热敏头及其制造方法技术

一种热敏头，包括：支持基板；在该支持基板上形成的釉层；在该釉层上形成的、并且由Ｓｉ和Ｏ以及其余部分实际上是金属而构成的发热电阻体；与该发热电阻体连接的电极。上述发热电阻体的不成对电子密度小于１×１０↑［１９］个／ｃｍ↑［３］。另外，在上述釉层和上述发热电阻体之间，形成上述釉层和上述发热电阻体的反应层。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在制版机、传真机和图像打印机等热敏记录装置中使用的。
技术介绍
热敏头由于其声音小、维修简单以及运转费用低等优点而广泛地在传真机、文字处理用打印机等各种记录装置中广泛地使用。另外，400点/英寸(dpi)左右以上的高精细热敏头还用于孔版印刷。在后者传真机和文字处理用打印机中，为了提高分辨率，在这些热敏头内迫切要求发热电阻体微细化并增大投入能量密度。因此，便需要能够符合这一要求的结构的热敏头。为满足上述要求，首先，第一，需要发热电阻体的电阻率高的热敏头。作为发热电阻体的材料，广泛地使用金属陶瓷系列的材料。作为其代表性的材料，已知有Ta-Si-O和Nb-Si-O。这些材料例如是使用将Ta和SiO2的粉末混合烧结而制作的靶、以溅射膜的形式形成的。这时，通过控制靶中的SiO2的量和溅射压力等，便可形成从数mΩ到数10mΩ的电阻率膜。为了获得电阻值高的发热电阻体，有设计电阻体的形状的方法。但是，对于热敏头的情况，最好是提高溅射膜本身的薄膜电阻。因此，可以考虑将膜厚减薄来提高薄膜电阻，但是，如果将膜厚减薄，在热敏头的寿命方面就会发生问题。根据上述理由，获得高的电阻率膜就具有重大的意义。第二，这些发热电阻体在作为热敏头而驱动时或者在制造工序中作为部件传递时，需要减少电阻值的变化。Ta-Si-O膜作为发热体具有优异的特征，但随成膜条件不同而易受影响。因此，电阻率小时，就必须将膜厚减薄，这样，就会对寿命特性有影响。另外，电阻率大时，就增大了膜厚，从而成膜时间延长。另外，还有每一个靶可以成膜的基板数减少的弊端。由于这样的理由，通常将电阻率的范围限定制造为10～20mΩ·cm。但是，即使限定了发热体的电阻率的范围，在制造热敏头时，在作为器件的特性方面也会发生离散差。这样，即使电阻率相同，电阻膜在结构上也有可能不相同。所谓膜的结构，就是指例如有序性的大小、范围以及各种缺陷的种类和密度等。定量地掌握这种膜结构并精密地控制该结构是困难的。例如，对于镀层膜本身以及在900℃下将其进行真空处理过的膜，即使利用X射线衍射或拉曼分光等进行比较分析，也只能显示出宽的非晶图形，在两者间不能确认有意义的差别。因此，实现寿命特性良好的发热电阻体是困难的，从而，实现寿命特性良好的热敏头是困难的。除了上述发热电阻体的问题外，还有下述热敏头的电阻值不均匀的问题。热敏头的发热电阻体的微细化和随之而来的投入能量密度的增大导致发热电阻体中央部的峰值温度上升。即，当温度上升时，发热电阻体的电阻值通常将降低，所以，投入能量密度便进一步增大，发热电阻体便进一步高温化，并且电阻值进一步降低，反复发生这样的过程，最后将招致发热电阻体破坏。即使未达到破坏的程度，电阻值降低的方式在热敏头内及热敏头间也不一定是一样的。如果电阻值降低的方式不同，由发热温度的高低所决定的打印浓度及质量就不均匀。电阻值不均匀地降低的原因，是发热电阻体的热稳定性差，换言之，就是发热电阻体的结构缓和不太均匀。作为热稳定性解决方法，已研究了如下方法1)制成产品后通电加热的方法；2)在发热电阻体的形成中或形成后进行热处理的方法；3)利用高能量束照射发热电阻体的方法；4)将发热电阻体进行感应加热的方法等。发热电阻体的热稳定性解决方案1)，由于IC额定以及发热电阻体与电极膜及保护膜的反应问题，热稳定性的程度受到限制。例如，即使对传真机用途的热敏头足够了，对制版机用途就不够了。热稳定性解决方案3)在成本和生产效率方面存在问题，而4)还处于实验阶段。热稳定性解决方案2)在没有IC时当然可以进行热处理，在没有保护膜和电极膜的状态下也可以进行热处理，所以，与1)的方法比较，可以在比较宽的范围内设定热处理温度，综合地看来，是一个优异的方法，在制版机用途的热敏头中也有一部分已实用化了。以往，热处理温度主要是以热敏头驱动时的发热体电阻温度为标准进行的。例如在高精细用热敏头的情况下，该发热电阻体温度最高为800℃，作为热处理温度，在比这些热敏头驱动时的发热电阻体温度高的温度下进行热处理。但是，如前所述，随着发热电阻体的微细化和投入能量密度的增大，当要求需要在高温下进行发热驱动的热敏头时，根据所使用的釉的种类不同，热敏头的特性和工序适应性等就大不相同，从而，在利用高于热敏头驱动时的发热体电阻温度的温度进行热处理的热稳定性解决方案2)中，也会发生如下问题a)发热电阻体的电阻值的离散差增大。b)在制造热敏头时，电阻膜蚀刻工序中的蚀刻性降低。c)釉层的表面粗糙度增大。d)热敏头的抗脉冲寿命特性降低。当这些弊端增多时，热敏头的制作本身也就不可能了。另外，如前所述，热敏头的发热电阻体的微细化及伴随微细化的投入能量密度的增大，将招致发热电阻体中央部的峰值温度上升。结果，当发热电阻体形成十分均匀的结构时，氧就会促进典型的釉层成分向发热电阻体中扩散侵入，发热电阻体的电阻值便逐渐增加，最后，终于不耐使用。另外，如果在发热温度增高的条件下进行驱动，发热电阻体的电阻值便急剧地增加，同时，由于印刷脉冲引起的热应力，有时发热电阻体的发热部会从釉层上剥离下来。这样，随着发热电阻体的发热温度的上升，除了发热电阻体的化学性能恶化外，机械的破坏模式也很明显。关于上述釉层成分向发热电阻体的扩散侵入，可以考虑采用以下解决方案。(1)在釉层和发热电阻体之间，设置由SiON等构成的阻挡层。(2)采用热化学稳定性高的、即玻璃化转变点高的釉。(3)将发热电阻体层的层厚增大。也就是说，使在热敏头驱动中成长的釉成分的扩散侵入长度的相对长度减小。但是，(1)存在生产效率、成本和合格率问题，可以说是不现实的。(2)在维持釉的平滑性方面，在技术上800℃是玻璃化转变点上限，对于上述要求是不够的。(3)如果单纯地将层厚增大，电阻值便降低。另外，如果想提高发热电阻体层的电阻率，则电阻值的控制性和溅射靶的制作就很困难，如果想与发热电阻体层的形状变化对应，就难于获得高精度的图形。如上所述，不论采用哪种方法，都存在这样那样的问题，都不能成为对釉成分向发热电阻体扩散侵入的问题的实际解决方案。另外，对于发热电阻体的发热部从釉层上剥离的问题，即使提出了具体的解决方案，也不能进行。专利技术的公开本专利技术就是为了解决上述问题而提案的，第一目的旨在提供寿命特性良好的热敏头。第二目的旨在提供发热电阻体的电阻值的离散差小、釉层的表面平坦、抗脉冲特性优异的热敏头。此外，第三目的旨在提供通过抑制发热电阻体的电阻值的离散差和釉层的表面变粗糙而获得抗脉冲特性优异的热敏头的制造方法。本专利技术的热敏头用电阻体的特征在于在由Si和O以及其余部分实际上是金属构成的电阻体中，上述电阻体的不成对电子密度小于1×1019个/cm3。此外，上述电阻体的特征在于包含Si和O，其余部分是从Ta和Nb中选择的一种，并且其不成对电子密度小于1×1018个/cm3。本专利技术的第一热敏头是具有支持基板、在该支持基板上形成并且由Si和O以及其余部分实际上是金属构成的发热电阻体、与该发热电阻体连接的电极的热敏头，其特征在于上述发热电阻体的不成对电子密度小于1×1019个/cm3。上述第一热敏头的特征在于上述发热电阻体包含Si和O，其余部分是由从Ta和Nb中选择的一种，并且其不成对电子密度小于1×1018个/cm3。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由Ｓｉ和Ｏ以及其余部分实际上是金属构成的电阻体，其特征在于：上述电阻体的不成对电子密度小于１×１０↑［１９］个／ｃｍ↑［３］。

【技术特征摘要】
JP 1995-6-27 160540/95;JP 1994-9-13 218381/941.一种由Si和O以及其余部分实际上是金属构成的电阻体，其特征在于上述电阻体的不成对电子密度小于1×1019个/cm3。2.按权利要求1所述的电阻体，其特征在于上述电阻体的不成对电子密度小于1×1018个/cm3。3.按权利要求1所述的电阻体，其特征在于上述电阻体的Si和O的其余部分是从Ta和Nb中选择的一种。4.按权利要求3所述的电阻体，其特征在于上述电阻体的不成对电子密度小于1×1018个/cm3。5.一种热敏头，具有支持基板、在该支持基板上形成并且由Si和O以及其余部分实际上是金属构成的发热电阻体、与该发热电阻体连接的电极，其特征在于上述发热电阻体的不成对电子密度小于1×1019个/cm3。6.按权利要求5所述的热敏头，其特征在于上述电阻体的不成对电子密度小于1×1018个/cm3。7.按权利要求5所述的热敏头，其特征在于上述电阻体的Si和O的其余部分是从Ta和Nb中选择的一种。8.按权利要求5所述的热敏头，其特征在于上述电阻体的不成对电子密度小于1×1018个/cm3。9.一种热敏头，具有支持基板、在该支持基板上形成的釉层、在该釉层上形成并且由Si和O以及其余部分实际上是金属构成的发热电阻体、与该发热电阻体连接的电极，其特征在于上述发热电阻体的不成对电子密度小于1×1019个/cm3。10.按权利要求9所述的热敏头，其特征在于上述电阻体的Si和O的其余部分是从Ta和Nb中选择的一种。11.按权利要求9或10所述的热敏头，其特征在于上述电阻体的不成对电子密度小于1×1018个/cm3。12.一种热敏头的制造方法，该热敏头具有支持基板、在该支持基板上形成的釉层、在该釉层上形成并且由Si和O以及其余部分实际上是金属构成的发热电阻体、与该发热电阻体连接的电极，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：兔束龙一，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]