JPH0712691B2 - 薄膜型サ−マルヘツド - Google Patents
薄膜型サ−マルヘツドInfo
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- JPH0712691B2 JPH0712691B2 JP61044253A JP4425386A JPH0712691B2 JP H0712691 B2 JPH0712691 B2 JP H0712691B2 JP 61044253 A JP61044253 A JP 61044253A JP 4425386 A JP4425386 A JP 4425386A JP H0712691 B2 JPH0712691 B2 JP H0712691B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N97/00—Electric solid-state thin-film or thick-film devices, not otherwise provided for
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は薄膜型サーマルヘッドに関し、特に改良された
薄膜発熱抵抗体を有する薄膜型サーマルヘッドに関す
る。
薄膜発熱抵抗体を有する薄膜型サーマルヘッドに関す
る。
［従来技術とその問題点］ 薄膜発熱抵抗体を用いる薄膜型サーマルヘッドはコンピ
ュータ、ワードプロセッサ、ファクシミリ等における印
字ヘッドとして広く用いられている。サーマルヘッドは
抵抗発熱体のドットを多数配列し、それらを選択的に通
電することにより所望のパターンないし文字の形に発熱
させ、印字リボンの色材を用紙面へ熱転写させるように
なっている。抵抗発熱体には種々のものが知られ、或い
は使用されているが、良く用いられる材料としてはNi-C
r、Ta2N、Ta-SiO2、Cr-Si等がある。これらはサーマル
ヘッド用抵抗発熱体としてすぐれた特性を有するが、種
々の欠点も有する。合金等の金属系の発熱抵抗体は耐熱
性及び耐酸化性に劣り、印字に必要なエネルギーを繰返
し印加した場合、発熱によって発熱抵抗体に酸化現象が
発生し、抵抗値の増大を招き、印字特性の低下を招く。
また、これらの金属系の発熱抵抗体は繰返し通電による
熱パルスにより急激な熱サイクル下に置かれたとき大き
く熱膨脹・収縮し、下地基板と表面耐摩耗性保護膜との
間に大きい応力を生じてクラックに原因となる。一方、
TaSiO2等の酸化物や窒化物等の場合には、熱伝導率が小
さいため発熱体内での均熱性に欠け、印字品質を低下さ
せた。また、金属系の発熱抵抗体は固有抵抗率が小さ
く、また上記の化合物系の発熱抵抗体でも固有抵抗が小
さく（Ta2Nで200〜300μΩcm、Ta-SiO2でも約2000μΩc
m）、サーマルヘッドに必要な面積抵抗1kΩ／□前後を
得ようとすると、数＋Åの薄膜の発熱抵抗体を実現しな
ければならず、安定して製造することが困難である。典
型的な製法はスパッタリング、イオンプレーティング、
CVD法などの周知の半導体プロセス技術であるが、膜厚
が1000Å度ないと工程制御が困難である。また、これら
の発熱体材料の抵抗温度係数は成分比に対して比較的不
感であり、所望値に制御することが困難である。さら
に、金属系では発熱体と電力供給電極との間に反応が生
じ、発熱抵抗体の抵抗値変動や断線等の不良の発生の原
因となる。
ュータ、ワードプロセッサ、ファクシミリ等における印
字ヘッドとして広く用いられている。サーマルヘッドは
抵抗発熱体のドットを多数配列し、それらを選択的に通
電することにより所望のパターンないし文字の形に発熱
させ、印字リボンの色材を用紙面へ熱転写させるように
なっている。抵抗発熱体には種々のものが知られ、或い
は使用されているが、良く用いられる材料としてはNi-C
r、Ta2N、Ta-SiO2、Cr-Si等がある。これらはサーマル
ヘッド用抵抗発熱体としてすぐれた特性を有するが、種
々の欠点も有する。合金等の金属系の発熱抵抗体は耐熱
性及び耐酸化性に劣り、印字に必要なエネルギーを繰返
し印加した場合、発熱によって発熱抵抗体に酸化現象が
発生し、抵抗値の増大を招き、印字特性の低下を招く。
また、これらの金属系の発熱抵抗体は繰返し通電による
熱パルスにより急激な熱サイクル下に置かれたとき大き
く熱膨脹・収縮し、下地基板と表面耐摩耗性保護膜との
間に大きい応力を生じてクラックに原因となる。一方、
TaSiO2等の酸化物や窒化物等の場合には、熱伝導率が小
さいため発熱体内での均熱性に欠け、印字品質を低下さ
せた。また、金属系の発熱抵抗体は固有抵抗率が小さ
く、また上記の化合物系の発熱抵抗体でも固有抵抗が小
さく（Ta2Nで200〜300μΩcm、Ta-SiO2でも約2000μΩc
m）、サーマルヘッドに必要な面積抵抗1kΩ／□前後を
得ようとすると、数＋Åの薄膜の発熱抵抗体を実現しな
ければならず、安定して製造することが困難である。典
型的な製法はスパッタリング、イオンプレーティング、
CVD法などの周知の半導体プロセス技術であるが、膜厚
が1000Å度ないと工程制御が困難である。また、これら
の発熱体材料の抵抗温度係数は成分比に対して比較的不
感であり、所望値に制御することが困難である。さら
に、金属系では発熱体と電力供給電極との間に反応が生
じ、発熱抵抗体の抵抗値変動や断線等の不良の発生の原
因となる。
［発明の目的］ 従って、本発明の目的は、耐熱性が高く、寿命が長く、
固有抵抗率が大きく、しかも温度係数が調整可能な薄膜
発熱抵抗体を用いた薄膜型サーマルヘッドを提供するこ
とにある。
固有抵抗率が大きく、しかも温度係数が調整可能な薄膜
発熱抵抗体を用いた薄膜型サーマルヘッドを提供するこ
とにある。
［発明の概要］ 本発明は、薄膜発熱抵抗体として、高融点金属と、硅素
と、ホウ素と、酸素とを主成分として含有させたことを
特徴とする。すなわち、M-Si-B-O系発熱抵抗体である。
ここにＭは高融点金属でTi、Mo、ｗ、Hf、Ni、Ｖ、Zr、
La、Ta、Fe、Co及びCrより選ばれた少なくとも１種であ
る。
と、ホウ素と、酸素とを主成分として含有させたことを
特徴とする。すなわち、M-Si-B-O系発熱抵抗体である。
ここにＭは高融点金属でTi、Mo、ｗ、Hf、Ni、Ｖ、Zr、
La、Ta、Fe、Co及びCrより選ばれた少なくとも１種であ
る。
高融点金属の存在により発熱体の抵抗率は繰返し熱パル
スによっても長期に変化せず、安定したサーマルヘッド
が得られる。また金属系の場合とちがい、壁−窒化物で
あるため熱膨脹・収縮が小さく、上下層との熱膨脹係数
の差による大きい内部応力の発生、ひいてはクラックの
発生がない。金属がSiO2‐B2O3の量比を越えれば熱伝導
性が良くなり均熱性が向上する。また、十分な酸素、窒
素の存在により経時酸化のおそれもなく特性が安定す
る。さらに、高融点金属の含有率に対して固有抵抗率及
び抵抗温度係数が大きく変化するので、その含有量を制
御することでサーマルヘッドの特性の制御範囲が大きく
なり、例えば104μΩcmのような発熱体抵抗の設計も容
易になし得る。このような高抵抗率では、発熱体の薄膜
は1000Å前後が好適となり、成膜が容易となる。
スによっても長期に変化せず、安定したサーマルヘッド
が得られる。また金属系の場合とちがい、壁−窒化物で
あるため熱膨脹・収縮が小さく、上下層との熱膨脹係数
の差による大きい内部応力の発生、ひいてはクラックの
発生がない。金属がSiO2‐B2O3の量比を越えれば熱伝導
性が良くなり均熱性が向上する。また、十分な酸素、窒
素の存在により経時酸化のおそれもなく特性が安定す
る。さらに、高融点金属の含有率に対して固有抵抗率及
び抵抗温度係数が大きく変化するので、その含有量を制
御することでサーマルヘッドの特性の制御範囲が大きく
なり、例えば104μΩcmのような発熱体抵抗の設計も容
易になし得る。このような高抵抗率では、発熱体の薄膜
は1000Å前後が好適となり、成膜が容易となる。
［発明の具体的な説明］ 本発明の薄膜型サーマルヘッドの構成の概要は第１図に
示されている。図中１はグレーズドセラミック基板であ
り、その表面にグレーズ層２が形成される。グレーズ層
２は磁器のうわぐすりに相当する酸化物であり、硅素及
びアルミニウムの酸化物を含みまたより好ましくはさら
に発熱抵抗体に用いられる高融点金属と同じものを含
む。グレーズ層２の上には例えば公知のスパッタ法によ
り本発明の薄膜抵抗発熱体３が成膜され、さらに電力供
給用電極（Ni、Cr、Al等、特にAl）４が蒸着またはスパ
ッタなどで成膜され、最後に公知の耐摩耗性保護膜（例
えばBP系、Si-O系、Al-Si-O系等）６がスパッタ法等で
成膜される。
示されている。図中１はグレーズドセラミック基板であ
り、その表面にグレーズ層２が形成される。グレーズ層
２は磁器のうわぐすりに相当する酸化物であり、硅素及
びアルミニウムの酸化物を含みまたより好ましくはさら
に発熱抵抗体に用いられる高融点金属と同じものを含
む。グレーズ層２の上には例えば公知のスパッタ法によ
り本発明の薄膜抵抗発熱体３が成膜され、さらに電力供
給用電極（Ni、Cr、Al等、特にAl）４が蒸着またはスパ
ッタなどで成膜され、最後に公知の耐摩耗性保護膜（例
えばBP系、Si-O系、Al-Si-O系等）６がスパッタ法等で
成膜される。
発熱抵抗体３は本発明に従って、硅素とアルミニウムと
高融点金属Ｍ（Ti、Mo、Ｗ、Hf、Ni、Ｖ、Zr、La、Cr、
Ta、Fe、Coの少なくとも１種）とを含む酸化物である。
本発明で特に重要なのはホウ素を含むことである。この
高融点金属は種類によって作用上のちがいがあるが、し
かし単独またはどの組合せを用いても発熱抵抗体の抵抗
率と抵抗温度係数とはそれぞれ107〜102μΩcm及び−15
00〜＋500ppm/℃の範囲で大きく変動する。従って特定
の高融点金属含有率を選択することにより、所望の抵抗
率に於いて所望の温度係数の発熱体を設計しうる。例え
ば抵抗率104μΩcmのものを選択すれば膜厚は1000Å以
上となしうる。一般に高融点金属は10〜60wt％の範囲で
選択しうる。この点については実施例により具体的に示
す。
高融点金属Ｍ（Ti、Mo、Ｗ、Hf、Ni、Ｖ、Zr、La、Cr、
Ta、Fe、Coの少なくとも１種）とを含む酸化物である。
本発明で特に重要なのはホウ素を含むことである。この
高融点金属は種類によって作用上のちがいがあるが、し
かし単独またはどの組合せを用いても発熱抵抗体の抵抗
率と抵抗温度係数とはそれぞれ107〜102μΩcm及び−15
00〜＋500ppm/℃の範囲で大きく変動する。従って特定
の高融点金属含有率を選択することにより、所望の抵抗
率に於いて所望の温度係数の発熱体を設計しうる。例え
ば抵抗率104μΩcmのものを選択すれば膜厚は1000Å以
上となしうる。一般に高融点金属は10〜60wt％の範囲で
選択しうる。この点については実施例により具体的に示
す。
Ｂ、Si、Ｏは耐熱性、耐酸化性の酸化物を形成しうるも
のであり、その比率を変えることにより耐熱性を保ちな
がら抵抗率を変えることができる。例えばSi0.38Ｂ0.1
Ｏ0.37は抵抗率＞＞107μΩcm、温度係数＜−1500ppm/
℃であるが、高融点金属Ｍの含有率が10wt％以上で107
μΩcm以下、−100ppm/℃以上を得ることができる。
のであり、その比率を変えることにより耐熱性を保ちな
がら抵抗率を変えることができる。例えばSi0.38Ｂ0.1
Ｏ0.37は抵抗率＞＞107μΩcm、温度係数＜−1500ppm/
℃であるが、高融点金属Ｍの含有率が10wt％以上で107
μΩcm以下、−100ppm/℃以上を得ることができる。
Ｍ、Si、Ｂ、Ｏの少なくとも２種を含有するグレーズ層
２を選択すれば、本発明の発熱抵抗体は下地基板の面に
良くなじみ、また熱膨脹係数の差が少なくなり好まし
い。また耐摩耗保護層６に対しても同様とすればさらに
好都合である。
２を選択すれば、本発明の発熱抵抗体は下地基板の面に
良くなじみ、また熱膨脹係数の差が少なくなり好まし
い。また耐摩耗保護層６に対しても同様とすればさらに
好都合である。
本発明の発熱抵抗体は特にスパッタ法で製造することが
できる。例えば所望の組成比を有する固形物粉末を予め
製造し、それを圧縮成形してペレット化し、これをター
ゲットとしてArをスパッタガスとして用い、Arイオンを
ターゲットに衝撃させ、放出されたイオンないし原子を
基板上に付着させる。膜組成はペレットの組成及びスパ
ッタ条件を変えることにより調整しうる。
できる。例えば所望の組成比を有する固形物粉末を予め
製造し、それを圧縮成形してペレット化し、これをター
ゲットとしてArをスパッタガスとして用い、Arイオンを
ターゲットに衝撃させ、放出されたイオンないし原子を
基板上に付着させる。膜組成はペレットの組成及びスパ
ッタ条件を変えることにより調整しうる。
実施例 組成MOxSi0.38B0.1O0.37のペレットをターゲットとして
１〜6mTorrのArをスパッタガスとして用い、ターゲット
−基板距離60mm、RF電力１〜10W/cm2、基板温度200〜40
0℃の条件を調整して、上記組成の発熱抵抗体を製作
し、さらにAl電極、保護膜を順に成膜してサーマルヘッ
ドを作成した。なお、基板表面層及び保護層にはSi、Ｂ
の他にMoを少量含有させた。得られたサーマルヘッドに
対して、次ぎのテストを行った。
１〜6mTorrのArをスパッタガスとして用い、ターゲット
−基板距離60mm、RF電力１〜10W/cm2、基板温度200〜40
0℃の条件を調整して、上記組成の発熱抵抗体を製作
し、さらにAl電極、保護膜を順に成膜してサーマルヘッ
ドを作成した。なお、基板表面層及び保護層にはSi、Ｂ
の他にMoを少量含有させた。得られたサーマルヘッドに
対して、次ぎのテストを行った。
ｘ＝0.15のサンプルに対してパルス幅0.3m秒、周期1m秒
の熱パルスを加えたときの抵抗値変化率を第２図に示し
た。またMoの含有率による抵抗率及び抵抗温度係数を第
３図に示した。なお対照サンプルとして従来のTa2N発熱
抵抗体Ａと、Zr-Si発熱抵抗体Ｃに対する耐熱パルステ
ストの結果を第２図に併記した。第２図のＢは本発明に
よる発熱抵抗体を用いたサーマルヘッドを示す。
の熱パルスを加えたときの抵抗値変化率を第２図に示し
た。またMoの含有率による抵抗率及び抵抗温度係数を第
３図に示した。なお対照サンプルとして従来のTa2N発熱
抵抗体Ａと、Zr-Si発熱抵抗体Ｃに対する耐熱パルステ
ストの結果を第２図に併記した。第２図のＢは本発明に
よる発熱抵抗体を用いたサーマルヘッドを示す。
［作用効果］ 第２図から分るように、本発明のMo-Si-B-O系発熱抵抗
体Ｂを用いたサーマルヘッドは熱パルスを多数加えても
抵抗値が変らず、耐熱性が良い。従来の発熱抵抗体Ａ(T
a2N)やＣ（Zr-Si）では或る一定数の熱パルスを越える
と抵抗の変化が大きくなる。
体Ｂを用いたサーマルヘッドは熱パルスを多数加えても
抵抗値が変らず、耐熱性が良い。従来の発熱抵抗体Ａ(T
a2N)やＣ（Zr-Si）では或る一定数の熱パルスを越える
と抵抗の変化が大きくなる。
第３図から分るように、本発明の発熱抵抗体は高融点金
属の含有量に応じてその抵抗率及び抵抗温度係数が大き
く変動する。従って高融点金属の含有率を調整すること
によってこれらの値を所望の値に設計することができ
る。
属の含有量に応じてその抵抗率及び抵抗温度係数が大き
く変動する。従って高融点金属の含有率を調整すること
によってこれらの値を所望の値に設計することができ
る。
耐熱性の向上は、発熱体面内の温度分布の均一化、及び
熱膨脹係数の減少によるものと思われる。また下地基板
の表面層及び／または耐摩耗保護膜にMo、Si、Ｂ、Ｏを
含有した材料を用いれば、相互間のなじみが良くなって
密着性が向上し、熱衝撃等に強くなり、クラック・剥離
等の発生が抑制される。また、本発明の発熱抵抗体は耐
薬品性に優れ、アルカリや湿気の影響を受け難い。
熱膨脹係数の減少によるものと思われる。また下地基板
の表面層及び／または耐摩耗保護膜にMo、Si、Ｂ、Ｏを
含有した材料を用いれば、相互間のなじみが良くなって
密着性が向上し、熱衝撃等に強くなり、クラック・剥離
等の発生が抑制される。また、本発明の発熱抵抗体は耐
薬品性に優れ、アルカリや湿気の影響を受け難い。
第１図はサーマルヘッドの構造を示す断面図、第２図は
本発明の発熱抵抗体を用いたサーマルヘッド及び従来例
の耐熱テストを示すグラフ、及び第３図は本発明のサー
マルヘッドにおいて発熱抵抗体中に含有される高融点金
属と抵抗率及び抵抗温度係数との関係を示すグラフであ
る。
本発明の発熱抵抗体を用いたサーマルヘッド及び従来例
の耐熱テストを示すグラフ、及び第３図は本発明のサー
マルヘッドにおいて発熱抵抗体中に含有される高融点金
属と抵抗率及び抵抗温度係数との関係を示すグラフであ
る。
Claims (4)
- 【請求項１】熱絶縁層を有する下地基板に、Ti、Mo、
Ｗ、Hf、Ni、Ｖ、Zr、La、Cr、Ta、Fe及びCoよりなる群
から選ばれた少なくとも一種の高融点金属と硅素とホウ
素と酸素とを主成分とする発熱抵抗体薄膜を設け、その
表面に耐摩耗性保護膜を形成し、さらに前記抵抗体に電
力供給用電極を接続した、薄膜型サーマルヘッド。 - 【請求項２】下地基板の表面層が硅素とホウ素と酸素と
前記高融点金属とのうち少なくとも３種を含んでいるグ
レーズである前記第１項記載の薄膜型サーマルヘッド。 - 【請求項３】耐摩耗性保護膜が酸素と硅素とホウ素と前
記高融点金属とのうち少なくとも２種を含んでいる前記
第１項または第２項記載の薄膜型サーマルヘッド。 - 【請求項４】電力供給用電極がA1単層である前記第１項
ないし第３項のいずれかに記載の薄膜型サーマルヘッ
ド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61044253A JPH0712691B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 薄膜型サ−マルヘツド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61044253A JPH0712691B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 薄膜型サ−マルヘツド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62202755A JPS62202755A (ja) | 1987-09-07 |
| JPH0712691B2 true JPH0712691B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=12686363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61044253A Expired - Fee Related JPH0712691B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 薄膜型サ−マルヘツド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0712691B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69010381T2 (de) * | 1989-04-18 | 1994-11-17 | Canon Kk | Trägermaterial für einen Tintenstrahlkopf, ein aus diesem Material geformter Tintenstrahlkopf und Tintenstrahlgerät, das mit diesem Kopf ausgerüstet ist. |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5311037A (en) * | 1976-07-19 | 1978-02-01 | Toshiba Corp | Thin film thermal head |
| JPS5325442A (en) * | 1976-08-20 | 1978-03-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermal print head |
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-
1986
- 1986-03-03 JP JP61044253A patent/JPH0712691B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5311037A (en) * | 1976-07-19 | 1978-02-01 | Toshiba Corp | Thin film thermal head |
| JPS5325442A (en) * | 1976-08-20 | 1978-03-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermal print head |
| JPS5492276A (en) * | 1977-12-28 | 1979-07-21 | Canon Inc | Thermal head |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62202755A (ja) | 1987-09-07 |
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