CN113352772A - 热敏打印头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子产品加工制造技术领域，具体的说是一种能够提高电子产品封装效果，进而提升产品可靠性和使用寿命的基于多组件热膨胀系数兼容的热敏打印头及其制造方法，其特征在于，所述PCB或PWB板的线膨胀系数为5×10‑6/℃‑15×10‑6/℃；所述PCB板或PWB板采用0.4mm的低热膨胀系数的基材，具有以下特性：水平方向低于熔点Tg时，热膨胀系数为6‑8ppm/℃；水平方向高于熔点Tg时，热膨胀系数为2‑5ppm/℃；竖直方向低于熔点Tg时，热膨胀系数为18‑23ppm/℃；所述封装胶的线性膨胀系数小于5×10‑6/℃。

Description

热敏打印头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电子产品加工制造技术领域，具体的说是一种能够提高电子产品封装效果，进而提升产品可靠性和使用寿命的基于多组件热膨胀系数兼容的热敏打印头及其制造方法。
背景技术：
电子类产品往往由多种器件组成，例如热敏打印头一般包括陶瓷基板、集成驱动电路元件、PCB或PWB板、插座以及基台等，在生产过程中，各组成部分正确连接设置后，需要利用封装胶完成固定和保护，然而由于各组成部分的线性膨胀系数或体积膨胀系数存在很大差异，在封装固化过程中各部分发生不一致的弯曲变形，导致发热体所在的陶瓷基板发生变形，发热体位置偏离中心打印不清晰，甚至可能导致集成芯片与基板电路的连接失效，致使打印头被损坏，无法使用。
为了解决上述问题，现有文献1US5206663公开了一种用于覆盖于加热和驱动热敏头的加热电阻元件列的保护层材料的改进方案，以克服传统环氧树脂涂层与基板线膨胀系数显著差异带来的问题；该文献提供了一种与衬底的线性膨胀系数几乎相同的树脂，通过采用聚醚酰胺树脂与填料混合获得的组合物，完成对驱动电路元件的覆盖保护，保证在耐热衬底上不会形成翘曲。但该方案仅平衡了封装胶与基板的线膨胀系数，PCB的线膨胀系数无法与基板等相吻合，PCB侧的金属导线可能会因为热应力导致翘起而失效，同时产生的机械应力可能导致胶裂或剥离等问题。
现有文献2JP3103551B2则公开了一种密封驱动半导体元件，其采用由硬密封材料制成的刚性密封部分和由比刚性密封材料更软的软密封材料制成的软密封其中部分，刚性密封部分设置在基体上，软密封部分设置在基体和电路板上。由于刚性密封部分设置在基板上，因此该部分不需要通过盖板等进行保护。由于软密封部分设置在基座和电路板之间的边界区域上，因此减轻了发热体的曲率。但该方案采用两种封装胶分别对不同部位进行封装，导致工艺复杂，且结合部需要叠加处理。
发明内容：
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够克服现有基板、PCB板等多个组件间不同热膨胀系数差异，进而提高产品封装性能和产品质量的热敏打印头及其制造方法。
本发明通过以下措施达到：
一种热敏打印头，包括陶瓷基板、PCB或PWB板、集成芯片、连接导线，并采用封装胶对各组件表面覆盖，完成固化封装，其特征在于，所述PCB或PWB板的线膨胀系数为5×10-6/℃-15×10-6/℃；所述PCB板或PWB板采用0.4mm的低热膨胀系数的基材，具有以下特性：水平方向低于熔点Tg时，热膨胀系数为6-8ppm/℃；水平方向高于熔点Tg时，热膨胀系数为2-5ppm/℃；竖直方向低于熔点Tg时，热膨胀系数为18-23ppm/℃；
所述封装胶的线性膨胀系数小于5×10-6/℃，封装胶中各组分的配比如下：双酚A型环氧树脂为14％-16％，填料为45％-85％，改性脂环胺类固化剂为4％-5％，活性稀释剂1％以内，其中所述填料包括二氧化硅及填充剂，其中二氧化硅与填充剂的重量比为1:1-1:2，所述填充剂采用BiO2-ZnO-BaO系填充剂，填料粒径为0.5～10μm。
本发明所述封装胶中所含活性稀释剂采用苄基缩水甘油醚。
本发明所述封装胶中填料及填充剂的含量优选为60-85％，使用此含量可实现线膨胀系数小于5×10-6/℃且封装胶的粘接性及韧性等满足封装效果需求，可参考附图7及附图8，不同填料的添加量对热膨胀系数的影响及负热膨胀系数随温度变化的尺寸变化关系。
本发明所述封装胶的弹性模量为8-20GPa，粘度范围为80,000-150,000mPa.s。
本发明所述PCB板或PWB板所采用的材料为高熔点的树脂和玻纤布，具体采用聚酰亚胺树脂结合玻纤布基，或者聚苯醚树脂PPE结合玻纤布基作为基材；所述PCB或PWB板的热膨胀系数优选为7×10-6/℃，与陶瓷基板相比普通PCB的CTE也较基板高出一倍，故采用低CTE的PCB对打印头封装部位的性能影响显著。不同膨胀系数变化对产品翘曲的影响特性参照图6图7.
本发明所述封装胶组合物的线性膨胀系数为低于5×10-6/℃，因为现有技术中，造成打印头封装胶裂或剥离的主要原因是不同材料间的CTE差异明显，现有封装胶关联部位主要有PCB 14ppm/℃,陶瓷基板7.2ppm/℃，封装胶23-92ppm/℃，因此封装胶的CTE(热膨胀系数)与其他组件参数差异最大，是导致各组件间膨胀系数差异大的主要因素，而填料中的主要组份二氧化硅类耐热、耐化学品性能很好，热膨胀系数低电绝缘性能好，故改变填料的比例及粒径以及生产工艺对改善封装胶的热膨胀系数有明显效果，另外再填料中添加的填充剂BiO2-ZnO-BaO可实现封装胶的热膨胀系数小于5×10-6/℃。
本发明还提出了一种热敏打印头的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：选用线性膨胀系数为5×10-6/℃-15×10-6/℃的PCB板或PWB板；
步骤2：按配比取用封装胶原材料，获得低线性膨胀系数的封装胶，所获封装胶的线性膨胀系数小于5×10-6/℃；
步骤3：装配热敏打印头各组件，包括PCB板或PWB板、设有配件的陶瓷基板、集成芯片IC，其中陶瓷基板的配件包括保温层或耐磨层、电极及电极导线；
步骤4：采用步骤2所获封装胶，对热敏打印头的电气部分进行固化保护，避免环境劣化导致的打印头失效。
本发明采用的低膨胀系数的封装胶以及PCB(或PWB),有效缓解了封装固化时因不同膨胀系数造成的基板、PCB的弯曲变形，使产品的电气控制部分如导电电极，集成芯片以及PCB等连接部通过封装胶进行机械粘接保护，连接的三大主要部位，因线膨胀系数基本相似，有效减少了封装固化时因热应力及机械应力导致的陶瓷基板以及PCB的弯曲变形，出现封装胶裂和封装胶剥离的不良现象，进而减少了因金丝翘起、断裂等问题导致的打印头失效或损坏；有效提高热敏打印头的信赖性；另外陶瓷基板及PCB的平整度保障，确保发热体直线性，提高了印字质量。
附图说明：
附图1是采用倒装焊的热敏打印头俯视图。
附图2是采用倒装焊的热敏打印头的侧面剖视图。
附图3是采用金丝压焊的热敏打印头的俯视图。
附图4是采用金丝压焊的热敏打印头的侧视图。
附图5是高温时不同线膨胀系数引起的翘曲模拟曲线附图6是常温时不同线膨胀系数引起的翘曲模拟曲线附图7是封装胶组合物中填料仅含填充剂时，对于封装胶的线性膨胀系数的影响曲线图。
附图8是负膨胀系数材料封装胶随温度变化尺寸变化百分比。
附图标记：基台1、陶瓷基板2、发热体电阻3、底部保温层4、电极导线5、顶层保护层6、封装胶7、集成芯片IC 8、PCB或PWB 9、插座10。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。
实施例1：
本例提供了一种热敏打印头。
本例中热敏打印头采用线膨胀系数小于5×10-6/℃的封装胶组合物，以及线膨胀系数在5×10-6/℃-15×10-6/℃的PCB板(或PWB板)，靠近陶瓷基板侧的PCB板的线膨胀系数为15×10-6/℃；所述热敏打印头用封装胶组合物含有黑色双组份的环氧树脂胶，并选用BiO2-ZnO-BaO作为填料中的填充剂，其中环氧树脂占比占组合物质量百分比为14％-16％，填料及填充剂占组合物的重量百分比为45％-85％；封装胶组合物的黏度在100,000mPa.s左右；
本例所述的热敏打印头，设有陶瓷基板2，陶瓷基板2的主要成分是氧化铝，含量在96％及以上，其线形膨胀系数在7×10-6/℃，在陶瓷基板2上形成诸如玻璃材料的保温层4，在保温层4上形成电极及电极导线5，导电材料可用金、银、铝、钨、铜等金属或其他合金材质；电极包括公共电极和个别电极；热敏打印头中还设有集成芯片IC8，驱动集成芯片IC8时连接电极及PCB(或PWB)板9进行打印头的逻辑时序控制等；封装胶覆盖驱动集成芯片8以及连接驱动集成芯片的独立电极和信号线和PCB以及连接PCB的信号线，或者是用于覆盖倒装焊贴装的驱动集成芯片及周边焊接回路等；
本例所获的封装胶能有效保护集成芯片等元器件避免环境劣化等的失效；本例中，产品的电气控制部分如导电电极，集成芯片以及PCB等连接部通过封装胶进行机械粘接保护，连接的三大主要部位，因线膨胀系数基本相似，有效减少了封装固化时因热应力及机械应力导致的陶瓷基板以及PCB的弯曲变形，出现封装胶裂和封装胶剥离的不良现象，进而减少了因金丝翘起、断裂等问题导致的打印头失效或损坏；从而有效提高热敏打印头的信赖性；另外陶瓷基板及PCB的平整度保障，确保发热体直线性，提高了印字质量；尤其是长度在300mm以上的热敏打印头，对产品的平整度及信赖性要求更高，从而解决了长尺打印头尤其是1m及以上长度打印头的印字质量的困扰。
实施例2：
本例提出了一种热敏打印头，包括金属基材1陶瓷基板2，PCB(或PWB)9集成芯片8连接导线5封装胶7，其中，采用线膨胀系数在低于5×10-6/℃的封装胶及5×10-6/℃-15×10-6/℃PCB板(或PWB板)；本例所用的封装胶组合物选用黑色双组份的环氧树脂胶，并选用粒径10μm以下的二氧化硅作为填料，填料中还包含BiO2-ZnO-BaO系填充剂，填料中二氧化硅与填充剂的比例为1:1.5，由此获得的封装胶组合物的线膨胀系数为-3.5-1×10-6/℃，环氧树脂占比为15％，封装胶组合物的黏度在100,000mPa.s左右；
本例所获得产品的电气控制部分如导电电极，集成芯片以及PCB等连接部通过封装胶进行机械粘接保护，连接的三大主要部位，因封装胶的线膨胀系数为负如图8，有效抑制了封装固化时因热应力及机械应力导致的陶瓷基板以及PCB的弯曲变形方向，避免出现封装胶裂和封装胶剥离的不良现象，进而减少了因金丝翘起、断裂等问题导致的打印头失效或损坏。从而有效提高热敏打印头的信赖性。

Claims (7)

1.一种热敏打印头，包括陶瓷基板、PCB或PWB板、集成芯片、连接导线，并采用封装胶对各组件表面覆盖，完成固化封装，其特征在于，所述PCB或PWB板的线膨胀系数为5×10-6/℃-15×10-6/℃；所述PCB板或PWB板采用0.4mm的低热膨胀系数的基材，具有以下特性：水平方向低于熔点Tg时，热膨胀系数为6-8ppm/℃；水平方向高于熔点Tg时，热膨胀系数为2-5ppm/℃；竖直方向低于熔点Tg时，热膨胀系数为18-23ppm/℃；
所述封装胶的线性膨胀系数小于5×10-6/℃，封装胶中各组分的配比如下：双酚A型环氧树脂为14％-16％，填料为45％-85％，改性脂环胺类固化剂为4％-5％，活性稀释剂1％以内，其中所述填料包括二氧化硅及填充剂，其中二氧化硅与填充剂的重量比为1:1-1:2，所述填充剂采用BiO2-ZnO-BaO，填料粒径为0.5～10μm。
2.根据权利要求1所述的一种热敏打印头，其特征在于，所述封装胶中所含活性稀释剂采用苄基缩水甘油醚。
3.根据权利要求1所述的一种热敏打印头，其特征在于，所述封装胶中填料的含量为60-85％。
4.根据权利要求1所述的一种热敏打印头，其特征在于，所述封装胶中填料的含量为60-85％，填料中二氧化硅与填充剂的重量比为1：1.5。
5.根据权利要求1所述的一种热敏打印头，其特征在于，所述封装胶的弹性模量为8-20GPa，粘度范围为80,000-150,000mPa.s。
6.根据权利要求1所述的一种热敏打印头，其特征在于，所述PCB板或PWB板所采用的材料为高熔点的树脂和玻纤布，具体采用聚酰亚胺树脂结合玻纤布基，或者聚苯醚树脂PPE结合玻纤布基作为基材；所述PCB板或PWB板的线性膨胀系数低于7×10-6/℃。
7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的热敏打印头的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：选用线性膨胀系数为5×10-6/℃-15×10-6/℃的PCB板或PWB板；
步骤2：按配比取用封装胶原材料，获得低线性膨胀系数的封装胶，所获封装胶的线性膨胀系数小于5×10-6/℃；
步骤3：装配热敏打印头各组件，包括PCB板或PWB板、设有配件的陶瓷基板、集成芯片IC，其中陶瓷基板的配件包括保温层或耐磨层、电极及电极导线；
步骤4：采用步骤2所获封装胶，对热敏打印头的电气部分进行固化保护。
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