一种复合腔体压电喷墨打印头及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种复合腔体压电喷墨打印头，并给出具体制造方法，其包括上、下压电致动器、上、下振动板、腔体结构层；所述腔体结构层包括多个腔体单元，每个腔体单元均包括位于同一垂直截面的上腔体单元与下腔体单元；所述上振动板上设置有与上腔体单元及下腔体单元均连通的墨水入口；所述下振动板上设置有多个分别与所述上腔体单元、下腔体单元对应连通的喷孔；上压电制动器固定在上振动板上，与上腔体单元对应；下压电制动器固定在下振动板上，与下腔体单元对应。本发明专利技术简化了制造工艺，提高了腔体数量，增加了分辨率；同时，压电制动器中的压电陶瓷薄膜与上电极都可采用丝网印刷工艺制得，避免压电陶瓷薄膜与上电极的刻蚀，简化了制造过程。

【技术实现步骤摘要】
一种复合腔体压电喷墨打印头及其制造方法
本专利技术涉及一种喷墨打印头，尤其涉及一种采用微纳制造技术形成的同一垂直截面具有上下两个腔体的复合腔体压电喷墨打印头以及制造该喷墨打印头的方法。
技术介绍
喷墨打印头无论在办公还是工业上的应用越来越广泛，根据墨喷射方法，喷墨打印头可以分成两种类型：热喷墨打印头和压电喷墨打印头。热喷墨打印头利用热在墨中生成气泡，并利用气泡的膨胀来喷射墨滴，而压电喷墨打印头利用压电材料变形产生的压力来喷射墨滴。传统的压电喷墨打印头在同一个垂直截面只具有一个腔体。在该情况下，为了增加分辨率，只能减小腔体的宽度以及腔体的间隔，由于打印头在工作过程中各腔体之间的相互干扰等原因，使得现有打印头的腔体和腔体间隔无法进一步缩小，因此分辨率很难继续提高。
技术实现思路
基于此，本专利技术公开了一种复合腔体压电喷墨打印头及其制造方法。其技术方案如下：一种复合腔体压电喷墨打印头，其从上而下依次包括上压电致动器、上振动板、腔体结构层、下振动板、下压电制动器；其中，所述腔体结构层包括多个腔体单元，每个腔体单元均包括位于同一垂直截面上的上腔体单元与下腔体单元；所述上振动板上设置有与上腔体单元及下腔体单元均连通的墨水入口；所述下振动板上设置有多个分别与所述上腔体单元、下腔体单元对应连通的喷孔；所述上压电制动器固定在上振动板上，与所述上腔体单元对应；所述下压电制动器固定在下振动板上，与所述下腔体单元对应。较佳的，所述腔体结构层由硅片构成，所述上腔体与下腔体通过干法刻蚀或湿法刻蚀形成于硅片上。较佳的，所述上振动板与下振动板都为厚度20-50μm的硅片，且通过键合工艺与腔体结构层结合。较佳的，所述墨水入口通过干法刻蚀或湿法刻蚀获得；所述喷孔通过干法刻蚀获得。较佳的，所述上压电致动器与所述下压电致动器均由下电极、压电陶瓷薄膜和上电极组成。较佳的，所述下电极通过磁控溅射分别形成于所述上振动板和下振动板的表面。较佳的，所述压电陶瓷薄膜通过丝网印刷，并通过溶胶-凝胶法形成于下电极的表面。较佳的，所述上电极通过丝网印刷金(Au)形成于压电陶瓷薄膜的表面。较佳的，所述压电陶瓷薄膜通过在所述上电极与所述下电极之间通入高压电进行极化，极化电场强度为1.0-2.5KV/mm，极化温度为100-150℃，极化时间为5-30min。相应的，本专利技术还提供了一种对上述复合腔体压电喷墨打印头进行制造的方法，主要包括步骤：A、采用干法刻蚀或湿法刻蚀对硅片进行加工，形成所述腔体结构层；B、对硅片进行加工形成上振动板及下振动板，通过干法刻蚀或湿法刻蚀所述上振动板获得所述墨水入口，通过干法刻蚀所述下振动板获得所述喷孔；C、将上振动板与下振动板分别与所述腔体结构层进行键合，在上振动板和下振动板的表面分别溅射形成下电极，并采用丝网印刷工艺制得压电陶瓷薄膜与上电极，从而形成上压电制动器及下压电制动器。可见，与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)腔体结构层只由一层硅片构成，简化了制造工艺，同时减少了因对准而造成的误差；2)通过在同一垂直截面上具有上下腔体单元，提高了腔体的数量，在不减小腔体的宽度以及腔体间隔的前提下(避免各腔体之间产生相互干扰)，巧妙的增加了分辨率；3)压电陶瓷薄膜与上电极都是采用丝网印刷工艺制得，避免了压电陶瓷薄膜与上电极的刻蚀，简化了制造过程。附图说明图1为本专利技术一个实施例中复合腔体压电喷墨打印头一部分分解透视图；图2为本专利技术一个实施例中腔体结构层的制造流程示意图；图3为本专利技术一个实施例中上振动板和下振动板的制造流程示意图；图4为本专利技术一个实施例中键合及压电制动器的制造流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术进行进一步的说明：图1是本专利技术一个实施例中复合腔体压电喷墨打印头的一部分的分解透视图，从图中可见，该复合腔体压电喷墨打印头，从上而下依次包括上压电致动器、上振动板4、腔体结构层6、下振动板9、下压电制动器。其中，所述腔体结构层6包括阵列排布的腔体单元，每个腔体单元均包括位于同一垂直截面上的上腔体单元7与下腔体单元8；所述上振动板4上设置有与上腔体单元7及下腔体单元8均连通的墨水入口5；所述下振动板4上设置有多个分别与上腔体单元7、下腔体单元8连通的喷孔10；所述上压电制动器固定在上振动板4上，与所述上腔体单元7对应；所述下压电制动器固定在下振动板9上，与所述下腔体单元8对应。当本实施例中的复合腔体压电喷墨打印头进行工作时，对所述上压电制动器/下压电制动器进行供电；当所述上压电制动器获得供电时，其产生振动，并将此振动通过上振动板4传递到上腔体单元7内，使上腔体单元7的截面积变小，压力增大，从而使上腔体单元7内的墨水通过其所对应的喷孔10喷出而形成墨滴，外部的墨水通过墨水入口5进入上腔体单元7内补充墨水，为下一次喷射墨滴做好准备；下腔体单元8内墨水喷射过程与上腔体单元7相同，由下压电制动器提供振动通过下振动板9传递到下腔体单元8内，从而，下腔体单元8内的墨水也通过其所对应的喷孔10喷出形成墨滴，该下腔体单元8同样与墨水入口5连通，从而也可通过墨水入口5进行墨水补充。本专利技术的优势结合附图1及附图4可以体现的更为清楚，从附图4可见，每个腔体单元中被间隔体(从附图中可见，在本实施例中为或状，但并不局限于此)分成上腔体单元7、下腔体单元8；上腔体单元7、下腔体单元8均与墨水入口5连通，都可通过墨水入口5补充墨水，且其分别与下振动板9上不同位置处的墨水喷孔10相对应；通过上述设置——在同一垂直截面上具有上下腔体单元，提高了腔体的数量，在不减小腔体的宽度以及腔体间隔的前提下(避免各腔体之间产生相互干扰)，巧妙的增加了分辨率。进一步的，在一些具体实施例中，所述上压电制动器/下压电制动器包括上电极1、压电陶瓷薄膜2、下电极3；其具体工作工程为：当所述上电极1通电，下电极3接地时，上电极1下方正对的压电陶瓷薄膜2产生振动，从而带动整个上压电制动器/下压电制动器产生振动。与上述喷墨打印头装置相对应的，本专利技术还给出了相应的复合腔体压电喷墨打印头制造方法，其主要包括步骤：A、采用干法刻蚀或湿法刻蚀对硅片进行加工，形成所述腔体结构层6；B、对硅片进行加工形成上振动板4及下振动板9，通过干法刻蚀或湿法刻蚀所述上振动板4获得所述墨水入口5，通过干法刻蚀所述下振动板9获得所述喷孔10；C、将上振动板4与下振动板9分别与腔体结构层6进行键合，在上振动板4和下振动板9的表面溅射形成下电极3，采用丝网印刷工艺制得压电陶瓷薄膜2与上电极1。可见，上述制造方法按一定顺序对所述喷墨打印头中主要部件进行制造，具体顺序为：腔体结构层6——上、下振动板4、9——压电制动器。下面具体通过附图2-4分别给出了上述部件的具体制造流程。在一些改进的实施例中，所述腔体结构层6只由一层硅片构成，所述上腔体单元7与下腔体单元8通过干法刻蚀或湿法刻蚀形成于硅片上，从而简化了制造工艺，同时减少了因对准而造成的误差。如图2所示，其给出了一个具体实施例中，示意了所述腔体结构层6的制造流程，具体包括以下步骤：A1、清洗硅片11，分别进行SPM清洗、RCA-1清洗和RCA-2清洗，清洗液的配比浓度、清洗温度和清洗时间分别如下：SPM清洗：H2SO4/H2O2(浓硫酸/双氧水)按照4∶1体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合腔体压电喷墨打印头，其特征在于：所述喷墨打印头从上而下依次包括上压电致动器、上振动板、腔体结构层、下振动板、下压电制动器；其中，所述腔体结构层包括多个腔体单元，每个腔体单元均包括位于同一垂直截面上的上腔体单元与下腔体单元；所述上振动板上设置有与上腔体单元及下腔体单元均连通的墨水入口；所述下振动板上设置有多个分别与所述上腔体单元、下腔体单元对应连通的喷孔；所述上压电制动器固定在上振动板上，与所述上腔体单元对应；所述下压电制动器固定在下振动板上，与所述下腔体单元对应。

【技术特征摘要】
1.一种复合腔体压电喷墨打印头，其特征在于：所述喷墨打印头从上而下依次包括上压电致动器、上振动板、腔体结构层、下振动板、下压电制动器；其中，所述腔体结构层包括多个腔体单元，每个腔体单元均包括位于同一垂直截面上的上腔体单元与下腔体单元；所述上振动板上设置有与上腔体单元及下腔体单元均连通的墨水入口；所述下振动板上设置有多个分别与所述上腔体单元、下腔体单元对应连通的喷孔；所述上压电制动器固定在上振动板上，与所述上腔体单元对应；所述下压电制动器固定在下振动板上，与所述下腔体单元对应。2.根据权利要求1所述的复合腔体压电喷墨打印头，其特点在于，优选的，所述腔体结构层由硅片构成，所述上腔体与下腔体通过干法刻蚀或湿法刻蚀形成于硅片上。3.根据权利要求1所述的复合腔体压电喷墨打印头，其特点在于，所述上振动板与下振动板都为厚度20-50μm的硅片，且通过键合工艺与腔体结构层结合。4.根据权利要求1所述的复合腔体压电喷墨打印头，其特点在于，所述墨水入口通过干法刻蚀或湿法刻蚀获得；所述喷孔通过干法刻蚀获得。5.根据权利要求1所述的复合腔体压电喷墨打印头，其特点在于，所述上压电致动器与所述下压电致动器均由下电极、压电陶瓷薄膜和上电极组成。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，卢秉恒，徐杰，邵金友，王重阳，魏文骞，胡航峰，王康润，
申请(专利权)人：西安交通大学，北京恒创增材制造技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61