本發(fā)明涉及打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種噴墨打印裝置及其制備方法。

背景技術(shù)：

一般地，壓電噴墨結(jié)構(gòu)由壓電材料、墨水腔、噴孔、進(jìn)墨口以及電極等部分組成。其通過壓電材料的彎曲形變引起墨水腔的體積的變化，進(jìn)而產(chǎn)生壓力波傳遞至噴口處產(chǎn)生墨滴，噴射至打印襯底上形成一定的圖像。

cn201010282243披露了一種壓電噴墨頭的制備方法。其通過相互結(jié)合的上下兩片壓電芯片的切斷，形成多個(gè)開口上下交錯(cuò)的流道，并壓電致動(dòng)模塊；再在其形成的結(jié)構(gòu)上下表面設(shè)置上下蓋板，在其形成的結(jié)果第一第二側(cè)面分別設(shè)置密封層與噴嘴片，至此形成整個(gè)壓電噴墨頭。該方法在制備過程中涉及5次粘接或鍵合過程，一般地粘接或鍵合過程工藝復(fù)雜且難度大，工藝成本較高，應(yīng)盡量減小該過程的次數(shù)。另外在形成改壓電噴墨結(jié)構(gòu)的過程中，通過兩次切割形成多個(gè)交錯(cuò)的流道；該過程工藝難度大，且在一片晶圓上進(jìn)行多次切割，成品率非常低，導(dǎo)致成品的成本激增。

cn201180071942.3公開了一種壓電噴墨裸片堆疊。其通過依次堆疊基體裸片、電路裸片、壓電致動(dòng)器裸片、帽裸片形成壓電噴墨結(jié)構(gòu)。該方法使用環(huán)氧樹脂類材料將這些裸片堆疊起來，簡化單層裸片的結(jié)構(gòu)及制造難度，與cn201010282243相比，該方法披露了更多的諸如墨水進(jìn)出岐管、帶有氣室的柔量膜、壓力腔室、噴嘴層材料等結(jié)構(gòu)，但是該方法本質(zhì)上沒有改變通過粘接(或者鍵合)多層結(jié)構(gòu)組成壓電噴墨頭的現(xiàn)狀，工藝依舊復(fù)雜，單個(gè)噴頭的制造成本依舊很高。

cn200610151301公開了一種壓電噴墨打印頭及其制造方法。其壓電噴墨打印頭由兩個(gè)堆疊并連結(jié)的襯底組成。上襯底由單晶硅或soi以及在其表面形成的壓電層材料組成；下襯底由soi形成，包括岐管、壓力腔、噴孔及流阻結(jié)構(gòu)等組成。相比于專利cn201010282243，該方法包含了較少的襯底，縮短了制造過程，減小制造成本。然而該方法兩次使用到了soi襯底，該襯底價(jià)格較貴，一般會(huì)增加壓電噴頭的制造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述技術(shù)問題存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的壓電噴墨打印裝置的結(jié)構(gòu)，其制造方法步驟少，制造成本低。

這種壓電噴墨打印裝置包括；

噴墨室，其包括并列排布的若干個(gè)壓力腔以及與所述壓力腔連通的墨水槽；每個(gè)所述壓力腔底部均開設(shè)有噴墨通道；以及

蓋設(shè)于所述噴墨室上方的壓電驅(qū)動(dòng)蓋板，所述壓電驅(qū)動(dòng)蓋板與所述壓力腔、墨水槽配合形成墨水的容置空間；所述壓電驅(qū)動(dòng)蓋板上設(shè)置有與所述墨水槽對應(yīng)的進(jìn)墨口。

進(jìn)一步地，所述壓電驅(qū)動(dòng)蓋板與所述噴墨室通過熔融鍵合或粘合的方式連接。

進(jìn)一步地，所述噴墨通道包括：與所述壓力腔連接的流道、以及與所述流道相連通的噴孔。

進(jìn)一步地，所述流道內(nèi)徑大于所述噴孔內(nèi)徑。

進(jìn)一步地，所述壓力腔與所述所述墨水槽之間還設(shè)置有阻尼結(jié)構(gòu)，用于改變墨水流動(dòng)的阻力。

進(jìn)一步地，所述阻尼結(jié)構(gòu)由若干根立于所述壓力腔底部的柱體構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述壓電驅(qū)動(dòng)蓋板包括一壓電層以及設(shè)置于所述壓電層表面的電極層。

進(jìn)一步地，所述電極層包括交叉排列正電極和負(fù)電極；正電極的長中軸線與壓力腔的長中軸線重合，負(fù)電極的長中軸線與相鄰兩壓力腔之間側(cè)壁的長中軸線重合。

本發(fā)明還提供這種壓電噴墨打印裝置的制備方法，包括如下步驟：

在一硅襯底上依次形成氧化硅層、噴孔層；

在所述硅襯底遠(yuǎn)離所述氧化硅層的一面進(jìn)行刻蝕，使所述硅襯底刻穿到達(dá)所述氧化硅層，形成所述流道；

在所述硅襯底遠(yuǎn)離所述氧化硅層的一面進(jìn)行刻蝕形成所述壓力腔和所述墨水槽；

在所述噴孔層上開設(shè)若干個(gè)噴孔，所述噴孔貫穿所述氧化硅層到達(dá)所述硅襯底、并與所述流道連通；

在所述壓力腔上方對應(yīng)熔融鍵合或粘合一壓電材料形成壓電層，并在所述壓電層上沉積電極層；

對應(yīng)于所述墨水槽、在所述壓電層上刻蝕出所述進(jìn)墨口。

進(jìn)一步地，還包括在所述硅襯底遠(yuǎn)離所述氧化硅層的一面進(jìn)行刻蝕形成阻尼結(jié)構(gòu)；所述阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)置于壓力腔與所述所述墨水槽之間，用于改變墨水流動(dòng)的阻力。

進(jìn)一步地，所述阻尼結(jié)構(gòu)由若干根立于所述壓力腔底部的柱體構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述電極層包括交叉排列、且相互電連接的正電極和負(fù)電極；正電極的長中軸線與壓力腔的長中軸線重合，負(fù)電極的長中軸線與相鄰兩壓力腔之間側(cè)壁的長中軸線重合。

進(jìn)一步地，所述噴孔層的材質(zhì)選自氧化硅、氮化硅、惰性金屬或光刻膠中任一種或者多種。

進(jìn)一步地，所述壓電材料為鋯鈦酸鉛；所述電極層的材質(zhì)選自鈦、金、鋁、鉑中至少一種。

進(jìn)一步地，所述刻蝕的方法選自深硅刻蝕法或堿液濕法刻蝕法中任一種。

有益效果：

本發(fā)明所述壓電噴墨打印裝置的制備工藝中只需要一步粘合(鍵合)工藝，解決了其他發(fā)明壓電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多次使用粘合(鍵合)工藝的難題，降低了工藝難度和制造成本。

本發(fā)明所述壓電噴墨打印裝置的電極層，采用了在壓電材料上表面正負(fù)電極交叉排列的方法，制造工藝簡單，驅(qū)動(dòng)頻率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例壓電噴墨打印裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例壓電噴墨打印裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，將結(jié)合附圖對本發(fā)明各實(shí)施例作詳細(xì)介紹。

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種壓電噴墨打印裝置，其包括；噴墨室100、和蓋設(shè)于所述噴墨室100上方的壓電驅(qū)動(dòng)蓋板200。

其中，噴墨室100包括并列排布的若干個(gè)壓力腔110以及與所述壓力腔110連通的墨水槽120，具體地，壓力腔優(yōu)選為中空的長方體或正方體，墨水槽120設(shè)置于若干個(gè)壓力腔110的同一側(cè)，同時(shí)貫通若干個(gè)壓力腔110，使得各個(gè)壓力腔110中的墨水能及時(shí)得到墨水槽120中墨水的補(bǔ)給。所述壓電驅(qū)動(dòng)蓋板200與所述壓力腔110、墨水槽120配合形成墨水的容置空間。

結(jié)合圖2所示，每個(gè)所述壓力腔110底部均開設(shè)有噴墨通道130。所述的噴墨通道130包括：與所述壓力腔連接的流道131、以及與所述流道131相連通的噴孔132。所述噴孔132、流道131優(yōu)選為具有一定尺寸的圓柱結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑范圍為5～100微米。流道131內(nèi)徑大于所述噴孔132內(nèi)徑，使得噴墨過程獲得二次壓力。

進(jìn)一步地，在所述壓力腔110與所述所述墨水槽120之間還設(shè)置有阻尼結(jié)構(gòu)140，用于改變墨水流動(dòng)的阻力。所述阻尼結(jié)構(gòu)由若干根立于所述壓力腔110底部的柱體141構(gòu)成。

結(jié)合圖1、圖2所示，壓電驅(qū)動(dòng)蓋板200通過熔融鍵合或粘合的方式與所述噴墨室100連接。所述壓電驅(qū)動(dòng)蓋板200包括一壓電層210以及設(shè)置于所述壓電層210表面的電極層220。進(jìn)一步地，所述電極層220包括交叉排列、且相互連接的正電極221和負(fù)電極222。這種結(jié)構(gòu)制作工藝簡單且驅(qū)動(dòng)頻率高。

在所述壓電層210上還設(shè)置有與所述墨水槽120對應(yīng)的進(jìn)墨口230，該進(jìn)墨口230可以為圓柱腔結(jié)構(gòu)、或長方體結(jié)構(gòu)。需要打印的墨水從進(jìn)墨口230進(jìn)入，流入所述墨水槽120、繼而灌注、存儲(chǔ)于所述壓力腔110當(dāng)中。

下面，結(jié)合圖2所示，介紹本實(shí)施例這種壓電噴墨打印裝置的制備方法，包括如下步驟：

步驟s1：選取一厚度為200～500微米的單晶硅材料作為硅襯底310，在硅襯底310上表面和/或下表兩面形成厚度范圍為0.2～5微米的氧化硅層320；該氧化硅層可以采用熱氧化工藝獲得，也可以選自化學(xué)沉積工藝獲得。

然后在任一氧化硅層320上形成噴孔層330，該噴孔層330厚度為2～10微米，其材料選自氧化硅、惰性金屬或光刻膠中任一種。當(dāng)材料選擇氧化硅時(shí)可 以通過化學(xué)沉積而成；當(dāng)材料選擇惰性金屬時(shí)可以通過電鍍或者物理沉積而成，當(dāng)材料選擇su8等結(jié)構(gòu)光刻膠材料時(shí)可以通過旋涂而成。

步驟s2：第一次深硅刻蝕。

去除另一面裸露的氧化硅層(如有)，然后在所述硅襯底310遠(yuǎn)離所述氧化硅層320的一面采用深硅刻蝕工藝，使所述硅襯底310刻穿到達(dá)所述氧化硅層320，形成所述流道131。在其他實(shí)施例中，刻蝕也可以采用堿液濕法刻蝕工藝完成。形成流道131的內(nèi)徑范圍為50～400微米。

步驟s3：第二次深硅刻蝕。

繼續(xù)在所述硅襯底310遠(yuǎn)離所述氧化硅層320的一面采用深硅刻蝕工藝，進(jìn)行刻蝕形成所述壓力腔110，壓力腔110為長方體槽狀結(jié)構(gòu)，深度為20～100微米。

步驟s4：第三次深硅刻蝕。

繼續(xù)在所述硅襯底310遠(yuǎn)離所述氧化硅層320的一面采用深硅刻蝕工藝，進(jìn)行刻蝕形成所述墨水槽120和阻尼結(jié)構(gòu)140。本實(shí)施例的墨水槽120深度與所述刻蝕壓力腔110的深度相當(dāng)，阻尼結(jié)構(gòu)140為多排柱體141構(gòu)成，柱狀體的橫截面可為圓形、正方形、長方形、三角形等結(jié)構(gòu)，柱體141高度為20～100微米。

在其他實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，也可以使所述步驟s4、步驟s4合并進(jìn)行。

步驟s5：采用光刻和深硅刻蝕工藝，在所述噴孔層330上開設(shè)若干個(gè)噴孔132，噴孔內(nèi)徑范圍為5～10微米；所述噴孔132貫穿所述氧化硅層320到達(dá)所述硅襯底310、并與所述流道131連通，形成完整的噴墨通道130。

步驟s5：噴墨室100與壓電驅(qū)動(dòng)蓋板200的接合。

在所述壓力腔110上方，采用熔融鍵合工藝或粘合工藝，連接一壓電材料形成壓電層210。其中，所述壓電材料優(yōu)選為鋯鈦酸鉛壓電材料(pzt)中具有高d13壓電性能的材料，其厚度約為20～200微米；其他具有優(yōu)越壓電性能的壓電材料也可以達(dá)到本發(fā)明目的。

若采用粘合工藝實(shí)現(xiàn)噴墨室100與壓電驅(qū)動(dòng)蓋板200的接合，優(yōu)先選擇環(huán)氧類的膠水(非金屬材料的膠)作為粘合劑。

步驟s6：在所述壓電層210上沉積電極層220。

壓電驅(qū)動(dòng)蓋板200的電極層220位于壓電層210上表面，電極層220的材質(zhì)選自鈦、金、鋁、鉑等一種或者多種材料形成；優(yōu)先選擇物理沉積獲得，其次選擇化學(xué)沉積而成，厚度為50～500納米。本實(shí)施例中的電極層220包括交叉排列、且相互電連接的正電極221和負(fù)電極222。正電極221的長中軸線與壓力腔110的長中軸線重合，負(fù)電極222的長中軸線與相鄰兩壓力腔110之間的側(cè)壁重合。正電極221的長度、寬度分別為500～2000微米、10～500微米；負(fù)電極222的長度、寬度分別為500～2000微米、20～500微米。

步驟s7：最后，對應(yīng)于所述墨水槽120、在所述壓電層210上刻蝕出所述進(jìn)墨口230。所述進(jìn)墨口230為圓柱腔結(jié)構(gòu)或長方體狀，其通過機(jī)械打孔或者濕法刻蝕形成，內(nèi)徑范圍為0.1～5毫米，深度為20～200微米，優(yōu)先選擇機(jī)械加工形成。

應(yīng)用本發(fā)明的壓電噴墨打印裝置時(shí)，通過控制電極層電壓的通斷，使壓電材料的彎曲形變引起墨水腔的體積的變化，進(jìn)而產(chǎn)生壓力波傳遞至噴口處產(chǎn)生墨滴，噴射至打印襯底上形成一定的圖像。

本發(fā)明所述壓電噴墨結(jié)構(gòu)由硅襯底與壓電材料組成，所述制備工藝中只一步粘合(鍵合)工藝，解決了其他發(fā)明壓電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多次使用粘合(鍵合)工藝的難題，降低了工藝難度和制造成本。本發(fā)明所述壓電噴墨結(jié)構(gòu)的電極，采用了在壓電材料上表面正負(fù)電極交叉排練的方法，制造工藝簡單，驅(qū)動(dòng)頻率高。