[发明专利]一种压电式MEMS喷墨打印头及制作方法

说明书

本发明涉及一种压电式MEMS喷墨打印头及制作方法，采用SOI硅片作为振动板及喷嘴板的加工原料；将打印头的压力腔、引流孔及喷嘴孔结构全部集成设计在喷嘴板上；并在压力腔制作前就制作了金属薄膜层，利用该金属薄膜层作为ICP干法刻蚀压力腔的掩蔽层；另外，该掩蔽层在后期振动板与喷嘴板的键合时又作为键合金属层。本发明的压电式MEMS喷墨打印头制作方法与现有的MEMS喷墨打印头的制作方法相比总体工艺步骤更少，涉及工艺种类更少，尺寸精度更高、效率也更高，解决了现有压电式MEMS喷墨打印头制作方法涉及的工艺种类较多、振动板质量难以得到保证及键合所产生的潜在风险大的技术问题。

技术领域

本发明属于压电式喷墨打印头技术领域，涉及一种压电式喷墨打印头及制作方法。

背景技术

微滴喷射打印技术是一种通过一定的挤压方式产生墨水腔室与外界之间的压力差，导致喷嘴内部压力大于外界压力，进而将墨水推出喷嘴产生微小墨滴的一种打印技术。

根据墨滴的生成方式，一般将喷墨打印头分为压电式喷墨打印头和热泡式喷墨打印头。压电式喷墨打印头是利用压电材料的变形产生压力来喷射墨滴；热泡式喷墨打印头是通过加热使得墨水中产生气泡，通过气泡的膨胀产生压力来喷射墨滴。

传统的压电式喷墨打印头在制作时，一般采用两片双面抛光的单晶硅片作为振动板及喷嘴板的加工原料，并采用MEMS工艺分别在单晶硅片上制造出振动板结构及喷嘴板结构，制作好的振动板和喷嘴板通过键合、划片工艺实现两者的集合。

目前，这种传统的压电式喷墨打印头及制作方法存在以下问题：

1、喷墨打印头压力腔的一部分位于振动板、一部分位于喷嘴板，该结构的打印头制作流程多、工艺风险大。

2、涉及到的工艺种类较多，承担的工艺风险较大：为了保证振动板很薄的尺寸(较小厚度的振动板，更利于振动的传递，液滴的生成)，传统的制作方法振动板和喷嘴板的原材料采用普通硅片，普通硅片如果仅采用机械加工的方式进行减薄，由于机械磨削应力大，易造成硅片表面粗糙度、平整度等较差；若采用单纯化学腐蚀方法，厚度去除量很难保证，易产生腐蚀厚度去除量偏多或者偏少。因此，一般振动板和喷嘴板键合后，采用CMP减薄工艺对振动板进行减薄，即通过机械磨削加化学液体腐蚀的方法来完成硅片由厚到薄的加工。

3、键合所产生的潜在风险大

在两张单晶硅片键合以形成压力腔的工艺中，硅硅直接键合对压力腔及制造周期、成本来说，是最好的，但是因为硅硅直接键合技术对键合面的洁净度、粗糙度、环境质量、键合工艺条件等要求极为严苛，因此现有工艺通常振动板制作完成后，在振动板的键合表面生长一层金属过渡层，通常为金、铜、锡、铅等金属，以此过渡层来缓和直接键合的要求。但是过渡层金属的存在，可能会在后期工艺技术中或者在打印头使用过程中脱落、被腐蚀从而堵塞打印头内部微流道、堵塞喷孔，给打印头带来更多的不可控风险。

发明内容

为了解决现有压电式MEMS喷墨打印头存在制作流程多、工艺风险大，制作方法涉及的工艺种类较多、振动板质量难以得到保证、键合所产生的潜在风险大的技术问题，本发明提供一种压电式MEMS喷墨打印头及制作方法。

本发明的技术解决方案如下：

本发明所提供的压电式MEMS喷墨打印头，包括由上至下依次设置的压电陶瓷层、振动板及喷嘴板，其特殊之处在于：

所述振动板上设置有供墨孔，所述喷嘴板由上至下依次设置有相互连通的压力腔、引流孔及喷嘴孔，所述压力腔与供墨孔连通。

进一步地，所述压力腔31包括设置在喷嘴板3靠边位置的两条主墨道311、设置在两条主墨道311之间的两组微流道结构；