CN110240112A - 薄膜驱动结构、薄膜驱动结构的制造方法及喷墨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜驱动结构，包括：具有多个流体通道的基底；位于所述基底上的薄膜层，所述薄膜层的位于所述流体通道上的部分凸起，以形成与所述流体通道连通的压力腔；位于所述薄膜层的避开所述流体通道的部分上的支撑壁。本发明也公开了一种薄膜驱动结构的制造方法。本发明还公开了一种包括上述薄膜驱动结构的喷墨装置。通过本发明的薄膜驱动结构的制造方法所制出的薄膜驱动结构，压力腔与悬空薄膜是一个整体，大大提高了制造精度，且工艺简单、成本较低，可适用于薄膜驱动结构的批量化生产。

Description

薄膜驱动结构、薄膜驱动结构的制造方法及喷墨装置

技术领域

本发明涉及一种驱动器件设计技术领域，具体地，涉及一种薄膜驱动结构、薄膜驱动结构的制造方法及喷墨装置。

背景技术

目前业界常用的实现薄膜驱动结构的方法有两种：

1、采用封装贴膜实现的结构及方法

如图1所示，通过光刻的方式在基底上形成压力腔的外形及流体通道，再将通过旋涂、固化、剥离得到的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜通过封装的方式粘贴到压力腔腔体的顶部。其中压力腔墙体与流体通道为同一种材料，且悬空薄膜全部覆盖在压力腔墙体的顶部。此项技术的缺点是：

(1)聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜厚度不能太小(＞100um)，否则封装与粘贴过程中易受损坏。

(2)聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜贴附于墙体顶部时，聚二甲基硅氧烷(PDMS)的黏附均匀性以及粘着力的大小会存在偏差。

2、采用MEMS(微机电系统)键合工艺实现的结构及方法

如图2所示，通过两片晶圆的键合形成。首先在晶圆1两侧沉积一层1um氮化硅，再将背面进行光刻，反应离子刻蚀得到压力腔上半部分刻蚀图像，以氮化硅作为掩膜，通过KOH刻蚀得到压力腔上半部分结构；然后在晶圆2上，通过光刻和刻蚀得到流体通道，同时也是压力腔的下半部分结构；最后通过对位键合的方式将两片晶圆键合在一起，得到弯折的悬空薄膜与压力腔结构。此项技术的缺点是：

(1)两片晶圆在键合过程中容易产生对位偏差，键合胶的均匀性以及粘着力大小会产生偏差。

(2)采用此方法制备的驱动器件整体尺寸偏大，且工艺繁琐、成本较高。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种工艺简单、可批量生产的薄膜驱动结构、薄膜驱动结构的制造方法及喷墨装置。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种薄膜驱动结构，包括：

具有多个流体通道的基底；

位于所述基底上的薄膜层，所述薄膜层的位于所述流体通道上的部分凸起，以形成与所述流体通道连通的压力腔；

位于所述薄膜层的避开所述流体通道的部分上的支撑壁。

进一步地，所述薄膜层采用氧化硅或氮化硅制成。

进一步地，所述支撑壁采用光刻胶制成。

进一步地，所述流体通道的横截面为100um×40um的矩形。

进一步地，所述压力腔的横截面为直径不大于160um的圆形或长边不大于160um的矩形，所述压力腔的深度不大于10um。

进一步地，所述薄膜层的厚度不大于6um。

根据本发明的另一方面，也提供了一种薄膜驱动结构的制造方法，包括：

在基底上形成间隔设置的多个牺牲层；

在所述基底和所述牺牲层上形成薄膜层；

在所述基底上的薄膜层上形成支撑壁；

在所述基底中形成多个流体通道，所述流体通道与所述牺牲层相对；

将所述牺牲层去除，以形成与所述流体通道连通的压力腔。

进一步地，所述在所述基底上的薄膜层上形成支撑壁的具体方法包括：

在所述薄膜层上形成支撑层；

采用光刻的方式将位于所述牺牲层上的支撑层去除，形成支撑壁。

根据本发明的另一方面，还提供了一种喷墨装置，包括上述的薄膜驱动结构。

本发明的有益效果：通过本发明的薄膜驱动结构的制造方法所制出的薄膜驱动结构，压力腔与悬空薄膜是一个整体，相对传统的制造方法而言，大大提高了制造精度，且该制造方法工艺简单、成本较低，可适用于薄膜驱动结构的批量化生产。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是采用现有的一种方法制得的薄膜驱动结构；

图2是采用现有的另一种方法制得的薄膜驱动结构；

图3是根据本发明的实施例的薄膜驱动结构的结构示意图；

图4a至图4f是根据本发明的实施例的薄膜驱动结构的制造过程的示意图；

图5是根据本发明的实施例的薄膜驱动结构的制造方法的流程示意图；

图6是根据本发明的实施例的步骤S300的流程示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

图3是根据本发明的实施例的薄膜驱动结构的结构示意图。

参照图3，根据本发明的实施例的薄膜驱动结构包括：基底10、薄膜层30、支撑壁41、流体通道11及压力腔50。可以理解的是，本发明并不限制于此，根据本发明的实施例的薄膜驱动结构还可以包括其它必要的部件。

具体地，基底10具有多个流体通道11。薄膜层30位于基底10上，薄膜层30的位于流体通道11上的部分凸起，以形成与流体通道11连通的压力腔50，薄膜层30为压力腔50的腔壁和腔顶。相邻的压力腔与压力腔之间在薄膜层30上形成空隙。支撑壁41位于薄膜层30的避开流体通道11的部分上，即填充于相邻的压力腔之间的空隙之中。支撑壁41为压力腔50的墙壁。

优选地，流体通道的横截面为100um×40um的矩形。但可以理解的是，本发明并不限制于此，流体通道还可以按照实际应用的需求进行设计。

优选地，压力腔的横截面为直径不大于160um的圆形或长边不大于160um的矩形。并且压力腔的深度不大于10um。

优选地，薄膜层30采用无机非金属材料制成。优选地，可选用氧化硅或氮化硅，但本发明并不限制于此，还可以选用其它合适的材料制成薄膜层30。选用无机非金属材料制成的薄膜层30弹性模量较小且耐腐蚀性强，而且薄膜层30的厚度不大于6um，即薄膜层30的厚度可达到10um以下。传统的采用封装贴膜实现的结构的薄膜厚度需大于100um，相对于传统的采用封装贴膜实现的结构，本发明的实施例的薄膜层30的厚度可达到10um以下，对薄膜层30的厚度要求较小，在生产过程中薄膜层30不易损坏。

优选地，支撑壁41采用有机材料制成。优选地，可选用高分子化合物或氟化物。作为本发明的一种实施方式，支撑壁41优选采用U-8光刻胶，但本发明并不限制于此，还可以选用其它合适的材料制成支撑壁41。选用有机材料制成的支撑壁41的表面不会形成凹槽，不会造成污染物的累积，且耐腐蚀、坚固及不易损坏。

图4a至图4f是根据本发明的实施例的薄膜驱动结构的制造过程的示意图。图5是根据本发明的实施例的薄膜驱动结构的制造方法的流程示意图。

参照图4a至图4f、图5，在本实施例中，根据不同的需求，图5所示的流程图中的步骤的执行顺序可以改变，某些步骤可以省略。根据本发明的实施例的薄膜驱动结构的制造方法包括步骤：

S100、在基底10上形成间隔设置的多个牺牲层20；

具体地，参照图4a，通过光刻的方式将牺牲材料形成压力腔50外形以形成间隔设置的多个牺牲层20。优选地，牺牲层20材料可选用无机牺牲材料，但本发明并不限制于此。

S200、在所述基底10和所述牺牲层20上形成薄膜层30；

具体地，参照图4b，在基底10和牺牲层20上沉积一层薄膜层30，薄膜层30将基底10和牺牲层20完成覆盖，包括牺牲层20的顶部及侧壁。由于牺牲层20的存在，薄膜层30上与牺牲层20对应的部分向上凸起，形成压力腔50的腔顶和腔壁。优选地，薄膜层30可选用无机非金属材料，如氮化硅或氧化硅，但本发明并不限制于此。

S300、参照图4c、图4d，在所述基底10上的薄膜层30上形成支撑壁41；

具体地，由于牺牲层20的存在，薄膜层30的部分向上凸起，相邻凸起之间存在间隙，在间隙中形成支撑壁41，形成压力腔的墙壁。优选地，支撑壁41可选用有机材料制成，如高分子化合物或氟化物。优选地，支撑壁41选用SU-8光刻胶制成，但本发明并不限制于此。

S400、在所述基底10中形成多个流体通道11，所述流体通道11与所述牺牲层20相对；

具体地，参照图4e，通过干法刻蚀的方式在基底10中形成多个贯穿基底10的流体通道11，流体通道11与牺牲层20相对。

S500、将所述牺牲层20去除，以形成与所述流体通道11连通的压力腔50。

具体地，参照图4f，通过湿法刻蚀的方式将牺牲层20去除，以形成压力腔50。压力腔50与流体通道11连通。

在本发明的实施例的薄膜驱动结构的制造方法中采用了表面牺牲层技术制成压力腔。表面牺牲层技术是指在形成微机械结构的空腔或可获得的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用牺牲层材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将牺牲层材料去除，得到空腔或微结构件的技术。利用表面牺牲层技术，在基底10上形成具有压力腔形状的牺牲层30。从而使沉积在基底20与牺牲层30上的薄膜层30在与牺牲层30相对应的部分向上凸起形成压力腔50的腔顶和腔壁。然后通过覆盖一层支撑层40，填充薄膜层30上凸起与凸起之间的空隙及凸起顶部，形成一层表面平整的支撑层40。去除凸起顶部的支撑层40，露出凸起顶部的薄膜层30部分，形成悬空薄膜，制得的压力腔50与薄膜层20为一体结构，无需对位。相对于传统的制造方法，该实施例的制造方法工艺简单，可批量生产。

图6是根据本发明的实施例的步骤S300的流程示意图。

参照图6，根据本发明的一种优选的实施方式，步骤S300包括：

S310、在所述薄膜层30上形成支撑层40；

具体地，参照图4c，通过旋涂的方式将有机材料覆盖在薄膜层30上形成支撑层40，支撑层30将薄膜层40上的相邻凸起之间的空隙填充且覆盖凸起的顶部，以形成表面平整的支撑层40。

S320、采用光刻的方式将位于所述牺牲层20上的支撑层40去除，形成支撑壁41。

具体地，参照图4d，通过光刻的方式将位于牺牲层20顶部的支撑层40去除，形成相邻凸起之间的支撑壁41，露出牺牲层20顶部的薄膜层30。露出的薄膜层30在被施加电信号时发生形变，从而使压力腔50的压力发生变化，从而取动压力腔50内的液体流动。

本发明的薄膜驱动结构的制造方法，工艺简单，而且薄膜层与压力腔为整体，不需进行对位，故精确度较高，可用于薄膜驱动结构的批量化生产。

根据本发明的一种实施方式，还提供了一种包括上述的薄膜驱动结构的喷墨装置。可以理解的是，根据本发明的实施例的驱动器还可以包括其它必要的结构，如加热器等，本发明对此不作限制。

通过本发明的薄膜驱动结构的制造方法所制出的薄膜驱动结构，压力腔与悬空薄膜是一个整体，相对传统的制造方法而言，大大提高了制造精度，且该制造方法工艺简单、成本较低，可适用于薄膜驱动结构的批量化生产。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (9)

1.一种薄膜驱动结构，其特征在于，包括：

具有多个流体通道的基底；

位于所述基底上的薄膜层，所述薄膜层的位于所述流体通道上的部分凸起，以形成与所述流体通道连通的压力腔；

位于所述薄膜层的避开所述流体通道的部分上的支撑壁。

2.根据权利要求1所述的薄膜驱动结构，其特征在于，所述薄膜层采用氧化硅或氮化硅制成。

3.根据权利要求1所述的薄膜驱动结构，其特征在于，所述支撑壁采用光刻胶制成。

4.根据权利要求1所述的薄膜驱动结构，其特征在于，所述流体通道的横截面为100um×40um的矩形。

5.根据权利要求1所述的薄膜驱动结构，其特征在于，所述压力腔的横截面为直径不大于160um的圆形或长边不大于160um的矩形，所述压力腔的深度不大于10um。

6.根据权利要求1所述的薄膜驱动结构，其特征在于，所述薄膜层的厚度不大于6um。

7.一种薄膜驱动结构的制造方法，其特征在于，包括：

在基底上形成间隔设置的多个牺牲层；

在所述基底和所述牺牲层上形成薄膜层；

在所述基底上的薄膜层上形成支撑壁；

在所述基底中形成多个流体通道，所述流体通道与所述牺牲层相对；

将所述牺牲层去除，以形成与所述流体通道连通的压力腔。

8.根据权利要求7所述的薄膜驱动结构的制造方法，其特征在于，所述在所述基底上的薄膜层上形成支撑壁的具体方法包括：

在所述薄膜层上形成支撑层；

采用光刻的方式将位于所述牺牲层上的支撑层去除，形成支撑壁。

9.一种喷墨装置，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的薄膜驱动结构。