JP2888584B2 - Sputter target Wear-resistant coating and thermal head using it - Google Patents

Sputter target Wear-resistant coating and thermal head using it

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JP2888584B2 JP4824890A JP4824890A JP2888584B2 JP 2888584 B2 JP2888584 B2 JP 2888584B2 JP 4824890 A JP4824890 A JP 4824890A JP 4824890 A JP4824890 A JP 4824890A JP 2888584 B2 JP2888584 B2 JP 2888584B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、サーマルヘッドや密着センサなどに用いら
れる保護膜の形成に好適なスパッタターゲットとそれを
用いて形成した耐摩耗性被膜、さらにはこの耐摩耗性被
膜を保護膜として用いたサーマルヘッドに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a sputter target suitable for forming a protective film used for a thermal head, a contact sensor, and the like, and an abrasion resistance formed using the same. The present invention relates to a thermal head using the abrasion-resistant coating as a protective film.

(従来の技術) サーマルヘッドは、少音、省保守、低ランニングコス
トなどの利点を活かして、ファクシミリ、ワードプロセ
ッサ用プリンタなどの各種記録装置に多用されるように
なってきている。一方、各種電子機器には小型化、低価
格化、低電力化が要請されており、サーマルヘッドにも
小型で安価で、かつ高効率のものが望まれている。
(Prior Art) A thermal head has been frequently used in various recording apparatuses such as a facsimile and a printer for a word processor, taking advantage of low noise, low maintenance and low running cost. On the other hand, various electronic devices are required to be reduced in size, price, and power consumption, and a small, inexpensive, and highly efficient thermal head is also desired.

このような要望を満たすサーマルヘッドとして、保温
層としてポリイミド樹脂などの耐熱性に優れ、低い熱拡
散率を有する樹脂を用いたサーマルヘッドが注目されて
いる。
As a thermal head that satisfies such demands, a thermal head using a resin having excellent heat resistance such as a polyimide resin and having a low thermal diffusivity as a heat insulating layer has attracted attention.

上記した保温層として耐熱性樹脂を用いたサーマルヘ
ッドは、たとえば以下に示すような構造を有している。
The above-described thermal head using a heat-resistant resin as the heat insulating layer has, for example, the following structure.

すなわち上記サーマルヘッドは、金属基板上にポリイ
ミド樹脂などからなる保温層が設けられ、この保温層上
に発熱抵抗体層、個別電極および共通電極となる導電層
が順に形成され、最外表面をSi−O−N、Si3N4、SiCな
どからなる保護膜で被覆することによって構成されてい
る。
That is, in the thermal head, a heat insulating layer made of a polyimide resin or the like is provided on a metal substrate, a heating resistor layer, a conductive layer serving as an individual electrode and a common electrode are sequentially formed on the heat insulating layer, and the outermost surface is made of Si. -O-N, Si 3 N 4 , SiC, etc. are covered with a protective film.

上記保護膜としては、酸化防止膜と耐摩耗膜を別々の
層として設けたり、必要に応じて接着層を設ける場合も
ある。また、保温層をアッシング処理などから保護し、
抵抗層形成時の抵抗値制御を容易にし、さらにワイヤー
ボンディング性を改善するために、保温層と発熱抵抗体
層間にSiO2、SiN、SiCなどからなる下地層を設けること
も行われている。
As the protective film, an antioxidant film and a wear-resistant film may be provided as separate layers, or an adhesive layer may be provided as necessary. In addition, we protect thermal insulation layer from ashing processing
In order to facilitate the control of the resistance value when forming the resistance layer and to further improve the wire bonding property, an underlayer made of SiO 2 , SiN, SiC or the like is provided between the heat insulation layer and the heating resistor layer.

このようなサーマルヘッドは、耐熱性および付着力の
面では充分にサーマルヘッドの動作に耐えられることは
確認されている。しかし、このサーマルベッドをファク
シミリなどの装置に組み込んで走行テストを行った結
果、走行中に異常な抵抗値変化を示し、印字に影響を及
ぼす現象が多々認められた。
It has been confirmed that such a thermal head can sufficiently withstand the operation of the thermal head in terms of heat resistance and adhesion. However, as a result of a running test in which this thermal bed was incorporated in a device such as a facsimile machine, an abnormal change in resistance value during running was observed, and many phenomena affecting printing were observed.

このような異常な抵抗値変化を示した特異点を詳細に
調べた結果、サーマルヘッドと感熱紙の間に巻き込まれ
た塵芥などの異物がサーマルヘッドの保護膜に亀裂(ク
ラック)を生じさせ、亀裂が発熱抵抗体まで達した場合
に、特異点が生じることがわかってきた。しかも、従来
のグレーズガラス層を有するアルミナ基板を高抵抗基体
として用いた場合や、ガラス層を有する金属基体を高抵
抗基体として用いた場合には、他の構成が同じサーマル
ヘッドでもこのような現象は認められず、保温層として
樹脂を用いた場合に特有な現象であることを本発明者ら
は見出だした。
As a result of examining the singular point showing such an abnormal change in resistance in detail, foreign matter such as dust caught between the thermal head and the thermal paper causes cracks in the protective film of the thermal head. It has been found that a singular point occurs when the crack reaches the heating resistor. In addition, when a conventional alumina substrate having a glaze glass layer is used as a high-resistance substrate, or when a metal substrate having a glass layer is used as a high-resistance substrate, such a phenomenon occurs even in a thermal head having the same other configuration. The present inventors have found that the phenomenon is unique when a resin is used as the heat insulating layer.

これらは、ガラス層を保温層として用いた場合、ガラ
ス層は硬度が高く、また保護膜と同程度の変形しか生じ
ないために、保護膜の局部的な変形が阻止されるのに対
し、ポリイミドなどの樹脂は弾性が大きく、変形能が保
護膜より著しく大きいため、保護膜に局所的な集中荷重
が加わった場合、樹脂からなる保温層は大きく変形する
が、保護膜はこの変形に追従できず、保護膜が割れてし
まうためと考えられる。
In these, when a glass layer is used as a heat insulating layer, the glass layer has a high hardness, and since only the same deformation as the protective film occurs, local deformation of the protective film is prevented. Resins have high elasticity and deformability is significantly greater than that of the protective film, so if a localized concentrated load is applied to the protective film, the thermal insulation layer made of resin will be greatly deformed, but the protective film can follow this deformation. It is considered that the protective film was broken.

このため、種々の保護膜材料について検討が重ねられ
ているが、Ta2O5やSiO2は硬度に乏しく、またSi3N4、Si
C、Al2O3などは靭性に乏しく、いずれもクラックが発生
し易いため、実用的な使用に耐え得るものではないこと
が本発明者らによって明らかになりつつある。
For this reason, various protective film materials have been studied, but Ta 2 O 5 and SiO 2 have poor hardness, and Si 3 N 4 , Si 3
The inventors of the present invention have found that C, Al 2 O 3, and the like have poor toughness and are liable to crack, so that they cannot withstand practical use.

一方、一般的なクラックの発生を防止できる保護膜材
料として、特開昭60−4077号公報、同62−3968号公報に
記載されている、高硬度、高靭性のSi−Al−O−Nを主
体とするサイアロン膜が注目されている。
On the other hand, as a protective film material capable of preventing the occurrence of general cracks, a high-hardness, high-toughness Si-Al-O-N described in JP-A-60-4077 and JP-A-62-2968 are disclosed. Attention has been paid to sialon films mainly composed of sialon.

しかしながら、上述したサイアロン膜は、Ar雰囲気中
でスパッタリングを行った場合、スパッタレートが低
く、しかもこの雰囲気ではAlが金属成分として析出しや
すく、絶縁性が低下するという問題があった。
However, the above-mentioned sialon film has a problem that when sputtered in an Ar atmosphere, the sputter rate is low, and in this atmosphere, Al is easily precipitated as a metal component, and the insulating property is reduced.

このAlが析出するという問題は、Arに5%〜10%程度
のO2またはN2を添加することにより改善されるが、スパ
ッタレートがさらに低下し、コストアップの要因となっ
ている。
The problem of the precipitation of Al can be improved by adding about 5% to 10% of O 2 or N 2 to Ar, but the sputter rate is further reduced, which causes a cost increase.

(発明が解決しようとする課題) 上述したように、サーマルヘッドでは、保温層として
ポリイミド樹脂などの低い熱拡散率を有する樹脂を用い
ることによって、熱効率が優れ、曲げ加工が可能で小型
化し易いという長所が付与される反面、樹脂層が軟かい
ために、塵芥などの巻き込みによって保護膜に局所的な
応力が加わった際に、樹脂層と保護膜との変形量に大き
な差があるために亀裂が生じ、これが発熱抵抗体まで達
すると、抵抗値異常を起こし、印字性能を劣化させてし
まうという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the thermal head, by using a resin having a low thermal diffusivity such as a polyimide resin as the heat insulating layer, the thermal head is excellent in thermal efficiency, can be bent, and can be easily reduced in size. Despite the advantages, the resin layer is soft, and when a local stress is applied to the protective film due to entrapment of dust, there is a large difference in the amount of deformation between the resin layer and the protective film. When this reaches the heating resistor, there occurs a problem that a resistance value abnormality is caused and printing performance is deteriorated.

このような問題は、サーマルヘッドに限らず、完全密
着型センサなどの固体デバイスにおいても同様に生じて
いる。
Such a problem occurs not only in the thermal head but also in a solid-state device such as a complete contact sensor.

本発明は、このような従来の課題に対処するためにな
されたもので、局所的な応力が加わった場合にもクラッ
クの発生がなく、信頼性の高い保護膜を形成することが
でき、長時間の使用に際しターゲットの組成およびスパ
ッタ膜の特性にほとんど変化を生じさせない、安定なス
パッタターゲット、それを用いて形成した耐摩耗被膜、
および印字性能の安定性に優れたサーマルヘッドを提供
することを目的としている。
The present invention has been made to address such a conventional problem, and has no cracks even when a local stress is applied, and can form a highly reliable protective film. A stable sputter target that hardly changes the composition of the target and the characteristics of the sputtered film when used for a long time, a wear-resistant coating formed using the same,
It is another object of the present invention to provide a thermal head having excellent printing performance stability.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) すなわち本発明における第1のスパッタターゲット
は、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化ハフニウ
ムから選ばれた少なくとも1種(ただし、酸化ジルコニ
ウム単独の場合を除く)1mol%〜40mol%を含有し、残
部が実質的に窒化ケイ素からなることを特徴としてお
り、第2のスパッタターゲットは、酸化チタン、酸化ジ
ルコニウムおよび酸化ハフニウムから選ばれた少なくと
も1種1mol%〜40mol%と、酸化イットリウムおよび酸
化アルミニウムから選ばれた少なくとも1種(ただし、
酸化イットリウム単独の場合の酸化ジルコニウムの単独
使用を除く)0.05mol%〜10mol%とを含有し、残部が実
質的に酸化ケイ素からなることを特徴としている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) That is, the first sputter target in the present invention is at least one selected from titanium oxide, zirconium oxide, and hafnium oxide (except when zirconium oxide alone is used). ) Containing 1 mol% to 40 mol%, and the balance substantially consisting of silicon nitride, wherein the second sputter target is at least 1 mol% selected from titanium oxide, zirconium oxide and hafnium oxide. 40 mol% and at least one selected from yttrium oxide and aluminum oxide (however,
(Excluding the use of zirconium oxide alone in the case of yttrium oxide alone) of 0.05 mol% to 10 mol%, with the balance being substantially composed of silicon oxide.

また、本発明の耐摩耗性被膜は、上記スパッタターゲ
ットを用いて形成したスパッタ膜からなる耐摩耗性被膜
であって、少なくともその組織の一部がアモルファス状
態であることを特徴としている。
Further, the wear-resistant coating of the present invention is a wear-resistant coating made of a sputtered film formed by using the above-mentioned sputter target, wherein at least a part of the structure is in an amorphous state.

さらに、本発明のサーマルヘッドは、耐熱樹脂層を有
する支持基体と、前記耐熱樹脂層上に配置された発熱抵
抗体層と、この発熱抵抗体層上に設けられ、外発熱抵抗
体への給電用の電極導体層と、これら発熱抵抗体および
電極導体層を保護する保護膜とを有するサーマルヘッド
において、前記保護膜が、上記した耐摩耗性被膜により
構成されていることを特徴としている。
Further, the thermal head of the present invention comprises a supporting base having a heat-resistant resin layer, a heating resistor layer disposed on the heat-resistant resin layer, and a power supply provided on the heating resistor layer to supply power to the external heating resistor. In a thermal head having an electrode conductor layer for use and a protective film for protecting the heating resistor and the electrode conductor layer, the protective film is formed of the above-described wear-resistant coating.

上記第1の窒化ケイ素系スパッタターゲット中に含ま
れるTi、ZrおよびHfのIV a族金属の酸化物は、得られる
スパッタ膜の靭性を高めるとともに、ターゲット自体の
組成安定性を高めることにより、スパッタレートを向上
させ、かつスパッタガスの種類によるスパッタレートの
低下を防止するものであり、その含有量はIV a族金属の
酸化物の合計量として1mol%〜40mol%の範囲である。
The oxides of the Group IVa metals of Ti, Zr and Hf contained in the first silicon nitride-based sputter target increase the toughness of the obtained sputtered film and increase the composition stability of the target itself, thereby increasing the sputtering stability. It is intended to improve the rate and prevent a decrease in the sputter rate due to the type of sputter gas, and its content is in the range of 1 mol% to 40 mol% as the total amount of the oxide of the Group IVa metal.

これらIV a族金属の酸化物の含有量が1mol%未満で
は、得られるスパッタ膜の強度が充分ではなく、一方40
mol%を超えると、IV a族金属が金属成分として析出し
やすくなり、スパッタ膜の絶縁性の低下を招く恐れがあ
る。より好ましい含有量としては、5mol%〜20mol%の
範囲である。
When the content of the oxide of these IVa group metals is less than 1 mol%, the strength of the obtained sputtered film is not sufficient.
If the amount exceeds mol%, the group IVa metal is likely to be precipitated as a metal component, which may cause a decrease in the insulating property of the sputtered film. A more preferred content is in the range of 5 mol% to 20 mol%.

上記IV a族金属の酸化物は、1種または2種以上を混
合して用いることができるが、本発明では酸化ジルコニ
ウムの単独使用を除くものとする。
The above oxides of the Group IVa metal can be used alone or as a mixture of two or more, but in the present invention, zirconium oxide alone is excluded.

また、第2の窒化ケイ素系スパッタターゲット中に含
まれる酸化イットリウムおよび酸化アルミニウムは、上
記したIV a族金属の酸化物との併用によって、上述した
効果をさらに高めるとともに、ターゲット自体の製造を
より容易にするものであり、その含有量は酸化イットリ
ウムおよび酸化アルミニウムの合計量として0.05mol%
〜10mol%の範囲である。
In addition, yttrium oxide and aluminum oxide contained in the second silicon nitride-based sputter target can further enhance the above-mentioned effects and facilitate the production of the target itself, in combination with the above-described oxide of a Group IVa metal. The content is 0.05 mol% as a total amount of yttrium oxide and aluminum oxide.
1010 mol%.

また、この第2のスパッタターゲットにおけるIV a族
金属の酸化物の含有量は、上記第1のスパッタターゲッ
トと同様に1mol%〜40mol%の範囲であり、酸化イット
リウムおよび酸化アルミニウムの含有量は、上記IV a族
金属の酸化物の含有量を考慮して決定されるが、より好
ましい含有量としては0.3mol%〜1mol%の範囲である。
Further, the content of the oxide of the Group IVa metal in the second sputter target is in the range of 1 mol% to 40 mol% similarly to the first sputter target, and the contents of yttrium oxide and aluminum oxide are as follows: The content is determined in consideration of the content of the oxide of the Group IVa metal, and the more preferred content is in the range of 0.3 mol% to 1 mol%.

上記酸化イットリウムおよび酸化アルミニウムの含有
量の限定理由は、以下の通りである。
The reasons for limiting the contents of yttrium oxide and aluminum oxide are as follows.

すなわち、それらの含有量が0.05mol%未満では、得
られるスパッタ膜の強度向上効果が充分ではなく、一方
10mol%を超えると、YやAlが金属成分として析出しや
すくなり、スパッタ膜の絶縁性の低下を招く恐れがあ
る。
That is, if their content is less than 0.05 mol%, the effect of improving the strength of the obtained sputtered film is not sufficient.
If it exceeds 10 mol%, Y or Al tends to precipitate as a metal component, which may cause a decrease in the insulating property of the sputtered film.

上記酸化イットリウムおよび酸化アルミニウムは、こ
れらの少なくとも1種を含有させることによって上記効
果が得られるが、双方を含有させることがより好まし
い。なお、本発明では酸化イットリウム単独の場合の酸
化ジルコニウムの単独使用を除くものとする。
The above effects can be obtained by containing at least one of the above yttrium oxide and aluminum oxide, but it is more preferable to contain both. In the present invention, the use of zirconium oxide alone in the case of yttrium oxide alone is excluded.

本発明のスパッタターゲットの具体的な組成として
は、たとえば第1表に示すような組成が例示される。
Specific compositions of the sputter target of the present invention include, for example, the compositions shown in Table 1.

本発明のスパッタターゲットは、たとえば通常のセラ
ミックス焼結体と同様に、常圧焼結法、雰囲気加圧焼結
法、ホットプレス法、HIP法などの焼結法によって作製
される。
The sputter target of the present invention is produced by a sintering method such as a normal pressure sintering method, an atmospheric pressure sintering method, a hot press method, and a HIP method, similarly to a normal ceramic sintered body.

このような焼結法によって得られる本発明のスパッタ
ターゲットは、その焼結密度を理論密度の60%〜95%の
範囲とすることが好ましい。これは、焼結密度を比較的
小さくすることによって、スパッタレートの向上が図れ
るためである。また、焼結密度が理論密度の60%未満で
あると、バッキングプレートと接合する際に用いるろう
材が焼結体内に侵入しやすいとともに加工性が低下し、
また95%を超えると、スパッタレートの低下を招くとと
もに、バッキングプレートとの熱膨脹差による熱応力割
れが発生しやすくなるためである。
The sputter target of the present invention obtained by such a sintering method preferably has a sintering density in the range of 60% to 95% of the theoretical density. This is because the sputtering rate can be improved by making the sintering density relatively small. Also, if the sintering density is less than 60% of the theoretical density, the brazing material used for joining with the backing plate easily penetrates into the sintered body and the workability decreases,
On the other hand, if it exceeds 95%, the sputtering rate is reduced, and thermal stress cracking due to the difference in thermal expansion with the backing plate is likely to occur.

また、本発明の耐摩耗性被膜は、上記した本発明のス
パッタターゲットを用いて形成されたスパッタ膜からな
るものであって、その組織の少なくとも一部はアモルフ
ァスからなるものである。
Further, the wear-resistant coating of the present invention is formed of a sputtered film formed by using the above-described sputter target of the present invention, and at least a part of its structure is formed of amorphous.

このようなアモルファス状態のスパッタ膜は、優れた
靭性を示し、かつ高硬度を有することから、耐摩耗性被
膜として好適なものとなる。
Such an amorphous sputtered film exhibits excellent toughness and high hardness, and thus is suitable as a wear-resistant coating.

なお、本発明の耐摩耗性被膜の組成分は、上記ターゲ
ットと同一となるが、その組成比はスパッタ条件などに
よって異なるため、必ずしも一致しない。
The composition of the wear-resistant coating of the present invention is the same as that of the above-mentioned target, but does not always match because the composition ratio varies depending on sputtering conditions and the like.

上記耐摩耗性被膜は、本発明のスパッタターゲットを
用い、通常のスパッタ条件下でスパッタリングを行うこ
とにより形成される。スパッタガスとしては、不活性ガ
スが用いられるが、IV a族金属、YおよびAlなどが金属
成分として析出することを防止する上で、酸素や窒素を
5%〜10%程度含むアルゴンガスとすることが好まし
い。
The abrasion-resistant coating is formed by performing sputtering under ordinary sputtering conditions using the sputter target of the present invention. As the sputtering gas, an inert gas is used. In order to prevent the group IVa metal, Y and Al from being precipitated as a metal component, an argon gas containing about 5% to 10% of oxygen or nitrogen is used. Is preferred.

上記耐摩耗性被膜は、高硬度、優れた膜破壊強度など
を有し、かつ被着基体との密着性に優れることから、サ
ーマルヘッドや密着型センサなどの保護膜として好適で
ある。
The abrasion-resistant coating has high hardness, excellent film breaking strength and the like, and is excellent in adhesion to a substrate to be adhered, and thus is suitable as a protective film for a thermal head, a contact type sensor and the like.

そして、本発明のサーマルヘッドは、保温層としてポ
リイミド樹脂などからなる樹脂層を用いたサーマルヘッ
ドの保護膜として、上記した本発明の耐摩耗性被膜を用
いたものである。なお、上記耐摩耗性被膜は、発熱抵抗
体層や電極導体層の酸化防止膜としても機能する。
The thermal head of the present invention uses the above-described wear-resistant coating of the present invention as a protective film of the thermal head using a resin layer made of a polyimide resin or the like as a heat insulating layer. The abrasion resistant film also functions as an antioxidant film for the heating resistor layer and the electrode conductor layer.

(作 用) 本発明のスパッタターゲットは、窒化ケイ素を主成分
として、IV a族金属の酸化物、酸化イットリウム、酸化
アルミニウムなどを含んでいる。ここで、このような組
成を有するスパッタターゲットを用いてスパッタリング
を行った場合、窒化ケイ素を主成分とするスパッタ膜が
有する高硬度を維持した上で、金属成分としてIV a族金
属、Y、Alなどがスパッタ膜中に適度に分散されるた
め、スパッタ膜の靭性が大幅に向上し、優れた耐摩耗性
が付与されるとともに、クラックなどの発生が防止され
る。また、本発明のスパッタターゲットはスパッタレー
トが高く、かつスパッタガスとしてArガス中にO2やN2
添加したものを用いてもスパッタレートの低下がほとん
どないため、短時間で優れた特性を有するスパッタ膜が
得られる。
(Operation) The sputter target of the present invention contains silicon nitride as a main component, an oxide of a Group IVa metal, yttrium oxide, aluminum oxide, and the like. Here, when sputtering is performed using a sputter target having such a composition, while maintaining the high hardness of the sputtered film containing silicon nitride as a main component, a Group IVa metal as a metal component, Y, Al And the like are appropriately dispersed in the sputtered film, so that the toughness of the sputtered film is significantly improved, excellent wear resistance is provided, and the occurrence of cracks and the like is prevented. Further, the sputter target of the present invention has a high sputter rate, and even if a gas obtained by adding O 2 or N 2 to Ar gas as a sputter gas is used, there is almost no decrease in the sputter rate. Is obtained.

また、上記スパッタターゲットを用いて形成したスパ
ッタ膜はアモルファス状態であり、靭性を高めるので、
高品質の耐摩耗性被膜が得られる。さらに、この耐摩耗
性被膜を樹脂保温層を有するサーマルヘッドの保護膜と
して用いることで、樹脂層の変形能に起因して発生する
保護膜のクラックが防止されるため、長期間安定して使
用することが可能なサーマルヘッドが得られる。
In addition, the sputtered film formed using the above-mentioned sputter target is in an amorphous state and increases the toughness.
A high quality abrasion resistant coating is obtained. Furthermore, by using this abrasion-resistant coating as a protective film for a thermal head having a resin heat-insulating layer, cracks in the protective film caused by the deformability of the resin layer are prevented, so that it can be used stably for a long time. Thus, a thermal head that can be used is obtained.

(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described.

実施例1 平均粒径0.5μmのSi3N4粉末中に、TiO2が5mol%含ま
れるように、平均粒径0.03μmのTiO2粉末を加え、ボー
ルミルによりエタノール中で12時間混合分散した後、乾
燥して原料粉末を作製した。
Example 1 A TiO 2 powder having an average particle size of 0.03 μm was added so that 5 mol% of TiO 2 was contained in a Si 3 N 4 powder having an average particle size of 0.5 μm, and mixed and dispersed in ethanol by a ball mill for 12 hours. And dried to produce a raw material powder.

次に、上記原料粉末をN2雰囲気中、1775℃×2時間の
条件でホットプレス焼結し、次いでダイヤモンド研削を
行って、直径203mm×厚さ8mmのスパッタターゲットを得
た。
Next, the raw material powder was subjected to hot press sintering in an N 2 atmosphere at 1775 ° C. × 2 hours, and then subjected to diamond grinding to obtain a sputter target having a diameter of 203 mm and a thickness of 8 mm.

このようにして得たスパッタターゲットを用いて、サ
ーマルヘッドの保護膜を形成した。
Using the sputter target thus obtained, a protective film for a thermal head was formed.

第1図は、この実施例で使用したサーマルヘッドの構
成を示す図であり、たとえば下記に示すような方法によ
り製造される。
FIG. 1 is a view showing the configuration of a thermal head used in this embodiment, and is manufactured by, for example, the following method.

まず、たとえばCrを18重量%含有する厚さ0.5mm程度
のFe合金からなる金属基板1をレベリング後、所定の寸
法に切断し、ばり取り後、有機溶剤中にて脱脂洗浄し、
50℃〜70℃に保持した希硫酸中に浸漬して、表面に形成
されている酸化物層を除去するとともに表面をミクロ的
に荒らすための活性化処理を行う。
First, a metal substrate 1 made of, for example, an Fe alloy containing about 18% by weight of Cr and having a thickness of about 0.5 mm is leveled, cut into predetermined dimensions, deburred, and degreased and washed in an organic solvent.
The substrate is immersed in dilute sulfuric acid maintained at 50 ° C. to 70 ° C. to remove an oxide layer formed on the surface and perform an activation process for microscopically roughening the surface.

次に、ポリアミック酸をN−メチル−2−ピロリドン
などの溶剤を用いて所定の粘度に調整し、上記金属基板
1上に所定の膜厚に塗布し、焼成炉を用いて50℃で1時
間、80℃で30分、次いで120℃で30分、250℃で1時間、
450℃で1時間というような条件で加熱処理を行い、溶
剤成分を除去するとともに、脱水環化反応を進行させて
成膜し、耐熱樹脂であるポリイミド樹脂からなる保温層
2を形成する。
Next, the polyamic acid is adjusted to a predetermined viscosity using a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, applied to the metal substrate 1 to a predetermined film thickness, and heated at 50 ° C. for 1 hour using a firing furnace. 30 minutes at 80 ° C., then 30 minutes at 120 ° C., 1 hour at 250 ° C.
A heat treatment is performed at 450 ° C. for 1 hour to remove the solvent component and to advance a dehydration cyclization reaction to form a film, thereby forming a heat insulating layer 2 made of a polyimide resin which is a heat-resistant resin.

次いで、上記保温層2上にSiH4ガスとN2ガスおよびSi
H4ガスとCH4ガスを用いて、基板温度150℃〜300℃によ
るプラズマCVDで、連続してSiN層31およびSiC層32から
なる下地層3を形成する。
Next, SiH 4 gas, N 2 gas and Si
The underlayer 3 composed of the SiN layer 31 and the SiC layer 32 is continuously formed by plasma CVD using a H 4 gas and a CH 4 gas at a substrate temperature of 150 ° C. to 300 ° C.

次に、Ta−SiO2からなる発熱抵抗体層4、さらにAlか
らなる電極導体層を形成し、ウェットエッチングやドラ
イエッチングにより発熱部5となる開口部が設けられる
ようにパターニングし、個別電極6および共通電極7を
形成する。
Next, a heat-generating resistor layer 4 made of Ta-SiO 2 and an electrode conductor layer made of Al are formed, and are patterned by wet etching or dry etching so that an opening to be a heat-generating portion 5 is provided. And the common electrode 7 is formed.

この後、上記発熱部5が少なくとも被覆されるよう
に、スパッタリングによって保護膜8を形成する。な
お、この保護膜8の厚さは、通常1μm〜7μm、好ま
しくは2μm〜4μmである。
Thereafter, the protective film 8 is formed by sputtering so that the heat generating portion 5 is covered at least. The thickness of the protective film 8 is generally 1 μm to 7 μm, preferably 2 μm to 4 μm.

そして、上記保護膜8の形成にあたって、この実施例
のスパッタターゲットを用い、O2を5%含むArガス中に
おいて、高周波マグネトロンスパッタリングで2kWの出
力条件でスパッタリングを行って保護膜8を形成し、こ
の実施例のサーマルヘッドを得た。
Then, in forming the protective film 8, using the sputtering target of this embodiment, sputtering is performed by high frequency magnetron sputtering under an output condition of 2 kW in an Ar gas containing 5% of O 2 to form the protective film 8. A thermal head of this example was obtained.

このようにして得られたサーマルヘッドを用いて、以
下に示す特性評価を行った。
Using the thermal head thus obtained, the following characteristic evaluation was performed.

薄膜用超微少ヌープ硬度計を用いて、硬度を測定し
た。
The hardness was measured using an ultra-small Knoop hardness tester for thin films.

膜破壊時に発生するAE(アコースティックエミッシ
ョン)を検知するセンサーを有するスクラッチ試験機を
用いて、膜破壊強度を測定した。
The film breaking strength was measured using a scratch tester having a sensor for detecting AE (acoustic emission) generated at the time of film breaking.

また、保護膜を形成する際のスパッタレートを測定し
た。これらの結果を第2表に示す。
Also, the sputter rate when forming the protective film was measured. Table 2 shows the results.

実施例2〜20 第2表に示す組成のスパッタターゲットをそれぞれ実
施例1と同一条件下で作製し、これらのスパッタターゲ
ットをそれぞれ用いて、実施例1と同様にして保護膜8
を形成してサーマルヘッドをそれぞれ得た。なお、スパ
ッタターゲットの出発原料は、平均粒径0.03μmのZrO2
粉末、平均粒径0.03μmのHfO2粉末、平均粒径1.0μm
のY2O3粉末、平均粒径0.1μmのAl2O3粉末をそれぞれ用
いた。
Examples 2 to 20 Sputter targets having the compositions shown in Table 2 were produced under the same conditions as in Example 1, and the protective film 8 was formed in the same manner as in Example 1 using each of these sputter targets.
Was formed to obtain respective thermal heads. The starting material of the sputter target was ZrO 2 having an average particle size of 0.03 μm.
Powder, HfO 2 powder with average particle size 0.03 μm, average particle size 1.0 μm
Of Y 2 O 3 powder, Al 2 O 3 powder having an average particle size of 0.1μm were used, respectively.

これらサーマルヘッドに関しても、実施例1と同様に
して特性を評価した。その結果を併せて第2表に示す。
The characteristics of these thermal heads were evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 also shows the results.

比較例1〜4 Si3N4(比較例1)、SiON(比較例2)、1SiO2/Ta2O5
(比較例3)、Si3N4−10wt%Al2O3(比較例4)からな
るスパッタターゲットをそれぞれ作製し、これらのター
ゲットを用いて形成した保護膜を有するサーマルヘッド
を実施例1と同一条件で製造し、その特性を実施例1と
同一条件で測定した。
Comparative Example 1~4 Si 3 N 4 (Comparative Example 1), SiON (Comparative Example 2), 1SiO 2 / Ta 2 O 5
(Comparative Example 3), Sputter targets made of Si 3 N 4 -10 wt% Al 2 O 3 (Comparative Example 4) were produced, and a thermal head having a protective film formed by using these targets was compared with that of Example 1. It was manufactured under the same conditions, and its characteristics were measured under the same conditions as in Example 1.

それらの結果を、実施例の結果と併せて第2表に示
す。
The results are shown in Table 2 together with the results of the examples.

以上の結果から明らかなように、本発明のスパッタタ
ーゲットを用いて形成した保護膜は強度に優れ、また保
温層として樹脂を使用した場合でもクラックの発生を防
ぐことができた。
As is clear from the above results, the protective film formed using the sputter target of the present invention was excellent in strength, and was able to prevent the occurrence of cracks even when a resin was used as the heat retaining layer.

さらに、本発明のスパッタターゲットはスパッタレー
トが高く、保護膜形成工程におけるコストダウンを図る
ことができた。
Furthermore, the sputter target of the present invention has a high sputter rate, and the cost in the protective film forming step can be reduced.

また、長時間に渡る成膜後も、ターゲットの組成およ
びスパッタ膜の特性に変化を生じさせることがなかっ
た。
Further, even after long-time film formation, there was no change in the composition of the target and the characteristics of the sputtered film.

なお、この実施例ではサーマルヘッドについて説明し
たが、本発明のスパッタターゲットは上述したサーマル
ヘッドに限らず、Al2O3基板を用いたサーマルヘッドの
保護膜や、さらに光磁気ディスクの保護膜を形成する場
合にも有効である。
Although the thermal head has been described in this embodiment, the sputter target of the present invention is not limited to the above-described thermal head, but may be a protective film for a thermal head using an Al 2 O 3 substrate or a protective film for a magneto-optical disk. It is also effective when forming.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、高硬度、高靭性
のスパッタ膜を得ることができ、これにより信頼性の高
い耐摩耗性被膜を提供することが可能となる。また、こ
の耐摩耗性被膜を保護膜として用いたサーマルヘッド
は、保護膜のクラックなどを抑制することができるた
め、安定に優れた印字性能を発揮することが可能とな
る。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a sputtered film having high hardness and high toughness can be obtained, and thereby a highly reliable wear-resistant film can be provided. Further, a thermal head using this wear-resistant coating as a protective film can suppress cracks and the like of the protective film, and thus can exhibit stable and excellent printing performance.

また、本発明のスパッタターゲットは、組成安定性な
どに優れるため、スパッタレートにも優れ、これにより
コストダウンを図ることができる。
Further, the sputter target of the present invention is excellent in composition stability and the like, and thus is excellent in sputter rate, whereby cost reduction can be achieved.

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

第1図は本発明の耐摩耗性被膜を保護膜として使用した
サーマルヘッドを示す図である。 1……金属基板、2……保温層、3……下地層、4……
発熱抵抗体、5……発熱部、6……個別電極、7……共
通電極、8……保護膜。
FIG. 1 is a view showing a thermal head using a wear-resistant coating of the present invention as a protective film. 1 ... metal substrate, 2 ... heat insulating layer, 3 ... underlayer, 4 ...
Heating resistor, 5 ... Heating section, 6 ... Individual electrode, 7 ... Common electrode, 8 ... Protective film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−189253(JP,A) 特開 昭59−148002(JP,A) 実開 昭62−35843(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/335 C23C 14/34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-189253 (JP, A) JP-A-59-148002 (JP, A) Jpn. Field (Int.Cl. 6 , DB name) B41J 2/335 C23C 14/34

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化
ハフニウムから選ばれた少なくとも1種(ただし、酸化
ジルコニウム単独の場合を除く)1mol%〜40mol%を含
有し、残部が実質的に窒化ケイ素からなることを特徴と
するスパッタターゲット。
(1) containing at least one kind selected from titanium oxide, zirconium oxide and hafnium oxide (excluding the case of zirconium oxide alone) in an amount of 1 mol% to 40 mol%, and the balance substantially consisting of silicon nitride; A sputter target characterized by the following.
【請求項2】酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化
ハフニウムから選ばれた少なくとも1種1mol%〜40mol
%と、酸化イットリウムおよび酸化アルミニウムから選
ばれた少なくとも1種(ただし、酸化イットリウム単独
の場合の酸化ジルコニウムの単独使用を除く)0.05mol
%〜10mol%とを含有し、残部が実質的に窒化ケイ素か
らなることを特徴とするスパッタターゲット。
2. At least one selected from titanium oxide, zirconium oxide and hafnium oxide in an amount of 1 mol% to 40 mol.
% And at least one selected from yttrium oxide and aluminum oxide (excluding the use of zirconium oxide alone when yttrium oxide is used alone) 0.05 mol
% To 10 mol%, with the balance substantially consisting of silicon nitride.
【請求項3】請求項1または2記載のスパッタターゲッ
トを用いて形成したスパッタ膜からなる耐摩耗性被膜で
あって、少なくともその組織の一部がアモルファス状態
であることを特徴とする耐摩耗性被膜。
3. A wear-resistant coating comprising a sputtered film formed by using the sputter target according to claim 1 or 2, wherein at least a part of its structure is in an amorphous state. Coating.
【請求項4】耐熱樹脂層を有する支持基体と、前記耐熱
樹脂層上に配置された発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体
層上に設けられ、該発熱抵抗体への給電用の電極導体層
と、これら発熱抵抗体および電極導体層を保護する保護
膜とを有するサーマルヘッドにおいて、 前記保護膜が、請求項3記載の耐摩耗性被膜により構成
されていることを特徴とするサーマルヘッド。
4. A support base having a heat-resistant resin layer, a heating resistor layer disposed on the heat-resistant resin layer, and an electrode conductor provided on the heating resistor layer for supplying power to the heating resistor. A thermal head having a layer and a protective film for protecting the heating resistor and the electrode conductor layer, wherein the protective film is constituted by the wear-resistant coating according to claim 3.
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