[发明专利]一种激光打印机用薄膜加热元器件及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于激光打印机和复印机配件的技术领域，尤其是一种激光打印机或复印机用的薄膜加热元器件及制作方法。

背景技术

加热定影系统是现代激光打印机和复印机的重要组成部分，其作用是将经过充电、曝光、显影、转印4个步骤后吸附在打印纸上的碳粉图像，利用加压热熔的方法，将吸附在打印纸上的碳粉加热至180℃至220℃，使溶化的碳粉浸入打印纸中，形成固定图像。这一过程称为定影。加热定影系统主要由加热辊、加热元件（陶瓷加热元件或加热灯丝）、压力胶辊、温度控制器（热敏电阻）、热保护器（热敏开关）等几部分组成。其中，加热元件目前有陶瓷加热片和卤素灯管两种方式。而陶瓷加热片由于其功率大（1100至1300W）、功率稳定、升温快、热损耗少、热传导速度快、节电、安装方便等优点，是目前激光打印机加热定影系统所使用加热元件的主流。 

目前已有多种陶瓷加热片应用于激光打印机和复印机，尤其是应用于高速激光打印机（复印机）的陶瓷加热片，普遍使用到厚膜混合集成电路的生产工艺技术，是在氧化铝（Al₂O₃）陶瓷基板或氮化铝(AlN)陶瓷基板上，通过印刷导体层、加热电阻层、绝缘保护层，并通过850℃的高温烧结，形成厚膜陶瓷加热片。这些厚膜陶瓷加热片的结构如图1所示，它包括：基板（100），正面导体线路（101），正面电阻层（102），正面绝缘介质保护层（103）。

上述厚膜陶瓷加热片的制造方法包括如下步骤：

1.在氧化铝或氮化铝陶瓷基板（100）上，通过厚膜丝网印刷工艺，印刷正面导体线路层（101）。并通过850℃的高温烧结，形成性能稳定的导体层。正面导体线路层一般包括与正面电阻层（102）搭接的导体线路和与输入端子搭接的焊盘。其中导体材料一般需选用银/钯（Ag/Pd）贵金属材料。

2.在上述步骤1获得的正面导体线路层（101）上，使用同样制作方法，制作正面电阻层（102）。并通过850℃的高温烧结，形成性能稳定的加热电阻膜层。而为了保证厚膜陶瓷加热片在使用过程中的功率稳定性，电阻浆料一般需选用温度特性稳定的钯（Pd）贵金属。

3.在上述步骤2获得的正面电阻体层（102）上，使用同样制作方法，制作绝缘介质保护层（103）。

上述产品结构设计及制作方法制造的厚膜陶瓷加热片，存在以下问题：

1.电阻层（101）通常设计为长条矩形。

按照电阻阻值的计算公式：

R=R_□×S

R ——陶瓷加热片的目标电阻值

R_□——电阻浆料方阻

S ——电阻体的设计方数，S=电阻体长度（L）÷电阻体宽度（W）

由于电阻层的长条矩形设计，电阻层的电阻方数很大。

按照1300W的使用功率，当工作电压为110V时，根据P（功率）=U²（工作电压）÷R（电阻阻值）的计算公式。陶瓷加热条的电阻阻值一般9欧姆左右。

根据上述计算公式，电阻浆料的方阻必须在毫欧级（一般在100毫欧左右）。为了达到这么低的方阻浆料，并且保证低的电阻温度系数（TCR），以满足厚膜陶瓷加热片功率稳定性要求，浆料厂家必须使用钯（Pd）等贵金属材料作为电阻浆料的功能相。这样，就使得该类产品的成本居高不下。

2.该类产品的电阻层长度尺寸一般都在280mm至400mm。受厚膜丝网印刷工艺的局限性和及印刷机台印刷行程的局限性影响，长尺寸大面积的电阻图形在印刷过程中，存在电阻体印刷膜层厚度的均匀性差的问题，电阻层在陶瓷基板上各个位置的电阻膜层偏差通常都超出3μm。使得陶瓷加热片的发热不均匀，影响打印效果。在不均匀发热导致热量累积到一定程度时，甚至会造成陶瓷加热片断裂。

3.由于厚膜电阻浆料的制作工艺的局限性，低方阻电阻浆料的TCR很难控制到50PPM/℃以内。一般都在50PPM/℃～150PPM/℃。这样，使用该类低方阻电阻浆料生产的厚膜陶瓷加热片，其电阻温度系数（TCR）一般都在100PPM/℃～200PPM/℃。陶瓷加热片在激光打印机长期打印使用时，存在输出功率衰减问题，影响激光打印机的打印质量。

4.该产品需要经过三次以上850℃的高温烧结，才能形成性能稳定的电阻、导体和保护功能膜层。生产过程耗能大，与我国目前倡导的节能环保的低能耗生产要求不吻合。

发明内容