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DE60004143T2 - Verfahren zur herstellung eines thermokopfes - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines thermokopfes Download PDF

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DE60004143T2
DE60004143T2 DE60004143T DE60004143T DE60004143T2 DE 60004143 T2 DE60004143 T2 DE 60004143T2 DE 60004143 T DE60004143 T DE 60004143T DE 60004143 T DE60004143 T DE 60004143T DE 60004143 T2 DE60004143 T2 DE 60004143T2
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes für die Verwendung bei der thermischen Aufzeichnung in einem Telefaxgerät, einem Drucker oder dergleichen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Wie in den 2(a) und (b) gezeigt ist, ist herkömmlicherweise eine Glasurschicht 2 als eine Wärmespeicherschicht auf einem isolierenden Substrat 1, wie z. B. einem Keramiksubstrat, einem Heizwiderstandsmaterial eines Ta-Systems, eines Silicid-Systems, eines Ni-Cr-Systems oder dergleichen vorgesehen, wobei ein Elektrodenmaterial aus Al, Cr-Cu, Au oder dergleichen mittels Sputtern, Abscheidung oder dergleichen ausgebildet wird, ein Heizwiderstand 3, eine gemeinsame Elektrode und eine Verdrahtungselektrode 4 für eine individuelle Elektrode durch Mustern in einem photolithographischen Prozeß ausgebildet werden, und anschließend ein Schutzfilm 6 aus SiO2, Ta2O5, SiAlON, Si3N4, Sic oder dergleichen zum Unterbinden einer Oxidation und für eine Abnutzungsfestigkeit des Heizwiderstands 3 mittels Sputtern, Ionenplattierung oder CVD ausgebildet wird, um einen Thermodruckkopf herzustellen.
  • Beim Ausbilden des obenerwähnten Schutzfilms muß der Schutzfilm 6 selektiv im Heizwiderstandsabschnitt ausgebildet werden, um eine Oxidation und eine Widerstandsabnutzung zu verhindern, so daß der Schutzfilm 6 nicht an einem Abschnitt 4a erhalten bleibt, wo der Schutzfilm unnötig ist, wie z. B. einem Verdrahtungs-Bond-Abschnitt für einen Treiber-IC, um ein Bildsignal über die Elektrode zu einem Heizwiderstand zu senden, und dergleichen. Es sind herkömmlicherweise mehrere Möglichkeiten bekannt, um den Schutzfilm 6 selektiv auszubilden.
  • Erstens besteht eine Möglichkeit, bei der eine physikalische Maskierung ausgeführt wird. Ein Beispiel hierfür ist in 2(a) gezeigt, wo eine Metallmaske 7 das Substrat maskiert. Da bei diesem Verfahren die Metallmaske 7 das Substrat maskiert, kann nicht nur eine Verbesserung der Positionierungsgenauigkeit des Schutzfilms 6 erwartet werden, sondern es wird auch sein Ablösen von der Metallmaske 7 hervorgerufen, was auch zu einer Verringerung der Ausbeute führt. Ferner muß ein Raum zwischen der Metallmaske und dem Substrat vorgesehen werden, so daß die Verdrahtungselektrode 4 nicht beschädigt wird. Es besteht der Nachteil, daß hier der Schutzfilm 6 den Raum zwischen der Metallmaske 7 und dem Substrat umhüllt, wobei ein Schutzfilm-Umhüllungsabschnitt 6a ausgebildet wird, und wobei der Schutzfilm 6 auch an dem Abschnitt 4a, wo der Schutzfilm unnötig ist, erhalten bleibt. Um dies im Schritt des Entwurfs zu kompensieren, wird der Schutzfilm-Umhüllungsabschnitt 6a so gestaltet, daß er zugelassen wird, was ein Faktor ist, der eine Miniaturisierung der Substratgröße, eine Erhöhung der Anzahl der aus einem Substrat entnommenen Thermodruckköpfe und dergleichen verhindert.
  • Eine weitere Möglichkeit ist, Substrate schuppenartig anzuordnen. Wie in 2(b) gezeigt ist, wird die Verdrahtungselektrode 4 durch einen Kontakt beschädigt, da die Substrate schuppenartig angeordnet sind. Um zu verhindern, daß die Verdrahtungselektrode 4 beschädigt wird, muß ein Raum zwischen den Substraten vorgesehen werden, was den Nachteil hervorruft, daß der Schutzfilm 6 auch an dem Abschnitt 4a erhalten bleibt, wo der Schutzfilm unnötig ist. Zum Zweck des schuppenartigen Anordnens der Substrate muß ferner ein wafer-artiges Substrat in lange Substrate geschnitten werden. Das Schneiden und schuppenartige Anordnen der Substrate erfordert Zeit, verursacht eine Erhöhung der Schrittzahl des Fertigungsprozesses und ist ein Faktor, der die Kosten erhöht. Da außerdem die Substrate im geschnittenen Zustand durch den Fertigungsprozeß laufen müssen, sogar in den Schritten nach der Ausbildung des Schutzfilms 6, besteht der Nachteil, daß der Fertigungslauf gestört wird.
  • Zweitens besteht eine Möglichkeit, bei der der Schutzfilm 6 chemisch geätzt wird, um den Schutzfilm 6 selektiv auszubilden. Für den in einem Thermodruckkopf verwendeten Schutzfilm 6 wird ein anorganischer Keramikfilm verwendet, der chemisch und physikalisch stabil ist. Daher wird unter Verwendung einer Chemikalie eines Wasserstofffluorid-Systems geätzt. Eine solche Chemikalie weist jedoch eine äußerst langsame Ätzrate auf, was ein Faktor ist, der die Produktivität verringert. Dies gilt nicht nur für das Ätzen unter Verwendung einer Chemikalie, sondern auch für das Trockenätzen unter Verwendung eines Gasphasenverfahrens. Außerdem hat das Ätzen unter Verwendung einer Chemikalie den Nachteil, daß, da ein Metall als Verdrahtungselektrode 4 verwendet wird, die Ätzselektivität des Schutzfilms 6 nicht sichergestellt werden kann und auch die Verdrahtungselektrode 4 geätzt wird. Dies ist somit für das Gebiet der Thermodruckköpfe unpraktisch.
  • Als eine Möglichkeit zum Lösen dieser Probleme um zur Bewerkstelligung der Miniaturisierung der Substratgröße und der Verbesserung der Produktivität ist eine selektive Ausbildung des Schutzfilms 6 unter Verwendung eines Maskierungsmittels, ein sogenanntes Abheben, bekannt.
  • Die herkömmliche selektive Ausbildung des Schutzfilms gemäß dem Abheben wird jedoch unter Verwendung eines Photoresists als Maskierungsmittel ausgeführt. In einem Verfahren, das einen Photoresist verwendet, wird der Schutzfilm bei einer hohen Temperatur in einem Hochvakuum ausgebildet. Mit anderen Worten, der Photoresist wird der hohen Temperatur und dem Hochvakuum ausgesetzt. Da der Photoresist ein Kunstharz ist, kann er den Bedingungen nicht widerstehen, wenn der Schutzfilm ausgebildet wird, und erzeugt Gas in einem Vakuumbehälter. Ein solches Gas kontaminiert nicht nur das Innere des Vakuumbehälters, sondern verschlechtert auch die Haftung und die Qualität des Schutzfilms, was ein Faktor sein kann, der die Zuverlässigkeit des Thermodruckkopfes herabsetzt. In dem Fall, in dem das Maskierungsmittel abblättert, da das Kunstharz verkohlt wird, d. h. ausgebrannt wird, kann es ferner nicht abblättern, und das Maskierungsmittel verbleibt auf der Verdrahtungselektrode an dem Abschnitt, wo der Schutzfilm unnötig ist, wobei ein Draht-Bonding für die Verbindung eines Treiber-ICs zum Senden eines Signals über die Elektrode zum Heizwiderstand und dergleichen nicht ausgeführt werden kann, wobei die wesentliche Funktion des Thermodruckkopfes nicht ausgeführt wird.
  • Ferner kann auch ein Maskierungsmittel eines Polyimid-Systems verwendet werden, das wärmebeständiger ist als ein solcher Photoresist. Obwohl Polyimid wärmebeständig ist, wird dessen Ablösbarkeit stark beeinträchtigt, sobald es ausgehärtet ist. Zu diesem Zeitpunkt verbleibt das Maskierungsmittel auf der Verdrahtungselektrode, wenn auch die Menge gering ist. Wenn das Maskierungsmittel zurück bleibt, wird es zu einem Faktor, der die Zuverlässigkeit bei der Montage und die Produktivität herabsetzt. Da z. B. die Festigkeit des Draht-Bonding für die Verbindung mit einem Treiber-IC zum Senden eines Bildsignals über die Elektrode zum Heizwiderstand und dergleichen nicht sichergestellt werden kann, kann die Drahtverbindung gelöst werden. Für eine zwangsweise Ablösung desselben muß ein polares Lösungsmittel wie z. B. NMP für das Auflösen des Polyimids verwendet werden. Die Verwendung eines solchen polaren Lösungsmittels beeinträchtigt den Operator und die Arbeitsumgebung. Außerdem besteht das Problem, daß, da das Bewußtsein zum Schutz der globalen Umwelt seit kurzem gestiegen ist, eine starke Chemikalie nicht unbedingt verwendet werden kann.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zum Lösen der obenerwähnten herkömmlichen Probleme ein Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes zu schaffen, das unter Verwendung einer anorganischen Paste als Maskierungsmittel eine Miniaturisierung des Substrats und eine erhöhte Anzahl von aus einem Substrat entnommenen Thermodruckköpfen bewirken kann, und das selektiv einen Schutzfilm mit hoher Positionierungsgenauigkeit des Schutzfilms und mit einer hohen Haftung des Schutzfilms und mit einer hohen Zuverlässigkeit ausbilden kann.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in einem Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes, der auf einem isolierenden Substrat wenigstens einen Heizwiderstand, eine Verdrahtungselektrode zum Zuführen von elektrischer Leistung zum Heizwiderstand, und einen Schutzfilm zum Abdecken der Heizvorrichtung und der Verdrahtungselektrode an deren Rand aufweist, wenigstens der Heizwiderstand (3) und/oder die Verdrahtungselektrode (4) zum Zuführen von elektrischer Leistung zum Heizwiderstand auf dem isolierenden Substrat (1) ausgebildet; und ein Abschnitt (4a), der Verdrahtungselektrode, wo der Schutzfilm unnötig ist und wo ein Treiber-IC zum Senden eines Bildsignals über die Elektrode zum Heizwiderstand und der Thermodruckkopf mittels Draht-Bonding verbunden sind, unter Verwendung einer anorganischen Paste (5) maskiert; wobei der Schutzfilm über der gesamten Oberfläche ausgebildet wird und anschließend der Schutzfilm an dem Abschnitt, wo der Schutzfilm unnötig ist, zusammen mit der anorganischen Paste abgelöst wird, um selektiv den Schutzfilm auf der Heizvorrichtung und dem Wärmeerzeugungsabschnitt der Verdrahtungselektrode auf deren Rand auszubilden.
  • In einem Thermodruckkopf, der wie oben aufgebaut ist, ist, da der Abschnitt, an dem der Schutzfilm unnötig ist, unter Verwendung der anorganischen Paste und des Maskierungsmittels zum Ausbilden des Schutzfilms maskiert wird und kein Kunstharz enthält, die Wärmebeständigkeit äußerst hoch, wobei in einer Vakuumkammer bei hoher Temperatur in einem Hochvakuum kein Gas erzeugt wird. Das Innere der Vakuumkammer wird somit nicht kontaminiert, wobei eine gute Haftung des Films und eine hohe Zuverlässigkeit des Films erreicht werden können. Da außerdem seine Wärmebeständigkeit äußerst hoch ist und er keine Kunstharzkomponente enthält, treten keine Erscheinungen wie z. B. eine Verkohlung oder ein Ausbrennen auf, was dessen Ablösung erleichtert. Das Maskierungsmittel verbleibt somit nicht auf der Verdrahtungselektrode, wodurch die Festigkeit der Draht-Verbindung verbessert wird. Da ferner das Maskierungsmittel an einer willkürlichen Position verwendet werden kann, kann der Schutzfilm selektiv ausgebildet werden, wodurch die Substratgröße kleiner gemacht werden kann, die Anzahl der aus einem Substrat entnommenen Thermodruckköpfe ansteigt und die Produktivität verbessert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine erläuternde Ansicht, die ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes zeigt.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine Figur, die den Prozeß eines Verfahrens zur Herstellung eines Thermodruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Prozeß des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Anmeldung wird in der richtigen Reihenfolge beschrieben. Wie in 1(a) gezeigt ist, wird eine Glasur 2 zur Wärmespeicherung auf einem isolierenden Substrat 1 ausgebildet, das aus einer Aluminiumoxidkeramik oder dergleichen gefertigt ist. Anschließend wird ein Film als Heizwiderstandsmaterial aus Ta-N, TaSiO2 oder dergleichen, dessen Hauptkomponente Ta ist, mittels Sputtern in einer Dicke von etwa 0,1 μm ausgebildet. Anschließend wird der Heizwiderstand 3 mittels Photolithographie ausgebildet. Anschließend wird ein Film als Elektrodenmaterial zum Zuführen von elektrischer Leistung zum Heizwiderstand 3 aus Al, Al-Si, Al-Si-Cu oder dergleichen, dessen Hauptkomponente Al ist, mittels Sputtern oder dergleichen in einer Dicke von etwa 1–2 μm ausgebildet. Anschließend wird eine Verdrahtungselektrode 4 mittels Photolithographie ausgebildet. Die Verdrahtungselektrode 4 ist mit einem Abschnitt 4a versehen, wo ein Schutzfilm unnötig ist und der für eine spätere Verbindung mit einem Treiber-IC zum Senden eines Bildsignals über die Elektrode zum Heizwiderstand oder dergleichen mittels Draht-Bonding oder dergleichen dient.
  • Anschließend, wie in 1(b) gezeigt, wird eine anorganische Paste 5 aus reinem Wasser, Keramikpulver, dessen Hauptkomponente Aluminiumoxid, Silica oder dergleichen ist, und Bentonit als Bindekomponente gebildet. Diese werden zu einer Paste gemischt und als anorganische Paste 5 verwendet. Die Partikelgröße des Keramikpulvers, das hier verwendet wird, beträgt etwa 1–5 μm. Wenn die Partikelgröße des Keramikpulvers größer als 5 μm ist, wird manchmal der Nachteil einer verringerten Druckbarkeit hervor gerufen, wobei dies unpraktisch ist. Bentonit als Bindekomponente ist ein geschichtetes Silikat, das Feuchtigkeit enthält und dessen Hauptkomponente Montmorillonit ist, das ein Tonmaterial ist, und weist Eigenschaften des Anschwellens mittels Wasser und einer Erhöhung der Viskosität auf. Es ist daher am besten geeignet, um ein anorganisches Material zu einer Paste zum Drucken zu verarbeiten. Da außerdem kein organisches Material enthalten ist, ist die Wärmebeständigkeit hervorragend, wobei selbst bei einer hohen Temperatur in einem Hochvakuum kein Gas erzeugt wird.
  • Die gemischte anorganische Paste 5 wird anschließend auf den Abschnitt 4a aufgetragen, wo der Schutzfilm für die Verdrahtungselektrode unnötig ist. Als Verfahren zum Auftragen derselben ist der Siebdruck am besten geeignet. Da der Siebdruck eine hohe Produktivität und eine hohe Druckgenauigkeit aufweist, und verschiedene Muster durch Ändern der Form der Siebmaske bilden kann, ist er effektiv beim selektiven Auftragen der anorganischen Paste 5 auf den Abschnitt 4a, wo der Schutzfilm für die Verdrahtungselektrode 4 unnötig ist. Die anorganische Paste 5 wird mit einer Dicke von etwa 10–30 μm mittels Siebdruck gedruckt. Da die Filmdicke, die zu drucken ist, von der Filmdicke eines später auszubildenden Schutzfilms 6 abhängt, ist es erforderlich, daß sie wenigstens zwei Mal so dick ist wie die Filmdicke des Schutzfilms 6. Wenn die Filmdicke äquivalent oder kleiner ist als die Filmdikke des Schutzfilms, verschlechtert sich die Ablösbarkeit, die in einem nachfolgenden Schritt erforderlich ist.
  • Andere Auftragungsverfahren umfassen die Auftragung unter Verwendung eines Spenders oder dergleichen, Offset-Drucken unter Verwendung einer Walze und die Flexographie. Das Auftragungsverfahren kann so gewählt werden, daß es zu der Form paßt, in der die Paste aufgetragen wird.
  • Anschließend wird durch Trocknen der anorganischen Paste 5 bei 150°C oder höher die Feuchtigkeit in derselben verdampft. Die Verdampfung der Feuchtigkeit macht die anorganische Paste 5 hart, um den Abschnitt 4a zu maskieren, wo der Schutzfilm für die Verdrahtungselektrode 4 unnötig ist.
  • Wie in 1(c) gezeigt ist, wird anschließend zum Zweck der Unterbindung einer Oxidation und für eine Abnutzungsfestigkeit ein Film, der ein Gemisch aus Si3N4 und SiO2 oder dergleichen ist, mittels Sputtern oder dergleichen in einer Dicke von etwa 3–6 μm über der gesamten Oberfläche des Substrats ausgebildet, um somit den gesamten Heizwiderstand 3, die Verdrahtungselektrode 4 und die anorganische Paste 5 abzudecken, wobei der Schutzfilm 6 über der gesamten Oberfläche ausgebildet wird.
  • Wie in 1(d) gezeigt ist, wird anschließend das Substrat mit dem über der gesamten Oberfläche desselben ausgebildeten Schutzfilm 6 in Wasser wie z. B. reinem Wasser eingeweicht. Dies läßt die anorganische Paste 5 anschwellen, wobei der Schutzfilm 6, der an dem Abschnitt 4a ausgebildet ist, wo der Schutzfilm unnötig ist, zusammen mit der anorganischen Paste 5 abgelöst wird. Als Mittel zum Steigern der Ablösbarkeit und der Produktivität, oder als Mittel zum Entfernen des Rests der anorganischen Paste 5 auf der Verdrahtungselektrode 4 und zum Verbessern der Festigkeit der Drahtverbindung und zum Erhalten einer Zuverlässigkeit, ist eine Ultraschallreinigung wirksam. Insbesondere ist ein niedriges Frequenzband wie z. B. 28–45 kHz wirksam. Ferner ist als Möglichkeit der Abschlußreinigung eine Reinigung unter Verwendung eines hohen Frequenzbandes von 100 kHz oder höher wirksamer. Außerdem ist auch eine Möglichkeit einer Fließwasserreinigung mit Druckwasser wie z. B. einem Wasserstrahl oder dergleichen wirksam.
  • Als Ergebnis wird der Schutzfilm 6 an dem Abschnitt 4a, wo der Schutzfilm unnötig ist, entfernt, wobei der Schutzfilm 6 selektiv auf dem Heizwiderstand 3 und einem Wärmeerzeugungsabschnitt der Verdrahtungselektrode 4 auf dessen Umfang ausgebildet wird.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie oben beschrieben worden ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Schutzfilm eines Thermodruckkopfes selektiv unter Verwendung einer anorganischen Paste ausgebildet wird, das Substrat kleiner gemacht werden, wobei die Anzahl der aus einem Substrat entnommenen Thermodruckköpfe zunimmt und die Produktivität verbessert wird. Da ferner eine selektive Ausbildung ausgeführt werden kann, kann ein komplizierter Schutzfilm mit einem Durchgangsloch oder einer Mehrschicht-Verdrahtungselektroden-Konstitution ausgebildet werden, was den Freiheitsgrad bei der Gestaltung eines Thermodruckkopfes verbessert.
  • Da ferner in der anorganischen Paste selbst in einem Vakuumbehälter kein Gas erzeugt wird, kann eine hohe Zuverlässigkeit des Schutzfilms erhalten werden, wobei die Lebensdauer des Thermodruckkopfes verlängert werden kann. Da ferner das Innere des Vakuumbehälters nicht kontaminiert wird, kann der Wartungszyklus des Systems verbessert werden. Da ferner der Schutzfilm leicht selektiv ohne Verwendung irgendeiner Chemikalie oder dergleichen ausgebildet werden kann, ergibt sich die Wirkung, daß der Operator und die Arbeitsumgebung nicht beeinträchtigt werden, wobei die natürliche Umwelt schließlich nicht beeinträchtigt wird.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes, der auf einem isolierenden Substrat (1) wenigstens einen Heizwiderstand (3), eine Verdrahtungselektrode (4) zum Zuführen von elektrischer Leistung zum Heizwiderstand und einen Schutzfilm (6) zum Abdecken der Heizvorrichtung und der Verdrahtungselektrode auf deren Rand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Heizwiderstand (3) und/oder die Verdrahtungselektrode (4) zum Zuführen von elektrischer Leistung zum Heizwiderstand auf dem isolierenden Substrat (1) ausgebildet sind; ein Abschnitt (4a), der Verdrahtungselektrode, wo der Schutzfilm unnötig ist und wo ein Treiber-IC zum Senden eines Bildsignals über die Elektrode zum Heizwiderstand und der Thermodruckkopf mittels Draht-Bonding verbunden sind, unter Verwendung einer anorganischen Paste (5) maskiert wird; wobei der Schutzfilm über der gesamten Oberfläche ausgebildet wird und anschließend der Schutzfilm an dem Abschnitt, wo der Schutzfilm unnötig ist, zusammen mit der anorganischen Paste abgelöst wird, um selektiv den Schutzfilm auf der Heizvorrichtung und dem Wärmeerzeugungsabschnitt der Verdrahtungselektrode auf deren Rand auszubilden.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes nach Anspruch 1, bei dem die Hauptkomponente der anorganischen Paste zum Maskieren des Abschnitts, wo der Schutzfilm unnötig ist, ein Keramikpulver aus Aluminiumoxid, Silica oder dergleichen ist.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes nach Anspruch 1, bei dem eine Bindekomponente der anorganischen Paste zum Maskieren des Abschnitts, wo der Schutzfilm unnötig ist, Bentonit ist, das ein geschichtetes Silikat, das Feuchtigkeit enthält und dessen Hauptkomponente Montmorillonit ist, das ein Tonmaterial ist, und dergleichen ist.
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