專利名稱：打印頭模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下描述涉及包含一個或多個噴嘴的打印頭組件。
背景技術(shù)：
噴墨打印機通常包括從墨水源到墨水噴嘴組件的墨水路徑，所述組件包 括噴出墨滴的噴嘴。通過利用例如可以是壓電偏轉(zhuǎn)器，熱氣泡噴注發(fā)生器， 或靜電偏轉(zhuǎn)元件的致動器使墨水路徑中的墨水增壓以控制墨滴噴射。典型的 打印頭具有具備相應(yīng)的墨水路徑陣列和相關(guān)致動器的噴嘴線，并可獨立控制 每個噴嘴的墨滴噴射。在所謂的"基于要求滴落"的打印頭中，當(dāng)打印頭和 打印介質(zhì)相對彼此移動時，啟動每個致動器以選擇性地將墨滴噴射在圖像的 特定像素位置。在高性能打印頭中，噴嘴典型地具有50微米或更小(例如 25微米)的直徑，并以每英寸100-300噴嘴的間距分開，且提供近乎1至 70皮米(pl)或更小的墨滴尺寸。墨滴噴射頻率通常為10KHz或更高。
打印頭包括半導(dǎo)體打印頭和壓電致動器，例如，Hoisington等人的美國 專利No.5,265,315中所描述的打印頭。打印頭體可由硅制成，其被刻蝕以限 定墨水腔。噴嘴可由安裝在硅體上的單獨噴嘴板限定。壓電致動器具有根據(jù) 施加的電壓改變幾何結(jié)構(gòu)或進行彎曲的壓電材料層。壓電層的彎曲對沿著墨 水路徑安置的增壓室內(nèi)的墨水加壓。
打印準(zhǔn)確度受許多因素影響，包括打印機中的打印頭或多個打印頭中噴 嘴所噴射的墨滴的尺寸和速度的均勻性。墨滴尺寸和墨滴速度的均勻性反過 來受一些因素影響，如墨水路徑的尺寸均勻性，聲波干擾效應(yīng)，墨水流路中 的污物，以及致動器產(chǎn)生的壓力脈沖的均勻性。墨水流中的污物或碎片通過 在墨水流路中使用 一個或多個過濾器來減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述包含一個或多個噴嘴的打印頭組件。通常，在一個方面中， 本發(fā)明以包含打印頭體、噴嘴板和一個或多個壓電致動器的打印頭為特色。 打印頭體包括一個或多個增壓室，其中每個增壓室包括構(gòu)造用以從打印液體 源接收打印液體的接收端和用于噴射增壓室中打印液體的噴射端。噴嘴板包 括形成通過噴嘴板的一個或多個噴嘴。每個噴嘴與增壓室流體連通并從增壓 室的噴射端接收打印液體以從噴嘴進行噴射。 一個或多個壓電致動器與噴嘴 板相連。壓電致動器位于每個增壓室上方并包括構(gòu)造以偏轉(zhuǎn)并對增壓室增壓 的壓電材料，以便從與增壓室噴射端流體連通的相應(yīng)噴嘴噴射打印液體。
本發(fā)明的實施可包括一個或多個以下特征。打印頭模塊包含在打印頭系 統(tǒng)中，所述系統(tǒng)包括與打印頭模塊的噴嘴面相連的柔性電路。柔性電路與一 個或多個壓電致動器電連接以便為 一個或多個壓電致動器提供信號，以選擇 性地對一個或多個增壓室增壓進而啟動一個或多個相應(yīng)噴嘴。
打印頭模塊包括與噴嘴板相連且包括與形成通過噴嘴板的 一個或多個 噴嘴相連的一個或多個孔的蓋。所述蓋被構(gòu)造以覆蓋一個或多個壓電致動器 同時為一個或多個致動器中包含的壓電材料在激勵時提供足夠的間隙。
打印頭模塊包括打印液體供給組件，其中打印液體供給組件包括與增壓 室的接收端流體連通的容器。打印頭體包括基本平行于與噴嘴板相連的噴嘴 面的背面。打印液體供給組件與打印頭體的背面相連，并且增壓室的接收端 包括打印頭體背面上與容器流體連通的開口 。
打印頭模塊包括多個增壓室，并且還包括至少一個形成在打印頭體背面 中的打印液體通道。打印液體通道與增壓室的開口以及容器流體連通。打印 液體從容器進入打印液體通道并被引入增壓室的開口 。在一種實施方式中， 打印液體通道包括朝向增壓室的開口成角度的至少兩個側(cè)邊。
實施本發(fā)明以實現(xiàn)一個或多個以下優(yōu)點。以比現(xiàn)有技術(shù)的打印頭模塊使 用較少的硅和更少的制造步驟制造打印頭模塊，例如，相比于打印頭體的噴 嘴面，打印頭模塊包括位于打印頭體背面上的壓電層。能夠減少所需的刻蝕
時間，進而減少了制造時間。例如，相比于消耗較長時間的Bosch工藝，可 利用KOH刻蝕工藝刻蝕打印頭模塊中包含的墨水通道。根據(jù)其他特征，打 印頭體的噴嘴面上的壓電層可從打印頭體的背面上去除。例如，加熱器可集 成在打印頭體的背面中。相比于沿著打印頭體的側(cè)邊，墨水源能從背面將墨水送進打印頭體內(nèi)包 含的增壓室。從打印頭體的背面將墨水送入增壓室內(nèi)促進了增壓室的注入， 正如增壓室可通過毛細(xì)管作用填充。另外，從墨水源進入增壓室的路徑長度 比如果墨水通過增壓室的側(cè)面進入要短，進而提供了提高的響應(yīng)頻率。此外， 相比于在側(cè)面，在背面上設(shè)置墨水通道能促進打印頭模塊在外殼上的粘合。 利用較少的層制造打印頭模塊，進而減少跨越模塊的厚度變化。
在以下附圖和說明中闡述一個或更多實施的細(xì)節(jié)。根據(jù)說明和附圖以及 權(quán)利要求使得其他特征和優(yōu)點變得清楚。


參照以下附圖詳細(xì)描述這些和其他方面。 圖1示出了部分的打印頭。
圖2以打印頭體頂面上部分噴嘴板的剖視圖示出了圖1中部分打印頭體
的剖視圖。
所述壓電層位于圖2中部分打印頭體和噴嘴板的頂部上。 圖3B為圖3A的打印頭組件沿線A-A的截面圖。 圖3C為圖3A的打印頭組件沿線B-B的截面圖。 圖4示出了圖3A中打印頭的噴嘴面。 圖5A示出了圖3A中打印頭的背面。 圖5B示出了圖5A中所示的背面的放大部分。 圖6示出了與圖3A中打印頭組件相連的柔性電路。 圖7A和7B示出了包含圖3A中打印液體源組件、柔性電路和打印頭組
件的打印頭模塊的透視圖。
圖7C示出了圖7B中的打印頭模塊沿線C-C的透視截面圖。
圖7D示出了圖7B中的打印頭模塊沿線D-D的透視截面圖。
圖8A-8Q說明了制造打印頭體的工藝。
圖9為示出了圖8A-8Q中所說明的工藝步驟的流程圖。
圖IO為示出了用于組裝打印頭模塊的流程圖。
圖11為包括蓋的打印頭的部分截面圖側(cè)視圖。
各個附圖中的相同參考標(biāo)記表示相同元件。
具體實施例方式
下面描述包括加壓的增壓室以選擇從噴嘴噴射打印液體的打印頭模塊。 典型的打印液體是墨水，為說明目的，以下將墨水用作打印液體描述打印頭 模塊?？墒?，應(yīng)當(dāng)理解，打印液體可以是其他液體，例如液晶顯示器制造中 所使用的電致發(fā)光材料或電路板制造中使用的液態(tài)金屬。
打印頭模塊包括可選擇啟動以對增壓室增壓并從相應(yīng)噴嘴噴射墨水的 致動器。例如，在一個實施例中，通過對置于增壓室上的壓電材料施加電壓 啟動致動器。所施加的電壓引起壓電材料偏轉(zhuǎn)并對增壓室增壓，進而迫使增 壓室內(nèi)的墨水從相應(yīng)的噴嘴噴射出。電路為致動器提供驅(qū)動信號以控制噴嘴 的噴射。壓電材料和至少 一些電路與噴嘴一樣祐j殳置在打印頭模塊的相同側(cè) 面上。打印頭模塊可包括打印頭體、柔性電路和墨水供給組件。
參照圖1,示出了一個實施例的部分打印頭體102。打印頭102由基底 101、噴嘴板和壓電層形成?；?01可以是半導(dǎo)體，例如MEMS硅片。在 所示實施例中，打印頭體102包括用于保持并通過多個噴嘴，例如300個噴 嘴泵浦墨水的多個增壓室104(僅示出了幾個多重增壓室)。應(yīng)當(dāng)理解，可包 括更多或更少的噴嘴。
利用現(xiàn)有技術(shù)熟知的刻蝕技術(shù)將增壓室104刻蝕進入打印頭體102。每 個增壓室104包括與墨水源流體連通的墨水接收端106,以及與噴嘴流體連 通的墨水噴射端108。墨水通過墨水接收端106中的開口 (未示出)進入增 壓室104。借助增壓室104的增壓，迫使墨水離開墨水噴射端108并從相應(yīng) 的噴嘴噴射出。以下將還描述用于對增壓室104增壓以"啟動"噴嘴的示例 性裝置和示例性墨水供給組件。
參照圖2，示出了打印頭102的剖視圖。示出了噴嘴板IIO位于基底101 的頂部上，并且還以剖視圖示出。噴嘴板110限定了多個噴嘴112。另外， 厚度減少的延長部分114形成在位于增壓室104上方的噴嘴板110中。為說 明目的，厚度減少的區(qū)域114被表示為噴嘴板110的開口，其中噴嘴板IIO 最上層已經(jīng)被切除。噴嘴112位于增壓室104的墨水噴射端108上方并與其 流體連通。阻抗部件(impedance feature ) 105，如圖2中所示的示例性柱子， 可產(chǎn)生阻力以減少進入增壓室104外部墨水的能量數(shù)量，以便防止增壓室 104的墨水回流，并且引導(dǎo)墨水流朝向并通過噴嘴112。圖3A示出了打印頭體102的剖視圖，其包括基底101、噴嘴板110和 位于噴嘴板110上的壓電層116。示出了驅(qū)動接觸122和驅(qū)動電極120位于 壓電層116的頂部上。每對驅(qū)動接觸122和驅(qū)動電極120對應(yīng)形成于基底101 內(nèi)的增壓室104。在一個實施例中，驅(qū)動接觸122和驅(qū)動電極120是金屬跡 線(trace )，如金的跡線。如圖所示，對應(yīng)增壓室104的位置切斷壓電層116。 接地電極層117形成在噴嘴板110的頂表面，其具有切除區(qū)域以暴露噴嘴 112。接地電極層117由金屬，例如金形成，并為接地電極層117施加電壓 以在接地電極層117和驅(qū)動電極120之間產(chǎn)生電壓差。
驅(qū)動接觸122能接收驅(qū)動信號以跨越壓電層116施加電壓以啟動噴嘴。 噴嘴板110的厚度減少區(qū)域114在每個增壓室104上提供薄的隔板。通過驅(qū) 動接觸122接收的驅(qū)動信號引起對驅(qū)動電極120施加電壓，進而跨越壓電層 施加電壓。為接地電壓層117施加不同的電壓，例如較低的電壓。驅(qū)動電極 120和下面區(qū)域的接地電極層117之間的電壓差引起噴嘴板中厚度減少區(qū)域 114上的壓電材料偏轉(zhuǎn)并對下面增壓室104內(nèi)的墨水加壓。
圖3B為圖3A中打印頭組件沿線A-A的截面圖。示出增壓室104形成 在基底IOI內(nèi)并由噴嘴板IIO所包圍。噴嘴板IIO在厚度減少區(qū)域114中的 增壓室104實體(substantial)部分上較薄。噴嘴112形成通過噴嘴板110 并與增壓室104流體連通。接地電極層117位于噴嘴板IIO和壓電層116之 間。如上所述，為驅(qū)動電壓120施加電壓以引起壓電層116偏轉(zhuǎn)，進而偏轉(zhuǎn) 厚度減少區(qū)域114中的噴嘴板110并對增壓室104增壓，迫使墨水通過噴嘴 112。
示出了增壓室的墨水接收端106中的開口 107。槽形墨水通道128通入 開口 107內(nèi)，以將墨水供給到增壓室104。墨水通道128從墨水源接收墨水， 以下還描述。圖3C是圖3A中打印頭組件沿線B-B的截面圖。示出了接地 電極層117層置于噴嘴板110的上面，噴嘴板位于基底101的頂部上。示出 了其上層疊有驅(qū)動電極120的截取的壓電層116。
圖4示出了打印頭體102的噴嘴面124。圖5A和5B示出了打印頭102 的背面126。圖5A示出了整個背面126,同時圖5B示出了打印頭102的背 面的放大端部。沿著打印頭體102背面126的兩邊長度是兩個槽形墨水通道 128。借助形成在增壓室104墨水接收端106中形成的開口 107，每個墨水通 道128與沿著打印頭體102噴嘴面124的對應(yīng)側(cè)邊設(shè)置的增壓室104流體連通?？梢允褂媚ǖ?28的其他構(gòu)造，例如彎曲表面。槽形構(gòu)造朝增壓室 104的墨水接收端106中的開口引導(dǎo)墨水?？蛇x地，適于增壓室104的每個 開口 107通過單獨的墨水通道，而不是共享的連續(xù)墨水通道與墨水源相連。
墨水通道128與墨水源流體連通。定位墨水源，使得墨水路徑例如，相 比于墨水路徑通過打印頭體102的側(cè)邊，自打印頭體102的背面126從墨水 源引入(direct)增壓室的墨7jC接收端106的開口內(nèi)。這種構(gòu)造促進了增壓室 104和打印頭體102的注入。在一種實施方式中，借助毛細(xì)管作用使墨水進 入增壓室104,并且不必使增壓室104增壓以移動墨水接收端106的墨水以 便填充增壓室104。
可選地，加熱器127位于打印頭體102上或其背面126內(nèi)部。加熱器127 使打印頭體102變熱，進而使得增壓室104內(nèi)的墨水變熱。在一個實施例中， 如圖5A和5B所示，導(dǎo)電材料，如鎳鉻合金被噴濺在打印頭體102的背面 126上并被光刻刻蝕成所需圖案，如所示的延長區(qū)域。借助電接觸129為導(dǎo) 電材料施加電壓以便控制導(dǎo)電材料的溫度和加熱器127發(fā)出的熱量。在另一 實施例中，導(dǎo)電材料被刻蝕成蛇形區(qū)域，并可選地，蛇形區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)彎頻率 朝向打印頭體102的端部增加，以補償端部通常產(chǎn)生的熱損耗。
圖6示出了與打印頭體102組裝的柔性電路130。柔性電路130在打印 頭體102的噴嘴面124附近巻繞。包含在柔性電路130上一個或兩個翼134 上的集成電路132與輸出導(dǎo)線(未示出)相連，所述導(dǎo)線從相應(yīng)的集成電路 132延伸到與打印頭體102的噴嘴面124相接觸的柔性電路130的內(nèi)表面。 輸出引線與壓電層116上的驅(qū)動接觸122電連接。進而，借助輸出引線使得 驅(qū)動信號從集成電路132到驅(qū)動接觸122以便激活壓電材料并選擇地開啟噴 嘴112。
集成電路132通過翼134與外部信源相連，所述外部信源借助通過柔性 電路130與集成電路132電連接的輸入引線(未示出)提供驅(qū)動信號。例如， 外部信源可以是包含在集成打印模塊的打印裝置的處理器。在一個實施例 中，設(shè)有5個集成電路132,每個集成電路132將信號輸送給對應(yīng)300個噴 嘴122的300驅(qū)動接觸整體中的60個驅(qū)動接觸122?？梢允褂酶嗷蚋俚?集成電路132?？蛇x地，對于相對少噴嘴的打印頭模塊，電路可直接設(shè)置得 通過分柔性電路130并能去除全部或一些的集成電路132。
在一種實施方式中，柔性電路130另外包括薄片136，其固定在打印頭體102的至少一個端部上方。薄片136與電子接觸129電連接以控制加熱器 127的溫度。
圖7A-D示出了打印頭模塊150，其包括置于與打印頭相連的柔性電路 130內(nèi)的墨水供給組件140。參照圖7A,示出了自噴嘴面124的視圖。柔性 電路130在打印頭體102的噴嘴面124附近巻繞，但包括開口 138以暴露噴 嘴板110以及形成在其中的噴嘴112?？蛇x地，柔性電路130可由在打印頭 體102噴嘴面124的一側(cè)附近巻繞的第一部分和在打印頭體102噴嘴面的另 一側(cè)巻繞的第二部分形成，所述第一和第二部分在噴嘴面上不相遇。因此， 形成在噴嘴板IIO上的噴嘴112暴露在柔性電路130的第一部分和第二部分 之間。圖7B示出了自背面126的視圖。在所示墨水供給組件140的實施例 中，存在兩個可從遠(yuǎn)處墨水源接收墨水的墨水入口 142a和142b?？蛇x地， 如果墨水通過打印頭模塊150再循環(huán)， 一個可用作墨水入口，例如142a，而 另一個142b可用作墨水出口。
圖7C示出了打印頭模塊150沿圖7B中所示的線C-C截取的截面圖。 所示的墨水供給組件140的實施例包括用于接收墨水的容器144。通過使墨 水供給組件的外殼143與打印頭102的背面126鄰接來形成容器114。過濾 器146可形成再容器144中以在墨水進入打印頭體102之前濾除墨水中的污 物。墨水從容器流入形成在打印頭體102背面126中的墨水通道128。
圖7D示出了打印頭模塊150沿圖7B中所示的線D-D截取的截面圖。 所示的墨水供給組件140的實施例包括與容器144流體連通的第一入口 142a 和第二入口 142b。容器144包括由過濾器146分隔的上下腔。墨水可自由地 流過支撐柱147。如果通過打印頭模塊150再循環(huán)墨水，那么墨水入口 142a、 142b之一可作為墨水入口操作而另一個可作為墨水出口操作，并且支撐柱 147可構(gòu)造成防止上腔的兩部分之間的流動。
制造方法
根據(jù)以下描述的工藝制造打印頭模塊150，所述工藝包括在基底101和 噴嘴板110中刻蝕流路的特性。壓電層116、基底101和噴嘴板IIO被粘合 在一起以形成打印頭體102。隨后，將柔性電路130安裝在打印頭體102上。 圖9為示出了用于制造打印頭模塊150的工藝400的流程圖，以下參照圖3B 、 3C和8A-Q描述該工藝。
參照圖8A，基底101由硅基底200形成。硅基底200具有前側(cè)面210和后側(cè)面215,并在一個實施例中具有大約600微米的整體厚度。在基底200 的前側(cè)面210和后側(cè)面215上存在分別為大約l微米厚的熱氧化層203、208。 硅基底200在硫磺酸/預(yù)氧化氫的電解槽中被過氧疏酸清潔以移除有機物?；?底可以是具有平行于前后側(cè)面210、 215的平面的單晶硅的硅層。
借助通過被構(gòu)圖以形成掩模的光致抗蝕劑層的刻蝕加工硅基底200以形 成增壓室104和阻抗部件105。為了預(yù)備用于光致抗蝕劑層的硅基底200， 基底200被放置在六甲基二硅氮烷(HMDS)煙霧中以便為光致抗蝕劑層準(zhǔn) 備好熱氧化層203 (步驟402)。參照圖8B，正光致抗蝕劑層225 (Clariant AZ300T)被旋壓在基底200的前側(cè)面210上。軟烘烤光致抗蝕劑層225，并 通過鉻掩模以Karl Suss曝光，以及被顯影以形成限定增壓室104的位置和 阻抗部件105的掩模。
參照圖8C,借助電感耦合反應(yīng)例子刻蝕(ICPRIE)等離子刻蝕硅基底 200的前側(cè)面以移除熱氧化層203的曝光部分；硅基底200未被刻蝕。隨后 利用Bosch工藝深反應(yīng)例子刻蝕(DRIE )技術(shù)刻蝕硅基底200，以形成增壓 室104和阻抗部件105,如圖8D所示(步驟404 )。
參照圖8E，光致抗蝕劑層239被旋壓在硅基底200的后側(cè)面215上并 被構(gòu)圖氧化物208以限定墨水通道128的位置。利用ICPRIE移除熱氧化層 208并隨后利用利用KOH的各向異性刻蝕工藝刻蝕硅基底(步驟406)。參 照圖8F，從基底上剝?nèi)ス庵驴刮g劑239,前氧化物203和后氧化物208，并 且過氧硫酸清潔和RCA清潔基底200,完成基底IOI (步驟408)?？蛇x地， 例如，通過將鎳銘洽金噴濺在硅基底200的后側(cè)面215上并進行光刻刻蝕以 構(gòu)圖加熱器127，在基底101的后側(cè)面126上形成加熱器或多個加熱器127。
參照圖8G，噴嘴板110由絕緣體上硅的基底300 (SOI300)形成(步 驟410)。 SOI300包括噴嘴硅層板110,埋入的氧化層302和處理層306。在 將SOI300粘合在基底110上之前，通過基底300內(nèi)利用KOH的各向異性刻 蝕形成錐形壁134和厚度減少區(qū)域114。在一個實施例中，噴嘴板110可以 是接近IO微米厚。適于噴嘴112的孔僅以部分地刻蝕到噴嘴板110中，如5 微米，并且不延伸到埋入的氧化層302。
參照圖8H，對準(zhǔn)SOI300和基底101,并通過退火使其相互粘合以產(chǎn)生 S熔接(步驟412)?？墒褂昧硪唤雍霞夹g(shù)，其包括苯丙環(huán)丁烯(BCB)粘合 增進劑。參照圖81，處理層306接地并被刻蝕，并從噴嘴板IIO剝?nèi)ヂ袢胙趸瘜?02 (步驟414 )。對噴嘴板110施加光致抗蝕劑層237并對其進行刻蝕 以限定噴嘴112的位置。噴嘴板110被刻蝕(例如，DRIE)以形成噴嘴開口， 如圖8J所示(步驟416)。剝?nèi)ス庵驴刮g劑層237并且以110(TC烘烤基底101 和噴嘴板110的組件大約4小時以移除任何的聚合物或有機物。
參照圖8K,具有暴露噴嘴112的切除區(qū)域的接地電極層117沉積在噴 嘴板110上。在一種實施方式中，可通過屏蔽包括噴嘴112的區(qū)域(例如， 提供物理障礙，如帶)，以及在噴嘴板110的暴露區(qū)域上沉積導(dǎo)電材料，例 如金，來形成接地電極層117。掩?？蓮陌瑖娮?12的區(qū)域移除以暴露噴 嘴112。
參照圖8L，壓電層116由大約lmm厚的預(yù)激發(fā)的壓電材料塊所形成(步 驟418)。所述塊被研磨(ground)大約65微米以形成平坦均勻的結(jié)晶表面 并在1%的氫硼酸(HBF4)中清潔以移除由于磨光(grinding)所引起的表 面損壞。利用BCB粘合增進劑層將壓電層116粘合在犧牲的硅基底502上， 將使其固化大約40小時。
例如，以鈦-鴒層512金屬化壓電層的暴露表面，如圖8L所示(步驟420 )。 金屬層512與形成在噴嘴板110上的金屬接地電極層117相接合和電連接， 如上所述。BCB粘合增進劑層514層疊在金屬層512的頂面上，以準(zhǔn)備與噴 嘴板110粘合的壓電層116。
在將壓電層116粘合在噴嘴板110上之前，壓電材料被切斷(section) 以產(chǎn)生多個致動器部分(步驟420)。圖8M示出了在壓電層116已經(jīng)被切斷 以產(chǎn)生多個致動器部分之后，壓電層116和硅基底502的部分頂視圖。每個 致動器部分對應(yīng)基底101中單獨的增壓室104。注意到，相比于圖8L的截 面?zhèn)纫晥D中所示的壓電層的近似一半的寬度，在圖8M中示出了壓電層116 的整個寬度。為了形成致動器部分，對壓電材料進行切割以在對應(yīng)噴嘴板ll2 中所形成的噴嘴112的區(qū)域上方形成隔離區(qū)域148以及形成通道503。壓電 層116未被刻蝕穿透至犧牲硅基底502，而是在近似10微米處停止。
參照圖8N,對準(zhǔn)壓電層116和打印頭體102與噴嘴板110(其上形成有 接地電極層117)的組件并將其接合在一起，以便隔離切割148位于噴嘴112 上方并且通道切割503位于分隔相鄰增壓室104的壁的上方。例如用EV粘 合劑將壓電層116和組件粘合在一起(步驟422)，以形成打印頭體102。打 印頭體102置于200°C的石英爐中大于40小時以使BCB層514聚合。圖80示出了圖8N中所示組件沿進入頁面的平面的線D-D截取的截面 圖。切割進入壓電層116的通道503與分隔打印頭體102中所形成的增壓室 104的壁相對準(zhǔn)。接地電極層117通過BCB層514與形成在壓電層116上的 金屬層512電連接。在此示意圖中，示出了壓電層116和犧牲硅基底502之 間的BCB粘合劑層。
參照圖8P,通過磨光移除了硅處理層502和部分的壓電層116 (步驟 424)。壓電層116再次接地并在氫硼酸中清潔。在完成處理時壓電層116為 大約15微米。通過噴賊金屬層，例如鈦-鴒和/或金層，在壓電層116的暴露 表面上沉積金屬層118。隨后，光刻刻蝕金屬層118以形成驅(qū)動接觸122和 驅(qū)動電極120。
圖8Q示出了已經(jīng)刻蝕金屬層118而形成驅(qū)動電沖及120和驅(qū)動4妄觸122 之后，圖8P中所示的組件沿進入頁面的平面的線E-E所截取的截面圖。壓 電層116夾在諸如鈦-鵠的金屬層512，其與金屬接地電極層117電連接，與 形成驅(qū)動接觸122和驅(qū)動電極120的諸如金的金屬層之間。通過為接地電極 層117和驅(qū)動電4及120施加不同的電壓，激活增壓室104上方的壓電層116 區(qū)域。也就是說，電壓差引起壓電層116彎曲，進而壓迫增壓室104中的墨 水。
通常，利用商業(yè)可購買的設(shè)備以常規(guī)的等離子刻蝕選擇地刻蝕硅和氧化 硅層。對于直側(cè)壁的硅刻蝕特性，可以使用Bosch工藝，其中利用SF6和C4F8 的刻蝕以11秒周期與沉積聚合物交替。光致抗蝕劑層可以是商業(yè)可獲得的 正UV光致抗蝕劑系統(tǒng)。在-20。C實行所述處理以提高刻蝕選擇性并延長光致 抗蝕劑層的使用壽命。
參照圖10，根據(jù)以下步驟組裝打印頭模塊150。打印頭體102，例如基 底IOI、噴嘴板110和壓電層116,可以與柔性電路130連接(步驟602)。 執(zhí)行電氣測試以確保信號從柔性電路130到達(dá)打印頭體102 (步驟604 )。墨 水供給組件140借助已安裝的柔性電路130與打印頭102相連(步驟606) 以便完成打印頭模塊150。實行壓力測試和漏泄測試以確保墨水通過打印頭 模塊150行進而沒有泄漏(步驟608 )。實行打印測試以確保打印頭模塊150 按照需求打印墨水(步驟610)。
參照圖11，在另一實施例中，打印頭模塊518可包括形成在噴嘴面和壓 電層116上的硅蓋520。硅蓋520比形成在增壓室104和壓電層116上的相對薄的硅隔板更薄且更堅固，以提供保護罩。類似于圖8P中所示的示意圖，
圖11示出了部分打印頭模塊518的截面?zhèn)纫晥D。通路(通孔)522形成得通 過硅蓋520而到達(dá)驅(qū)動接觸122。通路覆蓋有導(dǎo)電材料以提供驅(qū)動接觸122 和柔性電路之間的電連接，所述柔性電路與硅蓋520的外部連接，以為驅(qū)動 接觸122提供信號。在硅蓋520中形成凹部524以提供適于壓電層116在被 驅(qū)動接觸122和驅(qū)動電極120激活時彎曲的空間?？蛇x地，加熱器524，例 如鎳鉻合金加熱器，可包含在凹部524內(nèi)，其可以是模塊中包含的另一加熱 器之外的或替換另一加熱器。噴嘴的形狀可由通過硅蓋520的通路528的形 狀確定。在一種實施方式中，噴嘴可形成在硅蓋520中，在此情況中，通路 528比較寬以便與噴嘴內(nèi)部的寬度相一致?？衫冒鲜黾夹g(shù)的刻蝕技術(shù) 形成硅蓋520，并使其粘結(jié)在打印頭模塊518的噴嘴面上。
如上所述，墨水只是打印液體的一個實例。應(yīng)當(dāng)理解，將墨水作為打印 液體的參考僅是用于說明目的，并且以上利用修飾語"墨水，，描述的打印頭 模塊內(nèi)元件的參考也是說明性的。也就是說，將通道或供給組件稱作"墨水 通道，，或"墨水供給組件，，是為了說明目的的，并且可使用更多的通常參考， 如"打印液體通道"或"打印液體供給組件'，。此外，整個說明書和權(quán)利要 求中，諸如"前，，和"后"以及"頂部"和"底部"的術(shù)語的使用僅是為了 說明的目的，以便區(qū)分在此描述的打印頭模塊的各個組件和其他元件。"前" 和"后，，以及"頂部，，和"底部"的使用并不暗示打印頭模塊的特殊取向。
盡管以上已經(jīng)詳細(xì)描述了幾個實施例，但其他修改也是可能的。其他實 施例也處于以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
相關(guān)申請的交叉參考
本申請要求2004年12月17日遞交的、標(biāo)題為"單用墨滴噴射模塊"、 系列號為No.60/637,254的未決美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在此包 含引作參考，并要求2005年7月13日遞交的、標(biāo)題為"單用墨滴噴射模塊，， 的系列號為No.60/699，134的未決美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在此 包含引作參考。本申請同時還涉及Andreas Bibl， John A.Higginson， Kevin Von Essen和Antai Xu同時遞交的標(biāo)題為"單用墨滴噴射模塊"的美國申請。
權(quán)利要求
1. 一種打印頭模塊，其包括打印頭體，其包括一個或多個增壓室，其中，每個增壓室包括構(gòu)造成用以從打印液體源接收打印液體的接收端和用于噴射增壓室中打印液體的噴射端；噴嘴板，其包括形成為通過所述噴嘴板的一個或多個噴嘴，其中，一噴嘴與每個增壓室流體連通并從增壓室的噴射端接收打印液體以從噴嘴進行噴射，并且所說噴嘴板包括厚度減少的一個或多個區(qū)域，并且每個所述區(qū)域的內(nèi)表面形成所述一個或多個增壓室中的每一個的內(nèi)表面；和與噴嘴板相連的一個或多個壓電致動器，其中所述壓電致動器位于每個增壓室上方并包括構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)并對增壓室增壓的壓電材料，以便從與增壓室的噴射端流體連通的相應(yīng)噴嘴噴射打印液體，并且所述壓電材料設(shè)置在第一和第二電極之間，且所述第一電極設(shè)置在所述壓電材料和所述噴嘴板的厚度減少的區(qū)域中的一個區(qū)域的外表面之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭模塊，其中，還包括 打印液體供給組件，其中，所述打印液體供給組件包括與增壓室的接收端流體連通的容器； 其中打印頭體包括一背面，該背面基本平行于與噴嘴板相連的噴嘴面； 所述打印液體供給組件與所述打印頭體的背面相連；以及 所述增壓室的接收端包括在所述打印頭體背面上與容器流體連通的開cj 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的打印頭模塊，其中，所述打印頭模塊包括多個 增壓室，所述打印頭模塊還包括至少一個形成在打印頭體背面中的打印液體通道，所述至少一個打印液體通道與多個增壓室的開口以及容器流體連通，其中打印液體從容器進入所 述至少一個打印液體通道并被引入所述多個增壓室的開口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的打印頭模塊，其中，所述至少一個打印液體通 道包括朝向所述多個增壓室的開口成角度的至少兩個側(cè)邊。
5. —種打印頭系統(tǒng)，其包括具有噴嘴面和基本平行于噴嘴面并與所述噴嘴面相對的背面的打印頭模塊，所述打印頭模塊包括打印頭體，其包括一個或多個增壓室，其中，每個增壓室包括構(gòu)造成用 以從打印液體源接收打印液體的接收端和用于噴射增壓室中打印液體的噴 射端；噴嘴板，其包括形成為通過所述噴嘴板的一個或多個噴嘴，其中， 一噴 嘴與每個增壓室流體連通并從增壓室的噴射端接收打印液體以從噴嘴進行 噴射，并且所說噴嘴板包括厚度減少的一個或多個區(qū)域，并且每個所述區(qū)域 的內(nèi)表面形成所述一個或多個增壓室中的每一個的內(nèi)表面；與噴嘴板相連的一個或多個壓電致動器，其中，壓電致動器位于每個增 壓室上方并包括構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)并對增壓室增壓的壓電材料，以便從與增壓室的 噴射端流體連通的相應(yīng)噴嘴噴射打印液體，并且所述壓電材料設(shè)置在第一和 第二電極之間，且所述第一電極設(shè)置在所述壓電材料和所述噴嘴板的厚度減 少的區(qū)域中的一個區(qū)域的外表面之間；和柔性電路，其與打印頭模塊的噴嘴面相連并與所述一個或多個壓電致動 器電耦接以便為所述一個或多個壓電致動器提供信號，以選擇性地對所述一 個或多個增壓室增壓進而啟動所述一個或多個相應(yīng)噴嘴。
6. —種打印頭系統(tǒng)，其包括打印頭模塊，包括打印頭體，包括一個或多個增壓室，其中，每個增壓室包括構(gòu)造成 用以從打印液體源接收打印液體的接收端和用于噴射增壓室中打印液體的 噴射端；噴嘴板，包括形成為通過所述噴嘴板的一個或多個噴嘴，其中，一 噴嘴與每個增壓室流體連通并從增壓室的噴射端接收打印液體以從噴嘴進行噴射，并且所說噴嘴板包括厚度減少的一個或多個區(qū)域，并且每個所述區(qū) 域的內(nèi)表面形成所述一個或多個增壓室中的每一個的內(nèi)表面；與噴嘴板相連的一個或多個壓電致動器，其中，壓電致動器位于每 個增壓室上方并包括構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)并對增壓室增壓的壓電材料，以便從與增壓 室的噴射端流體連通的相應(yīng)噴嘴噴射打印液體，并且所述壓電材料設(shè)置在第 一和第二電極之間，且所述第一電極設(shè)置在所述壓電材料和所述噴嘴板的厚 度減少的區(qū)域中的一個區(qū)域的外表面之間；和與噴嘴板相連的蓋，且所述蓋包括與形成為通過所述噴嘴板的 一個或多 個噴嘴相連的一個或多個孔，其中，所述蓋被構(gòu)造成覆蓋一個或多個壓電致 動器，同時為所述一個或多個致動器中包含的壓電材料提供足夠的間隙，以 在激勵時偏轉(zhuǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的打印頭系統(tǒng)，其中，所述蓋還包括涂敷有使 蓋外表面與所述一個或多個壓電致動器相連的導(dǎo)電層的一個或多個通路，所 述打印頭系統(tǒng)還包括柔性電路，其與打印頭模塊的蓋的外表面相連并借助所述一個或多個通 路與所述一個或多個壓電致動器電耦接，以便為所述一個或多個壓電致動器 提供信號，以選擇性地對所述一個或多個增壓室增壓進而啟動所述一個或多 個相應(yīng)噴嘴。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的打印頭系統(tǒng)，其中，所述打印頭模塊還包括 打印液體供給組件，其中，所述打印液體供給組件包括與增壓室的接收端流體連通的容器； 其中所述打印頭體包括一背面，該背面基本平行于與噴嘴板相連的噴嘴面；所述打印液體供給組件與打印頭體的背面相連；以及所述增壓室的接收端包括所述打印頭體背面上的、與容器流體連通的開口。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的打印頭系統(tǒng)，其中，所述打印頭模塊包括多個增壓室，所述打印頭模塊還包括至少 一個形成在打印頭體背面中的打印液體通道，所述至少一個打印液 體通道與多個增壓室的開口以及所述容器流體連通，其中打印液體從所述容 器進入所述至少一個打印液體通道并被引入所述多個增壓室的開口。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的打印頭系統(tǒng)，其中，所述至少一個打印液體 通道包括朝向所述多個增壓室的開口成角度的至少兩個側(cè)邊。
11. 一種打印頭系統(tǒng)，其包括 打印頭模塊，所述打印頭模塊包括打印頭體，其包括一個或多個增壓室，其中，每個增壓室包括構(gòu)造成用 以從打印液體源接收打印液體的接收端和用于噴射增壓室中打印液體的噴射端；噴嘴板，其包括形成為通過所述噴嘴板的一個或多個噴嘴，其中， 一噴 嘴與每個增壓室流體連通并從增壓室的噴射端接收打印液體以從噴嘴進行噴射；與噴嘴4反相連的一個或多個壓電致動器，其中，壓電致動器位于每個增 壓室上方并包括構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)并對增壓室增壓的壓電材料，以便從與增壓室的 噴射端流體連通的相應(yīng)噴嘴噴射打印液體；與噴嘴板相連的蓋，且所述蓋包括與形成為通過所述噴嘴板的一個或多 個噴嘴相連的一個或多個孔，其中，所述蓋被構(gòu)造成覆蓋一個或多個壓電致 動器，同時為所述一個或多個致動器中包含的壓電材料提供足夠的間隙，所 述蓋還包括涂敷有使蓋外表面與所述一個或多個壓電致動器相連的導(dǎo)電層 的一個或多個通^各；和柔性電路，其與打印頭模塊的蓋的外表面相連并借助所述一個或多個通 路與所述一個或多個壓電致動器電耦接，以便為所述一個或多個壓電致動器 提供信號，以選擇性地對所述一個或多個增壓室增壓進而啟動所述一個或多 個相應(yīng)噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明提供一種打印頭模塊，其包括打印頭體(102)，噴嘴板(110)和一個或多個壓電致動器(120)。打印頭體包括一個或多個增壓室(104)，其中每個增壓室包括用以從打印液體源接收打印液體的接收端和用以將打印液體從增壓室中噴出的噴射端。噴嘴板包括形成為通過所述噴嘴板的一個或多個噴嘴(112)。每個噴嘴可與增壓室流體連通并接收從噴嘴噴出的打印液體。所述一個或多個壓電致動器與噴嘴板相連。壓電致動器設(shè)置于每個增壓室上方并包括構(gòu)造成偏轉(zhuǎn)并使增壓室增壓的壓電材料，以便從與增壓室的噴射端流體連通的相應(yīng)噴嘴噴射打印液體。
文檔編號B41J2/14GK101428505SQ2008101797
公開日2009年5月13日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者安德烈亞斯·比布爾, 梅爾文·L·比格斯 申請人:富士膠卷迪馬蒂克斯股份有限公司