薄膜热敏打印头及其制作方法与流程

本发明涉及热敏打印头制造，具体的说是一种工艺合理，能够显著改善打印头中耐腐蚀性能、耐高温性能，且降低其热应力，从而有效提升产品品质及使用寿命的薄膜热敏打印头及其制作方法。

背景技术

0、背景技术：

1、众所周知，薄膜热敏打印头中设有由绝缘材料构成的基板，在基板上做一蓄热层，即底釉，然后在基板和蓄热层表面形成发热电阻体，在发热上或下侧形成导线电极，导线电极分为个别电极和共同电极，个别电极一端沿副打印方向与发热电阻体相连接，另一端与控制ic相连接，共同电极的一端沿副打印方向与发热电阻体带相连接，另一端与电源相连接，热敏打印头的电气部分是由陶瓷基板上的导线电极、发热电阻、控制ic等组成，该电气部分整体粘附在基台上。

2、对于导电电极的材料选择，au、ag、cu等金属导电性很好，但au的成本较高及工艺复杂，ag的热稳定性不佳，cu附着力不佳且同ic的焊接性不良，所以现阶段薄膜打印头的电极材料一般采用纯铝制成，厚度一般1um左右，铝是很好的导电材料，电阻率小于2.8x 10e-8ω·m；也是很好的导热材料，热导率高于200w/mk利于散热；但铝的热膨胀系数较大，al的热膨胀系数约为23ppm/℃，对应热敏打印头产品其他部件4 -9ppm/℃的热膨胀系数，在工作过程中易产生较大的热应力；此外，铝的耐温只有600℃左右，且al容易腐蚀和发生热迁移，即al原子在温度梯度作用下，发生定向迁移，迁移后的金属原子会在冷端或热端聚集，进而造成空洞、裂纹等缺陷，影响了薄膜打印头的在高负荷高温工作下寿命。

3、现有热敏打印头产品，如专利文献jp2022078438所记载的技术方案中，提到了电极导线采用cu、cu合金、al、al合金、au、ag、ni、w等构成，厚度为800nm。但并未进一步考察电极导线材质与基底及保护层结合力、散热性、抗热迁移效应、工艺难易等。

4、专利文献jp2003154967中为了提高al com和给电电极的密着性，给电电极采用ti、cr、nb、ta、w、zr其中一种金属形成密着层，采用au或au合金形成耐腐蚀层的两层构造。其中au材料造价昂贵，导致产品成本上升。

5、专利号为us5077563a的专利文献，提到打印头每个记录电极的电接触部分具有至少一微米的厚度,并且基本上由用于抵抗氧化、劣化的导电材料组成,所述导电材料选自氮化物,每一种氮化物包含选自铬、钛、钽、锆和铌中的至少一种元素。专利中有提到铬、锆等元素，但强调为氮化物。

6、专利文献202211551818.3，提到所述电极层包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层位于所述第二电极层靠近所述绝缘基板一侧；所述第一电极层的材质为铝、钨、钛、钼、银中的至少一种或合金；所述第二电极层的材质为铝。采用2层电极，且其中一层采用钨钛等材料构成耐腐蚀的电极，这个工艺相对纯al及以al为主要成分的电极工艺复杂，成本高。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种工艺合理，能够显著改善打印头中电极导线的耐腐蚀性能、耐高温性能，且降低其热应力，从而有效提升产品品质及使用寿命的薄膜热敏打印头及制作方法。

2、本发明通过以下措施达到：

3、一种薄膜热敏打印头，设有绝缘基板，绝缘基板上设有底釉层，底釉层上设置发热电阻体和电极导线，所述电极导线包括个别电极和公共电极，其特征在于，所述导线电极采用铝纳米层和铝基合金纳米层层叠交替组成，且最上层和最下层都为铝纳米层，所述铝基合金纳米层中含有铝、铜、铬和锆，其中铜的占铝基纳米层质量百分比不超过5％，铬和锆占铝基纳米层质量百分比不超过1％。

4、本发明所述铝基合金纳米层中，cr在cr和zr的总质量中占比在35～65％之间。

5、本发明所述铝纳米层和铝基合金纳米层每一层厚度在5-20nm之间，这个厚度可以保持各层的独立的特性，并使相邻层间部分发生交互作用，电极导线的总厚度在0.1-2um之间，以适应通过电极导线的电流范围。

6、本发明在电极导线上还设有保护层，保护层包括位于电极导线上表面的绝缘层，根据耐磨需要选择性地在绝缘层上形成耐磨层。

7、本发明还提出了一种如上所述的薄膜热敏打印头的制作方法，在设有底釉的绝缘基板上采用薄膜图形化工艺形成发热电阻体和电极导线，其特征在于，所述电极导线经以下步骤形成：

8、步骤1：制作al/cu合金靶材，采用真空感应熔炼炉和石墨坩埚，al基体采用99.99％的铝粒，cu、cr和zr组元采用高纯颗粒，其中cu纯度≥99.99％，cr纯度≥99.95％，zr纯度≥99.95％，原料在熔炼炉中长时间保持熔融，液体处于高温、高真空的环境之中，需要随时控制温度、真空度和加热功率，也可充入惰性气体(例ar)并加入脱氧剂，防止氧化和沸腾；

9、步骤2：在已经做好发热电阻体的基板表面采用磁控溅射的工艺，将步骤1所得的合金靶材及纯al靶材置于同一设备腔体内，交替溅射合金靶材及纯al靶材，使俩种材料交替层叠溅射到基板，且最上层和最下层都为纯al纳米层，合金纳米层与纯al纳米层交替层叠，形成电极导线，每层厚度为5-20nm，电极导线的总厚度为0.1-2um；

10、步骤3：退火处理：电极在图形化之前在400℃以下进行退火处理，经过热处理后减少弱键结合、空位、晶格缺陷使合金的电阻率更低；

11、步骤4：涂布正性光刻胶，进行光刻，保留导电图形对应位置的胶，并进行现象，现象后采用混酸等湿法刻蚀工艺将无光刻胶保护的合金去除形成电极图形。

12、本发明通过采用多纳米层层叠设置的电极导线，能够利用合金纳米层的高熔点、低膨胀系数等特性，使电极导线具有更佳的耐腐蚀、耐应力特性，同时，由于电极导线的底部和顶部均采用纯al纳米层，能够保证电极导线与基底材料的附着力及同ic间的良好焊接特性，交替层叠布置厚度很薄可以使俩种材料充分接触融合，俩种优点充分发挥，从而在保证电极导线满足工作时电流需求的前提下，具有抗热迁移、结合力好、耐腐蚀、低热应力等性能，有利于提升热敏打印头产品品质和使用寿命。

技术特征：

1.一种薄膜热敏打印头，设有绝缘基板，绝缘基板上设有底釉层，底釉层上设置发热电阻体和电极导线，所述电极导线包括个别电极和公共电极，其特征在于，所述导线电极采用铝纳米层和铝基合金纳米层层叠交替组成，且最上层和最下层都为铝纳米层，所述铝基合金纳米层中含有铝、铜、铬和锆，其中铜占铝基纳米层质量百分比不超过5％，铬和锆占铝基纳米层质量百分比不超过1％。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜热敏打印头，其特征在于，所述铝基合金纳米层中，cr在cr和zr的总质量中占比在35～65％之间。

3.根据权利要求2所述的一种薄膜热敏打印头，其特征在于，所述铝纳米层和铝基合金纳米层每一层厚度在5-20nm之间，这个厚度可以保持各层的独立的特性，并使相邻层间部分发生交互作用，电极导线的总厚度在0.1-2um之间，以适应通过电极导线的电流范围。

4.根据权利要求3所述的一种薄膜热敏打印头，其特征在于，在电极导线上还设有保护层，保护层包括位于电极导线上表面的绝缘层，根据耐磨需要选择性地在绝缘层上形成耐磨层。

5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的薄膜热敏打印头的制作方法，在设有底釉的绝缘基板上采用薄膜图形化工艺形成发热电阻体和电极导线，其特征在于，所述电极导线经以下步骤形成：

技术总结本发明涉及热敏打印头制造技术领域，具体的说是一种工艺合理，能够显著改善打印头中耐腐蚀性能、耐高温性能，且降低其热应力，从而有效提升产品品质及使用寿命的薄膜热敏打印头及其制作方法，其特征在于，所述导线电极采用铝纳米层和铝基合金纳米层层叠交替组成，且最上层和最下层都为铝纳米层，所述铝基合金纳米层中含有铝、铜、铬和锆，其中铜的占铝基纳米层质量百分比不超过5％，铬和锆占铝基纳米层质量百分比不超过1％，与现有技术相比，具有抗热迁移、结合力好、耐腐蚀、低热应力等性能，有利于提升热敏打印头产品品质和使用寿命。技术研发人员：孙华刚,朱丽娜,周长城,孙春水,张东娜,王夕炜,永野真一郎受保护的技术使用者：山东华菱电子股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29