CN108883634B - 液滴沉积头 - Google Patents

液滴沉积头 Download PDF

Info

Publication number
CN108883634B
CN108883634B CN201680080523.9A CN201680080523A CN108883634B CN 108883634 B CN108883634 B CN 108883634B CN 201680080523 A CN201680080523 A CN 201680080523A CN 108883634 B CN108883634 B CN 108883634B
Authority
CN
China
Prior art keywords
insulating layer
layer
depositing
inorganic insulating
droplet deposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680080523.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108883634A (zh
Inventor
高松远
彼得·马迪洛维奇
约翰·菲利普·塔特姆
亚历山德鲁·卡扎库
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xaar Technology Ltd
Original Assignee
Xaar Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xaar Technology Ltd filed Critical Xaar Technology Ltd
Publication of CN108883634A publication Critical patent/CN108883634A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108883634B publication Critical patent/CN108883634B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
    • B41J2/04505—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits aiming at correcting alignment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
    • B41J2/04573—Timing; Delays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
    • B41J2/04581—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits controlling heads based on piezoelectric elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/1609—Production of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1642—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by CVD [chemical vapor deposition]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1645—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by spincoating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
    • B41J2002/14225—Finger type piezoelectric element on only one side of the chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10—Finger type piezoelectric elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

一种液滴沉积头，其具有连接到液滴喷嘴和流体储槽的流体腔室；以及压电致动器元件，其至少部分地通过上面具有电极的流体腔室壁形成，所述元件可响应于驱动电压移位以在所述腔室中产生压力，从而使流体液滴从所述腔室喷出通过所述喷嘴，其中所述电极配备有钝化涂层，其至少部分地包括层压制件，所述层压制件包括：最接近所述电极或接触所述电极的无机绝缘层以及位于所述无机绝缘层之上的有机绝缘层，其中所述绝缘层中的缺陷往往会在其间的界面处不对齐，且其中所述无机绝缘层具有小于或等于500nm的厚度且所述有机绝缘层具有小于3μm的厚度。

Description

液滴沉积头
本公开涉及一种液滴沉积头，其包括限定流体腔室的压电主体，其中所述流体腔室包含相比于类似的现有液滴沉积头中的那些具有改进的钝化涂层的电极。
本公开还涉及一种包含液滴沉积头的液滴沉积设备，以及一种用于制造液滴沉积头和液滴沉积设备的方法。
可通过液滴沉积头沉积多种替代流体。举例来说，液滴沉积头可喷出可朝向接收介质，如瓷砖或成型制品(例如罐、瓶子等)行进的墨水液滴，以形成图像，正如喷墨印刷应用(其中液滴沉积头可为喷墨打印头或更确切地说，按需滴墨喷墨打印头)中的情况。
替代地，流体液滴可用于构建结构，例如电学上活性的流体可沉积于如电路板的接收介质上以实现电气装置的原型设计。
在另一实例中，含有流体的聚合物或熔融的聚合物可沉积于连续层中以便产生物件的原型模型(正如3D打印中的情况)。
在又其它应用中，液滴沉积头可能适于使含有生物学或化学材料的溶液的液滴沉积于如微阵列的接收介质上。
适用于此类替代流体的液滴沉积头可能结构上与打印头一般类似，其中作出一些调适以处理特定相关流体。
如以下公开内容中所描述的液滴沉积头可为按需滴墨液滴沉积头。在此类头中，液滴喷出图案取决于提供给头的输入数据而改变。
按需滴墨头致动器包括经配置以作用于个别流体腔室从而实现液滴喷出的致动器元件。致动器元件可为例如热或压电元件。在各情形下，致动器材料通过电极处理以使得电阻器类型致动器元件快速加热(在热致动器元件的情况下)或机械变形(在压电致动器元件的情况下)。
可使用不同配置的压电致动器元件。一个配置使用由压电材料的连续薄片形成的致动器元件，其中锯切平行凹槽以形成纵向流体腔室。
提供“侧喷射”液滴沉积头的一个此类配置描述于EP 0 364 136 B1和其中的参考文献中且显示于图1中。
液滴沉积头(图1)包含多个并排布置在阵列中的流体腔室110。此阵列在图中从左到右延伸。流体腔室110中的每一个配备有喷嘴172，流体腔室110内含有的流体可以下文将描述的方式从喷嘴中喷出。流体腔室110中的每一个在腔室长度方向上为长形的，且与阵列方向垂直。
阵列内的相邻腔室110通过由压电材料(如锆钛酸铅(PZT)，然而可使用任何适合的压电材料)形成的腔室壁130分隔开。流体腔室110中的每一个的一个纵向侧面(至少部分地)通过喷嘴板170界定，所述喷嘴板提供腔室110中的每一个的喷嘴172。应了解，其它途径也可以实现以下：不需要单独喷嘴板170组件以便每个喷嘴172提供于燃烧腔室110中的对应一个的一个纵向侧面中。
流体腔室110中的每一个的另一相对纵向侧面(至少部分地)通过可例如大体上为平面的衬底180界定。在一些布置中，衬底180可与壁130中的每一个的一部分或所有成一体。因此(或另外)，衬底180可由压电材料形成。还应了解，内插层可提供在壁130与喷嘴板170之间；此内插层可例如提供喷嘴板的喷嘴172中的每一个的各别孔口。此类孔口可比喷嘴172宽，以使得流体在液滴喷射期间仅接触喷嘴172。
每个壁130配备有第一电极151和第二电极152。更详细地说，在喷嘴板170附着至壁130之前，例如同时在衬底180的表面上方且还在流体腔室的表面上方沉积导电材料的连续层。适当的电极材料可包含单独或组合使用的铜、镍和金。沉积可通过电镀工艺、无电极工艺(例如利用钯催化剂以提供具有完整性的层且改良对压电材料的粘着性)或通过物理气相沉积工艺进行。
随后，将激光束引导在包含衬底180和壁130的工件处。随后移动激光以使得其射束点影响工件沿着路径在腔室长度方向上衬底180的全长的壁130的顶部表面中心处移动。激光束沿着此路径使导电材料蒸发且此活动使得导电材料图案化且金属层分成单独电极，一个在壁130的各侧表面上，如图1中所示。
第一电极151安置于壁130的第一侧表面上，其面向相关壁130隔开的两个流体腔室110中的一个，而第二电极152安置于壁130的第二侧表面上，其与第一侧表面相对且面向相关壁130隔开的两个流体腔室110中的另一个。壁130的第一151和第二152电极经配置以向壁130施加驱动电压波形。每个壁130包含第一部分131和第二部分132，其中各别压电材料在彼此相反的方向上极化。第一部分131和第二部分132中的每一个的极化方向与阵列方向和腔室长度方向垂直。第一131和第二132部分通过由阵列方向和腔室长度方向限定的平面分隔开。
作为上述配置的结果，当通过第一151和第二152电极向壁130施加驱动电压波形时，壁130在人字形配置中变形，由此第一131和第二132部分在相反意义下以剪切模式变形，如图2中的短划线中所示。
此类变形在两个流体腔室110中的一个内造成流体压力提高。变形还造成两个流体腔室110中的另一个的压力相对降低。应了解，相反极性的驱动波形将在相反方向上造成壁130变形，因此在通过壁130分隔开的两个腔室110内对流体压力大体上具有相反作用。在压力量值超过一定水平的情况下，流体105的液滴可从腔室110的喷嘴172中喷出。壁130可通过驱动波形驱动以使得其变形，或者朝向两个流体腔室110中的一个其隔开且朝向另一个。因此，壁130可由驱动波形引起以围绕其未变形位置振荡(但应了解，此类循环变形决不为必不可少的：驱动波形可相反造成壁的非循环变形)。3循环燃烧流程展示于图2中，但多种其它燃烧流程是可能的。
当然应了解，人字形配置变形可用壁130和第一151和第二152驱动电极的不同配置实现。举例来说，壁的压电材料可大体上在仅一个方向(壁高度方向)上极化。第一151和第二152电极可经配置以使得其仅在此高度方向上壁130的高度的一部分上延伸(更确切地说，其可在此高度方向上壁130的高度的大体上相同部分上延伸)。
提供“末端喷射”液滴沉积头的另一此类配置描述于EP 1 885 561 B1和其中的参考文献中且显示于图3和4中。在此布置中，每个喷嘴272提供在燃烧腔室210的纵向端处。
图3(a)显示液滴沉积头200的分解透视图，如在图1的液滴沉积头中，其包含多个在压电材料(如锆钛酸铅(PZT)，然而可使用任何适合的压电材料)的基部281中形成的阵列中并排布置的流体腔室210。基部281中形成的凹槽包括前部部分，其中其相对较深以提供通过由基部281的压电材料形成的相对壁230分隔开的长形流体腔室210。后部部分中的凹槽相对较浅以为连接轨道提供位置。
在形成凹槽之后，如上文所描述金属化电镀沉积于前部部分中，在每个凹槽的前部部分中的壁的侧表面上提供电极251和252。在凹槽的后部部分中，金属化电镀为流体腔室210提供连接到电极251-252的导电轨道255a、256a。
基部281如图3(a)中所示安装在电路板282上且将基部281上的导电轨道255a、256a连接到电路板282上的导电轨道255b、256b进行接合电线连接。这些轨道255、256可使驱动电极151、152电连接到基底或电压信号。
在组装到基部281期间接合的盖板275显示于其组装位置之上。邻近于与其组装位置间隔开的基部281还显示喷嘴板270。
在组装的液滴沉积头200中，在图3b)中，覆盖层275通过接合到壁130的顶部固持，由此形成在盖板275中的窗276一端处具有入口的多个闭合长形流体腔室210，其为补充流体的供应提供歧管。喷嘴板270例如通过接合在流体腔室210的另一端处附着。喷嘴272可例如通过UV准分子激光烧蚀形成于与每个流体腔室对应的喷嘴板270中的位置处。喷嘴272因此各自提供在流体腔室210中的对应一个的纵向端处。
在液滴沉积头200使用期间，经由盖板275中的窗276将流体抽入流体腔室210中。
图4为通过液滴沉积头200的横截面的腔室长度方向上的平面图。流体腔室210中的每一个配备有液滴喷射和壁230的喷嘴272，其可通过经配置以向由此变形的壁230施加驱动波形的第一电极251和第二电极252致动以使得液滴喷射。腔室壁230中的每一个的压电材料一般仅在与阵列方向垂直的一个方向上极化。
如从图中的虚线可见，驱动波形朝向其隔开的两个流体腔室210中的一个以剪切模式使得壁230变形。一般定向在阵列方向上的电场在电极251、252延伸于其上的壁的高度的部分上方一般最强。此使得壁230的部分以剪切模式变形；然而，壁的此部分还向与其连接的壁的部分(壁的底部)施加机械力，用其“拉动”所述部分。此使得壁230在人字形配置中变形，与上文已描述的那些具有类似作用。当然应了解，人字形配置变形可用壁230和第一251和第二252驱动电极的不同配置实现。举例来说，壁中的每一个可能包含在彼此相反的方向上极化的第一部分和第二部分，其中电极在如上文已描述的壁的整个高度上方延伸。应了解，液滴沉积头200可与上文针对液滴沉积头100所描述大体上相同的方式操作。
这些液滴沉积头中的金属电极与流体直接接触且因此易受电解和气泡形成或腐蚀影响。对于尤其流体为水性的液滴沉积头，此可导致电极分层和/或较短使用寿命。
因此，钝化涂层通常提供于电极上和与流体接触的压电陶瓷主体的表面上，尤其每个腔室的腔室壁上。
一般来说，钝化涂层包括可在足够低温度下沉积的流体屏障材料的单个或多个绝缘层以避免压电陶瓷主体的去极化和较高程度的表面保形性。
流体屏障材料可为有机材料且尤其有机聚合物，如聚对二甲苯，但其还可为无机材料，如非晶硅氮化物或氧化物。
举例来说，EP 1 885 561 B1中所公开的液滴沉积头在包括单层聚对二甲苯的金属电极上包含钝化涂层。
EP 0 719 213 B1公开一种用于钝化喷墨打印头中的流体腔室壁和电极的方法，如EP 0 364 136 B1中所描述。所述方法采用一个或多个无机层的较低温度气相沉积，其据称当通过达到其化学成分的均匀分布使蒸气均质化时提供更快且甚至更高钝化。
然而，对钝化涂层的较低温度沉积的需求仍存在的一个问题为流体腔室壁和/或电极表面上的涂布量存在显著变化。
涂布量的变化部分地由腔室的几何结构产生，其往往会产生相对较高纵横比(例如深度:宽度5:1或更高)且使这些表面部分相对不可进行气相沉积。较高纵横比还限制可用于提供有效钝化涂层的材料选择。
现有钝化涂层相比于金属电极相对较厚以便减少流体浸透的可能性。此具有限制腔室宽度(例如65μm)的作用以及有效利用液滴沉积头内的空间。
然而，涂布量的显著变化保留且当操作液滴沉积头时，流体(尤其如果为水性的)通常又能够渗透涂层且腐蚀电极。
因为液滴沉积头的制造可在聚对二甲苯钝化涂层已施加到压电陶瓷主体的腔室壁和/或电极之后提供喷嘴板中的液滴喷出喷嘴的切割，产生另一问题。
切割使用激光，例如超紫色激光束，其往往会烧蚀聚对二甲苯涂层。此可在聚对二甲苯涂层中产生孔口，因此加重流体浸透且限制液滴沉积头寿命的问题。
产生另一问题，因为钝化涂层的材料可能因某些流体，尤其水性流体和具有较高(例如9.0或更高)或较低pH(例如4.0或更低)的那些而受损。此还加重流体浸透和限制液滴沉积头寿命的问题。
因此，流体浸透的问题不会令人满意地通过包括相对较厚单个有机材料绝缘层的钝化涂层或甚至包括多个通过气相沉积沉积的无机材料的绝缘层的钝化涂层来解决。
本发明人现在提供一种包括改进的钝化涂层的液滴沉积头，其基于无机材料的绝缘层和已通过两种不同较低温度技术(例如在低于150℃)沉积的有机材料的绝缘层。
尽管使用较低温度技术往往会产生绝缘层中的更高密度缺陷，针对每个绝缘层使用不同材料和不同较低温度技术意味着缺陷并不在层之间的界面处对齐。
因此，相比于包括单个有机材料绝缘层的涂层或包括多个通过气相沉积沉积的无机材料的绝缘层的涂层，钝化涂层为流体中的离子物质迁移到电极限定长得多的路径。
US 2001/0052752 A1公开一种包括通过不同较低温度技术沉积的一层氧化铝和一层聚对二甲苯的涂层。涂层包封有机发光二极管(OLED)以便保护其不会从环境进入水和氧。
Bülow H.G.等人在《纳米级研究通讯(Nanoscale Research Letters)》,2014,9,223中公开一种适用于OLED包封的涂层，其包括通过不同较低温度技术沉积的氧化铝和聚对二甲苯的多层。论述涂层的湿气阻隔特性。
这些公开内容不涉及液滴沉积头且并不教示或表明一种适用于对离子物质的场辅助浸透具有抗性的液滴沉积头中的电极的钝化的涂层。
US 8 240 819 B2公开一种用于喷墨打印头中的电极的涂层，其包括通过不同较低温度技术沉积的一层二氧化硅和一层聚对二甲苯。二氧化硅层据称在聚对二甲苯层的部分激光烧蚀之后保护电极不受腐蚀，限制条件为聚对二甲苯层具有至少3μm的厚度。
本发明人已发现，当操作液滴沉积头时，包括通过不同较低温度技术沉积于液滴沉积头中的电极上的无机材料绝缘层和有机材料绝缘层的钝化涂层可抵抗离子物质的场(例如约1Vμm-1)驱动迁移。
本发明人也已发现，钝化涂层可能相对较细且尤其包括有机材料绝缘层，其具有小于3μm的厚度。
因此，在第一方面中，本公开提供一种液滴沉积头，其具有连接到液滴喷嘴和流体储槽的流体腔室；以及压电致动器元件，其至少部分地通过上面具有电极的流体腔室壁形成，所述元件可响应于驱动电压移位以在腔室中产生压力，从而使流体液滴从腔室喷出通过喷嘴，其中电极配备有至少部分地包括层压制件的钝化涂层，所述层压制件包括最接近或接触电极的无机绝缘层以及位于无机绝缘层之上的有机绝缘层，其中绝缘层中的缺陷在其间的界面处不对齐且其中无机绝缘层具有小于或等于500nm的厚度且有机绝缘层具有小于3μm的厚度。
应注意，沉积头可具有多个流体腔室和多个压电致动器元件且每个压电致动器元件可部分地通过上面具有电极的腔室壁形成(参见例如图1)。因此，流体腔室可包括腔室壁，其为例如其上各自具有电极的相对壁。在这种情况下，流体腔室中的电极中的每一个可配备有钝化涂层。
在一个实施例中，无机绝缘层为已在低于150℃的温度下，尤其在120℃或更低的温度下，例如在110℃或更低的温度下通过原子层沉积(ALD)而沉积的层。
通过ALD沉积的无机绝缘层填满针孔且桥接下面的表面中的纳米级裂缝。通过此技术沉积于电极上或最接近电极的无机绝缘层相比于必须通过另一技术沉积的有机绝缘层不大可能产生缺陷。
有机绝缘层可为已在低于150℃的温度下，尤其在120℃或更低的温度下，例如在110℃或更低的温度下通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)而沉积的层。
然而，其还可为已通过除可采用这些温度的ALD外任何适合的技术沉积的层。适合的技术包含化学气相沉积，且尤其分子层沉积(MLD)。
无机绝缘层的适合的无机材料包括非晶金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物以及碳的同素异形体，如类金刚石碳(DLC)。
无机层的最佳厚度将取决于无机材料的精确性质和尤其无机绝缘层的所需击穿电压。
在一个实施例中，无机绝缘层包括非晶硅氮化物且具有20nm与500nm之间，例如50nm、100nm、200nm、300nm或400nm的厚度。
在另一实施例中，无机绝缘层包括非晶金属氧化物，尤其选自由以下组成的群组的非晶金属氧化物中的一种或多种：非晶形SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、MgO、Ta2O5和HfO2。
在这个实施例中，无机绝缘层可具有小于100nm，例如75nm、70nm、60nm、50nm、45nm或更小的厚度。
无机绝缘层可包括无机材料，其相比于SiO2(在相同频率下)的电容率具有较高相对电容率。相比于包括二氧化硅的无机绝缘层，较高κ材料通过降低感应电压抑制离子物质的场辅助扩散且提高无机绝缘层的击穿性能。
无机绝缘层可包括相比于Al2O3展现更宽pH抗性的无机材料。已发现，相比于一些其它金属氧化物，非晶形Al2O3更易受较高和较低pH影响。
相比于SiO2，氧化铪(HfO2)具有尤其较高的相对电容率，且已发现，相比于Al2O3，在类似层厚度下，在扩展的pH范围内具有极佳化学稳固性。
因此，在一个实施例中，无机绝缘层包括非晶形HfO2。在这个实施例中，HfO2层可具有大于或等于45nm且小于100nm的厚度。相比于更小厚度的HfO2层(22nm厚HfO2层，例如在一些位置处显示低到1.5MV/cm的不均匀击穿电压)，厚度为例如45nm的HfO2层的击穿电压较高(例如4.9MV/cm)且在整个层中为均匀的。
绝缘有机层可包括通过所选技术提供保形且均匀的绝缘有机层的任何适合的有机材料。其可尤其包括有机聚合物，尤其聚对二甲苯，例如聚对二甲苯N、C或D。
有机绝缘层的最佳厚度将取决于有机材料的性质。绝缘有机层可具有小于50nm的厚度，限制条件为所述层为连续层。然而，一般来说，其具有50nm与2.5μm之间，尤其50nm与2.0μm之间，例如1.5μm或1.2μm或1.0μm的厚度。
在一个实施例中，有机绝缘层包括通过PECVD在室温下沉积的聚对二甲苯C层且具有1.2μm或更小，例如1.0μm的厚度。在这个实施例中，无机绝缘层可尤其包括厚度45nm的HfO2层，但还可使用小于100nm的其它厚度。
在一些实施例中，无机绝缘层接触电极。在其它实施例中，钝化涂层进一步包括接触电极的缓冲层或晶种层且无机绝缘层提供于缓冲层或晶种层上。
缓冲层或晶种层包括绝缘材料，其相比于电极提供更平滑的表面以便确保无机绝缘层的更保形且均匀的沉积和充分粘着。
缓冲层或晶种层可尤其包括无机绝缘材料。其可包括上文所提及的非晶金属氧化物中的任一种且可在低于150℃的温度下，尤其在120℃或110℃或更低的温度下由ALD形成。
缓冲层或晶种层的厚度可显著小于无机绝缘层的厚度。缓冲层或晶种层可尤其为单层。其可具有2nm到20nm，例如15nm、10nm或5nm或更小的厚度。在一个实施例中，缓冲层或晶种层包括厚度10nm的非晶形Al2O3的绝缘层。
电极可尤其包括金属，如镍、银、铜或金；或金属合金，如镍铬合金。电极可具有1.0μm到5.0μm，例如4.5μm或3.0μm的厚度。
电极可为已经处理(例如通过O2等离子体)的电极以便促进第一无机绝缘层或晶种层或缓冲层的粘着。
在一个实施例中，电极包括镍(其可已具有由天然氧化形成的氧化镍的表面层)。
本公开还涵盖钝化涂层，其中层压制件包括多于一个无机绝缘层以及任选地多于一个有机绝缘层。
应注意，每个无机绝缘层具有小于或等于500nm的厚度且每个有机绝缘层具有小于3μm的厚度。
还应注意，每个无机绝缘层为已通过原子层沉积(ALD)在小于或等于150℃的温度下沉积的层且每个有机绝缘层为可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或多种适合的技术中的一种在小于或等于150℃的温度下沉积的层。
进一步注意，层压制件应具有无机绝缘层和有机绝缘层的配置，其为交替的，也就是说，大部分有机绝缘层包夹在无机绝缘层之间。
一种包括此类层压制件的钝化涂层提供相比于仅具有每个绝缘层中的一个的钝化涂层更长的路径以便离子物质迁移到电极。
在一些实施例中，层压制件包括两个、三个、四个或五个无机绝缘层和两个、三个、四个或五个有机绝缘层。
无机绝缘层可包括相同或不同的无机材料且有机绝缘层也可包括相同或不同的有机材料。
无机绝缘层可具有相同或不同厚度，且尤其上文所提及的厚度中的任一个都是相对于无机绝缘层。有机绝缘层也可具有相同或不同厚度，且尤其上文所提及的厚度中的任一个都是相对于有机绝缘层。
在一个实施例中，无机绝缘层提供于层压制件中作为顶部绝缘层。在这个实施例中，最上有机绝缘层可受保护而避免在制造液滴沉积头期间受激光烧蚀。
在另一实施例中，有机绝缘层提供于层压制件中作为顶部绝缘层。在这个实施例中，顶部有机绝缘层在制造液滴沉积头期间曝露(部分地)于激光烧蚀，但激光受损钝化涂层又提供相比于包括一个无机绝缘层和一个有机绝缘层的激光受损钝化涂层更长的路径以便离子物质迁移到电极。
在这些实施例中，无机绝缘层中的每一个可包括非晶形HfO2且具有45nm的厚度，且有机绝缘层中的每一个可包括聚对二甲苯C且具有1.5μm或更小，例如1.2μm或1.0μm的厚度。
在一些实施例中，一个或多个无机绝缘层为已形成或经处理以促进有机绝缘层粘着的层。
一个或多个无机绝缘层可尤其为已由无机材料的混合物，如上文所提及的金属氧化物形成的层，和/或已用在层的厚度方向上的组合物梯度形成的层。可选择混合物和/或梯度以使得其优化粘着到下部和/或上部有机绝缘层。
替代地，一个或多个无机绝缘层可为已通过化学气相沉积或由溶液在低于150℃的温度下，尤其在120℃或110℃或更低的温度下经硅烷(例如A-174)处理的层。已发现，相比于未经处理的HfO2层，聚对二甲苯C对已如此经处理的HfO2绝缘层具有更佳粘着性。
在一些实施例中，一个或多个有机绝缘层可为已经处理以促进粘着到无机层(通过例如曝露于O2等离子体)的层。
在一个实施例中，钝化涂层进一步包括无电极金属层。无电极金属层可提供于层压制件上和/或层压制件内作为能量耗散层，缓解用于在下面的有机绝缘层上切割喷嘴的激光束的作用。其还可提供以使得当操作液滴沉积头时涂层起作用(法拉弟(Faraday)缓冲层)以降低腔室中的电场。
无电极金属层可通过无电极电镀或通过不需要电流的任何其它合适的方法沉积(在小于或等于150℃的温度下)以形成金属沉积物(例如物理气相沉积工艺)。
无电极金属层可尤其包括无电镍、银、铜、金(单独或组合)或镍铬合金且具有高达5.0μm，例如2.0μm、1.0μm、0.5μm或更小的厚度。
在一个此类实施例中无电镍层提供于层压制件上且无电极金层提供于无电镍层上。
钝化涂层的整体厚度可尤其在0.2μm与10μm之间。举例来说，其在0.2μm与5.0μm之间。
在层压制件包括两个HfO2层和两个聚对二甲苯C层的层压制件的一个实施例中，钝化涂层的整体厚度可为小于2.5μm。此与液滴沉积头中的先前技术钝化涂层进行充分比较且能够更佳利用液滴沉积设备内的空间。
液滴沉积头可为喷墨打印头，尤其按需滴墨喷墨打印头。
在第二方面中，本公开提供一种用于制造液滴沉积头的方法，所述液滴沉积头具有连接到液滴喷嘴和流体储槽的流体腔室；以及压电致动器元件，其至少部分地通过上面具有电极的流体腔室壁形成，所述元件可响应于驱动电压移位以在腔室中产生压力，从而使流体液滴从腔室喷出通过喷嘴，其中所述方法包括通过在小于或等于150℃的温度下使用第一沉积技术使厚度小于或等于500nm的无机绝缘层沉积于电极上或上方且在小于150℃的温度下使用第二沉积技术(其为与第一沉积技术不同的技术)使厚度小于3μm的有机绝缘层沉积于无机绝缘层上来在电极上形成钝化涂层。
在一个实施例中，所述方法包括使用原子层沉积(ALD)在低于150℃，尤其120℃或110℃或更低的温度下沉积无机绝缘层。
在这个实施例中，所述方法可包括使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在低于150℃，尤其120℃或110℃或更低的温度下沉积有机绝缘层。
然而，其或者可包括通过任何其它合适的技术在这些温度下沉积有机绝缘层。
在一个实施例中，所述方法包括沉积氮化硅作为无机绝缘层直到20nm与500nm之间，例如50nm、100nm、200nm、300nm或400nm的厚度。
在另一实施例中，所述方法包括沉积非晶金属氧化物作为无机绝缘层直到小于100nm，例如80nm、70nm、60nm、50nm、45nm或更小的厚度。在这个实施例中，非晶金属氧化物可选自由以下组成的群组：SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、MgO、Ta2O5以及HfO2。
所述方法可尤其沉积金属氧化物，其相比于SiO2(在相同频率下)具有较高相对电容率。金属氧化物也可展现相比于氧化铝更宽的pH抗性。
因此，在一个实施例中，所述方法包括沉积包括非晶形Hf02.的无机绝缘层直到45nm与100nm之间的厚度。
所述方法可采用适用于通过所选技术形成有机绝缘层(其为均匀分布的保形层)的任何有机材料。其可尤其采用有机聚合物，如聚对二甲苯，例如聚对二甲苯N、C或D。
在一个实施例中，所述方法包括沉积包括聚对二甲苯C的有机绝缘层直到高达2.5μm，例如50nm与2.5μm之间，且尤其2.0μm、1.5μnm、1.2μm或1.0μm的厚度。
在一些实施例中，所述方法包括直接将无机绝缘层沉积到电极上。在其它实施例中，所述方法包括在沉积无机绝缘层之前将缓冲层或晶种层沉积到电极上。
所述方法可尤其包括使用原子层沉积(ALD)在低于150℃，例如120℃或110℃或更低的温度下沉积无机绝缘材料的缓冲层或晶种层。
所述方法可沉积上文所提及的非晶金属氧化物中的任一种作为缓冲层或晶种层且直到5nm到20nm，例如10nm的厚度。在一个实施例中，所述方法包括将包括非晶形Al2O3的缓冲层或晶种层沉积到10nm的厚度。
金属电极可尤其包括厚度1.0μm到5.0μm，例如4.5μm或3.0μm的铜、镍、银、金或镍铬合金层。
在一个实施例中，所述方法包括沉积多于一个无机绝缘层且任选地多于一个有机绝缘层。
应注意，所述方法将每个无机层沉积到小于或等于500nm的厚度且每个有机绝缘层小于3μm。
还应注意，所述方法可通过原子层沉积(ALD)在低于150℃的温度下沉积无机绝缘层中的每一个且通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或多种适合的技术中的一种在低于150℃的温度下沉积有机绝缘层中的每一个。
进一步注意，所述方法包括沉积绝缘层以使得无机绝缘层和有机绝缘层交替，也就是说，以使得至少一个有机绝缘层安置于两个无机绝缘层之间且接触两个无机绝缘层。
所述方法可尤其包括沉积两个、三个、四个或五个无机绝缘层和两个、三个、四个或五个有机绝缘层。
在一个此类实施例中，所述方法包括沉积无机绝缘层作为顶部绝缘层。在另一此类实施例中，所述方法包括沉积有机绝缘层作为顶部绝缘层。
所述方法可包括沉积包括相同或不同无机材料的无机绝缘层且沉积包括相同或不同有机材料的有机绝缘层。
所述方法可沉积具有相同或不同厚度的无机绝缘层和/或具有相同或不同厚度的有机绝缘层。
在这些实施例中，所述方法可包括沉积无机绝缘层中的每一个作为非晶形HfO2层且直到45nm的厚度，以及沉积有机绝缘层中的每一个作为聚对二甲苯C层直到1.0μm或1.2μm的厚度。
在一些实施例中，所述方法进一步包括形成一个或多个无机绝缘层，其如上文所提及的金属氧化物的无机材料的混合物和/或在层的厚度方向上的组合物梯度形成。可选择混合物和/或梯度以优化粘着到下部和/或上部有机绝缘层。
在其它实施例中，所述方法进一步包括在形成有机绝缘层之前处理一个或多个(例如所有)无机绝缘层以便促进有机绝缘层的粘着。
在这些实施例中，所述方法可包括通过化学气相沉积或由溶液在处于或低于150℃下，尤其处于或低于120℃或110℃的温度下用硅烷(例如A-174)处理一个或多个无机绝缘层。
在一些实施例中，所述方法进一步包括在形成有机绝缘层之前处理一个或多个有机绝缘层(例如所有)以促进无机绝缘层粘着。所述方法可例如包括用O2等离子体在低于150℃下，尤其处于或低于120℃或110℃的温度下处理一个或多个有机绝缘层。
在一些实施例中，所述方法进一步包括在低于150℃，例如120℃或110℃或更低的温度下通过无电极电镀或不需要电流的任何其它方法金属层以形成金属沉积物。
所述方法可在顶部绝缘层上或在无机与有机绝缘层之间沉积厚度高达5.0μm，例如2.0μm、1.0μm、0.5μm或更小的镍、银、铜、金(单独或组合)或镍铬合金层。举例来说，所述方法使无电极金属层沉积于无机绝缘层上。
所述方法可尤其包括使无电镍层沉积于顶部绝缘层上且使无电极金层沉积于无电镍层上。其也可包括使无电极金属层沉积于无机绝缘层(或有机绝缘层)上且使有机绝缘层(或无机绝缘层)沉积于无电极金属层上。
所述方法可提供喷墨打印头，尤其按需滴墨喷墨打印头。
在第三方面中，本公开提供一种包含根据第一方面的液滴沉积头的液滴沉积设备。
在第四方面中，本公开提供一种用于制造液滴沉积设备的方法，其包括制造根据第二方面的液滴沉积头。
在第五方面中，本公开提供了液滴沉积头中的用途，所述液滴沉积头具有连接到液滴喷嘴和流体储槽的流体腔室；以及压电致动器元件，其至少部分地通过上面具有电极的流体腔室壁形成，所述元件可响应于电压移位以在腔室中产生压力，从而使流体液滴从腔室喷出喷嘴，在包括层压制件的钝化涂层中提供最接近电极或接触电极的无机绝缘层且具有位于无机绝缘层之上的有机绝缘层，其中所述层在层之间的界面处大体上不含对齐缺陷且其中无机绝缘层具有小于或等于500nm的厚度且有机绝缘层具有小于3μm的厚度。
在第六方面中，本公开提供一种通过使钝化涂层沉积于流体腔室壁上来钝化主体压电陶瓷液滴沉积头的流体腔室壁的方法，其中所述方法包括使用第一沉积技术在不超过150℃的温度下使厚度小于100nm的无机绝缘层沉积于流体腔室壁上且使用第二沉积技术(其为与第一沉积技术不同的技术)在不超过150℃的温度下使厚度小于3μm的有机绝缘层沉积于无机绝缘层上。
本公开的第三、第四、第五和第六方面的实施例将由相对于第一和第二方面描述的那些显而易见。
现将参考实例和附图更详细描述实施例，其中：
图1显示液滴沉积头，其可通过钝化涂层适于根据一个实施例的液滴沉积头；
图2显示图1中示出的液滴沉积头中的循环燃烧；
图3(a)和(b)和图4显示另一液滴沉积头，其可通过钝化涂层适于根据另一实施例的液滴沉积头；
图5a)到c)显示根据本公开的若干实施例的钝化涂层；
图6a)到c)显示根据本公开的若干其它实施例的钝化涂层；
图7a)到c)显示根据本公开的其它实施例的钝化涂层；以及
图8a)和b)为绘制镍电极上不同厚度的单个HfO2层的电流电压反应的曲线图。
现参看图1到4，上文详细论述的两个液滴沉积头包括与流体接触的电极层且可通过施加相对于图5到8如下文所描述的钝化涂层适于根据本发明的液滴沉积头。
图5为显示根据本公开的三个实施例的液滴沉积头中的若干压电致动器元件(一般将其指定为10)的部件的示意图。
所述压电致动器元件包括镍电极12，其接触包括锆钛酸铅或其它合适的压电材料的压电陶瓷主体11。
压电致动器元件各自配备有钝化涂层(一般将其指定为13，其为非晶形)HfO2绝缘层14和聚对二甲苯C绝缘层15的层压制件。
每个层压制件的绝缘层交替以使得下绝缘层为接触电极12的HfO2层14且顶部绝缘层为曝露于墨水的HfO2层14。
交替的绝缘层数目取决于墨水浸透的最佳保护与可用空间的最佳利用之间的平衡。
图5a)显示两个HfO214和一个聚对二甲苯层15的层压制件，图5b)为四个HfO2层14和三个聚对二甲苯层15的层压制件，且图5c)为五个HfO2层14和四个聚对二甲苯层15的层压制件。
在所有这些层制品中，每个HfO2层14的厚度为45nm且聚对二甲苯层15的厚度可为1.0μm、1.2μm或1.5μm。
图6为显示根据本发明的三个其它实施例的喷墨打印头中的若干压电致动器元件(一般将其指定为10)的部件的示意图。
所述压电致动器元件包括镍电极12，其接触包括锆钛酸铅或其它合适的压电材料的压电陶瓷主体11。
压电致动器元件各自配备有钝化涂层(一般将其指定为13，其为非晶形)HfO2绝缘层14和聚对二甲苯C绝缘层15的层压制件。
每个层压制件的绝缘层交替以使得下绝缘层为接触电极12的HfO2层14且顶部绝缘层为曝露于如墨水的流体的聚对二甲苯层15。
交替的绝缘层数目取决于墨水浸透的最佳保护与可用空间的最佳利用之间的平衡。
图6a)显示一个HfO2层14和一个聚对二甲苯层15的层压制件，图6b)为两个HfO2层14和两个聚对二甲苯层15的层压制件，且图6c)为四个HfO2层14和四个聚对二甲苯层15的层压制件。
在所有这些层制品中，每个HfO2层14的厚度为45nm且聚对二甲苯层15的厚度可为1.0μm、1.2μm或1.5μm。
图7a)显示根据本公开的另一实施例的液滴沉积头中的压电致动器元件的部件。在这个实施例中，钝化涂层包括与图6中示出的那些类似的层压制件。然而，HfO2层14的数目为三个且聚对二甲苯层15的数目为三个。
在此部分中，顶部聚对二甲苯层15显示激光损伤，其使下面的HfO2层14曝露于墨水。然而，层压制件又提供延展路径以便离子物质迁移到电极12。
图7b)显示根据本公开的另一实施例的液滴沉积头中的压电致动器元件的部件。在这个实施例中，层压制件与图6b)中所示类似，但在顶部聚对二甲苯层15下包含无电镍层16。无电镍层16充当光阻挡层以保护下面的聚对二甲苯层在制造液滴沉积头时激光切割喷嘴板中的喷嘴期间不受激光烧蚀。
图7c)显示根据本公开的另一实施例的液滴沉积头中的压电致动器元件的部件。在这个实施例中，层压制件与图5b)中所示类似，但在顶部HfO2层14上包含无电镍层17。无电镍层17提供充当法拉弟缓冲层的层压制件，其在操作打印头时针对所产生的电场遮蔽流体腔室。
实例1
在通过无电极电镀沉积于锆钛酸铅衬底上的镍电极上制备两个HfO2层和两个聚对二甲苯C层(与图5b)类似)的层压制件。
衬底用通过氦-氧混合物(He 50sccm；O2 150sccm)的等离子体灰化(MetrolineM4L等离子体灰化器；PVA泰普拉(Tepla)美国)在400W和500mTorr下产生的氧等离子体预处理2分钟。
使用热原子安置系统(ALD-150LE，Kurt J.Lesker公司)，经由使衬底交替循环(362)曝露于(加热到110℃)四(乙基甲基)胺基铪(TDMAH，0.15，10秒)和水(0.06,20秒)来使45nm厚度的HfO2层形成于镍电极上。
使用化学气相沉积系统(YES 1224P，Yield工程改造系统公司)在110℃、0.8托腔室压力和5分钟曝露时间下将硅烷涂层(A-174)施加到HfO2层。
使用等离子体增强化学气相沉积系统(SCS
Figure GDA0001924885310000161
2，专门涂层系统公司(Speciality Coating Systems Inc.))，经由在25毫托腔室压力下的衬底曝露(在室温下)和通过聚对二甲苯C在690℃下蒸发获得的聚对二甲苯蒸气，使厚度约1.2μm的聚对二甲苯聚合物层形成于经涂布的HfO2层上。
使用与第一HfO2层相同的原子层沉积系统和工艺条件，使厚度45nm的第二HfO2层形成于聚对二甲苯层上。在对此HfO2层重复硅烷涂布工艺之后，使用与第一聚对二甲苯聚合物层相同的等离子体增强化学气相沉积系统和工艺条件，使厚度约1.2μm的第二聚对二甲苯聚合物层形成于第二HfO2层上。
在衬底上使用耦合到包括衬底和石墨相对电极的电化学电池的阻抗测量系统(吉时利微微电流计(Keithley Picoammeter)6487)进行电流电压测试(IVT)，其中经由直径10mm的O形环层压制件的部件曝露于MIMIC墨水(包括标称70v/v％水、水可混合共溶剂和1g/L电解质的水性模型流体)。
在0到60V范围内的施加电压下，层压制件的漏电流测定为小于2×10-9A，也就是说，比现有钝化涂层小至少一个数量级。
通过电阻抗光谱分析(EIS，Voltalab(RTM)PGZ402；电池包含工作电极、石墨相对电极和Ag/AgCl参考电极)，在比这些先前技术钝化涂层高至少一个数量级的低频(例如10- 1Hz到104Hz)下测定层压制件的阻抗。另外，阻抗在电流电压测试之前和之后相同。
实例2
通过前述电化学电池(三个O形环)检验通过原子层沉积在110℃下使用相同原子层沉积系统以不同厚度(22nm和45nm)形成于类似镍电极-锆钛酸铅衬底上的单个HfO2层的击穿电压。
如图8中可见，22nmHfO2层的IVT图(a)显示漏电流密度和击穿电压在每个曝露位置处不同且低到1.36MV/cm。这点和无法测量到超过50％的I-V归因于短路，表明层不均匀。
45nm HfO2层的IVT图(b)显示漏电流密度在每个曝露位置处相同且高达4.89MV/cm。45nm HfO2层为均匀的且具有对于形成墨水浸透阻挡层更适合的电特性。
本公开提供一种具有腔室壁和/或电极的改进的钝化涂层的液滴沉积头。
相比于先前技术液滴沉积头中采用的钝化涂层，多层钝化涂层对离子物质的场辅助浸透具有较高抗性且具有较小厚度。
多层钝化涂层可显示电极上的充分粘着性和其层之间的粘着性，其对于操作液滴沉积头时压电陶瓷主体变形引发的机械应力足够稳固。
液滴沉积头可与相比于目前使用的那些更多种流体一起使用。与目前使用的那些相比，流体可在更宽pH范围(3到10)内发现且具有更高离子传导性(相差两个数量级)。
本公开尤其提供一种喷墨打印头，其具有相比于先前技术喷墨打印头延长的使用寿命。
尽管已参考EP 0 364 136 B1和EP 1 885 561 B1描述实施例，但本文未描述的其它实施例也是可能的。液滴沉积头可例如具有不同于本文详细描述的那些的配置，且钝化涂层可包含除本文详细描述的那些外的无机材料和/或有机材料。
除非另外指示，否则提及值的特定范围(例如层厚度)包含提及的起始值和结束值。
进一步注意，所附权利要求书指出所要求的本发明的界限。所附权利要求书中提及具有压电致动器元件和流体腔室的液滴沉积头包含提及多个此类元件和腔室。另外，提及上面具有电极的流体腔室壁包含提及其上各自具有电极的两个流体腔室壁。

Claims (28)

1.一种液滴沉积头，其具有连接到液滴喷嘴和流体储槽的流体腔室；以及压电致动器元件，其至少部分地通过上面具有电极的流体腔室壁形成，所述元件能够响应于驱动电压移位以在所述腔室中产生压力，从而使流体液滴从所述腔室喷出通过所述喷嘴，其中所述电极配备有钝化涂层，其至少部分地包括层压制件，所述层压制件包括：最接近所述电极或接触所述电极的无机绝缘层以及位于所述无机绝缘层之上的有机绝缘层，其中所述绝缘层中的缺陷往往会在其间的界面处不对齐，且其中所述无机绝缘层具有小于或等于500nm的厚度且所述有机绝缘层具有小于3μm的厚度。
2.根据权利要求1所述的液滴沉积头，其中所述无机绝缘层具有小于或等于100nm的厚度且所述有机绝缘层具有小于或等于1.5μm的厚度。
3.根据权利要求1所述的液滴沉积头，其中所述层压制件包括多于一个无机绝缘层和多于一个有机绝缘层，且至少一个有机绝缘层安置于两个无机绝缘层之间。
4.根据权利要求3所述的液滴沉积头，其中所述层压制件包括两个无机绝缘层和两个有机绝缘层。
5.根据权利要求3所述的液滴沉积头，其中所述层压制件具有顶部绝缘层，其为有机绝缘层。
6.根据权利要求5所述的液滴沉积头，其中所述顶部绝缘层在其中包含孔口。
7.根据权利要求1或权利要求3所述的液滴沉积头，其中所述钝化涂层包含无电极金属层。
8.根据权利要求1或权利要求3所述的液滴沉积头，其中无机绝缘层具有大于二氧化硅的相对电容率。
9.根据权利要求1或权利要求3所述的液滴沉积头，其中无机绝缘层包括非晶形氧化铪。
10.根据权利要求1或权利要求3所述的液滴沉积头，其中所述有机绝缘层包括聚对二甲苯C。
11.根据权利要求1或权利要求3所述的液滴沉积头，其中所述钝化涂层包含提供于所述电极上的缓冲层或晶种层。
12.根据权利要求1所述的液滴沉积头，其为喷墨打印头。
13.一种用于制造液滴沉积头的方法，所述液滴沉积头具有连接到液滴喷嘴和流体储槽的流体腔室；以及压电致动器元件，其至少部分地通过上面具有电极的流体腔室壁形成，所述元件能够响应于驱动电压移位以在所述流体腔室中产生压力，从而使流体液滴从所述流体腔室喷出通过所述喷嘴，其中所述方法包括通过在小于或等于150℃的温度下使用第一沉积技术使厚度小于500nm的无机绝缘层沉积于电极上或上方且在小于或等于150℃的温度下使用第二沉积技术使厚度小于3μm的有机绝缘层沉积于所述无机绝缘层上来在所述电极上形成钝化涂层，所述第二沉积技术为与所述第一沉积技术不同的技术。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述无机绝缘层的沉积在等于或低于110℃的温度下采用原子层沉积。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述有机绝缘层的沉积在等于或低于110℃的温度下采用等离子体增强化学气相沉积。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述有机绝缘层的沉积包括沉积直到1.0μm或1.2μm或1.5μm的厚度。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述钝化涂层的形成包括沉积多于一个无机绝缘层和多于一个有机绝缘层以使得至少一个有机绝缘层安置于两个无机绝缘层之间。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述钝化涂层的形成包括沉积无机绝缘层作为顶部绝缘层。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述钝化涂层的形成包括沉积有机绝缘层作为顶部绝缘层。
20.根据权利要求13所述的方法，其中所述钝化涂层的形成包括使无电极金属层沉积。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述钝化涂层的形成包括使无电极金属层沉积于无机绝缘层上且使有机绝缘层沉积于所述无电极金属层上。
22.根据权利要求13所述的方法，其中无机绝缘层的沉积包括沉积相对电容率大于二氧化硅的无机材料。
23.根据权利要求22所述的方法，其中无机绝缘层的沉积包括沉积非晶形氧化铪。
24.根据权利要求13所述的方法，其中有机绝缘层的沉积包括沉积聚对二甲苯C。
25.根据权利要求13所述的方法，其中所述钝化涂层的形成包括使缓冲层或晶种层沉积到所述电极上。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述缓冲层或晶种层的沉积包括沉积非晶形氧化铝。
27.根据权利要求13所述的方法，其为用于制造喷墨打印头的方法。
28.一种液滴沉积设备，其包括根据权利要求1所述的液滴沉积头。
CN201680080523.9A 2016-01-28 2016-12-22 液滴沉积头 Active CN108883634B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662288287P 2016-01-28 2016-01-28
US62/288,287 2016-01-28
PCT/GB2016/054036 WO2017129933A1 (en) 2016-01-28 2016-12-22 Droplet deposition head

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108883634A CN108883634A (zh) 2018-11-23
CN108883634B true CN108883634B (zh) 2020-08-25

Family

ID=56369694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680080523.9A Active CN108883634B (zh) 2016-01-28 2016-12-22 液滴沉积头

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10583651B2 (zh)
JP (1) JP6921091B2 (zh)
CN (1) CN108883634B (zh)
GB (1) GB2546832B (zh)
WO (1) WO2017129933A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3676643A4 (en) * 2017-10-11 2021-04-28 Aalto University Foundation SR COATING AN OBJECT
DK3567619T3 (da) * 2018-05-08 2021-01-04 Abiomed Europe Gmbh Korrosionsresistent permanent magnet og intravaskulær blodpumpe omfattende magneten
CN114835207B (zh) * 2022-05-12 2023-06-06 中国科学院生态环境研究中心 一种用于缓解电絮凝中极板钝化的极板修饰方法及应用

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2502747A (en) * 1946-07-26 1950-04-04 Pierce Renewable Fuses Inc Electric fuse
GB8824014D0 (en) 1988-10-13 1988-11-23 Am Int High density multi-channel array electrically pulsed droplet deposition apparatus
JPH06238897A (ja) * 1993-02-19 1994-08-30 Citizen Watch Co Ltd インクジェットプリンターヘッド
GB9318985D0 (en) 1993-09-14 1993-10-27 Xaar Ltd Passivation of ceramic piezoelectric ink jet print heads
JP3120638B2 (ja) * 1993-10-01 2000-12-25 ブラザー工業株式会社 インク噴射装置
US6254819B1 (en) * 1999-07-16 2001-07-03 Eastman Kodak Company Forming channel members for ink jet printheads
JP4395931B2 (ja) * 1999-08-25 2010-01-13 ブラザー工業株式会社 インク噴射装置のノズルプレートの製造方法
US20010052752A1 (en) 2000-04-25 2001-12-20 Ghosh Amalkumar P. Thin film encapsulation of organic light emitting diode devices
JP2002160364A (ja) * 2000-11-27 2002-06-04 Seiko Instruments Inc インクジェットヘッド
US6926572B2 (en) 2002-01-25 2005-08-09 Electronics And Telecommunications Research Institute Flat panel display device and method of forming passivation film in the flat panel display device
JP4223247B2 (ja) 2002-08-12 2009-02-12 シャープ株式会社 有機絶縁膜の製造方法及びインクジェットヘッド
JP2004122684A (ja) * 2002-10-04 2004-04-22 Sharp Corp インクジェットヘッド及びその製造方法
GB0510991D0 (en) 2005-05-28 2005-07-06 Xaar Technology Ltd Method of printhead passivation
GB0602956D0 (en) * 2006-02-14 2006-03-29 Delphi Tech Inc Barrier coatings
WO2007093921A2 (en) * 2006-02-14 2007-08-23 Delphi Technologies, Inc. Barrier coatings for a piezoelectric device
JP4946499B2 (ja) * 2007-02-21 2012-06-06 コニカミノルタホールディングス株式会社 インクジェットヘッド
US8647722B2 (en) 2008-11-14 2014-02-11 Asm Japan K.K. Method of forming insulation film using plasma treatment cycles
JP4848028B2 (ja) * 2009-01-21 2011-12-28 東芝テック株式会社 インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法
JP2010214895A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Toshiba Tec Corp インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法
JP2012192629A (ja) * 2011-03-16 2012-10-11 Toshiba Tec Corp インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法
JP5708098B2 (ja) * 2011-03-18 2015-04-30 株式会社リコー 液体吐出ヘッド、液体吐出装置および画像形成装置
JP2013193447A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Toshiba Tec Corp インクジェットヘッド
JP5988936B2 (ja) * 2013-09-04 2016-09-07 富士フイルム株式会社 撥水膜、成膜方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置
KR102161692B1 (ko) 2013-12-06 2020-10-07 삼성디스플레이 주식회사 잉크젯 프린트 헤드 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
GB2546832B (en) 2018-04-18
GB2546832A (en) 2017-08-02
JP6921091B2 (ja) 2021-08-18
US20190030885A1 (en) 2019-01-31
CN108883634A (zh) 2018-11-23
US10583651B2 (en) 2020-03-10
WO2017129933A1 (en) 2017-08-03
JP2019508285A (ja) 2019-03-28
GB201608902D0 (en) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9168744B2 (en) Electromechanical transducer element, method of manufacturing the same, liquid droplet discharge head, and liquid droplet discharge device
KR100334997B1 (ko) 세라믹압전잉크분사프린트헤드의불활성화
JP6949966B2 (ja) 液滴吐出器
JP4848028B2 (ja) インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法
US9186894B2 (en) Droplet discharge head, image forming apparatus, polarization processing method of electromechanical transducer, and method of manufacturing droplet discharge head
JP5019020B2 (ja) 誘電体膜の製造方法及び圧電体素子の製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法
CN108883634B (zh) 液滴沉积头
JP4223247B2 (ja) 有機絶縁膜の製造方法及びインクジェットヘッド
TW200530048A (en) Micro-fluid ejection device having high resistance heater film
US9022533B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, piezoelectric element, and method for manufacturing piezoelectric element
US9333751B2 (en) Manufacturing method of inkjet head
JP2009233927A (ja) インクジェットヘッドの製造方法
JP2012192629A (ja) インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法
WO2018002648A1 (en) Poling of a piezoelectric thin film element in a preferred electric field driving direction
JP2007276384A (ja) インクジェットヘッド
JP6332735B2 (ja) 電気機械変換部材及びその製造方法、並びに、その電気機械変換部材を備える液滴吐出ヘッド及び画像形成装置
JP6221270B2 (ja) 電気−機械変換素子の製造装置、電気−機械変換素子の製造方法
US20130235125A1 (en) Inkjet head and methods for forming same
JP2008218917A (ja) 圧電アクチュエータの製造方法、圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッド
JP2004214275A (ja) 圧電素子
JP2006144090A (ja) スパッタリング方法、スパッタリング装置、圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッド
JP2013158994A (ja) 液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射装置
JP2015038938A (ja) 放電装置、分極処理方法、電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置
JP2003080718A (ja) 複合膜およびその製造方法ならびにこの複合膜を備えるインクジェットヘッド

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: Cambridge County, England

Patentee after: XAAR TECHNOLOGY Ltd.

Address before: Britain Camb

Patentee before: XAAR TECHNOLOGY Ltd.