[发明专利]形成具有弯曲压电膜的装置

说明书

技术领域

本说明书涉及MEMS(microelectromechanical)致动器的制造。

背景技术

流体喷射系统通常包括从流体供应装置到包括喷嘴的喷嘴组件的流体路径，其中液滴从所述喷嘴被喷射。可以通过用诸如压电致动器的致动器对流体路径中的流体加压来控制液滴喷射。要被喷射的流体可以是例如油墨、场致发光材料、生物化合物、或形成电路的材料。

墨喷印刷机中的印刷头模块是流体喷射系统的一个示例。印刷头模块通常包括具有相应的油墨路径阵列和相关联的致动器的一连串或一系列喷嘴，并且可以通过一个或多个控制器独立地控制从每一个喷嘴的液滴喷射。印刷头模块可以包括里面形成有油墨路径的半导体印刷头主体和连接到印刷头主体的压电致动器。喷嘴可以由连接到印刷头主体的分离层限定。印刷头主体可以由被蚀刻以限定沿着油墨路径的泵送室的硅基板制成。

泵送室的一侧是膜，所述膜足够薄以当被压电致动器驱动时弯曲并膨胀或收缩泵送室。压电致动器在泵送室上支撑在膜上。压电致动器包括由响应于由一对相对电极施加在压电层两端的电压而改变几何形状(或致动)的压电材料形成的层。压电层的致动使膜弯曲，并且膜的弯曲从而沿着油墨路径对泵送室中的油墨加压并最终将墨滴从喷嘴喷射出。

随着印刷头模块变得越来越小，泵送室和相应的致动器也变得越来越小，但是较小的致动器会喷射较小的液滴(例如，5pL或更小)。当印刷分辨率大约为1200dpi时，小液滴是理想的，而当印刷例如大约600dpi的低分辨率时，小液滴可能不适用。为了以600dpi分辨率进行印刷，需要较大的液滴(例如，9-10pL)。因此，理想的是具有能够具有较高的体积排量同时在印刷头模上具有较小的覆盖区的压电致动器。

发明内容

本说明书描述与MEMS致动器相关的技术。

这里所公开的用于形成具有弯曲压电膜的致动器的方法使用具有被平坦表面包围的弯曲表面的轮廓转移基板。在从弯曲压电膜的下侧移除轮廓转移基板之前，用于压电致动器的压电材料至少沉积在轮廓转移基板的弯曲表面上。产生的弯曲压电膜包括为柱状并对准的粒状结构，并且所有或基本上所有柱状晶粒局部垂直于压电膜的弯曲表面。

可以实施本说明书中描述的主题的具体实施方式以实现以下优点中的一个或多个。

具有这种对准和垂直定向粒状结构的弯曲压电膜与由其它方法(例如，通过将弯曲表面打磨成块压电材料或通过注射成型)形成的弯曲压电膜相比可以受到较小的内应力。

与具有由于未对准和随机粒状结构导致的较大量的内应力的弯曲压电膜相比较，具有较小量内应力的弯曲压电膜可以具有提高的偏转效率。另外，应力下的压电膜可以更加迅速地退化，从而使得压电致动器的有效寿命缩短；由所公开的方法形成的弯曲压电膜可以具有较长的寿命。

不受限于任何具体的理论，压电膜中泵送室边缘正上方的区域在致动期间比压电膜中的其它区域受到更高的内应力。压电膜的弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域与压电膜的远离过渡区域的部分相比较具有较少的对准颗粒结构。在一些实施方式中，轮廓转移基板的弯曲表面在一个或多个维度上延伸超过泵送室腔的边缘。至少形成在轮廓转移基板的弯曲部分上面的压电膜也延伸超过泵送室腔的边缘。因此，压电膜的弯曲部分与平坦部分之间的过渡区域从泵送室的边缘移开，并且压电膜的弯曲部分中更均匀的区域支撑在泵送室的边缘上。因为弯曲压电膜的更均匀部分可以承受在泵送室的边缘处产生的更高内应力，因此压电致动器的设计可以有助于防止压电膜的破坏，并且还可以提高压电致动器的寿命。

在用于微透镜制造的传统的光致抗蚀剂回流方法中，图案化光致抗蚀剂层通常在非真空环境中被加热和回流。由这种方法制造而成的最终的微透镜通常在表面上包括小空隙和气泡。在这里公开的方法中，图案化光致抗蚀剂层在真空环境中被加热和回流以在基板上形成光致抗蚀剂的穹顶。当光致抗蚀剂穹顶和底层基板随后被蚀刻掉使得光致抗蚀剂穹顶的弯曲表面被转移到底层基板的露出表面时，底层基板的产生的表面与在光致抗蚀剂在非真空环境中被加热和回流的情况下产生的基板表面相比较更加平滑。基板上的更平滑的穹顶表面可以用作负性轮廓转移表面以在轮廓转移基板中产生平滑凹陷，并提高随后沉积在轮廓转移基板上的压电层的均匀性和平滑度。