[发明专利]一种MEMS剪切式压电喷墨打印头及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MEMS剪切式压电喷墨打印头的制备方法，首先在硅衬底上刻蚀形成环形槽，然后在硅衬底的刻蚀面沉积结构层，并使该结构层将环形槽填充满；再分别在硅衬底和结构层上形成连通的喷头的墨水通道和喷孔，在压电陶瓷衬底上制备出喷墨打印头压力腔的结构，然后将压电陶瓷衬底具有压力腔的一面与硅衬底的墨水通道一面键合、极化压电陶瓷衬底并在压电陶瓷衬底上制备金属驱动电极，最后在压电陶瓷衬底上形成连通墨水通道的进墨通口。该制备方法大大降低了制备喷墨打印头的成本，且硅刻蚀槽中填充有专门的结构层，减小了深硅刻蚀工艺对墨水通道底部的过刻蚀作用，从而降低了灌墨过程中墨水通道中残留气泡对墨滴发射的影响。

技术领域

本发明涉及微加工技术领域，尤其涉及一种MEMS剪切式压电喷墨打印头及其制备方法。

背景技术

喷墨打印为个人文档打印提供了灵活、经济的解决方案，目前仍在家庭和小型办公环境中大量应用。喷墨打印头是喷墨印刷、喷墨数字制造及3D打印技术中的核心器件。喷墨技术可分为连续式及按需式两大类。连续式的工作原理为在持续不间断供墨过程中，利用偏压板控制墨滴的飞行方向，让带电的液滴移动到目标位置，而不带电的墨滴不受电场的影响，飞行到墨水回收装置中进行墨水回收。由于墨滴是连续不断喷射的，因此会损耗大量的墨水，并且连续式喷墨的墨滴偏移量大，定位较不精准。按需式喷墨的工作原理为打印机按照需求将墨滴喷射出去，这样一来不但可以避免墨滴的浪费，并且不需要回收装置。根据驱动方式的不同，按需式喷墨又可以分为下列四种：热泡驱动式、压电驱动式、静电力驱动式、音波驱动式。

其中，压电喷墨头由于其使用寿命长，能够适用于各种不同类型的墨水，包括黏度较高的UV(Ultraviolet Rays，紫外线)喷墨墨水及陶瓷釉料等，因此被喷墨数字制造和3D打印等技术所广泛应用。然而，普通的压电喷墨打印头采用SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)衬底材料，成本较高，且采用深硅刻蚀工艺通常会对压电喷墨打印头的墨水通道造成过刻蚀(notching)，在灌墨过程中，该处易残留气泡，会影响墨滴发射精度，无法精确控制墨点的大小和形状，从而影响画面效果的清晰度。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种节约成本、墨滴发射精度高、不影响画面效果的MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)剪切式压电喷墨打印头的制备方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种MEMS剪切式压电喷墨打印头的制备方法，包括如下步骤：

S01、提供一硅衬底，并在所述硅衬底的下表面刻蚀形成环形槽；

S02、在所述硅衬底的下表面沉积结构层，并使所述结构层将所述环形槽填充满；

S03、自所述硅衬底的上表面向下形成贯穿所述硅衬底的墨水通道、以及在所述结构层上形成与所述墨水通道连通的喷孔，其中，所述墨水通道尺寸匹配地穿过所述环形槽限定的内环空间；

S04、将具有槽状的压力腔的PZT衬底与所述硅衬底键合，并使所述压力腔与所述墨水通道对应配合设置；

S05、极化所述PZT衬底并在所述PZT衬底上表面制备金属驱动电极，并在所述PZT衬底上形成连通所述墨水通道的进墨通口。

进一步地，所述压力腔的制作步骤包括：在所述PZT衬底上沉积材料层并在所述材料层中部光刻形成所述压力腔。

进一步地，所述压力腔的宽度和高度分别为100～1000μm和20～100μm。

进一步地，所述步骤S03中，所述墨水通道和所述喷孔均通过光刻形成。

进一步地，所述材料层为SU-8光刻胶或聚酰亚胺。

进一步地，所述环形槽的深宽比为1:1～1:5。