液体喷射头的制造方法、液体喷射头和打印设备的制作方法

液体喷射头的制造方法、液体喷射头和打印设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种液体喷射头的制造方法、液体喷射头和打印设备，其中方法包括：在基底的第一表面上形成压力致动部件；在所述基底上与所述第一表面相对的第二表面蚀刻形成凹槽；在所述凹槽中填充第一光刻胶形成牺牲层，所述牺牲层的表面与所述基底的第二表面齐平；在所述基底的第二表面和牺牲层的表面上形成喷孔板；采用第一显影液对牺牲层进行显影处理，以去除所述牺牲层，形成压力腔室。本发明提供的液体喷射头的制造方法、液体喷射头和打印设备，能够解决现有的液体喷射头制造工艺较复杂，且采用粘合剂容易降低打印质量的问题。
【专利说明】液体喷射头的制造方法、液体喷射头和打印设备

【技术领域】
[0001] 本发明涉及打印机制造技术，尤其涉及一种液体喷射头的制造方法、液体喷射头 和打印设备。

【背景技术】
[0002] 打印机是一种常用的办公设备，随着打印机技术的逐渐进步，文件处理速度以及 打印速度越来越受到重视。液体喷射头是打印机中的重要器件，通过喷射墨滴的方式将墨 滴印至打印介质上，实现打印过程，液体喷射头喷射墨滴的速度和喷射位置的精确度决定 了打印机的打印速度以及打印质量。
[0003] 为了实现较高的打印精度，液体喷射头内部通常设置有复杂的墨水流动路径，以 使墨水顺畅并精确地流入相应的通道。现有的液体喷射头结构包括基底、喷孔板、压力腔室 以及压力致动部件等，其中，压力腔室是对多个薄板蚀刻后层压而成的，为了确保各薄板能 彼此粘接牢固，通常采用粘合剂进行粘合。在液体喷射头的制造过程中，分别对基底、喷孔 板、压力腔室以及压力致动部件各部件独立加工，制成半成品，然后采用粘合剂将制作好的 嗔孔板粘合在该半成品上。
[0004] 由于现有的液体喷射头在制造过程中多采用粘合剂进行粘合，在粘合的过程中需 要对各部件进行精确定位，使得制造工艺较复杂，延长了生产周期，且成品率较低。并且，若 粘合剂流到预定区域外，会发生墨水流动通道变窄或堵塞，若喷孔板上的喷孔被堵塞，则会 严重降低打印质量和打印精度。


【发明内容】

[0005] 本发明提供一种液体喷射头的制造方法、液体喷射头和打印设备，用于解决现有 的液体喷射头制造工艺较复杂，且采用粘合剂容易降低打印质量的问题。
[0006] 本发明实施例提供一种液体喷射头的制造方法，包括：
[0007] 在基底的第一表面上形成压力致动部件；
[0008] 在所述基底上与所述第一表面相对的第二表面蚀刻形成凹槽；
[0009] 在所述凹槽中填充第一光刻胶形成牺牲层，所述牺牲层的表面与所述基底的第二 表面齐平；
[0010] 在所述基底的第二表面和牺牲层的表面上形成喷孔板；
[0011] 采用第一显影液对所述牺牲层进行显影处理，以去除所述牺牲层，形成压力腔室。
[0012] 本发明另一实施例提供一种液体喷射头，所述液体喷射头采用如上所述的液体喷 射头的制造方法制成为一体结构。
[0013] 本发明又一实施例提供一种打印设备，包括如上所述的液体喷射头。
[0014] 本发明实施例提供的技术方案能够将喷孔板与基底形成为一体结构，能够解决现 有的液体喷射头制造工艺较复杂的问题，避免了采用粘合剂进行粘接而导致出现墨水流动 路径或喷孔被堵塞的现象发生，提高了打印精度和打印质量。
[0015] 并且本实施例所采用的技术方案形成一体结构的液体喷射头，其机械强度不受压 力腔室数量的影响，可根据打印精度的需要提高蚀刻精度以增加压力腔室和喷孔的数量， 也在一定程度上提高了成品率。

【专利附图】

【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法的流程图；
[0017] 图2为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成振动板的结构示意图；
[0018] 图3为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成压电元件的结构示意 图；
[0019] 图4为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成保护层的结构示意图；
[0020] 图5为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成凹槽的结构示意图；
[0021] 图6为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成牺牲层的流程图；
[0022] 图7为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成牺牲层的结构示意图；
[0023] 图8为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中对牺牲层进行曝光处理的 结构示意图；
[0024] 图9为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成喷孔胶层的结构示意 图；
[0025] 图10为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中对喷孔胶层进行曝光处理 的结构不意图；
[0026] 图11为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成喷孔的结构示意图；
[0027] 图12为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成压力腔室的结构示意 图。
[0028] 附图标记：
[0029] 1 -基底； 2-振动板； 3-压电元件；
[0030] 4-保护层； 5-凹槽； 6-供液通道；
[0031] 7 -牺牲层； 8-第一掩膜；9-喷孔胶层；
[0032] 10-第二掩膜；11-喷孔； 12-压力腔室。

【具体实施方式】
[0033] 图1为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法的流程图。如图1所示，液体 喷射头的制造方法可以包括如下步骤：
[0034] 步骤10、在基底的第一表面上形成压力致动部件。
[0035] 该压力致动部件可以为现有技术中常用的压电元件或薄膜电阻。若采用压电元 件，则在基底的第一表面上形成压电元件，通过压电元件加载电压，使得压电元件发生形 变，从而向周围的墨水施加压力，以使墨水从喷孔喷出印在打印介质上；若采用薄膜电阻， 则在基底的第一表面上形成薄膜电阻层，对该薄膜电阻施加脉冲电压信号，则薄膜电阻散 发热量，使墨水加热至一定温度，墨水中的易挥发组分气化而形成气泡，从喷孔挤出，然后 遇冷空气爆破，印在打印介质上。
[0036] 步骤20、在基底上与第一表面相对的第二表面蚀刻形成凹槽。
[0037] 该凹槽作为压力腔室，用于为墨水提供压力而使墨水喷出喷孔。凹槽的尺寸可根 据压力腔室的尺寸进行设定。
[0038] 步骤30、在凹槽中填充第一光刻胶形成牺牲层，牺牲层的表面与基底的第二表面 齐平。
[0039] 本实施例提供的液体喷射头的制造方法需在压力腔室的表面形成喷孔板，即在基 底的第二表面形成带喷孔的喷孔板，但凹槽的存在增加了形成喷孔板的难度。因此，步骤30 所采取的方案是先在凹槽内形成牺牲层，再在牺牲层的表面形成喷孔板，待喷孔板及喷孔 形成后，再将牺牲层去除，以形成压力腔室。
[0040] 步骤40、在基底的第二表面和牺牲层的表面上形成喷孔板。
[0041] 在步骤30之后，牺牲层的表面与基底的第二表面处于同一平面，因此，可在该平 面上形成喷孔板，将喷孔板与基底形成为一体结构。
[0042] 步骤50、采用第一显影液对牺牲层进行显影处理，以去除牺牲层，形成压力腔室。
[0043] 在喷孔板形成后，可针对牺牲层所选用的第一光刻胶，选择对应的显影材料作为 第一显影液进行显影处理，将牺牲层材料溶解掉，形成压力腔室。
[0044] 上述技术方案能够将喷孔板与基底形成为一体结构，避免了采用粘合剂进行粘 接，能够解决现有的液体喷射头制造工艺较复杂，且采用粘合剂容易降低打印质量的问题。
[0045] 下面对上述各步骤的具体实现方式进行详细的举例说明：
[0046] 本实施例提供的技术方案是将现有的液体喷射头中零散制造的各个部件的方法 替换为在基底上一体成型，该基底可以为硅基底，厚度小于70 μ m。本领域技术人员可以采 用各种技术手段将硅基底的厚度降低至50 μ m以下，则可以减小液体喷射头的体积。
[0047] 对于步骤10,可参照图2。图2为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中 形成振动板的结构示意图。本实施例采用压电元件作为压力致动部件，首先，可以在基底1 的第一表面上形成振动板2,具体可采用等离子体增强化学气相沉积法形成振动板2,振动 板2的材料可以为氮化硅。振动板2的作用是将压电元件产生的驱动力转换成振动板2的 变形，使其对液体墨水挤压，迫使墨水从喷孔喷出。
[0048] 然后，在振动板2的表面上形成压电元件3,可参照图3,图3为本发明实施例提供 的液体喷射头的制造方法中形成压电元件的结构示意图。包括依次形成下电极层、压电体 层和上电极层，具体可分别采用钼或钛等耐高温金属在振动板2的表面形成下电极层，然 后采用溅射法在下电极层上淀积锆钛酸铅薄膜，形成压电体层，最后采用钼等耐高温金属 在压电体层的表面形成上电极层。
[0049] 优选的，还可以在压电元件3的外围形成一层保护层，可参照图4,图4为本发明 实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成保护层的结构示意图。具体的，可采用低压化 学气相沉积法在上电极层的表面上淀积一层氮化硅膜，作为保护层4,该保护层4将下电极 层、压电体层和上电极层包覆在内部，可保护压电元件3不被损坏。
[0050] 对于上述步骤20,可参照图5,图5为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法 中形成凹槽的结构示意图。具体可采用湿法蚀刻或反应离子蚀刻等方法在基底1的第二表 面上形成凹槽5,作为压力腔室。从图5的视图角度来看，基底1的上表面为第一表面，下表 面为第二表面。
[0051] 另外，还可以在凹槽5的侧面蚀刻形成供液通道6,同样可以采用湿法蚀刻或反应 离子蚀刻等方法进行蚀刻，该供液通道6与凹槽5连通，且穿透于基底1的第一表面，以使 墨水通过该供液通道6流入压力腔室。
[0052] 在凹槽形成后，可以继续形成喷孔板，但形成喷孔板所需的光刻胶为胶状物质，不 具有固定的形状。在凹槽的表面涂覆胶状物质，则该胶状物质必然会流入凹槽内，因此，本 实施例设计先在凹槽内填充一层牺牲层，然后在喷孔板形成后再除去该牺牲层，从而实现 了在压力腔室的表面形成喷孔板。下面对步骤30、步骤40以及步骤50的具体实现方式进 行举例说明：
[0053] 对于上述步骤30,第一光刻胶可以为光分解型光致抗蚀剂，也可以为光交联型光 致抗蚀剂，其中，光分解型光致抗蚀剂的特性为经紫外光照射后发生光分解反应而变性，易 溶于某些溶剂。光分解型光致抗蚀剂可以为现有技术中常用的正性光刻胶，或者某些负性 光刻胶由于掺入了特定的物质后也具有光分解型光致抗蚀剂的特性。光交联型光致抗蚀剂 的特性是经紫外光照射后发生固化，光交联型光致抗蚀剂可以为现有技术中常用的负性光 刻胶，但某些正性光刻胶由于掺入了特定的物质后也具有光交联型光致抗蚀剂的特性。
[0054] 图6为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成牺牲层的流程图，如图 6所示，上述步骤30具体可包括：
[0055] 步骤301、在凹槽中旋涂第一光刻胶，形成牺牲层。
[0056] 本实施例具体可采用现有技术中常用的正性光刻胶，具体可以为聚酰亚胺材料， 该材料经紫外光照射后发生变性，易溶于氢氧化钾Κ0Η等溶剂。将聚酰亚胺材料旋涂在凹 槽5中，填满凹槽5的空间，形成牺牲层7。
[0057] 步骤302、对牺牲层进行平坦化，以使牺牲层的表面与基底的第二表面齐平。
[0058] 如图7所示，图7为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成牺牲层的 结构示意图。对步骤301中填入凹槽5中的第一光刻胶进行平坦化，使其表面与基底1的 第二表面齐平，以便形成喷孔板。
[0059] 步骤303、对牺牲层进行烘干处理。
[0060] 根据所选用的第一光刻胶的材料不同，采用适当的方式将胶状的材料烘干，形成 固体。对于本实施例采用的聚酰亚胺材料，可在（110-180) °C的温度下烘干180秒，尤其在 125°C的环境中，该材料由胶状转换为固体的速度最快。
[0061] 步骤304、采用第一掩膜对牺牲层进行曝光处理，以使牺牲层发生变性，易溶于第 一显影液。
[0062] 图8为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中对牺牲层进行曝光处理的 结构示意图。如图8所示，当凹槽5中涂覆的第一光刻胶完全变成固体后，可对其进行曝光 处理。对于本实施例所采用的聚酰亚胺材料，具体可采用第一掩膜8进行曝光，该第一掩膜 8可以为普通掩膜，其透光率特征可以设置为：在第一掩膜8中与凹槽5位置对应的部分完 全透光，其余部分不透光，采用曝光能级在Ilmw/ Cm2的紫外光透过第一掩膜8中完全透光 的部分照射在凹槽5中的聚酰亚胺材料上，维持曝光时间20s，则聚酰亚胺在光照下发生光 化学变化，变形为易溶于Κ0Η的物质。
[0063] 本领域技术人员也可以采用其它易溶于某些溶剂的材料作为第一光刻胶，涂覆在 凹槽5内形成牺牲层7,待形成喷孔后将第一光刻胶溶解掉即可。
[0064] 经过上述步骤301至304,形成了易溶于某些溶剂的牺牲层7,之后可以在牺牲层 7的表面和基底1的第二表面上形成喷孔板，如上述步骤40,具体可以采用如下方式：
[0065] 如图9所示，图9为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成喷孔胶层 的结构示意图。先在基底1的第二表面和牺牲层7的表面上旋涂第二光刻胶，形成喷孔胶 层9,然后对喷孔胶层9进行曝光处理，形成喷孔。
[0066] 其中的第二光刻胶具体可以为现有技术中常用的负性光刻胶，具体可采用光刻胶 SU8,其特性是受紫外光照射后会发生固化，光刻胶SU8本身易溶于1-甲基醚醋酸丙二醇 酯。
[0067] 之后，需对喷孔胶层9进行烘干处理，可在（65-95) °C温度下烘干7min，将胶状物 质转换为固体。
[0068] 可参照图10,图10为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中对喷孔胶层 进行曝光处理的结构示意图。可采用第二掩膜10对喷孔胶层9进行曝光处理，以使喷孔胶 层9中受到光照的部分固化。将第二掩膜10设置为其中与喷孔位置对应的部分不透光，其 余部分完全透光。采用曝光能级为llmw/cm2的紫外光曝光90s，再经（65-95) °C温度下烘 干6min，紫外光透过第二掩膜10中完全透光的部分照射在喷孔胶层9上，受光照的部分固 化，而未受到光照的部分仍保持为第二光刻胶本身的性质，可被第二显影液溶解掉形成喷 孔。
[0069] 未受到光照的部分可被1-甲基醚醋酸丙二醇酯溶解，因此采用1-甲基醚醋酸丙 二醇酯作为第二显影液对喷孔胶层9进行显影处理，形成喷孔11。如图11所示，图11为本 发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成喷孔的结构示意图。
[0070] 上述第二显影液不仅限于1-甲基醚醋酸丙二醇酯，其它能够溶解SU8物质的溶液 均可作为第二显影液，本发明对其不做限制。
[0071] 本领域技术人员可以采用多种方式来形成喷孔板，例如将第二光刻胶涂覆在基底 1的第二表面和牺牲层7的表面上，形成喷孔胶层9,然后采用紫外光对喷孔胶层9全部曝 光，使其固化，之后采用激光打孔、蚀刻等方式形成喷孔。或者也可以采取其它方式来形成 喷孔板，本实施例对此不作限定。
[0072] 图12为本发明实施例提供的液体喷射头的制造方法中形成压力腔室的结构示意 图。如图12所示，在形成喷孔板之后，可执行上述步骤50,采用Κ0Η作为第一显影液对牺牲 层7进行显影处理，将曝光后的聚酰亚胺材料溶解掉，形成压力腔室12。本实施例采用的聚 酰亚胺材料经曝光显影后能够快速被Κ0Η显影液去除，保证了压力腔室内壁光滑。
[0073] 采用上述技术方案能够在基底1上形成多个压力腔室12,每个压力腔室均匀排 布，适当增加压力腔室的数量能够提高打印精度，且不会影响液体喷射头的机械强度。在喷 孔板上形成多个喷孔，每一个喷孔对应一个压力腔室，以使墨水在压力致动部件的驱动下 从喷孔喷出印在打印介质上。
[0074] 本实施例提供的技术方案能够将喷孔板与基底形成为一体结构，能够解决现有的 液体喷射头制造工艺较复杂的问题，避免了采用粘合剂进行粘接而导致出现墨水流动路径 或喷孔被堵塞的现象发生，提高了打印精度和打印质量。
[0075] 并且本实施例所采用的技术方案形成一体结构的液体喷射头，其机械强度不受压 力腔室数量的影响，可根据打印精度的需要提高蚀刻精度以增加压力腔室和喷孔的数量， 也在一定程度上提高了成品率。
[0076] 本发明另一实施例提供一种液体喷射头，可采用上述实施例所提供的液体喷射头 的制造方法制成为一体结构，在基底上的第一表面上形成压力致动部件，在基底的第二表 面上通过牺牲层形成喷孔板，再去除牺牲层形成压力腔室，将喷孔板与基底形成为一体结 构，能够解决现有的液体喷射头制造工艺较复杂的问题，避免了采用粘合剂进行粘接而导 致出现墨水流动路径或喷孔被堵塞的现象发生，提高了打印精度和打印质量。
[0077] 本发明又一实施例提供一种打印设备，包括上述液体喷射头，能够将喷孔板与基 底形成为一体结构，能够解决现有的液体喷射头制造工艺较复杂，且采用粘合剂容易降低 打印质量的问题，避免了采用粘合剂进行粘接而导致出现墨水流动路径或喷孔被堵塞的现 象发生，提高了打印精度和打印质量。
[〇〇78] 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. 一种液体喷射头的制造方法，其特征在于，包括： 在基底的第一表面上形成压力致动部件； 在所述基底上与所述第一表面相对的第二表面蚀刻形成凹槽； 在所述凹槽中填充第一光刻胶形成牺牲层，所述牺牲层的表面与所述基底的第二表面 齐平； 在所述基底的第二表面和牺牲层的表面上形成喷孔板； 采用第一显影液对所述牺牲层进行显影处理，以去除所述牺牲层，形成压力腔室。
2. 根据权利要求1所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述在所述凹槽中填 充第一光刻胶形成牺牲层，包括： 在所述凹槽中旋涂第一光刻胶，形成牺牲层； 对所述牺牲层进行平坦化，以使所述牺牲层的表面与所述基底的第二表面齐平； 对所述牺牲层进行烘干处理； 采用第一掩膜对所述牺牲层进行曝光处理，以使所述牺牲层发生变性，易溶于所述第 一显影液。
3. 根据权利要求2所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述第一光刻胶为光 分解型光致抗蚀剂； 所述第一掩膜中与所述凹槽对应的部分完全透光。
4. 根据权利要求3所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述在所述基底的第 二表面和牺牲层的表面上形成喷孔板，包括： 在所述基底的第二表面和牺牲层的表面上旋涂第二光刻胶，形成喷孔胶层； 对所述喷孔胶层进行曝光处理，形成喷孔。
5. 根据权利要求4所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述第二光刻胶为光 交联型光致抗蚀剂； 所述对所述喷孔胶层进行曝光处理，形成喷孔，包括： 采用第二掩膜对所述喷孔胶层进行曝光处理，以使所述喷孔胶层中受到光照的部分固 化，所述第二掩膜中与喷孔位置对应的部分不透光，其余部分完全透光； 采用第二显影液对所述喷孔胶层进行显影处理，形成喷孔。
6. 根据权利要求5所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述在所述基底上与 所述第一表面相对的第二表面上蚀刻形成凹槽，包括： 在所述基底上与所述第一表面相对的第二表面上蚀刻形成凹槽； 在所述凹槽的侧面蚀刻形成供液通道，所述供液通道与所述凹槽连通，且穿透于所述 基底的第一表面。
7. 根据权利要求6所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述压力致动部件为 压电元件； 所述在基底的第一表面上形成压力致动部件，包括： 在所述基底的第一表面上形成振动板； 在所述振动板的表面上依次形成下电极层、压电体层和上电极层。
8. 根据权利要求7所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述在基底的第一表 面上形成压力致动部件，还包括： 在所述上电极层的表面上形成保护层，所述保护层将所述下电极层、压电体层和上电 极层包覆在内部。
9. 根据权利要求1-7任一项所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述第一光 刻胶为聚酰亚胺。
10. 根据权利要求5-7任一项所述的液体喷射头的制造方法，其特征在于，所述第二光 刻胶为光刻胶SU8。
11. 一种液体喷射头，其特征在于，所述液体喷射头采用权利要求1-10任一项所述的 液体喷射头的制造方法制成为一体结构。
12. -种打印设备，其特征在于，包括权利要求11所述的液体喷射头。
【文档编号】B41J2/16GK104085195SQ201310451784
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】邹赫麟, 周毅, 孙莎 申请人:大连理工大学, 珠海纳思达企业管理有限公司