[发明专利]一种墨水喷头及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种墨水喷头及其制造方法。

背景技术

现有的喷头主要分成两种，一种是由加热电阻作为源动力来去使喷头喷出墨滴，另一种是是利用压电元件作为源动力来使喷头喷出墨滴。

利用压电元件作为致动器把墨水喷出的喷头，主要有以下两种类型。一种是压电元件和振动板置于与排出墨滴相应喷嘴连通的压力产生腔室的外部，通过压电元件和振动板的变形，使得压力产生腔室体积发生变化，从而把墨滴从喷嘴喷出。

另一种墨水喷头是通过将振动板设置在压力腔室内部，形成悬臂梁或桥式梁结构，通过向悬臂梁或桥式梁上的压电元件施加电压而使悬臂或桥式梁振动板发生振动，墨水因为振动板的振动而从喷墨口喷出。这种利用悬臂梁式振动板的喷头例如Epson早期公开申请的专利中提到。然而这些早期的专利中提到的制造方法是利用粘接技术把喷头的各个部分合成在一起，难以实现喷嘴的高密度排布，如600dpi，且制造成本较高。所以可以通过MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems 的缩写，也叫微电子机械系统)一体成型加工技术来提高喷头的分辨率和减低成本。

为了利用MEMS一体成型技术制造如图1所示的喷头，需要在硅基底1上形成一个凹槽来形成供墨腔室21，所以在制造过程中需要对凹槽进行填充，然后在填充平坦的表面上形成振动板和压电元件等。由于形成压电元件时需要对压电陶瓷进行600°C的高温煅烧工艺，所以对填充在凹槽处的填充物有能耐高温、热涨系数小的要求。这些填充物一般需要采用多孔硅、无定形硅、多晶硅、二氧化硅、掺杂磷的二氧化硅（PSG）、掺杂磷和硼的二氧化硅（BPSG）等填充物，而不能采用熔点不高的可溶性有机物作为凹槽的填充物。

当采用二氧化硅、掺杂磷的二氧化硅（PSG）、掺杂磷和硼的二氧化硅（BPSG）等填充物时，振动板层42不能采用二氧化硅，因为在清洗填充物时会导致振动板的二氧化硅也洗掉一部分。这时需采用氮化硅等材料作为振动板，但氮化硅的弹性较二氧化硅的小，导致振动板的振动幅度大幅下降，影响喷头的喷墨效果，甚至喷不出墨滴。

当采用多孔硅、无定形硅、多晶硅作为凹槽的填充物时，由于硅基底和填充物都是硅材料，所以需要在凹槽的内壁涂覆一层保护膜来保护硅基底在洗掉凹槽的填充物时，硅基底没有被损坏。

当采用图1所示的喷头结构来喷墨时，为了提高打印速度和打印质量，可以通过提高喷头的喷墨频率，这就需要在更短的时间内完成一次墨滴的喷射。所以可以对图1中的供墨腔室21进行疏水处理，使供墨腔室21中的墨水更快流动到墨水腔室22中，在再次供给墨水到压力腔室2时，墨水更容易聚集在墨水腔室22中，从而缩单次墨滴的喷射时间。

所以本技术方案提出一种可以利用MEMS一体成型技术制造的压电式喷头的结构和该结构的制造方法，从而实现喷头的高分辨率和低制造成本，高喷射频率。

发明内容

本发明提供一种墨水喷头及其制造方法，以解决现有墨水喷头的低分辨率、高制造成本和喷射频率低的技术问题。

为了解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

具体的方案是：

一种墨水喷头，包括：硅基板、设置在所述硅基板表面上部的振动板、由所述振动板下表面和硅基板形成的供墨腔室、设置在所述振动板表面的压电元件、设置在所述振动板和压电元件上的墨水腔室、使所述供墨腔室和墨水腔室连通的通孔和与所述墨水腔室连通的喷嘴；其特征是：所述供墨腔室的内壁表面还设置有保护层，所述保护层外还设置有疏水层。

所述保护层为金属氧化物组成，所述疏水层为由磷烷基组成的单层膜。

所述金属氧化物选自于TiO₂，Ta₂O₅，Nb₂O₅或ZrO₂。

所述振动板和压电元件一端固定。

所述振动板和压电元件另两端固定。

一种墨水喷头的制造方法，包括以下步骤：

一、在硅基板表面形成供墨腔室的凹部；

二、在所述供墨腔室的凹部形成保护层；

三、在凹部填充能耐高温、热膨胀系数小的填充物，将凹部填平。

四、在所述填平的凹部表面上形成振动板和压电元件；

五、形成墨水腔室和喷嘴；

六、除去填充物并在所述保护层上形成疏水层。

所述保护层为金属氧化物组成，所述疏水层为由磷烷基组成的单层膜。