CN101432143A - 液滴沉积部件 - Google Patents

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Abstract

一种形成用于打印头的喷嘴板部件(30)的方法，包括以下步骤：提供一具有限定顶表面的聚合上层(11)和限定底表面的金属下层(12)的层状主体；通过烧蚀或光刻从所述聚合层去除材料以选择性地露出所述金属层；以及从所述顶表面施加选择性地蚀刻所述金属层的露出区域的蚀刻剂，从而底切所述上层以在所述金属层中形成凹进区域(21)，并形成通过所述主体(20，21)的开口。

Description

液滴沉积部件
技术领域
本发明涉及一种用于液滴沉积装置的部件，更具体而言，涉及一种用于液滴沉积装置的喷嘴板。本发明特别适用于可控制喷印式(drop on demand)的喷墨印刷领域。
背景技术
提供复合喷嘴板，也就是说由一种以上材料形成的喷嘴板是已知的。例如WO 02/98666描述一种喷嘴板，其具有包含一系列孔的主体，所述孔填充以聚合物，喷嘴被形成通过其中。
WO 05/14292描述一种用于WO 02/98666中描述的那种喷嘴板的可替换的制造类型，其中首先形成明显不同的聚合主体阵列，在该阵列周围形成金属板。喷嘴然后被形成通过这些聚合主体。
这些现有技术的结构对于制造而言很复杂，需要大量步骤。这种结构也会产生板与聚合插入体之间的较差结合的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的喷嘴板部件及制造方法。
根据本发明的第一方面，提供一种形成用于液滴沉积装置的喷嘴板部件的方法，包括：提供一具有限定顶表面的聚合上层和限定底表面的金属下层的主体；从所述上层中选择性地去除材料，以选择性地露出所述下层；以及从所述顶表面处理所述下层的露出区域，以从所述下层中选择性地去除材料，从而形成通过所述主体的开口。
通过初始提供层状主体，可以在金属层与聚合物层之间提供很强的结合。
材料可从所述上层去除，以形成基本完整的喷嘴，或形成先导孔，以通过后续处理步骤被精加工成喷嘴。通过从所述顶表面处理而从所述下层中去除材料，所述下层中的特征在空间上由处理后的上层的形式限定。这样尽管两个层在分开的步骤进行处理，但易于实现所述层之间的对准。
在一个实施例中，聚合物为SU-8感光性树脂，且金属为镍。
SU-8为由IBM研制并描述在US 4882245中的感光性树脂。SU-8的主要优点在于：
- 可光成象
- 化学惰性和温度稳定
- 在增大的速率下激光可烧蚀
- 广泛用于MEMS生产
- 透明
用于SU-8片的主要制造过程为旋封涂敷。从而易于实现从1微米至1毫米范围的膜厚度。
尽管普通的SU-8为透明和易碎的，这使其难以处理，但是根据本发明，其与镍层结合使用，从而提供适合于喷嘴板制造的柔性和非透明的层压件。完整的喷嘴板的喷嘴在镍膜中被凹成开口，镍用作保护层以使喷嘴板抗擦伤。
根据本发明的第二方面，提供一种用于液滴沉积装置的喷嘴板部件，包括一具有限定顶表面的聚合上层和限定底表面的金属下层的主体；形成在所述上层中的喷嘴，其具有在所述顶表面中的入口和在所述顶、底表面中间的出口；以及形成在所述下层中围绕所述喷嘴出口延伸的凹进。
优选地，所述部件通过处理具有聚合上层和金属下层的坯料被形成。
根据本发明的第三方面，提供一种形成用于液滴沉积装置的喷嘴板部件的方法，该喷嘴板部件包括形成在喷嘴板部件的第一层中的至少一个喷嘴，以及与每个喷嘴轴向对准的形成在喷嘴板部件的第二层中的相应开口，该开口处于比喷嘴更大的径向范围的第一和第二层的邻接表面处，该方法包括以下步骤：
提供具有第一层和第二层的喷嘴板层压件；在第一成形工序在所述第一层中形成孔；以及在与所述第一成形工序不同的第二成形工序在所述第二层中形成开口，且在所述第二成形工序中开口的位置由所述第一层中的孔的位置确定；所述第一层中的孔通过可选的进一步处理用作喷嘴。
附图说明
现在将参照附图通过实例对本发明进行描述，其中：
图1示出复合主体或坯料；
图2显示根据本发明一方面的所希望的喷嘴形状结构。
图3示出根据本发明一方面的制造过程。
图4示出根据本发明一方面的可替换制造过程。
图5示出图4工艺过程的变型。
具体实施方式
图1示出由多个层形成的复合主体。脱模层13被累积在可再使用基板14上，便于处理后的喷嘴板的去除，接着为喷嘴板的下层12—这里为镍层—最后为在顶部的喷嘴板的上层11—这里为SU8或聚合物层。
现在将描述处理步骤的多个实例，其获得如图2所示的所希望的喷嘴板结构。如这里所示，喷嘴板部件具有延伸通过上层11的喷嘴孔20，其在直径上从喷嘴入口20a至喷嘴出口20b缩减。在下层12中形成有凹进区域21，如上所述，下层12保护上层11免受机械磨损。
在图3a中，上层11为感光性树脂，并经受光刻曝光和显影过程，以产生喷嘴孔20。在现有技术中已知各种适当的光刻工艺，“Fabrication of 3DMicrostructures with Inclined/Rotated UV Lithography(利用倾斜/旋转的紫外光刻的3维微结构的加工)”(Micro Electro Mechanical Systems，Kyoto 2003，pages 554-557(《微机电系统》，京都2003年，554-557页))描述包括截头圆锥体的若干适当喷嘴结构的SU-8的制造。“Microfabrication of 3DMultidirectional Inclined Structures by UV Lithography and Electroplating(利用紫外光刻和电镀技术的3维多向倾斜结构的微加工)”(Micro ElectroMechanical Systems 1994 Proceedings，pages 81-85，IEEE Workshop(微机电系统1994年会议录，81-85页，IEEE会议))描述制造正性感光性树脂结构的另一方法。这些或其他工艺过程可易于提供具有渐缩轮廓的喷嘴孔，其渐缩角度从0至约15度。根据所使用的光刻法，感光性树脂上层11然后可经受曝光后烘烤(post exposure bake)。适当的光刻工艺可有利地用于同时形成大量喷嘴。
蚀刻工艺然后从顶表面应用到主体，如图3b所示。这局部去除在喷嘴出口周围的镍层12的一部分，以形成凹进区域21。如图所示，镍层12通过蚀刻工艺被底切，从而该镍层不会影响从喷嘴出口20b喷出的液滴。各向同性的蚀刻剂可有利地在此使用，以确保该底切的形成。蚀刻剂应选择为比聚合物层11更适于镍层12。
如图3c所示，精加工后的喷嘴板部件30被从基板14脱模，而且如果希望可被硬烘烤。
在与图3类似的工艺过程中，激光可用于处理上层11，而不是用光刻工艺。
在这种工艺过程中，喷嘴孔20由非原位激光烧蚀(ex-situ laser ablation)形成，其中该烧蚀在附接至打印头之前在喷嘴板部件30上执行。在该工艺过程中，由于镍层12的烧蚀率远低于通常为聚合物的上层11，所以镍层12用作止挡(stop)。再次，下层12被蚀刻通过完整的喷嘴孔20，以形成凹进21，且精加工后的喷嘴板部件30从基板14脱模。
图4示出允许喷嘴孔20通过激光烧蚀形成在上层11中随后是蚀刻下层12的方法。
在图4a中，小开口或先导孔23通过光刻被形成在聚合物层中。开口23的直径小于通过随后的激光烧蚀步骤形成的喷嘴20。
图4b示出通过先导孔蚀刻金属层，以形成喷嘴出口将形成在其中的凹进。喷嘴然后通过激光烧蚀从顶表面形成，如图4c所示。采用这种方式，喷嘴出口20b的唇部被形成为与镍层12没有任何接触，但随着基板14提供支撑以维持平坦表面。
图4d显示与基板14分离的精加工后的喷嘴板部件30。
图5示出图4实施例的变型，其中喷嘴通过原位烧蚀(in-situ ablation)，即在喷嘴板附接至打印头之后的烧蚀被限定。
图5a和图5b示出如图4a和图4b所示的小先导孔23的形成与随后的金属蚀刻。
在该阶段，喷嘴板从基板14脱模，如图5c所示，并通过附接至PZT壁15附接至打印头，如图5d所示。该组装结构可有利地在该阶段被涂覆以聚对二甲苯，其具有双重功能：钝化通道内部24，并在准备烧蚀时提供喷嘴板外表面上的保护涂层。喷嘴孔20然后通过从主体的底侧激光烧蚀形成。
应当理解，仅通过实例对本发明进行了描述，在不背离本发明范围的情况下可以进行各种修改。例如，蚀刻工艺可利用已知的多种类型的液相或等离子相蚀刻剂。进一步，广泛的各种适当的材料对于本领域技术人员是显而易见的。上层可包括易于光刻或烧蚀的各种聚合物，同时下层可包括能够包括其它金属在内的各种能蚀刻的或流体可处理的材料，以及用于柔性电路板制造的基板材料。

Claims (28)

1、一种形成用于液滴沉积装置的喷嘴板部件的方法，包括以下步骤：
提供一具有限定顶表面的聚合上层和限定底表面的下层的主体；
在第一工序从所述上层中去除材料，以选择性地露出所述下层；以及
在第二工序从所述顶表面处理所述下层的露出区域，以从所述下层中选择性地去除材料，从而形成通过所述主体的开口。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述第二工序对所述下层选择性地作用。
3、如权利要求1或2所述的方法，其中所述第二工序底切所述聚合层。
4、如权利要求1所述的方法，其中所述第一工序对所述聚合层选择性地作用。
5、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第二工序包括将流体引导通过由所述第一工序在所述上层中产生的孔。
6、如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中从所述上层中选择性地去除材料，包括在所述上层中形成喷嘴。
7、如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中从所述上层中选择性地去除材料，导致在所述上层中形成先导孔，并随后包括在所述上层中形成围绕所述先导孔的喷嘴。
8、如权利要求7所述的方法，其中所述喷嘴通过从所述顶表面处理来形成。
9、如权利要求7所述的方法，其中所述喷嘴通过从所述底表面处理来形成。
10、如权利要求6至9中任一项所述的方法，其中所述喷嘴的入口被形成在所述顶表面中。
11、如前述权利要求任一项所述的方法，其中从所述下层中选择性地去除材料，导致在所述喷嘴出口处形成所述主体中的凹进。
12、如权利要求11所述的方法，其中所述凹进的区域大于所述喷嘴的出口区域。
13、如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述主体被提供为能脱离地附接至基层。
14、如前述权利要求任一项所述的方法，其中所述上层为SU-8。
15、如前述权利要求任一项所述的方法，其中所述下层为金属。
16、如前述权利要求任一项所述的方法，其中所述下层为镍。
17、如前述权利要求任一项所述的方法，其中从所述上层中选择性地去除材料通过光刻处理被执行。
18、如前述权利要求任一项所述的方法，其中所述光刻处理导致在所述上层中形成渐缩孔。
19、如前述权利要求任一项所述的方法，其中从所述上层中选择性地去除材料通过激光烧蚀被执行。
20、如前述权利要求任一项所述的方法，其中处理所述下层以去除材料包括蚀刻。
21、一种用于液滴沉积装置的喷嘴板部件，包括
一具有限定顶表面的聚合上层和限定底表面的金属下层的主体；
形成在所述上层中的喷嘴，其具有在所述顶表面中的入口和在所述顶、底表面中间的出口；以及
形成在所述下层中围绕所述喷嘴出口延伸的凹进。
22、如权利要求21所述的喷嘴板部件，其中所述部件通过处理具有聚合上层和金属下层的坯料被形成。
23、一种形成用于液滴沉积装置的喷嘴板部件的方法，该喷嘴板部件包括形成在所述喷嘴板部件的第一层中的至少一个喷嘴，以及与每个喷嘴轴向对准的形成在所述喷嘴板部件的第二层中的相应开口，该开口处于比所述喷嘴更大的径向范围的第一和第二层的邻接表面处，该方法包括以下步骤：
提供具有第一层和第二层的喷嘴板层压件；
在第一成形工序在所述第一层中形成孔；以及
在与所述第一成形工序不同的第二成形工序在所述第二层中形成开口，且在所述第二成形工序中开口的位置由所述第一层中的孔的位置确定；
所述第一层中的孔通过可选的进一步处理用作喷嘴。
24、如权利要求23所述的方法，其中所述第二成形工序包括通过材料去除剂的孔的通道。
25、如权利要求23所述的方法，其中所述材料去除剂为用于所述第二层的材料的蚀刻剂。
26、如权利要求23至25中任一项所述的方法，其中所述第一成形工序包括激光烧蚀。
27、如权利要求23至25中任一项所述的方法，其中所述第一层由聚合材料形成，且所述第二层由金属形成。
28、如权利要求23至25中任一项所述的方法，其中形成的喷嘴在径向范围内沿轴向方向朝所述第二层渐缩。
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