专利名称：热敏头的制作方法
技术领域：
本发明涉及安装在热敏式打印机等上的热敏头(thermal head)及其制造方法、以及热敏头的点长宽比调整方法。
背景技术：
热敏头一般在备有蓄热层的散热性基板上具有通过通电使其发热的多个发热电阻部、使该多个发热电阻部通电的电极层、以及对这些多个发热电阻部和电极层的一部分进行保护的保护层，把已发热的发热电阻部压接到色带(ink rebbon)和卷绕在压辊上的被印刷物上，进行打印动作。这种过去的热敏头中，形成一个打印点的各发热电阻部形成长方形状，但最好使1个打印点的长宽比(纵横比)L/W尽量接近1(正方像素)，以便在纵横两个方向上都能高精度地打印。
<专利文献1>特开平5-50630号公报。
然而，当使点长宽比L/W接近1时，存在这样的缺点，即，在形成多个发热电阻部的光刻工序中，腐蚀量容易产生误差，多个发热电阻部的电阻值(点电阻值)的误差增大。点电阻值的误差在打印时造成打印浓度不均匀，所以必须将其限制到最小限度。在点电阻值的误差超过规定值的情况下，产品不能使用，所以合格率也降低。并且，在点长宽比L/W接近1时，其面积小于过去的发热电阻部，所以必须提高点电阻值，必须用高比电阻的电阻材料来形成各发热电阻部。
发明内容
本发明的目的在于获得这样一种热敏头及其制造方法、以及热敏头的点长宽比调整方法，它能够抑制点电阻值的误差，且不使用高比电阻的发热电阻部即可获得所需的点长宽比，这样能够实现高质量打印。
本发明着眼于若根据绝缘隔离(絶縁バリァ)层，把多个发热电阻部的平面大小规定为长方形状(长宽比＞＞1)，则能够容易制造出该多个发热电阻部，而且，能够抑制点电阻值的误差；若限制多个发热电阻部的有效发热区，则能够容易调整点长宽比。
也就是说，本发明的热敏头包括电阻层，具有通过通电发热的多个发热电阻部；绝缘隔离层，分别覆盖上述多个发热电阻部而形成，决定各发热电阻部的平面大小；以及电极层，与上述多个发热电阻部的电阻长度方向的两端部导通，其特征在于至少在上述绝缘隔离层上具有导热层，该导热层覆盖上述绝缘隔离层的一部分，决定该绝缘隔离层的平面表面露出面积，并散发由上述多个发热电阻部所产生的热，利用该导热层，把上述绝缘隔离层的表面露出区域规定为上述多个发热电阻部的有效发热区域，在上述绝缘隔离层上，在发热电阻部的与电阻长度方向相平行的方向上，以规定的距离间隔形成了一对上述导热层，上述电极层与上述多个发热电阻部的电阻长度方向的两端部和上述导热层接触，并形成在上述电阻层上。
导热层最好把发热电阻部的有效发热区域的平面形状规定为正方形状。发热电阻部的有效发热区域的平面形状若为正方形状，则1个打印点为正方像素，提高打印质量。由绝缘隔离层确定的各发热电阻部的平面形状最好是长方形状。若发热电阻部的平面形状为长方形状，也就是说，若发热电阻部的点长宽比大于1，则与发热电阻部的平面形状为正方形状的情况相比，更容易在形成多个发热电阻部的工序中控制腐蚀量的误差，这样也能够减小点电阻值的误差。并且，即使不用高比电阻的电阻材料来形成发热电阻部，也能够确保点电阻值。即使各发热电阻部的平面形状是长方形状，也能够容易根据上述导热层，来把发热电阻部的有效发热区域的平面形状规定为正方形状。
用熔点比发热电阻部的最高发热温度高的金属材料来形成导热层。更好的是用包含Cr、Ti、Ta、Mo、W中的至少一种的高熔点金属材料来形成导热层。
根据本发明，具有导热层，它覆盖绝缘隔离层的一部分，来确定该绝缘隔离层的平面表面露出面积，并散发多个发热电阻部产生的热，利用该导热层，把绝缘隔离层的表面露出区域规定为多个发热电阻部的有效发热区域。所以，通过调整对导热层的平面大小(互相的距离间隔、长度尺寸和宽度尺寸)，即可容易改变多个发热电阻部的有效发热区域和点长宽比。尤其，若用绝缘隔离层把多个发热电阻部的平面大小规定为长方形状(长宽比＞＞1)，利用导热层把多个发热电阻部的点长宽比规定为约1，则既能够控制点电阻值的误差，又能够使1个打印点为正方像素。这样，不管打印方向为纵向还是横向，均能够实现高图像质量和高打印质量。
图1是表示本发明第1实施方式的热敏头的断面图。
图2是表示同一热敏头(形成耐磨保护层前的状态)的平面图。
图3是表示同一热敏头的制造方法的一工序的(a)断面图，(b)平面图。
图4是表示图3所示的工序之后进行的一工序的(a)断面图，(b)平面图。
图5是表示图4所示的工序之后进行的一工序的(a)断面图，(b)平面图。
图6是表示采用本发明第2实施方式的热敏头的断面图。
图7是表示同样热敏头(形成耐磨保护层前的状态)的平面图。
图8是表示同样热敏头的制造方法的一工序的(a)断面图，(b)平面图。
图9是表示图8所示的工序之后进行的一工序的(a)断面图，(b)平面图。
图10是表示在图12所示的老式热敏头中，多个发热电阻部内通电时的表面温度状态的发热分布图。
图11是表示在图1所示的热敏头中，多个发热电阻部内通电时的表面温度状态的发热分布图。
图12是表示没有导热层的老式热敏头的(a)断面图，(b)平面图。
具体实施例方式
图1和图2是表示适用本发明的热敏头的第1实施方式的断面图和平面图(耐磨保护层除外)。本热敏头1，在具有蓄热层3的散热基板2上具有通过通电发热的多个发热电阻部4a、覆盖各发热电阻部4a的表面的绝缘隔离层5、与多个发热电阻部4a的电阻长度方向的两端部相导通的电极层6a、6b以及耐磨保护层7。该热敏头1安装在影印机(photoprnter)和热敏式打印机上，把各发热电阻部4a所发出的热施加到热敏纸或色带上进行打印。在热敏头1上，还具有用于控制对多个发热电阻部4a的通电的驱动IC和印制电路板等(未图示)。
多个发热电阻部4a是在蓄热层3的整面上形成的电阻层4的一部分，如图2所示，在与图1的纸面相垂直的方向上留出间隔而排列。各发热电阻部4a的平面的大小(长度尺寸(点长)L1、宽度尺寸(点宽)W)，分别由覆盖其表面的绝缘隔离层5加以规定，各发热电阻部4a的长宽比L1/W充分大于1。在本说明书中，发热电阻部4a的长宽比L1/W，简称为“长宽比L1/W”。各发热电阻部4a的电阻值，即1个点电阻值由(电阻层4的薄膜电阻)×(长宽比L1/W)求出。在本实施方式中，在相邻的发热电阻部4a之间，设置了间隙区8，实际上由绝缘隔离层5规定的是各发热电阻部4a的长度尺寸L1。绝缘隔离层5还具有防止多个发热电阻部4a表面氧化的功能，以及在制造工序中保护多个发热电阻部4a免受腐蚀损伤的功能。
电极层6a、6b是在电阻层4和绝缘隔离层5上的整面上成膜后，打开使绝缘隔离层5露出的开口部6c来形成的，因此，绝缘隔离层5侧的两端部覆盖在该绝缘隔离层5上。该电极层6a、6b如图2所示，具有与所有的多个发热电阻部4a相连接的一个共用电极6a、以及分别单独与多个发热电阻部4a的每一个相连接的多个单个电极6b。多个单个电极6b的宽度尺寸W，受到设置在相邻的单个电极6b之间的间隙区域8的限制。电极层6a、6b例如由Al导体膜来形成。耐磨保护层7对共用电极6a、绝缘隔离层5、多个发热电阻部4a和多个单个电极6b的表面进行覆盖而形成，用于保护该共用电极6a、绝缘隔离层5、多个发热电阻部4a和单个电极6b不与色带等接触。
上述结构的热敏头1还具有导热层10，它覆盖绝缘隔离层5的一部分，规定绝缘隔离层5的平面的表面露出面积，同时，散发由多个发热电阻部4a产生的热(被扩散)。在绝缘隔离层5上，在与多个发热电阻部4a的电阻长度方向相平行的方向上，按规定的距离间隔L2形成一对导热层10，分别与电极层6a、6b绝缘隔离层5侧的端部连接。该导热层10由熔点比各发热电阻部4a的最高发热温度高的金属材料构成，最好由包含Cr、Ti、Ta、Mo、W中的至少一种的高熔点金属材料构成。
如图11所示，在绝缘隔离层5上的存在导热层10的区域，即使通过通电使发热电阻部4a发热，也能够使发热电阻部4a所产生的热通过导热层10，在短时间(瞬间)内在发热电阻部4a的电阻长度方向上散开，所以，热敏头表面温度不会达到高温。因此，在由于发热电阻部4a发热而使热敏头表面温度达到高温的区域，不存在导热层10，而是露出绝缘隔离层10表面的区域。在本说明书中，将因发热电阻部4a发热而使热敏头表面温度实际上达到高温的区域称为“发热电阻部4a的有效发热区域”，将发热电阻部4a的有效发热区域的长宽比称为“点长宽比”。该发热电阻部4a的有效发热区域是一个打印点。调整上述导热层10的形成区(平面的大小)，改变绝缘隔离层5的表面露出区域，即可任意且容易规定发热电阻部4a的有效发热区域。在本实施方式中，在多个发热电阻部4a的与电阻长度方向相平行的方向上，留出大致与发热电阻部4a的宽度尺寸W相等的距离间隔L2，形成导热层10(长度尺寸L3，宽度尺寸W)，把各发热电阻部4a的有效发热区域的平面形状加工成正方形状(长度尺寸W、宽度尺寸W)。这样，点长宽比(L2/W)几乎等于1。这样，若把发热电阻部4a的有效发热区域即1个打印点加工成正方像素，则即使打印方向是纵向和横向中的某一个，均能够实现高质量图像和高质量打印。
以下参照图3～图5，详细说明图1和图2所示的热敏头1的制造方法的一实施方式。在各图中，(a)是表示制造工序的断面图；(b)是表示制造工序的平面图。
首先，如图3所示，在具有蓄热层3的散热性基板2上形成电阻层4。成膜时可以采用溅射法或蒸镀法。电阻层4由容易形成高电阻的Ta-Si-O、Ti-Si-O、Cr-Si-O等高熔点金属的金属陶瓷材料形成。
其次，如同图3所示，在电阻层4上形成具有长度尺寸L1的绝缘隔离层5，例如其厚度约为600。绝缘隔离层5最好由具有耐酸性的绝缘材料形成，该绝缘材料还要适用于反应性离子刻蚀(RIE)，具体来说，可以采用SiO2、Ta2O5、SiN、Si3N4、SiON、AlSiO、SiAlON等。在该绝缘隔离层5上覆盖的电阻层4在以后变成作为点电阻长L1的多个发热电阻部4a。绝缘隔离层5能够通过RIE或剥离法来形成。在采用RIE的情况下，通过溅射等方法，在电阻层4上的整面形成绝缘隔离层5之后，在绝缘隔离层5上形成用于规定长度尺寸L1的抗蚀剂层，通过RIE来除去未覆盖抗蚀剂层的绝缘隔离层即可。另一方面，在采用剥离法的情况下，把以长度尺寸L1为空间的抗蚀剂层形成在电阻层4上，然后形成绝缘隔离层5，对抗蚀剂层和抗蚀剂层上的绝缘隔离层进行剥离即可。无论采用哪种方法，在形成绝缘隔离层5时，作为多个发热电阻部4a的电阻层4，既不会受到腐蚀损伤，也不会表面氧化。
在形成绝缘隔离层5之后，进行退火处理。该退火处理的目的是为了控制开始使用热敏头后的发热电阻部4a的电阻变化率，是施加大的热负荷来使电阻层4稳定的加速处理。退火处理后，为了提高在后续工序中形成的电极层和电阻层4之间的粘接性，进行离子束腐蚀或反溅射，除去电阻层4的表面氧化层。根据该离子束腐蚀或反溅射工序，被绝缘隔离层5覆盖的电阻层4不被腐蚀，未被绝缘隔离层5覆盖的电阻层4被腐蚀而其表面上生成的氧化层被除去。
接着，在除去了表面氧化层的电阻层4和绝缘隔离层5上，形成电极层6a、6b。形成该膜层时采用溅射或蒸镀法。在本实施方式中，用Al来形成电极层6a、6b，其膜厚约为0.2～3μm。由于除去了表面氧化层，所以，电阻层4和电极层6a、6b的粘接良好，电极层6a、6b接触不良所造成的发热电阻部4a的电阻值误差也减小。
在电极层6a、6b成膜后，用光刻技术来规定电极层6a、6b的图案形状(宽度尺寸W)，并形成使绝缘隔离层5的表面露出的开口部6c。规定该电极层6a、6b的图案形状的工序、以及形成电极层6a、6b的开口部6c的工序，不分顺序先后。在本实施方式中，把电极层6a、6b在绝缘隔离层5侧的两个端部覆盖在绝缘隔离层5上，其覆盖量约为3～20μm。通过该工序，如图4所示，不需要的电极层6a、6b和绝缘隔离层5以及电阻层4被除去，形成使蓄热层3露出的间隙区域8。电极层6a、6b通过开口部6c而被分离成共用电极6a和单个电极6b。另外，单个电极6b被间隙区8分割成多个单个电极6b，从开口部6c露出的电阻层4被间隙区8分割成多个发热电阻部4a。多个发热电阻部4a，按照绝缘隔离层5的长度尺寸L1把长度尺寸(点长)规定为L1，由间隙区8来把宽度尺寸(点宽)规定为W。这样，点电阻值变成电阻层4的薄膜电阻(sheet resistance)×发热电阻部4a的长宽比(L1/W)。多个发热电阻部4a和绝缘隔离层5在与图4(a)的纸面相垂直的方向上以微小间隔排列。
接着，利用光刻技术，如图5所示，在绝缘隔离层5上，在发热电阻部4a的与电阻长度方向平行的方向上留出距离间隔L2，形成与电极层6a、6b的绝缘隔离层5侧的端部接触的一对导热层10。这时，一对导热层10之间的距离间隔L2和导热层10的宽度尺寸，与绝缘隔离层5的宽度尺寸W相一致。这样，绝缘隔离层5的电阻长度方向的两端部被导热层10覆盖，未被导热层10覆盖的绝缘隔离层5的表面露出区域的平面形状为正方形状。也就是说，点长宽比(L2/W)几乎为1。该导热层10由熔点比发热电阻部4a的最高发热温度高的金属材料形成。最好由含有Cr、Ti、Ta、Mo、W中的至少一种的高熔点金属材料形成。若绝缘隔离层5被导热层10覆盖，则利用该导热层10使发热电阻部4a的热，瞬间向该发热电阻部4a的电阻长度方向的两端部散开，所以，与未被导热层10覆盖的绝缘隔离层5的表面露出区域相比，热敏头表面温度较低。也就是说，表面露出的正方形状的绝缘隔离层5成为各发热电阻部4a的有效发热区域。能够适当调整上述一对导热层10之间的距离间隔L2，通过改变该距离间隔L2，容易设定各发热电阻部4a的有效发热区域。
导热层10形成后，利用离子束蚀刻或逆溅射，来使绝缘隔离层5、导热层10和电极层6a、6b的新膜面露出来，确保在后工序形成的耐磨保护层与其紧密结合。在该工序中，也利用绝缘隔离层5来覆盖多个发热电阻部4a，所以不会因腐蚀而受到损伤，多个发热电阻部4a的电阻值不会变化。并且，在使新膜面露出的绝缘隔离层5、导热层10和电极层6a、6b上，形成由SiAlON和Ta2O5等耐磨材料构成的耐磨保护层7。这样可获得图1和图2所示的热敏头1。
根据以上的本实施方式，具有导热层10，它覆盖绝缘隔离层5的一部分，规定该绝缘隔离层5的平面的表面露出面积，同时把多个发热电阻部4a所产生的热散发，所以，通过调整该导热层10的平面的大小(距离间隔L2、长度尺寸L3、宽度尺寸)，即可容易改变多个发热电阻部4a的有效发热区域和点长宽比(L2/W)。若利用绝缘隔离层5来把多个发热电阻部4a的平面大小规定为长方形状(发热电阻部4a的长宽比(L1/W)＞＞1)，并且利用导热层10来使多个发热电阻部4a的点长宽比(L2/W)接近1，则既能够减小多个发热电阻部4a的电阻值误差，又能够使1个打印点(各发热电阻部4a的有效发热区域)为正方像素。
图6和图7是表示适用于本发明的热敏头的第2实施方式的断面图和平面图。在采用第2实施方式的热敏头100中，具有导热层20，它覆盖绝缘隔离层5的一部分，规定该绝缘隔离层5的平面表面露出面积，且散发多个发热电阻部4a所产生的热；在该导热层20上形成有电极层6a、6b。更具体地说，在绝缘隔离层5和电阻层4上，在多个发热电阻部4a的与电阻长度方向相平行的方向上，留出距离间隔L2形成一对导热层20，在一边的导热层20上形成共用电极6a，在另一边的导热层20上形成多个单个电极6b。该导热层20作为电极层6a、6b的一部分使用。在图6和图7中，对于具有和第1实施方式相同功能的结构要素，标注与图1和图2相同的标记。
以下参照图8和图9，详细说明图6和图7所示的热敏头100的制造方法的一实施方式。在各图中，(a)是表示制造工序的断面图；(b)是表示制造工序的平面图。形成绝缘隔离层5之前的工序与上述第1实施方式相同，所以，以下说明形成绝缘隔离层5以后的工序。
在形成绝缘隔离层5之后，在绝缘隔离层5和电阻层4上，在整面上形成导热层20和电极层6a、6b。之后，利用光刻技术来规定电极层6a、6b的图案形状，除去不必要的电极阻挡层6a、6b、导热层20、绝缘隔离层5和电阻层4。通过该工序，如图8所示，在导热层20上形成共用电极6a和多个单个电极6b，在相邻的单个电极6b之间形成间隙区8。同时，被绝缘隔离层5覆盖的电阻层4被间隙区8分割，形成多个发热电阻部4a。多个发热电阻部4a的长度尺寸(点长)根据绝缘隔离层5长度尺寸L1被规定为L1，宽度尺寸(点宽)根据间隙区8被规定为W。这样，点电阻值成为电阻值4的薄膜电阻×发热电阻部4a的长宽比(L1/W)。多个发热电阻部4a和绝缘隔离层5在与图8(a)的纸面相垂直的方向上以微小间隔排列。
接着，如图9所示，利用光刻技术，在绝缘隔离层5上的导热层20上，在发热电阻部4a的与电阻长度方向相平行的方向上形成具有距离间隔L2的开口区α，使绝缘隔离层5的表面从开口区α中露出。这时，上述距离间隔L2与绝缘隔离层5的宽度尺寸W相一致，使从开口区α中露出的绝缘隔离层5的平面形状为正方形状。也就是说，使发热电阻部4a的点长宽比(L2/W)几乎等于1。通过该工序，在绝缘隔离层5上，在发热电阻部4a的与电阻长度方向相平行的方向上，以距离间隔L2制成一对导热层20。导热层10与第1实施方式一样，利用熔点比发热电阻部4a的最高发热温度高的金属材料形成。最好利用含有Cr、Ti、Ta、Mo、W中的至少一种的高熔点金属材料来形成。形成了1对导热层20以后的工序与上述第1实施方式相同，故予以省略。
利用该第2实施方式，也能够通过导热层20来规定多个发热电阻部4a的有效发热区域，所以对该导热层20的平面的大小(互相的距离间隔L2、长度尺寸L、宽度尺寸)进行调整，即可容易改变多个发热电阻部4a的有效发热区域和点长宽比(L2/W)。
图10和图11表示在没有导热层的老式热敏头和具有导热层的本第1实施方式的热敏头1中，发热电阻部4a处于通电状态时的热敏头表面温度的发热分布图。在图10和图11中，虚线围住老式热敏头和本热敏头1的点部。如图12所示，老式热敏头利用绝缘隔离层5规定各发热电阻部4a的平面的大小(长度尺寸L1、宽度尺寸W)。绝缘隔离层5的表面全部露出。该老式热敏头和第1实施方式的热敏头，两者分辩率均约为1200dpi。从图10中可以看出，在老式热敏头中，存在发热电阻部4a的区域形成最高温(图的白色区)，获得了长方形状(长方像素)的点部D′。另一方面，从图11中可以看出，在热敏头1中，存在发热电阻部4a且导热层10没有被覆盖绝缘隔离层5的区域为最高温度(图的白色区)，即使存在发热电阻部4a，被导热层10覆盖的绝缘隔离层5的区域的温度比上述高温区低，几乎等于电极层6a、6b的发热电阻部4a侧的端部的温度。也就是说，可知对打印动作有作用的是存在发热电阻部4a且绝缘隔离层5被导热层10覆盖的区域，可得到正方形状(正方像素)的点部D。
在以上各实施方式中，利用含有Cr、Ti、Ta、Mo、W等的高熔点金属材料来形成导热层10(20)，利用铝来形成电极层6a、6b。但也可以利用同一高熔点金属材料来形成导热层10(20)和电极层6a、6b。在利用同一高熔点金属材料来形成热敏式打印机10(20)和电极层6a、6b的情况下，也具有以下优点能够使该导热层10(20)和电极层6a、6b形成一个整体，能够减少制造工序数。
在以上各实施方式中，说明了在散热基板2的整面上形成了蓄热层3的整面抛光型(グレ一ズタィプ)热敏头。但本发明也能够适用于局部抛光或实际边缘、双层抛光(ダブルグレ一ズ)、DOS等其他型的热敏头。并且也能够适用于串行式热敏头(serial head)或行式热敏头(line head)。
权利要求
1.一种热敏头包括电阻层，具有通过通电发热的多个发热电阻部；绝缘隔离层，分别覆盖上述多个发热电阻部而形成，决定各发热电阻部的平面大小；以及电极层，与上述多个发热电阻部的电阻长度方向的两端部导通，其特征在于至少在上述绝缘隔离层上具有导热层，该导热层覆盖上述绝缘隔离层的一部分，决定该绝缘隔离层的平面表面露出面积，并散发由上述多个发热电阻部产生的热，利用该导热层，把上述绝缘隔离层的表面露出区域规定为上述多个发热电阻部的有效发热区域；在上述绝缘隔离层上，在发热电阻部的与电阻长度方向相平行的方向上，以规定的距离间隔形成了一对上述导热层，上述电极层与上述多个发热电阻部的电阻长度方向的两端部和上述导热层接触，并形成在上述电阻层上。
2.如权利要求1所述的热敏头，其特征在于上述导热层把上述发热电阻部的有效发热区域的平面形状规定为正方形状。
3.如权利要求1所述的热敏头，其特征在于由上述绝缘隔离层确定的各发热电阻部的平面形状是长方形状。
4.如权利要求1所述的热敏头，其特征在于上述导热层由熔点比上述发热电阻部的最高发热温度高的金属材料形成。
5.如权利要求4所述的热敏头，其特征在于形成上述导热层的金属材料是包含Cr、Ti、Ta、Mo、W中的至少一种的高熔点金属材料。
全文摘要
本发明的目的在于获得这样一种热敏头及其制造方法、以及热敏头的点长宽比调整方法，它能够抑制点电阻值的误差，同时不使用高比电阻的发热电阻部即可获得所需的点长宽比，这样能够实现高质量打印。该热敏头包括电阻层，具有多个通过通电发热的发热电阻部；绝缘隔离层，分别覆盖上述多个发热电阻部而形成，决定各发热电阻部的平面大小；以及电极层，与上述多个发热电阻部的电阻长度方向的两端部导通，至少在上述绝缘隔离层上具有导热层，该导热层覆盖上述绝缘隔离层的一部分，决定该绝缘隔离层的平面表面露出面积，并散发由上述多个发热电阻部所产生的热，利用该导热层，把上述绝缘隔离层的表面露出区域规定为上述多个发热电阻部的有效发热区域。
文档编号B41J2/335GK101028767SQ2007100881
公开日2007年9月5日 申请日期2005年1月7日 优先权日2004年1月7日
发明者中谷寿文, 宇佐美秀一, 寺尾博年 申请人:阿尔卑斯电气株式会社