CN110341312B - 一种压电喷头结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种压电喷头结构及其制造方法。该压电喷头结构包括至少一个压电基板单元和围封部件，其中，所述压电基板单元包括：压电基板，在该压电基板的一个主面上形成的沟道；以及在该沟道的至少侧壁上形成的驱动电极，所述围封部件对该沟道的至少一部分进行围封，所述围封部件与所述沟道的侧壁和底面围合成压力腔室，其中，在至少一个所述压电基板单元中，所述压电基板包含以直接键合而层叠设置的至少两个子压电基板，和/或，至少两个所述压电基板单元之间以直接键合而层叠设置，形成压力腔室阵列。根据本申请，避免用胶来实现压电基板层叠，从而提高工艺的操作性和可控性，降低制造成本，并且提高压电喷头结构的压电转换的效率。

Description

一种压电喷头结构及其制造方法

技术领域

本申请涉及喷墨打印机领域，尤其涉及一种压电喷头结构及其制造方法。

背景技术

无论是工业用途或是民用用途，喷墨机一直是非常普遍的产品。而喷墨机的关键器件是喷头。因为墨水种类的选择性比较自由、打印速度快、使用寿命长等优点，压电式喷头被广泛应用。

由于压电系数大等特性，压电陶瓷PZT(Pb(ZrTi)O₃)是压电喷头的首选材料。比如，许多压电喷头是用PZT基板加工而成的。PZT基板一般是把块状PZT切割成较厚的薄板，再经过减薄、抛光到所需要的厚度、平坦度和平滑度而成。

为了做成所需器件，往往需要对PZT基板进行进一步加工之后，再把两个或两个以上加工过的PZT基板层叠起来，形成复杂的3维结构。在PZT基板的层叠过程中，传统工艺中，往往需要用胶把PZT基板粘合起来，从而达到固定、密封的作用。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的发明人发现，PZT基板的胶粘合工艺比较复杂，不易控制。比如，需要先把胶均匀地涂到转印机器上，然后再把胶转印到具有沟槽的PZT基板的表面上，然后再将涂有胶的PZT基板和其它板对准、粘合。涂有胶的PZT基板的搬运本身就是一个比较困难的操作。而且，粘合过程中，在压力的作用下，胶会溢流到PZT基板表面的沟槽中，给沟槽形状造成一定的不可控性。另一方面，压电喷头对PZT基板粘合胶的要求非常苛刻。比如，用于PZT基板粘合的胶必须有足够的粘合强度、耐墨液侵蚀性、长期稳定性；而且，还需要胶有很高的刚性，以免造成过多的压电驱动能量的损失。事实上，可用于PZT基板粘合的胶种类很少，而且一般都造价昂贵。

本申请提供一种压电喷头结构及其制造方法，通过直接键合来实现压电基板的层叠，避免用胶来实现压电基板层叠，从而提高工艺的操作性和可控性，并且降低制造成本。这样的压电喷头结构，可以提高压电转换的效率，从而提高压电喷头的功能。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种压电喷头结构，包括至少一个压电基板单元和围封部件，其中，所述压电基板单元包括：

压电基板，在该压电基板的一个主面上形成的沟道；以及在该沟道的至少侧壁上形成的驱动电极，所述围封部件对该沟道的至少一部分进行围封，所述围封部件与所述沟道的侧壁和底面围合成压力腔室，其中，在至少一个所述压电基板单元中，所述压电基板包含以直接键合而层叠设置的至少两个子压电基板，和/或，至少两个所述压电基板单元之间以直接键合而层叠设置，形成压力腔室阵列。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述至少两个子压电基板的极化方向相同或相反。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，直接键合的部分的表面平滑度好于0.5nm。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，该沟道的所述侧壁沿着所述侧壁的厚度方向被极化，其中，所述侧壁的厚度方向与所述沟道延伸的方向和所述沟道的深度方向都垂直。

根据本申请实施例的另一个方面，提高一种压电喷头的制造方法，包括：

在压电基板一个主面上形成沟道；在该沟道的侧壁上形成驱动电极，其中，所述驱动电极和所述压电基板形成压电基板单元；以及使用围封部件对该沟道的至少一部分进行围封，所述围封部件与所述沟道的侧壁和底面围合成压力腔室，所述方法还包括：

将至少两个子压电基板以直接键合而层叠设置，形成至少一个所述压电基板；和/或将至少两个所述压电基板单元以直接键合而层叠设置，形成压力腔室阵列。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述至少两个子压电基板的极化方向相同或相反。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述方法还包括：在对至少两个所述子压电基板进行直接键合之前，对至少两个所述子压电基板的层叠部分的表面进行平滑化加工；和/或在对至少两个所述压电基板单元进行直接键合之前，对至少两个所述压电基板单元的层叠部分的表面进行平滑化加工。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，直接键合的部分的表面平滑度好于0.5nm。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述方法还包括：在对至少两个所述子压电基板进行直接键合之前，对至少两个所述子压电基板的层叠部分的表面进行活化处理；和/或在对至少两个所述压电基板单元进行直接键合之前，对至少两个所述压电基板单元的层叠部分的表面进行活化处理。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述对至少两个所述子压电基板的层叠部分的表面进行的活化处理，和/或所述对至少两个所述压电基板单元的层叠部分的表面进行活化处理是亲水处理。

此外，本申请的压电基板的直接键合方法，同样适用于在非压电基板的主面上形成的压电材料的薄膜之间的键合。

本申请的有益效果在于：避免用胶来实现压电基板层叠，从而提高工艺的操作性和可控性，降低制造成本，并且提高压电喷头结构的压电转换的效率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方法，指明了本申请的原理可以被采用的方法。应该理解，本申请的实施方法在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方法包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方法描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方法在一个或更多个其它实施方法中使用，与其它实施方法中的特征相组合，或替代其它实施方法中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方法，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请实施例1的压电喷头结构的示意图；

图2是本申请实施例1的压电基板单元的示意图；

图3是本申请实施例2的压电喷头结构的压电基板单元的制造方法的示意图；

图4是本申请实施例3的压电喷头结构的压电基板单元的制造方法的示意图；

图5是本申请实施例4的压电喷头结构的压电基板单元的制造方法的示意图。

具体实施方法

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方法，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方法，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方法，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本申请实施例1提供一种压电喷头结构。

图1是本实施例的压电喷头结构的示意图。

图1的a)是压电喷头结构的一个立体示意图，如图1的a)所示，压电喷头结构1包括压电单元2、围封在压电单元2周围的上盖3、下盖4、后挡板5和喷孔板6。压电单元2与上盖3、下盖4、后挡板5以及喷孔板6分别密接，在各自的密接界面可以分别具有一层粘着层，该粘着层可以是胶。其中，上盖3、下盖4、后挡板5和喷孔板6可以被统称为围封部件。

图1的b)示出了去除上盖3、下盖4、后挡板5和喷孔板6之后的一个示意图。如图1的b)所示，压电单元2由两个以上的包含压电基板的压电基板单元层叠而成。压电基板的材料可以是PZT，也可以是其它的压电材料。比如，一个特例是，压电单元2由压电基板2-1和压电基板2-2层叠而成，其中，压电基板2-1、2-2与各自的驱动电极构成压电基板单元。压电基板2-1与压电基板2-2可以在材料、结构上完全相同，也可以不同。压电基板2-1有相对的两个主面，即第一主面2-1a和第二主面2-1b，第一主面2-1a和第二主面2-1b大致相互平行。压电基板2-1有相对的两个端面，即第一端面2-1c和第二端面2-1d。在第一主面2-1a具有沟道7，在沟道7的侧壁7a上具有电极9(包括电极9a和9b)。同样，压电基板2-2有相对的两个主面，即第一主面2-2a和第二主面2-2b，第一主面2-2a和第二主面2-2b大致相互平行。压电基板2-2有相对的两个端面，即第一端面2-2c和第二端面2-2d。在第一主面2-2a具有沟道8，在沟道8的侧壁8a上具有电极10(包括电极10a和10b)。

压电基板2-1的第二主面2-1b与压电基板2-2的第一主面2-2a通过直接键合密接在一起。

如图1的b)所示，压电基板2-1上形成有沟道7。沟道7可以是一组互相大致平行的沟道，沟道的深度、宽度以及间距可以按照压电喷头的性能而设计。沟道的侧壁7a可以垂直于沟道的底面，也可以和沟道底面形成一定的角度。进一步说，沟道的平行于纸面的横截面可以是标准的正方形、长方形、梯形，也可以是任何容易加工和/或适于液体储存和流动的形状。比如说，沟道7是一组互相平行的沟道，各沟道的深度和宽度相同，呈周期性排列。同样，压电基板2-2上形成有沟道8。沟道8可以是一组互相大致平行的沟道，沟道的深度、宽度以及间距可以按照喷头的性能而设计。比如说，沟道8是一组互相平行的沟道，各沟道的深度和宽度相同，呈周期性排列。沟道7和沟道8在沟道深度、宽度以及间距上可以相同，也可以不同。沟道7和沟道8的延伸方向可以大致相互平行。一个特例是，沟道7和沟道8大致相互平行，在沟道深度、宽度以及间距上大致相同。

压电基板2-1的第一端面2-1c和压电基板2-2的第一端面2-2c大致在一个平面，构成压电单元2的第一端面2c。压电基板2-1的第二端面2-1d压电基板2-2的第二端面2-2d大致在一个平面，构成压电单元2的第二端面2d。

需要说明的是，沟道7和8的延伸方向可以是从压电单元2的第一端面2c指向第二端面2d的方向，沟道7和8的深度可以指沟道在与主面2-1a、2-2a垂直方向的尺寸，沟道7和8的宽度可以指沟道在与延伸方向和深度方向都垂直的尺寸。

电极9以及电极10的形状和大小可根据压电喷头功能需要进行设计。

压电基板2-1以及压电基板2-2的极化方向和极化大小强度可根据压电喷头功能需要进行设计。

图1的c)是上盖3和下盖4的一个示意图。如图1的c)所示，上盖3和下盖4可以是单纯的板状结构，分别与压电单元2的第一主面2-1a和第二主面2-2b密接。

图1的d)是后挡板5的一个示意图。如图1的d)所示，后挡板5可以是板状结构，具有贯通其厚度方向的通孔5a。后挡板5与压电单元2的第二端面2d密接，通孔5a的数目和位置与压电单元2的沟道7和8相对应。

图1的e)是喷孔板6的一个示意图。如图1的e)所示，喷孔板6可以是板状结构，上面具有喷孔6a。喷孔板6与压电单元2的第一端面2c密接，喷孔6a的数目和位置与压电单元2的沟道7和8相对应。喷孔6a的尺寸根据需要喷射液体的液滴大小等进行设计。

图1的f)是压电喷头结构的与沟道延伸方向垂直的断面的一个示意图。如图1的f)所示，由上盖3、下盖4、后挡板5(未图示)以及喷孔板6(未图示)围封起来的压电单元2的沟道7和8的至少一部分形成压电喷头的压力腔室7c和8c。上盖3、下盖4、后挡板5(未图示)以及喷孔板6(未图示)与压电单元2的密接可以用胶粘着来实现。根据实际需求，下盖4可以省略。压力腔室的内壁可以具有保护薄膜(未图示)，起到保护电极、粘着层以及压电单元2的侧壁7a和8a不受到压电喷头所要喷射液体(比如墨水、树脂、各种溶液)的侵蚀。反过来，保护薄膜可以保证所要喷射液体不因为电极、粘着层以及压电单元2的材料受到限制。

下面，利用图2对构成压电单元2的压电基板2-1进行进一步的解释。压电基板2-2在材料、结构上与压电基板2-1不同时，也可以具有类似的结构。

图2的a)是压电基板2-1的与沟道延伸方向垂直的断面的一个示意图。如图2的a)所示，在压电单元2中，图1的f)所示的压力腔室7c的侧壁7a可以沿着沟道的深度方向(即大致平行于压电基板2-1的第一主面2-1a的法线的方向)被极化。即，侧壁7a的极化方向如箭头P1所示。

图2的b)是压电基板2-1的与沟道延伸方向垂直的断面的另一个示意图。如图2的b)所示，在压电单元2中，图1的f)所示的压力腔室7c的侧壁7a可以沿着侧壁的厚度方向(即大致垂直于第一主面2a法线的方向，或前述的宽度的方向)被极化。即，侧壁7a的极化方向如箭头P1所示。

如图2的c)-e)所示，在压电基板2-1中，用于驱动沟道侧壁7a的电极9至少存在于沟道侧壁7a的靠近主面2a的部分，比如：如图2的c)所示，电极9存在于沟道侧壁7a的上半部分；或者，如图2的d)所示，电极9存在于沟道侧壁7a的几乎整个部分；或者，如图2的e)所示，电极9存在于沟道侧壁7a的几乎整个部分，并且，还延伸到沟道7的底部。电极9由电极9a和9b组成。电极9a与9b是非连接的。各沟道侧壁7a上的电极9a(或9b)之间是可以互相连通的，也可以是互相非连通的。比如，电极9a之间互相连通，电极9b之间互相非连通。或者，如图2的f)所示，电极9存在于沟道侧壁7a的整个部分，包括沟道7的底部。在图2的f)的情况下，所有腔室的电极9a和9b之间可以互相连通，也可以互相独立，也可以部分连通。

在本实施例中，电极9和/或10被通电，使压力腔室的侧壁7a和/或8a发生形变，从而对压力腔室内的液体施加压力，并使液体从喷孔板6的喷孔6a喷出。

在本实施例中，后挡板5的通孔5a是液体从液体供应室进入压力腔室的通孔。通孔5a的另一个作用是：在液体喷射时限制液体向液体供应室方向倒流，从而减小压力腔室的内压损失，使液体有效地通过喷孔6a(见图1e))喷出。通孔5a的大小可以按流体力学原理进行设计。

本实施例中，压电单元2由压电基板2-1和压电基板2-2两个压电基板直接键合。根据需要，压电单元2可以由两个以上压电基板直接键合而成。

在本实施例中，基板的直接键合，是指相互键合的两个基板间通过双方材料的分子间力、共价键力、离子力、以及固定在其表面的其它离子的吸引力而实现的基板间的键合。这种直接键合，在两个压电基板间的键合处不存在键合胶、键合用金属等与压电基板不同材质的中间层。

一般来讲，无论是有块状PZT加工成的PZT薄板，还是通过溅射、溶胶-凝胶(Sol-gel)方法形成的PZT薄膜，都有不同程度的空洞(void)缺陷。这些空洞出现在PZT薄板或PZT薄膜的表面时，在PZT表面形成较大程度的凸凹不平。特别是空洞缺陷的边缘可能凸起，高于PZT表面的平均高度。而表面的凸凹不平，是PZT表面之间直接键合的阻碍。所以，在PZT直接键合之前，需要将其表面平坦化的基础上，再进行平滑化。所谓平坦化，是指在宏观上使PZT需要键合的表面足够平坦，使得当两个PZT键合表面相互接触时，能够密接而不出现微米级以上的缝隙。所谓平滑化，就是使PZT表面微观上足够平滑，粗糙度足够小。更具体地讲，这里的平滑化就是在PZT的键合表面除却空洞缺陷以外的部分，使PZT表面的粗糙度在微观上足够小。比如，在5微米的范围内，PZT表面的均方根粗糙度(RMS)小于1nm。本发明中所述的压电基板的直接键合部分的表面平滑度好于0.5nm，是指压电基板(比如PZT基板)表面的均方根粗糙度(RMS)小于0.5nm。PZT键合表面的平坦化、平滑化可以通过研磨和抛光来实现。通过平坦化、平滑化后，PZT表面还会有空洞缺陷，但是其周边不会有翘起。这种周边没有翘起的凹陷型的空洞虽然也会使PZT界面在空洞处出现缝隙而无法直接键合，但是对空洞以外的其它部分的键合不形成阻碍。

根据本实施例，将压电基板直接键合起来，能够提高工艺的操作性和可控性，并且降低制造成本；并且，在结构上，由于避免了使用中间层的键合，特别是键合胶这个可以吸收压电能量的中间层，可以提高压电喷头的功能。

实施例2

本申请实施例2提供一种含有压电单元的压电喷头结构的制造方法。本实施例的压电喷头，比如具有实施例1所说明的结构。由于其它部件，比如围封在压电单元2周围的上盖3、下盖4、后挡板5和喷孔板6，都可以参考现有技术制造，本实施例只对压电单元2进行重点说明。

图3是本实施例的压电喷头结构的压电单元的制造方法的一个示意图。

如图3的a)所示，首先进行压电基板2-1的加工。压电基板2-1的加工包括压电基板2-1的选材、厚度调整以及表面平滑度调节。压电基板2-1有两个主面，即第一主面2-1a和第二主面2-1b。压电基板2-1的面向纸面的端面是第一端面2-1c，与第一端面2-1c相对应的背向纸面的端面是第二端面2-1d。压电基板2-1的厚度调整以及表面平滑度调节可以采用机械研磨方法和化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)方法进行。比如，压电基板2-1是PZT，厚度为100-1000微米，表面平滑度好于0.5nm。对于厚度调整以及表面平滑度调节完了的压电单元2，根据需要可以进行极化，也可以不进行极化。极化可以在压电基板2-1的第一主面2a和第二主面2b的表面分别形成电极，然后在升温的条件下在两电极间施加所定的电压对压电基板2-1进行厚度方向(第一主面2-1a或第二主面2-1b的法向方向)的极化。极化用电极可以在极化后去除。压电基板2-1的极化条件根据压电基板2-1的材料以及厚度等所定。

下一步，如图3的b)所示，在压电基板2-1的第一主面2-1a上形成沟道7，沟道7的侧壁7a可以大致垂直于压电基板2-1的第一主面2-1a，也可以具有一定的坡度。沟道7可以是一组互相大致平行的沟道，沟道的深度、宽度以及间距可以按照喷头的性能而设计。比如说，沟道7是一组互相平行的沟道，各沟道的深度和宽度相同，呈周期性排列。一个特例是：沟道的深度和宽度大约为100微米，周期大约为180微米。沟道7可以用成熟的晶圆切割(wafer dicing)方法形成。

下一步，如图3的c)所示，在沟道7的侧壁7a上形成用于驱动沟道侧壁7a的电极9。电极9至少存在于沟道侧壁7a的上半部分。比如，如图3c所示，电极9存在于沟道侧壁7a的上半部分。电极9也可以存在于沟道侧壁7a的几乎整个部分。电极9也可以存在于沟道侧壁7a的几乎整个部分，还可以延伸到沟道7的底部。电极9也可以存在于沟道侧壁7a的整个部分，包括沟道7的底部。每个侧壁7a上的电极9由电极9a和9b组成。电极9a与9b是非连接的。各沟道侧壁7a上的电极9a(或9b)之间是可以互相连通的，也可以是互相非连通的。电极9可以是单层的导电薄膜，也可以是多层的导电薄膜。电极9可以用成熟的金属溅射法、电镀法等方法形成。电极9a与9b可以在导电薄膜形成后经过加工而分断开来。形成电极9之后，可以根据需要利用电极9a与9b对沟道侧壁7a实施极化。这时的极化是沿着侧壁7a厚度方向的。

下一步，如图3的d)所示，加工压电基板2-2。压电基板2-2可以和压电基板2-1相同，也可以不同。压电基板2-2的加工可以按照图3的a-d)所示的加工压电基板2-1的方法进行加工。加工后的压电基板2-2具有沟道8，在沟道8的侧壁8a上形成用于驱动沟道侧壁8a的电极10。沟道8可以同沟道7具有类似的结构，也可以用同样的方法形成。沟道8与沟道7在沟道深度、宽度以及间距上可以相同，也可以不同。沟道8与沟道7可以大致相互平行。一个特例是，沟道7和沟道8大致相互平行，在沟道深度、宽度以及间距上大致相同。电极10也可以根据设计，参照电极9的制造方法形成。

下一步，如图3的e)所示，将压电基板2-1和压电基板2-2层叠。压电基板2-1和压电基板2-2的层叠，通过压电基板2-1的第二主面2-1b与压电基板2-2的第一主面2-2a的直接键合实现。

其中，在直接键合之前，可以将压电基板2-1的第二主面2-1b与压电基板2-2的第一主面2-2a进行平坦化和平滑化处理。平坦化处理一般在图3的a)所示压电基板的准备阶段就可以完成。平滑化处理可以用CMP方法实现。通过CMP，使压电基板的直接键合部分的表面均方根粗糙度小于0.5nm，即该表面的平滑度好于0.5nm。一个特例是，压电基板的直接键合部分的表面平滑度好于0.2nm。

然后，在键合之前可以进行表面活化处理。表面活化处理，指的是用化学方法、和/或紫外线照射、和/或等离子体处理等方法，把需要键合的压电基板的表面的异物去掉，释放出压电基板材料的悬挂键。这种悬挂键容易与键合对方的悬挂键结合，形成很强的键合力。因为这种悬挂键活性大，容易抓获气氛中的悬浮物质而失去活性，所以表面活化处理后要尽快实施键合。一个特例是，表面活化处理后在2个小时之内实施键合。

此外，经过紫外线照射、和/或等离子体处理等方法的表面活化处理，压电基板的表面一般会呈现亲水特性，所以，紫外线照射、和/或等离子体处理等方法的表面活化处理也可以被认为是使键合面呈亲水性的表面处理，即亲水处理。

在键合面的表面活化处理后，如果表面附有颗粒，可以将颗粒去除。颗粒去除的方法，比如是用氮气吹掉，或是用去离子水洗涤。特别地，在表面活化处理是亲水处理的的情况下，如果将呈现亲水特性的压电基板表面用去离子水洗涤后，不仅会去除附着颗粒，还可以使其表面的悬挂键被OH基终端，形成一种比较稳定的表面状态。

键合时，将通过表面活化处理的压电基板2-1的第二主面2-1b与压电基板2-2的第一主面2-2a位置对准后层叠。对准时，根据设计，沟道7与沟道8可以在垂直方向对准，也可以错开一定距离。层叠时要使压电基板2-1的第二主面2-1b与压电基板2-2的第一主面2-2a的键合部分达到原子级的密接。为了实现这种密接状态，可以对压电基板加上一定的压力。这样，在密接的部分，压电基板表面的悬挂键之间就会结合，形成很强的结合力，直接键合到一起。当压电基板表面的悬挂键被OH基终端时，压电基板的键合面会通过OH基键合到一起。根据需要，可以在键合后进行一定的加热处理，在一定条件下会进一步加强键合力。

压电基板2-1和压电基板2-2直接键合后构成压电单元2。压电单元2的立体图形的特例如图1的b)所示。

下一步，将图1的c)所示的上盖3与压电单元2的第一主面2-1a密接。压电单元2与上盖3的密接，可以用上述的直接键合方法来实现。也可以用胶等粘着层来实现。用胶作为粘着层的时候，可以先把胶印刷到压电单元2的第一主面2-1a上，然后把上盖3与压电单元2的第一主面2-1a对准、粘接起来。

下一步，将图1的c)所示的下盖4与压电单元2的第二主面2-2b密接。这里的密接可以用胶等粘着层来实现。比如，先把胶印刷到下盖4的键合面a上，然后把下盖4与压电单元2的第二主面2-2b对准、粘接起来。根据设计，下盖4以及相关密接程序可以省略。

为了便于以下步骤的进行，在下盖4与压电单元2的第二主面2-2b密接之后，可以进行研磨，使得压电单元2的端面2c和2d分别与上盖3和下盖4的相应的端面大致处于同一平面。

下一步，将图1的d)所示的后挡板5与压电单元2的第二端面2d密接。这里的密接可以模仿下盖4与压电单元2的第二主面2-2b的密接方法。这时，后挡板5的通孔5a需要对准压电单元2的相对应的沟道7或8。

下一步，将图1的e)所示的喷孔板6与压电单元2的第一端面2c密接。这里的密接可以模仿下盖4与压电单元2的第二主面2-2b的密接方法。这时，喷孔板6的喷孔6a需要对准压电单元2的相对应的沟道7或8。

在上述压电单元2与下盖4、后挡板5、以及喷孔板6的组装中，可以用胶来实现各个部件的密接。这时的密接对压电单元2的压电性能影响不大，所以可以不用直接键合。

压电喷头的其它组装步骤，可以沿用现有的压电喷头制造工艺。

在本实施例所述的压电喷头的制造方法中，由于用直接键合方法来实现压电基板的层叠，避免了用胶实施键合。这样，既提高了工艺的操作性和可控性，而且可以降低制造成本。

实施例3

本申请实施例3提供一种含有压电单元的压电喷头的制造方法。本实施例的压电喷头，与实施例1所说明的压电喷头相比，只是压电单元2有所不同。由于其它部件，比如围封在压电单元2周围的上盖3、下盖4、后挡板5和喷孔板6，都可以沿用与实施例1和实施例2相同的工艺进行制造，本实施例只对有所不同的压电单元2及其制造方法进行重点说明。

在实施例1中，压电单元包括至少两个通过直接键合层叠的压电基板单元。在实施例3中，压电基板单元的压电基板由至少两个通过直接键合层叠的压电基板形成，例如：压电单元可以具有一个压电基板单元，该压电基板单元的压电基板由至少两个通过直接键合层叠的压电基板形成；或者，压电单元可以具有至少两个通过直接键合层叠的压电基板单元，其中，至少一个压电基板单元的压电基板由至少两个通过直接键合层叠的压电基板形成。

下面，以压电单元具有一个压电基板单元，该压电基板单元的压电基板由至少两个通过直接键合层叠的压电基板形成为例，说明本实施例的压电单元的制造方法。

图4是本实施例的压电喷头结构的压电单元的制造方法的一个示意图。

如图4的a)所示，首先进行压电基板2-1和压电基板2-2的加工。压电基板2-1和压电基板2-2的加工可以参照图3的相关部分。

下一步，如图4的b)所示，将压电基板2-1的第二主面2-1b和压电基板2-2的第一主面2-2a的直接键合。键合方法可以参照图3的e)的相关部分。键合后，根据需要，可以将压电基板2-1或压电基板2-2减薄。比如，将压电基板2-1减薄。减薄后的压电基板2-1的表面是其新的第一主面2-1a。这样，即使最终需要的压电基板2-1的厚度很薄，在键合之前也可以使用较厚的压电基板，从而保证单个压电基板有足够的机械强度，避免制造过程中基板的破损。键合后，两个基板的总体厚度足够的话，就可以保证每个压电基板在制造过程中有足够的机械强度而不易破损。键合后，两个基板的极化方向可以相同，也可以相反。比如，两个基板的极化方向都沿着基板的厚度方向(即压电基板2-1的第一主面2-1a的法线方向)，但是压电基板2-1的极化方向和压电基板2-2的极化方向相反。

下一步，如图4的c)所示，在压电基板2-1的第一主面2-1a上形成沟道7。沟道7可以穿过压电基板2-2的第一主面2-2a深入到压电基板2-2的内部。沟道7的构造(包括深度、宽度、形状和周期)可以按设计加工。沟道7的构造和加工方法可以参照图3的b)。

下一步，如图4的d)所示，在沟道7的侧壁上形成电极9。电极9可以只形成在压电基板2-1的沟道侧壁7a之上，也可以延伸到压电基板2-2的沟道侧壁8a之上，也可以覆盖包括沟道7底部的所有侧壁之上。一个特例是，电极9形成在压电基板2-1的沟道侧壁7a之上，并且延伸到压电基板2-2的沟道侧壁8a之上，但是并没有抵达沟道7的底部。电极9的制造方法可以参考图3的c)。

实施例4

本申请实施例4提供一种含有压电单元的压电喷头结构的制造方法。本实施例的压电喷头，比如具有实施例1所说明的结构，只是压电单元2有所不同。为了说明简便起见，制造过程的说明以压电单元2由两个具有沟道结构的压电基板构成为例。由于其它部件，比如围封在压电单元2周围的上盖3、下盖4、后挡板5和喷孔板6，都可以参考实施例1和实施例2的制造方法，本实施例只对有所不同的压电单元2及其制造方法进行重点说明。

在实施例1中，压电单元包括至少两个通过直接键合层叠的压电基板单元，该两个压电基板单元结构相同。在实施例4中，压电单元也可以包括至少两个通过直接键合层叠的压电基板单元，其中，该两个压电基板单元结构不同，例如，一个压电基板单元除了具有压电基板和驱动电极之外，还具有与压电基板直接键合的隔板，在将其他压电单元与该压电单元层叠时，可以将该其他压电单元的压电基板与该压电基板单元的隔板进行直接键合。

图5是本实施例的压电喷头结构的压电单元的制造方法的一个示意图。

如图5的a)所示，首先进行压电基板2-1和压电基板2-2(未图示)的加工。压电基板2-1和压电基板2-2的加工可以参照图3的相关部分。

下一步，如图5的b)所示，进行隔板2-3的加工。隔板2-3可以与压电基板2-1和压电基板2-2具有同样材质，也可以具有不同材质。隔板2-3可以与压电基板2-1以及压电基板2-2进行直接键合。隔板2-3的加工，包括厚度、平坦度、以及平滑度的加工。隔板2-3的直接键合部分的表面均方根粗糙度小于0.5nm。即，隔板2-3的键合表面的平滑度好于0.5nm。

下一步，如图5的c)所示，进行压电基板2-1和隔板2-3的键合。键合在压电基板2-1的第一主面2-1a和隔板2-3的第二主面2-3b之间进行。键合方法可以与图3的e)相同。键合后，可以对隔板2-3进行减薄加工，还可以对隔板2-3的第一主面2-3a进行平滑化加工。

下一步，如图5的d)所示，进行压电基板2-2和隔板2-3的键合。键合在压电基板2-2的第一主面2-2a和隔板2-3的第一主面2-3a之间进行。键合方法可以与图3的e)相同。

键合后，得到图5的d)所示的压电单元2。

以上结合具体的实施方法对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (10)

1.一种压电喷头结构，包括至少一个压电基板单元和围封部件，

其中，所述压电基板单元包括：

压电基板，在该压电基板的一个主面上形成有沟道；以及

在该沟道的至少侧壁上形成的驱动电极，

所述围封部件对该沟道的至少一部分进行围封，所述围封部件与所述沟道的侧壁和底面围合成压力腔室，

其中，在至少一个所述压电基板单元中，所述压电基板包含以直接键合而层叠设置的至少两个子压电基板，

和/或，

至少两个所述压电基板单元之间以直接键合而层叠设置，形成压力腔室阵列，

所述直接键合发生在压电材料与压电材料之间。

2.如权利要求1所述的压电喷头结构，其中，

所述至少两个子压电基板的极化方向相同或相反。

3.如权利要求1所述的压电喷头结构，其中，

直接键合的部分的表面平滑度好于0.5nm。

4.如权利要求1-3之一所述的压电喷头结构，其中，

该沟道的所述侧壁沿着所述侧壁的厚度方向被极化，其中，所述侧壁的厚度方向与所述沟道延伸的方向和所述沟道的深度方向都垂直。

5.一种压电喷头的制造方法，包括：

在压电基板相对的一个主面上形成沟道；

在该沟道的侧壁上形成驱动电极，其中，所述驱动电极和所述压电基板形成压电基板单元；以及

使用围封部件对该沟道的至少一部分进行围封，所述围封部件与所述沟道的侧壁和底面围合成压力腔室，

所述方法还包括：

将至少两个子压电基板以直接键合而层叠设置，形成至少一个所述压电基板；

和/或

将至少两个所述压电基板单元以直接键合而层叠设置，形成压力腔室阵列，

所述直接键合发生在压电材料与压电材料之间。

6.如权利要求5所述的压电喷头的制造方法，其中，

所述至少两个子压电基板的极化方向相同或相反。

7.如权利要求5所述的压电喷头的制造方法，其中，所述方法还包括：

在对至少两个所述子压电基板进行直接键合之前，

对至少两个所述子压电基板的层叠部分的表面进行平滑化加工；

和/或

在对至少两个所述压电基板单元进行直接键合之前，

对至少两个所述压电基板单元的层叠部分的表面进行平滑化加工。

8.如权利要求5所述的压电喷头的制造方法，其中，

直接键合的部分的表面平滑度好于0.5nm。

9.权利要求5所述的压电喷头的制造方法，所述方法还包括：

在对至少两个所述子压电基板进行直接键合之前，

对至少两个所述子压电基板的层叠部分的表面进行活化处理；

和/或

在对至少两个所述压电基板单元进行直接键合之前，

对至少两个所述压电基板单元的层叠部分的表面进行活化处理。

10.权利要求9所述的压电喷头的制造方法，所述方法还包括：

所述对至少两个所述子压电基板的层叠部分的表面进行的活化处理，和/或所述对至少两个所述压电基板单元的层叠部分的表面进行的活化处理是亲水处理。

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