CN103935128B - 液体喷头制造方法、液体喷头和打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液体喷头制造方法、液体喷头和打印装置，其中，方法包括在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件；在第一基底的第一表面上形成与多个所述压力发生部件对应的压力腔室以及与多个所述压力腔室连通的公共腔室；通过键合工艺在所述压力腔室上成形过渡层，并在所述过渡层上形成喷孔板；通过光刻工艺在所述喷孔板和过渡层上形成有与所述压力腔室连通的喷孔。本发明是在第一基底的第一表面上形成压力腔室和公共腔室，当需要增加液体喷头的压力腔室的数量时，在第一基底上单独形成压力腔室，因而不会减小第一基底的机械强度，在制造过程中可以避免第一基底破损，从而提高液体喷头的成品率，降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及打印技术，尤其涉及一种液体喷头制造方法、液体喷头和打印装置。
背景技术
打印机的液体喷头是通过压电元件和振动板的变形，使压力腔室的体积发生变化，从而将压力腔室中的墨水从喷孔喷出。
现有的一种液体喷头包括基底、设置在基底第一面上的振动板和压电元件以及粘接在基底第二面(与第一面相对的一面)上的喷孔板。现有的液体喷头的制造方法是：在基底的第一面形成振动板和压电元件，在基底的第二面通过蚀刻工艺，在该基底上蚀刻出多个与压电元件位置相对应的存储液体的压力腔室以及与供墨孔位置相对应的公共腔室，最后，在基体的第二面粘结喷孔板，使喷孔板上的多个喷孔分别与各个压力腔室连通。该液体喷头在工作时，压电元件在电压驱动下产生变形，并传递给振动板引起压力腔室体积变化，使得压力腔室中的液体从喷孔中喷出而完成打印。
但是，为了提高打印机的打印分辨率，需要增加高液体喷头的压力腔室的数量，由于现有的液体喷头的压力腔室是在基底上蚀刻形成，增加压力腔室数量需要减小相邻压力腔室的侧壁厚度，因而必然会导致作为基底的硅片的机械强度下降，在制造过程中容易出现基底破损而使液体喷头的成品率降低，制造成本较高；另一方面，由于喷嘴板是通过粘合剂粘接在压力腔室的基底上，若粘合剂流入压力腔室中，也会影响到打印质量。
发明内容
本发明提供一种液体喷头制造方法、液体喷头和打印装置，用于解决现有技术中液体喷头制造方法制造出的液体喷头成品率低、制造成本较高且打印质量较差的技术缺陷。
本发明提供的一种液体喷头制造方法，包括：
在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件；
在第一基底的第一表面上形成与多个所述压力发生部件对应的压力腔室以及与多个所述压力腔室连通的公共腔室；
通过键合工艺在所述压力腔室上成形过渡层，并在所述过渡层上形成喷孔板；
通过光刻工艺在所述喷孔板和过渡层上形成有与所述压力腔室连通的喷孔。
本发明还提供一种液体喷头，该液体喷头是用上述的液体喷头制造方法制造的。
本发明还提供一种打印装置，该打印装置包括如上所述的液体喷头。
本发明提供的液体喷头制造方法、液体喷头和打印装置，是在第一基底的第一表面上形成压力腔室和公共腔室，当需要增加高液体喷头的压力腔室的数量时，由于本实施例是在第一基底上单独形成压力腔室，因而不会减小第一基底的机械强度，在制造过程中可以避免第一基底破损，从而提高液体喷头的成品率，降低制造成本。并且，通过键合工艺形成过渡层，在过渡层上形成喷孔板，并且通过光刻工艺在喷孔板和过渡层上形成喷孔，可以避免粘合剂流入压力腔室中，能够提高液体喷头的打印质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种液体喷头制造方法的流程图；
图2为图1中步骤200的一种具体实施方式的流程图；
图3为图1中步骤300的一种具体实施方式的流程图；
图4为图1中步骤100的一种具体实施方式的流程图；
图5为本发明实施例提供的另一种液体喷头制造方法的流程图；
图6为本发明实施例制造的液体喷头的结构示意图；
图7A-图7I为本发明实施例中步骤200的一种具体实施方式的产品制造过程结构视图；
图8A-图8G为本发明另一实施方式的产品制造过程结构视图；
图9A-图9C为本发明又一实施方式的产品制造过程结构视图；
图10A-图10B为本发明再一实施方式的产品制造过程结构视图。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的一种液体喷头制造方法的流程图，如图1所示，本实施例提供的液体喷头制造方法，包括：
步骤100，在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件。
步骤200，在第一基底的第一表面上形成与多个所述压力发生部件对应的压力腔室以及与多个所述压力腔室连通的公共腔室。
具体地，图2为图1中步骤200的一种具体实施方式的流程图；如图2所示，步骤200，在第一基底的第一表面上形成与多个所述压力发生部件对应的压力腔室以及与多个所述压力腔室连通的公共腔室，可以包括：
步骤201，在第一基底的第一表面上设置腔室层并曝光，限定压力腔室和公共腔室的形状和位置。
具体地，图6为本发明实施例制造的液体喷头的结构示意图；图7A-图7I为本发明实施例中步骤200的一种具体实施方式的产品制造过程结构视图，如图6和7A所示，第一基底1可以为硅基底，第一基底1的第一表面为图中所示第一基底1的上表面，可以在第一基底1的第一表面上悬涂腔室层5a，腔室层5a的材料可以为具有良好机械加工性能的负性光敏胶SU8或者聚酰亚胺，腔室层5a可以涂满整个第一基底1上表面，腔室层5a的厚度与压力腔室和公共腔室的高度尺寸相匹配。
如图6和7B所示，可以采用掩模板12a对腔室层5a进行曝光，并且通过掩模板12a的结构形式及曝光工艺限定压力腔室5和公共腔室8的形状和位置，其中，腔室壁5b被固化，不会被后续工艺采用的显影液去除。
步骤202，显影形成压力腔室和公共腔室。
如图7C所示，可以采用显影液显影腔室层5a，被固化的腔室壁5b被保留下来，其余的部分被去除后形成压力腔室5和公共腔室8(图6所示)。
步骤300，通过键合工艺在所述压力腔室上成形过渡层，并在所述过渡层上形成喷孔板，具体地，图3为图1中步骤300的一种具体实施方式的流程图；如图3所示，步骤300可以包括：
步骤301，在第二基底上悬涂过渡层。
如图7D所示，第二基底1’的材料可以为有机玻璃等，过渡层6a的材料可以为具有良好机械加工性能的负性光敏胶SU8或者聚酰亚胺。
步骤302，通过键合工艺将所述腔室层的腔室壁与所述过渡层粘接在一起，如图7E所示，可以设置较薄的过渡层6a，可以保证过渡层6a能与腔室层的腔室壁更好地键合在一起。
步骤303，剥离所述第二基底，如图7F所示。
步骤304，在所述过渡层上悬涂喷孔板。如图7G所示，可以在过渡层6a上悬涂较厚的喷孔板7a，喷孔板7a的材料可以为具有良好机械加工性能的负性光敏胶SU8或者聚酰亚胺。由于在过渡层6a上形成喷孔板7a，可以更好地形成较厚的喷孔板7a。
步骤400，通过光刻工艺在所述喷孔板和过渡层上形成有与所述压力腔室连通的喷孔。
具体地，如图7G和图7H所示，可以采用掩模板12b对喷孔板7a进行曝光，并且通过掩模板12b的结构形式及曝光工艺限定喷孔的形状和位置，其中，喷孔壁被固化，不会被后续工艺采用的显影液去除。采用显影液显影喷孔板7a，被固化的喷孔壁保留下来，其余的部分被去除后形成喷孔7。
本实施例提供的液体喷头制造方法，是在第一基底的第一表面上形成压力腔室和公共腔室，当需要增加高液体喷头的压力腔室的数量时，由于本实施例是在第一基底上单独形成压力腔室，因而不会减小第一基底的机械强度，在制造过程中可以避免第一基底破损，从而提高液体喷头的成品率，降低制造成本。并且，并且，通过键合工艺形成过渡层，在过渡层上形成喷孔板，并且通过光刻工艺在喷孔板和过渡层上形成喷孔，可以避免粘合剂流入压力腔室中，能够提高液体喷头的打印质量。
图4为图1中步骤100的一种具体实施方式的流程图，图8A-图8G为本发明另一实施方式的产品制造过程结构视图。如图4所示，在上述实施例技术方案的基础上，步骤100，在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件，可以包括：
步骤101，刻蚀第一基底的第一表面形成凹槽。
如图8A所示，具体地，在第一基底1的第一表面通过干法刻蚀或湿法刻蚀形成凹槽2，该凹槽2用于容设压力发生部件。
步骤102，在所述凹槽内形成压电元件，该压电元件的上表面与所述第一基底第一表面平齐。
如图8B所示，可以通过溅射法在凹槽2内依次形成下电极层3c、压电体层3b和上电极层3a；其中，下电极层3c为钛(Ti)层、铂金(Pt)层或多个钛层叠加层；压电体层3b为锆钛酸铅(PZT)层；上电极层3a为铂金(Pt)层或黄金层。
步骤103，在第一基底的第一表面上形成振动板，所述振动板盖设在所述压电元件的外部。
如图8C所示，在第一基底1的第一表面通过低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法形成振动板4，振动板4的材料可以为SiO2或Si3N4或SiO2-Si3N4材料叠层；振动板4盖设在上电极层3a外部，且外边沿覆设在第一基底1的第一表面。
然后，如图8D所示，可以采用上述实施例提供的制造方法形成压力腔室5、过渡层6a、公共腔室8和喷孔7，采用该方法形成上述腔室和喷孔，可以提高打印分辨率，并且能够实现液体喷头的小型化。
图5为本发明实施例提供的另一种液体喷头制造方法的流程图；如图5所示，进一步地，在上述一体成型制造方法中步骤400之后，还可以包括：
步骤500，蚀刻第一基底的二表面形成与公共腔室连通的供墨孔以及与压力发生部件相通的空腔。
如图8E所示，可以采用干法蚀刻法刻蚀第一基底1的第二表面(图示第一基底的下表面)，形成与公共腔室8连通的供墨孔9和与压电元件3中的下电极层3c相通的空腔10，其中，空腔10是可以提高压电元件3的振动幅度。
为了进一步提高压电元件3的振动性能，如图8F所示，可以在压电元件3的两侧与第一基底1之间形成缝隙11，缝隙11可以保证压电元件3在振动时不受第一基底1的束缚，提高振动幅度。
步骤600，在第一基底的第二表面设置盖板，该盖板盖设所述空腔上并保持所述供墨孔畅通。
如图8G所示，在第一基底1的第二表面粘结盖板12，完成液体喷头的制造流程，盖板12的材料可以是聚丙烯酸甲酯(PMMA)。
在上述实施例技术方案中步骤100，所述在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件，还可以通过其他方式实现，具体地，步骤100可以包括：
步骤101’，在第一基底的第一表面上形成振动板。
如图9A所示，可以通过低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法在第一基底1的第一表面形成振动板；其中，所述振动板的材料为SiO2或Si3N4或SiO2-Si3N4叠层。
步骤102’，在所述振动板上形成压电元件。
如图9B所示，可以通过溅射法形成下电极层3c、溶胶凝胶法形成压电体层3b和溅射法形成上电极层3a；其中，下电极层3c可以为钛(Ti)层、铂金(Pt)层或多个钛层叠加层；压电体层可以为锆钛酸铅(PZT)层；上电极层可以为铂金(Pt)层或黄金层。
如图9C所示，然后，可以采用上述实施例提供的制造方法在第一基底1的第一表面形成压力腔室5、过渡层6a公共腔室8和喷孔7。在第一基底1第二表面蚀刻形成与公共腔室8连通的供墨孔9以及与压力元件3的下电极层3c相通的空腔10。在第一基底1的第二表面设置盖板12，该盖板12盖设空腔10上并保持供墨孔9畅通。
图10A-图10B为本发明再一实施方式的产品制造过程结构视图。如图10A所示，在上述实施例技术方案的基础上，步骤100，在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件，具体地为：
在第一基底1的第一表面沉积薄膜电阻层3′，该薄膜电阻层3′的材料为钽铝合金或镍铬合金或钨硅氮化物或氮化钛。
如图10B所示，进一步地，蚀刻第一基底1的第二表面形成与公共腔室8连通的供墨孔9。
该实施例制造的液体喷头的具体的喷液过程为：液体通过供墨孔9到达公共腔室8，同时，施加脉冲信号后薄膜电阻层3′以1000℃/μs的速度加热液体，大约到340℃左右使液体中易挥发组分气化产生气泡，气泡把墨滴从原来的位置挤出喷孔7；气泡的形成是可逆的，当解除脉冲信号时，被动的冷却会致使气泡瞬间破灭，这时，墨滴将从喷孔7中彻底喷出。
本发明还提供一种液体喷头，该液体喷头是用上述实施例提供的液体喷头制造方法制造的。本实施例提供的液体喷头，是在第一基底的第一表面上形成压力腔室和公共腔室，当需要增加高液体喷头的压力腔室的数量时，由于本实施例是在第一基底上单独形成压力腔室，因而不会减小第一基底的机械强度，在制造过程中可以避免第一基底破损，从而提高液体喷头的成品率，降低制造成本。并且，通过键合工艺形成喷孔板和通过光刻工艺在喷孔板上形成喷孔，可以避免粘合剂流入压力腔室中，能够提高液体喷头的打印质量。
本发明实施例还提供一种打印装置，该打印装置包括上述实施例提供的液体喷头。该打印装置的技术方案也具有上述效果，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (14)
1.一种液体喷头制造方法，包括：
在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件；
在第一基底的第一表面上形成与多个所述压力发生部件对应的压力腔室以及与多个所述压力腔室连通的公共腔室；
通过键合工艺在所述压力腔室上成形过渡层，并在所述过渡层上形成喷孔板；
通过光刻工艺在所述喷孔板和过渡层上形成有与所述压力腔室连通的喷孔；
其特征在于，所述通过键合工艺在所述压力腔室上成形过渡层，并在所述过渡层上形成喷孔板，包括：
在第二基底上悬涂过渡层；
通过键合工艺将所述腔室层的腔室壁与所述过渡层粘接在一起；
剥离所述第二基底；
在所述过渡层上悬涂喷孔板。
2.根据权利要求1的液体喷头制造方法，其特征在于，所述在第一基底的第一表面上形成与多个所述压力发生部件对应的压力腔室以及与多个所述压力腔室连通的公共腔室，包括：
在第一基底第一表面上设置腔室层并曝光，限定压力腔室和公共腔室的形状和位置；
显影形成压力腔室和公共腔室。
3.根据权利要求2所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述过渡层和腔室层的材料为具有良好机械加工性能的负性光敏胶SU8或者聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件，包括：
刻蚀第一基底的第一表面形成凹槽；
在所述凹槽内形成压电元件，该压电元件的上表面与所述第一基底的第一表面平齐；
在第一基底的第一表面上形成振动板，所述振动板盖设在所述压电元件的外部。
5.根据权利要求4所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述在所述凹槽内形成压电元件，包括：
通过溅射法在所述凹槽内依次形成下电极层、压电体层和上电极层；其中，所述下电极层为钛层、铂金层或多个钛层叠加层；所述压电体层为锆钛酸铅层；所述上电极层为铂金层或黄金层。
6.根据权利要求4或5所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述通过光刻工艺在所述喷孔板和过渡层上形成有与所述压力腔室连通的喷孔之后，还包括：
蚀刻第一基底的第二表面形成与公共腔室连通的供墨孔以及与压力发生部件相通的空腔；
在第一基底的第二表面设置盖板，该盖板盖设所述空腔上并保持所述供墨孔畅通。
7.根据权利要求6所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述蚀刻第一基底的第二表面形成与公共腔室连通的供墨孔以及与压力发生部件相通的空腔之后，还包括：
在所述压电元件的两侧与所述第一基底之间形成缝隙。
8.根据权利要求1所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件，包括：
在第一基底的第一表面上形成振动板；
在所述振动板上形成压电元件。
9.根据权利要求4或5或8所述的液体喷头制造方法，其特征在于：
所述在第一基底的第一表面形成振动板包括：通过低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法形成振动板；其中，所述振动板为SiO2或Si3N4。
10.根据权利要求8所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述通过光刻工艺在所述喷孔板和过渡层上形成有与所述压力腔室连通的喷孔之后，还包括：
在第一基底第二表面蚀刻形成与公共腔室连通的供墨孔以及与压力发生部件相通的空腔；
在第一基底第二表面设置盖板，该盖板盖设所述空腔上并保持所述供墨孔畅通。
11.根据权利要求1所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述在第一基底上形成多个间隔设置的压力发生部件，包括：
在第一基底的第一表面沉积薄膜电阻层，该薄膜电阻层的材料为钽铝合金或镍铬合金或钨硅氮化物或氮化钛。
12.根据权利要求11所述的液体喷头制造方法，其特征在于，所述通过光刻工艺在所述喷孔板和过渡层上形成有与所述压力腔室连通的喷孔之后，还包括：
蚀刻第一基底的第二表面形成与公共腔室连通的供墨孔。
13.一种液体喷头，其特征在于，该液体喷头是用权利要求1至12中任一项所述的液体喷头制造方法制造的。
14.一种打印装置，其特征在于，该打印装置包括权利要求13所述的液体喷头。
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Effective date of registration: 20150610 Address after: 116024 No. 2 Ling Road, hi tech Development Zone, Liaoning, Dalian Applicant after: Dalian University of Technology Applicant after: Zhuhai Seine Printing Technology Co., Ltd. Address before: 116024 No. 2 Ling Road, hi tech Development Zone, Liaoning, Dalian Applicant before: Dalian University of Technology Applicant before: Zhuhai Nasida Enterprise Management Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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