CN114368223B - 高性能热敏打印头用发热基板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在打印过程中具有耐磨、防粘、抗积碳效应，进而可显著提高打印头使用寿命和打印质量的高性能热敏打印头用发热基板，其特征在于，还设有防粘抗积碳层，所述防粘抗积碳层包括相接的第一功能层和第二功能层，第一功能层与第二功能层相接或搭接，搭接时第二功能层位于第一功能层上侧，所述第一功能层由进纸侧延伸覆盖至发热电阻体的最高点后下延至出纸侧，所述第二功能层的上端设置在出纸侧距发热电阻体最高点下50‑200um处，第二功能层的下端沿副扫描方向延伸至陶瓷基板边缘；所述第一功能层为具有防粘功能的耐磨疏水功能层，第二功能层为具有抗积碳功能的疏油功能层；所述第二功能层的疏油角70°～130°，厚度为0.1μm～4μm。

Description

高性能热敏打印头用发热基板

技术领域：

本发明涉及热敏打印头制造技术领域，具体的说是一种在打印过程中具有耐磨、防粘、抗积碳效应，进而可显著提高打印头使用寿命和打印质量的高性能热敏打印头用发热基板。

背景技术：

众所周知，热敏打印头工作时，经常会产生大量的纸屑，部分被纸张带走，多数留在热敏打印头表面，影响打印效果导致使用寿命降低，主要原因是在打印过程中，发热电阻体发热使热敏媒介显色，受热时热敏媒介的发色层处于熔融状态，离开发热电阻体后冷却凝固，粘结在热敏头表面，形成积碳；另外热敏媒介熔融物的冷却还会造成热敏打印头粘纸，具体表现为热敏媒介会与打印头不同程度粘连，不能顺畅走纸，造成印字的压缩和产生噪音等。

为了克服上述问题，现有技术采用以下几种方式：(一)专利号为201520630708.5的实用新型专利提出了一种在进纸侧设亲水层、在出纸侧设疏水层的热敏打印头，该结构可改善热敏打印头的积碳现象，但该实用新型中进纸侧的亲水材料也会粘结一定积碳量，而且亲水层与疏水层的结合处位于发热体最高点处，两种材料相反的特性导致两种材料的过渡性很差，在实际打印过程中，也造成无法完全克服积碳问题。(二)专利申请号为201510101328.7的发明专利公布了一种耐磨疏水纳米复合薄膜的制备方法，但该专利申请中的复合薄膜制备基体为导电金属，未提到在类似热敏打印头的绝缘基板上制备耐磨疏水膜层的方法，膜层也不具备疏油性能，无法直接应用于热敏打印领域。(三)专利号为CN201880021712.8的发明专利记载了由TiN、TiON、TiCrN、TiAlON组成的耐磨性保护膜，制备工艺是电弧等离子体方式离子镀、或者遮挡阴极方式离子镀，膜层晶体粒子的平均粒径在205nm～605nm，表面比较粗糙，对积碳没有改善。(四)专利申请号为CN201910080450.9的发明专利公布了一种保护层上设有疏水疏油的功能层的热敏打印头用发热基板及其制造方法，该功能层能够改善打印过程中的积碳和粘纸现象，但是实际应用来说，纯无机材料疏油性不如有机材料，而积碳需要更高疏水&疏油角的要求。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种在打印过程中具有耐磨、防粘、抗积碳效应，进而可显著提高打印头使用寿命和打印质量的高性能热敏打印头用发热基板。

本发明通过以下措施达到：

一种高性能热敏打印头用发热基板，设有绝缘基板，绝缘基板上设有底釉层、公共电极、个别电极、发热电阻体，还设有绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖于发热电阻体、公共电极以及部分个别电极的表面，其特征在于，还设有防粘抗积碳层，所述防粘抗积碳层包括相接的第一功能层和第二功能层，第一功能层与第二功能层相接或搭接，搭接时第二功能层位于第一功能层上侧，所述第一功能层由进纸侧延伸覆盖至发热电阻体的最高点后下延至出纸侧，所述第二功能层的上端设置在出纸侧距发热电阻体最高点下50-200um处，第二功能层的下端沿副扫描方向延伸至陶瓷基板边缘；所述第一功能层为具有防粘功能的耐磨疏水功能层，第二功能层为具有抗积碳功能的疏油功能层；所述第二功能层的疏油角70°～130°，厚度为0.1μm～4μm。

本发明所述第一功能层为由Ti、Cu、Si、O、N等全部或者部分元素组成的单质、化合物组合而成的硬质薄膜，厚度为0.5μm～4μm。第一功能层疏水角度80°～150°，第一功能层使用蒸发、溅射、离子镀等PVD工艺或CVD工艺实现。

本发明所述第二功能层为含氟硅类化合物、纳米二氧化硅或氧化锆或其他陶瓷颗粒，疏油角70°～130°，并具备一定的疏水性，此类化合物具有更好的疏水、疏油性、但耐温不高，所以应避开发热体位置；所述第二功能层的厚度为0.1μm～4μm，而在绝缘保护层的上表面拼接形成第一功能层和第二功能层时，二者相接处存在段差，易造成打印介质进纸卡顿，为解决该问题，本发明所述防粘抗积碳层中的第一功能层沿进纸侧包覆至发热电阻体最高处后，延伸至出纸侧，并一直延伸至出纸侧的绝缘基板边缘，第二功能层制备于第一功能层外侧，其中由于第二功能层和第一功能层作为疏水疏油层，都具有较低的表面能，两层材料粘接性较差，因此需要在第一功能层的上表面对应第二功能层的位置，先进行蚀刻处理后，再完成第二功能层的成型。

本发明所述绝缘保护层5为SiAlON、SiON或SiO2制成，所述绝缘保护层5的厚度为4μm～16μm。

本发明还提出了一种上述高性能热敏打印头用发热基板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在绝缘基板上印刷部分的非晶玻璃底釉层，并制作电极、发热电阻体，然后在发热电阻体、公共电极和部分个别电极的表面制作绝缘保护层；

步骤2：将陶瓷基板置于中性清洗液中进行清洗研磨，然后用纯水进行超声清洗提拉；

步骤3：将清洗后的陶瓷基板在第二功能层所设定的位置涂布一层糊状浆料，并在100℃-150℃下干燥；

步骤4：制备第一功能层，采用蒸发、溅射、离子镀等PVD工艺或CVD工艺实现；

步骤5：采用超纯水对基板进行超声清洗，此时步骤3涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉；

步骤6：在第一功能层设定的位置涂布一层糊状浆料，并在100℃-150℃下干燥；

步骤7：在第二功能层设定位置制备第二功能层，采用喷涂或者蒸发、溅射、离子镀等PVD工艺或CVD工艺实现；

步骤8：采用超纯水对基板进行超声清洗，此时步骤7涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉。

本发明所述高性能热敏打印头用发热基板还可以通过以下步骤实现：

步骤1：在绝缘基板上印刷部分的非晶玻璃底釉层，并制作电极、发热电阻体，然后在发热电阻体、公共电极和部分个别电极的表面制作绝缘保护层；

步骤2：将陶瓷基板置于中性清洗液中进行清洗研磨，然后用纯水进行超声清洗提拉；

步骤3：制备第一功能层，第一功能层从进纸侧沿副扫描方向一直延伸至出纸侧的绝缘基板的边缘；

步骤4：在第一功能层上表面上第二功能层所对应的区域进行激光刻蚀、喷砂等干法工艺或者氢氟酸等湿刻工艺实现，刻蚀后基板表面粗糙度大于0.4um；

步骤:5：在第一功能层上表面上第二功能层对应以外区域涂布一层糊状浆料，并在100℃-150℃下干燥；

步骤6：在第一功能层表面的第二功能层对应区域采用喷涂工艺或者蒸发、溅射、离子镀等PVD工艺或CVD工艺制备第二功能层；

步骤7：采用超纯水对基板进行超声清洗，此时步骤7涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉。

本发明步骤1中在绝缘基板上印刷部分的非晶玻璃底釉层后，在高温下烧结，其中，在绝缘基板及底釉层的表面印刷或者溅射烧结导电浆料，之后刻蚀公共电极和个别电极，沿热敏打印头主打印方向进行带状涂布发热电阻体，然后烧结，或者溅射发热电阻体，然后刻蚀，在所述发热电阻体、公共电极和部分个别电极的表面印刷非晶玻璃釉层，高温烧结固化，或者溅射含Si、O、N、Al、C、Ti的混合物作为保护层。

本发明中第一功能层设置在进纸侧和发热体正上方，打印时热敏媒介受热变成熔融状态，具有一定粘性，第一功能层良好的疏水性降低了熔融状态的热敏媒介与热敏打印头表面的粘结力，胶辊可以顺利的带走热敏媒介，减少卡顿现象；另由于第一功能层具有一定的耐磨性，可以使得打印机在较长的使用寿命内基本无粘纸问题；打印过程中，当热敏媒介被胶辊带动至发热体外侧位置时，由于热敏媒介周围温度降低、所受压力减小，热敏媒介的析出物冷却凝结，部分停留在打印头表面，无法被带走，长期打印会累积较多的积碳，而所述第二功能层良好的疏油性使得打印过程中热敏媒介的析出物难以粘结在打印头表面，减少了打印过程中热敏媒介的析出物在打印头表面的累积量；另外打印过程中第二功能层的上端位于出纸侧距发热电阻体对高点下50-200μm处，保证胶辊与第二功能层的位置接触面积小，对其磨损量小，因此可以保证使用寿命；第二功能层设置在绝缘保护层上，具有较好的附着性，但与第一功能层的拼接处存在段差，第二功能层设置在刻蚀后的第一功能层上后，可以减小第二功能层与第二功能层厚度差异导致的段差，并可以进一步减小发热电阻体热量对第二功能层的影响，保证第二功能层顺利实现抗积碳功能。

附图说明：

附图1是本发明实施例1的剖面结构示意图。

附图2是本发明实施例2的结构示意图。

附图标记：1绝缘基板、2底釉层、3电极、3a公共电极、3b个别电极、4发热电阻体、5绝缘保护层、6第一功能层、7第二功能层、8热敏媒介、9纸屑、10胶辊、A两个功能层交界处、B底釉中心、C第一功能层的下边缘。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，本发明所涉及的热敏打印头用发热基板包括绝缘基板1，在所述绝缘基板1的表面部分区域设有底釉层2，在所述绝缘基板1以及底釉层2的表面设有电极3，电极3包括公共电极3a和个别电极3b，发热电阻体4沿主打印方向配置在公共电极3a和个别电极3b之间，作为产生焦耳热的发热体，所述公共电极3a的一端沿副打印方向与所述发热电阻体4相连接，其另一端与打印电源相连接；所述个别电极3b的一端沿副打印方向与所述发热电阻体4相连接，其另一端与控制IC相连接；在所述发热电阻体4、公共电极3a和部分个别电极3b的表面覆盖有绝缘的保护层5，在所述保护层5上分别设有第一功能层6和第二功能层7；

在本例中，所述绝缘保护层5为SiAlON、SiON或SiO2制成，所述绝缘保护层5的厚度为6μm～10μm。

所述第一功能层6为混合物，该混合物由Ti、Cu、Si、O、N元素组成的单质、化合物组合而成的硬质薄膜，具有疏水特性，第一功能层的疏水角80°～150°；第一功能层6设置在进纸侧和发热体正上方，打印时热敏媒介9受热变成熔融状态，具有一定粘性，但因发热体突起的形状与纸张之间粘结力较小，第一功能层6的良好的疏水性降低了熔融状态的热敏媒介9与热敏打印头表面的粘结力，胶辊10可以顺利的热敏媒介9，减少卡顿现象；另由于第一功能层6具有一定的耐磨性，可以使得打印机在较长的使用寿命内基本无粘纸问题出现，所述第一功能层6的厚度为1μm～4μm；

所述第二功能层7采用硅氧烷含氟化合物制成，疏油角70°～130°，厚度为0.1μm～4μm，设置在从出纸侧的绝缘基板1边缘沿副扫描方向至发热电阻体最高点4下50-200um处，并同第一功能层6衔接；打印过程中，当热敏媒介9被胶辊10带动至发热体外位置时，由于热敏媒介9周围温度降低、所受压力减小，热敏媒介的析出物冷却凝结，部分停留在打印头表面，无法被带走，长期打印会累积较多的积碳，而所述第二功能层7良好的疏油性使得打印过程中热敏媒介9的析出物难以粘结在打印头表面，减少了打印过程中热敏媒介9的析出物在打印头表面的累积量；另外第二功能层的设置区域保证了打印过程中胶辊10与第二功能层7的位置接触面积小，磨损量小，因此可以保证一定的使用寿命。

本例所涉及的热敏打印头用发热基板的制造方法包括以下步骤：

步骤1：在所述绝缘基板上1印刷部分的非晶玻璃底釉层2，在1200℃～1300℃的温度下烧结带底釉层2的绝缘基板1，再在绝缘基板1及底釉层2的表面印刷烧结导电浆料，烧结温度为800℃-950℃，之后用光刻技术形成公共电极3a和个别电极3b，再沿热敏打印头主打印方向进行带状涂布，700℃-1000℃的温度下烧结形成4μm～8μm厚的发热电阻体4；

步骤2：在所述发热电阻体4、公共电极3a和部分个别电极3b的表面印刷非晶玻璃釉层，作为绝缘保护层5，并进行700℃-1000℃高温烧结固化；

步骤3：将绝缘基板1置于中性清洗液中进行清洗研磨，然后用纯水进行超声清洗提拉；

步骤4：在两个功能层交界处A至出纸侧绝缘基板边的位置涂布一层糊状浆料，并在100℃～150℃下干燥，沿副扫描方向AB距离为50～200um；

步骤5：将步骤4完成后的绝缘基板1放入磁控溅射腔体中，采用机械泵和分子泵两级接力抽气方式，首先机械泵将腔体真空从10⁵Pa常压(标准大气压)抽至5Pa，转分子泵抽气，直至抽取到本底真空为1×10^-3Pa以下，加热使腔体温度至100～300℃，通入氩气，流量为15sccm～100sccm，调整腔体内的压强至0.3Pa～1.0Pa，设置功率300～500W，利用磁控溅射技术在保护层的表面制备第一功能层6，第一功能层6为由Ti、Cu、Si、O、N元素组成的化合物；

步骤6：采用超纯水对基板1清洗，此时步骤3涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉；

步骤7：在AC区域涂布一层糊状浆料，并在100～150℃下干燥；

步骤8、将步骤7完成后的基板放入另外的磁控溅射腔体中，采用机械泵和分子泵两级接力抽气方式，首先机械泵将腔体真空从10⁵Pa常压抽至5Pa，转分子泵抽气，直至抽取到本底真空为1×10^-3Pa以下，加热使腔体温度至50～200℃，通入氩气，流量为30sccm～100sccm，调整腔体内的压强至0.3Pa～1.0Pa，设置功率100～400W，利用磁控溅射技术制备第二功能层7，第二功能层7为含F、Ti、AL、Si、Ge、Mo类化合物；

步骤9：采用超纯水对基板1进行超声清洗，此时步骤7涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉。

下表为本例与现有常规结构热敏打印头发热基板在耐磨性、粘纸、积碳问题上的对比：

通过上表可以看出，设置第一功能层可以明显的减少粘纸问题，通过第一功能层和第二功能层的组合可以实现减少粘纸的同时，又可以减少积碳对印字的影响。另外，第一功能层具有较高的硬度，改善粘纸的同时又提升的热敏打印头的使用寿命，第二功能层所设位置与胶辊之间接触压力小，保证了1km以上的使用寿命。

实施例2

本例提供了一种高性能热敏打印头用发热基板，设有无段差的防粘抗积碳层，所述防粘抗积碳层包括相接的第一功能层和第二功能层，第一功能层沿进纸侧包覆至发热电阻体最高处后，延伸至出纸侧，并一直延伸至出纸侧的绝缘基板边缘，第二功能层制备于第一功能层外侧，且第二功能层的上端设置在出纸侧距发热电阻体最高点下50-200um处，第二功能层的下端沿副扫描方向延伸至陶瓷基板边缘；所述第一功能层为具有防粘功能的耐磨疏水功能层，第二功能层为具有抗积碳功能的疏油功能层；所述第二功能层的疏油角70°～130°，厚度为0.1μm～4μm；

本例所述第一功能层为由Ti、Cu、Si、O、N等全部或者部分元素组成的单质、化合物组合而成的硬质薄膜，厚度为0.5μm～4μm。第一功能层疏水角度80°～150°，第一功能层使用蒸发、溅射、离子镀等PVD或CVD方式实现；

本例所述第二功能层为纳米二氧化硅，疏油角70°～130°，并具备一定的疏水性，此类化合物具有更好的疏水、疏油性、但耐温不高，所以应避开发热体位置；所述第二功能层的厚度为0.1μm～4μm，由于在绝缘保护层的上表面拼接形成第一功能层和第二功能层时，二者相接处存在段差，易造成打印介质进纸卡顿，为解决该问题，本发明所述防粘抗积碳层中的第二功能层制备于第一功能层外侧，且第二功能层的上端设置在出纸侧距发热电阻体最高点下50-200um处，第二功能层的下端沿副扫描方向延伸至陶瓷基板边缘；为了保证第二功能层的结合力，第一功能层上表面对应第二功能层制备区域的粗糙度应大于0.4μm。

本例所述高性能热敏打印头用发热基板通过以下步骤实现：

步骤1：在绝缘基板上印刷部分的非晶玻璃底釉层，并制作电极、发热电阻体，然后在发热电阻体、公共电极和部分个别电极的表面制作绝缘保护层；

步骤2：将陶瓷基板置于中性清洗液中进行清洗研磨，然后用纯水进行超声清洗提拉；

步骤3：制备第一功能层，第一功能层从进纸侧沿副扫描方向一直延伸至出纸侧的绝缘基板的边缘；

步骤4：在第一功能层上表面上第二功能层所对应的区域进行光刻或者湿刻，刻蚀后基板表面粗糙度大于0.4um；

步骤:5：在第一功能层上表面上第二功能层对应区域涂布一层糊状浆料，并在100℃-150℃下干燥；

步骤6：在第一功能层表面的第二功能层对应区域制备第二功能层；

步骤7：采用超纯水对基板进行超声清洗，此时步骤7涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉。

本发明中第一功能层设置在进纸侧和发热体正上方，打印时热敏媒介受热变成熔融状态，具有一定粘性，第一功能层良好的疏水性降低了熔融状态的热敏媒介与热敏打印头表面的粘结力，胶辊可以顺利的带走热敏媒介，减少卡顿现象；另由于第一功能层具有一定的耐磨性，可以使得打印机在较长的使用寿命内基本无粘纸问题；打印过程中，当热敏媒介被胶辊带动至发热体外侧位置时，由于热敏媒介周围温度降低、所受压力减小，热敏媒介的析出物冷却凝结，部分停留在打印头表面，无法被带走，长期打印会累积较多的积碳，而所述第二功能层良好的疏油性使得打印过程中热敏媒介的析出物难以粘结在打印头表面，减少了打印过程中热敏媒介的析出物在打印头表面的累积量；另外打印过程中第二功能层的上端位于出纸侧距发热电阻体对高点下50-200μm处，保证胶辊与第二功能层的位置接触面积小，对磨损量小，因此可以保证使用寿命；第二功能层设置在绝缘保护层上，具有较好的附着性，但与第一功能层的拼接处存在段差，第二功能层设置在刻蚀后的第一功能层上后，可以减小第二功能层与第二功能层厚度差异导致的段差，并可以进一步减小发热电阻体热量对第二功能层的影响，保证第二功能层顺利实现抗积碳功能。

Claims (5)

1.一种高性能热敏打印头用发热基板的制造方法，所述高性能热敏打印头用发热基板设有绝缘基板，绝缘基板上设有底釉层、公共电极、个别电极、发热电阻体，还设有绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖于发热电阻体、公共电极以及部分个别电极的表面，还设有防粘抗积碳层，所述防粘抗积碳层包括相接的第一功能层和第二功能层，第一功能层与第二功能层相接或搭接，搭接时第二功能层位于第一功能层上侧，所述第一功能层由进纸侧延伸覆盖至发热电阻体的最高点后下延至出纸侧，所述第二功能层的上端设置在出纸侧距发热电阻体最高点下50-200um处，第二功能层的下端沿副扫描方向延伸至陶瓷基板边缘；所述第一功能层为具有防粘功能的耐磨疏水功能层，第二功能层为具有抗积碳功能的疏油功能层；所述第二功能层的疏油角70°~130°，厚度为0.1µm ~4µm，其特征在于，高性能热敏打印头用发热基板的制造方法包括以下步骤：

步骤1：在绝缘基板上印刷非晶玻璃底釉层，并制作电极、发热电阻体，然后在发热电阻体、公共电极和部分个别电极的表面制作绝缘保护层；

步骤2：将陶瓷基板置于中性清洗液中进行清洗研磨，然后用纯水进行超声清洗提拉；

步骤3：将清洗后的陶瓷基板在第二功能层所设定的位置涂布一层糊状浆料，并在100℃-150℃下干燥；

步骤4：制备第一功能层，采用蒸发、溅射、离子镀工艺实现；

步骤5：采用超纯水对基板进行超声清洗，此时步骤3涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉；

步骤6：在第一功能层设定的位置涂布一层糊状浆料，并在100℃-150℃下干燥；

步骤7：在第二功能层设定位置制备第二功能层，采用喷涂工艺或者蒸发、溅射、离子镀工艺实现；

步骤8：采用超纯水对基板进行超声清洗，此时步骤7涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉。

2.根据权利要求1所述的一种高性能热敏打印头用发热基板的制造方法，其特征在于，当所述防粘抗积碳层中的第一功能层与第二功能层搭接时，所述防粘抗积碳层中的第一功能层沿进纸侧包覆至发热电阻体最高处后，延伸至出纸侧，并一直延伸至出纸侧的绝缘基板边缘，第二功能层制备于第一功能层外侧，其中在第一功能层的上表面对应第二功能层设置区域的表面粗糙度大于0.4μm，高性能热敏打印头用发热基板的制造方法包括以下步骤：

步骤1：在绝缘基板上印刷非晶玻璃底釉层，并制作电极、发热电阻体，然后在发热电阻体、公共电极和部分个别电极的表面制作绝缘保护层；

步骤2：将陶瓷基板置于中性清洗液中进行清洗研磨，然后用纯水进行超声清洗提拉；

步骤3：制备第一功能层，第一功能层从进纸侧沿副扫描方向一直延伸至出纸侧的绝缘基板的边缘；

步骤4：在第一功能层上表面上第二功能层所对应的区域进行激光刻蚀、喷砂工艺或者氢氟酸湿刻工艺实现，刻蚀后基板表面粗糙度大于0.4um；

步骤5：在第一功能层上表面上第二功能层对应以外区域涂布一层糊状浆料，并在100℃-150℃下干燥；

步骤6：在第一功能层表面的第二功能层对应区域采用喷涂工艺或者蒸发、溅射、离子镀工艺制备第二功能层；

步骤7：采用超纯水对基板进行超声清洗，此时步骤5涂覆的糊状浆料会被完全剥离掉。

3.根据权利要求1所述的一种高性能热敏打印头用发热基板的制造方法，其特征在于，所述第一功能层为由Ti、Cu、Si、O、N中全部或者部分元素组成的单质、化合物组合而成的硬质薄膜，厚度为0.5µm ~4µm；第一功能层疏水角度80°~150°。

4.根据权利要求1所述的一种高性能热敏打印头用发热基板的制造方法，其特征在于，所述第二功能层为含氟硅类化合物、纳米二氧化硅或氧化锆或其他陶瓷颗粒，疏油角70°~130°，所述第二功能层的厚度为0.1µm ~4µm。

5.根据权利要求1所述的一种高性能热敏打印头用发热基板的制造方法，其特征在于，所述绝缘保护层为SiAlON、SiON或SiO2制成，所述绝缘保护层的厚度为4µm ~16µm。

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