CN111703207A - 带单层内电极的压电喷墨打印器件 - Google Patents

带单层内电极的压电喷墨打印器件 Download PDF

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Abstract

一种压电喷墨打印器件包括一个基板和一个压电板。至少一排液滴喷射器沿排行方向设置。每个液滴喷射器包括一个喷孔与压力室流体相连，其压力室以侧墙为界。压电板有一个与基板第一面接近的第一表面。键合层设置在压电板和基板之间。一个电极层位于压电板的第一表面和键合层之间。电极层包括与每个压力室相应的一条信号线。每条信号线通到信号输入焊盘。电极层还包括设置在每个压力室两边的地线。地线与至少一个公共总地线连接，该公共总地线连接到至少一个返地焊盘。

Description

带单层内电极的压电喷墨打印器件
技术领域
本发明属于压电喷墨打印领域，更具体地，涉及压电喷墨打印器件的构造。
背景技术
喷墨打印通常是用按需喷墨或连续喷墨打印来完成的。在按需喷墨打印中，液滴是使用带增压(例如热或压电)驱动器的液滴喷射器喷射到记录介质上。选择性地启动该驱动器致使形成和喷射一个飞行的墨滴，该飞行墨滴穿过打印头和记录介质之间的空间并撞击记录介质。打印图像的形成是按照打印所需图像的需要，通过控制每个液滴的形成来实现的。所需图像可以包括与图像数据相应的任何点图案。它可以包括图形或文本图像。如果使用适当的墨水，它还可以包括用于打印实用功能器件的点图案或三维结构。墨水可包括有色墨水，例如青色，品红色，黄色或黑色。或者，墨水可以包括用于功能性打印的导电材料，电介质材料，磁性材料或半导体材料。墨水也可以包括生物、化学、或医学材料。
在液滴喷射期间，记录介质相对于打印头的运动可以是：保持打印头静止，而记录介质在液滴喷射时前进经过打印头；或者是保持记录介质静止，而移动打印头。如果打印头上的墨滴喷射器阵列可以覆盖记录介质宽度上的整个打印兴趣区域，则前一种运动结构是合适的。此类打印头有时称为页宽打印头。第二种类型的打印机结构是滑架打印机，其中打印头液滴喷射器阵列要小于在记录介质上的打印兴趣区域的范围，并且打印头安装在滑架上。在滑架打印机中，记录介质沿介质前进方向前进给定距离，然后停止。在记录介质停止的同时，滑架载着喷孔正在喷射液滴的打印头在滑架扫描方向上移动，该滑架扫描方向基本上垂直于介质前进方向。当安装在滑架上的打印头横穿打印介质同时打印了一条带图像后，记录介质被向前推进；然后滑架的运动方向颠倒；打印的图像由此一条带一条带地形成。
按需喷墨式喷墨打印头中的液滴喷射器包括压力室和喷孔，所述压力室有进墨道为该压力室提供墨水，所述喷孔用于让墨滴喷出压力室。在压电喷墨打印器件中，压力室的一面墙包括压电元件，当施加电压脉冲时，压电元件使该墙偏转变形凹入充满墨水的压力室中，从而迫使墨水通过喷孔。压电喷墨具有的显著优势在于和多种类的墨水(包括水性墨水，溶剂型墨水和紫外线固化墨水)有化学兼容性和墨水的可喷射性，并且具有通过修改电脉冲来喷射不同大小的墨滴的功能。
压电喷墨打印器件还有需要解决的技术挑战。因为每伏特电压的压电位移量很小，所以压电室墙面积必须比喷孔面积大得多，以便喷射出有用的液滴量，因此每个液滴喷射器都相对较大。一排液滴喷射器中的每个液滴喷射器宽度受该排喷孔间距的限制。其结果是压力室的长度尺寸通常比宽度尺寸大得多。要求高分辨率和高产量打印的打印应用，需要大量的有喷孔紧密排列的液滴喷射器阵列。通过对每排液滴喷射器喷射的恰当定时，交错的喷孔排可以在记录介质上打出近距离的点。然而对于许多交错的排，压电喷墨打印器件的尺寸变得很大。
另一个挑战是，热喷墨打印器件通常包括集成逻辑和驱动电子从而减少了器件的引线数量，与之不同的压电喷墨打印器件通常每个液滴喷射器有独自的多个引线，需要连接到驱动电路板上。为了能在横跨每个液滴喷射器的压电元件上独立地加电压以便在需要时喷射液滴，每个液滴喷射器需要接两个电极。这两种类型的电极有时被称为正电极和负电极，或者称为单个电极和公共电极。
某些类型的压电喷墨打印器件构造成两种类型的电极分别在压电元件的相反表面上。为了将压电喷墨打印器件电互通连接到驱动电路板上，将两种类型的电极设置在压电喷墨打印器件的同一外表面上是有优势的。
美国专利第5,255,016号公开了一种压电喷墨打印器件，其中在压电板的外表面上形成正和负梳状电极。至少在某些区域中，其梳子的齿延伸横跨液滴喷射器的整个宽度。正电极的一部分沿压电板的一边缘延伸，负电极的一部分沿压电板的相反的另一边缘延伸。每个液滴喷射器有单独的压电板，这样的结构使得制造大阵列的紧密间距液滴喷射器很困难。
美国专利第6,243,114号公开了一种压电喷墨打印器件，其中在压电板的外表面上的公共电极呈梳状，其一个电极齿沿压力室的每个侧墙延伸，而中央公共电极齿沿压力室的长度延伸。两个单个电极分别在中央公共电极齿的两边沿压力腔的长度延伸。
美国专利第5,640,184号公开了一种压电喷墨打印器件，其中一排喷孔的压力室从该排喷孔沿相反的方向交替地延伸。压电板的表面上的公共电极沿着喷孔行延伸，并有电极齿在相反方向上交替地在压力室的侧墙上延伸。在公共电极的电极齿之间交错的是单个电极的间隔阵列，这些单个电极直接位于压力室上方。当向单个电极加电压时，压电板以剪切模式机械变形凹入相应的压力室，从而引起墨滴的喷射。
中国专利申请发布107344453A号公开了一压电喷墨打印器件，如图1和图2所示。图1和2取自'453，为清楚起见在图1中添加了一些附加标签。基板100包括第一面101，有一排压力室110分布在第一面101。每个压力室110由侧墙161和162定界。一渠道130从压力室110通向设置在基板100的第二面102上的喷孔132。压力室110在侧墙161和162之间的宽度是W。一墨槽120流体地连接到每个压力室110的一端，以便向它们提供墨水。包含多个柱子141的阻尼结构140设置在每个压力室110中，介于墨槽120和渠道130之间。驱动盖板200包括压电板210，压电板210可由例如锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)材料制成。压电板210的第一表面211键合到基板100的第一面101。一电极层220设置在压电板210的外部第二表面212上。此电极层220包括正电极221，正电极221在压力室110之上沿长度设置；也包括负电极222，负电极222在压力室110之间的侧墙161和162之上沿长度设置。一进墨口230穿过压电板210，将墨水从外部墨水供源引到基板100中的墨槽120中。喷孔132从硅材料层310中的流道131向外延伸，穿过氧化层320和喷孔层330(图2)。
现已发现，两类电极都在远离压力室的压电板的外表面上的压电喷墨打印器件，其压力室墙位移高度依赖于压电板的厚度。例如，厚度为40微米的板与厚度为100微米的板相比，前者板墙的综合位移高出后者的10倍。与此相比，对于两类电极都在与压力室靠近的压电板内表面上的压电喷墨打印器件，厚度为40微米的板与厚度为100微米的板相比，前者板墙的综合位移仅高出后者的4％。此外，对于40微米厚度的板，电极位于压电板的内表面与电极位于压电板外表面相比，前者的所述位移比后者的位移大两倍。因此，电极在压电板内表面的液滴喷射器构造可以在较低的电压或更小的压力室尺寸下以更高的效率运行。另外，喷射的墨滴速度和体积对压电板厚度的制造变异性不太敏感，从而提高了打印质量。
尽管上述焊节结构设置和导电通孔结构设置能有效地促进与压电板内表面靠近压力室的电极的电连接，但在某些应用中，最好在压电板的内表面有单个电极层，并直接与该单层进行电连接。所需要的是压电喷墨打印器件设置，以促进直接与位于压电板内表面的电极的电互通连接。更进一步，也需要以节省空间的方式改进在压电喷墨打印器件上的液滴喷射器的排列构造，以实现高分辨和高产量的打印。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种压电喷墨打印器件包括一个压电板和一个基板。至少有一排液滴喷射器的阵列设置在基板上，使得每一排沿着排行方向对齐。每个液滴喷射器包括一压力室。该压力室设置在基板的第一面上，由第一侧墙和第二侧墙定界。每个液滴喷射器还包括一个喷孔与压力室流体相通。压电板有一个第一表面设置靠近压力室的第一面。一个键合层设置在压电板与基板之间。一个电极层设置于压电板的第一表面和键合层之间。电极层包括对应于每个压力室的一条信号线，由此每条信号线都通到一个信号输入焊盘。电极层还包括设置在每个压力室两侧的地线，由此地线与至少一个公共总地线相连接，该公共总地线与至少一个返地焊盘电连接。
本发明的优点在于，其电极的结构构造能实现高效率的液滴喷射，同时降低墨滴速度和体积的可变性。此外，所述压电喷墨打印器的电线和相应的连接焊盘结构构造有利于紧凑和可靠地电互通连接到打印头封装上。进一步的一个优点是，此压电液滴喷射器以节省空间的方式构造，并且能够实现高打印分辨率和高打印产量。
附图说明
图1显示了现有技术的压电液滴喷射器阵列构造的分解示意图；
图2显示了图1所示类型的单个液滴喷射器的横截面；
图3A显示了一实施例中的部分压电板的横截面；
图3B显示了相对应的部分基板的横截面；
图4显示了压电板键合到基板后与图3A和3B类似的横截面；
图5显示了压电板开口形成后与图4类似的横截面；
图6A显示了另一个实施例的部分压电板的横截面；
图6B显示了相对应的基板部分的横截面；
图7显示了压电板键合到基板后与图6A和6B类似的横截面；
图8显示了压电板开口形成后与图7类似的横截面；
图9A显示了基板中三个液滴喷射器的俯视图；
图9B显示了与图9A所示液滴喷射器相对应的压电板上的线路俯视图；
图10显示了单个液滴喷射器和它的相应的线路的俯视图；
图11根据一实施例显示了一种压电喷墨打印器件的一部分；
图12A根据又一个实施例显示了部分压电板的横截面；
图12B显示了相应的部分基板的横截面；
图13显示了压电板键合到基板后与图12A和12B相似的横截面；
图14显示了压电板开口形成后与图13相似的横截面；
图15与图14相似，显示了绝缘层中形成窗口以露出信号输入焊盘后的横截面；
图16显示了图15所示的压电喷墨打印器件的俯视图；
图17根据另一实施例显示另一种压电喷墨打印器件的一部分。
附图的目的应当理解为是出于说明本发明的概念，并且可能未按比例绘制。在可能的情况下，使用相同的参考数字来指定附图中共有的相同特征。
具体实施方式
本发明包括本文描述的实施例的各种组合。对“特定实施例”及类似的引用是指在本发明的至少一个实施例中存在的特征。对“一个实施例”或“特定实施例”及类似的单独引用不一定指相同的一个或多个实施例；然而，除非明确指出或对于本领域技术人员而言是显而易见的，这些实施例不是互相排斥的。在提及“一种方法”或“多种方法”及类似用词时，单数或复数的使用是非限制性的。特意注明，除非另外明确指出或上下文需要，“或”的使用在本文中无排他性的意义。诸如“在...上方”，“在...下方”，“在...之上”或“在...之下”之类的词语旨在描述位于不同平面中的特征之间的位置关系，但应理解，在一个器件取向上，一个器件的特征位于另一特征的”上方”,如果将器件上下颠倒，则该器件的特征将位于另一特征的“下方”。
图3A显示了压电板210沿图11中虚线3-3的横截面。图3B显示了相应的基板100部分的横截面。本文中所指的压电板通常是一种独立的元件，它组装到基板上，而不是沉积到基板上的薄膜。压电板210在内第一表面211和外第二表面212之间的厚度为T。基板100包括一对压力室111和112，其压力室从中心区域向外延伸。每个压力室111和112包括一渠道130，此渠道130通向设置在喷孔层330中的一个喷孔132。一个电极层240设置于压电板210的第一表面211上。电极层240包括信号线251，在组装后的压电喷墨打印器件8(图5)中，该信号线在压力室111和112上延伸。信号线251通到相应的信号输入焊盘255。电极层240还包括至少一个公共接地总线264和至少一个返地焊盘265(图11)。电极层240位于压电板210的内第一表面211和键合层270之间。键合层270，举一例，可以是聚合物粘合剂。在组装后的压电打印装置8(图5)中，键合层270将压电板210结合到基板100的第一面101上。另外，键合层270将压力室111和112中的水墨与线路和压电板210相隔离。在图3A所示的示例中，电极层240的第一界面241与压电板210的内第一表面211相邻。电极层240的的第二界面243与键合层270相邻。
图4类似于图3A和3B，显示了在压电板210通过键合层270结合到基材100后的横截面。图4中还显示了边界标记235，它标定了在组装好的压电喷墨打印器件8(图5)中压电板210开口218的墙219的位置。举一例，开口218可以通过从压电板210外第二表面212到内第一表面211蚀刻形成。在这种情况下，边界标记235可以对应于外第二表面212上的蚀刻掩模的边缘。开口218露出电极层240的第一界面241的一个区域，此区域有信号输入焊盘255、公共总地线264、和返地焊盘265(图11)。换句话说，电极层240的第一界面241的一部分通过开口218露出。在一些实施例中，返地焊盘265可通过与开口218不同的开口(未显示)露出。
在一些实施例中，为了提高可靠性，一个附加的中间绝缘层272可以加在键合层270与压电板210之间(如图6A，7和8所示)，或者加在键合层270与基板100的第一面101之间。特别是在压电板210中形成开口218的过程中，中间绝缘层272可以改善电极层240的粘附性并保护电极层240。中间绝缘层272，举一例，可以是例如氧化硅或氮化硅。
更具体地，图6A所示的示例与上述图3A中的相似，加上在电极层240和键合层270之间增加了中间绝缘层272。图6B与图3B相同。图7和图8与上述图4和图5相似，加上在电极层240和键合层270之间增加了绝缘层。
图9A显示了在基板100(图3B)上形成一排的三个液滴喷射器150的俯视图，每个液滴喷射器150包括一个压力室110和一个喷孔132。喷孔132(以及液滴喷射器150)沿排行方向51对齐，相邻喷孔以中心间距p相间。压力室110沿排行方向51有宽度W，并且由侧墙161和162定界，每个侧墙都有宽度s，因此W+s＝p。为了提供足够大的压力室110面积，在许多实施例中W大于0.8p是很有利的。换句话说，通常s小于0.2p。喷孔132位于压力室110的第一端115附近。在图9A所示的示例中，墨水从墨槽120(如图1和图2中连接到进墨口230),经过进墨道121，经过过滤器146和限流器145，进入压力室110。过滤器146和限流器145靠近压力室110第二端116，其第二端116是与第一端115相对的另一端。墨槽120为多个压力室110提供墨水。在下面描述的其他示例中，墨水直接从基板100的边缘进入进墨道121。过滤器146可以包括柱子类似于图1中所示的柱子141。限流器145提供流阻(与过滤器146一样)，当从压力室110喷出一滴墨水时，限流器145帮助限制墨水向进墨道121的流动，从而将压电板变形产生的压力更多地引导去推动墨滴。
图9B显示了与图9A中所示的液滴喷射器150相对应的线路的俯视图。电线作为电极层240的一部分设置于压电板210内第一表面211上(图5)。电线的宽度和间距的设置是为了高效驱动压电板210。以显示空间关系，图10显示了单个液滴喷射器150(虚线)的俯视图，该设置在基板100中的喷射器位于相应的在压电板210上的电线下方。一信号线251设置在每个相应的压力室110上方，并朝与排行方向51垂直的方向52延伸。在图10所示的示例中，信号线251位于相应压力室110的中心上方。每条信号线通到相应的信号输入焊盘255。喷孔132设置在压力室110的第一端115附近，靠近信号输入焊盘255。参照图9A和9B，信号线251的宽度b大于压力室110的宽度W的0.1倍。信号线宽度b也大于压电板210厚度T(图3A)的0.2倍。地线261在第一侧墙161和第二侧墙162上方并与侧墙对齐。地线261通常位于相应的压力室110之间的中间位置，并朝与排行方向51垂直的方向52延伸。在许多实施例中，地线261的宽度c大于侧墙161和162的宽度s。信号线251与相邻地线261之间的距离d通常大于0.1W。信号线251和相邻地线261之间的距离d通常大于0.5T并且小于2T。
俯视图11显示了根据本发明实施例的压电喷墨打印器件8的一部分。一对交错的液滴喷射器150(类似于以上参考图5、8、和10描述的液滴喷射器)排181和182设置在基板100上(图5和8)。每排液滴喷射器150沿着排行方向51对齐。第一排181和第二排182沿着垂直于排行方向51的方向52彼此间隔开。第一排181中的每个液滴喷射器150包括一压力室111，第二排182中的每个液滴喷射器包括一压力室112。这些压力室111和112都设置在基板100的第一面101上。在图11显示实例中，墨水直接从基板100的边缘输入到每个液滴喷射器150的进墨道121，其基板100的边缘沿排行方向51延伸。压力室111和112由第一侧墙161和第二侧墙162定界。每个液滴喷射器还包括一喷孔132与相应的压力室111或112流体相连。喷孔132设置在基板100的第二面102上的喷孔层330中。一电极层240位于压电板210的内第一表面211上(图3A),包括信号线251，每一信号线251与液滴喷射器150排181和182中的每个液滴喷射器150相对应。每条信号线251连接到相应的信号输入焊盘255，其输入焊盘755位于液滴喷射器150的交错排181和182之间。电极层240还包括至少一个公共总地线264，该公共总地线264连接到地线261，其地线261位于每个压力室的第一和第二侧墙161和162上方并与侧墙对齐。公共总地线264沿排行方向51延伸，并通到返地焊盘265。在图11所示的示例中，公共总地线264位于第一交错排181的液滴喷射器150信号输入焊盘255和第二交错排182的液滴喷射器150信号输入焊盘255之间。这种信号输入焊盘255和返地焊盘265的结构设置很有利于在紧凑区域内提供压电喷墨打印器件8到打印头封装(未示显)的电互通连接。为了提供更可靠、无短路的线电互通连接，一带窗口的绝缘层(相似于图16所示的图案)可用在图11实施例中，露出信号输入焊盘和返地焊盘255和265以便于电互通连接。
在排181中的喷孔132以间距p隔开，并且排182中的喷孔132也以间距p隔开。此两排沿着排行方向51偏移距离p/2。其结果是，如果记录介质(未示出)沿着方向52相对于压电喷墨打印器件8移动，将排181相对于排182中液滴喷射器的墨滴喷射适当定时，可以在记录介质上打印以p/2点距的一排复合打印点。最好压电喷墨打印器件8上有较小的打印区域，即排181中的喷孔132和排182中的喷孔132沿方向52之间的距离比较短。为了实现这点，排181和182中的液滴喷射器150取向相反，使得第一交错排181的喷孔132接近第二排182的喷孔132，并且使得第一排181的压力室111和第二排182的压力室112从它们各自的喷孔132在方向52上沿相反的方向延伸。在图17所示的实施例中，压电喷墨打印器件8的打印区域可以进一步减小。
图12A显示了在另一个实施例中的压电板210和电极层240的横截面(类似于图3A)。图12B是基板100相应部分的横截面(与图3B相同)。在图12A所示的示例中，一个浅沟槽设置在压电板210的内第一面211中。此浅沟槽，举个例子，可通过蚀刻形成。浅沟槽中填了一绝缘层295，如氧化硅或氮化硅。沉积在内第一表面211上而在沟槽以外的来自绝缘层295的过量绝缘材料，例如，可通过化学机械抛光来清除。由此绝缘层的表面296与压电板210的内第一表面211基本齐平(即在两微米之内)。在本实施例中，电极层240跨越压电板210的内第一表面211和绝缘层295的表面296。然后电极层240图案化，主要在压电板的内第一表面211上形成信号线251和地线261(图11)，并且在绝缘层295的表面296上形成信号输入焊盘265、公共总地线264和返地焊盘265(图11)。如图12A所示，电极层240的第一界面241的一个区域位于信号输入线251和压电板210的第一表面211之间。电极层240的第二个界面242的一个区域位于信号输入焊盘255和绝缘层295的表面296之间。
图13与图12A和12B所示的横截面类似，显示了通过键合层270将压电板210结合到基板100后的横截面。图13中还显示了边界标记235，它标定了组装后的压电喷墨打印器件压电板210中的开口218的墙219的位置(图14)。开口21，举个例子，可以从压电板210外第二表面212到内第一表面211通过蚀刻形成。在这种情况下，边界标记235可以对应于外第二表面212上的蚀刻掩模的边缘。开口218露出绝缘层295。与图14类似，图15显示了在绝缘层295中形成的窗口297，以露出对应于信号输入焊盘255的电极层240第二界面242的区域。作为选择，在绝缘层295也可以有一个窗口(未显示)露出对应于公共接地总线264的电极层240第二界面242的区域。如图16的俯视图所示，绝缘层295中还有一个窗口298，露出对应于返地焊盘265的电极层240第二界面242的区域。换句话说，电极层240的第二界面242的一部分通过开口218和通过窗口297和298露出。
根据本发明另一实施例，图17显示了部分压电喷墨打印器件8的俯视图。除了公共总地线264和返地焊盘265设置位置不同以外，图17中所示的结构设置与图11所示的相似。在图17显示的实施例中，第一公共总地线264设置靠近在相应的第一排181的压力室111的第二端116，第二公共总地线266设置靠近相应的第二排182的压力室112的第二端116。与图11实施例中位置相同，信号输入焊盘255设置靠近于两排181和182的压力室111和112的第一端115。第一个公共总地线264通到返地焊盘265，并且第二公共总地线266通到返地焊盘267。相似于图16所示的绝缘层295中窗口297和298的图案可用在图17实施例中，露出信号输入焊盘和返地焊盘266和267，以便于电互通连接。在其他实施例中(未显示)，返地焊盘265和267可以进一步向中心延伸，使它们合并成单个返地焊盘。
上述参照图3-17中所描述的液滴喷射器150和电线设置结构非常适合于可局部偏转变形的压电板210，当在与压力室110或111或112相对应的电极上施加电压脉冲时，引起压电板210向一个或多个压力室110或111或112内的局部偏转，由此喷射墨滴。对于这样的应用，压电板210沿垂直于第一表面211的方向极化。为了使厚度为T的压电板210有效地偏转到宽度为W的压力室110或111或112中，T小于0.5W是很有利的，并且在一些实施例中，T小于0.3W。
在模范性实施例中，每排的间距p为0.01英寸，使得每排中的喷孔132设置为每英寸100个喷孔，而且这两排液滴喷射器可以打印每英寸200个点的复合点行。对于间距p＝0.01英寸＝254微米，压力室宽度W可以为224微米，侧壁宽度s可以为30微米，由此如上参照图6A所述，s小于0.2p。压电板210自身厚度大约为50微米，有利于它不太易碎。在这样的示例中，
Figure BDA0002489000690000131
从图9A和9B可以看出，喷孔间距p等于信号线251的宽度b加上地线261的宽度c加上信号线251与地线261之间的距离d的两倍，即p＝b+c+2d。在一个示例中，信号线251的宽度b为90微米，地线261的宽度c为90微米，距离d为37微米。在W＝224微米且d＝37微米的实例中，信号线251与相邻地线261之间的距离d大于0.1W。另外，在该示例中，信号线251的宽度b大于0.1W。此外，对于厚度T为50微米的压电板210，信号线251和相邻地线261之间的距离d＝37微米大于0.5T且小于2T，并且信号线251的宽度b大于0.2T。
上述所描述的实施例中，仅有单独一对液滴喷射器150的交错排181和182。在其他实施例(未显示)中，可以有更多对的液滴喷射器交错排，以提供更高的打印分辨率或增加墨水覆盖率，或者可以用每对交错排喷射不同类型的墨水(例如不同颜色的墨水)，或者可以用每对交错排喷射不同大小范围的墨滴。
本文特别参考本发明的某些优选实施例对本发明进行了详细描述，但是应理解为也囊括在本发明的精神和范围内进行的变异和修改。

Claims (25)

1.一种压电喷墨打印器件，其特征在于，包括：
一个基板；
至少有一排液滴喷射器的阵列，每一排沿排行方向对齐，每个液滴喷射器包括：
一个压力室设置在基板的第一面上，该压力室由第一侧墙和第二侧墙定界；和
一个喷孔设置在与基板第一面相反的基板第二面的喷孔层中；
一个压电板有第一表面设置靠近基板的第一面；
一个键合层设置在压电板与基板之间；
一个电极层设置在压电板的第一表面和键合层之间，其中电极层包括：
与每个压力室相对应的一条信号线，每一条信号线连接到一个信号输入焊盘；和
地线设置在每个压力室的两边，其地线电连接到至少一个公共总地线，其公共总地线电连接到至少一个返地焊盘。
2.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，每个信号输入焊盘通过压电板中的开口露出，并且每个返地焊盘通过压电板的开口露出。
3.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，电极层界面的一部分通过压电板的开口露出。
4.权利要求3中的压电喷墨打印器件，其特征在于，所述界面与压电板的第一表面毗邻。
5.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，所述压电板包括：
一条沟槽；和
一绝缘材料有一表面，其表面与压电板第一表面基本齐平。
6.权利要求5中的压电喷墨打印器件，其特征在于，所述电极层延伸跨过压电板的第一面和绝缘材料的表面。
7.权利要求6中的压电喷墨打印器件，其特征在于，信号输入焊盘和返地焊盘通过压电板中的开口和绝缘材料中的窗口露出。
8.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，液滴喷射器阵列包括至少一对交错排列的液滴喷射器排，第一交错排和第二交错排，其中至少一个公共总地线设置在第一交错排的信号输入焊盘和第二交错排的信号输入焊盘之间。
9.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，信号输入焊盘设置于靠近相应压力室的第一端，并且至少一个公共总地线设置靠近与第一端相反的相应压力室的第二端。
10.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，喷孔设置在压力室的第一端附近，其压力室的第一端靠近信号输入焊盘。
11.权利要求10中的压电喷墨打印器件，其特征在于，每个液滴喷射器还包括一个进墨道与压力室流体相通，其中进墨道设置在与第一端相反的相应压力室的第二端附近。
12.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，压电板沿垂直于压电板第一表面的方向极化。
13.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，液滴喷射器阵列包括至少一对交错排列的液滴喷射器排，第一交错排和第二交错排，其中第一交错排的喷孔毗邻第二交错排的喷孔，其中第一交错排的压力室和第二交错排的压力室从各自喷孔向相反方向延伸。
14.权利要求13中的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一个交错的液滴喷射器排的信号输入焊盘和第二个交错的液滴喷射器排的信号输入焊盘设置在第一个交错的液滴喷射器排的喷孔和第二个交错的液滴喷射器排的喷孔之间；公共总地线设置在第一个交错的液滴喷射器排的信号输入焊盘和第二个交错的液滴喷射器排的信号输入焊盘之间。
15.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，T小于0.5W。
16.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一信号线与相邻地线之间的距离大于0.1W。
17.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一信号线的宽度大于0.1W。
18.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一信号线与相邻地线之间的距离大于0.5T并且2T。
19.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，第一信号线的宽度大于0.2T。
20.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，每一信号线设置在相应的压力室之上，并且沿垂直于排行方向的方向上延伸。
21.权利要求20中的压电喷墨打印器件，其特征在于，每一信号线设置在相应的压力室中心的上方。
22.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，地线设置在相应的压力室之间的中间位置，并沿垂直于排行方向的方向延伸。
23.权利要求1中的压电喷墨打印器件，其特征在于，地线的宽度大于压力室侧墙的宽度。
24.权利要求1中的压电喷墨打印器件还包括一个中间绝缘层，其特征在于，中间绝缘层设置在压电板的第一表面与基板的第一面之间。
25.权利要求24中的压电喷墨打印器件，其特征在于，所述中间绝缘层设置在电极层与键合层之间。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001047716A1 (fr) * 1999-12-24 2001-07-05 Fujitsu Limited Procede de fabrication d'une tete d'enregistrement a jet d'encre
US6345424B1 (en) * 1992-04-23 2002-02-12 Seiko Epson Corporation Production method for forming liquid spray head
CN1721184A (zh) * 2004-07-13 2006-01-18 兄弟工业株式会社 压电致动器和喷墨头以及其制造方法
CN1841803A (zh) * 2005-03-28 2006-10-04 精工爱普生株式会社 压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备
CN101026220A (zh) * 2006-02-20 2007-08-29 三星电子株式会社 用于喷墨头的压电致动器及其制造方法
CN103129144A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 三星电机株式会社 压电致动器、喷墨头组件及制造该喷墨头组件的方法
JP5559975B2 (ja) * 2009-03-12 2014-07-23 富士フイルム株式会社 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法及び画像形成装置
CN107336524A (zh) * 2015-09-11 2017-11-10 施乐公司 集成式压电打印头
CN107399165A (zh) * 2016-05-20 2017-11-28 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种提高剪切式形变量的压电喷头及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5255016A (en) 1989-09-05 1993-10-19 Seiko Epson Corporation Ink jet printer recording head
US5659346A (en) 1994-03-21 1997-08-19 Spectra, Inc. Simplified ink jet head
JPH11157065A (ja) 1997-11-27 1999-06-15 Fujitsu Ltd インクジェットヘッド
US7052117B2 (en) * 2002-07-03 2006-05-30 Dimatix, Inc. Printhead having a thin pre-fired piezoelectric layer
CN107344453A (zh) 2016-05-06 2017-11-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种压电喷墨打印装置及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6345424B1 (en) * 1992-04-23 2002-02-12 Seiko Epson Corporation Production method for forming liquid spray head
WO2001047716A1 (fr) * 1999-12-24 2001-07-05 Fujitsu Limited Procede de fabrication d'une tete d'enregistrement a jet d'encre
CN1721184A (zh) * 2004-07-13 2006-01-18 兄弟工业株式会社 压电致动器和喷墨头以及其制造方法
CN1841803A (zh) * 2005-03-28 2006-10-04 精工爱普生株式会社 压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备
CN101026220A (zh) * 2006-02-20 2007-08-29 三星电子株式会社 用于喷墨头的压电致动器及其制造方法
JP5559975B2 (ja) * 2009-03-12 2014-07-23 富士フイルム株式会社 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法及び画像形成装置
CN103129144A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 三星电机株式会社 压电致动器、喷墨头组件及制造该喷墨头组件的方法
CN107336524A (zh) * 2015-09-11 2017-11-10 施乐公司 集成式压电打印头
CN107399165A (zh) * 2016-05-20 2017-11-28 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种提高剪切式形变量的压电喷头及其制备方法

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