JP4898171B2

JP4898171B2 - Method for manufacturing heating resistance element component, and thermal head and printer manufactured using the same

Info

Publication number: JP4898171B2
Application number: JP2005254447A
Authority: JP
Inventors: 利光師岡; 寛高橋; 義則佐藤; 法宜東海林
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP2007062304A

Description

この発明は、発熱抵抗素子部品の製造方法、および発熱抵抗素子およびプリンタに関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a heating resistor element, a heating resistor element, and a printer.

従来、発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドとして、例えば、特許文献１に示される構造のものが知られている。このサーマルヘッドは、絶縁基板本体と、前記絶縁基板本体の表面に形成されたアンダーグレーズ層とからなる絶縁基板の表面に、間隔をあけて複数の発熱抵抗体を配置するとともに、これらの発熱抵抗体に電力を供給する配線を敷設した構造を有している。アンダーグレーズ層の厚さ方向の中間位置に、発熱抵抗体の配列方向に沿って延びる帯状の空洞部を備えることにより、前記帯状の空洞部を熱伝導率の低い断熱層として機能させ、発熱抵抗体から絶縁基板側に流れる熱量を低減することで、発熱効率を向上することが考えられている（例えば特許文献１参照。）。 Conventionally, as a thermal head which is a heating resistor element component, for example, one having a structure shown in Patent Document 1 is known. In this thermal head, a plurality of heating resistors are arranged at intervals on the surface of an insulating substrate consisting of an insulating substrate body and an underglaze layer formed on the surface of the insulating substrate body. It has a structure in which wiring for supplying power to the body is laid. By providing a strip-shaped cavity extending along the arrangement direction of the heating resistors at an intermediate position in the thickness direction of the underglaze layer, the strip-shaped cavity functions as a heat insulating layer having a low thermal conductivity, thereby generating a heating resistor. It is considered to improve the heat generation efficiency by reducing the amount of heat flowing from the body to the insulating substrate side (see, for example, Patent Document 1).

帯状の空洞部は、アンダーグレーズ層を形成する際に、帯状のセルロース系樹脂を埋め込んでおき、焼成処理の際にこのセルロース系樹脂を蒸発させることで、アンダーグレーズ層の中に形成されている。
特開平６−１６６１９７号公報 The band-shaped cavity is formed in the underglaze layer by embedding the band-shaped cellulosic resin when the underglaze layer is formed, and evaporating the cellulosic resin during the baking process. .
JP-A-6-166197

しかしながら、特許文献１のサーマルヘッドには以下の欠点がある。 However, the thermal head of Patent Document 1 has the following drawbacks.

第１に、アンダーグレーズ層の厚さ方向の中間位置に空洞部を設ける従来の方法は、アンダーグレーズ下層の表面に、セルロース系樹脂からなる蒸発成分層を帯状に印刷して乾燥させ、その後、アンダーグレーズ下層と同一の絶縁材料からなるアンダーグレーズ表層形成ペーストを表面に形成して乾燥させる。さらに、このようにして積層された絶縁材料を約１３００℃の温度で焼成することにより、蒸発成分層を蒸発させるものである。したがって、発熱抵抗体の下方に空洞部を設けるために複雑な工程が必要であり、製造に時間を要するという問題がある。 First, the conventional method of providing a cavity at an intermediate position in the thickness direction of the underglaze layer is to print and dry an evaporative component layer made of a cellulose-based resin on the surface of the underglaze lower layer, An underglaze surface layer forming paste made of the same insulating material as the underglaze lower layer is formed on the surface and dried. Further, the insulating material laminated in this way is baked at a temperature of about 1300 ° C. to evaporate the evaporation component layer. Accordingly, there is a problem that a complicated process is required to provide the hollow portion below the heating resistor, and time is required for manufacturing.

第２に、空洞部を形成するために蒸発させる樹脂材料の寸法精度は低く、精密な形状の空洞部を形成することができない。このため、空洞部は、複数の発熱抵抗体の配列方向に沿って複数の発熱抵抗体に跨るように帯状に形成されるので、発熱抵抗体の位置におけるアンダーグレーズ層の強度が低く、印字の際に発熱抵抗体にかかる圧力によって、空洞部が潰れ易いという欠点がある。特に、発熱抵抗体との間に印刷用紙を挟むドラムは、発熱抵抗体の配列方向に沿って配されるため、アンダーグレーズ層が発熱抵抗体の配列方向に沿って割れる虞がある。 Second, the dimensional accuracy of the resin material that is evaporated to form the cavity is low, and it is not possible to form a precisely shaped cavity. For this reason, since the cavity is formed in a strip shape so as to straddle the plurality of heating resistors along the arrangement direction of the plurality of heating resistors, the strength of the underglaze layer at the position of the heating resistors is low, and printing is performed. In this case, there is a drawback that the cavity is easily crushed by the pressure applied to the heating resistor. In particular, since the drum sandwiching the printing paper with the heating resistor is arranged along the arrangement direction of the heating resistors, the underglaze layer may break along the arrangement direction of the heating resistors.

第３に、発熱抵抗体の下に空洞部を設けることで、絶縁基板本体方向への断熱効果はあるものの、厚さ方向の中間位置に空洞部を形成するためにアンダーグレーズ層自体が比較的厚く形成される必要がある。このため、アンダーグレーズ層に伝達された熱量がアンダーグレーズ層内に蓄積されることとなり、発熱抵抗体の表面側への熱量の伝達量が少なくなって、発熱効率が低下するという問題がある。 Thirdly, by providing the cavity under the heating resistor, there is a heat insulation effect toward the insulating substrate body, but the underglaze layer itself is relatively formed in order to form the cavity in the middle position in the thickness direction. It needs to be thick. For this reason, the amount of heat transferred to the underglaze layer is accumulated in the underglaze layer, and there is a problem that the amount of heat transferred to the surface side of the heat generating resistor is reduced and the heat generation efficiency is lowered.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減を図り、発熱抵抗体下部の基板の強度を向上し、簡易にかつ安価に製造することができる発熱抵抗素子部品の製造方法とその製造方法およびそれを用いて製造されたサーマルヘッドおよびサーマルプリンタを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and improves the heating efficiency of the heating resistor to reduce power consumption, improves the strength of the substrate under the heating resistor, and is simple and inexpensive. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a heating resistor element component that can be manufactured, a manufacturing method thereof, and a thermal head and a thermal printer manufactured using the manufacturing method.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.

本発明は、厚み方向に貫通する複数の柱状犠牲層が埋め込まれた犠牲層埋め込み基板を形成する犠牲層埋め込み基板形成ステップと、前記犠牲層埋め込み基板表面に絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜形成ステップと、形成された絶縁皮膜の表面に前記柱状犠牲層を覆う領域に発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成ステップと、前記発熱抵抗体に接続する配線を形成する配線形成ステップと、前記犠牲層埋め込み基板のアンダーコート形成面とは反対面の裏面側からウェットエッチング加工により前記柱状犠牲層を除去し、基板を厚さ方向に貫通する空洞部を形成する空洞部形成ステップとを含む発熱抵抗素子部品の製造方法を提供する。 The present invention includes a sacrificial layer embedded substrate forming step for forming a sacrificial layer embedded substrate in which a plurality of columnar sacrificial layers penetrating in the thickness direction are embedded, and an insulating film forming step for forming an insulating film on the surface of the sacrificial layer embedded substrate. A heating resistor forming step of forming a heating resistor in a region covering the columnar sacrificial layer on the surface of the formed insulating film; a wiring forming step of forming a wiring connected to the heating resistor; and sacrificial layer embedding A heating element element comprising: a hollow portion forming step of removing the columnar sacrificial layer by wet etching from the back side opposite to the undercoat forming surface of the substrate and forming a hollow portion penetrating the substrate in the thickness direction A manufacturing method is provided.

本発明によれば、前記犠牲層埋め込み基板形成ステップが、発熱抵抗素子部品を形成する支持基板に貫通孔を形成する基板貫通工程と、前記貫通孔に犠牲層を埋め込む犠牲層埋め込み工程から構成される。 According to the present invention, the sacrificial layer embedded substrate forming step includes a substrate penetrating step of forming a through hole in a support substrate on which the heating element element is formed, and a sacrificial layer embedding step of embedding the sacrificial layer in the through hole. The

また、本発明によれば、前記基板貫通工程が、前記支持基板の表面を形成する一方の面、もしくは裏面を形成する他方の面に貫通孔形成用マスクを形成した後、それをマスクとしてエッチング加工することにより行われる。 Further, according to the present invention, the substrate penetration step forms a through hole forming mask on one surface forming the front surface of the support substrate or the other surface forming the back surface, and then etching using the mask as a mask. This is done by processing.

また、本発明によれば、前記柱状犠牲層を金属材料で構成し、犠牲層埋め込み工程がめっき加工により行われる。 According to the present invention, the columnar sacrificial layer is made of a metal material, and the sacrificial layer embedding step is performed by plating.

本発明においては、予め厚さ方向に貫通する柱状犠牲層が埋め込まれた平坦な犠牲層埋め込み基板を作製した後、前記犠牲層埋め込み基板上に発熱抵抗体、配線等を形成し、最後に、前記犠牲層埋め込み基板中の柱状犠牲層を除去し、断熱層として機能する空洞部を形成すことにより、複数の微細な発熱抵抗体のそれぞれに対して、個別に設けられた空洞部を簡易に製造することができる。その結果、空洞部のない一般的な発熱抵抗体部品と同じように、発熱抵抗体や配線の形成に影響を与えることなく、発熱抵抗体直下に断熱層となる空洞部を形成した高い発熱効率を有する発熱抵抗素子部品を提供できる。 In the present invention, after preparing a flat sacrificial layer embedded substrate in which a columnar sacrificial layer penetrating in the thickness direction is embedded in advance, a heating resistor, wiring, etc. are formed on the sacrificial layer embedded substrate, and finally, By removing the columnar sacrificial layer in the sacrificial layer-embedded substrate and forming a cavity that functions as a heat insulating layer, the cavity provided individually for each of a plurality of fine heating resistors can be simplified. Can be manufactured. As a result, as in the case of general heating resistor parts without cavities, high heat generation efficiency is achieved by forming a cavity serving as a heat insulation layer directly under the heating resistor without affecting the formation of the heating resistor or wiring. It is possible to provide a heating resistance element component having

また、本発明においては、空洞部形成ステップで、多数の犠牲層埋め込み基板をバッチ処理することが可能であるため、このような製造方法を採用することにより発熱抵抗素子部品の生産性を向上させることができる。 Further, in the present invention, since a large number of sacrificial layer embedded substrates can be batch-processed in the cavity forming step, the productivity of the heating resistor element is improved by adopting such a manufacturing method. be able to.

また、本発明によって製造される発熱抵抗素子部品においては、各発熱抵抗体に対して個別に空洞部を設けるため、隣接する発熱抵抗体ごとに設けられた空洞部間に基板部分を残すことができる。空洞部間に残った基板部分は、厚さ方向に延び、発熱抵抗体の上面から加えられる押圧力を支持する支持部材として機能する。その結果、印刷時等に発熱抵抗体の上面側から押圧力を受けても、空洞部間に残った基板部分により押圧力が支持され、耐圧性能が向上する。柱状犠牲層上面と基板上面との段差を小さくでき、その後の各成膜工程を良好に行っていくことができるので、発熱体全体の機械的強度をさらに向上させることができる。 In addition, in the heating resistor element parts manufactured according to the present invention, since a hollow portion is individually provided for each heating resistor, a substrate portion may be left between the hollow portions provided for each adjacent heating resistor. it can. The substrate portion remaining between the cavities extends in the thickness direction and functions as a support member that supports the pressing force applied from the upper surface of the heating resistor. As a result, even if a pressing force is applied from the upper surface side of the heating resistor during printing or the like, the pressing force is supported by the substrate portion remaining between the hollow portions, and the pressure resistance performance is improved. Since the step between the upper surface of the columnar sacrificial layer and the upper surface of the substrate can be reduced and the subsequent film forming steps can be performed satisfactorily, the mechanical strength of the entire heating element can be further improved.

また、本発明においては、支持基板にシリコン基板を使用し、前記貫通孔形成工程が、ＳＦ₆とＣ₄Ｆ₈のガスを交互に導入してエッチングと側壁保護とを繰り返して大きなアスペクト比を得るＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いたエッチング加工であることとしてもよい。 In the present invention, a silicon substrate is used as the support substrate, and the through-hole forming step repeats etching and side wall protection by alternately introducing SF ₆ and C ₄ F ₈ gases to increase the aspect ratio. It may be an etching process using the obtained Deep-RIE.

このようにすることで、支持基板の一方の面に対して直交する方向に精度よく異方性エッチングを行うことができる。その結果、支持基板上の複数の微細な発熱抵抗体のそれぞれに対して、個別に設けられた貫通孔を簡易に製造することができる。 By doing in this way, anisotropic etching can be accurately performed in a direction orthogonal to one surface of the support substrate. As a result, it is possible to easily manufacture through holes provided individually for each of a plurality of fine heating resistors on the support substrate.

また、上記発明においては、支持基板に基板表面の結晶方位が１１０面のシリコン基板を使用し、前記貫通孔形成工程が、ウェットエッチング加工であることとしてもよい。 Moreover, in the said invention, it is good also as using a silicon substrate whose crystal orientation of a substrate surface is a 110 surface for a support substrate, and the said through-hole formation process is a wet etching process.

このようにすることで、リアクティブイオンエッチング加工と同様に、シリコン基板の表面に対して直交する方向に精度よく異方性エッチングを行い、シリコン基板上の複数の微細な発熱抵抗体のそれぞれに対して、個別に設けられた貫通孔を簡易に製造することができる。 In this way, as in the reactive ion etching process, anisotropic etching is accurately performed in a direction orthogonal to the surface of the silicon substrate, and each of a plurality of minute heating resistors on the silicon substrate is performed. On the other hand, the through-hole provided individually can be manufactured easily.

また、上記発明においては、前記貫通孔形成工程が、ドリルによる切削加工であるとしてもよい。 Moreover, in the said invention, the said through-hole formation process is good also as cutting by a drill.

このようにすることで、貫通孔加工用マスクを使うことなく、また、高真空装置を用いずに貫通孔を形成できるため、犠牲層埋め込み基板の作製を簡略化することができる。 By doing so, the through-hole can be formed without using a through-hole processing mask and without using a high-vacuum apparatus, so that the fabrication of the sacrificial layer embedded substrate can be simplified.

また、上記発明においては、前記貫通孔形成工程が、レーザー加工であるとしてもよい。 Moreover, in the said invention, the said through-hole formation process is good also as a laser processing.

このようにすることで、貫通孔加工用マスクを使うことなく、また、高真空装置を用いずに貫通孔を形成できるため、犠牲層埋め込み基板の作製を簡略化することができるほか、空洞部の寸法精度を向上させることができる。 In this way, the through-hole can be formed without using a through-hole processing mask and without using a high-vacuum apparatus, so that the fabrication of the sacrificial layer embedded substrate can be simplified and the cavity portion can be formed. Dimensional accuracy can be improved.

また、上記発明においては、前記柱状犠牲層に金属を用い、前記犠牲層埋め込み工程が、スクリーン印刷を用いてペースト状の金属を空洞部に充填することであるとしてもよい。 Moreover, in the said invention, a metal may be used for the said columnar sacrificial layer, and the said sacrificial layer embedding process is good also as filling a cavity with a paste-form metal using screen printing.

こうすることで、スクリーン印刷を用いて金属ペーストを空洞部８に充填することで、犠牲層埋め込み工程を簡略化することができる。 By doing so, the sacrificial layer embedding process can be simplified by filling the cavity 8 with the metal paste using screen printing.

また、上記発明においては、前記犠牲層埋め込み工程後、化学機械研磨(ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ)などの研磨加工を実施してもよい。 Moreover, in the said invention, you may implement polishing processes, such as chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical Polishing: CMP), after the said sacrificial layer embedding process.

こうすることで、犠牲層と支持基板との段差をなくすことができ、その後の各成膜工程を良好に行っていくことができるので、発熱抵抗体全体の機械的強度をさらに向上させることができる。 By doing so, the step between the sacrificial layer and the support substrate can be eliminated, and the subsequent film forming steps can be performed satisfactorily, so that the mechanical strength of the entire heating resistor can be further improved. it can.

さらにまた、上記発明においては、電極にＡｌ、犠牲層材料にＣｕ、Ｍｏ、Ｎｉのいずれかを用いて、犠牲層エッチング液に発煙硝酸を選択してもよい。 Furthermore, in the above invention, fuming nitric acid may be selected as the sacrificial layer etchant using Al as the electrode and Cu, Mo, or Ni as the sacrificial layer material.

こうすることで、発煙硝酸を用いてＣｕ、Ｍｏ、Ｎｉのいずれかにより形成された犠牲層をエッチングしている間、電極のダメージを減らすことができる。また、犠牲層を除去する際に、発熱抵抗素子部品表面の保護を必要としないため、作製工程を簡略化できる。 By doing so, the electrode damage can be reduced while the sacrificial layer formed of any one of Cu, Mo, and Ni is etched using fuming nitric acid. Further, when removing the sacrificial layer, it is not necessary to protect the surface of the heating resistor element part, so that the manufacturing process can be simplified.

また、本発明は、前記犠牲層埋め込み基板形成ステップが、第１の支持基板上に柱状犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、前記柱状犠牲層間の隔壁となる隔壁層を形成する隔壁層形成工程、前記柱状犠牲層と前記隔壁層の段差が無くなるように平坦化する平坦化工程、さらに、第１の支持基板を除去する第１の支持基板除去工程から構成されることとしてもよい。
Further, according to the present invention, the sacrificial layer embedded substrate forming step includes a sacrificial layer forming step of forming a columnar sacrificial layer on the first support substrate, and a partition layer forming of forming a partition layer serving as a partition between the columnar sacrificial layers It is good also as a process, the planarization process planarized so that the level | step difference of the said columnar sacrificial layer and the said partition layer may be eliminated, and also the 1st support substrate removal process of removing a 1st support substrate.

本発明によれば、犠牲層埋め込み基板形成ステップにより、隔壁層が第２の支持基板として機能し、柱状犠牲層が埋め込まれた隔壁層からなる犠牲層埋め込み基板が作製される。 According to the present invention, in the sacrificial layer embedded substrate forming step, the partition layer functions as the second support substrate, and a sacrificial layer embedded substrate including the partition layer embedded with the columnar sacrificial layer is manufactured.

また、本発明によれば、前記柱状犠牲層に金属を用い、前記犠牲層形成工程が電鋳法によって行われる。 Moreover, according to this invention, a metal is used for the said columnar sacrificial layer, and the said sacrificial layer formation process is performed by the electroforming method.

また、本発明によれば、前記隔壁層が金属、ガラス、アルミナ等のセラミックするであり、前記隔壁層形成工程が、スクリーン印刷により行われ、ペースト状の金属、ガラス、セラミックのいずれかを原料とし、乾燥、焼結されたのち、金属、ガラス、セラミックのいずれかの隔壁層が形成される。 According to the present invention, the partition layer is ceramic such as metal, glass, alumina, etc., and the partition layer forming step is performed by screen printing, and any one of paste-like metal, glass, and ceramic is used as a raw material. After drying and sintering, a partition wall layer of metal, glass, or ceramic is formed.

このようにすることで、前記の犠牲層埋め込み基板形成ステップを支持基板に貫通孔を形成する基板貫通工程と、前記貫通孔に柱状犠牲層を埋め込む犠牲層埋め込み工程で構成する発熱体素子部品製造方法と同様に、基板上の複数の微細な発熱抵抗体のそれぞれに対して、個別に設けられた空洞部を簡易に製造することができる。また、印刷時等に発熱抵抗体から押圧力を受けても、空洞部間に残った基板部分により押圧力が支持され、耐圧性能が向上する。柱状犠牲層上面と基板上面との段差を小さくでき、その後の各成膜工程を良好に行っていくことができるので、発熱体全体の機械的強度をさらに向上させることができる。 By doing so, the heating element element manufacturing comprising the sacrificial layer embedded substrate forming step by a substrate through step for forming a through hole in a support substrate and a sacrificial layer embedding step for embedding a columnar sacrificial layer in the through hole Similarly to the method, it is possible to easily manufacture individually provided cavities for each of a plurality of fine heating resistors on the substrate. Further, even when a pressing force is received from the heating resistor during printing or the like, the pressing force is supported by the substrate portion remaining between the hollow portions, and the pressure resistance performance is improved. Since the step between the upper surface of the columnar sacrificial layer and the upper surface of the substrate can be reduced and the subsequent film forming steps can be performed satisfactorily, the mechanical strength of the entire heating element can be further improved.

また、上記発明において、前記柱状犠牲層にフォトレジストを用い、前記犠牲層形成工程が、フォトリソグラフィ技術を用いて柱状犠牲層を形成した後、隔壁層形成工程において、前記隔壁層に金属を用い、前記フォトレジストをマスクとして電鋳法により隔壁層を形成する。 In the above invention, a photoresist is used for the columnar sacrificial layer, and the sacrificial layer forming step uses a photolithography technique to form the columnar sacrificial layer, and then a metal is used for the partition wall layer in the partition wall layer forming step. A partition layer is formed by electroforming using the photoresist as a mask.

このようにすることで、柱状犠牲層であるフォトレジストを隔壁層形成のためのマスクとして使用できるため、基板形成ステップを簡略化できる。また、最終的に発熱体部品の基板（第２の支持基板）となる隔壁層を金属材料で形成できるため、基板全体の発熱体全体の機械的強度をさらに向上させることができる。 By doing in this way, since the photoresist which is a columnar sacrificial layer can be used as a mask for barrier rib layer formation, a substrate formation step can be simplified. In addition, since the partition wall layer that finally becomes the substrate (second support substrate) of the heating element component can be formed of a metal material, the mechanical strength of the entire heating element of the entire substrate can be further improved.

また、上記発明においては、前記平坦化工程が、ＣＭＰなどの研磨加工であるとしてもよい。 Moreover, in the said invention, the said planarization process is good also as polishing processes, such as CMP.

こうすることで、犠牲層と隔壁層の段差をなくすことができ、その後の各成膜工程を良好に行っていくことができるので、発熱抵抗体全体の機械的強度をさらに向上させることができる。 By doing so, the step between the sacrificial layer and the partition wall layer can be eliminated, and the subsequent film forming steps can be performed satisfactorily, so that the mechanical strength of the entire heating resistor can be further improved. .

また、本発明は上記いずれかの発熱抵抗素子部品の製造方法を用いて作製される発熱抵抗素子部品を提供する。 In addition, the present invention provides a heating resistor element component produced by using any one of the above heating resistor element component manufacturing methods.

本発明によれば、発熱抵抗素子部品の空洞部が基板に直接設けられ、蓄熱層として機能するアンダーグレーズ層を有しないので、発熱抵抗体において発生した熱は、基板側に蓄熱されることなく発熱抵抗体上方に伝達され、感熱記録紙等への熱記録を行うため等に効率よく利用される。したがって、発熱抵抗体における消費電力を抑えることができる。 According to the present invention, since the cavity of the heating resistor element is directly provided on the substrate and does not have an underglaze layer that functions as a heat storage layer, the heat generated in the heating resistor is not stored on the substrate side. It is transmitted to the upper side of the heating resistor and is efficiently used for performing thermal recording on a thermal recording paper or the like. Therefore, power consumption in the heating resistor can be suppressed.

また、本発明は上記いずれかの発熱抵抗素子部品からなるサーマルヘッドを備えるプリンタを提供する。 In addition, the present invention provides a printer including a thermal head made of any one of the above heating resistor elements.

本発明によれば、発熱効率を向上して省電力化を図り、少ない電力で長時間にわたり印刷を行うことができる。 According to the present invention, heat generation efficiency can be improved to save power, and printing can be performed for a long time with less power.

本発明によれば、発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減を図り、発熱抵抗体下部の基板の強度を向上し、簡易にかつ安価に製造することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to improve the heat generation efficiency of the heat generating resistor to reduce power consumption, to improve the strength of the substrate under the heat generating resistor, and to be manufactured easily and inexpensively.

本発明の第１の実施形態に係る発熱抵抗素子部品とその製造方法について、図１、図２を参照して以下に説明する。 A heating resistor element component and a manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

本実施形態によって作製される発熱抵抗素子部品１は、サーマルプリンタに用いられるサーマルヘッド（以下、サーマルヘッド１という。）であって、図１に示されるように、支持基板２と、前記支持基板２上に形成されたアンダーコート３と、前記アンダーコート３上に形成された発熱抵抗体４と、前記発熱抵抗体４に接続される配線５ａ，５ｂと、発熱抵抗体４および配線５の上面を被覆する保護膜６とを備えている。 A heating resistor element component 1 manufactured according to the present embodiment is a thermal head (hereinafter referred to as a thermal head 1) used in a thermal printer, and as shown in FIG. 1, a supporting substrate 2 and the supporting substrate. 2, an undercoat 3 formed on the undercoat 3, a heating resistor 4 formed on the undercoat 3, wirings 5 a and 5 b connected to the heating resistor 4, and top surfaces of the heating resistor 4 and the wiring 5 And a protective film 6 for covering the film.

前記発熱抵抗体４は、図１（ｂ）に示されるように、支持基板２のアンダーコート上に一方向に間隔をあけて複数配列されている。 As shown in FIG. 1B, a plurality of the heating resistors 4 are arranged on the undercoat of the support substrate 2 with an interval in one direction.

前記配線５ａ，５ｂは、前記発熱抵抗体４の配列方向に直交する方向の一端に接続される共通配線５ａと、他端に接続される個別配線５ｂとから構成されている。 The wirings 5a and 5b are composed of a common wiring 5a connected to one end in a direction orthogonal to the arrangement direction of the heating resistors 4 and an individual wiring 5b connected to the other end.

前記支持基板２には、前記発熱抵抗体４によって覆われる領域に板厚方向に貫通する空洞部８が形成されている。空洞部８は、複数の発熱抵抗体４のそれぞれに個別に設けられ、隣り合う発熱抵抗体４に対応する空洞部８どうしは、支持基板２に設けられた隔壁９によって離隔されている。 The support substrate 2 is formed with a cavity 8 that penetrates in the thickness direction in a region covered with the heating resistor 4. The cavities 8 are individually provided for each of the plurality of heating resistors 4, and the cavities 8 corresponding to the adjacent heating resistors 4 are separated by a partition wall 9 provided on the support substrate 2.

各空洞部８は、図１（ａ）に示されるように、発熱抵抗体４の発熱有効面積に対応する位置に設けられている。ここで、発熱抵抗体４の発熱有効面積とは、発熱抵抗体４の範囲から配線５ａ，５ｂとの重複部分を除去した部分を意味する。 Each cavity 8 is provided at a position corresponding to the effective heating area of the heating resistor 4 as shown in FIG. Here, the heat generation effective area of the heat generating resistor 4 means a portion obtained by removing an overlapping portion with the wirings 5 a and 5 b from the range of the heat generating resistor 4.

空洞部８の内壁は、支持基板２の板厚方向に沿って真っ直ぐに延びている。したがって、空洞部８間に形成される隔壁９も板厚方向の全長にわたって真っ直ぐに延びている。 The inner wall of the cavity portion 8 extends straight along the thickness direction of the support substrate 2. Therefore, the partition wall 9 formed between the cavity portions 8 also extends straight over the entire length in the plate thickness direction.

次に、サーマルヘッド１の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示されるように、一定の厚さを有する支持基板２の裏面（以下、裏面という。）にエッチングのための貫通孔形成用マスク１３を形成する。具体的には、支持基板２にはシリコン基板を用い、支持基板２のアンダーコートとは反対面の裏面側に、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition
）法のいずれかの方法によりマスク材料からなる貫通孔形成用マスク７が成膜される。マスク材料としては、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄等の絶縁材料、あるいは、Ａｌ、Ｃｒ等の金属材
料が用いられる。支持基板２および貫通孔形成用マスク７の厚さ寸法はそれぞれ、数百μｍおよび数μｍである。基板材料としては、シリコン以外に、ガラス、Ａｌ₂Ｏ₃などのセラミック、ＦＲＰ（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）、ポリイミド、ガラスエポキシなどの樹脂等が用いられる。 Next, a method for manufacturing the thermal head 1 will be described. First, as shown in FIG. 2A, a through hole forming mask 13 for etching is formed on the back surface (hereinafter referred to as the back surface) of the support substrate 2 having a certain thickness. Specifically, a silicon substrate is used as the support substrate 2, and a sputtering method, a vacuum deposition method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) is formed on the back side of the support substrate 2 opposite to the undercoat.
The through hole forming mask 7 made of a mask material is formed by any one of the above methods. As the mask material, an insulating material such as SiO ₂ or Si ₃ N ₄ or a metal material such as Al or Cr is used. The thickness dimensions of the support substrate 2 and the through hole forming mask 7 are several hundred μm and several μm, respectively. As the substrate material, glass, ceramics such as Al ₂ O ₃ , resin such as FRP (Fiber Reinforced Plastics), polyimide, and glass epoxy are used in addition to silicon.

貫通孔形成用マスク７の表面にフォトレジスト（図示略）でパターニングした後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチングまたはウェットエッチングを行い、貫通孔形成用マスク７を形成する。貫通孔形成用マスク７は、支持基板２に空洞部８を形成するためのもので、発熱抵抗体４が配されることとなる領域の相対位置に貫通孔形成用マスク７を形成し、残りの領域を被覆するようにパターニングされる。本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、図１に示されるように、貫通孔形成用マスク７のパターニングで形成された貫通孔形成用マスク７の大きさは、発熱抵抗体４の発熱有効面積と同じになっている。 After patterning the surface of the through-hole forming mask 7 with a photoresist (not shown), dry etching or wet etching by reactive ion etching (RIE) is performed to form the through-hole forming mask 7. The through-hole forming mask 7 is for forming the cavity 8 in the support substrate 2, and the through-hole forming mask 7 is formed at the relative position of the region where the heating resistor 4 is to be disposed, and the rest It is patterned so as to cover the region. According to the thermal head 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the size of the through-hole forming mask 7 formed by patterning the through-hole forming mask 7 is effective in generating heat from the heating resistor 4. It is the same as the area.

次に、図２（ｂ）に示されるように、図２（ａ）で形成された貫通孔形成用マスク７をマスクとして、支持基板２のアンダーコート３を形成した面とは反対側の裏面から、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によるドライエッチング法により、シリコン支持基板２をエッチングして裏面側から貫通する空洞部８を形成する。 Next, as shown in FIG. 2B, using the through hole forming mask 7 formed in FIG. 2A as a mask, the back surface of the support substrate 2 opposite to the surface on which the undercoat 3 is formed. Then, the silicon support substrate 2 is etched by a dry etching method using RIE (Reactive Ion Etching) to form a cavity 8 penetrating from the back side.

次に、図２(ｃ)に示されるように空洞部８に酸性、または、アルカリ性、または、有機系の溶液で溶解可能な材料を埋め込み、柱状犠牲層７を形成する。酸性溶液に溶解可能な犠牲層材料としては、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｆｅ，Ｎｉなどある。アルカリ性に溶解可能な犠牲層材料としては、ノボラック樹脂系のフォトレジストなどがある。有機溶剤に溶解可能な材料として、フォトレジストや樹脂材料がある。 Next, as shown in FIG. 2C, the columnar sacrificial layer 7 is formed by filling the cavity 8 with a material that can be dissolved in an acidic, alkaline, or organic solution. Examples of the sacrificial layer material that can be dissolved in the acidic solution include Cu, Mo, Fe, and Ni. Examples of the sacrificial layer material that can be dissolved alkaline include a novolak resin-based photoresist. As a material that can be dissolved in an organic solvent, there are a photoresist and a resin material.

埋め込み方法としては、犠牲層材料に金属材料を用いて、めっきにより埋め込む方法がある。その他、スクリーン印刷法により、空洞８に金属ペーストを埋め込み、乾燥、熱処理を行い、金属犠牲層を形成する方法もある。その他、フォトレジストや過熱処理や紫外線照射などにより硬化する樹脂を用いて、樹脂を液体の状態で貫通孔に埋め込み、過熱処理や紫外線照射を行い、樹脂を硬化させる。さらに、溶融した金属を大気圧もしくは減圧状態で空洞部８に埋め込み、冷却して金属犠牲層を形成する方法もある。 As an embedding method, there is a method of embedding by plating using a metal material as a sacrificial layer material. In addition, there is a method of forming a metal sacrificial layer by embedding a metal paste in the cavity 8 by screen printing and performing drying and heat treatment. In addition, using a photoresist or a resin that is cured by overheat treatment or ultraviolet irradiation, the resin is embedded in the through-hole in a liquid state, and overheat treatment or ultraviolet irradiation is performed to cure the resin. Further, there is a method in which a molten metal is buried in the cavity 8 at atmospheric pressure or reduced pressure and cooled to form a metal sacrificial layer.

次に、図２(ｄ)に示されるように基板表面を平坦化加工する。平坦化加工として、砥石を使う研削加工、細かい粒径の研磨剤を含む研磨液による機械研磨加工、化学機械研磨（（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）が用いられる。ここまでの工程で犠牲層材料が埋め込まれ、表面が平坦な犠牲層埋め込み基板１５が形成される。 Next, the substrate surface is planarized as shown in FIG. As the planarization, grinding using a grindstone, mechanical polishing with a polishing liquid containing a fine particle size abrasive, and chemical mechanical polishing (CMP) are used. A sacrificial layer embedded substrate 15 which is embedded and has a flat surface is formed.

次に、図２（ｅ）に示されるように支持基板２の表面に絶縁材料からなるアンダーコート３を成膜する。その材料としては、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂０₅、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、Ｓｉ₃Ｎ₄等が用いられ、スパッタリングや蒸着法等により成膜される。アンダーコート３の厚さ寸法は数百μｍ〜数μｍである。 Next, an undercoat 3 made of an insulating material is formed on the surface of the support substrate 2 as shown in FIG. As the material, SiO ₂ , SiO, Al ₂ O ₃ , Ta ₂ 0 ₅ , sialon (SiAlON), Si ₃ N ₄ or the like is used, and the film is formed by sputtering or vapor deposition. The thickness of the undercoat 3 is several hundred μm to several μm.

次いで、図２（ｆ）に示されるように、シリコン支持基板２表面のアンダーコート３上に発熱抵抗体４を形成する。発熱抵抗体４としては、Ｔａ系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料を用いる。この発熱抵抗体材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜し、リフトオフ法もしくはエッチング法により発熱抵抗体４を形成する。 Next, as shown in FIG. 2 (f), a heating resistor 4 is formed on the undercoat 3 on the surface of the silicon support substrate 2. As the heating resistor 4, a heating resistor material such as Ta-based or silicide-based is used. The heat generating resistor material is formed into a film by sputtering, vapor deposition or the like, and the heat generating resistor 4 is formed by lift-off method or etching method.

次いで、図２（ｇ）に示されるように、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜し、リフトオフ法もしくはエッチング法により個別配線５ｂおよび共通配線５ａを形成する。その後、図２（ｈ）に示されるように、Ｓｉ０₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜する。保護膜６は、シリコン支持基板２表面の発熱抵抗体４および配線５ａ，５ｂ全面を被覆するように形成される。 Next, as shown in FIG. 2G, a wiring material such as Al, Al-Si, or Au is formed by sputtering or vapor deposition, and the individual wiring 5b and the common wiring 5a are formed by a lift-off method or an etching method. To do. Thereafter, as shown in FIG. 2H, a protective film material such as SiO ₂ , Ta ₂ O ₅ , SiAlON, Si ₃ N ₄ is formed by sputtering, ion plating, CVD, or the like. The protective film 6 is formed to cover the entire surface of the heating resistor 4 and the wirings 5a and 5b on the surface of the silicon support substrate 2.

最後に、図２（ｉ）に示されるように、支持基板２の裏面側から、ウェットエッチングにより図２（ｃ）で形成された柱状犠牲層を除去し、アンダーコート３裏面に到達する空洞部８を形成する。ウェットエッチングに用いられる溶解液として、犠牲層材料にＣｕ、Ｆｅ，Ｎｉを用いる場合、塩化第II鉄（ＦｅＣｌ₃）溶液、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄
）溶液やそれらを含む混合液が用いられる。また、犠牲層材料にＭｏを用いる場合、硝酸（ＨＮＯ₃）溶液、および、それらを含む混合液が用いられる。また、ノボラック樹脂系のフォトレジストの犠牲層には、アルカリ溶液をウェットエッチングの溶解液として用いることができる。また、樹脂の犠牲層材料には、有機系溶液がウェットエッチングの溶解液として用いることができる。 Finally, as shown in FIG. 2 (i), the columnar sacrificial layer formed in FIG. 2 (c) is removed from the back surface side of the support substrate 2 by wet etching, and the cavity reaches the back surface of the undercoat 3. 8 is formed. When Cu, Fe, or Ni is used as a sacrificial layer material as a solution used for wet etching, ferric chloride (FeCl ₃ ) solution, sulfuric acid (H ₂ SO ₄₎
) A solution or a mixed solution containing them is used. When Mo is used as the sacrificial layer material, a nitric acid (HNO ₃ ) solution and a mixed solution containing them are used. An alkaline solution can be used as a wet etching solution for the sacrificial layer of the novolak resin-based photoresist. An organic solution can be used as the wet etching solution for the resin sacrificial layer material.

これにより、図１に示されるように、サーマルヘッド１が製造される。 Thereby, as shown in FIG. 1, the thermal head 1 is manufactured.

本発明によれば、予め基板を厚さ方向に貫通する柱状犠牲層を埋め込んだ平坦な犠牲層埋め込み基板１５を作製した後、犠牲層埋め込み基板１５上に発熱抵抗体４や発熱抵抗体に電力を供給する配線５ａ、５ｂ等を形成し、最後に、支持基板２中の柱状犠牲層７を除去し、断熱層として機能する空洞部８を形成するため、基板上の複数の微細な発熱抵抗体４のそれぞれに対して、個別に設けられた空洞部８を簡易に製造することができる。その結果、一般的なサーマルヘッド製造プロセス（空洞部を持たないサーマルヘッド製造プロセス）と同様に、発熱抵抗体４や配線５ａ、５ｂの形成に影響を与えることなく、発熱抵抗体直下に断熱層となる空洞部を形成した高い発熱効率を有するサーマルヘッド１を提供できる。 According to the present invention, the flat sacrificial layer embedded substrate 15 in which the columnar sacrificial layer penetrating the substrate in the thickness direction is fabricated in advance, and then the heating resistor 4 and the heating resistor are powered on the sacrificial layer embedded substrate 15. Wiring 5a, 5b, etc. are formed, and finally, the columnar sacrificial layer 7 in the support substrate 2 is removed to form a cavity 8 that functions as a heat insulating layer. The cavity 8 provided individually for each of the bodies 4 can be easily manufactured. As a result, as in the general thermal head manufacturing process (thermal head manufacturing process without a cavity), the heat insulating layer is formed directly under the heating resistor without affecting the formation of the heating resistor 4 and the wirings 5a and 5b. Thus, it is possible to provide a thermal head 1 having a high heat generation efficiency in which a hollow portion is formed.

また、本発明によれば、図２（ｉ）の空洞部形成工程において、多数の犠牲層埋め込み基板１５をバッチ処理できるため、このような製造方法を採用することにより発熱抵抗部品の生産性を向上することができる。 In addition, according to the present invention, since a large number of sacrificial layer embedded substrates 15 can be batch-processed in the cavity forming step shown in FIG. 2 (i), the productivity of the heating resistor component can be increased by employing such a manufacturing method. Can be improved.

また、本発明によれば、各発熱抵抗体４に対して個別に空洞部８を設けることで、隣接する発熱抵抗体ごとに設けられた空洞部間に基板部分（隔壁９）を残すことができる。隔壁９は、厚さ方向に延び、発熱抵抗体の上面から加えられる押圧力を支持する支持部材として機能する。その結果、印刷時等に発熱抵抗体の上面側から押圧力を受けても、空洞部間に残った隔壁９により押圧力が支持され、耐圧性能が向上する。柱状犠牲層７上面と支持基板２上面との段差を小さくでき、その後の各成膜工程を良好に行っていくことができるので、発熱体全体の機械的強度をさらに向上させることができる。 Further, according to the present invention, by providing the cavity portion 8 for each heating resistor 4 individually, the substrate portion (partition wall 9) can be left between the cavity portions provided for each adjacent heating resistor. it can. The partition wall 9 extends in the thickness direction and functions as a support member that supports the pressing force applied from the upper surface of the heating resistor. As a result, even when a pressing force is applied from the upper surface side of the heating resistor during printing or the like, the pressing force is supported by the partition walls 9 remaining between the hollow portions, and the pressure resistance performance is improved. Since the step between the upper surface of the columnar sacrificial layer 7 and the upper surface of the support substrate 2 can be reduced and the subsequent film forming steps can be performed satisfactorily, the mechanical strength of the entire heating element can be further improved.

また、発熱抵抗体４の発熱有効面積部分の下方には、極薄いアンダーコート３が設けられ、さらにその下方には支持基板２が存在しない空洞部８が設けられているので、空洞部８が断熱層として機能し、発熱抵抗体４で発生した熱量の支持基板２側への流出や支持基板２内への蓄熱を抑制することができる。そして、数百μｍという比較的厚い断熱層８が形成されるので、非常に高い断熱効果を得ることができ、その結果、非常に高い発熱効率を得ることができる。 In addition, an extremely thin undercoat 3 is provided below the heat generation effective area portion of the heating resistor 4, and a cavity 8 without the support substrate 2 is provided below the undercoat 3. It functions as a heat insulating layer and can suppress the outflow of heat generated in the heating resistor 4 to the support substrate 2 side and the heat storage in the support substrate 2. And since the comparatively thick heat insulation layer 8 of several hundred micrometers is formed, a very high heat insulation effect can be acquired and, as a result, a very high heat generation efficiency can be obtained.

特に、本実施形態によって作製されるサーマルヘッド１によれば、空洞部８に対応する発熱有効面積部分には、発熱抵抗体４に重なる保護膜６とアンダーコート３しか存在しないので、発熱抵抗体４全体の熱容量を極めて小さくすることができる。したがって、発熱抵抗体４において発熱した熱量の支持基板２側への流入のみならず、支持基板２への蓄積も少ないため応答性に優れ、高速印字が可能なサーマルヘッド１を実現できる。その結果、アンダーグレーズ層を有し空洞部８を有しない従来のサーマルヘッドに比べ２倍以上の発熱効率を得ることができる。 In particular, according to the thermal head 1 manufactured according to the present embodiment, only the protective film 6 and the undercoat 3 that overlap the heat generating resistor 4 are present in the heat generation effective area corresponding to the cavity portion 8. The heat capacity of the entire 4 can be made extremely small. Therefore, not only the amount of heat generated in the heat generating resistor 4 flows into the support substrate 2 but also the accumulation on the support substrate 2 is small, so that the thermal head 1 having excellent responsiveness and capable of high-speed printing can be realized. As a result, it is possible to obtain heat generation efficiency more than twice that of a conventional thermal head that has an underglaze layer and does not have a cavity 8.

また、フォトリソグラフィ技術や、ドライエッチング、ウェットエッチングなどを使うエッチング加工や、スパッタ、めっきなどを使う成膜加工や、研磨による平坦化加工という通常の薄膜製造プロセスを用いることができるため、数μｍの加工精度で空洞部８を形成することができ、多数の微細な発熱抵抗体４を直線状に高密度に配列したサーマルヘッド１を簡易に製造することができる。 In addition, it is possible to use a normal thin film manufacturing process such as a photolithographic technique, an etching process using dry etching or wet etching, a film forming process using sputtering or plating, or a flattening process by polishing. The cavity 8 can be formed with the above processing accuracy, and the thermal head 1 in which a large number of fine heating resistors 4 are arranged in a straight line at a high density can be easily manufactured.

また、基板材料にシリコンを用いた場合の貫通加工方法として、ＳＦ₆とＣ₄Ｆ₈のガスを交互に導入してエッチングと側壁保護とを繰り返して大きなアスペクト比を得るＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いることにより、深さ数百μｍを持ち、支持基板２表面に対して垂直な空洞部８を高精度で形成することができる。また、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによりシリコン支持基板２をエッチング加工する場合、その形状は支持基板２の結晶方向に依存せず、サーマルヘッド１の配列方向を自由に選択することができるという利点がある。 In addition, as a through hole processing method when silicon is used as a substrate material, Deep-RIE is used in which SF ₆ and C ₄ F ₈ gases are alternately introduced to repeat etching and sidewall protection to obtain a large aspect ratio. Thus, the cavity 8 having a depth of several hundred μm and perpendicular to the surface of the support substrate 2 can be formed with high accuracy. Further, when the silicon support substrate 2 is etched by deep-RIE, the shape thereof does not depend on the crystal direction of the support substrate 2 and there is an advantage that the arrangement direction of the thermal head 1 can be freely selected.

また、基板材料にシリコンを用いた場合の貫通加工方法として、支持基板２に図４（１１０）面を表面とする単結晶シリコン支持基板２（シリコン（１１０）基板）を用いるとともに、ＫＯＨあるいはＴＭＡＨ等のアルカリ溶液でウェットエッチングを行うことにより、シリコン支持基板２表面に対して垂直な空洞部８を高精度で形成することができる。シリコン（１１０）支持基板２に対してアルカリ溶液による異方性エッチングを行う場合、シリコン（１１０）支持基板２の（１１０）面に対して垂直方向にエッチングが進行する。ウェットエッチングはバッチ処理に適しているため、このような製造方法を採用することによりサーマルヘッド１の生産性を向上することができる。 In addition, as a through hole processing method when silicon is used as a substrate material, a single crystal silicon support substrate 2 (silicon (110) substrate) having a (110) plane in FIG. 4 is used as the support substrate 2, and KOH or TMAH is used. By performing wet etching with an alkaline solution such as the above, the cavity 8 perpendicular to the surface of the silicon support substrate 2 can be formed with high accuracy. When anisotropic etching with an alkaline solution is performed on the silicon (110) support substrate 2, the etching proceeds in a direction perpendicular to the (110) plane of the silicon (110) support substrate 2. Since wet etching is suitable for batch processing, the productivity of the thermal head 1 can be improved by adopting such a manufacturing method.

図３は、シリコン（１１０）基板を用いた異方性ウェットエッチング２より作成されたサーマルヘッド１の一例を示す。空洞部８の側壁面を第１の劈開方向あるいは第２の劈開方向と平行に配置する必要があるため、貫通孔形成用マスク７のエッチング窓７の形状は平行四辺形となる。図４にシリコン（１１０）支持基板２上にサーマルヘッド１を配置したシリコンウェハのレイアウトを示す。図中のサーマルヘッド１は平行四辺形をしたエッチング窓７の各辺がシリコン（１１０）支持基板２の第１の劈開方向あるいは第２の劈開方向に平行となるように配置されている。 FIG. 3 shows an example of a thermal head 1 formed by anisotropic wet etching 2 using a silicon (110) substrate. Since it is necessary to arrange the side wall surface of the cavity 8 in parallel with the first cleavage direction or the second cleavage direction, the shape of the etching window 7 of the through-hole forming mask 7 is a parallelogram. FIG. 4 shows a layout of a silicon wafer in which the thermal head 1 is arranged on the silicon (110) support substrate 2. The thermal head 1 in the drawing is arranged so that each side of the parallelogram-shaped etching window 7 is parallel to the first cleavage direction or the second cleavage direction of the silicon (110) support substrate 2.

また、貫通加工方法としてサンドブラスト法を用いことで、大気圧中での貫通加工が可能となるため、貫通工程の簡略化が可能となる。 Further, by using the sand blasting method as the penetrating method, the penetrating process in the atmospheric pressure can be performed, so that the penetrating process can be simplified.

また、図２(ｃ)の犠牲層材料の埋め込み工程で、スクリーン印刷を用いて金属ペーストを空洞部８に充填することで、犠牲層埋め込み工程を簡略化することができる。 Further, in the sacrificial layer material embedding step of FIG. 2C, the sacrificial layer embedding step can be simplified by filling the cavity 8 with the metal paste using screen printing.

また、図２(ｄ)で、ＣＭＰ法等の研磨技術を施すことにより、犠牲層材料７上面と支持基板２上面の段差をなくすことができ、その後の各成膜工程を良好に行っていくことができるので、発熱抵抗体全体の機械的強度をさらに向上させることができる。 Further, in FIG. 2D, by applying a polishing technique such as a CMP method, a step between the upper surface of the sacrificial layer material 7 and the upper surface of the support substrate 2 can be eliminated, and each subsequent film forming step is performed favorably. Therefore, the mechanical strength of the entire heating resistor can be further improved.

さらにまた、電極５にＡｌ、犠牲層材料７にＣｕ、Ｍｏ、Ｎｉのいずれか、エッチング液に発煙硝酸を選択した場合、発煙硝酸を用いてＭｏ犠牲層をエッチングしている間、電極のダメージを減らすことができるため、発熱抵抗素子部品表面の保護を必要としないため、作製工程を簡略化できる。 Furthermore, when Al is used for the electrode 5, Cu, Mo, or Ni is selected for the sacrificial layer material 7, and fuming nitric acid is selected as the etching solution, damage to the electrode is caused while the Mo sacrificial layer is etched using fuming nitric acid. Therefore, it is not necessary to protect the surface of the heating resistance element component, so that the manufacturing process can be simplified.

次に、本発明の第２の実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法について、図５および図６を参照して以下に説明する。 Next, a method for manufacturing a heating resistor element component according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

なお、本実施形態の説明においては、上述した第１の実施形態によって作製されるサーマルヘッド１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。 In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as that of the thermal head 1 manufactured according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.

本実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法は、犠牲層埋め込み基板作製での貫通加工方法が、貫通孔形成用マスクを用いず、支持基板２に直接貫通孔８が形成されている点で第１の実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法と相違している。 In the manufacturing method of the heating element element according to the present embodiment, the through hole processing method in the production of the sacrificial layer embedded substrate is such that the through hole 8 is directly formed in the support substrate 2 without using the through hole forming mask. This is different from the method of manufacturing the heating resistor element component according to the first embodiment.

次に、サーマルヘッド１０の製造方法について説明する。まず、図６（ａ）に示されるように一定の厚さを有する支持基板２に、基板の厚さ方向に貫通する空洞部を直接形成する。具体的には、支持基板２にはアルミなどの金属材料からなる基板を用い、ドリルによる切削加工により、支持基板２に空洞部８を形成する。 Next, a method for manufacturing the thermal head 10 will be described. First, as shown in FIG. 6A, a hollow portion penetrating in the thickness direction of the substrate is directly formed in the support substrate 2 having a certain thickness. Specifically, a substrate made of a metal material such as aluminum is used as the support substrate 2, and the cavity 8 is formed in the support substrate 2 by cutting with a drill.

空洞部形成法の他の方法として、レーザー加工も用いることもできる。レーザー加工を使う場合、基板材料としては、金属以外にガラス、アルミナなどのセラミック、ＦＲＰ、ポリイミドなどの樹脂を用いることもできる。基板材料の厚み寸法は、数百μｍ〜数ｍｍである。 Laser processing can also be used as another method for forming the cavity. When using laser processing, as a substrate material, glass, ceramic such as alumina, resin such as FRP, polyimide, etc. can be used in addition to metal. The thickness dimension of the substrate material is several hundred μm to several mm.

次に、図６(ｂ)に示されるように空洞部８に酸性、または、アルカリ性、または、有機系の溶液で溶解可能な材料を埋め込み、柱状犠牲層７を形成する。酸性溶液に溶解可能な犠牲層材料としては、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｆｅ，Ｎｉなどある。アルカリ性に溶解可能な犠牲層材料としては、ノボラック樹脂系のフォトレジストなどがある。有機溶剤に溶解可能な材料として、フォトレジストや樹脂材料がある。 Next, as shown in FIG. 6 (b), a columnar sacrificial layer 7 is formed by filling the cavity 8 with a material that can be dissolved in an acidic, alkaline, or organic solution. Examples of the sacrificial layer material that can be dissolved in the acidic solution include Cu, Mo, Fe, and Ni. Examples of the sacrificial layer material that can be dissolved alkaline include a novolak resin-based photoresist. As a material that can be dissolved in an organic solvent, there are a photoresist and a resin material.

埋め込み方法としては、犠牲層材料に金属材料を用いて、めっきにより埋め込む方法がある。その他、スクリーン印刷法により、空洞部８に金属ペーストを埋め込み、乾燥、熱処理を行い、金属犠牲層を形成する方法もある。その他、フォトレジストや過熱処理、紫外線照射などにより硬化する樹脂を用いて、樹脂を液体の状態で貫通孔を埋め込み、過熱処理、紫外線照射を行い、樹脂を硬化させる方法もある。さらに、金属を過熱し溶融した後、大気もしくは真空中で液体になった金属を空洞８に埋め込む方法もある。 As an embedding method, there is a method of embedding by plating using a metal material as a sacrificial layer material. In addition, there is also a method of forming a metal sacrificial layer by embedding a metal paste in the cavity 8 by screen printing and performing drying and heat treatment. In addition, there is a method in which a resin that is hardened by a photoresist, overheat treatment, ultraviolet irradiation, or the like is used, and the resin is filled with a through hole, and the resin is cured by overheat treatment and ultraviolet irradiation. Further, there is a method in which after the metal is heated and melted, the metal that has become liquid in the atmosphere or vacuum is embedded in the cavity 8.

次に、図６(ｃ)に示されるように基板表面を平坦化加工する。平坦化加工として、砥石を使う研削加工、細かい粒径の研磨剤を含む研磨液による機械研磨加工、ＣＭＰが用いられる。ここまでの工程で犠牲層材料が埋め込まれ、表面が平坦な犠牲層埋め込み基板１５が形成される。 Next, the substrate surface is planarized as shown in FIG. As the flattening process, a grinding process using a grindstone, a mechanical polishing process using a polishing liquid containing an abrasive having a fine particle diameter, and CMP are used. The sacrificial layer material is embedded by the steps so far, and the sacrificial layer embedded substrate 15 having a flat surface is formed.

図６（ｄ）〜図６（ｉ）では第一の実施形態と同じ方法で、アンダーコート３、発熱抵抗体４、電極配線５ａ、５ｂ、保護膜６、空洞部８が形成される。 6D to 6I, the undercoat 3, the heating resistor 4, the electrode wirings 5a and 5b, the protective film 6, and the cavity 8 are formed by the same method as in the first embodiment.

これにより、図５に示されるように、サーマルヘッド１０が製造される。 Thereby, as shown in FIG. 5, the thermal head 10 is manufactured.

本発明によれば、発熱抵抗体４や発熱抵抗体に電力を供給する配線５ａ、５ｂを形成する前に、基板の厚さ方向に柱状犠牲層を埋め込んだ平坦な犠牲層埋め込み基板１５を作製し、基板上に発熱抵抗体４を形成した後、最終工程で柱状犠牲層７を除去するため、第一の実施形態に示した発熱体素子部品の作製方法と同様に、基板上の複数の微細な発熱抵抗体４のそれぞれに対して、個別に設けられた空洞部８を簡易に製造することができる。その結果、一般的なサーマルヘッド製造プロセス（空洞部を持たないサーマルヘッド製造プロセス）と同様に、発熱抵抗体４や配線５ａ、５ｂの形成に影響を与えることなく、発熱抵抗体直下に断熱層となる空洞部を形成した高い発熱効率を有するサーマルヘッド１０を提供できる。 According to the present invention, the flat sacrificial layer embedded substrate 15 in which the columnar sacrificial layer is embedded in the thickness direction of the substrate is formed before the heat generating resistor 4 and the wirings 5a and 5b for supplying power to the heat generating resistor are formed. In order to remove the columnar sacrificial layer 7 in the final process after the heating resistor 4 is formed on the substrate, a plurality of elements on the substrate are formed in the same manner as in the method for manufacturing the heating element component shown in the first embodiment. The cavity 8 provided individually for each of the fine heating resistors 4 can be easily manufactured. As a result, as in the general thermal head manufacturing process (thermal head manufacturing process without a cavity), the heat insulating layer is formed directly under the heating resistor without affecting the formation of the heating resistor 4 and the wirings 5a and 5b. Thus, it is possible to provide the thermal head 10 having a high heat generation efficiency in which a hollow portion is formed.

また、前記基板貫通工程において、ドリルによる切削加工により貫通孔を形成することで、フォトリソグラフィを用いて形成される貫通孔加工用マスクを用いて貫通孔を加工する第一実施形態に比べ、平面寸法精度は劣るが、貫通孔加工用マスクを使うことなく、また、高真空装置を用いずに貫通孔を形成できるため、犠牲層埋め込み基板の作製を簡略化することができる。 Moreover, in the said board | substrate penetration process, compared with 1st embodiment which processes a through-hole using the mask for through-hole processing formed using photolithography by forming a through-hole by cutting with a drill, it is a plane. Although the dimensional accuracy is inferior, the through-hole can be formed without using a through-hole processing mask and without using a high vacuum apparatus, so that the fabrication of the sacrificial layer embedded substrate can be simplified.

またさらに、上記発明の基板貫通工程において、レーザー加工を使うことで、貫通孔加工用マスクを使うことなく、また、高真空装置を用いずに貫通孔を形成できるため、犠牲層埋め込み基板の作製を簡略化することができるほか、空洞部形成における寸法精度を向上させることができる。 Furthermore, in the substrate penetration process of the above invention, by using laser processing, a through-hole can be formed without using a through-hole processing mask and without using a high vacuum device. In addition, the dimensional accuracy in forming the cavity can be improved.

次に、本発明の第３の実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法について、図７および図８を参照して以下に説明する。 Next, a method for manufacturing a heating resistor element according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

本実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法は、犠牲層埋め込み基板の作製方法が、まず第１の支持基板１２上に柱状犠牲層７を形成したのち、柱状犠牲層間の隔壁となる隔壁層１４を形成した後、第１の支持基板１２を除去することで、隔壁層が第２の支持基板として機能し、柱状犠牲層が埋め込まれた隔壁層が犠牲層埋め込み基板となっている点で第１の実施形態および第２の実施形態に係る発熱抵抗素子部品の製造方法と相違している。 In the manufacturing method of the heating resistor element component according to the present embodiment, the method of manufacturing the sacrificial layer embedded substrate is such that the columnar sacrificial layer 7 is first formed on the first support substrate 12 and then the partition layer serving as the partition between the columnar sacrificial layers. 14 is removed, the first support substrate 12 is removed, so that the partition layer functions as the second support substrate, and the partition layer embedded with the columnar sacrificial layer is the sacrificial layer embedded substrate. This is different from the method for manufacturing the heating resistance element component according to the first embodiment and the second embodiment.

次に、サーマルヘッド１１の製造方法について説明する。まず、図８（ａ）に示されるように、一定の厚さを有する第１の支持基板１２上に、酸性、または、アルカリ性、または、有機系の溶液で溶解可能な材料を埋め込み、柱状犠牲層７を形成する。酸性溶液に溶解可能な犠牲層材料としては、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｆｅ，Ｎｉなどある。アルカリ性に溶解可能な犠牲層材料としては、ノボラック樹脂系のフォトレジストなどがある。有機溶剤に溶解可能な材料として、フォトレジストや樹脂材料がある。 Next, a method for manufacturing the thermal head 11 will be described. First, as shown in FIG. 8A, a material that can be dissolved in an acidic, alkaline, or organic solution is embedded on a first support substrate 12 having a certain thickness, and a columnar sacrificial material is formed. Layer 7 is formed. Examples of the sacrificial layer material that can be dissolved in the acidic solution include Cu, Mo, Fe, and Ni. Examples of the sacrificial layer material that can be dissolved alkaline include a novolak resin-based photoresist. As a material that can be dissolved in an organic solvent, there are a photoresist and a resin material.

柱状犠牲層の形成は、フォトレジスト（図示略）で柱状犠牲層の形状をパターニングした後、電鋳により厚さは数十μｍ〜数百μｍの金属犠牲層が形成される。柱状犠牲層の形成には、スパッタ、蒸着により成膜を行い、リフトオフ法、エッチング法により柱状犠牲層を形成することもできる。フォトレジストを柱状犠牲層として用いる場合、フォトリソグラフィ技術を用いて直接、柱状犠牲層の形状をえることができる。 The columnar sacrificial layer is formed by patterning the shape of the columnar sacrificial layer with a photoresist (not shown) and then forming a metal sacrificial layer having a thickness of several tens to several hundreds of μm by electroforming. The columnar sacrificial layer can be formed by sputtering or vapor deposition, and the columnar sacrificial layer can be formed by a lift-off method or an etching method. When a photoresist is used as the columnar sacrificial layer, the shape of the columnar sacrificial layer can be obtained directly using a photolithography technique.

次に、図８(ｂ)に示されるように、柱状犠牲層７間の隔壁９として機能する隔壁層１４を、柱状犠牲層７と同じ膜厚となるように支持基板上２に形成する。隔壁層材料には、図８（ａ）で形成された柱状犠牲層７と化学的性質が異なる材料が用いられる。具体的には、柱状犠牲層７にＣｕ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉなど酸性溶液で溶解される材料の場合、隔壁層材料には、ガラス、セラミックなど、酸性溶液で溶解されない材料が用いられる。また、柱状犠牲層７にノボラック樹脂系のフォトレジストなどアルカリ性溶液で溶解される材料の場合、隔壁層材料には、ガラス、セラミックのほか、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどアルカリ性溶液で溶解されない材料を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 8B, a partition layer 14 functioning as a partition 9 between the columnar sacrificial layers 7 is formed on the support substrate 2 so as to have the same thickness as the columnar sacrificial layer 7. As the partition wall layer material, a material having a different chemical property from the columnar sacrificial layer 7 formed in FIG. Specifically, in the case where the columnar sacrificial layer 7 is made of a material that is dissolved in an acidic solution such as Cu, Mo, Fe, or Ni, a material that is not dissolved in an acidic solution such as glass or ceramic is used for the partition wall layer material. In the case of a material that is dissolved in the columnar sacrificial layer 7 with an alkaline solution such as a novolak resin-based photoresist, the partition wall layer material is a material that is not dissolved in an alkaline solution such as Cu, Mo, Fe, Ni in addition to glass and ceramic. Can be used.

隔壁層１４を形成する方法として、柱状犠牲層７が金属材料である場合、柱状犠牲層７に使用した金属材料とは化学的性質がことなる金属材料からなるペースト、ガラスペースト、セラミックペーストなどのペースト材料をスクリーン印刷法により塗布し、乾燥、焼成する。隔壁層１０の厚さ寸法は柱状犠牲層７とほぼ同様の数十μｍ〜数百μｍである。その他、柱状犠牲層７が樹脂などの絶縁材料である場合、電鋳法にて金属材料を堆積する方法を用いることができる。 As a method of forming the partition wall layer 14, when the columnar sacrificial layer 7 is a metal material, the metal material used for the columnar sacrificial layer 7 is a paste made of a metal material having a different chemical property, a glass paste, a ceramic paste, or the like. The paste material is applied by screen printing, dried and fired. The thickness of the partition wall layer 10 is several tens of μm to several hundreds of μm, which is almost the same as that of the columnar sacrificial layer 7. In addition, when the columnar sacrificial layer 7 is an insulating material such as a resin, a method of depositing a metal material by electroforming can be used.

次に、図８(ｃ)に示されるように、柱状犠牲層７と隔壁層１４が同じ高さになるように平坦化加工を行う。平坦化加工として、砥石を使う研削加工、細かい粒径の研磨剤を含む研磨液による機械研磨加工、ＣＭＰが用いられる。 Next, as shown in FIG. 8C, planarization is performed so that the columnar sacrificial layer 7 and the partition wall layer 14 have the same height. As the flattening process, a grinding process using a grindstone, a mechanical polishing process using a polishing liquid containing an abrasive having a fine particle diameter, and CMP are used.

次に、図８（ｄ）に示されるように第１の支持基板１２を除去する。除去方法として、ウェットエッチング、ドライエッチング、研磨等が用いられる。第１の支持基板１２にシリコンを用いた場合、ＫＯＨあるいはＴＭＡＨ等のアルカリ溶液でウェットエッチングにより除去される。第１の支持基板１２が除去されることにより、隔壁層１４が第２の支持基板として機能する。ここまでの工程で柱状犠牲層７が埋め込まれ、表面が平坦な犠牲層埋め込み基板１５が形成される。 Next, as shown in FIG. 8D, the first support substrate 12 is removed. As a removing method, wet etching, dry etching, polishing, or the like is used. When silicon is used for the first support substrate 12, it is removed by wet etching with an alkaline solution such as KOH or TMAH. By removing the first support substrate 12, the partition layer 14 functions as a second support substrate. The columnar sacrificial layer 7 is embedded through the steps so far, and the sacrificial layer embedded substrate 15 having a flat surface is formed.

図８（ｅ）〜図８（ｉ）では第一の実施形態と同じ方法で、アンダーコート３、発熱抵抗体４、電極配線５ａ、５ｂ、保護膜６、空洞部１６が形成される。 8E to 8I, the undercoat 3, the heating resistor 4, the electrode wirings 5a and 5b, the protective film 6, and the cavity 16 are formed by the same method as in the first embodiment.

これにより、図７に示されるように、サーマルヘッド１１が製造される。 Thereby, the thermal head 11 is manufactured as shown in FIG.

多数の発熱抵抗体のそれぞれに空洞部８を設ける場合、高いアスペクト比をもって柱状犠牲層を形成する必要がある。第１の実施形態、第２の実施形態では、支持基板に形成する貫通孔の加工精度が非常に重要となる。第１の実施形態では、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥを用いることで、アスペクト比の高い垂直度加工が可能となる。しかし、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥは大変高価で、またバッチ処理に向かない。本実施形態においては、高精度でパターニングが可能なフォトリソグラフィ技術を用いる。フォトリソグラフィ技術によって得られた厚さ数十μmから数百μmのフォトレジストパターンをそのまま柱状犠牲層として用いる。もしくは、それをフォトレジストをマスクとして使用し、電鋳法を用いて金属材料からなる柱状犠牲層を形成することができる。 When the cavity 8 is provided in each of a large number of heating resistors, it is necessary to form a columnar sacrificial layer with a high aspect ratio. In the first embodiment and the second embodiment, the processing accuracy of the through holes formed in the support substrate is very important. In the first embodiment, by using Deep-RIE, it is possible to perform perpendicularity processing with a high aspect ratio. However, Deep-RIE is very expensive and is not suitable for batch processing. In the present embodiment, a photolithography technique capable of patterning with high accuracy is used. A photoresist pattern with a thickness of several tens to several hundreds of μm obtained by photolithography is used as it is as a columnar sacrificial layer. Alternatively, a columnar sacrificial layer made of a metal material can be formed by electroforming using the photoresist as a mask.

このようにすることで、高価な装置を用いることなく、数十μｍ〜数百μmと厚さ寸法が大きく、かつ、平面寸法サイズの精度が高い柱状犠牲層を形成することができる。また、電鋳法はバッチ処理が可能である。その結果、基板上の複数の微細な発熱抵抗体４のそれぞれに対して、高い寸法精度をもって犠牲層埋め込み基板の作製を簡略化することができる。 By doing so, it is possible to form a columnar sacrificial layer having a large thickness dimension of several tens of μm to several hundreds of μm and a high accuracy of a planar dimension size without using an expensive apparatus. The electroforming method can be batch processed. As a result, the fabrication of the sacrificial layer embedded substrate can be simplified with high dimensional accuracy for each of the plurality of minute heating resistors 4 on the substrate.

また、隔壁層１４の形成法としてスクリーン印刷法を用いることで、高真空装置を用いずに貫通孔を形成できるため、犠牲層埋め込み基板の作製を簡略化することができる。 Further, by using a screen printing method as a method for forming the partition wall layer 14, a through hole can be formed without using a high vacuum apparatus, so that the fabrication of the sacrificial layer embedded substrate can be simplified.

また、図８（ａ）で、柱状犠牲層７材料としてフォトレジストを用い、フォトリソグラフィ技術を用いて柱状犠牲層を形成した後、図８(ｂ)で、隔壁層１４材料に金属材料を用い、前記フォトレジストをマスクとして、電鋳法により隔壁層を形成する。このようにすることで、犠牲層を隔壁層形成のためのマスクとして使用できるため、基板形成ステップを簡略化できる。 8A, a photoresist is used as the material for the columnar sacrificial layer 7, and a columnar sacrificial layer is formed by using a photolithography technique. Then, in FIG. 8B, a metal material is used for the material for the partition wall layer 14. The partition layer is formed by electroforming using the photoresist as a mask. By doing so, the sacrificial layer can be used as a mask for forming the partition wall layer, so that the substrate forming step can be simplified.

さらに、図８(ｃ)で、ＣＭＰ法等の研磨技術を施すことにより、犠牲層材料７上面と支持基板２上面の段差をなくすことができ、その後の各成膜工程を良好に行っていくことができるので、発熱抵抗体全体の機械的強度をさらに向上させることができる。 Further, in FIG. 8C, by applying a polishing technique such as a CMP method, a step between the upper surface of the sacrificial layer material 7 and the upper surface of the support substrate 2 can be eliminated, and each subsequent film forming step is performed favorably. Therefore, the mechanical strength of the entire heating resistor can be further improved.

また、本実施形態においては、第１の支持基板１２にシリコン、柱状犠牲層７にＣｕ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれか、隔壁層１４にガラス、セラミックのいずれかを用いて、支持基板除去においてＫＯＨあるいはＴＭＡＨ等のアルカリ溶液によるウェットエッチングにより除去することで、アルカリ溶液を用いて第１の支持基板１２をエッチングしている間、柱状犠牲層７や隔壁層１４にダメージを減らすことができる。その結果、柱状犠牲層７や隔壁層１４の保護を必要としないため、犠牲層埋め込み基板の作製工程を簡略化できる。 In the present embodiment, the support substrate is removed by using silicon for the first support substrate 12, any one of Cu, Mo, Fe, Ni for the columnar sacrificial layer 7, and glass or ceramic for the partition layer 14. In this case, the columnar sacrificial layer 7 and the partition wall layer 14 can be reduced in damage while the first support substrate 12 is etched using the alkaline solution by removing the substrate by wet etching using an alkaline solution such as KOH or TMAH. . As a result, since it is not necessary to protect the columnar sacrificial layer 7 and the partition wall layer 14, the manufacturing process of the sacrificial layer embedded substrate can be simplified.

さらにまた、本実施形態においては、第１の支持基板１２にシリコン、柱状犠牲層７にＣｕ、Ｍｏ、Ｎｉのいずれか、隔壁層１４にガラス、セラミック、配線５にＡｌを用いて、支持基板除去工程においてＫＯＨあるいはＴＭＡＨ等のアルカリ溶液によるウェットエッチングにより除去し、空洞形成ステップにおいて犠牲層エッチング溶液に発煙硝酸を用いることで、犠牲層埋め込み基板作製ステップ、および、空洞部形成ステップでのエッチング対象物以外の部位への保護を必要としないため、作製工程全体で簡易化できる。 Furthermore, in this embodiment, the first support substrate 12 is made of silicon, the columnar sacrificial layer 7 is made of Cu, Mo, or Ni, the partition layer 14 is made of glass, ceramic, and the wiring 5 is made of Al. It is removed by wet etching with an alkaline solution such as KOH or TMAH in the removing process, and fuming nitric acid is used as the sacrificial layer etching solution in the cavity forming step, so that an object to be etched in the sacrificial layer embedded substrate manufacturing step and the cavity forming step Since it is not necessary to protect parts other than the object, the entire manufacturing process can be simplified.

次に、本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタ２０について、図９を参照して以下に説明する。 Next, a thermal printer 20 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

本実施形態に係るサーマルプリンタ２０は、本体フレーム２１に、水平配置されるプラテンローラ２２と、前記プラテンローラ２２に感熱紙２３を挟んで押し付けられる上記第１または第２の実施形態または第３の実施形態に係るサーマルヘッド１、１０、１１とを備えている。サーマルヘッド１、１０、１１は、プラテンローラ２２の長手方向に配列された複数の発熱抵抗体４を有し、加圧機構２４により所定の押圧力で感熱紙２３に押し付けられるようになっている。図中、符号２５は紙送り駆動モータである。 The thermal printer 20 according to this embodiment includes a platen roller 22 that is horizontally disposed on a main body frame 21, and the first or second embodiment or third embodiment that is pressed against the platen roller 22 with a thermal paper 23 interposed therebetween. The thermal heads 1, 10, and 11 according to the embodiment are provided. The thermal heads 1, 10, 11 have a plurality of heating resistors 4 arranged in the longitudinal direction of the platen roller 22, and are pressed against the thermal paper 23 with a predetermined pressing force by the pressing mechanism 24. . In the figure, reference numeral 25 denotes a paper feed drive motor.

本実施形態に係るサーマルプリンタ２０によれば、サーマルヘッド１，１０の発熱効率が高く、少ない電力で感熱紙２３に印刷することができる。したがって、バッテリの持続時間を長期化させることが可能となる。 According to the thermal printer 20 according to the present embodiment, the thermal heads 1 and 10 have high heat generation efficiency, and can be printed on the thermal paper 23 with less power. Therefore, it is possible to extend the duration of the battery.

なお、上記各実施形態においては、サーマルヘッド１，１０および直接感熱発色するサーマルプリンタ２０について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、サーマルヘッド１、１０、１１以外の発熱抵抗素子部品やサーマルプリンタ２０以外のプリンタ装置にも応用することができる。 In each of the above-described embodiments, the thermal heads 1 and 10 and the thermal printer 20 that directly performs thermal coloring have been described. However, the present invention is not limited to this, and the heating resistors other than the thermal heads 1, 10, and 11 are described. It can also be applied to printer devices other than element parts and the thermal printer 20.

例えば、発熱抵抗素子部品としては、熱によってインクを吐出するサーマル式またはバルブ式のインクジェットヘッドを始めとした用途に応用できる。また、サーマルヘッド１、１０、１１とほぼ同様の構造である熱消去ヘッドや、熱定着を必要とするプリンタ等の定着ヒータ、光導波路型光部品の薄膜発熱抵抗素子等、他の膜状の発熱抵抗素子部品を保有する電子部品でも同様の効果を得ることができる。 For example, the heating resistor element component can be applied to uses such as a thermal type or valve type inkjet head that ejects ink by heat. Other film-like elements such as a thermal erasing head having a structure substantially similar to that of the thermal heads 1, 10 and 11, a fixing heater such as a printer that requires thermal fixing, a thin film heating resistor element of an optical waveguide type optical component, etc. The same effect can be obtained even with an electronic component having a heating resistance element component.

また、プリンタとしては、昇華型または溶融型転写リボンを使用した熱転写プリンタ、印字媒体の発色と証拠が可能なリライタブルサーマルプリンタ、加熱により粘着性を呈する感熱性活性粘着剤式ラベルプリンタ等に適用できる。 In addition, as a printer, it can be applied to a thermal transfer printer using a sublimation type or melt type transfer ribbon, a rewritable thermal printer capable of coloring and proofing a printing medium, a heat-sensitive active adhesive label printer which exhibits adhesiveness by heating, and the like. .

本発明の第１の実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はA-B′縦断面図である。It is a figure which shows the thermal head which is the heating resistance element component which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is an AB 'longitudinal cross-sectional view. 図１のサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the thermal head of FIG. 空洞部をウェットエッチングにより形成する場合の図１のサーマルヘッドの変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はC-D′縦断面図である。It is a figure which shows the modification of the thermal head of FIG. 1 in the case of forming a cavity part by wet etching, (a) is a top view, (b) is CD 'longitudinal cross-sectional view. 図３のサーマルヘッドのシリコンウェハ上におけるレイアウト例を示す図である。It is a figure which shows the example of a layout on the silicon wafer of the thermal head of FIG. 本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッドを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はE-F′縦断面図である。It is a figure which shows the thermal head which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, Comprising: (a) is a top view, (b) is EF 'longitudinal cross-sectional view. 図５のサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the thermal head of FIG. 本発明の第３の実施形態に係るサーマルヘッドを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はG-H′縦断面図である。It is a figure which shows the thermal head which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, Comprising: (a) is a top view, (b) is GH 'longitudinal cross-sectional view. 図７のサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the thermal head of FIG. 本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタを示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a thermal printer according to an embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１、１０、１１サーマルヘッド（発熱抵抗素子部品）
２支持基板
３アンダーコート（絶縁被膜）
４発熱抵抗体
５ａ共通配線（配線）
５ｂ個別配線（配線）
６保護膜
７柱状犠牲層
８空洞部（貫通孔）
９隔壁
１２第１の支持基板
１３貫通孔形成用マスク
１４隔壁層（第２の支持基板）
１５犠牲層埋め込み基板
１６空洞部
２０サーマルプリンタ（プリンタ） 1, 10, 11 Thermal head (heating resistance element parts)
2 Support substrate 3 Undercoat (insulating film)
4 Heating resistor 5a Common wiring (wiring)
5b Individual wiring (wiring)
6 Protective film 7 Columnar sacrificial layer 8 Cavity (through hole)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Partition 12 1st support substrate 13 Mask for through-hole formation 14 Partition layer (2nd support substrate)
15 Sacrificial Layer Embedded Substrate 16 Cavity 20 Thermal Printer (Printer)

Claims

A sacrificial layer embedded substrate forming step of forming a sacrificial layer embedded substrate in which a plurality of columnar sacrificial layers penetrating in the thickness direction are embedded;
An insulating film forming step of forming an insulating film on one surface of the sacrificial layer embedded substrate;
A heating resistor forming step of forming a heating resistor in a region covering the columnar sacrificial layer on the surface of the formed insulating film;
A wiring forming step of forming a wiring connected to the heating resistor;
Cavity forming step of removing the columnar sacrificial layer by wet etching from the other surface side of the sacrificial layer embedded substrate where the insulating film is not formed, and forming a cavity that penetrates the sacrificial layer embedded substrate in the thickness direction. When,
A method of manufacturing a heating resistor element component having

The sacrificial layer embedded substrate forming step includes:
A substrate penetration step of forming a through hole in a support substrate for forming the heating resistor element component;
2. The method for manufacturing a heating resistor element according to claim 1, comprising a sacrificial layer embedding step of embedding a sacrificial layer in the through hole.

The method for manufacturing a heating resistance element component according to claim 2, wherein the columnar sacrificial layer is a metal, and the sacrificial layer embedding step is performed by plating.

The columnar sacrificial layer is a metal, and the sacrificial layer embedding step is performed by applying paste-like metal using screen printing, filling the through-hole, and drying and sintering. The manufacturing method of the heating resistive element component of description.

The heating resistor element component according to claim 2, wherein the columnar sacrificial layer is a metal, and the sacrificial layer embedding step is performed by injecting molten metal into the through-hole in the atmosphere or in a reduced pressure state and cooling. Manufacturing method.

3. The substrate penetration step is performed by forming a through hole forming mask on the one surface or the other surface of the support substrate, and then performing etching using the through hole forming mask as a mask. The manufacturing method of the heating resistive element component as described in any one of Claims 5-6.

7. The plasma etching process according to claim 6, wherein the supporting substrate is a silicon substrate, and the substrate penetration step is a plasma etching process in which SF ₆ and C ₄ F ₈ gases are alternately introduced to perform etching and sidewall protection repeatedly. Manufacturing method of the heating resistance element component.

The method of manufacturing a heating resistor element according to claim 6, wherein the support substrate is a silicon substrate having a crystal orientation of the one surface of 110, and the substrate penetration step is wet etching.

The heating resistor element component manufacturing method according to any one of claims 2 to 5, wherein the substrate penetration step is performed by cutting with a drill.

The method for manufacturing a heating resistor element component according to any one of claims 2 to 5, wherein the substrate penetration step is performed by laser processing.

The method for manufacturing a heating resistor element part according to claim 1, wherein Al is used for the wiring, Cu, Mo, or Ni is used for the columnar sacrificial layer, and fuming nitric acid is used for the sacrificial layer etchant in the cavity forming step. .

The sacrificial layer embedded substrate forming step includes forming a columnar sacrificial layer on the first support substrate;
A partition layer forming step for forming a partition layer between the columnar sacrificial layers and functioning as a second support substrate;
A flattening step of flattening so as to eliminate a step between the columnar sacrificial layer and the partition layer;
A first support substrate removing step of removing the first support substrate;
The manufacturing method of the heating resistive element component of Claim 1 which has these.

The method for manufacturing a heating resistor element part according to claim 12, wherein the columnar sacrificial layer is a metal, and the sacrificial layer forming step is performed by an electroforming method.

The partition layer is one of metal, glass, and ceramic, and the partition layer forming step is performed by applying any of paste-like metal, glass, and ceramic using screen printing, drying, and sintering. A method for manufacturing a heating resistor element part according to claim 12 or claim 13.

The columnar sacrificial layer is a photoresist, the partition is a metal material, the sacrificial layer forming step forms a columnar sacrificial layer using a photolithography technique, and the partition layer forming step masks the photoresist. The manufacturing method of the heating resistive element component according to claim 12, wherein the partition layer is formed by electroforming.

The method for manufacturing a heating resistor element part according to claim 12, wherein the first support substrate removing step is a polishing process.

The first support substrate is made of silicon, the columnar sacrificial layer is made of Cu, Mo, Fe, or Ni, the partition wall layer is made of glass or ceramic, and the first support substrate removal step is made of an alkaline solution. The method for manufacturing a heating resistor element part according to claim 12, which is wet etching.

The thermal head manufactured by the manufacturing method of the heating resistive element component in any one of Claims 1-17.

A printer comprising the thermal head according to claim 18.