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，具体的说是一种借助耐腐蚀、耐高温、低应力的导线电极，显著提高打印头品质和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，薄膜热敏打印头设有由绝缘材料构成的基板，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散热基台上；在基板上做一蓄热层，蓄热层即底釉，然后在基板和蓄热层表面形成发热电阻体，在发热电阻体上方或下方形成与发热电阻体电连接的导线电极，导线电极分为个别电极和共同电极，其中，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。

2、对于制作导电电极的材料，au、ag、cu等金属导电性很好，但au的成本较高，且工艺复杂，ag的热稳定性不佳，cu与基底保护膜的附着力不佳且同ic的焊接性不良，所以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/℃，而热敏打印头其他配件的热膨胀系数在4-9ppm/℃，导致若采用al制作电极导线，易产生较大的热应力；此外，铝的耐温只有600℃左右，薄膜热敏打印头工作在高温高湿环境下时，al材质的电极导线容易被腐蚀和发生热迁移，即在温度梯度作用下，合金中的金属原子会发生定向迁移，迁移后金属原子会在冷端或热端聚集，导致产生空洞、裂纹等缺陷。这些缺点可能会影响薄膜打印头的在高负荷高温工作下寿命。因此亟需一种与基底保护层结合力强，且能够满足热敏打印过程中的高导电性、良好散热性要求，并具有稳定的抗热迁移效应的热敏打印用电极导线，以提高热敏打印头产品品质。

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、专利文献us5077563a中，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。

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，提出一种成本合理、工艺简便，能够通过显著提高铝基导线电极的耐腐蚀性能、耐高温性能，并降低铝基导线电极应力，进而提供更佳的产品品质的薄膜热敏打印头及其制作方法。

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，绝缘基板表面设有底釉层，底釉层上设有发热电阻体以及电极导线，其特征在于，至少在距离发热电阻体300um以内的电极导线采用铝基合金电极导线，所述铝基合金电极导线含有金属铝、金属铜、金属铬、金属锆，其中金属铜占铝基合金电极导线总质量比重5％以下，金属铬与金属锆占铝基合金电极导线总质量比重为1％以下，其余为金属铝。

4、本发明所述铝基合金电极导线中铬cr在铬cr和锆zr总质量百分数的比例为35-65％之间，从而使铝基合金电极导线在保持较低膨胀系数基础上，表现出积极的交互作用，使合金元素变成了网络状的结构，可以获得质地均匀，成分转移稳定的多元al/cu合金电极，进而既有效抑制了al、cu原子的迁移，也可改善cu成分同基地和保护膜的结合力差的问题。

5、本发明所述电极导线可根据需要采用两种布局方式，若对热/电/化学稳定性要求较高场合，可以采用电极1、电极2同为铝基合金；若对导电焊接性要求较高的场合，可采用两段搭接式结构，其中距离发热电阻体300um以内的电极导线采用如上所述的铝基合金电极导线，距离发热电阻体大于300μm的电极导线采用纯铝导线，铝基合金电极导线与纯铝导线搭接形成电连接，电极导线厚度为1±0.5μm，搭接重合区域至少在20um以上。

6、本发明所述电极导线的上表面还设有保护层，保护层包括绝缘层，可以避免外界的离子、水汽等对电极和发热电阻体的侵蚀，根据耐磨需要在绝缘层上可以进一步形成耐磨层，耐磨层采用薄膜制备sic，sic具有很高的硬度，能起到很好的防划痕和耐磨的作用。

7、本发明还提出了一种如上所述薄膜热敏打印头的制作方法，首先在绝缘基板表面形成底釉层，然后在绝缘基板上的底釉层上形成发热电阻体和电极导线，所述电极导线包括铝基合金电极导线，其特征在于，所述铝基合金电极导线的形成包括以下步骤：

8、步骤1：制作al/cu合金靶材，利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≥99.99％，cr≥99.95％，zr≥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，控制温度、真空度和加热功率，根据需要充入惰性气体(例如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绝缘基板表面，利用步骤1获得的合金靶材，采用磁控溅射的工艺镀制合金薄膜，厚度为1±0.5um，为使合金更均匀分布，在10-4pa真空环境下550℃以下进行固溶处理，以提高耐腐蚀能力，为了获得更好的导电率，进行固溶处理后,再在150-200℃进行退火处理，使固溶成分极少量析出，形成弥散分布，降低合金的电阻率，提高导电性；

10、步骤3：电极图形化，涂布正性光刻胶，进行光刻，至少保留距离发热电阻体0～300um距离内的高温部位的胶，并进行显像，显像后采用湿法刻蚀工艺将无光刻胶保护的合金去除，形成电极图形。

11、本发明所述薄膜热敏打印头的制作方法中，当距离发热电阻体大于300μm的电极导线采用铝导线，则在步骤3中仅保留距离发热电阻体0-300μm距离内的正性光刻胶，从而仅在距离发热电阻体0-300μm范围内形成铝基合金电极导线，此后通过al靶材，在铝基合金电极导线上方溅射形成al薄膜，并通过电极图形化，获得距离发热电阻体大于300μm，且与铝基合金电极导线搭接至少20μm的al电极导线。

12、本发明所述薄膜热敏打印头的制作方法还包括在导线电极上形成绝缘层，可以避免外界的离子、水汽等对电极和发热电阻体的侵蚀，根据耐磨的需要在绝缘层上形成耐磨层，耐磨层采用薄膜制备sic，sic具有很高的硬度，能起到很好的防划痕和耐磨的作用。

13、本发明与现有技术相比，通过至少在高温区域(距离发热电阻体300μm以内)设置铝基合金电极导线，能够显著抑制热迁移作用下，电极导线中al原子的扩散，从而使电极更趋于稳定，在添加cu的基础上进一步增加cr、zr，且cr、zr总含量控制在1％以下(含量太高由于cr、zr的电阻率较高会影响电极的导电性)，使导线电极在保持较低膨胀系数基础上，表现出积极的交互作用，使合金质地均匀，进而既有效抑制了al、cu原子的迁移，也可改善传统cu成分同基底和保护膜的结合力差的问题，还可以弱化磁控溅射时因注入效应的差异产生的择优溅射，使靶材被更均匀地溅射，生成膜质也更均匀，所获得的导线电极具有更好的附着性、散热性、导电性以及低热应力，能够显著提高产品的使用寿命和品质。