喷墨头制造方法、喷墨头及打印设备的制作方法

喷墨头制造方法、喷墨头及打印设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种喷墨头制造方法、喷墨头及打印设备，该喷墨头制造方法包括：在基板的第一表面上形成压电元件；在压电元件背离基板一侧形成振动板；在压电元件上表面所在的第一平面与振动板上方的第二平面之间的空间内形成第二胶层，在第二胶层上形成第三胶层；对第二胶层及第三胶层进行曝光处理及显影处理，使第二胶层及第三胶层上的部分光刻胶固化，未固化的部分去除，以在第二胶层上形成公共腔室及压力腔室，在第三胶层上形成多个喷孔。本发明提供的喷墨头制造方法、喷墨头及打印设备，不仅提高了制造效率及制造精度，而且在加工中即使压力室和侧壁尺寸的减小也不会影响到基底的机械强度和性能，利于提高喷墨头生产过程中的成品率。
【专利说明】喷墨头制造方法、喷墨头及打印设备

【技术领域】
[0001]本发明涉及打印机制造技术，尤其涉及一种喷墨头制造方法、喷墨头及打印设备。

【背景技术】
[0002]现有技术中，如图1所示，打印设备中的喷墨头结构一般包括基底100，在基底100的一面上通过刻蚀工艺形成有多个压力腔室101以及公共腔室103，多个压力腔室101通过侧壁102隔开，公共腔室103与多个压力腔室101通过供给口 104连通，以使各个压力腔室101互相连通且通过公共腔室103供给墨液，在各压力腔室101的一面上设置有喷孔板200，另一面上设置有振动板300和压电元件(图中未示)，在打印时，压电元件在电压驱动下产生变形，并传递给振动板300引起压力腔室101体积变化，从而使压力腔室101中的墨水从喷孔板200上的喷孔201中喷出以完成打印。
[0003]但是，随着打印设备的改进，对打印分辨率的要求越来越高，为提高打印分辨率则需要增加压力腔室的数量，而增加压力腔室的数量会导致各压力腔室之间的侧壁变薄，由于目前各压力腔室是在作为基底的硅片上通过蚀刻形成，各压力腔室之间的侧壁变薄会影响到基底的机械强度和性能，在加工过程中容易出现作为侧壁的硅片破损而使整个喷墨头的成品率低，增加制造成本。


【发明内容】

[0004]本发明提供一种喷墨头制造方法，用于解决现有技术中增加压力腔室数量导致侧壁变薄，从而影响基底的机械强度和性能，并且各压力腔室之间的侧壁容易破损增加制造成本的问题。
[0005]本发明一方面提供一种喷墨头制造方法，包括:
[0006]在基板的第一表面上形成压电兀件；
[0007]在所述压电元件背离所述基板一侧形成振动板；
[0008]在所述压电元件上表面所在的第一平面与所述振动板上方的第二平面之间的空间内涂覆光刻胶，形成与所述基板对应的第二胶层，在所述第二胶层上涂覆光刻胶，形成第二月父层;
[0009]对所述第二胶层及第三胶层进行曝光处理，使所述第二胶层及第三胶层上的部分光刻胶固化；
[0010]对所述第二胶层及所述第三胶层进行显影处理，使所述第二胶层及第三胶层未固化的部分去除，以在所述第二胶层上形成公共腔室及与所述公共腔室连通的多个压力腔室，在所述第三胶层上形成与所述压力腔室对应的多个喷孔。
[0011]本发明另一方面提供一种喷墨头，采用上述所述的喷墨头制造方法制造而成。
[0012]本发明再一方面提供一种打印设备，包括上述所述的喷墨头。
[0013]本发明提供的喷墨头制造方法、喷墨头及打印设备，采用在基板上方的胶层上通过曝光及显影处理形成各腔室及用以喷墨的喷孔的工艺，不仅提高了制造效率及制造精度，而且在加工中即使压力室和侧壁尺寸的减小也不会影响到基底的机械强度和性能，利于提闻喷墨头生广过程中的成品率。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为现有技术中打印设备中喷墨头的结构示意图；
[0015]图2为本发明实施例一提供的喷墨头制造方法的流程示意图；
[0016]图3为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法的流程示意图；
[0017]图4A为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中在基底上形成保护层后的结构示意图；
[0018]图4B为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中在基底上形成压电元件后的结构示意图；
[0019]图4C为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中形成第一胶层后的结构示意图；
[0020]图4D为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中对第一胶层进行曝光处理的示意图；
[0021]图4E为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中形成振动板后的结构示意图；
[0022]图4F为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中形成第二胶层后的结构示意图；
[0023]图4G为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中对第二胶层进行曝光的示意图；
[0024]图4H为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中对第二胶层进行曝光后在第二胶层上形成第三胶层后的结构示意图；
[0025]图41为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中对第三胶层进行曝光的示意图；
[0026]图4J为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中第二胶层及第三胶层形成后的结构示意图；
[0027]图4K为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中对第二胶层及第三胶层同时进行曝光的示意图；
[0028]图4L为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中形成保护层的示意图；
[0029]图4M为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中形成供墨孔及变形空间后的结构示意图；
[0030]图4N为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中对第一胶层、第二胶层及第三胶层进行显影处理后的结构示意图。
[0031]图40为本发明实施例二提供的喷墨头制造方法中在基板的第二表面上粘贴盖板后的结构不意图。
[0032]图5为本发明实施例提供的喷墨头制造方法制造的喷墨头的结构示意图；

【具体实施方式】
[0033]本发明实施例一提供一种喷墨头制造方法，具体如图2所示，该方法包括如下步骤:
[0034]SlOl、在基板的第一表面上形成压电兀件；
[0035]本实施例中，压电元件的形成具体为:依次通过溅射法在基板的第一表面上形成下电极层、用溶胶凝胶法在下电极层上形成压电体层和在压电体层上通过溅射法形成上电极层。
[0036]S102、在所述压电元件背离所述基板一侧形成振动板；
[0037]本实施例中，振动板可通过低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法形成。
[0038]S103、在所述压电元件上表面所在的第一平面与所述振动板上方的第二平面之间的空间内涂覆光刻胶，形成与所述基板对应的第二胶层，并在所述第二胶层上涂覆光刻胶，形成第三胶层；
[0039]本实施例中，第二平面取决于第二胶层的厚度，由于第二胶层用于形成公共腔室及多个压力腔室，因此，可根据需要确定第二胶层的厚度，由此确定第二平面的位置。
[0040]本实施例中，第二胶层与所述基板对应指的是，第二胶层在基板的正上方，且大小及形状与所述基板相当。
[0041]S104、对所述第二胶层及第三胶层进行曝光处理，使所述第二胶层及第三胶层上的部分光刻胶固化；
[0042]本实施例中，步骤103及步骤104可分为两种情况进行，第一种情况:形成第二胶层后，对第二胶层进行曝光处理，使第二胶层的部分光刻胶固化，然后在第二胶层上形成第三胶层，再对第三胶层进行曝光处理，使第三胶层的部分光刻胶固化；第二种情况:在第二胶层和第三胶层均形成后，对第二胶层及第三胶层同时进行曝光处理。
[0043]其中，曝光处理为本领域技术人员所理解的用电磁波或光将非去除部分的光刻胶进行固化，而非固化的部分可去除的工艺过程。
[0044]S105、对所述第二胶层及所述第三胶层进行显影处理，使所述第二胶层及第三胶层未固化的部分去除，以在所述第二胶层上形成公共腔室及与所述公共腔室连通的多个压力腔室，在所述第三胶层上形成与所述压力腔室对应的多个喷孔。
[0045]其中，显影处理具体是用显影液将第二胶层及第三胶层未固化的部分溶解以去除的工艺过程。
[0046]本发明实施例一提供的喷墨头制造方法，采用在基板上方的胶层上通过曝光及显影处理形成各腔室及用以喷墨的喷孔的工艺，不仅提高了制造效率及制造精度，而且在加工中即使压力室和侧壁尺寸的减小也不会影响到基底的机械强度和性能，利于提高喷墨头生产过程中的成品率。
[0047]本发明实施例二还提供一种喷墨头制造方法，具体如图3所示，该方法包括如下步骤:
[0048]S201、在基板的第一表面上形成压电兀件；
[0049]本实施例中，在基板的第一表面上形成压电元件，包括:在基板的第一表面上形成保护层，具体如图4A所示，在基底I上通过低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法形成保护层2，其中，基底I可以为硅基底，保护层2的材料可以为氧化硅S12或氮化硅Si3N4或氧化硅-氮化硅S12-Si3N4复合材料；
[0050]然后如图4B所示，在保护层2上依次通过溅射法形成下电极层3a、通过溶胶凝胶法形成压电体层3b以及通过溅射法形成上电极层3c，其中下电极层3a可以为钛(Ti)形成的钛层、钼金(Pt)形成的钼金层或多个钛层叠加层；压电体层3b可以为锆钛酸铅(PZT)形成的锆钛酸铅层；上电层3c可以为钼金(Pt)形成的钼金层或黄金形成的黄金层。
[0051]S202、在基板的第一表面与压电元件上表面所在的第一平面之间的空间内用光刻胶形成第一胶层，并采用第一掩膜对所述第一胶层进行曝光处理，使所述第一胶层的部分光刻胶固化；
[0052]具体如图4C所示，在基板I的第一表面A与压电元件3上表面所在的第一平面B之间的空间内用光刻胶形成第一胶层4，其中，第一胶层4的上表面与压电元件3的上表面在第一平面B上，即第一胶层4与压电元件3齐平。本实施例中，第一胶层4具体可采用悬涂的方法形成，悬涂为本领域技术人员所知悉的用旋转的方法涂布光刻胶，以使光刻胶均匀分布的工艺。
[0053]在形成第一胶层4后，如图4D所示，可采用第一掩膜5a对第一胶层4进行曝光处理，使第一胶层4上的曝光区域4a固化，未曝光区域4b可在后续的工艺中去除；
[0054]S203、在压电元件背离基板一侧形成振动板；
[0055]如图4E所示，在压电元件3及第一胶层4上通过低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法形成振动板6，其中，振动板6的材料可为S12或Si3N4或S12-Si3N4置层;
[0056]S204、在压电元件上表面所在的第一平面与振动板上方的第二平面之间的空间内涂覆光刻胶，形成与基板对应的第二胶层，并在所述第二胶层上涂覆光刻胶，形成第三胶层。
[0057]本实施例具体是在形成第一胶层4后，如图4F所示，由于第一胶层4与压电元件3的上表面齐平，可在第一胶层4与压电元件3的上表面(即第一平面B)上方的空间内用悬涂的方法涂覆光刻胶至第二平面C，第二平面C取决于所涂胶的厚度，在第一平面B与第二平面C之间的光刻胶形成与基板I对应的第二胶层7，其中，与基板I对应指的是，第二胶层7与基板I的大小及形状相当，且位于基板I的正上方；在第二胶层7形成后，可在第二胶层7上用悬涂的方法形成第三胶层。
[0058]本实施例中，基板上方的第一胶层、第二胶层及第三胶层均采用负性光刻胶SU-8。
[0059]S205、对第二胶层及第三胶层进行曝光处理，使第二胶层及第三胶层上的部分光刻胶固化；
[0060]具体的，如图4G所示，可在形成第三胶层之前，采用第二掩膜5b对第二胶层7进行曝光，曝光区域7a被固化，未曝光区域7b可在后续工艺中去除以形成公共腔室及多个压力腔室；然后如图4H所示，在第二胶层7上形成第三胶层8，在形成第三胶层8之后，如图41所示，可采用第三掩膜5c对第三胶层8进行曝光处理，曝光区域8a被固化，未曝光区域Sb可在后续工艺中去除以形成多个喷孔。
[0061 ] 本实施例中，对第二胶层7及第三胶层8进行的曝光处理也可同时进行，具体如图4J及图4K所示，在形成第二胶层7后，不对第二胶层7进行曝光处理，而形成第三胶层8之后，采用第四掩膜5d同时对第二胶层7及第三胶层8进行曝光处理，第四掩模5d由三个区形成:第一区5d-l能透射电磁波，允许高强度的电磁波17穿过该掩模以充分地交联固化第二胶层7中的曝光区域7a和第三胶层8中的曝光区域8a中相对应的部分，被曝光以交联固化的区域是为了防止在显影时被去除；第二区5d-2的作用是只允许低强度电磁波18通过，以交联固化曝光区域8a中第二区5d-2下方的部分，而在第二胶层7中该第二区5d-2下方的部分(即第二胶层中的未曝光区域7b)未产生交联，该第二胶层7上未交联固化的部分(未曝光区域7b)可去除用以形成公共腔室及多个压力腔室。第三区5d-3完全不透射，由于电磁波不能通过第三区5d-3，因此位于该第三区5d-3下方的交联聚合物(即未曝光区域8b)将不被曝光并在以后显影时被去除以形成喷墨的喷孔。
[0062]S206、对第二胶层及第三胶层进行显影处理，使第二胶层及第三胶层未固化的部分去除，以在第二胶层上形成公共腔室及与公共腔室连通的多个压力腔室，在第三胶层上形成与多个压力腔室对应的多个喷孔。
[0063]本实施例中，在对第二胶层7及第三胶层8进行显影处理，之前还包括:在第一胶层4、第二胶层7及第三胶层8的外侧包覆保护层，具体如图4L所示，为了避免基底I上的各层材料受到腐蚀液的蚀刻，可以在基底I上方的各胶层的外表面涂覆耐腐蚀的保护膜9，保护膜9的材料可以为耐酸碱的橡胶类树脂；
[0064]在包覆保护膜9后，如图4M所示，在基底I的第二表面采用氢氧化钾(KOH)或者四甲基氢氧化铵(TMAH)蚀刻液湿法刻蚀基底1，形成供墨孔10及压电元件3用以变形的变形空间11 ;
[0065]然后，去除保护层9，对第二胶层7及第三胶层8进行显影处理，在对第二胶层7及第二胶层8进行显影处理的同时，还可对第一胶层4进行显影处理，具体是采用显影液丙二醇甲酸酯(PMEGA)将第一胶层4、第二胶层7及第三胶层8未固化的部分溶解掉，如图4N所示，在第一胶层4上形成缝隙15，在第二胶层7上形成公共腔室12及多个压力腔室13，在第三胶层8上形成分别与每个压力腔室13对应连通的喷孔14。其中，缝隙15为压电元件3两边的缝隙，用以在压电元件3左右两侧不受束缚更好地产生变形。本实施例中压力腔室与喷孔通过显影处理一体成形，相比现有技术中在压力腔室上方通过粘结剂粘结喷孔板的方法，克服了粘结剂对喷孔的影响，提供了制造精度。
[0066]最后，如图40所示，在基板I的第二表面上粘贴盖板16完成喷墨头的制造流程，盖板13的材料可以是聚丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0067]本发明实施例提供的喷墨头制造方法，通过在基底上方的多层光刻胶上用曝光及显影的方法形成压力腔室及喷孔，不仅提高了制造效率及制造精度，而且在加工中即使压力室和侧壁尺寸的减小也不会影响到基底的机械强度和性能，利于提高喷墨头生产过程中的成品率。
[0068]本发明实施例三提供一种喷墨头，该喷墨头采用本发明任意实施例提供的喷墨头制造方法制造而成。
[0069]用本发明任意实施例提供的喷墨头制造方法制造的喷墨头的基本结构如图5所示，基底I上设置有压电元件3及振动板6，振动板6上方设置有公共腔室12及与公共腔室12连通的多个压力腔室13，与各压力腔室13对应设置有喷墨的喷孔14，在压电元件3下方设置有压电元件3用以变形的变形空间11，与公共腔室12连通设置有供墨孔10，具体的喷墨过程为墨水通过供墨孔10经过公共腔室12到达各压力腔室13，同时压电元件3在电压的驱动下振动并通过振动板6挤压各压力腔室13中的墨水，使墨水从喷孔14中喷出，从而在介质上印字。
[0070]本发明实施例四提供一种打印设备，该打印设备包括本发明提供的喷墨头。
[0071]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种喷墨头制造方法，其特征在于，包括: 在基板的第一表面上形成压电兀件； 在所述压电元件背离所述基板一侧形成振动板； 在所述压电元件上表面所在的第一平面与所述振动板上方的第二平面之间的空间内涂覆光刻胶，形成与所述基板对应的第二胶层，在所述第二胶层上涂覆光刻胶，形成第三胶层； 对所述第二胶层及第三胶层进行曝光处理，使所述第二胶层及第三胶层上的部分光刻胶固化； 对所述第二胶层及所述第三胶层进行显影处理，使所述第二胶层及第三胶层未固化的部分去除，以在所述第二胶层上形成公共腔室及与所述公共腔室连通的多个压力腔室，在所述第三胶层上形成与所述压力腔室对应的多个喷孔。
2.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法，其特征在于，在基板的第一表面上形成压电元件，包括: 在所述基板的第一表面上通过低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法形成保护层； 在所述保护层上形成所述压电元件。
3.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法，其特征在于，在基板的第一表面上形成压电元件，具体为: 在所述基板的第一表面上通过溅射法形成下电极层； 在所述下电极层上通过溶胶凝胶法形成压电体层； 在所述压电体层上通过溅射法形成上电极层。
4.根据权利要求3所述的喷墨头制造方法，其特征在于，所述下电极层为钛形成的钛层或钼金形成的钼金层或钛形成的多个钛层的叠加层； 所述压电体层为锆钛酸铅形成的锆钛酸铅层； 所述上电体层为钼金形成的钼金层或黄金形成的黄金层。
5.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法，其特征在于，在所述压电元件背离所述基板一侧形成振动板，之前还包括: 在所述基板的第一表面与所述压电元件上表面所在的第一平面之间的空间内用光刻胶形成第一胶层； 采用第一掩膜对所述第一胶层进行曝光处理，使所述第一胶层的部分光刻胶固化； 在对所述第二胶层及所述第三胶层进行显影处理的同时，还包括: 对所述第一胶层进行显影处理，使所述第一胶层未固化的光刻胶去除，以在所述压电元件两侧形成缝隙。
6.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法，其特征在于，在所述压电元件背离所述基板一侧形成振动板，具体为: 通过低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法形成振动板。
7.根据权利要求1所述的喷墨头制造方法，其特征在于，对所述第二胶层及第三胶层进行曝光处理，具体为: 在形成第三胶层之前，采用第二掩膜对所述第二胶层进行曝光处理，在形成第三胶层之后，采用第三掩膜对所述第三胶层进行曝光处理；或者， 在形成第二胶层及第三胶层之后，采用第四掩膜同时对所述第二胶层及第三胶层进行曝光处理。
8.根据权利要求5所述的喷墨头制造方法，其特征在于，在对所述第二胶层及所述第三胶层进行显影处理，之前还包括: 在所述第一胶层、第二胶层及第三胶层的外侧包覆保护层。
9.根据权利要求8所述的喷墨头制造方法，其特征在于，所述保护层的材料为耐酸碱的橡胶类树脂。
10.根据权利要求1-9任一所述的喷墨头制造方法，其特征在于，还包括: 在所述基板的第二表面通过蚀刻法蚀刻所述基板，形成供墨孔及所述压电元件用以变形的变形空间。
11.根据权利要求10所述的喷墨头制造方法，其特征在于，在所述基板的第二表面通过蚀刻法蚀刻所述基板，形成供墨孔及所述振动板用以变形的变形空间，之后还包括: 在所述基板的第二表面上粘贴盖板。
12.根据权利要求11所述的喷墨头制造方法，其特征在于，所述盖板的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
13.根据权利要求5所述的喷墨头制造方法，其特征在于，所述第一胶层、第二胶层及第三胶层的光刻胶均为负性光刻胶。
14.根据权利要求1-9任一所述的喷墨头制造方法，其特征在于，所述振动板的材料为氧化硅、氮化硅或氧化硅-氮化硅复合材料。
15.一种喷墨头，其特征在于，采用权利要求1-14任一所述的喷墨头制造方法制造而成。
16.一种打印设备，其特征在于，包括权利要求15所述的喷墨头。
【文档编号】B41J2/16GK104417065SQ201310409423
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】李越 申请人:珠海纳思达企业管理有限公司