CN114434975A - 热敏打印头及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热敏打印头及其制作方法。该热敏打印头包括保护层，所述保护层包括复合层，所述复合层包括至少一层第一类薄膜层和至少一层第二类薄膜层；其中，所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层交替堆叠设置，且所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层由不同的材料制作而成。其中，该保护层具有优异的抗裂纹性能和抑制裂纹的扩展的性能，从而降低了该热敏打印头因保护层产生裂纹而失效的风险，延长了该热敏打印头的使用寿命。本发明还提供一种如上所述的热敏打印头的制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及打印器材领域，具体涉及用于热敏、热转移打印方式的热敏打印头，更具体而言，涉及热敏打印头及其制作方法。
背景技术
参见图1，图1是现有的热敏打印头100的横截面示意图，图中省略了散热体和PCB板等部件，绝缘陶瓷基板1上制备玻璃釉层作为蓄热层2，蓄热层2的上部依次覆盖电阻层3、电极层4、保护层5。保护层5包括底层致密层6和顶层耐磨层7。底层致密层6覆盖在电极层和电阻层表面保证电极线路绝缘性能，同时用于保护其底部的电极层4及电阻层3不被氧化或腐蚀，主要选用SiON、SiAlON、Si3N4、Al2O3等致密介质材质制作而成；顶层耐磨层7与热敏纸8接触，同时热敏纸8通过胶辊9旋转带动，使得耐磨层7与热敏纸发生相对移动，为保证耐磨层7的耐磨性能，耐磨层7主要选用SiC、DLC等高硬度材料材质制作而成。
热敏打印头的工作原理是通过给电阻发热体通电以产生热量，发热体产生的热量通过保护层5传递到热敏纸8或者碳带等打印介质，使热敏纸8或者碳带在高温下发生显色或油墨转移从而实现打印工作。在热敏打印头的工作过程中，保护层5产生裂纹而导致的失效是热敏打印头失效的主要原因之一。具体来说，电阻层4的发热体中心开始发热，沿半径方向形成等温分布的温度梯度，这种温度梯度差会使覆盖在电阻层4表面的底部致密层6产生热应力；为保证打印头1与热敏纸8的充分接触，需要在打印头1与胶辊9之间施加一定压力P，其传导至底层致密层6就会产生相应的压应力。在热应力和压应力长期作用下，底层致密层6内部会形成微裂纹，并随着裂纹扩展使得其对于电极层3和电阻层4的耐腐蚀性保护逐渐失效。
为抑制热敏打印头中保护层5在热应力和压应力长期作用下产生裂纹而导致热敏打印头失效，在美国专利US005557313、US6471832B1、US7106356B1中提出了，通过RF溅射技术制备的耐磨层具有优异的台阶覆盖能力，能防止水汽进入导致产生裂纹，同时在低偏压值或取消偏压工艺制备的保护层能降低因内应力导致的裂纹产生和扩展。在美国专利US005590969A中提到了，通过在含有Si、O、N基本元素的保护层中，添加碱土金属元素Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Ra中的至少一种，来优化保护层的内应力，从而降低裂纹产生。在美国专利US4905020中提出了，通过将Al2O3和SiO2材料按一定比例混合而制备出的保护层具有耐热冲击，抗裂纹及耐水汽腐蚀的性能。
以上专利技术主要通过优化保护层制备工艺、或是保护层材料混合及掺杂来降低保护层内应力来提高保护层抵抗裂纹产生能力，然而这也使得这类热敏打印头的制备难度大、成本高，难以广泛应用于实际产品。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的现有的热敏打印头的保护层在热应力和压应力的长期作用下容易产生裂纹而导致热敏打印头失效的问题，提供一种热敏打印头，该热敏打印头所包含的保护层具有更优异的抗裂纹性能和抑制裂纹的扩展的性能，从而降低了该热敏打印头因保护层产生裂纹而失效的风险，延长了该热敏打印头的使用寿命。本发明还提供一种如上所述的热敏打印头的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：提供一种热敏打印头，其包括保护层，所述保护层包括复合层，所述复合层包括至少一层第一类薄膜层和至少一层第二类薄膜层；其中，所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层交替堆叠设置，且所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层由不同的材料制作而成。
在本发明提供的热敏打印头中，所述第一类薄膜层由氮氧化硅制作而成；所述第二类薄膜层由氧化硅或者氮化硅制作而成。
在本发明提供的热敏打印头中，所述第一类薄膜层由氮氧化铝制作而成；所述第二类薄膜层由氧化铝或者氮化铝制作而成。
在本发明提供的热敏打印头中，所述复合层包括至少两层所述第一类薄膜层，所述复合层的最下层和最上层均为所述第一类薄膜层。
在本发明提供的热敏打印头中，所述复合层中，每一层所述第一类薄膜层的厚度均相同，每一层所述第二类薄膜层的厚度均相同，所述复合层的厚度等于全部所述第一类薄膜层和全部所述第二类薄膜层的厚度的总和。
在本发明提供的热敏打印头中，所述复合层中，所述第一类薄膜层的厚度由下至上逐层递减，每一所述第二类薄膜层的厚度均相同，所述复合层的厚度等于全部所述第一类薄膜层和全部所述第二类薄膜层的厚度的总和。
在本发明提供的热敏打印头中，所述第一类薄膜层的厚度大于所述第二类薄膜层的厚度。
在本发明提供的热敏打印头中，所述第一类薄膜层的厚度在100nm-800nm之间，所述第二类薄膜层的厚度在20nm-200nm之间。
在本发明提供的热敏打印头中，所述复合层还包括第三类厚膜层，所述第三类厚膜层的材质不同于所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层；在所述复合层中，所述第三类厚膜层位于最下层，所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层在所述第三类厚膜层上交替堆叠设置。
在本发明提供的热敏打印头中，所述第一类薄膜层的厚度在100nm-800nm之间，所述第二类薄膜层的厚度在20nm-200nm之间，所述第三类厚膜层厚度在800nm-2000nm之间。
在本发明提供的热敏打印头中，所述第三类厚膜层由氮氧化铝、氮氧化硅和氮氧化钽中的一种制作而成。
相应的，本发明还提供了一种如上所述的热敏打印头的制作方法，所述制作方法包括：
步骤1、在绝缘基板的上表面形成蓄热层；
步骤2、在蓄热层的上表面形成电阻层和电极层；
步骤3、在电阻层上形成电阻发热体，所述发热体包括发热部及电极导通部；
步骤4、在所述发热部及所述电极导通部的表面依次制备一层如权利要求4中所述的保护层和耐磨层。
在本发明提供的制作方法中，在所述步骤4中，通过磁控溅射Si材料加反应气体的方式在电阻发热部及电极导通部表面制备所述保护层；通过控制通入的反应气体在N2和O2混合气体与单独通O2或者N2之间切换来实现在发热部及电极导通部的表面形成交替堆叠的所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层；通过分别控制反应气体的通入时间来控制各层所述第一类薄膜层和各层所述第二类薄膜层的厚度。
在本发明提供的制作方法中，在所述步骤4中，通过磁控溅射氮氧化硅材料和氮化硅或者氧化硅材之间的切换来实现在发热部及电极导通部的表面形成交替堆叠的所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层；通过依次控制两类溅射靶材的溅射时间来控制各层所述第一类薄膜层和各层所述第二类薄膜层的厚度。
在本发明提供的制作方法中，在所述步骤4中，通过化学气相沉积方法制备在电阻发热部及电极导通部表面制备所述保护层；在通入前驱体SiH4气体情况下，控制通入的反应气体在N2O和N2混合气体与单独通入N2O或者N2之间切换来实现在发热部及电极导通部的表面形成交替堆叠的所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层；通过分别控制反应气体的通入时间来控制各层所述第一类薄膜层和各层所述第二类薄膜层的厚度。
在本发明提供的制作方法中，在所述步骤4中，通过纯Al靶材反应溅射的方式制备在电阻发热部及电极导通部表面制备所述保护层；通过控制通入的反应气体在N2和O2混合气体与单独通O2或者N2之间的切换来实现在发热部及电极导通部的表面形成交替堆叠的所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层；通过分别控制反应气体的通入时间来控制各层所述第一类薄膜层和各层所述第二类薄膜层的厚度。
相应的，在本发明还提供了另一种如上所述热敏打印头的制作方法，包括如下步骤：
步骤1、在绝缘基板的上表面形成蓄热层；
步骤2、在蓄热层的上表面形成电阻层和电极层；
步骤3、在电阻层上形成电阻发热体，所述发热体包括发热部及电极导通部；
步骤4、在所述发热部及所述电极导通部的表面依次制备一层如权利要求9中所述的保护层和耐磨层；
所述步骤4包括通过如下方式中的任一种方式在所述发热部及所述电极导通部的表面形成所述第三类厚膜层的过程：
a)通过Ar气磁控溅射纯Al或Ta，同时通入的N2和O2混合的反应气体制备所述第三类厚膜层；
b)通过化学气相沉积方法，在通入前驱体SiH4气体情况下，同时通入N2O和N2混合气体制备所述第三类厚膜层。
与现有技术相比，实施本发明提供的热敏打印头，具有如下有益效果：
1)本发明提供的所述热敏打印头中，所述复合层包括至少一层第一类薄膜层和至少一层第二类薄膜层；其中，所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层交替堆叠设置。如此，通将所述复合层设计为所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层交替堆叠而成来提高所述保护层在热应力及压应力作用下的抗裂纹性能，以此来抑制所述保护层裂纹的产生和扩展；
2)本发明提供的所述热敏打印头中，所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层分别由两种不同特性材料制成，可以降低所述复合层的整体内应力，可以降低裂纹的产生；
3)本发明提供的所述热敏打印头中，所述第一类薄膜层和所述第二类薄膜层之间的弱界面可以消耗大量导致裂纹扩展的能量，从而起到阻挡裂纹扩展效果。
总而言之，与现有技术相比，本发明的热敏打印头中的复合层既可以降低保护层整体内应力降低裂纹的产生，形成高效密集的界面也可以阻挡裂纹扩展；通过实施本发明的热敏打印头，可以在保证电极层及电阻层保护性能的情况下，降低所述保护层的厚度，提高热敏打印头的热传导效率。
附图说明
图1示出了一种现有热敏打印头横截面的示意图；
图2示出了本发明实施例一的热敏打印头的结构示意图；
图3示出了图2中区域A处的局部放大图；
图4示出了实施例一中保护层元素成分随厚度变化图；
图5示出了本发明实施例二的热敏打印头的结构示意图；
图6示出了图5中区域B处的局部放大图；
图7示出了实施例二中保护层元素含量随厚度变化图；
图8示出了本发明实施例三的热敏打印头的结构示意图；
图9示出了图8中区域C处的局部放大图；
图10示出了实施例三中保护层元素含量随厚度变化图；
具体实施例中的附图标号说明：
| 绝缘基板 | 1 | 蓄热层 | 2 |
| 电阻层 | 3 | 电极层 | 4 |
| 保护层 | 5 | 复合层 | 6 |
| 耐磨层 | 7 | 第一类薄膜层 | 61 |
| 第二类薄膜层 | 62 | 第三类厚膜层 | 63 |
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图2示出了本发明实施例一提供的热敏打印头200的结构示意图；图3示出了图2所示热敏打印头中保护层区域A的局部放大图。
本实施例中，热敏打印头200包括绝缘基板1、蓄热层2、电阻层3、电极层4、保护层5，其中保护层5包括底层复合层6和顶层耐磨层7。热敏打印头200组装在热转印设备(图中未示出)中，用于打印热敏照片和图像等。
本实施例中，绝缘基板1由氧化铝陶瓷制成，厚度为0.5-1mm。热敏打印头200还包括在绝缘基板1顶面上形成的蓄热层2。该蓄热层2可采用丝网印刷非晶玻璃膏并经烧结而成的玻璃釉，厚度为20-50um；在蓄热层2表面覆盖电阻层3，电阻层材料为TaAlN、TaSiN、TaSiO2等耐高温电阻材料，同时具有低的电阻温度系数；根据电阻层3所需面阻值情况，控制电阻层3厚度在0.05-0.5μm，优选的电阻层3厚度为0.1-0.2μm。电阻层3沿主打印线方向设有若干间隔分布的电阻发热体，电阻发热体包括：附着于蓄热层2上且用于焦耳发热的发热部，以及设于发热部两端且表面附着电极层的电极导通部；电极层4材料为Al、Cu等常用电极材料，厚度为0.4-1.0μm，电极层4沿打印头主扫描方向设有若干相互间隔分布的公共电极和个别电极，个别电极和驱动IC连接，可由控制系统选择性的连通个别电极，通过电极回路控制电阻发热体，多个电阻发热体的发热部沿主扫描方向x形成一条直线，在宏观上形成了热敏打印头200的打印线。
本实施例中，复合层6由n+1层第一类薄膜层61和n层第二类薄膜层62相互交替叠加而成，n为大于的等于1的自然数。在这里，第一类薄膜层由SiON形成，第二类薄膜层62由SiO2形成。如图3所示，其中，每一层第一类薄膜层61的厚度基本相等，为简洁起见，将每一层第一类薄膜层61的厚度计为t1，t1的取值范围为100nm-800nm，第二类薄膜层62的厚度基本相等，为简洁起见，将每一层第二类薄膜层62的厚度计为t2，t2的取值范围为20nm-200nm；在复合层6的最下方和最上方都为第一类薄膜层。复合层6的整体厚度T由如下的公式限定：
T＝(n+1)t1+nt2
公式中，T为所述复合层6的总厚度，n为第二类薄膜层的数目，t1为每一第一类薄膜层的厚度，t2为每一第二类薄膜层的厚度。
优选的，上述第一类薄膜层61的厚度t1为150nm，上述第二类薄膜层62的厚度t2为50nm，第二类薄膜层的数目n为18，复合层6的总厚度为3.75um。
耐磨层7覆盖在复合层6上部，耐磨层7材料为SiC，WC，DLC，TiAlN等高硬度耐磨材料，厚度为1-4um，以抵抗在打印过程中与打印介质之间发生磨损，提高热敏打印头200的使用寿命。优选的，耐磨层材料为SiC，厚度为2um。
本实施案例还提供了一种制造热敏打印头200的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1、在由氧化铝制成的绝缘基板1顶面上通过玻璃釉丝网印刷和烧结技术，形成玻璃釉蓄热层2；
步骤2、在上述玻璃釉蓄热层2正面用磁控溅射技术，用Ar离子轰击TaAl合金靶面，并加入N2作为反应气体制备出由TaAlN形成的电阻层3，之后在电阻层3表面通过磁控溅射Al靶制备一层电极层4。
步骤3、在形成TaAlN电阻层3和Al电极层4之后，利用半导体光刻技术形成电阻发热体，电阻发热体包括发热部及覆盖Al电极层的电极导通部。
步骤4、在上述电阻发热部及电极导通部表面利用物理气相沉积技术(PVD)或者化学气相沉积技术(CVD)制备第一类薄膜层和第二类薄膜层，通过切换反应气体和控制沉积时间，来形成第一类薄膜层和第二类薄膜层依次交替叠加的纳米级复合膜结构。优选的，所述复合层6通过化学气相沉积方法制备，在腔体中通入原料SiH4气体情况下，再分别通入N2O和N2混合气体，与单独通入N2O之间来回切换，实现形成氮氧化硅层与氧化硅层依次叠加层，即得到相互交替叠加的第一类薄膜层和第二类薄膜层。
步骤5、在上述复合层6上部，利用磁控溅射或者电弧离子镀方式制备一层耐磨层5，耐磨层5材料为SiC高硬度耐磨材料。
本实施例的热敏打印头200具有以下技术效果：
1、第一类薄膜层由SiON形成，第二类薄膜层62由SiO2形成，因此，第一类薄膜层61的硬度和弹性模量均比第二类薄膜层62都要高。从而，第二类薄膜层62的加入，和第一薄膜层61在纳米尺寸形成交替叠加复合层6，可以降低整体复合层6的弹性模量和整体内应力，进而减少在热应力及压应力作用下复合层6中微裂纹的产生；
2、由于第二类薄膜层厚度t2比第一类薄膜层厚度t1要小，因此对于复合层6整体硬度影响不大；
3、图4表示了在上述复合层6中，N和O元素含量的周期性变化情况，在N元素从无到有变化的过渡区域会形成一层弱界面层，本实施案例中，复合层6总共可以形成19层弱界面层，每一界面层在裂纹扩展过程，都能阻挡微裂纹扩展并且消耗导致裂纹扩展的能量，从而大大降低宏观裂纹的形成，能提高保护层5的耐腐蚀性能，从而提高热敏打印头200整体的耐久性和可靠性。
实施例二
图5示出了本发明实施例二的热敏打印头300结构示意图；图3示出了图2所示热敏打印头中保护层区域B的局部放大图。具体地，该热敏打印头300包括绝缘基板1、蓄热层2、电阻层3、电极层4、保护层5，其中保护层5包括底层复合层6和顶层耐磨层7。热敏打印头300组装在热转印设备(图中未示出)中，用于打印热敏照片和图像等。
在本实施例中，绝缘基板1由氧化铝陶瓷制成，厚度为0.5-1mm。热敏打印头200还包括在绝缘基板1顶面上形成的蓄热层2。该蓄热层2可采用丝网印刷非晶玻璃膏并经烧结而成的玻璃釉，厚度为20-50um；在蓄热层2表面覆盖电阻层3，电阻层材料为TaAlN，TaSiN，TaSiO2等耐高温电阻材料，同时具有低的电阻温度系数；根据电阻层2所需面阻值情况，控制电阻体层2厚度在0.05-0.5μm，优选的电阻体层2厚度为0.1-0.2μm
电阻层3沿主打印线方向设有若干间隔分布的电阻发热体31，电阻发热体31包括：附着于蓄热层2上且用于焦耳发热的发热部311，以及设于发热部两端且表面附着电极层4的导通部32；电极层4材料为Al、Cu等常用电极材料，厚度为0.4-1.0μm，电极层4沿打印头主扫描方向设有若干相互间隔分布的公共电极41和个别电极42，个别电极和驱动IC连接，可由控制系统选择性的连通个别电极，通过电极回路控制电阻发热体，多个电阻发热体的发热部沿主扫描方向x形成一条直线，在宏观上形成了热敏打印头300的打印线。
在本实施例中，复合层6由n+1层第一类薄膜层61和n层第二类薄膜层62相互交替叠加而成，n为大于的等于1的自然数。在这里，第一类薄膜层由AlON形成，第二类薄膜层62由Al2O3形成。如图6所示，其中第一类薄膜层的厚度t1逐层递减，t1范围为100-800nm，各个第二类薄膜层具有基本上相等的厚度t2，t2范围为20-200nm；在复合层6的最下方和最上方都制备第一类薄膜层61。所述复合层6的总厚度T基本上等于所述第一类薄膜层61和所述第二类薄膜层62各层厚度的总和。
优选的，第一层第一类薄膜层61的厚度t(1-1)为350nm，第二层第一类薄膜层61的厚度t(1-2)为330nm，每增加一层第一类薄膜层61厚度依次减少20nm，第一类薄膜层的总层数为15层，最上方薄膜层的厚度t(1-15)为70nm，上述第二类薄膜层Al2O3的厚度t2为50nm，第二类薄膜层Al2O3的叠加数目为14，复合层6的总厚度为3.85um。
上述耐磨层7覆盖在复合层6上部，耐磨层7材料为SiC，WC，DLC，TiAlN等高硬度耐磨材料，厚度为1-4um，以抵抗在打印过程中与打印介质之间发生磨损，提高热敏打印头300的使用寿命。优选的耐磨层材料为SiC，厚度为2um；
本实施案例还提供了一种制造热敏打印头300的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1、在氧化铝绝缘基板1顶面上通过玻璃釉丝网印刷和烧结技术，形成玻璃釉蓄热层2；
步骤2、在上述玻璃釉蓄热层2正面用磁控溅射技术，用Ar离子轰击Ta-SiO2金属陶瓷混合靶面，制备得到由TaSiO2形成的电阻层3，之后在电阻层3表面通过磁控溅射Al靶制备一层电极层4。
步骤3、在形成TaSiO2电阻层3和Al电极层4之后，利用半导体光刻技术形成电阻发热体，电阻发热体包括发热部及覆盖Al电极层的电极导通部。
步骤4、在上述电阻发热部及电极导通部表面利用物理气相沉积技术(PVD)制备第一类薄膜层和第二类薄膜层，在用Ar气溅射Al靶的同时，通入N2和O2混合气体反应生成AlON，单独通入O2反应气体生产Al2O3，通过N2和O2混合气体与单独O2气体的切换和控制时长，来形成第一类薄膜层61和第二类薄膜层62依次交替叠加的纳米复合层6。
步骤5、在上述复合层6上部，利用磁控溅射或者电弧离子镀方式制备一层耐磨层5，耐磨层5材料为SiC高硬度耐磨材料。
本实施例的热敏打印头300具有以下技术效果：
1、第一类薄膜层由AlON形成，第二类薄膜层62由Al2O3形成，因此，第一类薄膜层61的硬度和弹性模量均比第二类薄膜层62都要高。从而，第二类薄膜层61的加入，和第一薄膜层在纳米尺寸形成交替叠加复合层6，可以降低整体复合层6的弹性模量和整体内应力，进而减少在热应力及压应力作用下复合层6中微裂纹的产生；
2、第一类薄膜层的厚度随着叠加层层数增加，其厚度逐渐降低，有利于降低整个复合层6的整体厚度；
3、图7示出了上述复合层6中，N和O元素含量的周期性变化情况，在N元素从无到有变化的过渡区域会形成一层弱界面层，本实施案例中，复合层6总共可以形成15层弱界面层，每一界面层在裂纹扩展过程，都能阻挡微裂纹扩展并且消耗导致裂纹扩展的能量，从而大大降低宏观裂纹的形成，能提高保护层的耐腐蚀性能，从而提高热敏打印头整体的耐久性和可靠性。
实施例三
图8示出了本发明实施例三提供的热敏打印头结构示意图；图9示出了图8所示热敏打印头中保护层区域C的局部放大图。
本实施例中，该热敏打印头400包括绝缘基板1、蓄热层2、电阻层3、电极层4、保护层5，其中保护层5包括底层致密层6和顶层耐磨层7。热敏打印头400组装在热转印设备(图中未示出)中，用于打印热敏照片和图像等。
本实施例中，绝缘基板1由氧化铝陶瓷制成，厚度为0.5-1mm。热敏打印头400还包括在绝缘基板1顶面上形成的蓄热层2。该蓄热层2可采用丝网印刷非晶玻璃膏并经烧结而成的玻璃釉，厚度为20-50um；在蓄热层2表面覆盖电阻层3，电阻层材料为TaAlN，TaSiN，TaSiO2等耐高温电阻材料，同时具有低的电阻温度系数；根据电阻层2所需面阻值情况，控制电阻体层2厚度在0.05-0.5μm，优选的电阻体层2厚度为0.1-0.2μm。电阻层3沿主打印线方向设有若干间隔分布的电阻发热体，电阻发热体包括：附着于蓄热层2上且用于焦耳发热的发热部，以及设于发热部两端且表面附着电极层4的电极导通部；电极层4材料为Al、Cu等常用电极材料，厚度为0.4-1.0μm，电极层4沿打印头主扫描方向设有若干相互间隔分布的公共电极和个别电极，个别电极和驱动IC连接，可由控制系统选择性的连通个别电极，通过电极回路控制电阻发热体，多个电阻发热体的发热部沿主扫描方向x形成一条直线，在宏观上形成了热敏打印头400的打印线。
在本实施例中，复合层6包括第一类薄膜层61、第二类薄膜层62和第三类厚膜层63。在复合层6中，第三类厚膜层63位于最下侧，第一类薄膜层61和第二类薄膜层62在上述第三类厚膜层63上相互替叠，如图8所示。其中，第一类薄膜层61由SiON形成，各层第一类薄膜层具有基本相等的厚度t1，t1的范围为100-800nm；第二类薄膜层62由SiO2形成，各层第二类薄膜层具有基本相等的厚度t2，t2厚度范围为20-200nm；第三类厚膜层63由AlON形成，其厚度t3的范围为800-2000nm。复合层6的厚度T由如下的公式限定：
T＝(n+1)t1+nt2+t3
公式中，T为所述复合层6的总厚度，n为第二类薄膜层的数目，t1为每一第一类薄膜层61的厚度，t2为每一第二类薄膜层62的厚度，t3为第三类厚膜层63的厚度。
优选的，上述第一类薄膜层的厚度t1为120nm，上述第二类薄膜层的厚度t2为30nm，第二类薄膜层的叠加数目n为18，第三类厚膜层的厚度t3为1um，致密保护层6的总厚度为3.7um；
上述耐磨层7覆盖在复合层6上部，耐磨层7材料为SiC，WC，DLC，TiAlN等高硬度耐磨材料，厚度为1-4um，以抵抗在打印过程中与打印介质之间发生磨损，提高热敏打印头400的使用寿命。优选的，耐磨层材料为SiC，厚度为2um；
本实施案例还提供了一种制造热敏打印头400的方法，该方法包括如下步骤：：
步骤1、在氧化铝绝缘基板1顶面上通过玻璃釉丝网印刷和烧结技术，形成玻璃釉蓄热层2；
步骤2、在上述玻璃釉蓄热层2正面用磁控溅射技术，用Ar离子轰击TaAl合金靶面，并加入N2作为反应气体制备由TaAlN形成的电阻层3，之后在电阻层3表面通过磁控溅射Al靶制备一层电极层4。
步骤3、在形成TaAlN电阻层3和Al电极层4之后，利用半导体光刻技术形成电阻发热体，电阻发热体包括发热部及覆盖Al电极层的电极导通部。
步骤4、在上述电阻发热部及电极导通部表面利用物理气相沉积技术(PVD)制备第三类厚膜层AlON，之后用利用物理气相沉积技术(PVD)或者化学气相沉积技术(CVD)制备第一类薄膜层和第二类薄膜层的，通过切换反应气体和控制沉积时间，来形成第一类薄膜层和第二类薄膜层依次交替叠加的纳米级复合膜结构。优选的，所述复合层6首先通过磁控溅射纯铝靶，加反应气体N2和O2混合气体制备由AlON形成的第三类厚膜层63；之后在第三类厚膜层表面，通过纯磁控溅射Si加反应气体的方式制备，通过通入的反应气体在N2和O2混合气体与单独通O2之间来回切换，实现在第三类厚膜层上制备由SiON形成的第一类薄膜层和由SiO2形成的第二类薄膜层依次交替叠加的纳米级复合膜结构。
步骤5、在上述复合层6上部，利用磁控溅射或者电弧离子镀方式制备一层耐磨层5，耐磨层5材料为SiC高硬度耐磨材料。
本实施例的热敏打印头400具有以下技术效果：
1、由于铝金属溅射时离化率比硅靶离化率高，在与N2和O2混气气体反应形成的第三厚膜层63具有更好的包裹性，能对Al电极台阶具有更强的包裹性能；
2、形成于在第三类厚膜层63表面的由上述第二类薄膜层和第一类薄膜层交替叠加形成的复合结构可以降低整体复合层6的弹性模量和整体内应力，可以减少在热应力及压应力作用下复合层6中微裂纹的产生；
3、由于第二类薄膜层62厚度t2比第一类薄膜层61厚度t1要小，因此对于复合层6整体硬度影响不大；
4、图7表示了在上述复合层6中，N和O元素含量的周期性变化情况，在N元素从无到有变化的过渡区域会形成一层弱界面层，本实施案例中，复合层总共可以形成36层弱界面层，每一界面层在裂纹扩展过程，都能阻挡微裂纹扩展并且消耗导致裂纹扩展的能量，从而大大降低宏观裂纹的形成，能提高保护层的耐腐蚀性能，从而提高热敏打印头整体的耐久性和可靠性。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种热敏打印头，其特征在于，包括保护层(5)，所述保护层(5)包括复合层(6)，所述复合层(6)包括至少一层第一类薄膜层(61)和至少一层第二类薄膜层(62)；其中，所述第一类薄膜层(61)和所述第二类薄膜层(62)交替堆叠设置，且所述第一类薄膜层(61)和所述第二类薄膜层(62)由不同的材料制作而成。
2.根据权利要求1所述的热敏打印头，其特征在于，所述第一类薄膜层(61)由氮氧化硅制作而成；所述第二类薄膜层(62)由氧化硅或者氮化硅制作而成。
3.根据权利要求1所述的热敏打印头，其特征在于，所述第一类薄膜层(61)由氮氧化铝制作而成；所述第二类薄膜层(62)由氧化铝或者氮化铝制作而成。
4.根据权利要求1-3任一所述的热敏打印头，其特征在于，所述复合层(6)包括至少两层所述第一类薄膜层(61)，所述复合层(6)的最下层和最上层均为所述第一类薄膜层(61)。
5.根据权利要求4所述的热敏打印头，其特征在于，所述复合层(6)中，每一层所述第一类薄膜层(61)的厚度均相同，每一层所述第二类薄膜层(62)的厚度均相同，所述复合层(6)的厚度等于全部所述第一类薄膜层(61)和全部所述第二类薄膜层(62)的厚度的总和。
6.根据权利要求4所述的热敏打印头，其特征在于，所述复合层(6)中，所述第一类薄膜层(61)的厚度由下至上逐层递减，每一所述第二类薄膜层(62)的厚度均相同，所述复合层(6)的厚度等于全部所述第一类薄膜层(61)和全部所述第二类薄膜层(62)的厚度的总和。
7.根据权利要求4所述的热敏打印头，其特征在于，所述第一类薄膜层(61)的厚度大于所述第二类薄膜层(62)的厚度。
8.根据权利要求7所述的热敏打印头，其特征在于，所述第一类薄膜层(61)的厚度在100nm-800nm之间，所述第二类薄膜层(62)的厚度在20nm-200nm之间。
9.根据权利要求1-3任一所述的热敏打印头，其特征在于，所述复合层(6)还包括第三类厚膜层(63)，所述第三类厚膜层(63)的材质不同于所述第一类薄膜层(61)和所述第二类薄膜层(62)；在所述复合层(6)中，所述第三类厚膜层(63)位于最下层，所述第一类薄膜层(61)和所述第二类薄膜层(62)在所述第三类厚膜层(63)上交替堆叠设置。
10.根据权利要求9所述的热敏打印头，其特征在于，所述第一类薄膜层(61)的厚度在100nm-800nm之间，所述第二类薄膜层(62)的厚度在20nm-200nm之间，所述第三类厚膜层(63)厚度在800nm-2000nm之间。
11.根据权利要求9所述的热敏打印头，其特征在于，所述第三类厚膜层(63)由氮氧化铝、氮氧化硅和氮氧化钽中的一种制作而成。
12.一种如权利要求4所述的热敏打印头的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
步骤1、在绝缘基板(1)的上表面形成蓄热层(2)；
步骤2、在蓄热层(2)的上表面形成电阻层(3)和电极层(4)；
步骤3、在电阻层(3)上形成电阻发热体，所述发热体包括发热部及电极导通部；
步骤4、在所述发热部及所述电极导通部的表面依次制备一层如权利要求4中所述的保护层(5)和耐磨层(7)。
13.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤4中，通过磁控溅射Si材料加反应气体的方式在电阻发热部及电极导通部表面制备所述保护层(5)；通过控制通入的反应气体在N2和O2混合气体与单独通O2或者N2之间切换来实现在发热部及电极导通部的表面形成交替堆叠的所述第一类薄膜层(61)和所述第二类薄膜层(62)；通过分别控制反应气体的通入时间来控制各层所述第一类薄膜层(61)和各层所述第二类薄膜层(62)的厚度。
14.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤4中，通过磁控溅射氮氧化硅材料和氮化硅或者氧化硅材之间的切换来实现在发热部及电极导通部的表面形成交替堆叠的所述第一类薄膜层(61)和所述第二类薄膜层(62)；通过依次控制两类溅射靶材的溅射时间来控制各层所述第一类薄膜层(61)和各层所述第二类薄膜层(62)的厚度。
15.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤4中，通过化学气相沉积方法制备在电阻发热部及电极导通部表面制备所述保护层(5)；在通入前驱体SiH4气体情况下，控制通入的反应气体在N2O和N2混合气体与单独通入N2O或者N2之间切换来实现在发热部及电极导通部的表面形成交替堆叠的所述第一类薄膜层(61)和所述第二类薄膜层(62)；通过分别控制反应气体的通入时间来控制各层所述第一类薄膜层(61)和各层所述第二类薄膜层(62)的厚度。
16.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤4中，通过纯Al靶材反应溅射的方式制备在电阻发热部及电极导通部表面制备所述保护层(5)；通过控制通入的反应气体在N2和O2混合气体与单独通O2或者N2之间的切换来实现在发热部及电极导通部的表面形成交替堆叠的所述第一类薄膜层(61)和所述第二类薄膜层(62)；通过分别控制反应气体的通入时间来控制各层所述第一类薄膜层(61)和各层所述第二类薄膜层(62)的厚度。
17.一种如权利要求9所述的热敏打印头的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在绝缘基板(1)的上表面形成蓄热层(2)；
步骤2、在蓄热层(2)的上表面形成电阻层(3)和电极层(4)；
步骤3、在电阻层(3)上形成电阻发热体，所述发热体包括发热部及电极导通部；
步骤4、在所述发热部及所述电极导通部的表面依次制备一层如权利要求9中所述的保护层(5)和耐磨层(7)；
所述步骤4包括通过如下方式中的任一种方式在所述发热部及所述电极导通部的表面形成所述第三类厚膜层(63)的过程：
a)通过Ar气磁控溅射纯Al或Ta，同时通入的N2和O2混合的反应气体制备所述第三类厚膜层(63)；
b)通过化学气相沉积方法，在通入前驱体SiH4气体情况下，同时通入N2O和N2混合气体制备所述第三类厚膜层(63)。
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