專利名稱：熱打印頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝在熱印刷裝置上的熱打印頭，該熱印刷裝置系用于按照印刷信息供給電流量的情況下以加熱來進行所需的印刷的。
通常采用裝在熱印刷裝置諸如熱敏印刷裝置或熱轉(zhuǎn)印印刷裝置上的熱打印頭，例如將多個發(fā)熱元件成直線排列地裝在絕緣基片上，并且按照電的印刷信息供給電流量的情況下有選擇地對各個加熱元件加熱，從而將顏色顯影，并記錄到熱敏印刷裝置中稱之為“熱紙”的熱敏記錄紙上，或是將色帶上的油墨熔化并將其轉(zhuǎn)印和記錄到熱轉(zhuǎn)印印刷裝置中的普通紙上。


圖16所示為現(xiàn)有技術(shù)中此種類型的熱打印頭。釉層2由導(dǎo)熱不良的耐熱玻璃制成并起保溫層的作用，該釉層的上表面平齊地疊壓在由剛玉(氧化鋁)或類似的材料作成的絕緣基片1的上表面上，結(jié)實地覆蓋著絕緣基片1的全部表面。由發(fā)熱的電阻材料(諸如Ta2N或Ta-SiO2)制成的許多發(fā)熱元件3用汽相淀積或濺射法完全疊壓在釉層2的上表面上，然后以光刻法刻蝕使其形成直線排列。公共電極4a和單個電極4b分別形成在各個發(fā)熱元件3兩側(cè)的上表面上，用以對各個發(fā)熱元件3供給電流。各個電極4a和4b由軟金屬(諸如Al，Cu和Au)制成，以氣體淀積或濺射法形成約2μm厚度、并完全疊壓，然后以光刻法刻蝕形成所需形狀的圖形。
然后，各個發(fā)熱元件3以下述方式獨立地和單個地形成，即一個發(fā)熱區(qū)3A相當(dāng)于一個小圓點而作為暴露在公共電極4a和單個電極4b之間的最小印刷單元。發(fā)熱元件3的發(fā)熱區(qū)3A由施加在各個電極4a和4b之間的電壓而使之發(fā)熱。
一層約7至10μm厚的保護層7疊壓在絕緣基片1、釉層2、各個發(fā)熱元件3和各個電極4a和4b的上表面上，以保護各個發(fā)熱元件3和各個電極4a和4b。保護層7包含一個由SiO2制成的約2μm厚的抗氧化層8(以防止發(fā)熱元件3的氧化分解)和一個由疊壓在抗氧化層8上的Ta2O5制成的約5至8μm厚的耐磨損層9(用以保護各個發(fā)熱元件3和各個電極4a和4b，防止由于和熱敏記錄材料例如熱敏記錄紙和色帶等的接觸而引起的磨損)。保護層7覆蓋著除了各個電極4a和4b的端頭區(qū)以外的全部表面。保護層7的抗氧化層8和耐磨損層9依次用濺射法或其他方法形成。
然而，在上述的現(xiàn)有技術(shù)的熱打印頭中，因為各個電極4的厚度約為2μm，故發(fā)熱元件3的發(fā)熱區(qū)3a和相應(yīng)的電極4的頂端之間就形成一個間距。于是加熱區(qū)3A上部處在公共電極4a和單個電極4b之間所形成的凹形區(qū)，即使是在其上面覆蓋了保護套7，也不能被除去，結(jié)果用熱敏記錄構(gòu)件(如色帶)進行印刷時就有問題了，在凹形區(qū)對于熱敏構(gòu)件的導(dǎo)熱不良，因為在此區(qū)產(chǎn)生的空隙中使熱打印頭到熱敏記錄構(gòu)件的導(dǎo)熱大大降低了，并且得不到完整無缺的印刷，特別是對帶有粗糙表面的所謂粗紙。此外，因為電極4通常是用軟材料(例如鋁)制成的，來自印字壓板施加的壓力對發(fā)熱記錄構(gòu)件是一個回沖，而使組成電極4的A1或類似材料頂端上面的保護層7產(chǎn)生變形、損耗或剝落，引起發(fā)熱元件3阻值的變化而使印刷變劣或降低熱打印頭的可靠性和工作壽命。
圖17示出了解決此問題的措施，突起物2A具有隆起的垂直剖面并形成直線延伸至釉層2，然后有二個大體為梯形垂直剖面的小突起物2B在突起物2A的頂部形成約幾個μm的厚度。公共電極4a和單個電極4b的頂端排列在小突起物2B的下面，以防止在發(fā)熱區(qū)3A中形成凹形區(qū)。
這種構(gòu)造，能保證滿意的印刷質(zhì)量而不需再增加那么多的電壓。然而，當(dāng)安排了梯形剖面的小突起物2B，并且各個電極的頂端排列的位置低于小突起物2B的頂面時，因為在小突起物2B的兩邊出現(xiàn)間距，故而當(dāng)用光刻法形成熱元件3時，光刻膠的厚度變化甚大，又因為爆光量的精度是隨著對光刻掩模出現(xiàn)的間隙而降低，在釉層2的小突起物2B上不能高精度地形成圖形而造成引起刻蝕不足或刻蝕過度的問題，因此常使阻值變化。
鑒于上述的情況為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題已建議如圖18中所示，電極4由比層結(jié)構(gòu)組成，其中下層的薄的單個下電極5b和一公共下電極5a形成在靠近釉層2的頂部，而上電極的主要單個上電極6b和公共上電極6a則形成在從頂部縮進去的位置，這樣就減小了發(fā)熱區(qū)3A和二側(cè)電極之間的間距。
然而，在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)形成下電極5的圖形時，必需用這種不損壞下面形成的發(fā)熱元件3的刻蝕方法，這就帶來了對熱敏器件材料和電極材料選擇范圍窄的問題特別是為了改進圖形的精確度，如要求圖形用有效的干式刻蝕法來形成時，因為Ta-Si-O或Nb-Si-O系統(tǒng)作為高比電阻率材料及一低電阻高熔點金屬諸如Mo和W作為下電極的有效材料，通常在氟系列的刻蝕氣體中共同刻蝕，使用CF4系列氣體作干式刻蝕是可能的，從相制版觀點看這是簡單的并在使用中已有許多滿意的結(jié)果。此外，假如按現(xiàn)有技術(shù)方法發(fā)熱元件3的圖形和電極的刻蝕是分別進行的，圖形按發(fā)熱區(qū)3A在作電源的下電極和發(fā)熱元件3的圖形之間的排列方向上往往會引起偏離。如圖形偏離，則使相鄰的發(fā)熱區(qū)3A間形成短路或改變阻值而降低產(chǎn)量。
此外，在粗糙紙張上高速印刷時，進行所謂的熱剝落是不可避免的，在加熱的色層還未完全冷卻時轉(zhuǎn)印色帶上的色層。如此，要求盡可能的縮小從發(fā)熱區(qū)30至公共電極一側(cè)的打印頭邊緣間的距離，但在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上要很精確的在邊上形成公共電極是不可能的。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)的熱打印頭中如圖19所示，有一層以導(dǎo)熱率低的材料做成的釉層52，諸如耐熱玻璃，其功能是作為保溫層疊壓在由絕緣材料諸如氧化鋁做成的基片51的上表面上，并完全覆蓋在整個基片51上，使突出部分向上。多個發(fā)熱電阻體3由材料諸如Ta2N或Ta-SiO2制成，運用氣相淀積，濺射或類似方法在釉層52突出的部分上表面上形成直線狀，然后用光刻法刻蝕成予定的圖形，再在各個發(fā)熱電阻器53二側(cè)的上表面相應(yīng)的形成分別與發(fā)熱電阻器53連接的單個電極54a和與所有發(fā)熱電阻器53連接的公共電極54b，各個54a和54b電極是用諸如Al，Cu，和Au的軟金屬做成的，用汽相淀積，濺射或類似方法疊層而成，然后用光刻形成所要求的圖形。各個發(fā)熱電阻體53獨立的和單個的形成露出發(fā)熱區(qū)53a，相當(dāng)于在公共電極54和單個電極54a之間作為最小印刷單元的一個小圓點。
然后，在基片51，釉層52，各個發(fā)熱電阻體53和各個電極54a和54b的上表面，疊置一層保護層55，用以保護各個發(fā)熱電阻器53和各個電極54a和54b。保護層55包括一層SiO2做成的耐氧化層56以保護保處發(fā)熱電阻體53防止氧化變壞，以及一層由Ta2O5做成的耐磨損層57，疊置于耐氧化層56上以保護各個發(fā)熱電阻器53和各個電極54a和54b，防止由于與熱敏記錄材料(諸如熱敏記錄紙和色帶)的接觸而形成磨損。保護層55覆蓋住所有表面，除了各個電極54a，54b的端頭部分。保護膜55的耐氧化層56和耐磨損層57是使用濺射或類似方法依次形成的。
在該型現(xiàn)有的熱打印頭中，電流是根據(jù)予定的印刷信息有選擇的供給各個電極54a，這樣使相應(yīng)的發(fā)熱電阻體53的發(fā)熱區(qū)發(fā)熱并引導(dǎo)顏料在一熱敏記錄紙上顯像或融化色帶上的油墨由此轉(zhuǎn)印形成所要求的印相。
在現(xiàn)有的熱打印頭中，由于電極54a和53b的頂端是在釉層52的突出部分的二側(cè)形成的，在電極54a和54b的頂端形成了間距，間距在用光刻法劑蝕各個電極54a和54b時增加了光刻膠厚度的變化。這間距相對于掩模成為一間隙而降低了爆光精度，這樣使圖形不能高精度的成像，引起刻蝕不足或刻蝕過度而使阻值經(jīng)常變動。
為了解決在現(xiàn)有技術(shù)上的上述問題，本申請人及其他人等已發(fā)明了一種熱打印頭，各個電極為復(fù)式薄層形成的，其中下層的單個下電極和公共下電極用材料例如Mo在發(fā)熱電阻體的下表面上形成，上層的單個上電極和公共上電極用材料例如Al在從釉層突出部分的頂端縮進去的位置上的發(fā)熱電阻體的上表面上形成，因此減小了發(fā)熱區(qū)和二側(cè)電極間的間距。
在這樣一種熱打印頭中，由于發(fā)熱電阻體的發(fā)熱區(qū)和二側(cè)的電極之間的間距可以減小，故而光刻膠厚度的變化可以顯著的減小，除此以外，圖像可以高精度地成像，因此能阻止刻蝕不足或刻蝕過度的出現(xiàn)，而防止了阻值變化。
可是，如上述的熱打印頭內(nèi)，由于發(fā)熱電阻體的發(fā)熱區(qū)是用例如Ta-SiO2材料在釉層的上表面上形成的，而下電極是用諸如Mo材料淀積在發(fā)熱區(qū)的二側(cè)。那么，由于形成發(fā)熱電阻的材料和下電極的材料在膜中應(yīng)力的不同，而使下電極和釉層間附著力顯著惡化，結(jié)果使下電極剝離而出現(xiàn)熱打印頭質(zhì)量下降的問題。
本發(fā)明的目的在于克服上述問題而提供一熱打印頭，它能容易的形成高精度的發(fā)熱元件的發(fā)熱區(qū)，并能改進在粗糙紙張上印刷能力及使印刷量穩(wěn)定。
本發(fā)明的另一個目的是提供一熱打印頭，它能改進下電極和釉層間的附著力，而能顯著的改進熱打印頭的質(zhì)量。
附圖簡要說明圖1是一垂直剖面圖，說明本發(fā)明的熱打印頭的第一個實施例。
圖2(a)是平面圖，圖2(b)是垂直剖面圖，是圖1所示的在制造過程中形成下電極的圖解說明。
圖3(a)是平面圖，圖3(b)是垂直剖面圖，是圖1所示的在制造過程中形成發(fā)熱元件的圖解說明。
圖4(a)是平面圖，圖4(b)是垂直剖面圖，是圖1所示的在制造過程中形成上電極的圖解說明。
圖5是垂直剖面圖，是本發(fā)明的熱打印頭第二個實施例的圖解說明。
圖6(a)是平面圖，圖6(b)是垂直剖面圖，是圖5所示的在制造過程中，形成下電極的圖解說明。
圖7(a)是平面圖，圖7(b)是垂直剖面圖，是圖5所示的制造過程中形成發(fā)熱元件的圖解說明。
圖8(a)是平面圖，圖8(b)是垂直剖面圖，是圖5所示的在制造過程中形成上電極的圖解說明。
圖9(a)至(e)是本發(fā)明熱打印頭制造方法的第三個實施例的圖解說明。
圖10是平面圖，是本發(fā)明熱打印頭的第4個實施例中形成下電極的圖解說明。
圖11(a)是平面圖，圖11(b)是一主要部分的垂直剖面圖，是本發(fā)明熱打印頭的第4個元件中形成發(fā)熱元件作的圖解說明。
圖12是本發(fā)明熱打印頭的第4個實施例的垂直剖面解。
圖13是個概念圖，為第4個實施例的熱打印頭內(nèi)單個下電極和一發(fā)熱元件之間關(guān)系的圖解說明。
圖14是個概念圖，為第5個實施例的熱打印頭內(nèi)單個下電極和發(fā)熱元件之間關(guān)系的圖解說明。
圖15是本發(fā)明熱打印頭的第6個實施例的垂直剖面解說明。
圖16是現(xiàn)有技術(shù)熱打印頭的垂直剖面解說明。
圖17是現(xiàn)有技術(shù)熱打印頭的垂直剖面解說明。
圖18是現(xiàn)有技術(shù)熱打印頭的垂直剖面解說明。
圖19是現(xiàn)有技術(shù)熱打印頭的垂直剖面解說明。
本發(fā)明現(xiàn)根據(jù)圖示的最佳實施例進行解釋。在前已描述的現(xiàn)有技術(shù)中同一個元件和部分取同一個參考編號，以省去重復(fù)注釋。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的熱打印頭的最佳實施例。在圖1中該實施例的熱打印頭由下列各部分組成一電絕緣的基片1，以氧化鋁瓷制成;一釉層2，作為導(dǎo)熱不良的溫度保持層，釉層形成突起，因而有一個小的突起物2B;一個下電極5，包括單個下電極5b和一公共下電極5a，由金屬材料諸如Mo，Ti，W，Nb，Ta或Zr或所含主要成分相同的合金制成，并延伸到小突起物2B的頂端為止;一發(fā)熱元件3，每個由諸如Ta-SiO2或Nb-SiO2混合物制成，并有一發(fā)熱區(qū)3A作為發(fā)熱部位;一上電極6，每個由諸如Al材料制成，并包括一單個上電極6b和一公共上電極6a，置于離開下電極5和發(fā)熱元件3的邊界一定距離處，并在低于小的突起物2B頂端位置上的發(fā)熱元件3上形成;一保護層7，一直覆蓋至各包括單個電極6b和公共上電極6a的上電極6及發(fā)熱元件3以保護它們。到小突起物2B頂端的高度約10至30μm，下電極5的厚度約20-300nm，最好為約50-200nm，更好為約100nm，此外，發(fā)熱元件3的厚度要大于下電極5的厚度，發(fā)熱元件3所需的厚度不得少于下電極5的1.5倍。
用這種結(jié)構(gòu)，由于該實施例的熱打印頭其結(jié)構(gòu)是發(fā)熱元件3在下電極5的上面形成的，單個上電極6b與之隔開得足夠遠，具有一真正邊緣的發(fā)熱元件，用高精度可以形成。據(jù)此文字和圖像的印刷可以保證較高的質(zhì)量。
對上述實施例的制造方法將作解釋。
圖2至圖4概要的圖示了制造方法。為了解釋起見，這里采取的釉層2不是凸形，形成的小突起物2B是一平面狀的。此外，在各個附圖內(nèi)，(a)是平面圖，(b)是垂直剖面圖。首先在圖2，下電極用Mo或類似材料制成，用汽相淀積，濺射或類似的方法在釉層2上形成薄膜。然后用光刻法形成圖形以確定發(fā)熱元件3發(fā)熱區(qū)電極間的距離，即發(fā)熱區(qū)3A的圓點尺寸。在該情況下使用CF4型氣體作干式刻蝕并精確地刻蝕清除作為發(fā)熱區(qū)3A的部位是適宜的。
然后在圖3，發(fā)熱元件3諸如用Ta-SiO2制成用汽相淀積，濺射或類似方法形成一層薄膜覆蓋在下電極5上。然后用光刻法在排列方向上形成梳狀槽10以確定發(fā)熱區(qū)3A的尺寸。由于Mo，Ti，W，Nb，Ta，Zr或類似材料都作為下電極5的材料，Ta-SiO2，Nb-SiO2或類似的材料都作為發(fā)熱元件3的材料，可以用CF4系列氣體作干式刻蝕，使用相同的耐蝕圖?？梢宰鬟B續(xù)的干式刻蝕。于是，發(fā)熱元件3和供電流的下電極之間沒有圖形位移，在排列方向上的發(fā)熱區(qū)3A和槽10可以高精度的形成。
然后如圖4所示，用Al或類似材料以汽相淀積，濺射或類似方法在發(fā)熱元件3上形成上電極6薄膜后，在下電極5和發(fā)熱元件3之間從邊界向外一段距離的位置上用光刻法形成圖形而對單個發(fā)熱區(qū)3A相應(yīng)的供給電流。在這種情況下，由于上電極和發(fā)熱元件3之間的邊界與發(fā)熱區(qū)3A是分開的，如果圖形形成時稍有位移，則在發(fā)熱或類似情況不會出現(xiàn)不理想的效果。
如上所述，在該實施例中由于下電極5是在發(fā)熱元件3以前成膜，然后干式刻蝕，故不用害怕傷害發(fā)熱元件3。此外，當(dāng)發(fā)熱元件3成膜時及用以確定排列方向上的發(fā)熱區(qū)3a尺寸的槽10形成時，由于下電極5和發(fā)熱元件3可用同一的氣體進行連續(xù)刻蝕，則可予期生產(chǎn)批次減少，并可高精度的形成阻值很少變化的發(fā)熱區(qū)3A。
此外，由于靠近發(fā)熱區(qū)3A的電極是用薄的和高耐熱的硬質(zhì)合金制成，故可得到長壽命的熱打印頭。
于是，高質(zhì)量的文字和圖形印刷可以用本實施例中的熱打印頭實施。
然后根據(jù)本發(fā)明的熱打印頭的第2個實施例示于圖5至圖8。
在圖5中，實施例的熱打印頭包括一個電氣絕緣的基片1;一層帶小突起物2B的釉層2;一公共下電極5a和單個下電極5b，形成時一直延伸到小突起物2B的頂端為止;一帶有發(fā)熱區(qū)3A的發(fā)熱元件3;單個上電極6b各個置于離開小突起物2B一段距離并在低于小突起物2B頂端的位置處形成;一公共上電極在發(fā)熱元件3上面形成，并一直延伸至小突起物2B斜坡的中點處;一保護層7形成得足以覆蓋發(fā)熱元件3和上電極6。
圖6至圖8圖示說明本實施例中熱打印頭的制造方法由于本實施例的制造步驟和上述實施例的制造步驟相似，僅對二者間不同點予以說明而刪去重復(fù)的說明。故在這些圖中為說明起見采取釉層2不是凸形，形成的小突起物2B是一平面形狀。在各個圖中，(a)是一平面圖，(b)是垂直剖面圖。
在本實施例中如圖6至圖8所示，形成的下電極5和上電極6二者在公共電極一側(cè)的都比在單個電極一側(cè)的要短，公共電極6a用光刻法形成得足以使其沿著小突起物2B的凸出部分延伸。
然后，以這種的結(jié)構(gòu)，下電極5一直形成到小突起物2B的頂部，而發(fā)熱區(qū)3A則在頂部位置處形成。單個上電極則在離開發(fā)熱區(qū)3A所處的頂部一段距離處并在較低的位置處形成。另一方面，由于公共上電極6a是在靠近發(fā)熱區(qū)3A處形成的，則從發(fā)熱區(qū)3A至公共電極一側(cè)的熱打印頭邊緣的距離可以減小，于是在粗糙紙張上或類似必然有剝落的印刷時可以改善印刷質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的熱打印頭制造方法的第三個實施例示于圖9(a)-(e)。圖9(a)-(e)概要圖示說明制造步驟。故在本實施例中，為了方便解釋，采取釉層2的形狀不是凸形而形成的小突起物2B是平面的。在各個圖中(a)，(c)，(e)是平面圖，而(b)和(d)是垂直剖面圖。
首先在圖9(a)和(b)中，以汽相淀積，濺射或類似方法在釉層2上形成一層Mo，Ti，W，Nb，Ta或Zr作為下電極5的薄膜，然后形成發(fā)熱元件3的發(fā)熱部位的電極間距離，即用光刻法形成規(guī)定發(fā)熱區(qū)3A的圓點尺寸的圖形。在這種情況下，使用CF4系列氣體干式刻蝕法作高精度刻蝕以去除作為發(fā)熱區(qū)3A部位的刻蝕是適宜的。
然后在圖9(c)和(d)中，作為發(fā)熱元件3的薄膜以諸如Ta-SiO2或Nb-SiO2以汽相淀積，濺射或類似方法連續(xù)形成，覆蓋在下電極5上，上電極6的薄膜以Al或類似材料用汽相淀積，濺射或類似方法形成。然后，上電極連線圖形用光刻法在下電極和發(fā)熱元件3之間從邊界向外一段距離的位置處(該處只有上電極6)首先形成。在這種情況下，如前所述，由于上電極6和發(fā)熱元件3之間的邊界與發(fā)熱區(qū)3A是分開的，甚至如圖形形成時稍有位移時則在發(fā)熱或類似情況下不會出現(xiàn)不理想的效果。
其次，在圖9(e)中，通過光刻形成的梳狀槽10，用以限定發(fā)熱區(qū)3A在排列方向上的尺寸，同時使單個電極布線彼此相互分開。在這種情況下，由于作為下電極5用的材料Mo、Ti、W、Nb、Ta和Zr，和作為發(fā)熱元件3用的材料Ta-SiO2或Nb-SiO2，二者均可通過CF4系列氣體進行干式刻蝕，故可通過使用同一種抗蝕圖形實施連續(xù)干式刻蝕。
如上所述這個實施例中的制造方法，由于下電極5和發(fā)熱元件3可以在與上述制造方法相同的狀態(tài)下采用同一種氣體進行連續(xù)刻蝕，因此可以預(yù)期生產(chǎn)成本將會降低，不必擔(dān)心會對具有很小阻值變化并可形成高精度的發(fā)熱元件3和發(fā)熱區(qū)3A的損壞。
另外，由于靠近發(fā)熱區(qū)3A的電極是用薄的、高耐熱硬質(zhì)合金制成，因此可以獲得長壽命的熱打印頭。
從而，打印高質(zhì)量的文字和圖片可以采用按照這個實施例的熱打印頭進行。
此外，由于生產(chǎn)過程包括在下電極5之上通過濺射或類似方法形成發(fā)熱元件膜，接著是上電極6膜的形成，然后再通過刻蝕，只對上電極6形成上電極布線圖形，而通過連續(xù)刻蝕形成發(fā)熱元件3和下電極5的圖形，因此，可以依次實施諸如濺射和刻蝕等薄膜形成工藝，從而簡化過程控制。
按照本發(fā)明的另一種熱打印頭的實施例及其制造方法，將圖片表示為第四實施例。在這個實施例中，只對不同于第一實施例的部分作說明，而略去對別的相似于前面實施例中的部分所作的重復(fù)說明。
在這個實施例的熱打印頭中，單個下電極5b在第一實施例中發(fā)熱區(qū)排列方向上的圖形的橫向尺寸制作得比發(fā)熱元件3的圖形在發(fā)熱區(qū)排列方向上的橫向尺寸要小，而單個下電極5b完全被復(fù)蓋，以致單個下電極5b不外露于加熱元件3。
這個實施例的制造方法為;
圖10和圖11為發(fā)熱元件的制作步驟示意圖，這里為敘述方便，假定釉層2不是形成小的突起部分的凸形，而是平面形。圖11(b)為主要部分的剖面圖，而圖13則是表明在這個實施例的熱打印頭中，單個下電極5b和發(fā)熱元件3之間關(guān)系的概念性視圖。
首先，如圖10所示，下電極5在釉層2上形成。此下電極5包括單個下電極5b和公共下電極5a，其情況與第一種由Mo制成的實施例相同，并具有大約0.1μm的厚度。其次，在這個實施例中，如圖13所示，單個下電極5b的橫向尺寸小于發(fā)熱元件3的橫向尺寸，而其圖形實質(zhì)上是方形，發(fā)熱區(qū)3a的尺寸，在排列方向上被限定，并在相鄰的單個下電極5b之間形成槽11，將其完全隔開(圖中橫向尺寸標注為L1)。
其次，如圖11所示，通過汽相淀積，濺射或類似方法形成例如Ti-SiO2制成的發(fā)熱元件3的膜層，使其復(fù)蓋下電極5。然后，形成梳狀槽10(其橫向尺寸在圖中表示為L2)，以限定發(fā)熱元件3A在排列方向上的尺寸。在這種情況下，如圖11和圖13所示，槽11的橫向尺寸L1制作得比槽10的橫向尺寸L2大，而發(fā)熱元件3這樣形成;使下電極5的單個下電極5b完全被發(fā)熱元件3所復(fù)蓋。也就是單個下電極5b位于發(fā)熱元件3的圖形之內(nèi)。在下電極5的排列方向上，從單個下電極5b的邊至相應(yīng)的復(fù)蓋該單個下電極的發(fā)熱元件3的邊，其間的尺寸規(guī)定小于5μm。
如圖12的概念性視圖所示，在與第一實施例相同的情況下，形成由A1或類似材料制成的上電極膜，并在整個表面上淀積一保護層7。
下電極5用的材料不僅限于Mo，而且與電極也可由諸如Ti、W、Nb、Ta、Zr等金屬材料，或包含這些相同元素作為主要組份的合金制成，與第一實施例的情況相同。而關(guān)于發(fā)熱元件3的材料，可以在相同情況下使用諸如Ta-SiO2的混合物。從而，當(dāng)下電極和發(fā)熱元件3可以通過CF4類型的氣體進行干式刻蝕時，下電極5的刻蝕和發(fā)熱元件3的刻蝕采用的是完全不同的操作步驟，而單個下電極5b被發(fā)熱元件3復(fù)蓋，并在發(fā)熱元件3的刻蝕過程中位于其圖形之內(nèi)，這樣，最佳刻蝕氣體可以依據(jù)發(fā)熱元件3的刻蝕來選擇，而只要考慮組成發(fā)熱元件3的材料。如上所述，在這個實施例中，由于是在分開的步驟中實施刻蝕，所以在發(fā)熱元件3和單個下電極5b之間不同的刻蝕速率不會成為問題。此外，在下電極和發(fā)熱元件3之間的圖形偏移問題(這由于在分開步驟中進行刻蝕，是很容易發(fā)生的)，可以通過使單個下電極制成剛好被發(fā)熱元件復(fù)蓋住的尺寸而得到克服。
如上所述，在這個實施例中，由于下電極5的膜層是在發(fā)熱元件3之前形成和干刻蝕的，它在刻蝕發(fā)熱元件3之際完全被發(fā)熱元件3所復(fù)蓋，所以不必擔(dān)心下電極5受到損壞，而對發(fā)熱區(qū)3a點的精確形成，可以提高阻值的穩(wěn)定性。
此外，由于下電極5在這個實施例中顯示大約0.1μm，其周邊減小，從而，可穩(wěn)定地獲得所需要的電阻，同時，由于它是由高耐熱的硬質(zhì)全金制成，故可以獲得長壽命的熱打印頭。
以下將對按照本發(fā)明的另一種熱打印頭的實施例和第五實施例的制造方法作說明。
這個實施例是對在第四實施例中所示的熱打印頭作進一步改進的實施例。因此，對這個實施例只就其與第四實施例不同的部分作說明，而略去對與先前的實施例相似的其它部分的重復(fù)說明。
在這個實施例中的熱打印頭，單個下電極5b在發(fā)熱區(qū)3A的排列方向上，其圖形的橫向尺寸大于在發(fā)熱區(qū)3A的排列方向上發(fā)熱元件3圖形的橫向尺寸，這樣，在相鄰單個下電極5b和5b之間的槽11制作得窄于發(fā)熱元件3之間的間距。
以下說明該實施例的制作方法。
圖14系為表明這個實施例中熱打印頭的單個下電極5b和發(fā)熱元件3之間關(guān)系的概念性視圖。為敘述方便，假定釉層2不是形成小突起部分的凸形，而是平面形。
首先，在釉層2上形成下電極5。以下電極5包括單個下電極5b和公用下電極5a，與上述實施例的情況相同。在這個實施例中，圖形這樣形成使單個下電極5b在發(fā)熱區(qū)3A排列方向上的橫向尺寸大于發(fā)熱元件3在發(fā)熱區(qū)3A排列方向上的橫向尺寸，以限定發(fā)熱區(qū)3A在排列方向上的尺寸，而在相鄰單個下電極5b和5b之間形成槽11，使其完全隔開。
其次，在下電極5上，通過汽相淀積，濺射或類似方法形成發(fā)熱元件膜，同時形成梳狀槽10，用以限定發(fā)熱區(qū)3A在排列方向上的尺寸。在這個實施例中，槽10的橫向尺寸L2制作得大于槽11的橫向尺寸L1。在這種情況下，對形成于單個下電極5b之上的發(fā)熱元件3膜層部分的刻蝕只適用于發(fā)熱元件3，而單個下電極5b在發(fā)熱區(qū)3A排列方向上的橫向尺寸制作得大于發(fā)熱元件3的橫向尺寸，這樣，單個下電極5b的超出部分將在發(fā)熱區(qū)3A排列方向上伸出到發(fā)熱元件3的橫向尺寸之外(圖14中陰影部分所示)。然而，即使當(dāng)超出部分留于釉層2上不管，由于相鄰的單個下電極5b彼此間被刻蝕形成的槽隔開，加電時不會造成短路。
然后，在由Al或類似材料制成的上電極6的膜層形成之后，在整個表面之上淀積一層保護層7。
下電極5可以用諸如Mo、Ti、W、Nb、Ta和Zr等金屬材料，或者用包含這些相同元素，用于上述下電極5的材料作為主要組份的合金制成。作為發(fā)熱元件3的材料，可以使用Ti-SiO2、Nb-SiO2或類似材料。從而，下電極5和發(fā)熱元件3可以通過CF4一類的氣體進行干式刻蝕。然而，在這個實施例的加工操作步驟中，由于對下電極5的刻蝕和對發(fā)熱元件3的刻蝕，是在分開的步驟中逐個地依次地施加的，因此，最佳刻蝕氣體可以依據(jù)發(fā)熱元件3所用的刻蝕、而只考慮構(gòu)成發(fā)熱元件3的材料的刻蝕速率來選擇。
此外，在這個實施例中，下電極5和發(fā)熱元件3二者均可通過CF4一類氣體進行干式刻蝕，這意味著，單個下電極5b和發(fā)熱元件3可以依據(jù)槽10的形成用同一種氣體刻蝕，槽10限定發(fā)熱元件3在發(fā)熱區(qū)3A的排列方向上的尺寸，并因此當(dāng)刻蝕發(fā)熱元件3時，單個下電極5b的超出部分可能發(fā)生移動。
如上所述，在這個實施例中，由于對下電極5的刻蝕是在發(fā)熱元件3形成之前實施的，同時，當(dāng)單個下電極5b和發(fā)熱元件3系連續(xù)刻蝕時，在發(fā)熱區(qū)3A的排列方向上每一個單個下電極之間形成槽11，使它們完全隔開，同時，假如因單個下電極5b和發(fā)熱元件3之間刻蝕速率的不同而使下電極5的刻蝕不充分，完全可以防止當(dāng)加電時在相鄰單個下電極5b之間造成短路，因此，有可能實施高質(zhì)量的文字或圖片的打印。
在圖15所示的熱打印頭的實施例中，釉層52是由導(dǎo)熱性差的材料，例如耐熱玻璃制成，其功能為溫度保持層，具有一向上突起的部分，它疊加在諸如氧化鋁等絕緣材料制成的基片51的上表面之上，同時，下電極58(它包括單個下電極58a和公共下電極58b，它們由Mo制成，并在對應(yīng)于形成每個發(fā)熱電阻體53的位置上形成)形成于釉層52凸起部分的上表面。
此外，在這一實施例中，由諸如Ta-SiO2或SiO2等材料制成的鍵合層60，形成于釉層52和下電極58之間，而鍵合層60形成的厚度大約為3-20μm。鍵合層60明顯地提高了下電極58和釉層52之間的附著力。
另外，若干個由諸如Ta-SiO2等材料制成的發(fā)熱電阻體53，在下電極的上表面排成直線，同時上電極59(它由諸如Al等材料制成，并包括逐個對應(yīng)地接至發(fā)熱電阻體53的單個上電極59a和接至所有發(fā)熱電阻體的公共上電極59b)在發(fā)熱電阻體上表面上、與下電極58和發(fā)熱電阻體53之間的邊界相隔開的位置上形成。然后，在基片51、釉層52、每一個發(fā)熱電阻體53和每一個電極58、59的上表面疊加一層保持層55，以保護每一個發(fā)熱電阻體53和每一個電極58和59。
上電極59可以根據(jù)要求省略。
這個實施例的制作說明如下上述結(jié)構(gòu)的熱打印頭，在這個實施例中是這樣制作的;首先通過汽相淀積、濺射或類似方法在釉層52的上表面形成一種諸如Ta-SiO2或SiO2等材料的膜，作為鍵合層60;再通過汽相淀積、濺射或類似方法在鍵合層60的上表面形成Mo材料的膜，作為下電極58;然后再刻蝕鍵合層60和下電極58，使它們形成圖形，限定發(fā)熱電阻體53發(fā)熱區(qū)的電極間的距離。
然后，在通過汽相淀積，濺射或類似方法形成諸如Ta-SiO2等材料的發(fā)熱電阻體53(它剛好復(fù)蓋下電極58)的膜層之后，采用光刻刻蝕成發(fā)熱區(qū)排列的圖形。在這種情況下，假如發(fā)熱阻體53是用與形成鍵合層60相同的材料Ta-SiO2形成的話，則沒有必要改變例如濺射用的靶標，從而可以高效率地形成發(fā)熱電阻體3的膜層。
然后，在發(fā)熱電阻體53之上形成由Al或類似材料制成的上電極59的膜層之后，通過光刻在預(yù)先確定的圖形之內(nèi)進行刻蝕，而上電極59則形成于外表與下電極58和發(fā)熱電阻體之間的邊界相隔開的位置上。接下去在基片51、釉層52、每一個發(fā)熱電阻體53和每一個電極58和59的上表面，疊加一層保護層55。
在這個實施例中，由于下電極58是經(jīng)過鍵合層60至釉層52而形成的，而膜層中的應(yīng)力與形成鍵合層60的材料和形成發(fā)熱體53的材料之間的應(yīng)力相似，所以在鍵合層60和發(fā)熱體53之間的應(yīng)力可以達到平衡，從面明顯地提高下電極58與釉層52之間的附著力。
因此，在這個實施例中，由于下電極58經(jīng)過鍵合層60形成于釉層52，鍵合層60與發(fā)熱電阻體53之間可以達到應(yīng)力平衡，下電極58對釉層52的附著力可以明顯改善，從而切實地防止下電極58的剝落，并明顯改進打印頭的質(zhì)量。
此外，本發(fā)明不僅限于上述實施例，也可根據(jù)需要作各種可能的改進。例如，當(dāng)然有可能將第四實施例和第五實施例所示的熱打印頭中單個下電極和發(fā)熱元件的制造方法應(yīng)用于第二實施例的熱打印頭中。另外，在上述實施例中，構(gòu)成下電極的材料和構(gòu)成上電極的材料是任意組合的，而本發(fā)明的目的可以用任何一種組合達到，但是，包含由Mo制成的下電極和由Al制成的上電極這種組合的熱打印頭，從對汽相淀積的附著力和對熱或類似因素的穩(wěn)定性的觀點來看，則是最佳選擇。
如上面已描述的那樣，在按照本發(fā)明的熱打印頭中，由于發(fā)熱元件形成于下電極之上，單個上電極可以充分地隔開，而發(fā)熱元件可以其實際邊界極其精確地形成，在此實際邊界中，從發(fā)熱區(qū)到打印頭的邊界，在公共電極一側(cè)的距離減小，從而，例如對需要熱剝落的粗糙紙的打印，其打印質(zhì)量可以得到改善。
除此之外，在按本發(fā)明的熱打印頭的制造方法中，由于下電極和發(fā)熱元件可以連續(xù)地用同一種氣體刻蝕，可以預(yù)期生產(chǎn)成本將會降低，不必擔(dān)心損壞發(fā)熱元件，同時可以形成精度高、阻值變化很小的發(fā)熱區(qū)。
另外，由于靠近發(fā)熱區(qū)的電極是用薄的、耐熱性好的硬質(zhì)合金形成，因此可以獲得壽命極佳的熱打印頭。
從而，可以獲得能對文字和圖片實施高質(zhì)量打印的熱打印頭，即使在粗糙紙張或類似紙張上也是如此。
此外，由于在按照本發(fā)明的熱打印頭中，下電極經(jīng)過鍵合層形成釉層，鍵合層與發(fā)熱電阻體之間應(yīng)力可以達到平衡，因此可以獲得有利的效果，例如，下電極對釉層的附著力可以明顯地改善，下電極的剝落可以切實防止，從而打印頭的質(zhì)量可以顯著改進。
權(quán)利要求
1.一種熱打印頭，包括設(shè)置在基片上的溫度保持層，在溫度保持層上形成的若干個發(fā)熱元件，若干個連接到對應(yīng)的發(fā)熱元件上的單個電極，一個依次連接到上述發(fā)熱元件的公共電極，以及在單個電極和公共電極之間形成的發(fā)熱元件的發(fā)熱區(qū)；其特征在于每一個單個電極和公共電極具有包括下電極和上電極的雙層結(jié)構(gòu)，下電極形成于溫度保持層和發(fā)熱元件之間，而上電極形成于上述發(fā)熱元件之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱打印頭，其特征在于在與下電極和發(fā)熱元件之間的邊界外表相隔開的位置上形成上電極的邊界。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱打印頭，其特征在于上電極在公共電極一側(cè)所處的位置，相對于發(fā)熱區(qū)的距離比上電極在單個電極一側(cè)所處的位置相對于發(fā)熱區(qū)要近，而在公共電極一側(cè)，從發(fā)熱區(qū)到打印頭邊緣的距離制作得較小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項所述的熱打印頭，其特征在于下電極在單個下電極一側(cè)發(fā)熱區(qū)排列方向上的橫向尺寸制作得比發(fā)熱元件在發(fā)熱區(qū)排列方向上的橫向尺寸要小，從而形成的發(fā)熱元件剛好復(fù)蓋下電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項所述的熱打印頭，其特征在于下電極在單個下電極一側(cè)發(fā)熱區(qū)排列方向上的橫向尺寸制作得比發(fā)熱元件在發(fā)熱區(qū)排列方向上的橫向尺寸要大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項所述的熱打印頭，其特征在于發(fā)熱元件包含Ta和Nb材料中至少一種的混合物和Si-O系列的絕緣體，而下電極包含Mo、Nb、W、Ti、Ta和Zr等材料中至少一種，或包含這些相同元素作為主要組份的合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任何一項所述的熱打印頭，其特征在于下電極的厚度在20nm和300nm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任何一項所述的熱打印頭，其特征在于下電極的厚度在20和300nm之間，而發(fā)熱元件的厚度大于上述下電極的厚度。
9.一種熱打印頭，其制備方法是在電絕緣基片上形成一層釉層，在釉層上形成若干個發(fā)熱電阻體，形成若干單個電極，接至相應(yīng)的發(fā)熱電阻體，和一個公共電極，依次接至每一個上述發(fā)熱電阻體，而每一個上述單個電極和上述公共電極，均由位于上述釉層和上述發(fā)熱電阻體之間的下電極和位于發(fā)熱電阻體之上的上電極構(gòu)成，其特征在于上述下電極由Mo材料形成，而在上述下電極和上述釉層之間形成一層鍵合層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的熱打印頭，其特征在于鍵合層的厚度為2～20nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的熱打印頭，其特征在于鍵合層用與發(fā)熱電阻體相同的材料形成。
全文摘要
熱打印頭包括設(shè)置在基片上的溫度保持層，若干個形成于溫度保持層上的發(fā)熱元件，若干接至相應(yīng)發(fā)熱元件的單個下電極，一個依次接至發(fā)熱元件的公共電極，和在單個電極和公共電極之間形成的發(fā)熱元件的發(fā)熱區(qū)；其特征在于每一個單個電極和公共電極具有包括下電極和上電極的雙層結(jié)構(gòu)，下電極形成于溫度保持層和發(fā)熱元件之間，而上電極則形成于發(fā)熱元件之上。很容易能制成高精度發(fā)熱元件，從而對粗糙紙張的打印性能可以獲得改善。
文檔編號B41J2/335GK1113468SQ951049
公開日1995年12月20日 申請日期1995年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月12日
發(fā)明者對馬登, 遠藤俊哉, 佐佐木悟, 山村憲, 白川享志, 中谷壽文, 高橋昭范 申請人:阿魯普斯電氣株式會社