JPH11129516A - Thermal head and its manufacture - Google Patents

Thermal head and its manufacture

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JPH11129516A
JPH11129516A JP30184397A JP30184397A JPH11129516A JP H11129516 A JPH11129516 A JP H11129516A JP 30184397 A JP30184397 A JP 30184397A JP 30184397 A JP30184397 A JP 30184397A JP H11129516 A JPH11129516 A JP H11129516A
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JP
Japan
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thermal head
gas
protective layer
sputtering
film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP30184397A
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Japanese (ja)
Inventor
Kyoji Shirakawa
享志 白川
Hisafumi Nakatani
壽文 中谷
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent occurrence of a printing-fail dot due to oxidation of a heating resistor on an under layer and to make a life of a thermal head longer by a method wherein a protection layer of the thermal head is formed by sputtering using a sputtering target of Si3 N4 of a high hardness, added with SiO2 of a low hardness to form a film which is a coloring film having a prescribed Vickers hardness. SOLUTION: There is disclosed a thermal head constituted such that a heat insulation layer 12 is formed on the top of a substrate and heating resistors 13, electrodes 14 are laminated on the top face of the heat insulation layer 12 and a protection layer 16 is applied on the top face thereof. The protection layer 16 is a sputtering film formed by using a sputtering target made of a ceramic sintered body consisting of Si3 N4 , SiO2 and AlN as main components. It is a coloring film having a Vickers hardness of approximately 700-1000 kg/mm<2> .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、サ−マルプリンタ
に使用されるサ−マルヘッド及びその製造方法に係り、
特に、保護層の局部的なクラックや剥離の発生を防止し
た長寿命のサ−マルヘッド及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a thermal head used in a thermal printer and a method of manufacturing the same.
In particular, the present invention relates to a long-life thermal head that prevents the occurrence of local cracks and peeling of a protective layer, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のサ−マルヘッドの構造及びその製
造方法は、一般に、アルミナやシリコン等の放熱基板上
の端部に複数の発熱抵抗体を直線状に配列して、所望の
印字情報に従って、各発熱抵抗体に選択的に通電するこ
とによって発熱させ、感熱記録紙を発色させて記録を行
うか、あるいは熱転写インクリボンを介在させて普通紙
にインクを転写してドット状の記録を行うものである。
2. Description of the Related Art A conventional thermal head structure and a manufacturing method thereof are generally arranged such that a plurality of heating resistors are linearly arranged at an end on a heat-radiating substrate such as alumina or silicon and a desired printing information is obtained. The heat is generated by selectively energizing each heating resistor, and the recording is performed by coloring the heat-sensitive recording paper, or the ink is transferred to plain paper through a thermal transfer ink ribbon to perform dot recording. Things.

【0003】図3は、従来のサ−マルヘッドの構造を示
す要部断面図であり、アルミナ等のセラミックからなる
放熱性の基板1の端部にガラスグレ−ズ等からなる凸状
の透明な保温層2を略30μm厚みに形成して、その上
にTa2NやTa−SiO2等からなる発熱抵抗体3をス
パッタリング等により積層し、フォトリソ技術で、ドッ
トの数に応じて複数個直線状に配列するように発熱抵抗
体3のパタ−ンを形成している。
FIG. 3 is a sectional view of a main part showing the structure of a conventional thermal head. A heat-transmissive substrate 1 made of ceramic such as alumina is provided at the end of a heat-transmissive substrate 1 made of glass glaze or the like. The layer 2 is formed to a thickness of about 30 μm, and a heating resistor 3 made of Ta 2 N, Ta—SiO 2, or the like is laminated thereon by sputtering or the like, and a plurality of straight lines are formed by photolithography according to the number of dots. The pattern of the heat generating resistor 3 is formed so as to be arranged in a row.

【0004】前記発熱抵抗体3上には電力エネルギ−を
供給するために、Al、Cu、Au等からなる電極をス
パッタリング等で積層して、フォトリソ技術により所望
のパタ−ンに形成し、発熱抵抗体3の一方の側には共通
電極4、また他方の側には各発熱抵抗体3に独立して通
電を行う個別電極5がそれぞれ形成されている。
Electrodes made of Al, Cu, Au, or the like are stacked on the heating resistor 3 by sputtering or the like to supply power energy, and are formed in a desired pattern by a photolithography technique to generate heat. On one side of the resistor 3, a common electrode 4 is formed, and on the other side, an individual electrode 5 for independently supplying current to each heating resistor 3 is formed.

【0005】また、前記発熱抵抗体3や前記各電極4、
5の表面にはそれらの酸化や摩耗を防止するため、Si
C、サイアロン等からなる高硬度の保護層6をスパッタ
リング等で略5μmの厚みに積層している。なお、該保
護層6は前記各電極4,5の外部接続端子部(図示せ
ず)以外の全ての表面を被覆するように形成している。
最後に、前記基板1をダイシングしてチップ状のサ−マ
ルヘッドが製造されている。このような、従来のサ−マ
ルヘッドを用いたサ−マルプリンタにおいて、このサ−
マルヘッドを熱転写インクリボンを介して、あるいは感
熱記録紙の場合には、直接プラテン上に搬送される用紙
に圧接させた状態で、所定の印字信号に基づいて前記個
別電極5に選択的に通電を行い、所望の発熱抵抗体3を
発熱させることにより、前記インクリボンのインクを溶
融して用紙上に転写するか、又は感熱記録紙を発色させ
て所望の印字が行われている。
Further, the heating resistor 3 and the electrodes 4,
In order to prevent their oxidation and wear, the surface of
A high-hardness protective layer 6 made of C, sialon, or the like is laminated to a thickness of about 5 μm by sputtering or the like. The protective layer 6 is formed so as to cover all surfaces of the electrodes 4 and 5 except for external connection terminals (not shown).
Finally, the substrate 1 is diced to produce a chip-shaped thermal head. In such a thermal printer using a conventional thermal head, this thermal printer is used.
In a state where the multiple head is pressed through a thermal transfer ink ribbon or in the case of thermal recording paper directly against paper conveyed on a platen, the individual electrodes 5 are selectively energized based on a predetermined print signal. Then, by heating the desired heating resistor 3, the ink on the ink ribbon is melted and transferred onto paper, or the heat-sensitive recording paper is colored to perform desired printing.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなサ−マルプリンタにあっては、印字中に粉塵を噛み
込むことが多々あり、その粉塵がサ−マルヘッドの前記
保護層6とプラテンとが強く圧接している間を無理に通
過することとなり、保護層6に局部的なクラックや剥離
を発生する。すなわち、前記従来のサ−マルヘッドのS
iCやサイアロンからなる保護層6は、単層で良好な酸
素遮断性を有しており、一般にビッカ−ス硬度は略15
00〜2000Kg/mm2と、高硬度でヤング率が大
きく剛性に優れた材料である。 しかし、保護層6は略
5μmと大変に薄い膜厚で用いられており、しかも下地
の発熱抵抗体3や保温層2の材料硬度が保護層6の略1
/2〜1/4と軟らかいため、略10μm以上の異物を
噛み込むと、変形に耐えられずクラックを発生したり、
下地の発熱抵抗体3の界面から局部的に剥離する等の障
害が起こって空気中の酸素が内部に侵入する。そのため
発熱抵抗体3が酸化されてドット抵抗値が上昇して電流
が流れず、印字不能のドットが発生することになり、印
字寿命が短くなると言う問題点があった。
However, in such a thermal printer, dust is often caught during printing, and the dust forms the protective layer 6 of the thermal head and the platen. Since the protective layer 6 is forcibly passed while being strongly pressed, local cracks and peeling occur in the protective layer 6. That is, the S of the conventional thermal head
The protective layer 6 made of iC or Sialon is a single layer and has good oxygen barrier properties, and generally has a Vickers hardness of about 15
It is a material having a high hardness of 00 to 2000 kg / mm 2 , a high Young's modulus, and excellent rigidity. However, the protective layer 6 is used with a very thin film thickness of about 5 μm, and the material hardness of the underlying heating resistor 3 and the heat insulating layer 2 is about 1 μm of that of the protective layer 6.
Since it is as soft as 2〜 to 1 /, if a foreign substance of about 10 μm or more is caught, it cannot withstand deformation and cracks occur,
An obstacle such as local peeling from the interface of the underlying heating resistor 3 occurs, and oxygen in the air enters into the inside. Therefore, the heating resistor 3 is oxidized, the dot resistance increases, and no current flows. As a result, unprintable dots are generated, and the printing life is shortened.

【0007】また、ラフ紙に対する印字品位を向上する
ため、サ−マルヘッドとプラテンとの間の押し付け圧力
(圧接力)を高めると、保護層6が高硬度で剛性の大き
い材料のため、スパッタ成膜により内部応力の大きい膜
に形成されていることや、発熱抵抗体3による熱衝撃や
印字中のプラテン上の印字媒体との摩擦による剪断応力
に対して、変形せずに耐えようとする結果、保護層6と
発熱抵抗体3との間で応力剥離が発生し易いと言う問題
があった。
When the pressing pressure (pressing force) between the thermal head and the platen is increased in order to improve the quality of printing on rough paper, when the protective layer 6 is made of a material having a high hardness and a high rigidity, sputtering is performed. As a result of being formed into a film having a large internal stress by the film, and trying to withstand without being deformed against a thermal shock by the heating resistor 3 and a shear stress caused by friction with a printing medium on a platen during printing. In addition, there is a problem that stress separation easily occurs between the protective layer 6 and the heating resistor 3.

【0008】また、印字中の異物噛み込みによる保護層
6の局部破壊を低減するための手段として、保護層6が
サイアロンの場合に、意図的にスパッタリング中に酸素
を多量に添加することにより、硬質なSi−N結合を軟
質なSi−O結合に変換して、所望の硬度の耐異物性を
有する透明な保護層が形成できることを本出願人は先の
出願により提案したが、このサイアロンを酸素で変性し
て所望の硬度を得るためには、多量の酸素の添加を必要
とするため、下地層となる発熱抵抗体に対する密着性や
酸化性にバラツキを与え易い弱点があり、製造マージン
が少ないと言う量産性上の問題点があった。本発明は上
記問題点に鑑みなされたもので、保護膜の局所的なクラ
ックや剥離を防止し、且つ製造の容易なサーマルヘッド
及びその製造方法を提供することを目的とする。
As a means for reducing local destruction of the protective layer 6 due to foreign matter being caught during printing, when the protective layer 6 is made of sialon, a large amount of oxygen is intentionally added during sputtering. The applicant of the present application has proposed that a transparent protective layer having a desired hardness can be formed by converting a hard Si—N bond into a soft Si—O bond and having a foreign matter resistance of a desired hardness. In order to obtain a desired hardness by denaturation with oxygen, a large amount of oxygen needs to be added. There was a problem in mass production that it was small. The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a thermal head which prevents local cracking and peeling of a protective film and is easy to manufacture, and a method for manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のサ−マルヘッド
は、基板の上面に保温層を形成し、該保温層の上面に発
熱抵抗体と電極とを積層し、その上面を保護層により被
覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護層が、S
34とSiO2とAlNとを主成分とするセラミック
焼結体からなるスパッタリングターゲットを用いたスパ
ッタリング膜であって、ビッカース硬度が略700〜1
000kg/mm2の着色膜であることを特徴とする。
更に、本発明は、前記スパッタリングターゲットにおけ
るSiO2の組成比を略20〜50mol%としたこと
を特徴とする。
According to the thermal head of the present invention, a heat insulating layer is formed on an upper surface of a substrate, a heating resistor and an electrode are laminated on the upper surface of the heat insulating layer, and the upper surface is covered with a protective layer. In the thermal head formed as described above, the protective layer is formed of S
A sputtering film using a sputtering target composed of a ceramic sintered body containing i 3 N 4 , SiO 2 and AlN as main components, and having a Vickers hardness of about 700 to 1
It is a colored film of 000 kg / mm 2 .
Further, the present invention is characterized in that the composition ratio of SiO 2 in the sputtering target is approximately 20 to 50 mol%.

【0010】また、本発明のサ−マルヘッドの製造方法
は、基板の上面に保温層を形成する工程と、該保温層の
上面に発熱抵抗体を形成する工程と、該発熱抵抗体に接
続される電極を形成する工程と、前記発熱抵抗体および
前記電極の表面を被覆する保護層を形成する工程からな
るサーマルヘッドの製造方法において、前記保護層を形
成する工程は、Si34とSiO2とAlNを主成分と
し、前記SiO2の組成比が略20〜50mol%であ
るセラミック焼結体からなるスパッタリングターゲット
を用い、スパッタリングガスとしてArガスを使用して
スパッタリングを行ない、着色膜とすることを特徴とす
る。更に、本発明は、前記Arガスが、ArガスとO2
ガスとの混合ガス、またはArガスとN2ガスとの混合
ガスであって、前記O2ガスまたはN2ガスの流量が総ガ
ス流量の略1〜3%であることを特徴とする。
The method of manufacturing a thermal head according to the present invention further comprises a step of forming a heat insulating layer on the upper surface of the substrate, a step of forming a heating resistor on the upper surface of the heat insulating layer, and a step of connecting to the heating resistor. Forming a protective layer covering the surface of the heating resistor and the electrode, the step of forming the protective layer comprises Si 3 N 4 and SiO 2. Using a sputtering target composed of a ceramic sintered body containing 2 and AlN as main components and having a composition ratio of SiO 2 of about 20 to 50 mol%, sputtering is performed using Ar gas as a sputtering gas to form a colored film. It is characterized by the following. Further, in the present invention, the Ar gas may be an Ar gas and an O 2 gas.
A mixed gas of a gas and a mixed gas of an Ar gas and a N 2 gas, wherein the flow rate of the O 2 gas or the N 2 gas is approximately 1 to 3% of the total gas flow rate.

【0011】前述したように本発明は、保護層のスパッ
タリングターゲット材料として高硬度のSi34に略2
0〜50mol%の低硬度のSiO2をあらかじめ添加
したものであるため、保護層のビッカ−ス硬度が、従来
のサイアロンの略1500kg/mm2に対し、本発明
は略700〜1000kg/mm2に低下し、印字中の
異物の噛み込みに対しても保護層が変形に対して追従す
るため、クラックや剥離の発生を軽減することができ
る。
As described above, according to the present invention, as a sputtering target material for the protective layer, approximately 2% of Si 3 N 4 of high hardness is used.
For the 0-50 mol% of SiO 2 of low hardness is obtained in advance by adding, Vickers hardness of the protective layer - scan hardness, to approximately 1500 kg / mm 2 of conventional sialon, the present invention is substantially 700~1000kg / mm 2 Since the protective layer follows deformation even when foreign matter is caught during printing, the occurrence of cracks and peeling can be reduced.

【0012】また、本発明の保護膜は、スパッタリング
の際に材料の軽元素である窒素等は排気されやすく、堆
積した膜中の窒素が欠乏して、活性なSiやAlのメタ
ルが遊離しメタルが過剰となるスパッタリングの性質を
利用して、窒素が欠乏した絶縁性の着色膜に形成してい
るため、膜中に含ませた遊離メタルにより、膜の靭性及
び膜の密着性が高まり保護層の耐クラック性をより向上
することができる。
In the protective film of the present invention, nitrogen, which is a light element of a material, is easily exhausted during sputtering, and nitrogen in the deposited film is deficient, and active Si or Al metal is released. Utilizing the nature of sputtering that causes excess metal, it is formed in an insulating colored film that is nitrogen-deficient, so the free metal included in the film increases the toughness and adhesion of the film and protects it. The crack resistance of the layer can be further improved.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明のサ−マルヘッドの
構造及びその製造方法の実施の形態について、図面によ
り説明する。図1は本発明のサ−マルヘッドの構造を示
す要部断面図である。同図において、前記従来例と同様
に、アルミナ等からなる放熱性の基板11の表面にガラ
スグレ−ズからなる保温層12が形成され、その上にT
a−SiO2等からなる発熱抵抗体13が積層され、フ
ォトリソ技術により所望のパタ−ンに形成される。ま
た、その上にAl、Cu、Au等からなる電極が積層さ
れ、該発熱抵抗体13の一方の側に共通電極14、その
他方の側に個別電極15がそれぞれ形成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the structure of a thermal head and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a main part showing the structure of a thermal head according to the present invention. In the same figure, a heat insulating layer 12 made of glass glaze is formed on the surface of a heat dissipating substrate 11 made of alumina or the like, and a T
Heating resistors 13 made of a-SiO 2 or the like are stacked and formed in a desired pattern by photolithography. Further, an electrode made of Al, Cu, Au or the like is laminated thereon, and a common electrode 14 is formed on one side of the heating resistor 13 and an individual electrode 15 is formed on the other side.

【0014】そして、前記発熱抵抗体13や前記各電極
14、15を酸化及び摩耗から保護するため、本発明の
特徴であるSi34−SiO2−AlNからなるスパッ
タターゲットを用い、スパッタリングにより略5μmの
厚みの保護層16が、所望の硬度で窒素が欠乏したメタ
ル過剰の絶縁性着色膜に積層されて、本発明のサ−マル
ヘッドが製造されている。
In order to protect the heating resistor 13 and the electrodes 14 and 15 from oxidation and abrasion, a sputtering target made of Si 3 N 4 —SiO 2 —AlN, which is a feature of the present invention, is used. The thermal head of the present invention is manufactured by laminating a protective layer 16 having a thickness of about 5 μm on a metal-excessive insulating colored film having a desired hardness and a nitrogen deficiency.

【0015】そこで、本発明に係るSi34−SiO2
−AlNからなるスパッタターゲット材料は、本発明の
目的に叶うように高硬度のSi34に対して低硬度のS
iO2を添加して所望の耐クラック性を発揮する組成比
を実験的に求めたものである。
Therefore, the Si 3 N 4 —SiO 2 according to the present invention
-A sputter target material made of AlN has a low hardness of S 3 N 4 and a low hardness of S 3 N 4 so as to achieve the object of the present invention.
The composition ratio at which desired crack resistance is exhibited by adding iO 2 is experimentally determined.

【0016】なお、AlNは、難焼結性を有するSi3
4の焼結密度を高めるための焼結助剤の役割と、保護
層の密着性をより高めるために添加しているものであ
る。例えば、Si34−SiO2は、ターゲットの焼結
密度が略70%程度と低く、ポーラスな材料となるが、
AlNを略10mol%添加するとSiO2との相乗効
果が発生してターゲットの焼結密度が略90%にでき、
スパッタリングのターゲット寿命やスパッタリングの安
定性を向上させる効果がある。AlNの添加量の範囲は
SiO2の量との関連で数mol%〜20mol%が考
えられる。さらに、AlNは、Arのスパッタリングに
より軽元素の窒素が欠乏してメタルのAlが遊離しやす
い性質を有しており、この遊離した活性なAlがSi3
4から遊離したSiとともに発熱抵抗体13等の下地
層に対して密着性を高める効果がある。
Note that AlN is hardly sinterable Si 3
The sintering aid serves to increase the sintering density of N 4 and is added to further enhance the adhesion of the protective layer. For example, Si 3 N 4 —SiO 2 has a target having a low sintered density of about 70% and is a porous material.
When about 10 mol% of AlN is added, a synergistic effect with SiO 2 occurs, and the sintered density of the target can be made about 90%,
This has the effect of improving the sputtering target life and sputtering stability. The range of the amount of AlN added is considered to be several mol% to 20 mol% in relation to the amount of SiO 2 . Further, AlN has a property that nitrogen of a light element is deficient due to sputtering of Ar and metal Al is easily released, and the released active Al is Si 3
This has the effect of increasing the adhesion to the underlying layer such as the heating resistor 13 together with the Si released from N 4 .

【0017】前記スパッタリングターゲットを用いてス
パッタリングを行うと、あらかじめ材料中にSiO2
多量に含ませているため、Arのみのスパッタリングに
より、所望の硬度が安定して得られるものとなってい
る。但し、このスパッタリングの際に、排気能力に優
れ、チェンバー内の脱ガスの少ない優良なスパッタ装置
を用いた時には、成膜中に取り込む不純物ガス(主に水
分)が少なくなるため、前記ターゲット材料を用いた保
護層は、軽元素の窒素が欠乏する度合いが大きくなり、
膜中にSiやAlの遊離メタルが多量に発生して、膜は
黒色で導電性を帯び絶縁性が失われ保護層として使用で
きないものとなる場合がある。
When sputtering is performed using the sputtering target, since a large amount of SiO 2 is contained in the material in advance, a desired hardness can be stably obtained by sputtering only Ar. However, when using a good sputtering apparatus which has an excellent exhaust capacity and less degassing in the chamber at the time of this sputtering, the amount of the impurity gas (mainly water) taken in during the film formation is reduced. The degree of deficiency of the light element nitrogen in the protective layer used increases.
In some cases, a large amount of free metal such as Si or Al is generated in the film, and the film becomes black, becomes conductive, loses insulation, and cannot be used as a protective layer.

【0018】このため、本発明では、絶縁性を保持でき
る範囲内で保護層を窒素が欠乏したメタル過剰の着色膜
に制御して成膜するために、Arのみのスパッタリング
で絶縁性にならない場合には、Ar中に総ガス流量の略
1〜3%の流量の微量のO2又はN2からなる反応性ガス
を添加する。すなわち、O2ガス流量/(Arガス流量
+O2ガス流量)=1〜3%、又はN2ガス流量/(Ar
ガス流量+N2ガス流量)=1〜3%の条件でリアクテ
ィブスパッタリングを行わせることにより、ほぼ褐色を
呈する保護層が得られる。このように意図的に絶縁性を
保持して褐色に成膜した保護層は、膜中にメタルを遊離
させていることにより、特に膜の靭性及び密着性に優れ
たものにでき、印字中に噛み込む異物に対して、耐クラ
ック性を最良のものとできる効果を奏する。なお、前記
反応性ガスの流量比が1%未満では、スパッタ膜の絶縁
性が不十分で、逆に、流量比が3%を超えると、スパッ
タ膜は透明となり、上記耐クラック性が十分に得られな
くなる。
For this reason, according to the present invention, the protective layer is controlled and formed into a nitrogen-deficient metal-excessive colored film as long as the insulating property can be maintained. , A small amount of a reactive gas composed of O 2 or N 2 at a flow rate of about 1 to 3% of the total gas flow rate is added to Ar. That is, O 2 gas flow rate / (Ar gas flow rate + O 2 gas flow rate) = 1 to 3%, or N 2 gas flow rate / (Ar
By performing the reactive sputtering under the condition of (gas flow rate + N 2 gas flow rate) = 1 to 3%, a protective layer having a substantially brown color can be obtained. In this way, the protective layer formed into a brown film while intentionally maintaining insulation can have excellent toughness and adhesiveness of the film, particularly by releasing metal in the film, and can be used during printing. This has the effect of providing the best crack resistance against foreign matter that gets caught. If the flow rate ratio of the reactive gas is less than 1%, the insulating property of the sputtered film is insufficient. Conversely, if the flow rate ratio is more than 3%, the sputtered film becomes transparent, and the crack resistance is insufficient. No longer available.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明の保護層の特性について、実験
した結果を説明する。下表1に示すように、Si34
SiO2−AlNからなるスパッタターゲット材料の組
成比を変えた実施例及び比較例を作成した。これらのス
パッタ材料を用い、成膜ガス圧が0.4Pa、Arガス
流量50SCCM中で、スパッタリングを行い、5μm
の厚さの保護層を得た。
EXAMPLES Next, the results of experiments on the characteristics of the protective layer of the present invention will be described. As shown in Table 1 below, Si 3 N 4
Examples and comparative examples in which the composition ratio of a sputter target material composed of SiO 2 -AlN was changed. Using these sputtered materials, sputtering was performed at a film forming gas pressure of 0.4 Pa and an Ar gas flow rate of 50 SCCM, and 5 μm
Was obtained.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】図2は、上記ターゲットを用いてスパッタ
リングした保護層の耐異物性を測定して結果をグラフで
表したもので、横軸にSiO2の添加量、縦軸に耐異物
性を示している。なお、耐異物性の試験方法は、保護層
を形成したサーマルヘッドをプリンタに装着し、異物の
噛み込みを擬製した所定のサンドペーパーに対して走行
させ、クラックや摩耗によって発熱抵抗体が破壊を起こ
すまでの走行距離を比較したものである。
FIG. 2 is a graph showing the results obtained by measuring the foreign matter resistance of the protective layer sputtered using the above target. The horizontal axis represents the amount of added SiO 2 , and the vertical axis represents the foreign matter resistance. ing. In addition, the test method of the foreign matter resistance is as follows. A thermal head having a protective layer formed thereon is mounted on a printer, the foreign matter bite is caused to travel on a predetermined sandpaper, and the heating resistor is broken due to cracks or wear. It is a comparison of the mileage to get up.

【0022】図2のように、前記実施例1と2のSiO
2の添加量が30mol%と40mol%の時に最も長
寿命を示し、この時の正常な走行距離を100%とする
と、前記比較例1のSiO2の添加量が10mol%で
は、前記正常走行距離は略30%になり耐異物性が不足
であり、保護層のクラックや剥離の故障モードが発生す
るため寿命が低下する。また、前記比較例2のSiO2
の添加量が60mol%では前記正常走行距離は略70
%であり保護層の硬度低下により耐磨耗性が不足して、
発熱抵抗体の酸化と摩耗の故障モードが発生するため寿
命が低下する。それに対し、前記実施例1、4のSiO
2の添加量が20mol%、50mol%では、正常な
走行距離が80%以上を維持しており、保護層の耐異物
性が良好である。以上の結果から、SiO2の添加量が
20〜50mol%の範囲が耐異物性に優れていること
が実験により得られた。
As shown in FIG. 2, the SiO 2 of Examples 1 and 2 was used.
The longest life is exhibited when the addition amount of 2 is 30 mol% and 40 mol%, and when the normal traveling distance at this time is 100%, when the addition amount of SiO 2 of Comparative Example 1 is 10 mol%, the normal traveling distance is obtained. Is about 30%, the foreign matter resistance is insufficient, and a failure mode of cracking or peeling of the protective layer occurs, thereby shortening the service life. Further, the SiO 2 of Comparative Example 2 was used.
In the case where the amount of addition is 60 mol%, the normal traveling distance is about 70.
% And the wear resistance is insufficient due to the decrease in hardness of the protective layer.
A failure mode of oxidation and abrasion of the heating resistor occurs, thereby shortening the service life. On the other hand, the SiO 2 of Examples 1 and 4
When the addition amount of 2 is 20 mol% and 50 mol%, the normal traveling distance is maintained at 80% or more, and the foreign matter resistance of the protective layer is good. From the above results, it was experimentally obtained that the addition amount of SiO 2 in the range of 20 to 50 mol% was excellent in foreign matter resistance.

【0023】一方、従来のサイアロン等からなる高硬度
の保護膜をもつサーマルヘッドを、同様な耐異物性の試
験にかけると、僅かな走行距離(正常走行距離は略10
%)で故障が発生する。これと比較すると、上記本発明
の保護層を用いたサーマルヘッドは、略10倍の耐異物
性の改善がなされている。
On the other hand, when a conventional thermal head having a high hardness protective film made of sialon or the like is subjected to a similar foreign matter resistance test, a small traveling distance (normal traveling distance is approximately 10
%), A failure occurs. Compared with this, the thermal head using the protective layer of the present invention has about 10 times improvement in foreign matter resistance.

【0024】次に、ビッカース硬度を測定した結果、前
記実施例1の保護層は略1000kg/mm2、前記実
施例4の保護層は略700kg/mm2であった。すな
わち、SiO2の添加量が20mol%から50mol
%の増加に対し、ビッカース硬度は略1000〜700
kg/mm2の範囲で変化することが解る。
Next, as a result of measuring the Vickers hardness, the protective layer of Example 1 was approximately 1000 kg / mm 2 , and the protective layer of Example 4 was approximately 700 kg / mm 2 . That is, the addition amount of SiO 2 is from 20 mol% to 50 mol%.
%, The Vickers hardness is approximately 1000-700.
It can be seen that it changes within the range of kg / mm 2 .

【0025】以上の結果から、従来のSiCやサイアロ
ンからなる高硬度の保護層では、異物を噛み込んだ時に
即座にクラックや剥離が発生していたが、ビッカ−ス硬
度が略700〜1000kg/mm2とした保護層で
は、異物が通過した痕跡があっても、クラックや剥離の
発生を低減できることが実験的に解った。また、サ−マ
ルヘッドの発熱ドット部にビッカース硬度計のダイヤモ
ンド圧子を300gで押し込んだ時、従来の保護層6で
は即座にクラックと剥離の伝播が認められたが、本発明
のものはそのような欠陥は認められず、耐クラック性が
向上し、印字寿命のバラツキを低減できる。
From the above results, in the conventional high hardness protective layer made of SiC or Sialon, cracks and peeling occurred immediately when foreign matter was caught, but the Vickers hardness was approximately 700 to 1000 kg / kg. It has been experimentally found that the protective layer having a thickness of 2 mm can reduce the occurrence of cracks and peeling even if there is a trace of foreign matter passing therethrough. Further, when a diamond indenter of a Vickers hardness tester was pushed into the heat-generating dot portion of the thermal head at 300 g, cracks and peeling were immediately propagated in the conventional protective layer 6. No defects are observed, crack resistance is improved, and variations in printing life can be reduced.

【0026】[0026]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、サーマルヘッ
ドの保護層は、高硬度のSi34に対して低硬度のSi
2を添加したスパッタリングターゲットを用いてスパ
ッタリングされた膜で、そのビッカース硬度を適度に下
げて略700〜1000kg/mm2の着色膜に調整さ
れているので、印字中に粉塵等の異物を噛み込んでも、
保護層に局部的なクラックや剥離等を生じることがない
ため、下地の発熱抵抗体が酸化して印字不能ドットが発
生することを防ぎ、サーマルヘッドを長寿命化できると
いう顕著な効果を奏する。
According to the first aspect of the present invention, the protective layer of the thermal head has a low hardness of Si 3 N 4 and a low hardness of Si 3 N 4 .
The film is sputtered using a sputtering target to which O 2 is added, and its Vickers hardness is moderately reduced to a color film of approximately 700 to 1000 kg / mm 2. Even if
Since a local crack or peeling does not occur in the protective layer, it is possible to prevent the generation of unprintable dots due to oxidation of the underlying heating resistor, and to provide a remarkable effect of extending the life of the thermal head.

【0027】請求項2の発明によれば、前記スパッタリ
ングターゲットにおけるSiO2の組成比を略20〜5
0mol%としているので、保護層を形成するスパッタ
膜のビッカース硬度を好適な略700〜1000kg/
mm2の範囲に容易に調整できる。
According to the invention of claim 2 , the composition ratio of SiO 2 in the sputtering target is approximately 20 to 5
Since it is 0 mol%, the Vickers hardness of the sputtered film forming the protective layer is preferably about 700 to 1000 kg /
It can be easily adjusted to the range of mm 2 .

【0028】請求項3の本発明の製造方法によれば、ス
パッタリングターゲットは予め低硬度のSiO2が略2
0〜50mol%添加され、Arガスのみのスパッタリ
ングによって、ビッカース硬度が好適な略700〜10
00kg/mm2の着色膜となる保護層を形成すること
ができるので、製造が極めて簡便となる。更に、SiO
2の組成比を上記の範囲に限定しているので、保護層を
形成するスパッタ膜には活性なSiあるいはAlのメタ
ル成分が遊離して、膜は褐色を呈し、この活性なメタル
成分によって、保護層の靭性および密着性が向上するた
めに、サーマルヘッドの圧接力を増しても保護層と発熱
抵抗体との応力剥離が発生せず、印字寿命のバラツキを
低減し長寿命化できるという優れた効果を奏する。
According to the manufacturing method of the third aspect of the present invention, the sputtering target is made of SiO 2 having a low hardness of about 2 in advance.
0 to 50 mol% is added, and the Vickers hardness is preferably about 700 to 10 by sputtering only with Ar gas.
Since a protective layer serving as a colored film of 00 kg / mm 2 can be formed, production is extremely simple. Furthermore, SiO
Since the composition ratio of 2 is limited to the above range, the active Si or Al metal component is liberated in the sputtered film forming the protective layer, and the film takes on a brown color. Because the toughness and adhesion of the protective layer are improved, even if the pressure contact force of the thermal head is increased, stress peeling between the protective layer and the heating resistor does not occur. It has the effect.

【0029】請求項4の本発明の製造方法によれば、ス
パッタリングにおいてO2ガスまたはN2ガスからなる反
応性ガスを添加したとしても、その添加量を総ガス流量
の略1〜3%と微量にしているため、スパッタリングさ
れた保護層は絶縁性を保持しつつ、活性なSiあるいは
Alのメタル成分が遊離した着色膜(褐色膜)とするこ
とができる。更に、ターゲット材料が安価で、反応ガス
のO2またはN2のどちらで成膜しても、硬度の変化が少
なく制御も容易で、単層で密着力、耐クラック性、絶縁
性に優れ、長寿命で高印字品位のサーマルヘッドを安価
に製造することができる効果も存する。
According to the manufacturing method of the present invention, even if a reactive gas consisting of O 2 gas or N 2 gas is added in sputtering, the amount of addition is about 1 to 3% of the total gas flow rate. Since the amount is small, the sputtered protective layer can be a colored film (brown film) in which the active Si or Al metal component is liberated while maintaining insulation. Furthermore, even if the target material is inexpensive, and the film is formed using either O 2 or N 2 as the reaction gas, the change in hardness is small and the control is easy, and a single layer is excellent in adhesion, crack resistance, and insulation. There is also an effect that a long life and high print quality thermal head can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のサ−マルヘッドの構造を示す要部断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a structure of a thermal head according to the present invention.

【図2】本発明の保護層のSiO2の添加量に対する耐
異物性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the foreign matter resistance of the protective layer of the present invention with respect to the amount of added SiO 2 .

【図3】従来のサ−マルヘッドの構造を示す要部断面図
である。
FIG. 3 is a sectional view of a main part showing a structure of a conventional thermal head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11 基板 2、12 保温層 3、13 発熱抵抗体 4、14 共通電極 5、15 個別電極 6、16 保護層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11 Substrate 2, 12 Heat insulation layer 3, 13 Heating resistor 4, 14 Common electrode 5, 15 Individual electrode 6, 16 Protective layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の上面に保温層を形成し、該保温層
の上面に発熱抵抗体と電極とを積層し、その上面を保護
層により被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保
護層は、Si34とSiO2とAlNとを主成分とする
セラミック焼結体からなるスパッタリングターゲットを
用いたスパッタリング膜であって、ビッカース硬度が略
700〜1000kg/mm2の着色膜であることを特
徴とするサーマルヘッド。
1. A thermal head in which a heat insulating layer is formed on an upper surface of a substrate, a heating resistor and an electrode are stacked on the upper surface of the heat insulating layer, and the upper surface is covered with a protective layer. A sputtered film using a sputtering target composed of a ceramic sintered body containing Si 3 N 4 , SiO 2 and AlN as main components, characterized in that it is a colored film having a Vickers hardness of approximately 700 to 1000 kg / mm 2. Thermal head.
【請求項2】 前記スパッタリングターゲットにおける
SiO2の組成比を略20〜50mol%としたことを
特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。
2. The thermal head according to claim 1, wherein the composition ratio of SiO 2 in the sputtering target is approximately 20 to 50 mol%.
【請求項3】 基板の上面に保温層を形成する工程と、
該保温層の上面に発熱抵抗体を形成する工程と、該発熱
抵抗体に接続される電極を形成する工程と、前記発熱抵
抗体および前記電極の表面を被覆する保護層を形成する
工程からなるサーマルヘッドの製造方法において、前記
保護層を形成する工程は、Si34とSiO2とAlN
を主成分とし、前記SiO2の組成比が略20〜50m
ol%であるセラミック焼結体からなるスパッタリング
ターゲットを用い、スパッタリングガスとしてArガス
を使用してスパッタリングを行ない、着色膜とすること
を特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
Forming a heat insulating layer on the upper surface of the substrate;
Forming a heating resistor on the upper surface of the heat insulating layer, forming an electrode connected to the heating resistor, and forming a protective layer covering the surface of the heating resistor and the electrode. In the method of manufacturing a thermal head, the step of forming the protective layer includes Si 3 N 4 , SiO 2 , AlN
And the composition ratio of the SiO 2 is approximately 20 to 50 m.
A method for producing a thermal head, comprising: performing sputtering using a sputtering target made of a ceramic sintered body having a concentration of 0.1% by weight and using an Ar gas as a sputtering gas to form a colored film.
【請求項4】 前記スパッタリングガスは、Arガスと
2ガスとの混合ガス、またはArガスとN2ガスとの混
合ガスであって、前記O2ガスまたはN2ガスの流量が総
ガス流量の略1〜3%であることを特徴とする請求項3
に記載のサーマルヘッドの製造方法。
4. The sputtering gas is a mixed gas of Ar gas and O 2 gas or a mixed gas of Ar gas and N 2 gas, and the flow rate of the O 2 gas or N 2 gas is a total gas flow rate. 3. The method according to claim 3, wherein
3. The method for manufacturing a thermal head according to 1.,
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2004017140A1 (en) * 2002-08-19 2005-12-08 Hoya株式会社 Mask blank manufacturing method, transfer mask manufacturing method, mask blank manufacturing sputtering target

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