CN112659758A - 一种多层重叠结构的热敏打印头 - Google Patents
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Abstract
本发提供一种多层重叠结构的热敏打印头。其主要技术特征是，多层重叠发热体，多层重叠电极线路。多层重叠发热体做成每组由多个发热体上下层间相互串联结构，相邻层间由绝缘体膜隔开。最底层和最上层发热体分别与电源和控制芯片连接导通。每层发热体的电阻值大小用以调整不同热响应特性和功率，根据蓄热及热响应特性要求调节发热体各层外形尺寸。多层电极为一个至多数个发热体供电。其优点是，解决了热敏打印头蓄热结构热响应特性差，高速打印拖尾不良现象，高分辨率布线困难，单层发热体功率不足，公共COM母线影响发热体功率及发热体间因线路分压不同而发热不均问题，可实现高分辨率高速薄膜打印头。
Description
技术领域
本发明涉及热敏打印头技术领域，特别涉及一种多层重叠结构的热敏打印头。
背景技术
热敏打印头是热敏打印机的核心部件，其品质直接关系到打印质量和打印机使用寿命。打印头有厚膜和薄膜之分，薄膜打印头是利用半导体工艺制造，发热体通常为单层微米级膜层，发热体的热容量小，应答性好，可实现高速高分辨率打印，打印质量优于厚膜打印头。
薄膜打印头的结构和制造工艺为使用烧成涂釉层的氧化铝材料的基板，之后利用PVD或CVD设备镀上单层微米级的电阻材料，再镀一层金属电极，经过曝光，显影，湿蚀刻，以及干蚀刻后做出电极线路及发热体,然后在发热体及电极部分镀上起耐磨、耐腐蚀作用的保护膜。
目前薄膜打印头的发热体为单层薄膜的结构，发热体通过公共COM母线供电。发热体的成分一般为钽化合物。发热体形状为平面直通式，往复及三段式。随着高分辨率以及高速打印需要，要求发热体具有高的功率以及良好的热响应特性。分辨率的不断提高使得发热体的形状尺寸愈来愈小。以直通式的300dpi的打印头为例，一个发热体尺寸为85*85微米左右，当分辨率达到1200dpi时，一个发热体尺寸就要21*21微米左右。如果是往复式或三段式构造发热体尺寸会更小。这就使得发热体的能承受电流变小，发热功率下降，即使调整构成发热体的钽化合物成分也很难提高承受电流，使得单层的薄膜发热体结构无法满足功率要求。伴随着分辨率的提高电极线路变多密集，单层导体膜线路布线困难。另外公共COM母线对发热体的线路分压影响发热体功率，以及各发热体与公共COM母线间的线路电阻不同导致加载到各发热体上电压不同，影响各发热体间发热不均。发热体膜层下方是蓄热层，蓄热层可以缓解发热体热量的一部分散失，但这种结构使得打印头的热响应特性差，高速打印品质不好，有打印拖尾痕迹问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术中存在的不足,提供一种多层重叠结构的热敏打印头。解决了背景技术中提出的高分辨率，高速打印面临的发热体承受电流小，无法满足高功率要求。高分辨率下电极线路多，密集，单层导体膜线路布线困难。公共COM母线影响发热体功率及发热体间因线路分压不同而发热不均。蓄热层结构的热响应特性差问题。
本发明的目的是这样实现的，包括陶瓷基体、多层重叠发热体、多层电极、耐磨层、绿油层、驱动芯片、防护层。
陶瓷基体为长方体形状。分为陶瓷基板，陶瓷基板表面上烧成隆起的蓄热层，电极釉层。
多层重叠发热体是在陶瓷基体上利用薄膜技术，通过成膜，曝光，显影，湿蚀刻，和干蚀刻多次制造工艺完成。
多层重叠发热体是沿陶瓷基体长度方向排列的多组上下多层重叠串联的发热体结构，每组发热体上下层间用绝缘膜分隔开，通过多层电极实现层间相互串联，底层发热体与电源连接导通，最顶层的发热体通过多层电极与控制芯片相连接导通。
多层电极分为电源电极、联通电极、控制电极。是在各层发热体表面镀上导电金属（或合金）膜后使用湿法刻蚀及干法刻蚀工艺形成。
电源电极是覆盖在底层发热体表面沿陶瓷基板长度方向排列若干个电极，在蓄热层顶端隆起的中心刻蚀露出底层发热体，以发热体分界为上端电源电极和下端电源电极，上端电源电极与覆盖在表面的联通电极对应连接导通，下端电源电极与电源相连，在电源电极表面镀了一层绝缘膜。
联通电极是覆盖在底层以外发热体表面沿陶瓷基体长度方向排列若干个多层电极，在蓄热层顶端隆起的中心刻蚀露出下方的发热体，以发热体分界为上下两端，上下两端分别与相邻层金属电极对应连接导通实现层间串联。
控制电极是起始层与最上层联通电极同一层的沿陶瓷基板长度方向排列若干个多层电极，各层之间用绝缘膜分隔开，沿陶瓷基体宽度方向分为前端控制电极和后端控制电极，各层的前端控制电极与最上层联通电极的连接方式为：控制电极总层数为N，整数N≥1。最上层联通电极排列电极数X，从第一个电极起始有N数个连续相邻排列的电极名为1～N号联通电极，重复1～N号联通电极直到总电极个数X。第N层前端控制电极与联通电极N号电极相连，进而实现多层控制电极与一层联通电极连接。
耐磨层是多层保护膜，覆盖在最上层的前端控制电极、重叠串联发热体和联通电极外侧，覆盖范围从发热体侧开始到陶瓷基板宽度的2/3处。
绿油层覆盖在最末层控制电极后端表面，覆盖范围为从耐磨层终止处到控制芯片前端。
驱动芯片是多个沿着基板长度方向布设并与控制电极对应连接的芯片。
防护层是涂装在驱动芯片外侧的树脂。
优选地，所述各层发热体的材料为钽化合物，调整各层的钽化合物材料成分改变蓄热量大小及热响应特性，厚度为0.1 um～1 um。
优选地，所述多层重叠发热体呈上下多层串联结构。
优选地，调整各层的发热体电阻值能改变蓄热量大小及热响应特性和功率变化，电阻值为0～5000Ω。
优选地，通过调整多层重叠发热体的外观尺寸形状改变热响应特性和功率。
优选地，控制电极是起始层与最上层联通电极是同一层的，沿陶瓷基板长度方向排列的若干个多层电极，各层之间用绝缘膜分隔开，多层控制电极与最上层联通电极连接。
本发明的具体工艺方法按以下步骤操作：
S1，首先在陶瓷基板上印刷玻璃釉，形成蓄热层图形，电极釉层图形，通过150度干燥30分钟后1200度烧结60分钟形成陶瓷基体。
S2，然后利用磁控溅射在溅射气压0.1帕，陶瓷基板温度200度的工艺条件下镀上发热体膜层。
S3，利用真空退火炉在1E-4帕真空环境，650度温度下对底层发热体层进行60分钟退火安定化。
S4，在底层发热体外面镀上电源电极膜层，然后利用光刻，湿法刻蚀及干法刻蚀形成电源电极，利用二次刻蚀电源电极在蓄热层顶端隆起的中心露出下方发热体。
S5，然后利用磁控溅射在溅射气压0.1帕，陶瓷基板温度200度的工艺条件下镀上绝缘层。
S6，在绝缘层外侧镀上发热体膜层，
S7，利用光刻，干法刻蚀，露出上端电源电极。
S8，然后镀上联通电极膜层。
S9，利用光刻，湿法刻蚀及干法刻蚀形成联通电极，利用二次刻蚀联通电极在蓄热层顶端隆起的中心露出下方的发热体。
S10，然后利用磁控溅射的工艺镀上绝缘层。
S11，在绝缘层外侧镀上发热体膜层。
S12，利用光刻，干法刻蚀，露出联通电极下端。
S13，然后利用磁控溅射的工艺再次镀上联通电极层，
S14，利用光刻，湿法刻蚀及干法刻蚀形成联通电极，利用二次刻蚀联通电极在蓄热层顶端隆起的中心露出下方的发热体。
S15，然后利用磁控溅射的工艺镀上绝缘层。
S16，在绝缘层外侧镀上发热体膜层。
S17，利用光刻，干法刻蚀，露出联通电极上端
S18，然后利用磁控溅射的工艺镀上联通电极层，
S19，利用光刻，湿法刻蚀及干法刻蚀形成联通电极，利用二次刻蚀隆起的蓄热层顶端的联通电极露出下方的发热体。
S20，重复S10至S19直至达到所需要的多层重叠发热体层数（通常为偶数层）。
S21，在最末层联通电极膜层利用光刻，湿法刻蚀及干法刻蚀形成控制电极，偶数列的前端控制电极与最末层偶数列的下端联通电极对应连接，奇数列断开。
S22，然后利用磁控溅射的工艺镀上绝缘膜层。
S23，利用光刻，干法刻蚀，露出奇数列的最末层下端联通电极。
S24，在绝缘层外侧镀上控制电极膜层，
S25，利用光刻，湿法刻蚀形成控制电极，奇数列的前端控制电极与最末层奇数列的下端联通电极对应连接，偶数列断开。
S26，将上述的基板切割成单片，镀上耐磨层。
S27，然后使用异方性导电胶膜在控制电极后端处焊接驱动芯片，封装防护层树脂。
发明的有益效果是：
1、可以实现高分辨率（600DPI以上）发热体结构打印头，提高发热体功率。解决高分辨率时发热体的承受电流变小，发热功率下降问题。
2、多层重叠发热体结构解决了打印头的热响应特性差，高速打印拖尾不良现象，可以实现高速（12in/S以上）打印。
3、打印效果和速度优于传统单层发热体结构打印头。
、多层电极线路结构可实现高密度布线，各发热体使用电源电极独立供电结构解决了公共COM母线影响发热体功率及发热体间因线路分压不同而发热不均。
、附图说明
图1是本发明结构的断面图。
图2是图1中A部的局部放大图。
图3是图1中A,B,C部的电源电极及第一层发热体的示意图。
图4是图1中A,B,C部的第二层发热体及联通电和及第一层控制电极示意图。
图5是图1中A,B,C部的联通电和及第二层控制电极示意图。
图6是图1中B部的局部放大图。
图7是图1中C部的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明
以实施例，并结合附图对本发明作进一步阐述。以下实施例只是两层发热体串联，两层控制电极结构说明。为描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
由图1可知，一种多层重叠结构的热敏打印头包括1-陶瓷基体，2-多层重叠发热体，3-多层电极，4-耐磨层，5-绿油层，6-驱动芯片，7-防护层。陶瓷基体1分为陶瓷基板1-A,蓄热层1-B,电极釉层1-C。陶瓷基板1-A为长方体氧化铝陶瓷板，厚度0.1mm～1mm。蓄热层1-B是陶瓷基板1-A表面烧成玻璃釉的隆起，厚度为2um～300um。电极釉层1-C是陶瓷基板1-A表面烧成玻璃釉的平滑隆起层，厚度为2um～300um。
由图1可知，多层重叠串联发热体2覆盖在陶瓷基体表面，为上下多层结构，发热体2的材质为钽化合物，厚度为0.01um～1um。调整发热体2的钽化合物成分能够改变热响应特性和发热体功率。多层电极在发热体2表面，为多层结构，由导电金属或合金构成，厚度为0.2um～1um。耐磨层4覆盖在电极线路3和多层重叠发热体2外侧，耐磨层4由SIO2膜层及SIC膜层构成，SIO2膜层在底层，SIC膜层附着在SIO2膜层外层，两种膜层厚度为0.1um～10um。覆盖范围从发热体侧开始到陶瓷基板宽度的2/3处。绿油层5覆盖在电极线路3表面，覆盖范围为从耐磨层终止处到控制芯片前端。驱动芯片6为在电极线路3表面多个沿着基板长度方向布设，利用异方性导电胶膜采用倒装焊接方式与控制电极对应连接。在控制芯片的外周包裹着防护层7，防护层由树脂材料构成。
由图2进一步可知，多层重叠发热体2分为第一层发热体2-A层，绝缘层2-B以及第二层发热体2-C层。第一层发热体2-A与第二层发热体2-C用绝缘层2-B分隔开。第一层发热体表面是电源电极，在蓄热层顶端隆起的中心刻蚀露出底层发热体2-A，以发热体分界为电源电极上端3-A-1及电源电极下端3-A-2。联通电极覆盖在第二层发热体表面，在蓄热层顶端隆起的中心刻蚀露出下方发热体2-C，以发热体分界为联通上端3-B-1，联通端3-B-1H和联通下端3-B-2。通过联通端3-B-1H与电源电极3-A-1连接使得电源电极下端3-A-2，第一层发热体2-A，电源电极3-A-1，联通端3-B-1H，联通上端3-B-1，第二层发热体2-C，联通电极下端3-B-2成为串联结构。调整第一层发热体2-A及第二层发热体2-C的电阻值能改变蓄热量大小及热响应特性和功率变化。
进一步可知第一层发热体2-A与第二层发热体2-C以绝缘层2-B上下层间分隔开。
由图3的A进一步可知，多层重叠发热体2-A是在陶瓷基体表面沿长度方向Y排列的若干组发热体，第一层发热体2-A具有长度L1和宽度W1，长度L1及宽度W1为10um～300um。调整发热体2-A的L1和W1的尺寸能够改变热响应特性和发热体功率。图3的B和C进一步可知电源电极3-A-1，3-A-2为沿陶瓷基板长度方向Y排列若干个电极图形，电源电极3-A-1与覆盖在表面的联通电极对应连接导通， 3-A-2通过末端的3-A-2H与电源相连。
图4的A进一步可知第二层发热体2-C是在陶瓷基体表面沿长度方向Y排列的若干组发热体，具有长度L2和宽度W2，长度L2及宽度W2为10um～300um。调整发热体2-A的L2和21的尺寸能够改变热响应特性和发热体功率。图4的B和C进一步可知联通电极3-B-1、3-B-2、3-B-1H为沿陶瓷基板长度方向Y排列若干个电极图形。
由图4的B和C进一步可知，多层电极线路3的第一层控制电极3-C是沿陶瓷基板长度方向排列若干个多层电极线路，沿陶瓷基体宽度方向X分为前端3-C-H和后端3-C-L，前端3-C-H奇数列与最上层联通电极3-B-2奇数列对应连接导通，前端3-C-H偶数列断开，后端3-C-L与芯片相连。
由图5的B和C进一步可知电极线路3的第二层控制电极3-D是沿陶瓷基板长度方向排列若干个多层电极线路，沿陶瓷基体宽度方向X分为前端3-D-H和后端3-D-L，前端3-D-H偶数列与最上层联通电极3-B-2偶数列对应连接导通，前端3-D-H奇数列断开，后端3-D-L与芯片相连。
由图6进一步可知，多层电极线路3的第一层控制电极3-C，第二层控制电极3-D是中间由3-E绝缘膜隔开，进一步由图4和5结合图6可知第一层控制电极通过3-C-H与最上层联通电极3-B-2奇数列对应连接导通，后端3-C-L与芯片相连。第二层控制电极通过3-D-H与最上层联通电极3-B-2偶数列对应连接导通，前端3-D-H奇数列断开，多层电极线路3上下各层间与同一层联通电极对应连接导通。
l 由图7进一步可知，第一层控制电极后端3-C-L以及第二层控制电极后端3-D-L通过异方性导电胶膜6-AL与驱动芯片6对应连接导通，第一层控制电极后端3-C-L以及第二层控制电极后端3-D-L作为输入信号。电源电极下端3-A-2L和外界电源连接导通。
尽管结合实施两层发热体及两层控制电极线路方案具体展示和介绍了本发明，对于多层发热体及多层电极结构可以依此类推。
Claims (6)
1.一种多层重叠结构的热敏打印头, 包括陶瓷基体、多层重叠发热体、多层电极、耐磨层、绿油层、驱动芯片、防护层，其特征是，陶瓷基体为长方体形状，分为陶瓷基板，陶瓷基板表面上烧成隆起的蓄热层，电极釉层，多层重叠发热体是在陶瓷基体上利用薄膜技术，通过成膜，曝光，显影，湿蚀刻，和干蚀刻多次制造工艺完成，多层重叠发热体是沿陶瓷基体长度方向排列的多组上下多层重叠串联的发热体结构，每组发热体上下层间用绝缘膜分隔开，通过多层电极线路实现层间相互串联，底层发热体与电源连接导通，最顶层的发热体通过多层电极与控制芯片相连接导通，多层电极分为电源电极，联通电极，控制电极，是在各层发热体表面镀上导电金属或合金膜后，使用湿法刻蚀及干法刻蚀工艺形成，电源电极是覆盖在底层发热体表面沿陶瓷基板长度方向排列若干个电极，在蓄热层顶端隆起的中心刻蚀露出底层发热体，以发热体分界为上端电源电极和下端电源电极，上端电源电极与覆盖在表面的联通电极对应连接导通，下端电源电极与电源相连，在电源电极表面镀了一层绝缘膜，联通电极是覆盖在底层以外发热体表面沿陶瓷基体长度方向排列若干个多层电极，在蓄热层顶端隆起的中心刻蚀露出下方的发热体，以发热体分界为上下两端，上下两端分别与相邻层金属电极对应连接导通实现层间串联，控制电极是起始层与最上层联通电极同一层的沿陶瓷基板长度方向排列若干个多层电极，各层之间用绝缘膜分隔开，沿陶瓷基体宽度方向分为前端控制电极和后端控制电极，各层的前端控制电极与最上层联通电极的连接方式为，控制电极总层数为N，整数N≥1，最上层联通电极排列电极数X，从第一个电极起始有N数个连续相邻排列的电极名为1～N号联通电极，重复1～N号联通电极直到总电极个数X，第N层前端控制电极与联通电极N号电极相连，进而实现多层控制电极与最上层联通电极连接，耐磨层是多层保护膜，覆盖在最上层的前端控制电极、重叠串联发热体和联通电极外侧，覆盖范围从发热体侧开始到陶瓷基板宽度的2/3处，绿油层覆盖在最末层控制电极后端表面，覆盖范围为从耐磨层终止处到控制芯片前端，驱动芯片是多个沿着基板长度方向布设并与控制电极对应连接的芯片，防护层是涂装在驱动芯片外侧的树脂。
2.根据权利要求1所述的一种多层重叠发热体结构的热敏打印头，其特征在于，所述多层重叠发热体每组由多个发热体上下层间相互串联结构，发热体的材料为钽化合物。
3.根据权利要求1所述的一种多层重叠发热体结构的热敏打印头，其特征在于，通过调整各层发热体的外观尺寸形状改变热响应特性和功率。
4.根据权利要求1所述的一种多层重叠发热体结构的热敏打印头，其特征在于，调整各层的发热体电阻值能改变蓄热量大小及热响应特性和功率变化，电阻值为0～5000Ω。
5.根据权利要求2所述的一种多层重叠发热体结构的热敏打印头，其特征在于，调整各层的钽化合物材料成分改变蓄热量大小及热响应特性。
6.根据权利要求1所述的一种多层重叠发热体结构的热敏打印头，其特征在于，控制电极是起始层与最上层联通电极是同一层的，沿陶瓷基板长度方向排列的若干个多层电极，各层之间用绝缘膜分隔开，多层控制电极与最上层联通电极连接。
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| JPH05138909A (ja) * | 1991-11-19 | 1993-06-08 | Fuji Photo Film Co Ltd | ダイレクト感熱記録用サーマルヘツド |
| JPH09123504A (ja) * | 1995-08-30 | 1997-05-13 | Alps Electric Co Ltd | サーマルヘッドおよびサーマルヘッドの製造方法 |
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2021
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Patent Citations (6)
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