DE3110580C2 - Wärmedruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Wärmedruckkopf und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Wärmedruckkopf mit einem Substrat (1), auf dem Substrat (1) gebildeten Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörpern (2, 4) und elektrischen Leitern (3) zum Speisen der Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper (2, 4) mit elektrischem Strom, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper (2, 4) aus einer einer Stabilisierungs-Alterungswärmebehandlung unterworfenen Cr-Si-Legierung bestehen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmedruckkopf mit einem Substrat, auf dem Substrat gebildeten,
Cr und Si enthaltenden Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörpern
und elektrischen Leitern zum Zuführen elektrischen Stroms zu den WärmcerzeugungsDünnschichtwiderstandskörpern
sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Der Wärmedruckkopf kann beispielsweise bei Bildübertragungen verwendet werden. Der Wärmefarbschreiber,
wie z. B. ein Bildfunkgerät, verwendet einen Wärmedruckkopf, der aus einer Zahl von in einer Reihe
angeordneten Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpern gebildet ist. Die Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper
sind einzeln mit den Leiterzügen verbunden, die zur Zuführung von Signalströmen zu den Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpern
entsprechend Aufzeichnungssignalen eingerichtet sind, so daß jeder Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper
selektiv Wärme erzeugt, um eine Aufzeichnung auf einem wärmeempfindlichen
Registrierpapier zu bewirken, das in Berührung mit dem Wärmedruckkopf gehalten wird.
Der als Bestandteil eines Wärmedruckkopfs verwendete
Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper laßt sich grob nach dem Herstellungsverfahren in zwei Arten
einteilen, wovon eine der sog. Dieksehiehttyp ist, Während
die andere der sog. Dünnschichtyp ist.
Dor Wärmeerzeugiings-Widerstandskörper des
Dickschichtyps wird hergestellt, indem man einen Wärmccr/.uugungs-Widcrsiuiulskörpcr
nach einer Sicbdrucktcchnik auf einem Aluminiunioxiclsubstrat abscheidet.
Der Wärmcer/.cugungs-Widerstandskörper
des Dünnschichttyps wird gebildet, indem man den Würmeer/cugungs-Wiclerstandskörpcr durch Vakuumverdampfung
oder Aufstäuben auf einem keramischen Substrat abscheidet und dann eine Photoätzung vornimmt
Die Erfindung bezieht sich auf den Wärmedruckkopf des Dünnschichttyps. Allgemein soll der Wärmedruckkopf verschiedene Anforderungen erfüllen. Und zwar ist es wesentlich, daß die Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper stabil sind, so daß sie nur eine geringe Schwankung im Widerstandswert aufweisen. Außerdem
Die Erfindung bezieht sich auf den Wärmedruckkopf des Dünnschichttyps. Allgemein soll der Wärmedruckkopf verschiedene Anforderungen erfüllen. Und zwar ist es wesentlich, daß die Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper stabil sind, so daß sie nur eine geringe Schwankung im Widerstandswert aufweisen. Außerdem
ίο soll der Wärmeerzeugungs-Wlderstandskörper, da die
Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper während der Aufzeichnung wiederholt auf hohe Temperaturen erhitzt
werden, eine hohe Beständigkeit gegen Oxidation und eine geringe Änderung des Widerstandswerts aufweisen.
Weiter ist es wichtig, daß der Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper beim Ansprechen auf das
Aufzeichnungssignal mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit arbeiten kann. Mit anderen Worten sollte
die Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes im Ansprechen auf den Anstieg und den Abfall des Aufzeiehnüiigsinipüissigna'.s
rasch steigen und sinken.
Der Wärmedruckkopf zur Verwendung bei einem Wärmefarbschreiber hat einen Aufbau, der ein Substrat,
das aus einem Material mit sowohl hohem elektrischen Isolationsvermögen als auch glatter Oberfläche, wie
z. B. einem glasierten Aluminiumoxidkeramiksubstrat, besteht eine Mehrzahl von auf dem Substrat in Form
von Dünnschichten ausgebildeten Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpern und elektrische Leiter zum Speisen
der Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper mit elektrischem Strom enthält. Im Betrieb wird den Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpern
Impulsstrom durch die elektrischen Leiter entsprechend den Aufzeichnungssignalen
zugeführt, um jeweils den erforderlichen Wärmeimpuls entsprechend dem Aufzeichnungssignal
zu erhalten. Die mit dem elektrischen Strom gespeisten Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper werden aktiviert,
um die Wärme zur Vornahme einer Aufzeichnung auf dem wärmeempfindlichen Rog'strierpapier zu erzeugen,
das im Kontakt mit dem Wärmedruckkopf gehalten wird.
Bisher stellt man die Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper des Wärmedruckkopfes aus Tantalnitrid.
Tantal-Silizium od. dgl. Materialen unter Bildung von Dünnschichten her. Dieser Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper
des Dünnschichttyps wird jedoch bei einer hohen Temperatur oberhalb 2000C unter Anstieg des
Widerstandswertes sehr stark oxidiert, was zu einer verschlechterten Dicke des Drucks führt. Um dieses Problem
zu überwinden, wurde vorgeschlagen, den Widerstandskörper mit einer gegen Oxidation schützenden
Schicht aus Siliziumoxid (SiO?) od. dgl. zu überziehen und diese Schicht mit einer abriebbeständigen Schicht,
wie z. B. aus Tantaloxid (Ta2Os), zu beschichten. Dieser
verbesserte Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper kann jedoch keine ausreichend hohe Stabilität des Widerstandswertes
liefern, wenn er für eine lange Zeitdauer eingesetzt wird.
Es ist auch ein Wärmedruckkopf der im Oberbegriff
Es ist auch ein Wärmedruckkopf der im Oberbegriff
bO des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art bekannt, bei
dem die Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht aus Tantalnitrid. Nichrom und polykristallinem Silicium besteht.
Das erstere wird durch Sputtering, das /weite durch Metalldampfabscheidung und das letztere
hr> epitaxial »ufgebracht Auch eine solche Wklcrstandsschicht
ist noch nicht optimal (DEOS 30 08 498).
Indessen besteht ein wachsender Bedarf an einem I lochgeschwindigkcitsbildfunk. Um diesen Bedarf zu
>efriedigen, ist es erforderlich, daß der Wärmedrucklopf
mit Steuerimpulsen kürzerer Impulsbreiten arbei- :et Dies bedeutet, daß der augenblickliche elektrische
Steuerstrom im Vergleich mit herkömmlichen Geräten· wächst und der Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper
ies Dünnschichttyps die benötigte Wärme in einer kürzeren Zeitdauer erzeugen muß. was zu einer erhöhten
Arbeitstemperatur führt. Ungünstigerweise kann jedoch der herkömmliche Wärmedruckkopf praktisch
nicht für eine ausreichend lange Zeitdauer unter einer solch strengen Einsatzbedingung verwendet werden.
Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmedruckkopf mit Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörpern
zu entwickeln, bei dem die Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper eine ausreichend
hohe Beständigkeit gegen Oxidation und einen konstanten Widerstandswert stabil über eine lange Zeitdauer
im Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Wärmedruckkopfes bei verlängerter Lebensdauer desselben
aufweisen, wodurch die erwähnten Probleme des Standes der Technik überwunden werden, und ein geeignetes
Herstellungsverfahren anzugeben.
Als Ergebnis intensiver Untersuchungen und Versuche wurde gefunden, daß die genannte Aufgabe gelöst
werden kann, indem man als das Material der Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper
dünne
Schichten aus einer Cr-Si-Legierung mit 50 bis 75 Atomprozent Si und Rest Cr, die einer bestimmten
Stabilisierungs-Alterungswärmebehandlung unterworfen ist, anstelle des herkömmlichen Materials, wie z. B.
Tantalnitrid, Nichrom, Tantal-Silizium u.dgl., verwendet
Dabei kann die Oberfläche des dem wärmeempfindlichen Registrierpapier zugewandten Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörpers
mit einer abriebbeständigen Schicht überzogen sein.
Die genannte Aufgabe wird demgemäß bei einem Wärmedruckkopf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Wärmeerzeugungs-Dünrr..chichtwiderstandskörper
aus einer Cr-Si-Legierung aus 50 bis 75 Atomprozent Si und Rest Cr bestehen und in einer Luft-, Sauerstoff- oder Stickstoffatrnosphäre
bei einer Temperatur von höchstens 50° C über der maximalen normalen Arbeitstemperatur des
Wärmedruckkopfes 30 bis 60 min behandelt sind.
In Ausgestaltung der Erfindung kann der Wärmedruckkopf
in an sich bekannter Weise eine zur Bedekkung der Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper
gebildete abriebbeständige Schicht aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmedruckkopfes,
mit dem Kennzeichen, üaß die Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper
durch ein Aufstäubungsverfahren unter Verwendung eines Targets mit
einem Si/Cr-Targetflächenverhältnis im Bereich von 60/40 bis 90/10 gebildet und in einer Luft-, Sauerstoif-
oder Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von höchstens 500C über der maximalen normalen Arbeitstemperatur des Wärmedruckkopfes 30 bis 60 min behandelt
werden.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert;
darin zeigt
F i g. 1 eine Schnittdarstellung eines wesentlichen Teils eines Wärmedruckkopfes gemäß der Erfindung;
F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Alterungseigenschaften des Wärii.edruckkopfes gemäß der Erfindung;
F i g. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Widerstandswertes einer erfindungsgemäß verwendeten
Dünnschicht aus einer Cr-Si-Legierung im Zustand vor einer Wärmebehandlung;
Fig.4 ein Diagramm zur Darstellung des Vorteils gemäß der Erfindung; und
Fig.4 ein Diagramm zur Darstellung des Vorteils gemäß der Erfindung; und
F i g. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Ergebnisses einer chemischen Analyse einer durch Aufstäuben gebildeten
Dünnschicht aus einer Cr-Si-Legierung.
Gemäß F i g. 1, die im Schnitt einen wesentlichen Teil eines Wärmedruckkopfes gemäß der Erfindung zeigt, besteht ein Substrat 1 aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z. B. einem verglasten keramischen Stoff. Insbesondere ist im dargestellten Ausführungsbeispiel das Substrat 1 aus einer keramischen Schicht 1' und
Gemäß F i g. 1, die im Schnitt einen wesentlichen Teil eines Wärmedruckkopfes gemäß der Erfindung zeigt, besteht ein Substrat 1 aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z. B. einem verglasten keramischen Stoff. Insbesondere ist im dargestellten Ausführungsbeispiel das Substrat 1 aus einer keramischen Schicht 1' und
is einer auf dieser gebildeten Glasschicht 1" zusammengesetzt
Auf dem Substrat t ist eine Mehrzahl von aus einer Cr-Si-Legierung bestehenden Wänmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörpern
2 und von elektrischen Leitern 3 zur Speisung der Wärmeerzeugungs-Wider-Standskörper
2 mit elektrischem Strom ausgebildet. Die
elektrischen Leiter 3 bestehen aus einem Material mit
einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, wie z. B. AL Au u. dgl., und sind durch eine Photoätztechnik so ausgebildet,
daß sie ein vorbestimmtes Muster aufweisen. In diesem Zustand wird die das Substrat 1, die Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper
2 und die Leiter 3 umfassende Einheit einer Wärmebehandlung zur Stabilisierung der Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper
2 durch einen Alteruncseffekt unterworfen.
F i g. 2 zeigt, wie sich der Widerstandswert der Wärmeerzeugungs- Dünnschichtwiderstandskörper 2 durch
diese Wärmebehandlung ändert. Insbesondere stellt in F i g. 2 die Ordinatenachse das Verhältnis JR/R dar, wo·
bei R den Widerstandswert des Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörpers
vor der Wärmebehandlung bedeutet, während AR die Differenz des Widerstandswertes
des Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpers zwischen dem Zustand vor der Wärmebehandlung
und dem Zustand nach der Wärmebehandlung bedeutet. Auf der Abszissenachse ist die Wärmebehandlungsdauer
in Stunden aufgetragen. Die Kurven 6 und 7 zeigen die Änderungen der Widerstandswerti, wenn die
Wärmebehandlung in Luftatmosphäre bei Temperaturen von 400 bzw. 500° C durchgeführt wird. Zum Vergleich
wurde die Wärmebehandlung auch in Stickstoffgas und unter Vakuumbedingungen durchgeführt, doch
war das beobachtete Verhalten dem bei Durchführung der Wärmebehandlung in Luftatmosphäre erhaltenen
im wesentlichen gleichwertig.
Das bemerkenswerteste Merkmal dieses Materials beruht auf der Tatsache, daß es eine hohe Stabilität des
Wide, stindswertes aufweist. Der Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper,
der der Wärmebehandlung bei 500° C für 1 h ausgesetzt wurde, zeigt nämiich, wenn zx
im unbedeckten Zustand 130 h bei 450° C in der Luftatmosphäre
gelassen wird, eine äußerst geringe Änderung des Widerstands wertes im Bereich bis zu ±0,5% oder
weniger gegenüber dem ursprünglichen Widerstandswert.
Die normalerweise beobachtete Maximaltemperatur im Wärmedruckkopf des Hochgeschwmdigkeitsbildfunks
liegt gewöhnlich im Bereich zwischen 300 und 3500C, obwohl sie ν ^n der Art des verwendeten wärmeempfindlichen
Registrierpapiers abhängt. Daher ist es, wie sich ebenfalls aus F i g. 2 ergibt, ausreichend, wenn
eine Wärmebehandlung von 30 bis 60 min bei einer etwa 50° C höheren Temperatur als der obenerwähnten
Maximaltemperatur während des Betriebs durchgeführt wird. Wenn die Impulsbreite des Steuerimpulses verringert
wird, um eine höhere Betriebsgeschwindigkeit des Bildfunks zu erhalten, erhöht sich entsprechend die Maximaltemperatur
im Wärmedruckkopf, in einem solchen Fall ist es erforderlich, die Wärmebehandlungstemperatur
entsprechend zu erhöhen.
In F i g. 1 ist ein Teil 4 ein Wärmeerzeug ungs-Widerstandskörper,
nachdem er der oben erläuterten Wärmebehandlung unterworfen wurde, und man erkennt außerdem
eine die Wärmeerzeugungs-Wideruandskörper 2 und die elektrischen Leiter 3 bedeckende Schutzschicht
5. Die Schutzschicht 5 besteht aus Siliziumoxid (SiO>), Aluminiunioxid.Tantaloxid od. dgl. Material oder
kann auch einen Mehrschichtaufbau haben, der aus Schichten dieser Materialien besteht. Mun stellt fest,
daß diese Schutzschicht 5 eine längere Lebensdauer des Wärmedruckkopfes sichert.
Die Bildung der Dünnschicht aus der Cr· Si-Legierüng
kann nach verschiedenen bekannten Verfahren, wie z. B. durch Aufstäuben, Elektronenstrahlverdampfung. Widerstandserhitzungsverdampfung
usw., erfolgen. Jedoch wird für eine leichtere Steuerung der Bildung das Aulstäuben
bevorzugt. Dieses Aufstäuben kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden:
(a) Verwendung eines vorher mit einem bestimmten Legierungsverhältnis Rebildeten Legierungstargets:
(b) Verwendung eines Targets, das ein Cr-Target und dünne Si-Streifen enthält, die auf dem Cr-Target in
der Form von Streifen mit einem vorbestimmten Abstandsmaß angeordnet sind; und
(c) Verwendung eines Targeis mit Cr-Streifen die in der Form von Streifen auf dem Si-Target angeordnet
sind.
Im Fall, wo das Legierungsverhältnis der zu bildenden
Cr-Si-Legierung gegeben ist, bildet man vorzugsweise
in dem beim obigen Verfahren (b) oder (c) verwendeten Cr- bzv». Si-Target Nuten zum Einbetten der Si- bzw.
Cr-Streifen.
F i g. 3 zeigt beispielsweise die Beziehung zwischen dem Si/Cr-Targetflächenverhältnis (Abszissenachse)
und dem spezifischen Widerstand einer durch Aufstäuben gebildeten Dünnschicht aus einer Cr-Si-Legierung.
Aus dieser Figur ersieht man. daß ein praktisch brauchbarer spezifischer Widerstandswert innerhalb des Bereichs
von zwischen 100 μ Ω cm und 200OuQCm gewählt
werden kann. Die Kurven 6 und 7 in F i g. 2 zeigen Beispiele der Änderung des Widerstandswertes nach
Beobachtungen, wenn die 80% Si (Flächenverhältnis)
enthaltende Legierung der Wärmebehandlung unterworfen wird. Man sieht, daß der spezifische Widerstandswert
nach der Wärmebehandlung auf etwa das 1.5fache des ursprünglichen Widerstandswertes steigt,
obwohl er von verschiedenen Faktoren, wie z. B. dem Legierungsverhältnis, der Wärmebehandlungstemperatur,
der Wärmebehandlungsdauer, der Wärmebehandlungsatmosphäre usw, abhängt. Dieses Verhalten ist für
das Material des Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpers
recht günstig.
übrigens tritt, wenn die Wärmebehandlung bei einer
Temperatur oberhalb 5(X)-C nach der Bildung der Verdrahtunsisleiter
durchgeführt wird, eine gegenseitige Diffusion zwischen den Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpern
aus der Cr-Si-Legierung und den Verdrahtungsleitern unter Verdopplung des Widerstandswertes
der Verdrahtungsleiter auf. Obwohl der Wärmedruckkopf auch mit solchen Verdrahtungsleitern arbeitsfähig
ist, die den erhöhten Widerstandswert aufweisen, ordnet man vorzugsweise eine diffusionsverhindernde
metallische Schicht (oder eine Verbundschicht) zwischen der Dünnschicht aus der Cr-Si-Legierung und
den Verdrahtungsleitern an, wenn es unbedingt erforderlich ist, die gegenseitige Diffusion auszuschalten.
Beispielsweise wird in einem Fall, wo die Verdrahtungsleiter aus Al bestehen, der Anstieg des Widerstandes der Verdrahtungsleiter auf höchstens 20% nach einer einstündigen Wärmebehandlung bei 5000C begrenzt, wenn eine Cr-Dünnschicht mit einer Dicke von 100 bis 200 mn als Sperrschicht zwischen der Verdrah-
Beispielsweise wird in einem Fall, wo die Verdrahtungsleiter aus Al bestehen, der Anstieg des Widerstandes der Verdrahtungsleiter auf höchstens 20% nach einer einstündigen Wärmebehandlung bei 5000C begrenzt, wenn eine Cr-Dünnschicht mit einer Dicke von 100 bis 200 mn als Sperrschicht zwischen der Verdrah-
i.ί tungsleitcrschichl und der Cr-Si-Legierungsschicht verwendet
wird.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel svird der Verdrahtungsleiter 3 so aussgebildet, daß er einen Doppsischichtaufbau
aus Al/Cr aufweist, und nach der BiI-dung der Verdrahtungsleiter und der Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper
(90 μπι breit · 280 μηι
lang · 0,1 μιη dick) im Muster von 8 Punkten/mm wurde die Einheit einer einstündigen Wärmebehandlung bei
500°C unterworfen. Der Anstieg des Widerstandes des Al-Drahtes betrug nur 15%.
Ein Wärmedruckkopf wurde hergestellt, indem man eine übliche Schutzschicht (S1O2 2 μιη dick/TajOs 5 μιη
dick) fij.i diesen Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpern
und den Verdrahtungsleitern vorsah. Ein Beschleu-
jo nigungstest wurde mit diesem Wärmedruckkopf durchgeführt,
indem man eine Rechteckimpulsspannung einer Impulsbreite von 0.9 ms mit einer Wiederholungsfrequenz
von 100 Hz für 20 min anlegte und die Änderungsrate des Widerstandes bezüglich des ursprünglichen
Widerstandswertes maß, wobei man die zugeführte Leistung in abgestufter Form um je 0,1 W erhöhte.
Das Ergebnis dieses Tests ist als Kurve 9 in F i g. 4 dargestellt.
In dieser Figur zeigt die Abszissenachsc die
zugeführte Leistung (W/Punkt), während die Ordinatenachse
das Verhältnis JR/Ro darstellt, wobei Ro den ursprünglichen
Widerstandswert bedeutet, während AR den Unterschied zwischen dem nach Zuführen der Leistung
beobachteten Widerstandswert und dem ursprünglichen Widerstandswert Ra bedeutet. In Fig.4
zeigt die Kurve to das Ergebnis eines Beschleunigungstests, der mit einem Wärmedruckkopf mit einem Dünnschicht-Widerstandskörper
aus einem herkömmlichen Ta2N-Material durchgeführt wurde, das als verhältnismäßig
gute Eigenschaften aufweisend angesehen wurde. Dieser Widerstandskörprer wurde zum Erhalten der
gleichen Form und Abmessungen wie der des "Värmedruckkopfes gemäß der Erfindung ausgebildet.
Aus F i g. 4 ersieht man. daß der Wärmedruckkopf gemäß der Erfindung bezüglich der Verschlechterung
der Widerstände im Vergleich mit dem herkömmlichen Druckkopf beträchtlich verbessert ist. Diese Tatsache
stimmt mit der erwähnten Tatsache überein, daß das erfindungsgemäß verwendete Material eine hohe Beständigkeit
gegen Oxidation aufweist.
bo Wie beschrieben wurde, zeigt der Wärmeerzeugungs-Widerstandskörper
im Wärmedruckkopf gemäß der Erfindung grundsätzlich keine Verschlechterung aufgrund
einer Oxidation. Daher kann die besonders zur Verhinderung einer Oxidation bestimmte SiOrSchicht entfal-
!en. vorausgesetzt, daß die Schutzschicht aus Ta:O^ nur
als Verunreinigungsschutzschicht verwendet wird.
Tatsächlich wurde das gleiche Verhalten wie das durch die Kurve 9 in Fig.4 dargestellte als Ergebnis
eines Beschleunigungstests beobachtet, der mit einem Wärmedruckkopf durchgeführt wurde, bei dem eine
Ta2Oä-Schicht von 5 um Dicke als einzige Schutzschicht
gebildet war.
Der Wegfall der SK^-Schicht ergibt verschiedene
Vorteile, wie z. B. eine Vereinfachung des Verfahrens zur Herstellung des Wärmedruckkopfes, eine Verringerung
der Harstellungskosten und eine Verbesserung des
Wärmewirkungsgrades beim Drucken. Im Fall des Wärmedruckkopfes mit der Ta2Os-Schicht erreicht die Verbesserung
des Wärmewirkungsgrades ohne weiteres etwa 5%. Auch erreicht ein Wärmedruckkopf mit einer
Schutzschicht aus AI2O3 (von 5 um Dicke) mit einer hohen
Wärmeleitfähigkeit eine merkliche Verbesserung des Wirkungsgrades von ohne weiteres 15% gegenüber 15
dem Wärmedruckkopf des erwähnten Doppelschichtaufbaus (SiO2ZTaJOs) der Schutzschicht. j
Eine solche erhebliche Verbesserung des Wirkungs- ■·; grades beruht ebenfalls auf der Verwendung des War- ψ.
meerzeugungs-Widerstandskörpers gemäß der Erfin- 20 -.'-j
dung. j"! Ein Wärmedruckkopf wurde in der gleichen Weise . |
unter Verwendung einer Cr-65% Si-Zusammenset- J.
zung (Targetflächenverhältnis) hergestellt. Dieser War- :'i
medruckkopf zeigte ein dem durch die Kurve 9 in F i g. 4 25 ';j
gezeigten im wesentlichen äquivalentes Verhalten. gj
Bei diesem Wärmedruckkopf war der spezifische Wi- .!Ij derstand des Wärmeerzeugungs-Widerstandskörpers '$]
nach der Wärmebehandlung so niedrig wie etwa ij 500 μη Ω cm. Die Zusammensetzung um Cr-80% Si 30 Hj
(Targetflächenverhältnis) herum zeigten die beste prak- ij tische Verwendbarkeit. 8j
F i g. 5 zeigt das Ergebnis einer chemischen Analyse ?|
einer Cr-Si-Legierungsschicht, die durch Aufstäuben innerhalb des Bereichs des Si/Cr-Targetfläche verhältnisses
zwischen 60/40 und 90/10 gebildet war. Eine Verschiebung von 20 bis 10% im Si-Anteilverhältnis in der
abgeschiedenen Schicht vom Targetflächenverhältnis zur siliziumarmen Seite wurde beobachtet Dies ist dem
Unterschied in der Aufstäubungsrate in Abhängigkeit von dem durch Argonionen aufzustäubenden Stoff zuzuschreiben.
Das Auger-Analysenergebnis zeigte eine Gleichmäßigkeit in der Dickenrichtung der Schicht. Es
wurde auch bestätigt daß eine gewisse Sauerstoffmenge gleichmäßig enthalten ist.
Das Ergebnis der Auger-Analyse nach der Wärmebehandlung stimmte völlig mit dem vor der Wärmebehandlung
beobachteten überein. Dies zeigt die Tatsache, daß die Änderung des Widerstandswertes, wie sie in
Fig.2 gezeigt ist, der besonderen Eigenschaft der Dünnschicht aus der Cr-Si-Legierung allein, jedoch keinem
anderen Grund, wie etwa Oberflächenoxidation, zuzuschreiben ist Der ausführliche Mechanismus dieser
Widerstandsänderung konnte jedoch bisher nicht aufgeklärt werden.
Übrigens ist wenn die Wärmebehandlung zur Stabilisierung der Cr-Si-Dünnschicht in dem in F i g. 1 dargestellten
Zustand, d.h. nach der Bildung der Schutzschicht durchgeführt wird, die brauchbare Lebensdauer
denjenigen der beschriebenen Ausführungsbeispiele im wesentlichen äquivalent Dies wird theoretisch durch
die Tatsache gestützt daß die Ergebnisse der Auger-Analyse vor und nach der Wärmebehandlung miteinander
übereinstimmen. Demgemäß ist der Dreiheitsgrad beim Herstellungsverfahren vorteilhaft erhöht
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Wärmedruckkopf mit einem Substrat, auf dem Substrat gebildeten, Cr und Si enthaltenden Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörpernund
elektrischen Leitern zum Zuführen elektrischen Stroms zu den Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörpern,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper
(4) aus einer Cr-Si-Legierung aus 50 bis 70 Atomprozent Si und Rest Cr bestehen und
in einer Luft-, Sauerstoff- oder Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von höchstens 50" C über der
maximalen normalen Arbeitstemperatur des Wärmedruckkopfes 30 bis 60 min behandelt sind.
2. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß er eine zur Bedeckung der Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper
(4) gebildete4i>riebbeständige Schicht (5) aufweist
3. Verfahren zur Herstellung eines Wärmedruckkopfes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeerzeugungs-Dünnschichtwiderstandskörper durch ein Aufstäubungsverfahren
unter Verwendung eines Targets mit einem Si/ Cr-Targetflächenverhältnis ira Bereich von 60/40 bis
90/10 gebildet und in einer Luft-, Sauerstoff- oder Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von
höchstens 500C über der maximalen normalen Arbeitstemperatur
des Wärmedruckkopfes 30 bis 60 min behandelt werden.
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