CN1792635A - 制造致动器器件的方法和液体喷射设备 - Google Patents

制造致动器器件的方法和液体喷射设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1792635A
CN1792635A CNA2005101318703A CN200510131870A CN1792635A CN 1792635 A CN1792635 A CN 1792635A CN A2005101318703 A CNA2005101318703 A CN A2005101318703A CN 200510131870 A CN200510131870 A CN 200510131870A CN 1792635 A CN1792635 A CN 1792635A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric film
actuator device
layer
stress
film
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.)
Granted
Application number
CNA2005101318703A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100484765C (zh
Inventor
伊藤牧
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.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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 Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN1792635A publication Critical patent/CN1792635A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100484765C publication Critical patent/CN100484765C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/015Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1607Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1623Manufacturing processes bonding and adhesion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1626Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629Manufacturing processes etching wet etching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1632Manufacturing processes machining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1635Manufacturing processes dividing the wafer into individual chips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/164Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1646Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/07Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/079Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing using intermediate layers, e.g. for growth control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14241Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419Manifold
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047Membrane type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions
    • H10N30/8548Lead-based oxides

Landscapes

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

Abstract

一种制造致动器器件的方法,包括如下步骤:在衬底的一个表面上形成振动板;和在所述振动板上形成压电元件,所述压电元件中的每一个包括下电极、压电层和上电极,并且其中,所述形成振动板的步骤包含绝缘膜形成步骤,所述绝缘膜形成步骤至少包括:膜形成步骤,用于在所述衬底的所述一个表面上形成锆层;以及热氧化步骤,用于在预定的热氧化温度下热氧化所述锆层,以形成包括氧化锆层的绝缘膜并且同时调整所述绝缘膜的应力。

Description

制造致动器器件的方法和液体喷射设备
技术领域
本发明涉及用于制造致动器器件的方法以及使用该致动器器件喷射液滴的液体喷射设备,该方法包括由振动板构造压力产生腔的一部分、在振动板上形成具有压电层的压电元件、以及通过压电元件的位移使振动板变形。
背景技术
包括压电元件的致动器器件被用作例如安装在用于喷射液滴的液体喷射设备中的液体喷头的液体喷射装置。已知的这样的液体喷射设备是例如具有喷墨记录头的喷墨记录设备,其中在该喷墨记录头中,与喷嘴孔相连通的压力产生腔的一部分由振动板组成,该振动板被压电元件变形而使压力产生腔中的墨水受压,由此从喷嘴孔中喷出墨滴。
两种类型的喷墨记录头被投入实用。其中一种安装有纵向振动模式的致动器器件,该致动器器件沿压电元件的轴向膨胀和收缩。另一种安装有弯曲振动模式的致动器器件。使用弯曲振动模式致动器器件的喷墨记录头例如通过如下步骤来制造,即通过使用膜形成技术在振动板的整个表面上形成均匀的压电层,并通过光刻方法将该压电层切成与压力产生腔相对应的形状,以形成独立地用于各个压力产生腔的压电元件。
例如,锆钛酸铅(PZT)被用作用于构造压电元件的压电材料层的材料。在此情况下,当压电材料层被烧结时,压电材料层的铅组分扩散到二氧化硅(SiO2)膜中,其中所述二氧化硅膜设置在包含硅(Si)的通道形成衬底的表面上以构成振动板。铅组分的扩散引起如下的问题,即二氧化硅的熔点降低,并且氧化硅膜由于在烧结压电材料层的过程中产生的热而熔融。为了解决该问题,例如考虑了这样的结构,其中,构成振动板且具有预定厚度的氧化锆膜被设置在氧化硅膜上,并且压电材料层被设置在氧化锆膜上,由此防止铅组分从压电材料层扩散到氧化硅膜中(例如,参见日本专利申请早期公开No.1999-204849)。
氧化锆膜例如通过利用溅射法形成锆膜并热氧化锆膜来形成。这具有这样的问题,即诸如由锆膜的热氧化过程中产生的应力所导致的氧化锆膜破裂之类的缺陷。如果在通道形成衬底和氧化锆膜之间存在大的应力差,则产生例如这样的问题,即在通道形成衬底中形成压力产生腔之后,通道形成衬底等变形,由此锆膜剥落。
发明内容
考虑到上述情况,完成了本发明。本发明的目的是提供一种制造致动器器件的方法和一种液体喷射设备,该致动器器件改善了耐久性和可靠性且同时防止了诸如振动板破裂之类的缺陷。
用于实现以上目标的本发明的第一方面是一种用于制造致动器器件的方法,包括如下步骤:在衬底的一个表面上形成振动板;和在所述振动板上形成压电元件,所述压电元件中的每一个包括下电极、压电层和上电极,并且其中,所述形成振动板的步骤包含绝缘膜形成步骤,所述绝缘膜形成步骤至少包括:膜形成步骤,用于在所述衬底的所述一个表面上形成锆层;以及热氧化步骤,用于在预定的热氧化温度下热氧化所述锆层,以形成包括氧化锆层的绝缘膜并且同时调整所述绝缘膜的应力。
在第一方面中,当绝缘膜被形成时,其应力被调整。因此,可以形成振动板,而不会导致破裂等。而且,可以使得包括压电元件的所有膜处于令人满意的应力状态,并且可以制造压电元件位移特性均一的致动器器件。
本发明的第二方面是如第一方面所述的制造致动器器件的方法,其特征在于,在所述热氧化步骤中,通过控制所述热氧化温度来调整所述绝缘膜的应力。
在第二方面中,可以更可靠地调整绝缘膜的应力。
本发明的第三方面是如第一或者第二方面所述的制造致动器器件的方法,其特征在于,在所述热氧化步骤中,通过扩散炉热氧化所述锆层。
在第三方面中,可以更可靠地调整绝缘膜的应力。
本发明的第四方面是如第一到第三方面中任一项所述的制造致动器器件的方法,其特征在于,所述锆层的热氧化过程中的所述温度为800℃或更高但是不高于1000℃。
在第四方面中,可以令人满意地热氧化锆层,并且可以更可靠地调整绝缘膜的应力。
本发明的第五方面是如第一到第四方面中任一项所述的制造致动器器件的方法,其特征在于,所述绝缘膜形成步骤还包括在所述热氧化步骤之后进行的退火步骤,所述退火步骤用于在不高于所述热氧化温度的温度下退火所述绝缘膜,由此进一步调整所述绝缘膜的应力。
在第五方面中,可以增大构成振动板的绝缘膜的粘附性。而且,可以减小同一晶片中绝缘膜的粘附性的波动。
本发明的第六方面是一种由第一到第五方面中任一项所述的方法制造的致动器器件。
在第六方面中,可以获得改善了振动板的耐久性且使压电元件的位移特性均一的致动器器件。
本发明的第七方面是一种液体喷射设备,包括具有由如第一到第五方面中任一项的方法所制造的致动器器件作为液体喷射装置的液体喷头。
在第七方面中,可以获得一种液体喷射设备,其改善了振动板的耐久性,可以通过驱动压电元件而增大振动板的位移量,并且其液滴喷射特性被提高。
附图说明
为了更全面理解本发明及其优点,现在将结合附图参考下面的描述。
图1是根据实施例1的记录头的分解立体图。
图2A和2B分别是根据实施例1的记录头的俯视图和剖视图。
图3A至3D是示出根据实施例1的记录头的制造过程中的步骤的剖视图。
图4A至4D是示出根据实施例1的记录头的制造过程中的步骤的剖视图。
图5A和5B是示出根据实施例1的记录头的制造过程中的步骤的剖视图。
图6是用于该制造过程中的扩散炉的示意图。
图7是示出热氧化处理之后的绝缘膜应力的曲线图。
图8是示出与退火前的应力相比在退火之后绝缘膜应力变化的曲线图。
图9是根据本发明的一个实施例的记录设备的示意图。
具体实施方式
现在将基于下面提供的实施例来详细描述本发明。
(实施例1)
图1是示出了根据本发明实施例1的喷墨记录头的分解立体图。图2A和2B分别是图1中的喷墨记录头的俯视图和剖视图。如这些图所示,在本实施例中通道形成衬底10由具有(110)面取向的面的单晶硅衬底构成。在通道形成衬底10的一个表面上存在弹性膜50,包括二氧化硅且厚度为0.5到2μm的所述弹性膜50预先通过热氧化形成。在通道形成衬底10中,沿通道形成衬底10的宽度方向平行布置多个压力产生腔12。连通部分13形成在通道形成衬底10中压力产生腔12的纵向外侧区域中。连通部分13与每一个压力产生腔12通过为每一个压力产生腔12设置的墨水供应通路14连通。连通部分13与保护板(在后面描述)的储液室部分连通,以构成充当用于各个压力产生腔12的公共墨水腔的储液室。墨水供应通路14以比压力产生腔12更窄的宽度形成,并且使墨水从连通部分13流入到压力产生腔12中的通道阻力保持恒定。
在通道形成衬底10的开口表面上,通过胶粘剂或者热封膜固定了其中钻有喷嘴孔21的喷嘴板20。每一个喷嘴孔21与压力产生腔12中位于墨水供应通路14相反一侧的端部附近连通。喷嘴板20包括厚度为例如0.01至1mm且线性膨胀系数为例如在300℃或更低温度下2.5至4.5[×10-6/℃]的玻璃陶瓷、单晶硅衬底或者不锈钢。
如上所述,在通道形成衬底10的与开口表面相反的表面上,形成厚度例如为约1.0μm且包括二氧化硅(SiO2)的弹性膜50。厚度例如为约0.3μm且包括二氧化锆(ZrO2)的绝缘膜55被形成在弹性膜50上。在绝缘膜55上,通过一定的工艺(将在后面描述)以层叠状态形成厚度例如为约0.2μm的下电极膜60、厚度例如为约1.0μm的压电层70和厚度例如为约0.05μm的上电极膜80,以构成压电元件300。压电元件300指的是包括下电极膜60、压电层70和上电极膜80的部分。一般而言,压电元件300的电极之一被用作公共电极,另一电极以及压电层70通过图案化而被构造用于各个压力产生腔12。由已经图案化的压电层70和两个电极中的任一个构成并且对两个电极都施加电压时发生压电变形的部分被称为压电活性部分。在本实施例中,下电极膜60用作压电元件300的公共电极,而上电极膜80用作每一个压电元件300的单个电极。但是,为了驱动电路和布线的方便而将其用途颠倒不会有什么问题。在任一情况下,由此对各个压力产生腔形成压电活性部分。此处,压电元件300和通过压电元件300的驱动而移位的振动板一起被称为压电致动器。包括例如金(Au)的引线电极90被连接到每一压电元件300的上电极膜80。电压通过引线电极90被选择性施加到每一个压电元件300。
在通道形成衬底10的放置有压电元件300的表面上,具有压电元件保持部分31的保护板30被接合在与压电元件300相对的区域中,所述压电元件保持部分31可以确保宽到足以不妨碍压电元件300移动的空间。因为压电元件300形成在压电元件保持部分31内,所以其被保护在基本不受外部环境影响的状态下。而且在保护板30中,储液室部分32设置在与通道形成衬底10的连通部分13相对应的区域中。在本实施例中,储液室部分32沿着压力产生腔12的平行排列方向设置,以在保护板30的厚度方向上穿透保护板30。如上所述,储液室部分32与通道形成衬底10的连通部分13连通以构成储液室100,所述储液室100充当用于各个压力产生腔12的公共墨水腔。
在保护板30的在压电元件保持部分31和储液室部分32之间所限定的区域中,设置在保护板30的厚度方向上穿透保护板30的通孔33。下电极膜60的一部分和引线电极90的前端部分在通孔33中露出。从驱动IC延伸出的连接配线的一端连接到下电极膜60和引线电极90,但是这没有被示出。
用于保护板30的材料为例如玻璃、陶瓷材料、金属或者树脂。优选地,保护板30由具有与通道形成衬底10的材料几乎相同的热膨胀系数的材料形成。在本实施例中,保护板30由作为与通道形成衬底10相同材料的单晶硅衬底形成。
此外,由密封膜41和固定板42构成的柔性板40被接合到保护板30上。密封膜41包括低刚度和柔性的材料(例如,厚度为6μm的聚苯硫醚(PPS)膜)制成,并且该密封膜41密封储液室部分32的一个表面。固定板42由诸如金属的硬材料(例如,厚度为30μm的不锈钢(SUS))形成。该固定板42与储液室110相对的区域限定出沿厚度方向完全去除板而得到的开口部分43。于是,储液室110的一个表面仅仅由具有柔性的密封膜41来密封。
利用上述的本实施例的喷墨记录头,从外部墨水供应装置(没有示出)吸入墨水,并且该记录头从储液室100到喷嘴孔21范围的内部充满墨水。然后,根据来自驱动IC(没有示出)的记录信号,在对应于压力产生腔12的下电极膜60和上电极膜80之间施加电压,以弯曲变形弹性膜50、绝缘膜55、下电极膜60和压电层70。结果,压力产生腔12内的压力上升,以通过喷嘴孔21喷出墨滴。
用于制造上述喷墨记录头的方法将参考图3A-3D到图5A和5B进行描述。这些图是沿压力产生腔12的纵向的剖视图。首先,如图3A所示,作为硅晶片的通道形成衬底晶片110在扩散炉中约1100℃的温度下被热氧化,以在晶片110的表面上形成构成弹性膜50的二氧化硅膜。在本实施例中,具有约625μm的较大厚度且具有高刚度的硅晶片被用作通道形成衬底晶片110。
然后,如图3B所示,包括氧化锆的绝缘膜55被形成在弹性膜50(二氧化硅膜51)上。具体地,具有预定厚度(在本实施例中约0.3μm)的锆层例如通过DC溅射形成在弹性膜50上。然后,其上形成有锆层的通道形成衬底晶片110例如在扩散炉中被加热以热氧化锆层,由此形成包括氧化锆的绝缘膜55。
例如如图6所示的用于锆层热氧化的扩散炉200由核心管203和布置在核心管203外侧的加热器204组成,所述核心管203在一端具有入口201并在另一端具有用于反应气体的流入口202。入口201可以被敞开并且由闸板205封闭。在本实施例中,多个其上分别形成有锆层的通道形成衬底晶片110被固定到作为固定夹具的样品舟206上。样品舟206以例如200mm/min或者更高的速率被插入加热到预定温度的扩散炉200中。然后,封闭闸板205,将晶片110保持在其中约1小时来热氧化锆层而形成绝缘膜55。
而且,在本发明中,通过控制在由热氧化锆层形成绝缘膜55的过程中的热氧化温度,例如本实施例中的扩散炉温度,来调整绝缘膜55的应力。例如在本实施例中,锆层在被加热到约900℃的扩散炉中热氧化。通过这样调整绝缘膜55的应力,实现了令人满意的所有膜(包括在形成压电元件之后的构成压电元件的各个层)的应力平衡,并且可以防止由于应力造成的各个膜的剥离或者裂纹的出现。具体地,构成绝缘膜55的氧化锆(ZrO2)与诸如构成弹性膜50的二氧化硅(SiO2)的其他材料相比具有较高的杨氏模量,因此可以在较宽的范围内调整氧化锆的应力。因此,通过调整这样的绝缘膜55的应力,可以更可靠地实现了令人满意的所有膜的应力平衡。
将解释绝缘膜应力根据热氧化条件差异而变化的研究结果。多个通道形成衬底晶片被置入加热到约800℃、850℃和900℃的扩散炉中,并且热氧化约60分钟以形成绝缘膜,其中,每一个通道形成衬底晶片上具有在一定条件下形成在包括二氧化硅的弹性膜上的锆层。对所得绝缘膜中的每一个的翘曲变形量(与弹性膜的翘曲变形量的差异)进行检测。结果被示于图7中。此处的翘曲变形量是指在通道形成衬底晶片的中心部分处跨度为约140mm的绝缘膜的翘曲变形量。如图7所示,绝缘膜的翘曲变形量根据锆层热氧化过程中的温度(扩散炉的温度)而变化。如从这些结果清楚可见的,通过控制锆层热氧化过程中的温度,绝缘膜可以被调整到优选的应力状态。当然,通过控制热氧化的持续时间以及热氧化的温度都可以调整绝缘膜的应力。
在本实施例中,锆层通过扩散炉被热氧化。但是,这不是限制性的,锆层也可以例如利用RTA(快速热退火)热氧化。
在本实施例中,当绝缘膜55被形成时,即当锆层被热氧化时,绝缘膜55的应力被调整。但是,可以允许热氧化锆层以形成绝缘膜55,然后在预定温度下进一步退火绝缘膜55,由此进一步调整绝缘膜55的应力。
具体地,绝缘膜55可以在不高于热氧化以上锆层过程中的最高温度下,即在本实施例中的900℃或者更低的温度下退火,并且退火的条件(例如温度和时间)可以被改变以进一步调整绝缘膜55的应力。
通过这样退火绝缘膜55以调整其应力,可以实现所有膜的更好的应力平衡,这些膜包括构成通过数个步骤(将在后面描述)所形成的压电元件的各个层,由此可靠地防止了由于应力造成的膜的剥离或者裂纹。而且,使得退火过程中的加热温度不高于锆层热氧化过程中的最高温度,由此可以维持绝缘膜55的粘附。所获得的另一个效果是可以减小绝缘膜粘附沿通道形成衬底晶片的平面方向的波动。
对退火过程中的加热温度没有限制(如果其高于或低于上述最高温度),但是其优选为尽可能高的温度。原因在于如上所述,绝缘膜的应力由退火过程中的条件(例如加热温度和加热时间)确定,并且更高的加热温度可以在较短的时间内完成应力的调整(退火),由此提高了制造效率。
研究了退火之后的绝缘膜应力与退火之前相比的变化,并且将描述其结果。通过热氧化形成在弹性膜上的锆层而形成的绝缘膜在如下条件下退火:加热温度为900℃,且加热时间为60分钟。在经过预定时间后检测绝缘膜的翘曲变形量(翘曲变形差)。结果被示于图8中。此处的翘曲变形量是指在通道形成衬底晶片的中心部分处跨度为约140mm的绝缘膜的翘曲变形量。如图8所示,退火之前绝缘膜的最大翘曲变形量为约+30μm。就是说,在退火之前绝缘膜发生翘曲变形,使得弹性膜下凹。在退火开始之后直到约15分钟,绝缘膜的翘曲变形量明显变化,但是之后继续在负值的方向上逐渐变化。退火60分钟之后的绝缘膜已经翘曲变形,使得其最大翘曲量为约-40μm,这意味着弹性膜变成上凸的。这些结果表明,绝缘膜55的应力在退火时也发生变化。因此,在锆层被热氧化以形成绝缘膜之后,绝缘膜被退火,由此绝缘膜55可以被调整到更加优选的应力状态。当然,通过控制温度以及退火时间都可以调整绝缘膜应力。
在形成绝缘膜55之后,例如铂和铱被层叠在绝缘膜55上以形成下电极膜60,此后下电极膜60被图案成预定形状,如图3C所示。然后如图3D所示,包括例如锆钛酸铅(PZT)的压电层70和包括例如铱的上电极膜80被形成在通道形成衬底晶片110的整个表面上。在本实施例中,通过所谓的溶胶凝胶工艺形成包括锆钛酸铅(PZT)的压电层70,其中所述溶胶凝胶工艺包括将金属有机材料溶解或者分散在催化剂中以形成溶胶,涂覆和干燥所述溶胶以形成凝胶,并在高温下烧结所述凝胶以获得包括金属氧化物的压电层70。
用于压电层70的材料例如可以是诸如锆钛酸铅(PZT)的铁电压电材料,或者松弛压电体,后者具有加入到上述铁电压电材料的诸如铌、镍、镁、铋和镱之类的金属。可以考虑压电元件的特性、用途等来适当地选择压电层70的成分。其实例有PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PZN-PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PNN-PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3(PIN-PT)、Pb(Sc1/3Ta2/3)O3-PbTiO3(PST-PT)、Pb(Sc1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PSN-PT)、BiScO3-PbTiO3(BS-PT)、和BiYbO3-PbTiO3(BY-PT)。用于形成压电层70的方法不限于溶胶凝胶工艺。例如,可以使用MOD(金属有机分解)。
如前面所述的,在本发明中,至少当锆层被热氧化时,绝缘膜55的应力被调整。或者,例如当形成压电层70时,诸如烧结温度之类的条件可以被改变,由此可以调整绝缘膜55的应力。但是,这不是优选的,因为如果诸如压电层70的烧结温度之类的条件被改变,所以压电层70的物理性能改变,并且可能将不会获得所期望的特性。
然后,如图4A所示,在与各个压力产生腔12相对的区域中图案化压电层70和上电极膜80,以形成压电元件300。然后,形成引线电极90。具体地,如图4B所示,包括例如金(Au)的金属层91被形成在通道形成衬底晶片110的整个表面上。然后,通过包括例如光刻胶的掩模图案对各个压电元件300图案化金属层91,以形成引线电极90。
然后,如图4C所示,作为硅晶片和将成为多个保护板30的保护板晶片130被接合到通道形成衬底晶片110的其上已经形成压电元件300的表面上。保护板晶片130具有例如400μm量级的厚度,并且因此通过将保护板晶片130接合到通道形成衬底晶片110上而显著增大通道形成衬底晶片110的刚度。
然后,如图4D所示,通道形成衬底晶片110被抛光到一定的厚度,然后用氟硝酸湿法刻蚀,使得通道形成衬底晶片110具有预定的厚度。例如在本实施例中,通道形成衬底晶片110被刻蚀到具有约70μm的厚度。然后,如图5A所示,包括例如氮化硅(SiN)的掩模膜52被重新形成在通道形成衬底晶片110上,并且被图案化成预定形状。然后,如图5B所示,通过掩模膜52对通道形成衬底晶片110进行各向异性刻蚀,以在通道形成衬底晶片110中形成压力产生腔12、连通部分13和墨水供应通路14。
然后,例如通过划片切割,去除通道形成衬底晶片110和保护板晶片130的外周缘部分中的多余区域。然后,其中钻有喷嘴孔21的喷嘴板20被接合到通道形成衬底晶片110的与保护板30相反的表面上,并且柔性板40被接合到保护板晶片130上。包括其他构件的通道形成衬底晶片110被分割成如图1所示的一个芯片大小的通道形成衬底10,以制造本实施例的喷墨记录头。
如上所述,在本发明中,当包括氧化锆的绝缘膜55被形成在弹性膜50上时,锆层被热氧化,然后在预定条件下进行退火。通过这样的工序,可以增大绝缘膜55的粘附,并且可以调整绝缘膜55的应力。这样,可以获得这样的喷墨记录头,其改善了振动板的耐久性,可以通过驱动压电元件300而增大振动板的位移量,并且其喷墨特性被提高。
由上述制造方法的生产的喷墨记录头然后被安装在喷墨记录设备上,作为具有与墨盒等连通的墨水通道的记录头单元的一部分。图9是示出了此喷墨记录装置的实例的示意图。如图9所示,构成墨水供应装置的盒2A和2B可拆卸地设置在具有喷墨记录头的记录头单元1A和1B中,并且承载记录头单元1A和1B的托架3沿轴向可移动地设置在托架轴5(其安装在设备主体4上)上。记录头单元1A和1B将分别喷射例如黑色墨水组合物和彩色墨水组合物。驱动电机6的驱动力通过多个齿轮(没有示出)和同步带7被传递到托架3,由此承载记录头单元1A和1B的托架3沿着托架轴5移动。设备主体4沿着托架轴5设置有滚筒8,并且已经通过片材供入辊等(没有示出)供入的诸如纸之类的记录片材S作为记录介质由滚筒8运输。
(其他实施例)
虽然上面已经描述了本发明的实施例,但是本发明不限于这些实施例。在上述实施例中,喷墨记录头作为这样的液体喷头的实例进行了说明,其具有作为液体喷射装置的致动器器件并安装在液体喷射设备中。但是,本发明广泛地用于一般的致动器器件。因此,无需多言,本发明可以被应用于喷射除墨水之外的其他液体的液体喷头。其他液体喷头包括例如用于诸如打印机的图象记录设备的各种记录头、用于制造诸如液晶显示器等的色彩过滤器的颜料喷头、用于形成有机EL显示器和FED(面发射显示器)的电极的电极材料喷头、以及用于制造生物芯片的生物有机材料喷头。此外,本发明不仅可以应用于将被安装在液体喷头中的致动器器件,而且可以应用于安装在各种设备中的致动器器件。除了上述液体喷头之外,其他安装有致动器器件的设备例如为传感器。应该理解,在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下,可以进行这样的变化、替换和修改。

Claims (7)

1.一种制造致动器器件的方法,包括如下步骤:
在衬底的一个表面上形成振动板;和
在所述振动板上形成压电元件,所述压电元件中的每一个包括下电极、压电层和上电极,并且
其中,所述形成振动板的步骤包含绝缘膜形成步骤,所述绝缘膜形成步骤至少包括:膜形成步骤,用于在所述衬底的所述一个表面上形成锆层;以及热氧化步骤,用于在预定的热氧化温度下热氧化所述锆层,以形成包括氧化锆层的绝缘膜并且同时调整所述绝缘膜的应力。
2.如权利要求1所述的制造致动器器件的方法,其中在所述热氧化步骤中,通过控制所述热氧化温度来调整所述绝缘膜的应力。
3.如权利要求1所述的制造致动器器件的方法,其中在所述热氧化步骤中,通过扩散炉热氧化所述锆层。
4.如权利要求1所述的制造致动器器件的方法,其中所述锆层的热氧化过程中的所述温度为800℃或更高但是不高于1000℃。
5.如权利要求1所述的制造致动器器件的方法,其中所述绝缘膜形成步骤还包括在所述热氧化步骤之后进行的退火步骤,所述退火步骤用于在不高于所述热氧化温度的温度下退火所述绝缘膜,由此进一步调整所述绝缘膜的应力。
6.一种由如权利要求1所述的方法制造的致动器器件。
7.一种液体喷射设备,包括具有如权利要求6所述的致动器器件作为液体喷射装置的液体喷头。
CNB2005101318703A 2004-12-20 2005-12-15 制造致动器器件的方法和液体喷射设备 Expired - Fee Related CN100484765C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004368221 2004-12-20
JP2004368221A JP4858670B2 (ja) 2004-12-20 2004-12-20 アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1792635A true CN1792635A (zh) 2006-06-28
CN100484765C CN100484765C (zh) 2009-05-06

Family

ID=36595119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005101318703A Expired - Fee Related CN100484765C (zh) 2004-12-20 2005-12-15 制造致动器器件的方法和液体喷射设备

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20060132549A1 (zh)
JP (1) JP4858670B2 (zh)
KR (1) KR100731438B1 (zh)
CN (1) CN100484765C (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103252997A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 珠海纳思达电子科技有限公司 一种液体喷头及其制造方法
CN117087334A (zh) * 2023-10-19 2023-11-21 季华实验室 打印喷头、喷墨打印设备及其控制方法、设备与存储介质

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5089860B2 (ja) * 2004-12-03 2012-12-05 富士フイルム株式会社 圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッド
JP4858670B2 (ja) 2004-12-20 2012-01-18 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射装置
KR20070083053A (ko) * 2006-02-20 2007-08-23 삼성전자주식회사 엑츄에이터를 구비한 잉크젯 프린터 헤드, 이를 구비한잉크젯 프린팅 시스템 및 그 제어 방법
JP4296441B2 (ja) * 2006-10-11 2009-07-15 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ装置の製造方法
US8029111B2 (en) * 2007-11-05 2011-10-04 Seiko Epson Corporation Droplet ejection head and droplet ejection apparatus
US8029110B2 (en) * 2007-11-05 2011-10-04 Seiko Epson Corporation Droplet ejection head and droplet ejection apparatus
JP5463816B2 (ja) * 2009-09-16 2014-04-09 セイコーエプソン株式会社 液滴噴射ヘッド、液滴噴射装置及び圧電アクチュエーター
KR20110088188A (ko) * 2010-01-28 2011-08-03 삼성전기주식회사 잉크젯 프린트 헤드 및 잉크젯 프린트 헤드의 제조 방법
JP2012059770A (ja) * 2010-09-06 2012-03-22 Seiko Epson Corp 圧電素子、液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置ならびにそれらの製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3734176B2 (ja) * 1995-04-03 2006-01-11 セイコーエプソン株式会社 インクジェット記録用プリンタヘッドの製造方法及びアクチュエータの製造方法
JP3582550B2 (ja) * 1995-04-03 2004-10-27 セイコーエプソン株式会社 インクジェット記録用プリンタヘッドの製造方法
DE69600167T2 (de) * 1995-04-03 1998-10-22 Seiko Epson Corp Tintenstrahldruckkopf und dessen Herstellungsverfahren
US5944964A (en) * 1997-02-13 1999-08-31 Optical Coating Laboratory, Inc. Methods and apparatus for preparing low net stress multilayer thin film coatings
JP4202467B2 (ja) * 1998-07-10 2008-12-24 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ装置及びインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェット式記録装置
KR100308131B1 (ko) * 1999-10-01 2001-11-02 김영환 반도체 소자의 커패시터 제조 방법
ATE249341T1 (de) * 1999-11-15 2003-09-15 Seiko Epson Corp Tintenstrahldruckkopf und tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung
JP3661775B2 (ja) * 2001-02-14 2005-06-22 セイコーエプソン株式会社 インクジェット式記録ヘッドの製造方法
JP4340048B2 (ja) * 2001-08-28 2009-10-07 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2004017613A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP3888454B2 (ja) * 2002-07-01 2007-03-07 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2004268397A (ja) 2003-03-07 2004-09-30 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッドの製造方法及び接合装置
US7411339B2 (en) * 2003-11-28 2008-08-12 Seiko Epson Corporation Manufacturing method of actuator device and liquid jet apparatus provided with actuator device formed by manufacturing method of the same
US7562451B2 (en) * 2003-12-09 2009-07-21 Seiko Epson Corporation Method of manufacturing actuator device for ink jet head
JP4858670B2 (ja) 2004-12-20 2012-01-18 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103252997A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 珠海纳思达电子科技有限公司 一种液体喷头及其制造方法
CN117087334A (zh) * 2023-10-19 2023-11-21 季华实验室 打印喷头、喷墨打印设备及其控制方法、设备与存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN100484765C (zh) 2009-05-06
US20060132549A1 (en) 2006-06-22
KR20060070460A (ko) 2006-06-23
JP2006179527A (ja) 2006-07-06
KR100731438B1 (ko) 2007-06-21
JP4858670B2 (ja) 2012-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100484765C (zh) 制造致动器器件的方法和液体喷射设备
CN1323842C (zh) 致动器装置的制造方法及液体喷射装置
US7535157B2 (en) Piezoelectric element, actuator device, liquid-jet head, and liquid-jet apparatus
JP5115330B2 (ja) 液体噴射ヘッドおよびそれを備えた液体噴射装置
US20080088207A1 (en) Actuator device, liquid-jet head, and method of manufacturing actuator device
CN1323841C (zh) 致动装置的制造方法、及包括该致动装置的液体喷射装置
US7562451B2 (en) Method of manufacturing actuator device for ink jet head
US7878631B2 (en) Liquid jet head, a liquid jet apparatus and a piezoelectric element
JP2007048816A (ja) アクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2011224785A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法
JP5201304B2 (ja) アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法
JP2009076819A (ja) アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
JP2006245248A (ja) 圧電素子及びその製造方法、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
CN100418772C (zh) 制造致动器装置的方法以及液体喷射设备
JP2009061729A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP4475042B2 (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法
JP2006019513A (ja) 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法
JP2006021392A (ja) アクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP2005260003A (ja) アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射装置
JP2005209912A (ja) 圧電素子及び液体噴射ヘッド並びに圧電素子の製造方法
JP2007180249A (ja) アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射装置
JP2007059817A (ja) アクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2007116004A (ja) アクチュエータ装置の製造方法、及び液体噴射ヘッドの製造方法
JP2006019592A (ja) 誘電体膜の製造方法及び圧電素子の製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法
JP2009255526A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法、圧電素子の製造方法及び液体噴射装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090506

Termination date: 20191215