DE4016935A1

DE4016935A1 - Thermodruckerkopf

Info

Publication number: DE4016935A1
Application number: DE19904016935
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl Krokoszinski; Conrad Prof Dipl Phys Schmidt
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1991-11-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Thermodruckerkopf mit einer Vielzahl auf einem Substrat angeordneter, elektrisch kontaktierter Dickschichtwiderstände.

Thermodruckerköpfe, die in Dickschichttechnik herge stellt werden, bestehen aus einer Reihe von relativ kleinen, gedruckten Widerständen, die an der Kante eines keramischen Substrats angeordnet sind. Jeder Widerstand wird von einer feinen Leiterbahn auf der Oberseite und einer gemeinsamen Elektrode auf der Rückseite des Sub strats kontaktiert. Durch einen kurzen Strompuls heizt sich der Widerstand kurzfristig auf und erzeugt auf wär meempfindlichem Papier, daß gegen den Druckerkopf ge drückt wird, einen dunklen Punkt. Während der Lebensdau er des Kopfes streichen mehrere Kilometer von Papier über die Oberfläche des Widerstandsstreifens und schlei fen daher Material ab. Hierdurch verändern sich der Wi derstandswert und damit auch die lokalen Temperaturen, so daß der Thermodruckerkopf nicht mehr zu gebrauchen und infolgedessen auszutauschen ist.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrun de, einen Thermodruckerkopf der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Dickschichtwiderstände mit Hilfe einer weitgehend verschleißfesten Beschichtung geschützt sind, wobei diese Beschichtung elektrisch isolierend und gut wärmeleitend sein soll.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dickschichtwiderstände mit einer Schicht aus amorphem, diamantähnlichem Kohlenstoff bedeckt sind.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins besondere darin, daß die Beschichtung aus amorphem, dia mantähnlichem Kohlenstoff auf vielen üblichen Dick schicht-Widerstandspasten gut haftet sowie sehr abrieb fest, gut wärmeleitend und elektrisch isolierend ist. Die Schichtdicke beträgt vorzugsweise 1 bis 4 µm und ist somit relativ gering. Hierdurch ist die zusätzliche thermische Masse auf jedem Dickschichtwiderstand relativ klein, so daß die erzielbare Aufheizgeschwindigkeit ge nügend groß ist, um die bei bei Thermodruckern spezifi zierten Schreibgeschwindigkeiten zu halten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 die einzelnen wesentlichen Verfahrens schritte bei der Herstellung des Thermo druckerkopfes,

Fig. 4 einen Thermodruckerkopf im Schnitt,

Fig. 5, 6 Abriebkurven der unbeschichteten und der beschichteten Dickschichtwiderstände.

In Fig. 1 ist der erste Verfahrensschritt bei der Her stellung des Thermodruckerkopfes dargestellt. Es ist die Oberseite eines Substrates 1 zu erkennen, das mit Lei terbahnen 2, 3 beschichtet ist. Als Substrat wird vor zugsweise ein Keramiksubstrat, insbesondere Al₂O₃ (Alu miniumoxid), eingesetzt. Als Leiterbahnmaterial dient vorzugsweise Gold. Die großflächige, als gemeinsame Elektrode für die einzelnen Dickschichtwiderstände die nende Leiterbahn 3 ist um die Kante 7 des Substrats 1 herumgeführt und bedeckt zumindest teilweise zusätzlich die Rückseite des Substrats 1 (siehe Leiterbahn 6 gemäß Fig. 4). Die relativ schmalen Leiterbahnen 2 sind in Form einzelner, parallel nebeneinanderliegender Streifen ausgebildet. Die freie Substratfläche zwischen der groß flächigen Leiterbahn 3 und den Enden der schmalen Lei terbahnen 2 wird anschließend mit Widerstandspaste be schichtet.

In Fig. 2 ist der zweite Verfahrensschritt bei der Her stellung des Thermodruckerkopfes dargestellt. Es sind einzelne, streifenförmige, parallel nebeneinanderliegen de Dickschichtwiderstände 4 zu erkennen, deren Enden je weils den Endbereich der großflächigen Leiterbahn 3 so wie die Endstücke der schmalen Leiterbahnen 2 überlap pen, wodurch elektrische Kontaktanschlüsse für die ein zelnen Dickschichtwiderstände 4 gebildet werden. Bei der Herstellung der einzelnen Dickschichtwiderstände 4 wird das Widerstandsmaterial vorzugsweise ganzflächig in üb licher Dickschichttechnik auf das Substrat 1 bzw. den Endbereich der Leiterbahn 3 und die Endstücke der Lei terbahnen 2 aufgetragen. Anschließend wird das großflä chige Dickschichtmaterial mittels Laserstrahl in einzel ne Streifen zerschnitten. Als Material für die Dick schichtwiderstände dient beispielsweise RuO₂.

In Fig. 3 ist der dritte Verfahrensschritt bei der Her stellung des Thermodruckerkopfes dargestellt. Es ist zu erkennen, daß sämtliche Dickschichtwiderstände 4 sowie die Leiterbahn 3 auf der Oberseite des Substrats und teilweise die Leiterbahnen 2 mit einer Schicht 5 aus amorphem, diamantähnlichem Kohlenstoff i:C bedeckt sind. Zur Beschichtung werden die Substrate 1 in einer Kammer gemäß dem Verfahren der "ion-assisted Plasma Chemical Vapour Deposition" (CVD-Verfahren) hinter einer dicht anliegenden Maske aus Blech, die lediglich die Dick schichtwiderstände 4 und ihre nächste Umgebung freiläßt, befestigt und durch einen Abscheideprozeß mit dem amor phen, diamantähnlichen Kohlenstoff i:C beschichtet. Über die Variation der Abscheidezeit läßt sich die Schicht dicke praktisch beliebig einstellen: Dick genug, um hin reichende Abriebfestigkeit zu erreichen und dünn genug, um die geforderte Aufheizgeschwindigkeit zu erzielen (zusätzliche thermische Massen).

Diamantähnlicher Kohlenstoff (Diamond-like Carbon) i:C hat eine sehr große Härte (Vickershärte 3500-6000 HV) bei gleichzeitig geringem Reibkoeffizient (µ ca. 0,02) , d. h. es verbindet hohe Verschleißfestigkeit mit geringer Reibung. Diamantähnlicher Kohlenstoff hat ferner eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit (etwa wie Kupfer) und eine gute elektrische Isolierfähigkeit (spezifischer Wider stand größer als 10¹⁰ Ohm cm).

In Fig. 4 ist ein Thermodruckerkopf im Schnitt darge stellt. Es ist der Dickschichtwiderstand 4 auf der Ober seite des Substrats 1 zu erkennen, der einerseits die Leiterbahn 2 und andererseits die Leiterbahn 3 über lappt. Die Leiterbahn 3 verläuft um die Kante 7 des Sub strats 1 bis zur Rückseite des Substrats. Die sich an schließende Leiterbahn (Material ebenfalls Gold) auf der Rückseite des Substrats 1 ist mit Ziffer 6 bezeichnet.

Zur Aufheizung des Dickschichtwiderstandes 4 wird an die Enden der Leiterbahnen 2, 6 kurzfristig eine Spannung angelegt.

In Fig. 4 ist ferner die Schicht 5 aus amorphem, dia mantähnlichem Kohlenstoff i:C zu erkennen, die den Dick schichtwiderstand 4 sowie die Leiterbahn 3 ganzflächig und die Leiterbahnen 2 teilweise überdeckt. Mit Ziffer 8 ist ein wärmeempfindliches Papier bezeichnet, das gegen die Schicht 5 gedrückt ist und das im mit W gekennzeich neten Bereich durch den Dickschichtwiderstand 4 aufge heizt wird, wodurch sich eine dunkle Verfärbung auf dem Papier ergibt.

In Fig. 5 sind Abriebkurven der unbeschichteten und in Fig. 6 Abriebkurven der mit diamantähnlichem Kohlenstoff i:C beschichteten Dickschichtwiderstände dargestellt. Mit D ist jeweils die Schichtdicke und mit t die Zeit dauer des Abriebes bezeichnet. Es sind jeweils zwei Ab riebkurven a,b mit jeweils unterschiedlicher Anfangs- Schichtdicke gezeigt. Beim unbeschichteten Dickschicht widerstand 4 ergibt sich gemäß Kurve b der Fig. 5 wäh rend eines Abrieb-Zeitraumes (Schleifzeit) zwischen t0 und t1 eine Schichtdickenabnahme A1 der Schichtdicke des Dickschichtwiderstandes 4. Beim beschichteten Dick schichtwiderstand 4 ergibt sich gemäß Kurve b der Fig. 6 während des gleichen Abrieb-Zeitraumes zwischen t0 und t1 eine Schichtdickenabnahme A2 des amorphen, diamant ähnlichen Kohlenstoffs i:C. Es ist zu erkennen, daß die Schichtdickenabnahme A2 unter gleichen Abriebbedingungen weniger als ein Zehntel der Schichtdickenabnahme A1 be trägt. Hieraus ergibt sich eine um Größenordnungen grö ßere Lebensdauer der i:C-beschichteten Thermodruckerköp fe.

Claims

1. Thermodruckerkopf mit einer Vielzahl auf einem Substrat (1) angeordneter, elektrisch kontaktierter Dickschichtwiderstände (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Dickschichtwiderstände (4) mit einer Schicht (5) aus amorphem, diamantähnlichem Kohlenstoff (i:C) bedeckt sind.

2. Thermodruckerkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schicht (5) aus amorphem, diamant ähnlichem Kohlenstoff (i:C) eine Stärke von 1 bis 4 µm aufweist.