CN103744276A - 一种激光打印机用厚膜加热元器件及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光打印机用厚膜加热元器件，包括依次设置的陶瓷基板（200）、正面厚膜电阻层（201）、正面导体线路层（202）和正面绝缘保护层（203），本发明同时还提供了该元件的制作方法，包括：（1）先在陶瓷基板（200）上形成正面厚膜电阻层（201）；（2）在陶瓷基板（200）和厚膜电阻层（201）上形成具有梳状结构的正面导体线路层（202）；（3）将步骤（2）形成的半成品放入高温炉中烧成；（4）形成正面绝缘保护层（203）；（5）将正面绝缘保护层（203）进行固化或烧结。本发明通过正面厚膜电阻层使用并联电阻结构，使加热元器件生产成本低、发热均匀且产品导热系数高，适合在激光打印机和复印机高温高湿环境下长期使用。
Description
技术领域
本发明属于激光打印机和复印机配件的技术领域，尤其是一种用于激光打印机或复印机的厚膜加热元器件及制作方法。
背景技术
陶瓷加热片由于其功率大（1100至1300W）、功率稳定、升温快、热损耗少、热传导速度快、节电、安装方便等优点，是目前激光打印机加热定影系统所使用加热元件的主流。已有多种陶瓷加热片应用于激光打印机和复印机，现有陶瓷加热片普遍使用到厚膜混合集成电路的生产工艺技术，是在氧化铝（Al2O3）陶瓷基板或氮化铝(AlN)陶瓷基板上，通过印刷导体层、加热电阻层、绝缘保护层，并通过850℃的高温烧结，形成厚膜陶瓷加热片。这些厚膜陶瓷加热片的原理图如图1所示，结构则如图2所示，它包括：基板（100），正面导体线路层（101），正面电阻层（102），正面绝缘介质保护层（103）。
上述厚膜陶瓷加热片的制造方法包括如下步骤：
1.在氧化铝或氮化铝陶瓷基板（100）上，通过厚膜丝网印刷工艺，印刷正面导体线路层（101）。并通过850℃的高温烧结，形成性能稳定的导体层。正面导体线路层一般包括与正面电阻层（102）搭接的导体线路和与输入端子搭接的焊盘。其中导体材料一般需选用银/钯（Ag/Pd）贵金属材料。
2.在上述步骤1获得的正面导体线路层（101）上，使用同样制作方法，制作正面电阻层（102）。并通过850℃的高温烧结，形成性能稳定的加热电阻膜层。而为了保证厚膜陶瓷加热片在使用过程中的功率稳定性，电阻浆料一般需选用温度特性稳定的钯（Pd）贵金属。
3.在上述步骤2获得的正面电阻体层（102）上，使用同样制作方法，制作绝缘介质保护层（103）。
上述产品结构设计及制作方法制造的厚膜陶瓷加热片，存在以下问题：
1.电阻层（101）通常设计为长条矩形。
按照电阻阻值的计算公式：
R=R□×S
R ——陶瓷加热片的目标电阻值
R□——电阻浆料方阻
S ——电阻体的设计方数，S=电阻体长度（L）÷电阻体宽度（W）
由于电阻层的长条矩形设计，电阻层的电阻方数很大。
按照1300W的使用功率，当工作电压为110V时，根据P（功率）=U2（工作电压）÷R（电阻阻值）的计算公式。陶瓷加热条的电阻阻值一般9欧姆左右。
根据上述计算公式，电阻浆料的方阻必须在毫欧级（一般在100毫欧左右），按照电阻浆料行业现有的技术水平，电阻浆料的TCR（电阻温度系数）性能指标，与其方阻R□大小，呈反抛物线曲线。其中，R□为10Ω/□～100KΩ/□的中间方阻值段的电阻浆料，其TCR（电阻温度系数）最低。而R□＜10Ω/□或R□＞100KΩ/□方阻值段的电阻浆料，其TCR（电阻温度系数）较高。
为了降低R□＜10Ω/□电阻浆料的电阻温度系数（TCR），以满足厚膜陶瓷加热片等加热元件对电阻浆料的低方阻、低TCR性能要求，电阻浆料厂家必须使用钯（Pd）等贵金属材料，代替氧化钌作为电阻浆料的功能相。而金属钯的成本是氧化钌的15倍以上。这样，就使得该类产品的成本居高不下。
2.先制备导体层，再制备电阻层，容易造成电阻膜层在导体搭接处的膜层厚度较其它位置的膜层厚度要厚一些，造成电阻发热不均匀，同时由于导体层和电阻层分开烧结，增加了烧结成本。
发明内容
本发明的目的是通过特殊的梳状导体结构设计，将现有技术方案中的单个发热电阻体，设计为多个（一般可设计为20个以上）并联发热电阻体。以使得现有旧技术方案中的方阻为毫欧级的电阻浆料，可用100欧姆或更高方阻浆料来代替，不但降低产品的生产成本，而且可提高产品的热稳定性，提高产品的性能。
本发明所提供的激光打印机用厚膜加热元器件，其工作原理图如图3所示，其结构示意图如图4所示，包括依次设置的陶瓷基板（200）、正面厚膜电阻层（201）、正面导体线路层（202）和正面绝缘保护层（203），所述的陶瓷基板（200）为氧化铝或氮化铝陶瓷基板，所述的正面厚膜电阻层（201）呈矩形，正面厚膜电阻层（201）的材质主要是钌基电阻浆料，正面导体线路层（202）为梳状结构，正面绝缘保护层（203）的材质使用聚酰亚胺、树脂或有机硅化合物，或使用硼硅玻璃等无机材质。
本发明还提供了该激光打印机用厚膜加热元器件的制作方法，包括如下步骤：
（1）先将陶瓷基板（200）加工成具有横向划槽（11）和纵向划槽（12），再运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）上形成正面厚膜电阻层（201）；
（2）运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）和厚膜电阻层（201）上形成具有梳状结构的正面导体线路层（202），该梳状结构的电极与正面厚膜电阻层（201）搭接后，将单一矩形电阻形成多个并联电阻；
当使用厚膜成膜技术时，可使用丝网印刷的方式，将金、钯、铂、银等贵金属或其合金的导体浆料印刷在陶瓷基板（200）上；
（3）将形成有正面厚膜电阻层（201）、正面导体线路层（202）的半成品，放入800℃以上的高温炉中烧成，以形成性能稳定的电阻功能膜层和导体功能膜层；
（4）运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）、正面电阻层（201）、正面导体线路层（202）的基础上，形成正面绝缘保护层（203）；
（5）将正面绝缘保护层（203）进行固化或烧结；
（6）利用陶瓷基板（200）上的横向划槽（11）和纵向划槽（12），将所获得的具有正面绝缘保护层（203）的半成品掰开形成单条陶瓷薄膜加热条成品，然后对单条陶瓷薄膜加热条成品，进行性能测试，分选，包装，入库。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：1.正面发热电阻体使用并联电阻结构，可使用普通钌基电阻浆料来生产，而不需要使用钯基电阻浆料，降低生产成本，且发热体膜层均匀；2.正面发热电阻体使用并联电阻结构，电阻体分布合理，发热均匀；3.使用先印刷电阻、再印刷导体的制作方法，可提高电阻膜层的均匀性；4.使用电阻膜层和导体膜层共烧的方法，减少了一烧结次数，降低制作成本；5.可在氮化铝陶瓷基板制备各功能膜层，产品导热系数高，适合于高速打印机和高速复印机。
附图说明
图1为现有厚膜陶瓷加热片的工作原理图。
图2为现有厚膜陶瓷加热片的结构示意图。
图3为本发明中厚膜加热元器件的工作原理图。
图4为本发明中厚膜加热元器件的结构示意图。
图5为本发明中陶瓷基板的结构示意图。
图6为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下以一个具体实施例进行描述本发明的实施过程，但本发明不仅限于该实施例。本发明的内容涵盖任何在本发明核心内容上做修改、等效、替换的各种方案。
本发明的基本结构则如图4所示，工艺流程则如图6所示，具体包括以下步骤：
步骤一：先将陶瓷基板（200）加工成具有横向划槽（11）和纵向划槽（12），再运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）上形成正面厚膜电阻层（201）；如图5所示
步骤二：运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）和厚膜电阻层（201）上形成具有梳状结构的正面导体线路层（202），该梳状结构的电极与正面厚膜电阻层（201）搭接后，将单一矩形电阻形成多个并联电阻；
步骤三：将形成有正面厚膜电阻层（201）、正面导体线路层（202）的半成品，放入800℃以上的高温炉中烧成，以形成性能稳定的电阻功能膜层和导体功能膜层；
步骤四：运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）、正面电阻层（201）、正面导体线路层（202）的基础上，形成正面绝缘保护层（203）；
步骤五：将正面绝缘保护层（203）进行固化或烧结；如果正面绝缘保护层（203）的材料是使用聚酰亚胺、树脂或有机硅化合物等有机体系，则将相应的半成品放入240℃以下的低温固化炉或固化箱中进行固化，以形成性能稳定的绝缘保护功能层；如果正面绝缘保护层（203）的材料是使用硼硅玻璃等无机体系，则将相应的半成品放入600～850℃的高温炉中进行烧结；
步骤六：利用陶瓷基板（200）上的横向划槽（11）和纵向划槽（12），将所获得的具有正面绝缘保护层（203）的半成品掰开形成单条陶瓷薄膜加热条成品，然后对单条陶瓷薄膜加热条成品，进行性能测试，分选，包装，入库。
Claims (8)
1.一种激光打印机用厚膜加热元器件的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）先将陶瓷基板（200）加工成具有横向划槽（11）和纵向划槽（12），再运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）上形成正面厚膜电阻层（201）；
（2）运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）和厚膜电阻层（201）上形成具有梳状结构的正面导体线路层（202），该梳状结构的电极与正面厚膜电阻层（201）搭接后，将单一矩形电阻形成多个并联电阻；
（3）将形成有正面厚膜电阻层（201）、正面导体线路层（202）的半成品，放入800℃以上的高温炉中烧成，以形成性能稳定的电阻功能膜层和导体功能膜层；
（4）运用厚膜成膜技术，在陶瓷基板（200）、正面电阻层（201）、正面导体线路层（202）的基础上，形成正面绝缘保护层（203）；
（5）将正面绝缘保护层（203）进行固化或烧结；
（6）利用陶瓷基板（200）上的横向划槽（11）和纵向划槽（12），将所获得的具有正面绝缘保护层（203）的半成品掰开形成单条陶瓷薄膜加热条成品，然后对单条陶瓷薄膜加热条成品，进行性能测试，分选，包装，入库。
2. 根据权利要求1所述的激光打印机用厚膜加热元器件的制作方法，其特征在于：所述厚膜成膜技术使用丝网印刷方式。
3.根据权利要求1所述的激光打印机用厚膜加热元器件的制作方法，其特征在于：所述步骤（5）中，正面绝缘保护层（203）的材料如果使用聚酰亚胺、树脂或有机硅化合物，就将相应的半成品放入240℃以下的低温固化炉或固化箱中进行固化，以形成性能稳定的绝缘保护功能层，如果使用硼硅玻璃，则将相应的半成品放入600～850℃的高温炉中进行烧结。
4.一种激光打印机用厚膜加热元器件，其特征在于：包括依次设置的陶瓷基板（200）、正面厚膜电阻层（201）、正面导体线路层（202）和正面绝缘保护层（203）。
5.根据权利要求4所述的激光打印机用厚膜加热元器件，其特征在于：所述的陶瓷基板（200）为氧化铝或氮化铝陶瓷基板。
6.根据权利要求4所述的激光打印机用厚膜加热元器件，其特征在于：所述的正面厚膜电阻层（201）呈矩形。
7.根据权利要求4所述的激光打印机用厚膜加热元器件，其特征在于：所述正面导体线路层（202）为梳状结构。
8.根据权利要求4所述的激光打印机用厚膜加热元器件，其特征在于：所述正面绝缘保护层（203）的材质使用聚酰亚胺、树脂、有机硅化合物或硼硅玻璃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |