[發明專利]氮化鋁加熱器及其制造方法

在審

• 申請號: 202080012301.X
• 申請日: 2020-02-05
• 公開（公告）號: CN113383616A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 青木誠;杰瑞·韋恩·史密斯
• 申請（專利權）人: 利盟國際有限公司
• 主分類號: H05K1/02
• 分類號: H05K1/02;H05B3/26;H05B3/14;G03G15/20;H01L21/67
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

一種加熱器及制造方法，該加熱器包括氮化鋁基底，該氮化鋁基底具有等于或小于1％的雜質，特別是不含多溴聯苯、多溴二苯醚、六溴環十二烷、聚氯乙烯、氯化石蠟、鄰苯二甲酸鹽、鎘、六價鉻、鉛和汞。銀和鈀的至少一個電阻跡線覆蓋基底，銀和鉑或鈀的導體也覆蓋基底，該導體電連接到電阻跡線，以向電阻跡線施加外部電壓來加熱電阻跡線。至少四個玻璃層，但任選地五個玻璃層，覆蓋電阻跡線以及導體的一部分。玻璃層的前兩個連續層界定第一玻璃，該第一玻璃具有大于65％的固體含量和100Pa·s或更低的粘度。五個層中的后兩個或三個連續層界定不同于第一玻璃的第二玻璃。

發明領域

本公開內容涉及用于多種用途的加熱器。加熱器界定了具有厚膜印刷(thickfilm printing)，包括電阻層和導電層以及玻璃覆蓋層的基本上純的氮化鋁基底。

背景

加熱器在機動車輛、電器和消費品(僅舉幾例)行業中有許多和不同的應用。加熱器用作電動車輛和混合動力車輛的座艙加熱器、洗碗機和洗衣機的熱水器，以及吹風機/直發器、烹飪設備和空間加熱器等的熱源。在例如打印機和復印機的成像設備中，加熱器存在于定影器(fuser)中，以熔化和固定介質上的墨粉。然而，當窄介質(narrow media)(例如，信封(envelope))被成像時，由于可能被損壞的低熱質量部件，延伸超過介質的定影器的部分迅速過熱。具有由氧化鋁、厚膜印刷、陶瓷加熱器加熱的帶式定影器的一些打印機將全尺寸介質的印刷速度從每分鐘70頁降低到窄介質的7ppm，以通過更好地控制溫度來防止定影器損壞，但是以犧牲印刷速度為代價。

正溫度系數(PTC)加熱器已被測試作為防止在印刷窄介質期間損壞定影器的裝置。一些人認為PTC加熱器由于兩個主要原因是合意的：1)PTC材料在溫度范圍內具有可以消除對其他部件的損壞的居里點(Curie point)，理論上允許窄介質以比用氧化鋁加熱器進行的速度更高的速度印刷；和2)PTC材料的較低居里點用作安全特征。然而，發明人注意到，單獨的PTC材料并不有利，因為單獨的PTC材料具有相對低的導熱率。為了使PTC材料更有效，熱量必須從PTC材料快速消散。此外，當冷時，PTC材料具有非常低的電阻，產生極高的浪涌電流(in-rush current)。

還提到了一種氮化鋁襯底(厚膜加熱器)，用于防止在窄介質的印刷期間對定影器的損壞。然而，迄今為止，氮化鋁加熱器局限于由約80％氮化鋁和約20％氧化鋁組成的混合物。與具有約23W/mK的導熱率的氧化鋁相比，這樣的材料具有約80W/mK的導熱率。因此，本發明人提出了一種基本上純的氮化鋁襯底(厚膜加熱器)，其具有顯著較高的導熱率，導熱率約為200W/mK。然而，到目前為止，還沒有人能夠在這樣的襯底上成功地厚膜印刷大面積電阻體加熱器而沒有柯肯達爾空洞(例如，襯底上厚膜印刷的導體和電阻體層之間的空洞或間隙)。進而，諸如這些的空洞導致極高的電阻，從而導致加熱器故障。此外，由于玻璃中的大空洞，現有的玻璃漿料不能用于厚膜印刷介電玻璃或用作導體層和電阻體層上的電絕緣層的蓋板玻璃(cover glass)。發明人辨認出其中的一個原因，因為目前的制造工藝難以在具有導體、電阻體和玻璃漿料材料的襯底的高溫燒制/加熱(通常為850℃)期間使氮氣脫氣。

需要克服上述問題。發明人還注意到，加熱器技術中的任何解決方案應進一步考慮在功耗、安全特征、升溫特性、操作溫度、加熱速度、導熱率、材料、成本、電氣要求、構造、待加熱材料、溫度控制、與其他部件的安裝/集成、大小、形狀和尺寸等方面中存在的競爭性設計約束。

概述