CN114889326B - 一种高精度热泡式喷墨打印机喷头及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度热泡式喷墨打印机喷头及其加工方法，喷头包括相互键合的第一硅基片和第二硅基片，第一硅基片与第二硅基片之间形成喷液通路，喷液通路包括沿进液方向依次分布的进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和喷嘴；第一硅基片或第二硅基片上对应于限流通道出口设有第一加热单元；第一硅基片和第二硅基片对应于喷嘴喷出路径设有第一切割头和第二切割头，第一切割头与第二切割头相对且间距配合；高精度静电式喷墨打印机喷头还包括第一切割头驱动件和第二切割头驱动件，分别用于驱动第一切割头和第二切割头，以使第一切割头与第二切割头相互靠拢以切割液柱。本发明采用双驱动推挤墨滴并切割液柱，可有效避免墨水回流，造成串扰。
Description
技术领域
本发明属于喷墨打印机喷头技术领域，具体涉及一种高精度热泡式喷墨打印机喷头及其加工方法。
背景技术
现有的热泡式喷墨打印机的喷墨过程中，长尾柱断裂成主墨滴和卫星墨滴这一过程，主要受到墨滴自身粘性和张力以及施加电压脉冲的影响。热泡式喷墨打印机通过两个热泡加热元件加热，产生的气泡在喷嘴处形成大气泡，将液柱截断可以避免卫星墨滴的产生，但是需要通过加热元件将剩余的液柱蒸发，增加了墨水的消耗。
发明内容
基于现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种高精度热泡式喷墨打印机喷头及其加工方法。
为了实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高精度热泡式喷墨打印机喷头，包括相互键合的第一硅基片和第二硅基片，第一硅基片与第二硅基片之间形成喷液通路，喷液通路包括沿进液方向依次分布的进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和喷嘴；
所述第一硅基片或第二硅基片上对应于限流通道出口设有第一加热单元；
所述第一硅基片和第二硅基片对应于喷嘴喷出路径设有第一切割头和第二切割头，第一切割头与第二切割头相对且间距配合；
所述高精度静电式喷墨打印机喷头还包括第一切割头驱动件和第二切割头驱动件，分别用于驱动第一切割头和第二切割头，以使第一切割头与第二切割头相互靠拢以切割喷嘴喷出的液柱。
作为优选方案，所述喷液通路有数条，沿第一硅基片与第二硅基片的键合面阵列式分布。
作为优选方案，所述第一硅基片的下表面具有进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池、喷嘴和第一切割头，所述第一硅基片的上表面设置第一切割头驱动件；
所述第二硅基片的上表面设置第一加热单元和第二切割头，所述第二硅基片的下表面设置第二切割头驱动件。
作为优选方案，所述第一加热单元采用钽-铝合金加热元件。
作为优选方案，所述第一切割头驱动件和第二切割头驱动件均采用PZT压电陶瓷片。
作为优选方案，所述第二硅基片的上表面还设有第二加热单元，第二加热单元对应于喷液储液池的中部。
作为优选方案，高精度热泡式喷墨打印机喷头，其工作过程包括：
开始工作时，第一加热单元开始加热，产生气泡使限流通道堵塞，并在喷嘴处产生弯液面，第二加热单元随后开始加热，在喷液储液池中产生气泡，推挤墨水从喷嘴喷出，在喷出液柱达到最长时，第一切割头驱动件和第二切割头驱动件驱动第一切割头和第二切割头切割液柱；切割时，第一加热单元停止加热，打开限流通道，随后第二加热单元停止加热，吸回液柱并补充墨水。
本发明还提供如上方案所述的高精度热泡式喷墨打印机喷头的加工方法，包括以下步骤：
S1、选取一第一硅基片，在第一硅基片的下表面刻蚀出进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和第一切割头；
第一硅基片的上表面设置第一切割头驱动件；
S2、选取一第二硅基片，在第一硅基片的上表面刻蚀出加热单元凹槽，之后在第二硅基片上表面沉积二氧化硅绝缘层，然后在加热单元凹槽中设置第一加热单元和第二加热单元；接着在第二硅基片的上表面刻蚀出第二切割头；
在第二硅基片的下表面设置第二切割头驱动件；
S3、将第一硅基片的下表面与第二硅基片的上表面键合。
作为优选方案，所述第一切割头和第二切割头与喷嘴的距离为50～200μm。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的高精度热泡式喷墨打印机喷，采用双驱动单元推挤墨滴，切割头切割液柱，可有效避免墨水回流，造成串扰；而通过切割头将液柱切割，避免了卫星墨滴的产生，同时可以控制喷出墨滴的体积，提高打印分辨率。
附图说明
图1为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头的平面结构示意图；
图2为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头第一加热单元工作示意图；
图3为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头第二加热单元工作示意图；
图4为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头的立体结构示意图；
图5为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头的第一硅基片部分下表面结构示意图；
图6为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头的第二硅基片部分结构下表面示意图；
图7为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头的第二硅基片部分结构上表面示意图；
图8为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头的加热单元结构示意图；
图9为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头的切割头结构示意图；
图10为本发明实施例一的可切割墨滴的高精度热泡式喷墨打印机喷头的制备方法流程图；
其中：1.第一硅基片；101.进液储液池；102.喷液储液池；103.进液通道；104.限流通道；105.喷嘴；106.第一切割头；107.第一切割头驱动件下电极层；108.第一切割头驱动件压电层；109.第一切割头驱动件上电极层；2.第二硅基片；201.绝缘层；202.第一加热单元；203.第二加热单元；204.电极阵列；205.钝化层；206.第二切割头；207.第二切割头驱动件下电极层；208.第二切割头驱动件压电层；209.第二切割头驱动件上电极层；210.接线口。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例一：
如图1-9所示，本实施例的高精度热泡式喷墨打印机喷头，包括若干条由进液通道103、进液储液池101、限流通道104、喷液储液池102、喷嘴105组成的喷液通路。
具体的，本实施例的高精度热泡式喷墨打印机喷头，包括相互键合的第一硅基片1和第二硅基片2，第一硅基片1的下表面具有进液通道103、进液储液池101、限流通道104、喷液储液池102、喷嘴105、第一切割头106，第一硅基片的上表面设有第一切割头驱动件。
第二硅基片的上表面具有第一加热单元202、第二加热单元203、第二切割头206，第二硅基片的下表面设有第二切割头驱动件。
第一加热单元202位于限流通道104出口处，第二加热单元203位于喷液储液池102的中部，第一加热单元202和第二加热单元203采用钽-铝合金加热元件，通过第二硅基片上设置的电极阵列204和接线口210引出。
在喷嘴105的外侧具有切割单元，切割单元包括第一切割头106、第二切割头206、第一切割头驱动件和第二切割头驱动件，第一切割头驱动件和第二切割头驱动件均采用PZT压电陶瓷片。具体地，第一切割头驱动件包括依次叠设的第一切割头驱动件下电极层107、第一切割头驱动件压电层108和第一切割头驱动件上电极层109；第二切割头驱动件包括依次叠设的第二切割头驱动件下电极层207、第二切割头驱动件压电层208和第二切割头驱动件上电极层209。
本实施例的高精度热泡式喷墨打印机喷头的工作过程，如图2和图3所示，在开始工作时，第一加热单元202先开始加热，产生气泡使限流通道104堵塞，并在喷嘴105处产生弯液面，第二加热单元203随后开始加热，在喷液储液池102中产生气泡，推挤墨水从喷嘴105喷出，在喷出液柱达到最长时，切割头驱动件推动切割头切割液柱；切割时第一加热单元202停止加热，打开限流通道104，随后第二加热单元203停止加热，吸回液柱并补充墨水。
如图10所示，本实施例的高精度热泡式喷墨打印机喷头的加工方法，包括以下步骤：
S1.选取4inch硅片，采用光刻工艺将进液储液池101和喷液储液池102的图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液储液池101和喷液储液池102，深度50-500μm；
S2.采用光刻工艺将进液通道103图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液通道103，深度50-100μm；
S3.采用光刻工艺将限流通道104和喷嘴105图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出限流通道104和喷嘴105，深度20-50μm；
S4.采用光刻工艺将第一切割头的图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出第一切割头106，切割头与喷嘴105距离为50-200μm；清洗第一硅基片1；
S5.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第一硅基片1的上表面制备第一切割头驱动件下电极层107；
S6.采用光刻工艺和PECVD工艺，在第一硅基片1的上表面制备第一切割头驱动件压电层108；
S7.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第一硅基片1的上表面制备第一切割头驱动件上电极层109；清洗第一硅基片1；
S8.选取4inch硅片，采用光刻技术和反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出加热单元凹槽，深度50-300μm；
S9.采用PECVD工艺，在第二硅基片2上表面沉积一层二氧化硅绝缘层201；
S10.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在加热单元凹槽中制备第一加热单元202和第二加热单元203；
S11.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在加热单元凹槽中制备电极阵列204；
S12.采用光刻工艺和PECVD工艺，在加热单元凹槽中制备氮化硅钝化层205；
S13.采用光刻工艺和反应离子刻蚀工艺，刻蚀制备出接线口210；清洗第二硅基片；
S14.采用光刻工艺将第二切割头206的图形转移至第二硅基片2的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出第二切割头206，切割头与喷嘴105距离为50-200μm；清洗第二硅基片2；
S15.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第二硅基片2的下表面制备第二切割头驱动件下电极层207；
S16.采用光刻工艺和PECVD工艺，在第二硅基片2的下表面制备第二切割头驱动件压电层208；
S17.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第二硅基片2的下表面制备第二切割头驱动件上电极层209；清洗第二硅基片2；
S18.采用氢氟酸漂洗第一硅基片1的下表面和第二硅基片2的上表面，并采用硅-硅键合工艺将第一硅基片1的下表面和第二硅基2片的上表面键合；
S19.清洗并划片。
本实施例的高精度热泡式喷墨打印机喷头，通过分布在限流通道104附近的第一加热单元202，将限流通道104堵塞，有效避免墨水回流，减少串扰；同时通过切割头在液柱达到最长时将液柱切割，可以避免卫星墨滴的产生，同时控制墨滴的大小，提高了喷墨打印的精度。
实施例二：
本实施例的高精度静电式喷墨打印机喷头与实施例一的不同之处在于：
阵列式喷液通路中的喷液通路的数量不限于实施例一所示的数量，还可以根据实际应用需求进行增加或减少；
其他结构可以参考实施例一。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高精度热泡式喷墨打印机喷头，其特征在于，包括相互键合的第一硅基片和第二硅基片，第一硅基片与第二硅基片之间形成喷液通路，喷液通路包括沿进液方向依次分布的进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和喷嘴；
所述第一硅基片或第二硅基片上对应于限流通道出口设有第一加热单元；
所述第一硅基片和第二硅基片对应于喷嘴喷出路径设有第一切割头和第二切割头，第一切割头与第二切割头相对且间距配合；
所述高精度热泡式喷墨打印机喷头还包括第一切割头驱动件和第二切割头驱动件，分别用于驱动第一切割头和第二切割头，以使第一切割头与第二切割头相互靠拢以切割喷嘴喷出的液柱；
高精度热泡式喷墨打印机喷头的工作过程包括：
开始工作时，第一加热单元开始加热，产生气泡使限流通道堵塞，并在喷嘴处产生弯液面，第二加热单元随后开始加热，在喷液储液池中产生气泡，推挤墨水从喷嘴喷出，在喷出液柱达到最长时，第一切割头驱动件和第二切割头驱动件驱动第一切割头和第二切割头切割液柱；切割时，第一加热单元停止加热，打开限流通道，随后第二加热单元停止加热，吸回液柱并补充墨水。
2.如权利要求1所述的一种高精度热泡式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述喷液通路有数条，沿第一硅基片与第二硅基片的键合面阵列式分布。
3.如权利要求2所述的一种高精度热泡式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第一硅基片的下表面具有进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池、喷嘴和第一切割头，所述第一硅基片的上表面设置第一切割头驱动件；
所述第二硅基片的上表面设置第一加热单元和第二切割头，所述第二硅基片的下表面设置第二切割头驱动件。
4.如权利要求3所述的一种高精度热泡式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第一加热单元采用钽-铝合金加热元件。
5.如权利要求3所述的一种高精度热泡式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第一切割头驱动件和第二切割头驱动件均采用PZT压电陶瓷片。
6.如权利要求3所述的一种高精度热泡式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第二硅基片的上表面还设有第二加热单元，第二加热单元对应于喷液储液池的中部。
7.如权利要求6所述的高精度热泡式喷墨打印机喷头的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取一第一硅基片，在第一硅基片的下表面刻蚀出进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和第一切割头；
第一硅基片的上表面设置第一切割头驱动件；
S2、选取一第二硅基片，在第一硅基片的上表面刻蚀出加热单元凹槽，之后在第二硅基片上表面沉积二氧化硅绝缘层，然后在加热单元凹槽中设置第一加热单元和第二加热单元；接着在第二硅基片的上表面刻蚀出第二切割头；
在第二硅基片的下表面设置第二切割头驱动件；
S3、将第一硅基片的下表面与第二硅基片的上表面键合。
8.如权利要求7所述的加工方法，其特征在于，所述第一切割头和第二切割头与喷嘴的距离为50～200μm。
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