一種雷射印表機用薄膜加熱元器件及製作方法

2023-06-27 00:40:06

一種雷射印表機用薄膜加熱元器件及製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雷射印表機用薄膜加熱元器件，包括依次設置的陶瓷基板（200）、正面導體線路層（201）、正面薄膜電阻層（203）、薄膜介質層（204）和正面絕緣保護層（205），同時還提供了該加熱元器件的製作方法，包括：（1）在陶瓷基板上形成正面導體線路層；（2）在陶瓷基板上形成掩膜圖層（202）；（3）在正面導體線路層與陶瓷基板上形成正面薄膜電阻層（203）；（4）在正面薄膜電阻層（203）上，形成薄膜介質層（204）；（5）將掩膜圖層（202）去除；（6）形成正面絕緣保護層（205）。本發明所提供的加熱元器件，生產成本低、發熱均勻、能耗低、發熱功率穩定且使用壽命長，並且適合雷射印表機和複印機高溫高溼環境使用的特性。
【專利說明】 一種雷射印表機用薄膜加熱元器件及製作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷射印表機和複印機配件的【技術領域】，尤其是一種雷射印表機或複印機用的薄膜加熱元器件及製作方法。
【背景技術】
[0002]加熱定影系統是現代雷射印表機和複印機的重要組成部分，其作用是將經過充電、曝光、顯影、轉印4個步驟後吸附在列印紙上的碳粉圖像，利用加壓熱熔的方法，將吸附在列印紙上的碳粉加熱至180°C至220°C，使溶化的碳粉浸入列印紙中，形成固定圖像。這一過程稱為〃定影〃。加熱定影系統主要由加熱輥、加熱元件(陶瓷加熱元件或加熱燈絲)、壓力膠輥、溫度控制器(熱敏電阻)、熱保護器(熱敏開關)等幾部分組成。其中，加熱元件目前有陶瓷加熱片和滷素燈管兩種方式。而陶瓷加熱片由於其功率大(1100至1300W)、功率穩定、升溫快、熱損耗少、熱傳導速度快、節電、安裝方便等優點，是目前雷射印表機加熱定影系統所使用加熱元件的主流。
[0003]目前已有多種陶瓷加熱片應用於雷射印表機和複印機，尤其是應用於高速雷射印表機(複印機)的陶瓷加熱片，普遍使用到厚膜混合集成電路的生產工藝技術，是在氧化鋁(Al2O3)陶瓷基板或氮化鋁(AlN)陶瓷基板上，通過印刷導體層、加熱電阻層、絕緣保護層，並通過850°C的高溫燒結，形成厚膜陶瓷加熱片。這些厚膜陶瓷加熱片的結構如圖1所示，它包括:基板(100)，正面導體線路(101)，正面電阻層(102)，正面絕緣介質保護層(103)。
[0004]上述厚膜陶瓷加熱片的製造方法包括如下步驟:
1.在氧化鋁或氮化鋁陶瓷基板(100)上，通過厚膜絲網印刷工藝，印刷正面導體線路層(101)。並通過850°C的高溫燒結，形成性能穩定的導體層。正面導體線路層一般包括與正面電阻層(102)搭接的導體線路和與輸入端子搭接的焊盤。其中導體材料一般需選用銀/鈕(Ag/Pd)貴金屬材料。
[0005]2.在上述步驟I獲得的正面導體線路層(101)上，使用同樣製作方法，製作正面電阻層(102)。並通過850°C的高溫燒結，形成性能穩定的加熱電阻膜層。而為了保證厚膜陶瓷加熱片在使用過程中的功率穩定性，電阻漿料一般需選用溫度特性穩定的鈀(Pd)貴金屬。
[0006]3.在上述步驟2獲得的正面電阻體層(102)上，使用同樣製作方法，製作絕緣介質保護層(103)。
[0007]上述產品結構設計及製作方法製造的厚膜陶瓷加熱片，存在以下問題:
1.電阻層(101)通常設計為長條矩形。
[0008]按照電阻阻值的計算公式:
R=Rn XS
R —陶瓷加熱片的目標電阻值 Rn—電阻漿料方阻
S——電阻體的設計方數，S=電阻體長度(L) +電阻體寬度(W) 由於電阻層的長條矩形設計，電阻層的電阻方數很大。
[0009]按照1300W的使用功率，當工作電壓為IlOV時，根據P (功率)=U2 (工作電壓)+ R(電阻阻值)的計算公式。陶瓷加熱條的電阻阻值一般9歐姆左右。
[0010]根據上述計算公式，電阻漿料的方阻必須在毫歐級(一般在100毫歐左右)。為了達到這麼低的方阻漿料，並且保證低的電阻溫度係數(TCR)，以滿足厚膜陶瓷加熱片功率穩定性要求，漿料廠家必須使用鈀(Pd)等貴金屬材料作為電阻漿料的功能相。這樣，就使得該類產品的成本居高不下。
[0011]2.該類產品的電阻層長度尺寸一般都在280mm至400mm。受厚膜絲網印刷工藝的局限性和及印刷機臺印刷行程的局限性影響，長尺寸大面積的電阻圖形在印刷過程中，存在電阻體印刷膜層厚度的均勻性差的問題，電阻層在陶瓷基板上各個位置的電阻膜層偏差通常都超出3pm。使得陶瓷加熱片的發熱不均勻，影響列印效果。在不均勻發熱導致熱量累積到一定程度時，甚至會造成陶瓷加熱片斷裂。
[0012]3.由於厚膜電阻漿料的製作工藝的局限性，低方阻電阻漿料的TCR很難控制到50PPM/°C以內。一般都在50PPM/°C?150PPM/°C。這樣，使用該類低方阻電阻漿料生產的厚膜陶瓷加熱片，其電阻溫度係數(TCR) —般都在100PPM/°C?200PPM/°C。陶瓷加熱片在雷射印表機長期列印使用時，存在輸出功率衰減問題，影響雷射印表機的列印質量。
[0013]4.該產品需要經過三次以上850°C的高溫燒結，才能形成性能穩定的電阻、導體和保護功能膜層。生產過程耗能大，與我國目前倡導的節能環保的低能耗生產要求不吻合。

【發明內容】

[0014]本發明的目的是通過特殊的結構設計，及使用厚膜和薄膜相結合的製造方法，提供一種陶瓷加熱片，能有效解決現有厚膜陶瓷加熱片的生產成本高、發熱不均勻、容易爆裂、能耗高、功率衰減等問題。
[0015]本發明所提供的雷射印表機用薄膜加熱元器件如圖1所示，包括依次設置的陶瓷基板(200)、正面導體線路層(201)、正面薄膜電阻層(203)、薄膜介質層(204)和正面絕緣保護層(205)，所述的陶瓷基板(200)為氮化鋁陶瓷基板，所述的薄膜電阻層(203)為Ni/Cr合金膜或SnCl4 (四氯化錫)/SnCl3 (三氯化銻)氧化膜，所述的薄膜介質層(204)由純鋁材料製成，所述的正面絕緣保護層(205)使用具有良好耐高溫、耐高溼及耐磨特性的聚醯亞胺材料，也可採用樹脂或有機矽的化合物製備。
[0016]本發明還提供了該雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，包括如下步驟:
(I)先將絕緣陶瓷基片(200 )加工成如圖3所示的具有橫向劃槽(11)和縱向劃槽(12 )，再利用厚膜成膜技術，在陶瓷基板(200)上形成正面導體線路層(201)。
[0017](2)利用厚膜成膜技術，在陶瓷基板(200)上形成掩膜圖層(202)。該掩膜圖層只是為是了後面的薄膜電阻膜製備，起到掩護作用，當薄膜電阻膜層製備完成後，該掩膜圖層將會被清洗掉。
[0018](3)利用薄膜成膜技術，在正面導體線路層與陶瓷基板上形成正面薄膜電阻層(203)，正面薄膜電阻層(203)與正面導體線路層(201)搭接後，形成薄膜發熱電阻體。
[0019](4)利用薄膜成膜技術，在正面薄膜電阻層(203)上，形成薄膜介質層(204)。該介質層使用具有自鈍化特性的純鋁材料製備。該鈍化層可以保護薄膜電阻層(203)的免受外力的機械衝擊，同時，具有極高的抗耐溼性，保護薄膜電阻層(203)免受外部的潮溼氣體腐蝕。
[0020](5)通過清洗、烘乾，將掩膜圖層(202)去除並顯露出薄膜電阻膜層(203)和薄膜介質層(204)。
[0021](6)利用厚膜成膜技術，在陶瓷基板(200)、正面導體線路層(201)、正面薄膜電阻層(203 )、薄膜介質層(204 )的基礎上，形成正面絕緣保護層(205 )。
[0022]所述厚膜成膜技術可使用絲網印刷方式，所述薄膜成膜技術可採用熱蒸鍍、濺射、化學氣相沉積或等離子增強型化學氣相沉積法。
[0023]本發明與現有技術相比，具有以下優點和積極效果:
1.正面發熱電阻體使用薄膜沉積工藝製備。發熱體膜層均勻，保證產品的發熱均勻，避免普通厚膜陶瓷加熱片的電阻膜層印刷厚膜不一至，在加熱過程中容易爆裂的問題。
[0024]2.薄膜電阻層使用Ni/Cr合金材料或SnC14/ (四氯化錫)/SbC13 (三氯化銻)氧化膜材料。與普通厚膜陶瓷加熱片的銀/鈀/釕貴金屬電阻材料相比，材料成本低。而且產品高溫下穩定，耐熱衝擊和耐負載能力更強。
[0025]3.薄膜介質層使用純鋁材料製備，該金屬膜層具有自鈍化特性，在空氣中能自鈍氧化，由薄膜鋁金屬膜層形成金屬氧化鋁介質層，同時也可在電阻層的熱處理工序自鈍形成氧化鋁介質膜。由於薄膜介質層的存在，使潮氣無法浸蝕薄膜電阻層，進行雙層保護，使薄膜電阻發熱體能在惡劣的潮溼環境下長期工作。
[0026]4.外層保護使用耐高溫、耐高溼及耐磨特性的聚醯亞胺材料，大大提高產品的使用壽命。
[0027]5.可在氮化鋁陶瓷基板上製備各功能膜層，產品導熱係數高，適合於高速印表機和高速複印機。
[0028]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為現有厚膜陶瓷加熱片的結構示意圖。
[0030]圖2為本發明中薄膜加熱元器件的結構示意圖。
[0031]圖3為本發明中陶瓷基板的結構示意圖。
[0032]圖4為本發明的工藝流程圖。
[0033]
【具體實施方式】
[0034]以下以一個具體實施例進行描述本發明的實施過程，但本發明不僅限於該實施例。本發明的內容涵蓋任何在本發明核心內容上做修改、等效、替換的各種方案。
[0035]本發明的基本結構則如圖2所示，工藝流程則如圖4所示，具體包括以下步驟: 步驟一:將絕緣陶瓷基片(200)加工成具有橫向劃槽(11)和縱向劃槽(12)，這些切槽
有助於後面工序將其分割為矩形的小單元，其結構如圖3所示。
[0036]步驟二:運用厚膜成膜技術，在絕緣陶瓷基片(200)上，形成正面導體線路層(201)，再將該半成品放入800°C以上的高溫爐中燒成，以形成導體功能膜層。[0037]步驟三:利用厚膜成膜技術，在陶瓷基板(200)上形成掩膜圖層(202)，再將獲得的半成品放入240°C以下的低溫固化爐(或固化箱)中，對掩膜圖層(202)進行低溫固化。
[0038]步驟四:運用薄膜成膜技術，在正面導體線路層(201)和掩膜圖層(202)上面，形成薄膜電阻膜層(203)。
[0039]步驟五:運用薄膜成膜技術，在薄膜電阻膜層(203)上形成薄膜介質層(204)，該薄膜介質層材質為純鋁。純鋁材料能在空氣中能自鈍氧化，使鋁金屬膜層形成金屬氧化鋁介質層，或在後期的電阻層的熱處理工序自鈍形成氧化鋁介質膜。
[0040]步驟六:將所獲得的薄膜電阻膜層(203)和薄膜介質層(204)半成品，放入350至450°C的熱處理箱中，進行熱處理以形成性能穩定的薄膜電阻功能層和薄膜介質保護膜。
[0041]步驟七:經步驟六獲得的半成品，通過清洗、烘乾將掩膜圖層(202)清除掉，顯露出薄膜電阻膜層(203 )和薄膜介質層(204 )。
[0042]步驟八:運用厚膜成膜技術，先在正面導體線路層(201)、薄膜電阻膜層(203)、金屬氧化特介質膜層(204)上面形成絕緣保護膜層(205)，再將半成品放入240°C以下的低溫固化爐(或固化箱)中，進行低溫固化，以形成保護功能層。
[0043]步驟九:利用陶瓷基板(200)上的橫向劃槽(11)和縱向劃槽(12)，將經上述製程加工的半成品，掰開形成單條陶瓷薄膜加熱條成品。
[0044]步驟十:對單條陶瓷薄膜加熱條成品，進行性能測試，分選，包裝，入庫。
【權利要求】
1.一種雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，其特徵在於:包括如下步驟: (I)先將陶瓷基片(200)加工成具有橫向劃槽(11)和縱向劃槽(12)，再利用厚膜成膜或薄膜成膜技術，在陶瓷基板(200)上形成正面導體線路層(201)； (2 )利用厚膜成膜技術在陶瓷基板(200 )上形成掩膜圖層(202 ); (3)利用薄膜成膜技術在正面導體線路層與陶瓷基板上形成正面薄膜電阻層(203)，正面薄膜電阻層(203)與正面導體線路層(201)搭接後，形成薄膜發熱電阻體； (4)利用薄膜成膜技術在正面薄膜電阻層(203)上，形成薄膜介質層(204)； (5)通過清洗、烘乾，將掩膜圖層(202)去除並顯露出薄膜電阻膜層(203)和薄膜介質層(204)； (6)利用厚膜成膜技術在陶瓷基板(200)、正面導體線路層(201)、正面薄膜電阻層(203),薄膜介質層(204)的基礎上形成正面絕緣保護層(205)。
2.根據權利要求1所述的雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，其特徵在於:所述厚膜成膜技術使用絲網印刷方式。
3.根據權利要求1所述的雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，其特徵在於:所述薄膜成膜技術採用熱蒸鍍、濺射、化學氣相沉積或等離子增強型化學氣相沉積法。
4.根據權利要求1所述的雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，其特徵在於:所述步驟(I)中，將具有正面導體線路層(201)的半成品放入800°C以上的高溫爐中燒成導體功能膜層。
5.根據權利要求1所述的雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，其特徵在於:所述步驟(2)中，將具有掩膜圖層(202)的半成品放入240°C以下的低溫固化爐或固化箱中進行固化。
6.根據權利要求1所述的雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，其特徵在於:所述步驟(4)中，將具有薄膜介質層(204)的半成品放入350至450°C的熱處理箱中進行熱處理以形成性能穩定的薄膜電阻功能層和薄膜介質保護膜。
7.根據權利要求1所述的雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，其特徵在於:所述步驟(6)中，將具有正面絕緣保護層(205)的半成品放入240°C以下的低溫固化爐或固化箱中進行固化。
8.根據權利要求1或7所述的雷射印表機用薄膜加熱元器件的製作方法，其特徵在於:所述步驟(6)中，利用陶瓷基板(200)上的橫向劃槽(11)和縱向劃槽(12)，將所獲得的具有正面絕緣保護層(205)的半成品掰開形成單條陶瓷薄膜加熱條成品，然後對單條陶瓷薄膜加熱條成品，進行性能測試，分選，包裝，入庫。
9.一種雷射印表機用薄膜加熱元器件，包括依次設置的陶瓷基板(200)、正面導體線路層(201)、正面薄膜電阻層(203)、薄膜介質層(204)和正面絕緣保護層(205)，其特徵在於:所述的薄膜電阻層(203)為Ni/Cr合金膜、SnCl4氧化膜或SnCl3氧化膜。
10.根據權利要求9所述的雷射印表機用薄膜加熱元器件，其特徵在於:所述的薄膜介質層(204)由純鋁材料製成。
【文檔編號】H05B3/10GK103744275SQ201410048823
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2014年2月12日
【發明者】鄧進甫, 蘭昌雲, 梁立新, 陳宇浩, 謝宇明 申請人:東莞市東思電子技術有限公司