热敏头及其制造方法 【技术领域】
本发明是关于搭载在光敏式打印机(photo printer)或热敏式打印机(thermal printer)等上的热敏头及其制造方法。
背景技术
在搭载在光敏式打印机或热敏式打印机等上的热敏头中，为了提高打印的品质，对于在该头内的多个发热电阻体之间的电阻偏差采取了各种对策。在其中的一个对策中，提出了在电阻膜上形成绝缘膜，由该绝缘膜的平面大小来正确规定发热电阻体的电阻长度及/或电阻宽度的方案。具有这样的绝缘膜的头，以往是如下形成的。也就是说，使用光刻(photolithographic)技术在多个发热电阻体上形成绝缘膜，在该绝缘膜及多个发热电阻体上形成导体。接着，使用光刻技术形成导体图形，并去除不要的导体。这样，利用光刻技术，在导体上形成露出绝缘膜的开放部。
但是，在上述制造方法中，由于是使用光刻技术形成绝缘膜，光刻工序共需要实施三次，存在有制造工序长的缺点。而且，根据上述制造方法，由于导体是通过绝缘膜覆盖发热电阻体上形成，所以由导体的覆盖会产生热损失。
专利文献：特开平7-29711号公报
【发明内容】
鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种在具有在多个发热电阻体上形成地绝缘隔离膜(barrier膜)的热敏头中，能够以更少的工序形成，且导体不覆盖在发热电阻体上的热敏头及其制造方法。
本发明在利用决定发热电阻体的电阻长度的抗蚀层、去除绝缘隔离膜的不要部分后，如果利用该抗蚀层由剥离去除((lift-off))法形成导体，则能够使导体不覆盖在发热电阻体上，而且，还能够减少光刻工序。
也就是说，本发明特征在于：具有多个发热电阻体、决定各发热电阻体平面大小的绝缘隔离膜、以及与所述各发热电阻体的电阻长度方向上两端分别导通的导体，该导体的所述发热电阻体一侧的端部，朝向所述发热电阻体、膜厚减少地倾斜形成，且不覆盖在所述发热电阻体及所述绝缘隔离膜上。
优选所述绝缘隔离膜由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3中的任意一种所形成。如果使用这些绝缘无机氧化物材料，绝缘隔离膜能够发挥防止发热电阻体表面氧化的功能，保护发热电阻体不因受蚀刻而被损害的功能，以及抑制发热电阻体的电阻值变化的功能。而且，为了充分发挥上述功能，优选所述绝缘隔离膜的厚度为200以上、2000以下。
在本发明的制造方法的方案中，其特征在于具有以下工序：包含连续成膜形成电阻膜与绝缘隔离膜的工序；在所述绝缘隔离膜上形成决定发热体电阻长的第一抗蚀层后，去除从第一抗蚀层露出的绝缘隔离膜，并从该去除部分露出所述电阻膜的工序；在残留所述第一抗蚀层的状态下，在包含该第一抗蚀层及所述露出的电阻膜的基板表面上形成导体的工序；由剥离法去除所述第一抗蚀层及该第一抗蚀层上的导体的工序；在包含所述导体及所述绝缘隔离膜的基板表面上，形成决定所述发热电阻体的电阻宽度及所述导体图形的第二抗蚀层的工序；以及去除从该第二抗蚀层露出范围的所述导体、所述绝缘隔离膜、及所述电阻膜，进一步在其后去除所述第二抗蚀层的工序。
根据该制造方法，导体的发热电阻体一侧的端部，朝向所述发热电阻体膜厚减少地倾斜形成，且不覆盖在所述发热电阻体及所述绝缘隔离膜上。该倾斜部分的长度，可以通过第一抗蚀层的膜厚的变化而调整。
【附图说明】
图1是表示本发明的一个实施例的热敏头的剖视图。
图2是表示图1中的热敏头(形成保护层之前状态)的俯视图。
图3是表示图1中所示的热敏头的制造工序，(a)是剖视图，(b)是俯视图。
图4是表示图3所示工序的下一步进行的工序，(a)是剖视图，(b)是俯视图。
图5是表示图4所示工序的下一步进行的工序，(a)是剖视图，(b)是俯视图。
图6是表示图5所示工序的下一步进行的工序，(a)是剖视图，(b)是俯视图。
图7是表示图6所示工序的下一步进行的工序，(a)是剖视图，(b)是俯视图。
图8是表示图7所示工序的下一步进行的工序，(a)是剖视图，(b)是俯视图。
图9是表示图8所示工序的下一步进行的工序，(a)是剖视图，(b)是俯视图。
图中：1-热敏头，2-釉(glaze)保温层，3-氧化铝基板，4-电阻膜，4a-发热电阻体，4b-非发热电阻体，5-绝缘隔离膜，6-导体，6a-共用电极(common电极)，6b-专用电极，7-保护膜，8-间隔区域(孔穴部)，R1-第一抗蚀层，R2-第二抗蚀层。
【具体实施方式】
图1是表示本发明的一个实施例的热敏头的剖视图，图2是表示图1中的热敏头状态(除去保护膜7)的俯视图。热敏头1具有电阻膜4、形成在电阻膜4上并覆盖多个发热电阻体4a表面的绝缘隔离膜5、与多个发热电阻体4a相导通的导体(电极)6、以及保护膜7。
电阻膜4在具有釉保温层(玻璃)2的氧化铝基板3上全面形成，多个发热电阻体4a及比该发热电阻体4a的膜厚薄的非热电阻体4b，截面呈倒“T”字形。该电阻膜4，优选能够由容易高电阻化的Ta-Si-O、TaSiONb、Ti-Si-O、Cr-Si-O等高熔点金属的金属陶瓷材料所形成。在相邻接的发热电阻体4a之间，设置有沿着与发热电阻体4a的电阻长度方向平行的方向细长延伸的间隔区域(孔穴部)8，从间隔区域8露出釉保温层2。
绝缘隔离膜5仅在多个发热电阻体4a上存在，规定发热电阻体4a的平面大小(电阻长度L及电阻宽度W)。优选绝缘隔离膜5由具有绝缘性的无机氧化物形成，具体地讲，是由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3等形成膜厚约为200以上、2000以下的膜。绝缘隔离膜5如果以该范围内的膜厚存在于发热电阻体4a上，则在热敏头1的工作过程中，向各发热电阻体4a所施加的电力增大时，由该施加电力所产生的退火效果(构成发热电阻体4a的元素的晶化)被延迟，能够得到抑制热敏头的电阻值相对施加电力的变化的效果。而且，绝缘隔离膜5还能够起到防止发热电阻体4a表面氧化的氧化防止层、保护发热电阻体4a在制造时不被蚀刻损害的保护层的功能。
导体6分为与全部发热电阻体4a相导通的一个共用电极6a及与独立地与各发热电阻体4a相导通的多个专用电极6b，并分别与发热电阻体4a的电阻长度方向的两端部导通。各专用电极6b的电极宽度，由间隔区域8所限制。优选该导体6例如由铝导体膜所形成。
保护膜7是保护绝缘隔离膜5与导体6不受头工作时所产生的摩擦磨损的耐磨性的保护膜，例如可以由SiAlON或Ta2O5等耐磨性的材料所形成。在热敏头1中，进一步还具有用于通电控制发热电阻体4a的驱动IC或PCB(Print Circuit Board)等(未图示)。该热敏头1搭载在光敏式打印机或热敏式打印机等上，通过将发热电阻体4a所发出的热给予热敏纸或纸带(ind ribbon)，进行打印。
在具有以上整体结构的热敏头1中，导体6，发热电阻体4a一侧的端部朝向该发热电阻体4a、膜厚减小地倾斜、呈尖状，不覆盖在发热电阻体4a及绝缘隔离膜5上。换言之，在发热电阻体4a的电阻长度方向上导体6的间隔(共用电极6a与专用电极6b之间的长度)与绝缘隔离膜5所规定的电阻长度L一致。如果导体6不形成在绝缘隔离膜5上，则就不存在覆盖导体6的情况下所产生的发热电阻体4a的热损失，使热敏头1的热效率上升。进而，如本实施例那样，如果导体6的发热电阻体4a一侧的端部成为尖状，则由于导体6的放热减少，所以能够进一步提高作为热敏头1整体的热效率。而且，由于绝缘隔离膜5与导体6之间的阶梯差变小，所以绝缘隔离膜5、及导体6与保护膜7能够实现良好的紧密接触，并且能够提高与印字压板(platen)的接触效率，而提高打印效率。
接着，对图1所示的热敏头的制造方法的实施例加以说明。图3～图9是表示热敏头的制造工序，(a)是剖视图，(b)是俯视图。
首先，如图3(a)、(b)所示，在氧化铝基板3的釉保温层2上，在同一真空中，以连续成膜的方式全面形成电阻膜4与绝缘隔离膜5。成膜可以采用溅射法(sputter)或真空镀膜法等。优选电阻膜4由容易高电阻化的Ta-Si-O、TaSiONb、Ti-Si-O、Cr-Si-O等高熔点金属的金属陶瓷材料所形成。优选绝缘隔离膜5由具有绝缘性的无机氧化物所形成，具体地讲，是由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3等形成厚度为200以上、2000以下的膜。在这样的膜厚范围内，绝缘隔离膜5能够充分发挥防止发热电阻体4a表面氧化的功能、保护发热电阻体4a在制造时不被蚀刻所损害的保护层的功能、以及在头工作时抑制由于施加电力而引起发热电阻体4a的电阻值变化的功能。
在形成电阻膜4与绝缘隔离膜5之后，实行退火处理。该退火处理是为了减少头开始使用后的发热电阻体4a的电阻变化，而预先施加大的热负荷，使电阻膜4的电阻值稳定的加速处理。
接着，如图4(a)、(b)所示，使用光刻技术，在绝缘隔离膜5上形成决定应形成的发热电阻体的电阻长度的第一抗蚀层R1，由RIE(反应性离子蚀刻)或湿式蚀刻去除第一抗蚀层R1所未覆盖部分的绝缘隔离膜5(图5(a)，(b))。第一抗蚀层R1由剥离抗蚀层(lift off resist)形成。
例如在由SiO2形成绝缘隔离膜5的情况下，可以由使用CF4的RIE去除绝缘隔离膜5。此时，如果电阻膜4是由TaSiO或TaSiONb所形成，则与从第一抗蚀层R1所露出的绝缘隔离膜5一起，处在该绝缘隔离膜5正下方位置的电阻膜4，也被仅去除规定的厚度。通过这一工序，电阻膜4成为如图5(a)所示的截面呈倒“T”字状。另一方面，在电阻膜4是由Cr-Si-O所形成的情况下，一进行使用CF4的RIE，则电阻膜4具有作为绝缘隔离膜5的蚀刻停止器(etching stopper)的功能。在这种情况下，电阻膜4保持与成膜阶段几乎相同的平坦状态，不形成如图5(a)所示的倒“T”字型的截面形状。
在上述RIE或湿式蚀刻工序结束后，如图6(a)、(b)所示，在残留第一抗蚀层R1的状态下，在导体成膜前进行前置清除(pre cleaning)。而且，在不破坏真空的同一真空中，在包含露出的电阻膜4的基板表面上成膜形成导体6。成膜可以采用溅射法或真空镀膜法等。导体6成膜后，如图7(a)、(b)所示，由剥离法去除第一抗蚀层R1及第一抗蚀层R1上的导体6。如果这样使用剥离法，则导体6不分别覆盖在绝缘隔离膜5及发热电阻体4a的电阻长度方向的两端部上，发热电阻体4a一侧的端部，朝向所述发热电阻体4a膜厚减少地倾斜形成尖状。导体6的尖端部(倾斜部分)的长度x，可以通过第一抗蚀层R1的膜厚变化而调整。
接着，如图8(a)、(b)所示，使用光刻技术，在导体6上形成决定应形成的发热电阻体的电阻宽度及导体图形的第二抗蚀层R2，并去除该第二抗蚀层R2所未覆盖部分的导体6、绝缘隔离膜5、及电阻膜4，从该去除部分露出釉保温层2，然后，如图9(a)、(b)所示，剥离第二抗蚀层R2。在去除绝缘隔离膜5及导体6时可以使用湿式蚀刻或RIE(反应性离子蚀刻)，在去除电阻膜4时可以使用RIE。上述釉保温层2的露出范围是间隔区域8。由该间隔区域8，将连接的发热电阻体4a断隔成各个(多个)发热电阻体4a，绝缘隔离膜5仅存在于各发热电阻体4a上。也就是说，各发热电阻体4a的平面大小(电阻长度及电阻宽度)由覆盖各发热电阻体4a表面的绝缘隔离膜5所规定。
在去除第二抗蚀层R2后，为了提高与后工序所形成的保护膜的密接性，而由反溅射等将绝缘隔离膜5和导体6去除规定的厚度，露出绝缘隔离膜5和导体6的新的膜面。在该反溅射工序中，由于由绝缘隔离膜5覆盖多个发热电阻体4a，所以发热电阻体4a不会受到蚀刻损害，从而不产生发热电阻体4a的电阻值的偏差。
在本实施例中，由该工序将绝缘隔离膜5和导体6去除大约100的厚度，最后调整绝缘隔离膜5的厚度为200以上、2000以下的范围内。在该范围内，绝缘隔离膜5能够充分发挥防止多个发热电阻体4a表面氧化的功能、保护多个发热电阻体4a不被蚀刻所损害的功能、以及在头工作时抑制由于施加电力而引起发热电阻体4a的电阻值变化的功能。
而且，在露出的绝缘隔离膜5和导体6的新的膜面上，形成由SiAlON或Ta2O5等耐磨性材料所构成保护膜8。该保护膜8的形成可以采用偏置溅射法(bias sputter)。由以上的工序，可以得到如图1所示的热敏头1。
在以上的实施例中，是使用决定发热电阻体4a的电阻长度的第一抗蚀层R1，并去除绝缘隔离膜5不要部分，在残留该第一抗蚀层R1的状态下成膜导体6之后，再由剥离法去除第一抗蚀层R1，所以导体6不会覆盖在发热电阻体4a和绝缘隔离膜5上。也就是说，导体6不在绝缘隔离膜5上形成，而仅形成在发热电阻体4a和绝缘隔离膜5的两端部。如果这样导体6不形成在绝缘隔离膜5上，则没有在导体6覆盖发热电阻体4a的情况下所产生的发热电阻体4a的热损失，能够提高热敏头1的热效率。另外，没有必要在导体6上形成用于使绝缘隔离膜5露出的开放部，也可不进行用于形成该开放部的光刻工序。由此，在本实施例中光刻工序只需2次即可，与需要3次该工序的制造方法相比，可以缩短制造工序。
另外，在本实施例中，由于导体6的发热电阻体4a一侧的端部朝向该发热电阻体4a、膜厚减小地倾斜形成尖的形状，所以能够减少导体6的放热，使热敏头1整体的热效率提高。而且，因为呈尖的形状，使绝缘隔离膜5与导体6之间的阶梯差变小，所以绝缘隔离膜5及导体6与保护膜8能够实现良好的紧密接触，并且能够提高与印字压板的接触效率而提高打印效率。
另外，在本实施例中，由于各发热电阻体4a的表面被绝缘隔离膜5所覆盖，所以通守该绝缘隔离膜5能够防止多个发热电阻体4a的表面氧化，同时，还能够保护多个发热电阻体4a不被制造工序中的蚀刻所损害。也就是说，能够充分抑制由表面氧化或蚀刻损害所引起的多个发热电阻体4a之间的电阻值的偏差。而且，如果在各发热电阻体4a的表面存在被绝缘隔离膜5，则由施加于发热电阻体4a的电力所产生的退火效果(构成发热电阻体4a的元素的结晶化)被延迟，能够得到抑制热敏头的电阻值相对施加电力变化的效果。
在以上的实施例中，电阻膜4，其非热电阻体4b比发热电阻体4a的膜厚要薄，呈倒“T”字型的截面，但电阻膜4形成均匀的膜厚当然也是可以的。电阻膜4的非热电阻体4b是否要比发热电阻体4削去得多，是由用于去除绝缘隔离膜5的RIE或湿式蚀刻工序中所使用的蚀刻剂及电阻膜4的形成材料所决定。
另外，在本实施例中，虽然是对在氧化铝基板3上全面形成釉保温层2的全面上釉型的热敏头1进行的说明，但本发明也适用于局部上釉或实边缘(real edge)，双面上釉(double glaze)、DOS(磁盘操作系统)等其它类型。
另外，在本实施例中是使用氧化铝基板3作为头基板，但也可以使用硅基板来取代氧化铝基板。在使用硅基板的情况下，优选使用由氧化物的真空镀膜或溅射膜所构成的层作为保湿层。
根据本发明，由于导体的发热电阻体一侧的端部不覆盖在发热电阻体及绝缘隔离膜上，所以没有在导体覆盖在发热电阻体上的情况下所产生的发热电阻体的热损失，能够提高热敏头的热效率。而且，无需在导体上形成用于使绝缘隔离膜露出的开放部，也可不进行用于形成该开放部的光刻工序，与以往的制造方法相比，可以缩短制造工序。