CN104249559A - 液体喷射装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液体喷射装置及其制造方法，包括：基板内设置掺杂层，所述基板上表面与所述掺杂层上表面平齐；基板表面形成弹性膜；所述弹性膜上开设通透至所述基板表面的缝隙；通过所述缝隙在所述基板上的掺杂层内刻蚀形成凹槽；其中，所述弹性膜悬设在所述凹槽上，所述弹性膜在外力作用下能产生弹性变形。本发明技术方案，在基板内设置杂质层，可以防止腐蚀液过多腐蚀基板，控制凹槽的大小，减小液体喷射装置的产品尺寸，提高打印分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及打印机技术，尤其涉及一种液体喷射装置及其制造方法。
背景技术
打印机的液体喷射装置利用压电元件作为致动器将墨水喷出，液体喷射装置主要有以下二种类型，一种是通过压电元件和振动板部分构成与排出墨水的喷嘴连通的压力腔室，通过压电元件和振动板的变形，使得压力腔室的体积发生变化，从而将压力腔室中的墨水从喷嘴喷出。因为需要压力腔室的体积变化，所以需要压电元件和振动板的变形很大，同时压力腔室的侧壁需要很好的强度和韧性，为了获得所需大小的喷出墨滴，压电元件应具有一定的面积才能保证所需要的变形量，压力腔室的侧壁也需要很好的强度和韧性，从而难以实现喷嘴的高密度排列。
图1为现有技术中的液体喷射装置的结构示意图；如图1所示，第二种是将压电元件和振动板以桥式梁的形式设置在压力腔室内，该结构优点在于桥中间部分不受衬底的制约，桥式梁的变形量远远大于四周固定的压电振动板，能更有效的驱动更多液体从喷嘴中喷出，从而提高喷头的工作效率。第二种液体喷射装置的制造方法为：先在基板101上采用蚀刻法或者激光法形成喷孔102和压力室103，接着用树脂填充压力室103，再在压力腔室103上方依次形成桥式梁104、下电极105、压电膜106和上电极107，然后去除树脂释放桥式梁结构，最后粘结边框108形成储液室109。
但是，采用蚀刻法形成压力室103时，很难控制蚀刻方向只沿垂直方向而不沿水平方向，这样蚀刻越深，蚀刻图形与设计图形的偏差越大，导致液体喷射装置的产品尺寸较大、打印分辨率较低。
发明内容
本发明提供一种液体喷射装置及其制造方法，用于解决现有技术中液体喷射装置制造方法，产品尺寸偏差大、产品尺寸较大、打印分辨率较低的技术缺陷。
本发明提供的一种液体喷射装置制造方法，包括：
基板内设置闭式框结构的掺杂层，所述基板上表面与所述掺杂层上表面平齐；
基板表面形成弹性膜；
所述弹性膜上开设通透至所述基板表面的缝隙；
通过所述缝隙在所述基板上的掺杂层内刻蚀形成凹槽；其中，所述弹性膜悬设在所述凹槽上，所述弹性膜能产生弹性变形。
本发明还提供一种液体喷射装置，该液体喷射装置是用上述的液体喷射装置制造方法制造的。
本发明提供的液体喷射装置及其制造方法，在基板内设置杂质层，可以防止腐蚀液过多腐蚀基板，控制凹槽的大小，减小液体喷射装置的产品尺寸，提高打印分辨率。并且，通过在基板上的弹性膜上开设缝隙，通过缝隙将基板蚀刻出凹槽，弹性膜悬设在所述凹槽上，本发明先形成弹性膜，不需要通过树脂填充压力室，也不需要高温煅烧，因而能够保证弹性膜的加工精度，不会产生弯曲变形，能够提高产品质量。
附图说明
图1为现有技术中的液体喷射装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种液体喷射装置制造方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的另一种液体喷射装置制造方法的流程图；
图4为图3中步骤500的一种具体实施方式的流程图；
图5A-图5G为本发明一种实施例的液体喷射装置制造方法的产品制造流程的结构主视图；
图5A’-图5G’为图5A-图5G对应的结构左视图；
图6为本发明实施例制造的液体喷射装置的结构示意图；
图7本发明另一实施例形成凹槽后的主视图；
图8为本发明另一实施例制造的液体喷射装置的结构示意图。
具体实施方式
图2为本发明实施例提供的一种液体喷射装置制造方法的流程图，图5A-图5G为本发明一种实施例的液体喷射装置制造方法的产品制造流程的结构主视图；图5A’-图5G’为本发明另一种实施例的液体喷射装置制造方法的产品制造流程的结构左视图；图6为本发明实施例的方法制造的液体喷射装置的结构示意图。如图2所示，本实施例提供一种液体喷射装置制造方法，包括：
步骤100，基板内设置掺杂层，所述基板上表面与所述掺杂层上表面平齐。
如图5A和5A’所示，掺杂层11可以为矩形闭式框结构，掺杂层11的上表面与基板1的上表面平行，掺杂层11内的杂质元素可以为N（氮）、P（磷）、B（硼）等元素。
步骤200，基板表面形成弹性膜。
具体地，如图5B和5B’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，在基板1上形成弹性膜2；基板1可以为硅基板，弹性膜2的材料可以为SiO2或Si3N4，弹性膜2可以为SiO2层或Si3N4层，或者弹性膜2也可以SiO2层和Si3N4层层叠结构。
步骤300，所述弹性膜上开设通透至所述基板表面的缝隙。
弹性膜2可以为矩形片结构，缝隙2可以为沿弹性膜2长度方向开设的一个条形槽，该缝隙用于通过腐蚀液，便于下一步对基板1进行蚀刻。如图5D和图5D’所示，优选地，缝隙4为沿弹性膜2宽度方向左右对称且沿所述弹性膜长度方向开设的第一条形槽，设置两条对称的缝隙4，缝隙4位于矩形闭式框结构11内，其可以使腐蚀液通过来刻蚀基板1。
步骤400，通过所述缝隙在所述基板上刻蚀形成凹槽；其中，所述弹性膜悬设在所述凹槽上，所述弹性膜能产生弹性变形。
步骤400还可以包括：步骤401，在所述基板外部涂覆保护膜；
如图5F和5F’所示，为了避免基板1的其他部位受到腐蚀液的蚀刻，可以在除弹性膜2外的基板1的外表面涂覆耐腐蚀的保护膜5，保护膜5的材料可以为耐酸碱的橡胶类树脂。
步骤402，通过EDP或TMAH腐蚀液向所述缝隙内蚀刻所述基板，在所述弹性膜下方形成所述凹槽。
如图5F和5F’所示，凹槽6的宽度可以大于弹性膜2的宽度，凹槽6的长度小于弹性膜2的长度，弹性膜2跨设在凹槽6上，形成桥式结构，实际应用中，可以将压电元件设置在弹性膜2上表面。
图3为本发明实施例提供的另一种液体喷射装置制造方法的流程图；图4为图3中步骤500的一种具体实施方式的流程图。
如图3所示，进一步地，步骤200,所述基板表面形成弹性膜之后还包括：步骤500，所述弹性膜表面上形成压电元件。
步骤500，所述弹性膜表面上形成压电元件可以包括：
步骤501，通过电子束蒸镀或溅射法在所述弹性膜上形成下电极层；
步骤502，在所述下电极上形成压电体层；
步骤503，通过电子束蒸镀法或溅射法在所述压电体层上形成上电极层。
如图5C和5C’所示，在弹性膜2的上表面形成有压电元件3，具体地，依次形成有下电极层3a、压电体层3b和上电极层3c。下电极层3a、压电体层3b和上电极层3c形成层叠结构，下电极层3a、压电体层3b和上电极层3c的长度相等且小于弹性膜2的长度，下电极层3a、压电体层3b和上电极层3c的宽度分别相等且小于弹性膜2的宽度。下电极层3a可以为钛（Ti）层、铂金(Pt)层或多个钛层叠加层；压电体层3b可以为锆钛酸铅层；上电层3c可以为铂金（Pt）层或黄金层。
如图5G和5G’所示，在步骤400完成之后，可以去除保护膜5，形成弹性膜2的桥式梁结构。
如图6所示，最后，可以在基板1上形成供墨通道7、公共腔室8和压力腔室9，在压力腔室8的外壁上形成喷嘴10，完成液体喷射装置的制造流程。
本实施例提供的液体喷射装置制造方法，在基板内设置杂质层，可以防止腐蚀液过多腐蚀基板，控制凹槽的大小，减小液体喷射装置的产品尺寸，提高打印分辨率。并且，通过在基板上的弹性膜上开设缝隙，通过缝隙将基板蚀刻出凹槽，弹性膜悬设在所述凹槽上，本发明先形成弹性膜，不需要通过树脂填充压力室，也不需要高温煅烧，因而能够保证弹性膜的加工精度，不会产生弯曲变形，能够提高产品质量。
图7本发明另一实施例形成凹槽后的主视图；图8为本发明另一实施例制造的液体喷射装置的结构示意图。
如图7所示，在本发明第二实施例的基础上，在步骤300中，弹性膜2上开设通透至基板1表面的缝隙还包括沿所述弹性膜2宽度方向开设的第二条形槽4’，该第二条形槽4’两端与左右对称的第一条形槽端部连接,形成悬臂梁结构。
最终制成的具有悬臂梁的液体喷射装置如图8所示。
本发明还提供一种液体喷射装置，该该液体喷射装置是用上述实施例提供的液体喷射装置制造方法制造的。
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 (12)
1.一种液体喷射装置制造方法，其特征在于，包括：
基板内设置掺杂层，所述基板上表面与所述掺杂层上表面平齐；
基板表面形成弹性膜；
所述弹性膜上开设通透至所述基板表面的缝隙；
通过所述缝隙在所述基板上的掺杂层内刻蚀形成凹槽；其中，所述弹性膜悬设在所述凹槽上，所述弹性膜在外力作用下能产生弹性变形。
2.根据权利要求1所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，所述基板表面形成弹性膜具体为，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弹性膜；所述弹性膜的材料为SiO2或Si3N4。
3.根据权利要求1所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，所述基板表面形成弹性膜之后还包括：所述弹性膜表面上形成压电元件。
4.根据权利要求3所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，所述弹性膜表面上形成压电元件包括：
通过电子束蒸镀或溅射法在所述弹性膜上形成下电极层；
在所述下电极上形成压电体层；
通过电子束蒸镀法或溅射法在所述压电体层上形成上电极层。
5.根据权利要求4所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，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；所述上电层为铂金层或黄金层。
6.根据权利要求1-5任一所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，所述弹性膜为矩形片结构，所述缝隙为沿所述压电元件左右对称且沿所述弹性膜长度方向开设的第一条形槽。
7.根据权利要求6所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，所述缝隙还包括沿所述弹性膜宽度方向开设的第二条形槽，该第二条形槽两端与所述左右对称的第一条形槽端部连接。
8.根据权利要求1所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，所述通过所述缝隙在所述基板上刻蚀形成凹槽包括：
在所述基板外部涂覆保护膜；
通过EDP或TMAH腐蚀液向所述缝隙内蚀刻所述基板，在所述弹性膜下方形成所述凹槽。
9.根据权利要求8所述的液体喷射装置的基板的制造方法，其特征在于，所述凹槽的宽度大于所述弹性膜的宽度，所述凹槽的长度小于所述弹性膜的长度，所述弹性膜相对于所述凹槽形成桥式结构。
10.根据权利要求8所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，所述保护膜的材料为耐酸碱的橡胶类树脂。
11.根据权利要求6所述的液体喷射装置制造方法，其特征在于，所述通过所述缝隙在所述基板上刻蚀形成凹槽之后还包括：
在所述基板上形成供墨通道、公共腔室和压力腔室，在所述压力腔室的外壁上形成喷嘴。
12.一种液体喷射装置，其特征在于，该液体喷射装置是用权利要求1至11中任一项所述的液体喷射装置制造方法制造的。
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