好な電気的接続が行えるような金属層を形成する工程であり、具体的にはAlでなる導電層52b，および配線部53の上に、Ti、Cu、Ni、Auをこの順序で蒸着した後、ウェットエッチングによりパターニングして形成した。なお、84はコモン電極であり、発熱部を構成する多数の発熱素子に対して共通に形成された導電層52aに接続されている。
その後、印字部Ｐの側方に形成されているコモン電極84および配線56と、アルミニウムより成る放熱部材59の内側表面とを両面接着テープ82および83によって固定し、さらに、印字部Ｐ、駆動ＩＣ55、配線部53との間のスペースにシリコーン樹脂62を充填して一体に接着固定して補強した。放熱部材59の内側表面には、印字部Ｐの蓄熱層58と対向する位置に溝59aを形成するとともに駆動ＩＣ55の一部分が挿入される凹部59bを形成した。したがって、駆動ＩＣ55は放熱部材59によって覆われており、外部へは露出していない。
本例では、コモン電極84および配線56と放熱部材59との間を両面接着テープ82および83で固定するので、これらを組み立てる作業が非常に簡単となり、自動装置による組み立ても可能となる。また、本発明においては、固定部材として両面接着テープ82および83を使用する代わりに接着剤を使用しても良い。さらに、印字部Ｐの蓄熱層58と放熱部材59との間は熱伝導特性の良い樹脂62で連結されているので、印字部Ｐの放熱特性も良好となる。
なお、電気的接続部を構成するメタライズ層80a〜80cにより、保護層54a〜54dに設けた孔を完全に埋め、導電層52a，52bおよび配線部53が完全に露出しないようにしておくことが、これら導電層および配線部と樹脂62とが接して導電層や配線部に電流が流れて高温になった時に、樹脂の成分によって導電層や配線部が劣化することが防止される。また、駆動ＩＣ55と導電層52bおよび配線部53との接続部以外は保護層54a〜54dで覆うことにより、駆動ＩＣ55と他の部材との短絡が防止される。
また、図38Aに示すように、放熱部材59を設けた後、サーマルヘッド部分と基板70とのエッチングによる分離に先立って、サーマルヘッド部分がエッチング液に侵されないように、基板70を除くサーマルヘッド部分全体をエッチングレジスト85により覆う。このエッチングレジスト85としては、日化精工社製、商品名「ブラックマスク」や「プロテクトワックス」を用いることができる。このようにエッチングレジスト85によりサーマルヘッド部分を覆った後、図38Bに示すように、溶剤としてキシレンを用いてエッチングレジスト85を除去した。このように、樹脂62によるモールドをサーマルヘッド部分の全体ではなく、部分的に行い、エッチングレジスト85によりサーマルヘッド部分を覆って基板70を除去することにより、樹脂モールド成形における収縮時に発生する応力によってサーマルヘッドに反りや、エッチャント浸入によるデバイスの破壊を回避することができる。なお、基板70の除去を行う際に、図38Bにおいて２点鎖線Ｃで示すように、基板70を全部除去せずに、その一部を残すようにすれば、サーマルヘッドの強度を高めることができる。
次に、図７に示した第４の基本構造を有する本発明によるサーマルヘッドの製造方法の幾つかの実施例を説明する。この第４の基本構造においては、印字部Ｐ、駆動ＩＣ55および配線部53を平板59によって支持して補強するものである。
〔実施例13〕
図39A〜39Hは、図７に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図である。
（工程A-2）剥離用犠牲層の形成
図39Aに示すように、製造用の治具として作用する、コーニング社製7059ガラスより成る基板70の上に、MgOより成る剥離用犠牲層71を、スパッタリングにより成膜した。なお、このMgO層の厚さは、２μmとした。
（工程B-1）耐磨耗層の形成
次に、前記剥離用犠牲層71の上に、耐磨耗層50となるSiB層およびSiON層を、プラズマCVDにより、この順で連続的に形成した。SiB層の厚さを７μmとし、SiON層の厚さを３μmとした。
（工程B-2）発熱層の形成
つぎに、図39Bに示すように、耐摩耗層50の上に発熱層51となるNbSiO2層をスパッタリングにより成膜した。なお、このNbSiO2層の厚さは、0.2μmとした。その後、成膜されたNbSiO2層をRIEによりドライエッチングし、印字部Ｐを形成する部分に発熱層51を形成した。なお、このエッチングに際しては、CHF3をエッチャントとして用いた
（工程B-3）導電層の形成
前記発熱層51の形成後、導電層52a，52bおよび配線部53となるAl層を、スパッタリングにより成膜した。なお、このAl層の厚さは、0.3μmとした。その後、成膜されたAl層を、ウェットエッチングし、導電層52a，52bおよび配線部53を形成した様子を図39Cに示す。なお、このエッチングに際しては、混酸液をエッチャントとして用いた。
（工程B-4）保護層の形成
上述したように、導電層52a，52bおよび配線部53の形成後、保護層となるSiO2層を、プラズマCVDにより成膜した。なお、このSiO2層の厚さは、0.6μmとした。その後、成膜されたSiO2層を、ウェットエッチングし、保護層54a，54b，54c，54dを形成した。このエッチングに際しては、HFをエッチャントとして用いた。
（工程C）蓄熱層の形成
保護層54a，54b，54c，54dを形成した後、蓄熱層となる混合ポリイミド層を、スクリーン印刷により塗布した。なお、この混合ポリイミド層は、発熱層51の上部に形成されている溝部に保護層54aを介して形成した。この厚さは、20μmとした。その後、350℃で加熱し硬化することで、一体に固定した状態を図39Eに示す。なお、本実施例で用いた混合ポリイミドは、ポリイミドに球形アルミナフィラーを混練した材料である。
（工程B-5）駆動ＩＣおよび外部への配線の接続
上述したように、保護層54a，54b，54c，54dを形成した後、駆動ＩＣ55および外部への配線56を接続した様子を図39Fに示す。ここで、駆動ＩＣ55はフリップチップボンディングにより、導電層52bおよび配線部53と、それぞれ接続部60a，60b，60cを介して接続した。なお、駆動ＩＣ55としては、1.0mm×5.0mm×0.5mmの大きさのものを用いた。また、外部への配線56としては、Cuのリード線を半田付けによる接続部60cを介して、配線部53と接続した。
（工程D）各部の固定
上述したように、駆動ＩＣ55および外部への配線56の接続後、形成された各部分とアルミニウムより成る平板65とをエポキシ系の樹脂66によって接着し、加熱することで硬化し、一体に固定した。なお、本実施例では、硬化のための加熱は、150℃とした。なお、この際に用いたAlからなる平板65は、駆動ＩＣ55の設置位置に対応した部分をくり抜いた形状で、大きさがサーマルヘッドと同じ5mm×90mmであり、かつ、その厚さが5mmのものを使用した。
（工程E-1）剥離用犠牲層の除去による基板の分離
上述したように樹脂66によって平板65を固定した後、形成されたサーマルヘッドを基板70から独立させるために、MgOより成る剥離用犠牲層71を除去した。そのために、H3PO4水溶液を用いたウェットエッチングを行った。
以上の工程を経て、図８に示したサーマルヘッドが製造された。
〔実施例14〕
図40A〜40Iは、図22に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す断面図である。この図22に示したサーマルヘッドは、印字面Ｓが突出した曲面であるとともに蓄熱層58を有するものである。
（工程A-1）基板の加工
まず、製造用の治具として用いる基板70として、コーニング社製7059ガラスを用いた。この基板70上に、フォトリソグラフィーにより、レジストパターンを形成し、ウェットエッチングを用いて、図40Aに示したような、横断面形状がほぼ半円形の溝を形成した。なお、フォトリソグラフィーに際しては、ネガレジストを用い、エッチャントしては、HFを用いた。基板70のエッチングの終了後、レジストを剥離した。
以後の図40B〜40Iに示す工程は、実施例13の図39A〜39Hに示した工程と同様であり、これによって図22に示したサーマルヘッドを製造した。
〔実施例15〕
図41A〜41Hは、図23に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものであ。この図23に示したサーマルヘッドにおいては、平坦な印字面Ｓを有するとともに蓄熱層58を有し、さらに、耐磨耗層50側から見て、導電層52a，52bの上に発熱層51が配設されているものである。
図41A〜41Eの工程は、実施例７の図33A〜33Eまでの工程と同様である。また、図41F〜41Hの工程は、実施例13の図39F〜39Hの工程と同様である。
〔実施例16〕
図42A〜42Hは、図24に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示すものであ。この図23に示したサーマルヘッドにおいては、凸状の印字面Ｓを有するとともに蓄熱層58を有し、さらに、耐磨耗層50側から見て、導電層52a，52bの上に発熱層51が配設されているものである。
図42A〜42Fの工程は、実施例８の図34A〜34Fまでの工程と同様である。また、図42G〜41Iの工程は、実施例14の図40G〜40Iの工程と同様である。
次に、平板65を有する本発明によるサーマルヘッドにおける平板の熱伝導率とドット断線率との関係について検討した。
図43は、平板65の熱伝導率を横軸に対数目盛りでとり、ドット断線率を縦軸にとって示すものである。ここで、ドット断線率とは、長さが85.3mmの多数の発熱素子を６ドット／mmのピッチで配列して構成した発熱層51を有するサーマルヘッドを用いて、5000時間の通電テストを行った際に、断線不良を起こした発熱素子の個数の、全発熱素子の個数に対する割合を百分率で表したものである。
図43からわかる通り、平板65の熱伝導率が4.18×103J/m・h・℃付近より大きくなるとドット断線率は急激に減少し、4.18×104J/m・h・℃付近では、ほぼ0%となった。特に、6.27×104J/m・h・℃以上の値では、完全に0%となった。したがって、平板65の熱伝導率の値は、4.18×104J/m・h・℃より大きいことが必要であり、特に6.27×104J/m・h・℃以上であることが好ましいことがわかった。
このような平板65の熱伝導率とドット断線率との関係は、放熱部材59の熱伝導率とドット断線率との関係にも同様に適用できるものである。
次に、上述した本発明によるサーマルヘッドの各実施例についての特性評価を行った結果を表２に示す。この特性評価は、印字面積率50%の印字テストパターンを用いて行った。
0003912430.tif 000003
この表２に示すように、本発明によるサーマルヘッドはいずれの実施例のものでも、実用上十分な印字性能が得られ、本発明のサーマルヘッドでは、何れの形態も、従来のサーマルヘッドの性能以上の特性を示していることがわかった。以下に、それぞれの効果について説明する。
印字部の形状
表２より、印字面Ｓの形状が平坦であるよりも、外方に突出した形状の方が、印字品質が優れていることがわかった。その理由は、印字面Ｓが突出した形状のものの方が、印字面と感熱紙との密着性が良くなるため、印字の解像度が高くなるためであると考えられる。したがって、印字部の形状は、突出した形状の方が好ましい。
蓄熱層
表２より、蓄熱層58を有しない実施例よりも、蓄熱層を有する実施例の方が、消費電力が少ないことがわかった。その理由は、蓄熱層58を設けることによって、熱の拡散が抑止され、その結果として、電力効率が向上するものと考えられる。また、蓄熱層58を設けることで、樹脂の熱変形による印字性能の劣化を防止することもできる。したがって、蓄熱層58を設けるのが好ましい。
放熱体
表２より、放熱体68を持たない実施例よりも、放熱体や放熱部材や平板を設けた実施例の方が、印字速度が速いことがわかった。その理由は、放熱体や放熱部材や平板を設けることによって、放熱特性が良くなるため、印字部の冷却時間が短縮され、その結果として、高速印字性能が向上するものと考えられる。さらに、放熱体や放熱部材や平板を設けることで、樹脂の熱変形による印字性能の劣化を防止でき、信頼性をより高めることもできる。したがって、放熱体や放熱部材や平板を有する方が好ましい。
また、導電層と発熱層の積層順序を入れ換えた形態についても、同様の特性が得られた。
以上の結果から、本発明のサーマルヘッドの実施例の中でも、図15および21に示したように、印字面が突出した曲面であり、蓄熱層58および放熱体68を有するサーマルヘッドや、図22および24に示したように、印字面が凸状であり、蓄熱層58および平板65を有するサーマルヘッドが特に好適であるといえる。勿論、製品に要求される性能や製造上の要求に応じて、本発明のサーマルヘッドの中から最も適当な形態のサーマルヘッドを製造することができる。
さらに、図７および38に示したように、放熱部材59を有する実施例においても、上述した平板65を有する実施例とほぼ同様の特性が得られた。このような、平板65や放熱部材59を有する実施例では、上述した利点の他に、製造が容易で、自動組み立てが可能となり、したがって製造コストを低減することができるという効果もある。
図９および10について上述したように、本発明のサーマルヘッドによれば、１枚の集合基板Ｂから得られるサーマルヘッドの個数を従来に比べて多くすることができるが、これについてさらに検討する。
ここでは、集合基板Ｂとしては、図９に示したような、横a=100mm、縦b=300mmの長方形状のものを用いた。１枚の集合基板Bから得られるサーマルヘッドの個数ついて、次の表３にまとめた。
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本発明のサーマルヘッドでは、印字面Ｓの反対側に駆動ＩＣ55および外部への配線部53を配しており、印字動作に際して、駆動ＩＣおよびその電気的な接続部が感熱紙などと接触することが全くない。したがって、駆動ＩＣ55の設置位置を印字部Ｐに近づけることが可能になった。そのため、従来のサーマルヘッドに比べて、サーマルヘッドの大きさがほぼ1/4になり、１枚の集合基板Ｂから得られるサーマルヘッドの個数が、約２倍にもなった。
産業上の利用可能性
以下に、本発明のサーマルヘッドおよびその製造方法を用いることによって得られる効果についてまとめる。
印字面の反対側に、駆動ＩＣおよび外部への配線部を配した構造を採ることによって、次の効果が得られる。
（効果１）駆動ＩＣおよびその電気的接続部と感熱紙などとの接触がなくなり、電気系の断線や短絡などの不具合が発生する危険性をなくすことができる。
（効果２）駆動ＩＣを印字部の近くに設置することができるため、サーマルヘッドの大きさを小型化することができる。このようにサーマルヘッドを小型化できることによって、１枚の集合基板から得られるサーマルヘッドの個数が増加したため、次の効果が得られる。
（効果３）サーマルヘッドの製造効率の向上や低コスト化を実現することができる。
また、樹脂57や放熱部材59や平板65によって全体を一体的に固定することによって次のよう効果が得られる。
（効果４）サーマルヘッド全体の機械的な強度が上がるととともに放熱特性も良好となる。特に、放熱部材59を用いる場合には、その形状を任意に選択できるので、印字部Ｐ、駆動ＩＣおよび配線部の形状や製造工程に合わせた形状とすることができる。
また、本発明のサーマルヘッドの製造方法を用いることによって、印字部の形成について、次の効果が得られた。
（効果５）表面が滑らかで、感熱紙との接触が良好な、印字面を有するサーマルヘッドを、特別な工程や作業を必要とせずに製造することができた。
さらに、本発明のサーマルヘッドの製造方法を用いれば、次の付加的な効果が期待される。
（効果６）サーマルヘッドを基板から独立させる方法として、基板を剥離する方法を用いれば、基板の再生利用が可能なため、コストの削減ができる。
（効果７）基板の一部を機械的研磨により除去した後、残部の一部または全部をウェットエッチングにより除去することにより、基板の除去が能率良く行える。基板にガラスを用いて除去するようにすれば、ステンレス鋼に比較し、ガラスはサーマルヘッドの印字部に形成する膜の熱膨張率に近い熱膨張率を有するため、熱膨張収縮による印字部への影響が少なく、特性に与える影響が少ない。また、剥離に比較し、剥離の際の損傷の問題もなく、製造が容易となり、多数個取りも容易となり、量産が容易となる。
（効果８）基板としてSi、ガラスあるいはアルミナを用いることにより、これらが印字部を構成する材料に近い熱伝導率を持つことから、製造時における熱膨張収縮による印字部への影響が少なく、特性に与える影響が少なくなる。
（効果９）発熱層および導電層上に支持体層を形成した後、前記基板を除去する工程により、印字部の配置が駆動ＩＣに影響されず、配置の自由度が向上させたサーマルヘッドが得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２７Ｅ】
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【図２７Ｆ】
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【図２７Ｇ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２８Ｅ】
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【図２８Ｆ】
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【図２８Ｇ】
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【図２８Ｈ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図２９Ｄ】
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【図２９Ｅ】
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【図２９Ｆ】
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【図２９Ｇ】
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【図２９Ｈ】
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【図２９Ｉ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３０Ｅ】
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【図３０Ｆ】
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【図３０Ｇ】
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【図３０Ｈ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３１Ｄ】
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【図３１Ｅ】
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【図３１Ｆ】
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【図３１Ｇ】
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【図３１Ｈ】
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【図３１Ｉ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３２Ｃ】
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【図３２Ｄ】
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【図３２Ｅ】
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【図３２Ｆ】
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【図３２Ｇ】
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【図３２Ｈ】
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【図３２Ｉ】
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【図３２Ｊ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３３Ｃ】
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【図３３Ｄ】
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【図３３Ｅ】
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【図３３Ｆ】
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【図３３Ｇ】
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【図３３Ｈ】
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【図３３Ｉ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３４Ｄ】
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【図３４Ｅ】
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【図３４Ｆ】
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【図３４Ｇ】
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【図３４Ｈ】
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【図３４Ｉ】
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【図３４Ｊ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
0003912430.tif 000108
【図３５Ｃ】
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【図３５Ｄ】
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【図３５Ｅ】
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【図３５Ｆ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３６Ｄ】
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【図３６Ｅ】
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【図３６Ｆ】
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【図３６Ｇ】
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【図３６Ｈ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３７Ｃ】
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【図３７Ｄ】
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【図３７Ｅ】
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【図３７Ｆ】
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【図３７Ｇ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図３９Ｃ】
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【図３９Ｄ】
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【図３９Ｅ】
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【図３９Ｆ】
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【図３９Ｇ】
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【図３９Ｈ】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４０Ｃ】
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【図４０Ｄ】
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【図４０Ｅ】
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【図４０Ｆ】
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【図４０Ｇ】
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【図４０Ｈ】
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【図４０Ｉ】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４１Ｃ】
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【図４１Ｄ】
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【図４１Ｅ】
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【図４１Ｆ】
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【図４１Ｇ】
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【図４１Ｈ】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４２Ｃ】
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【図４２Ｄ】
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【図４２Ｅ】
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【図４２Ｆ】
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【図４２Ｇ】
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【図４２Ｈ】
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【図４２Ｉ】
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【図４３】
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