[发明专利]部件数目减少的流体喷射设备以及用于制造流体喷射设备的方法

说明书

本公开的实施例涉及部件数目减少的流体喷射设备以及用于制造流体喷射设备的方法。各种实施例提供了一种用于流体的喷射设备。喷射设备包括：第一半导体晶片，该第一半导体晶片在其第一侧上容纳压电致动器和在压电致动器旁边的用于流体的出口通道；第二半导体晶片，该第二半导体晶片在其第一侧上具有凹口，并且与第一侧相对的其第二侧上具有用于将所述流体流体地耦合至凹口的至少一个入口通道；以及干膜，其被耦合到与第一晶片的第一侧相对的第二侧。第一晶片和第二晶片被耦合在一起，以使得压电致动器和出口通道被设置成直接面对并被完全容纳在凹口中，该凹口形成用于流体的储液器。干膜具有喷射喷嘴。

技术领域

本公开涉及流体喷射设备。

背景技术

流体喷射设备通常用于打印应用的喷墨头。在适当修改的情况下，这种打印头同样可以用于喷射墨以外的流体，例如用于生物或生物医学领域中的应用、用于在用于生物分析的传感器的制造中局部应用生物材料(例如DNA)、用于装饰织物或陶瓷、以及用于3D打印和增材制造的应用。

流体喷射设备的制造方法通常设想经由胶粘或接合来耦合大量的预先加工的部件；通常，各种部件分别被制造，并在最终生产步骤中进行组装。通常，打印头由大量(大约数百或数千)的流体喷射设备形成，每个流体喷射设备包括喷嘴、用于容纳耦合至喷嘴的流体的室、以及耦合至该室的致动器，该致动器用于致使流体通过相应的喷嘴排出。期望属于打印头的每个流体喷射设备与属于同一打印头的其他流体喷射设备尽可能地相同，以确保性能的均匀性，尤其是在喷射的流体的体积和喷射速率方面。

组装前述预加工部件的方法被证明是昂贵的并且涉及高精度；此外，所得到的设备表现出较大的厚度。

例如，美国专利申请公开号2017/182778公开了一种用于制造流体喷射设备的方法，该方法设想耦合至少部分预加工的三个晶片。所描述的方法设想了涉及高准确度的耦合步骤(例如，使用接合技术)，以便在晶片之间以及在其中获得的功能元件之间获得良好的对齐。此外，(压电致动器耦合至的)喷射设备的致动膜的形成设想了蚀刻步骤，膜的悬置部分的区域经由该蚀刻步骤进行限定。显然，在不同时间和/或利用不同机械制造的设备可能遭受上述悬置区域尺寸的不受期望的变化，以及危害喷射设备的再现性的风险。

发明内容

本公开的各种实施例提供了克服现有技术的缺点的用于制造流体喷射设备的方法和流体喷射设备。该流体喷射设备基于压电技术，并且包括被加工并被耦合在一起的两个半导体材料晶片。

根据一个实施例，通过形成第一晶片和第二晶片来制作流体喷射设备。压电致动器被形成在第一晶片的第一侧上，并且出口通道被形成在第一晶片中并且在压电致动器的侧方。在第二晶片中形成凹口和流体地耦合至该凹口的至少一个入口通道。第一晶片和第二晶片耦合在一起，以使压电致动器面向并位于凹口中，并且凹口形成配置为保持流体的储液器。喷嘴板被耦合至第一晶片的与第一侧相对的第二侧。通过喷嘴板形成与出口通道至少部分对齐的喷射喷嘴，以使得喷射喷嘴通过出口通道流体地耦合至凹口。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在参考附图，仅通过非限制性示例的方式描述其各种实施例，其中：

图1以侧视截面图示出了根据形成本公开的主题的方法获得的流体喷射设备；

图2-图12示出了根据本公开的一个实施例的用于制造图1的流体喷射设备的步骤；

图13-图15示出了在相应的操作步骤期间根据图2-图12的步骤制造的流体喷射设备；

图16示出了包括图1的喷射设备的打印头；并且

图17示出了包括图16的打印头的打印机的框图。

具体实施方式

参考图1，图示了根据本公开的一方面的流体喷射设备1。图1是沿着三轴笛卡尔系统X，Y，Z的平面XZ截取的侧视截面图。