一種激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件，包括依次設(shè)置的陶瓷基板（200）、正面導(dǎo)體線路層（201）、正面薄膜電阻層（203）、薄膜介質(zhì)層（204）和正面絕緣保護(hù)層（205），同時還提供了該加熱元器件的制作方法，包括：（1）在陶瓷基板上形成正面導(dǎo)體線路層；（2）在陶瓷基板上形成掩膜圖層（202）；（3）在正面導(dǎo)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(zhì)層（204）；（5）將掩膜圖層（202）去除；（6）形成正面絕緣保護(hù)層（205）。本發(fā)明所提供的加熱元器件，生產(chǎn)成本低、發(fā)熱均勻、能耗低、發(fā)熱功率穩(wěn)定且使用壽命長，并且適合激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)高溫高濕環(huán)境使用的特性。
【專利說明】 一種激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)配件的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種激光打印機(jī)或復(fù)印機(jī)用的薄膜加熱元器件及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]加熱定影系統(tǒng)是現(xiàn)代激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)的重要組成部分，其作用是將經(jīng)過充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印4個步驟后吸附在打印紙上的碳粉圖像，利用加壓熱熔的方法，將吸附在打印紙上的碳粉加熱至180°C至220°C，使溶化的碳粉浸入打印紙中，形成固定圖像。這一過程稱為〃定影〃。加熱定影系統(tǒng)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(hù)器(熱敏開關(guān))等幾部分組成。其中，加熱元件目前有陶瓷加熱片和鹵素?zé)艄軆煞N方式。而陶瓷加熱片由于其功率大(1100至1300W)、功率穩(wěn)定、升溫快、熱損耗少、熱傳導(dǎo)速度快、節(jié)電、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前激光打印機(jī)加熱定影系統(tǒng)所使用加熱元件的主流。
[0003]目前已有多種陶瓷加熱片應(yīng)用于激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)，尤其是應(yīng)用于高速激光打印機(jī)(復(fù)印機(jī))的陶瓷加熱片，普遍使用到厚膜混合集成電路的生產(chǎn)工藝技術(shù)，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(dǎo)體層、加熱電阻層、絕緣保護(hù)層，并通過850°C的高溫?zé)Y(jié)，形成厚膜陶瓷加熱片。這些厚膜陶瓷加熱片的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括:基板(100)，正面導(dǎo)體線路(101)，正面電阻層(102)，正面絕緣介質(zhì)保護(hù)層(103)。
[0004]上述厚膜陶瓷加熱片的制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(wǎng)印刷工藝，印刷正面導(dǎo)體線路層(101)。并通過850°C的高溫?zé)Y(jié)，形成性能穩(wěn)定的導(dǎo)體層。正面導(dǎo)體線路層一般包括與正面電阻層(102)搭接的導(dǎo)體線路和與輸入端子搭接的焊盤。其中導(dǎo)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(dǎo)體線路層(101)上，使用同樣制作方法，制作正面電阻層(102)。并通過850°C的高溫?zé)Y(jié)，形成性能穩(wěn)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(wěn)定性，電阻漿料一般需選用溫度特性穩(wěn)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，使用同樣制作方法，制作絕緣介質(zhì)保護(hù)層(103)。
[0007]上述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制作方法制造的厚膜陶瓷加熱片，存在以下問題:
1.電阻層(101)通常設(shè)計(jì)為長條矩形。
[0008]按照電阻阻值的計(jì)算公式:
R=Rn XS
R —陶瓷加熱片的目標(biāo)電阻值 Rn—電阻漿料方阻
S——電阻體的設(shè)計(jì)方數(shù)，S=電阻體長度(L) +電阻體寬度(W) 由于電阻層的長條矩形設(shè)計(jì)，電阻層的電阻方數(shù)很大。
[0009]按照1300W的使用功率，當(dāng)工作電壓為IlOV時，根據(jù)P (功率)=U2 (工作電壓)+ R(電阻阻值)的計(jì)算公式。陶瓷加熱條的電阻阻值一般9歐姆左右。
[0010]根據(jù)上述計(jì)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(dá)到這么低的方阻漿料，并且保證低的電阻溫度系數(shù)(TCR)，以滿足厚膜陶瓷加熱片功率穩(wěn)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(chǎn)品的成本居高不下。
[0011]2.該類產(chǎn)品的電阻層長度尺寸一般都在280mm至400mm。受厚膜絲網(wǎng)印刷工藝的局限性和及印刷機(jī)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(fā)熱不均勻，影響打印效果。在不均勻發(fā)熱導(dǎo)致熱量累積到一定程度時，甚至?xí)斐商沾杉訜崞瑪嗔选?br> [0012]3.由于厚膜電阻漿料的制作工藝的局限性，低方阻電阻漿料的TCR很難控制到50PPM/°C以內(nèi)。一般都在50PPM/°C?150PPM/°C。這樣，使用該類低方阻電阻漿料生產(chǎn)的厚膜陶瓷加熱片，其電阻溫度系數(shù)(TCR) —般都在100PPM/°C?200PPM/°C。陶瓷加熱片在激光打印機(jī)長期打印使用時，存在輸出功率衰減問題，影響激光打印機(jī)的打印質(zhì)量。
[0013]4.該產(chǎn)品需要經(jīng)過三次以上850°C的高溫?zé)Y(jié)，才能形成性能穩(wěn)定的電阻、導(dǎo)體和保護(hù)功能膜層。生產(chǎn)過程耗能大，與我國目前倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保的低能耗生產(chǎn)要求不吻合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及使用厚膜和薄膜相結(jié)合的制造方法，提供一種陶瓷加熱片，能有效解決現(xiàn)有厚膜陶瓷加熱片的生產(chǎn)成本高、發(fā)熱不均勻、容易爆裂、能耗高、功率衰減等問題。
[0015]本發(fā)明所提供的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件如圖1所示，包括依次設(shè)置的陶瓷基板(200)、正面導(dǎo)體線路層(201)、正面薄膜電阻層(203)、薄膜介質(zhì)層(204)和正面絕緣保護(hù)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(zhì)層(204)由純鋁材料制成，所述的正面絕緣保護(hù)層(205)使用具有良好耐高溫、耐高濕及耐磨特性的聚酰亞胺材料，也可采用樹脂或有機(jī)硅的化合物制備。
[0016]本發(fā)明還提供了該激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，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(shù)，在陶瓷基板(200)上形成正面導(dǎo)體線路層(201)。
[0017](2)利用厚膜成膜技術(shù)，在陶瓷基板(200)上形成掩膜圖層(202)。該掩膜圖層只是為是了后面的薄膜電阻膜制備，起到掩護(hù)作用，當(dāng)薄膜電阻膜層制備完成后，該掩膜圖層將會被清洗掉。
[0018](3)利用薄膜成膜技術(shù)，在正面導(dǎo)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(dǎo)體線路層(201)搭接后，形成薄膜發(fā)熱電阻體。
[0019](4)利用薄膜成膜技術(shù)，在正面薄膜電阻層(203)上，形成薄膜介質(zhì)層(204)。該介質(zhì)層使用具有自鈍化特性的純鋁材料制備。該鈍化層可以保護(hù)薄膜電阻層(203)的免受外力的機(jī)械沖擊，同時，具有極高的抗耐濕性，保護(hù)薄膜電阻層(203)免受外部的潮濕氣體腐蝕。
[0020](5)通過清洗、烘干，將掩膜圖層(202)去除并顯露出薄膜電阻膜層(203)和薄膜介質(zhì)層(204)。
[0021](6)利用厚膜成膜技術(shù)，在陶瓷基板(200)、正面導(dǎo)體線路層(201)、正面薄膜電阻層(203 )、薄膜介質(zhì)層(204 )的基礎(chǔ)上，形成正面絕緣保護(hù)層(205 )。
[0022]所述厚膜成膜技術(shù)可使用絲網(wǎng)印刷方式，所述薄膜成膜技術(shù)可采用熱蒸鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積或等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
1.正面發(fā)熱電阻體使用薄膜沉積工藝制備。發(fā)熱體膜層均勻，保證產(chǎn)品的發(fā)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(chǎn)品高溫下穩(wěn)定，耐熱沖擊和耐負(fù)載能力更強(qiáng)。
[0025]3.薄膜介質(zhì)層使用純鋁材料制備，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(zhì)層，同時也可在電阻層的熱處理工序自鈍形成氧化鋁介質(zhì)膜。由于薄膜介質(zhì)層的存在，使潮氣無法浸蝕薄膜電阻層，進(jìn)行雙層保護(hù)，使薄膜電阻發(fā)熱體能在惡劣的潮濕環(huán)境下長期工作。
[0026]4.外層保護(hù)使用耐高溫、耐高濕及耐磨特性的聚酰亞胺材料，大大提高產(chǎn)品的使用壽命。
[0027]5.可在氮化鋁陶瓷基板上制備各功能膜層，產(chǎn)品導(dǎo)熱系數(shù)高，適合于高速打印機(jī)和高速復(fù)印機(jī)。
[0028]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為現(xiàn)有厚膜陶瓷加熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2為本發(fā)明中薄膜加熱元器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖3為本發(fā)明中陶瓷基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖4為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0033]
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下以一個具體實(shí)施例進(jìn)行描述本發(fā)明的實(shí)施過程，但本發(fā)明不僅限于該實(shí)施例。本發(fā)明的內(nèi)容涵蓋任何在本發(fā)明核心內(nèi)容上做修改、等效、替換的各種方案。
[0035]本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)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
有助于后面工序?qū)⑵浞指顬榫匦蔚男卧?，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0036]步驟二:運(yùn)用厚膜成膜技術(shù)，在絕緣陶瓷基片(200)上，形成正面導(dǎo)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(dǎo)體功能膜層。[0037]步驟三:利用厚膜成膜技術(shù)，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(jìn)行低溫固化。
[0038]步驟四:運(yùn)用薄膜成膜技術(shù)，在正面導(dǎo)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(yùn)用薄膜成膜技術(shù)，在薄膜電阻膜層(203)上形成薄膜介質(zhì)層(204)，該薄膜介質(zhì)層材質(zhì)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(zhì)層，或在后期的電阻層的熱處理工序自鈍形成氧化鋁介質(zhì)膜。
[0040]步驟六:將所獲得的薄膜電阻膜層(203)和薄膜介質(zhì)層(204)半成品，放入350至450°C的熱處理箱中，進(jìn)行熱處理以形成性能穩(wěn)定的薄膜電阻功能層和薄膜介質(zhì)保護(hù)膜。
[0041]步驟七:經(jīng)步驟六獲得的半成品，通過清洗、烘干將掩膜圖層(202)清除掉，顯露出薄膜電阻膜層(203 )和薄膜介質(zhì)層(204 )。
[0042]步驟八:運(yùn)用厚膜成膜技術(shù)，先在正面導(dǎo)體線路層(201)、薄膜電阻膜層(203)、金屬氧化特介質(zhì)膜層(204)上面形成絕緣保護(hù)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(jìn)行低溫固化，以形成保護(hù)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(jīng)上述制程加工的半成品，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(jìn)行性能測試，分選，包裝，入庫。
【權(quán)利要求】
1.一種激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，其特征在于: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(shù)，在陶瓷基板(200)上形成正面導(dǎo)體線路層(201)； (2 )利用厚膜成膜技術(shù)在陶瓷基板(200 )上形成掩膜圖層(202 ); (3)利用薄膜成膜技術(shù)在正面導(dǎo)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(dǎo)體線路層(201)搭接后，形成薄膜發(fā)熱電阻體； (4)利用薄膜成膜技術(shù)在正面薄膜電阻層(203)上，形成薄膜介質(zhì)層(204)； (5)通過清洗、烘干，將掩膜圖層(202)去除并顯露出薄膜電阻膜層(203)和薄膜介質(zhì)層(204)； (6)利用厚膜成膜技術(shù)在陶瓷基板(200)、正面導(dǎo)體線路層(201)、正面薄膜電阻層(203),薄膜介質(zhì)層(204)的基礎(chǔ)上形成正面絕緣保護(hù)層(205)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，其特征在于:所述厚膜成膜技術(shù)使用絲網(wǎng)印刷方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，其特征在于:所述薄膜成膜技術(shù)采用熱蒸鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積或等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，其特征在于:所述步驟(I)中，將具有正面導(dǎo)體線路層(201)的半成品放入800°C以上的高溫爐中燒成導(dǎo)體功能膜層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，其特征在于: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(jìn)行固化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，其特征在于:所述步驟(4)中，將具有薄膜介質(zhì)層(204)的半成品放入350至450°C的熱處理箱中進(jìn)行熱處理以形成性能穩(wěn)定的薄膜電阻功能層和薄膜介質(zhì)保護(hù)膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，其特征在于:所述步驟(6)中，將具有正面絕緣保護(hù)層(205)的半成品放入240°C以下的低溫固化爐或固化箱中進(jìn)行固化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件的制作方法，其特征在于: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(hù)層(205)的半成品掰開形成單條陶瓷薄膜加熱條成品，然后對單條陶瓷薄膜加熱條成品，進(jìn)行性能測試，分選，包裝，入庫。
9.一種激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件，包括依次設(shè)置的陶瓷基板(200)、正面導(dǎo)體線路層(201)、正面薄膜電阻層(203)、薄膜介質(zhì)層(204)和正面絕緣保護(hù)層(205)，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求9所述的激光打印機(jī)用薄膜加熱元器件，其特征在于:所述的薄膜介質(zhì)層(204)由純鋁材料制成。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】鄧進(jìn)甫, 蘭昌云, 梁立新, 陳宇浩, 謝宇明 申請人:東莞市東思電子技術(shù)有限公司