[发明专利]一种高密度压电打印头的集成制造方法

说明书

一种高密度压电打印头的集成制造方法，先键合振动板与喷嘴板，然后制备PZT压电薄膜图形化功能层，释放并拾取PZT压电薄膜图形化功能层，最后完成PZT压电薄膜图形化功能层的转移，在已完成键合的振动板上表面涂覆或旋涂有机粘结材料，将PDMS拾取的PZT压电薄膜图形化功能层完成对准进行黏合，完成PZT压电薄膜图形化功能层的转移，得到高密度压电打印头；本发明PZT薄膜与振动板的集成在打印头结构部分键合完成后再进行，避免了键合过程对PZT压电薄膜性能的影响，既可以保证所需求的键合强度，也能保持PZT压电薄膜良好的压电性能。

技术领域

本发明属于打印头集成制造技术领域，具体涉及一种高密度压电打印头的集成制造方法。

背景技术

压电式打印技术由于具备喷头使用寿命长、打印材料类型广以及适合开发高密度打印头等优点，压电式打印技术已被广泛的应用。随着科学技术的发展，打印行业对打印的效率与分辨率要求不断提高，因此制备高密度的压电打印头已经成为行业的迫切需求。高密度压电打印头由锆钛酸铅(PZT)压电薄膜、振动板(可以包括部分流道和腔室)、流道板以及喷嘴板几个部分组成(为了描述更简单，后续说明中进行结构简化去掉流道板)，其中PZT压电薄膜的制备极其依赖于衬底，在压电打印头的制造过程中需要直接在振动板上完成PZT压电薄膜的原位制造，再将带有PZT压电薄膜的振动板与喷嘴板键合(键合即是将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下键合成为一体的技术)，完成打印头的一体化集成。其中PZT压电薄膜与振动板的集成构成打印头的驱动单元，驱动单元产生打印头工作时所需的驱动力以及腔室变形量，因此PZT压电薄膜压电性能的强弱直接影响着打印头驱动单元的工作效果。

PZT压电材料为典型的钙钛矿型结构，其组份多用PbZr_1-xTi_xO₃(x在0-1之间)来描述，其中锆(Zr)钛(Ti)铅(Pb)原子的比例直接影响着PZT材料压电性能的强弱，而铅是一种易挥发的元素，在高温过程中极易挥发，形成铅原子缺位，影响PZT压电材料的晶体结构，因而使其压电性能显著下降。在打印头的制造过程中，采用键合工艺来完成带有PZT压电薄膜的振动板和喷嘴板的键合，为了提高键合强度，键合过程需要长时间保持高温高压，在该条件下PZT压电薄膜中的铅元素将大量挥发，使其压电性能下降，最终将减弱或丧失打印头的驱动性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种高密度压电打印头的集成制造方法，使得PZT薄膜与振动板的集成在打印头结构部分键合完成后再进行，避免了键合过程对PZT压电薄膜性能的影响，既可以保证所需求的键合强度，也能保持PZT压电薄膜良好的压电性能。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高密度压电打印头的集成制造方法，包括以下步骤：

第一步，键合振动板与喷嘴板：设计并完成打印头振动板与喷嘴板的制造，通过键合工艺完成振动板与喷嘴板的集成；

第二步，制备PZT压电薄膜图形化功能层：在衬底上制备下电极/PZT压电薄膜/上电极多层结构并完成其图形化，得到PZT压电薄膜图形化功能层；

第三步，释放并拾取PZT压电薄膜图形化功能层：在PZT压电薄膜图形化功能层上旋涂覆盖PDMS，加热固化；通过腐蚀衬底中的SiO₂层，完成PZT压电薄膜图形化功能层的释放；将PDMS从衬底表面揭下，拾取起PZT压电薄膜图形化功能层；

第四步，完成PZT压电薄膜图形化功能层的转移：在已完成键合的振动板上表面涂覆或旋涂有机粘结材料，将PDMS拾取的PZT压电薄膜图形化功能层完成对准进行黏合，完成PZT压电薄膜图形化功能层的转移，得到高密度压电打印头。

所述的高密度压电打印头由PZT压电薄膜图形化功能层、振动板、喷嘴板组成，在此结构上能够继续添加流道板、加热板或其他辅助板进行多次键合或粘结。