CN108656747B - 流体喷射装置、打印头、打印机和用于制造喷射装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及流体喷射装置、打印头、打印机和用于制造喷射装置的方法。用于流体的喷射装置包括固体主体，固体主体包括：第一半导体主体，包括用于容纳流体的室、与室流体连接的喷嘴、以及操作性地连接到室的致动器，以在使用时在流体中生成一个或多个压力波，使得流体从喷嘴喷射；以及第二半导体主体，包括用于将流体馈送到室的、耦合到第一半导体主体的通道，使得通道与室流体连接。第二半导体主体集成了阻尼腔，在阻尼腔之上延伸有阻尼膜，阻尼腔和阻尼膜横向延伸到通道，以馈送流体。
Description
技术领域
本公开涉及具有用于减少交叉干扰(“串扰”)的元件的流体喷射装置、包括打印装置的打印头、包括打印头的打印机、以及用于制造流体喷射装置的方法。
背景技术
在现有技术中，已知多个类型的流体喷射装置，特别是用于打印应用的“喷墨”装置。
具有适当修改的类似装置也可以例如在生物或生物医学领域的应用领域中，用于排放各种类型的流体，用以在制造传感器期间局部喷射生物材料(例如，DNA)用于生物分析。
具有已知类型的压电致动的喷射器元件的示例在图1中示出，并用附图标记1表示。多个喷射器元件1至少部分地形成打印装置(“打印头”)。
参考图1，处理例如半导体材料或金属的第一晶片或板极2，以在其上形成一个或多个压电致动器3，一个或多个压电致动器3能够使部分延伸悬置在一个或多个室10上的膜7的偏转，室10适于临时容纳在使用期间被排出的流体6。
处理半导体材料的第二晶片或板极4，以形成用于压电致动器3的一个或多个容纳室5，以在使用时将压电致动器3与待排出的流体6隔离。
被配置为布置在第二板极4之上的半导体材料的第三晶片或板极12被处理，以形成用于流体6(“出口”孔)的排出孔13。
被配置为布置在第二板极4下方的半导体材料的第四晶片或板极8被处理，以形成用于流体6进入室10中的一个或多个输入孔(“入口”孔)9a、以及用于流体6的一个或多个再循环孔9b，一个或多个再循环孔9b形成用于未喷射的流体6的再循环的路线。
然后，通过焊接接口区域(“接合区域”)或胶合接口区域(“胶合区域”)或粘合接口区域(“粘合区域”)或金熔块或玻璃熔块，或者通过聚合物接合，将板极2、4、8和12组装在一起。这些区域在图1中通常用附图标记15表示。
此外，打印装置1配备有收集器(更好地称为“歧管”)16，收集器16具有将流体6馈送到室10中的功能。歧管16包括操作性地耦合到储存罐(“储存器”)的馈送通道17(未示出)，在使用期间，歧管16从馈送通道17接收流体6，流体6经由入口孔9a被馈送到室10。此外，歧管16包括再循环通道18，通过再循环通道18，不通过排出孔13排出的流体6被馈送回到储存器中。储存器在图1所示类型的多个打印装置之间共享。
为了允许流体6通过出口孔13喷射，压电致动器3被控制为使得膜7朝向室10的内部部分生成偏转。该偏转导致流体6的移动通过出口孔13，以使流体滴朝向打印装置1的外部部分受控地排出。然而，沿再循环通道18，并且沿馈送通道17，施加到流体6的压力波进一步传播，朝向歧管16返回，并且从此处朝向储存器返回。因此，在使用期间，朝向储存器、以及容纳在储存器本身中的流体内生成压力波，这导致在其他打印装置的操作步骤(朝向室10加载流体、并朝向储存器再循环流体)期间的干扰共享同一储存器。通常将这种类型的干扰称为“串扰”。
歧管16被结构化为使相互相邻的喷射器元件1的室10之间的压力干扰的传播最小化。
为此，歧管16具有：悬置在第一腔20a之上、直接面对入口孔9a的第一衰减膜19a；以及悬置第二腔20b之上、直接面对再循环孔9b的第二衰减膜19b。
在使用时，第一膜和第二膜19a、19b响应于压力波而被偏转，压力波在膜7的振荡期间在流体6中生成，并且从此处朝向下层的储存器传播。以这种方式，通过至少部分地吸收压力，第一膜和第二膜19a、19b减小了所述力对第四板极8的内壁以及容纳在储存器中的液体的影响，限制力朝向打印装置的其他喷射器元件1的传播。因此，膜19a、19b的存在配合以确保由喷射器元件1喷射的每个液滴不受其他喷射器元件1的操作的影响。歧管16还包括：入口过滤器21a，位于馈送通道17的入口处、并且被配置为捕获不期望的微粒；以及位于再循环通道18出口处的再循环过滤器21b。过滤器通常由不锈钢或聚合物制成，并机械地附接或胶合到打印头。过滤器可能非常昂贵，并且机械组件进一步增加了打印头的成本和复杂性。
此外，歧管16的组装过程需要高准确度和高精度地将馈送通道17与入口孔9a对准，并使再循环通道18与再循环孔9b对准，确保没有不可避免地损害喷射器元件的功能的空气泄漏。因此，这个过程是繁重的，并可能制造错误。
发明内容
一个或多个实施例涉及具有用于减少交叉干扰(“串扰”)的元件的流体喷射装置、包括喷射装置的打印头、包括打印头的打印机、以及用于制造流体喷射装置的方法。其他实施例涉及基于具有集成的串扰衰减元件的压电技术的流体喷射装置的制造过程。此外，本公开涉及将所述流体喷射装置应用于打印头以及包括所述打印头的打印机。
附图说明
为了更好地理解本公开，现在参考附图，仅以非限制性示例的方式来描述其优选实施例，其中：
图1示出了根据已知类型的一个实施例的、具有利用收集器区域的压电致动的打印装置；
图2以透视图和俯视图示出了根据本公开的一个实施例的、具有利用集成的阻尼器的压电致动的打印头；
图3-图16以截面图示出了根据本公开的一个方面的流体喷射元件(如根据一个实施例的集成的声学阻尼器)的制造步骤；
图17示出了包括图16的喷射装置的打印头；
图18示出了包括图17所示的打印头的打印机的框图；以及
图19示出了根据本公开的另一实施例的流体喷射装置。
具体实施方式
图2以透视图和三轴参考系X、Y、Z示出了根据本公开的一个方面的、包括多个流体喷射元件150的打印装置200的一部分。每个流体喷射装置150包括集成的阻尼器201，集成的阻尼器201由在相应的掩埋腔40之上延伸的相应膜构成。图2示出了平面视图中在平面XY之上延伸的、与流体喷射装置150的入口孔123相邻的多个掩埋腔40。入口孔123能够被耦合到歧管，并且因此被耦合到流体储存器，以在使用期间接收被喷射的流体。因此，在与轴线Y平行的相同方向上对准的流体喷射装置150组共享相同的集成衰减器201。每个掩埋腔40通过相应的通道40'流体连接到外部环境，通道40'延伸作为腔40沿轴线Y的延长部分。通道40'的开口在打印装置200的切割步骤(分离或“切削”)期间执行。
下面描述具有集成的衰减器201的每个流体喷射装置150的制造过程和操作模式。
图3-图12以截面图示出了处理用于形成掩埋腔40的半导体材料30的“晶片”的步骤，以及因此处理根据本公开的集成的衰减器201的步骤。
根据未详细公开的但对技术人员很显然的其他实施例，晶片30可以至少部分地由不是半导体的材料(例如，玻璃或锗)制成。
参考图3，在提供用于形成多个沟槽32和32a的制造过程的初始步骤中，示出了包括衬底31的半导体晶片30(特别是硅(例如，单晶))。
特别地，如下面更好地描述的，沟槽32形成在衬底31的区域处，在该区域中，期望形成用于集成的阻尼器的掩埋腔40(在图7中示出为在其形成步骤的结束时)。
沟槽32a形成在衬底31的区域中，在该区域中，期望形成用于由喷射装置150喷射的流体的入口区域。如下面更好地描述的，流体入口区域包括入口孔123(能够被耦合到歧管和流体储存器)、以及用于过滤流体中存在的任何不期望的颗粒的集成的过滤器。
参考图3，在衬底31的上表面31a之上，形成用于光刻的掩模33(例如，光刻胶膜)。
在平面XY上的俯视图中，掩模33具有晶格构象(例如，蜂房)；图3示出了在光刻和化学蚀刻步骤之后形成沟槽32、32a的、连接以形成所述晶格的掩模33的部分33a。
通过衬底31上各向异性的化学蚀刻，从衬底31的前侧开始，对沿轴线Z主要延伸的沟槽32、32a进行蚀刻。考虑到例如厚度约100-500微米的衬底31，沟槽32、32a具有约80-400μm的深度。通常，沟槽从衬底31的后侧(与前侧相反)延伸到衬底31中约20-100μm的距离。
随后，仍然具有定位在衬底31的上表面31a之上的掩模33的图4，执行二氧化硅(SiO2)或其他电介质材料(例如，氮氧化硅或氮化物)的沉积，以在沟槽32和32a的侧向内壁上形成间隔件36。注意，通过各向异性蚀刻去除形成在沟槽32、32a的底部上的任何电介质材料。
随后图5，例如使用蚀刻化学TMAH(氢氧化四甲基铵)执行各向同性化学蚀刻的步骤，以形成分别与沟槽32、32a流体连通的第一和第二开口腔38、39。特别地，在深度Z的方向(沟槽32、32a的主延伸方向)以及横向于所述垂直方向的侧向方向(即，在平面XY上)上，各向同性的化学蚀刻侵蚀沟槽32、32a下方的衬底31的一部分。开口腔38、39在平面XY上的延伸基本上对应于先前形成在衬底31之上的掩模33的延伸(仍然在平面XY上)。
如图6所示，例如通过湿法蚀刻(“湿法蚀刻”)，掩模33从衬底31的上表面31a被去除，并且先前沉积在沟槽32、32a的壁上的电介质材料36也被去除。
如图7所示，优选在脱氧环境中(通常在具有高浓度氢气(优选为三氯硅烷，SiHCl3)的气氛中)执行单晶硅或多晶硅的外延生长步骤，从而在顶部处闭合沟槽32、32a。可选地，例如在氮气(N2)气氛中，特别是在约1200℃的温度下执行热处理(“退火”)步骤；退火步骤导致硅原子的迁移，硅原子倾向于移动到较低的能量位置，从而完成掩埋腔40(在沟槽32延伸的区域处)和掩埋腔41(在沟槽32a延伸的区域处)的形成。
在该制造步骤中，掩埋腔40和41与外部环境完全隔离、并且被容纳在衬底31内；在腔40和41之上，延伸有致密和均匀的第一表面层42，第一表面层42部分由外延生长的单晶或多晶原子组成，部分由先前退火步骤中迁移的硅原子组成，并且具有例如1μm与300μm之间的厚度。
在掩埋腔40的下方，延伸有衬底31的一部分，该部分形成悬置在掩埋腔40之上的膜35。膜35具有沿轴线Z方向测量的、在1μm至50μm之间(特别是等于5μm)的厚度。
该过程继续用于形成集成的反粒子过滤器的步骤。为此，在第一表面层42的上表面42a之上形成适当形状的掩模(如下文清楚描述的)，用于执行选择性氧化的步骤。以这种方式，获得图8的结构，其中在第一表面层42的上表面42a上存在由二氧化硅或其他电介质材料形成的蚀刻掩模44。特别地，蚀刻掩模44具有在掩埋腔41处限定孔径44a的晶格结构。孔径44a沿方向X以0.5μm至50μm之间的规则距离间隔开。沿方向Y存在相同的间隔。备选地，孔径44a可以沿轴线X和轴线Y具有不同的延伸。如前所述，蚀刻掩模44仅在第二掩埋腔41处具有上述孔径44a；在其延伸的剩余部分中，蚀刻掩模44不具有其他空的空间，并且因此是连续的。
如图9所示，该过程继续进行单晶或多晶硅外延生长的步骤，随后在第一表面层42之上形成第二表面层45。因此，蚀刻掩模44分别内插于第一表面层和第二表面层42、45之间。
如图10所示，在第二表面层45的上表面45a的顶部上形成有入口掩模43的区域以及边缘掩模43'的区域。
边缘掩模43'的区域适用于限定第二表面层45的一部分，该部分在随后的步骤中将用作用于压电致动器的容纳室。入口掩模43的区域适于限定第二表面层45的表面部分47a，对应于此，在随后的步骤中将形成流体入口通道的一部分。
在第二表面层45的上表面45a之上形成光刻掩模46，光刻掩模46使得表面部分47a临近于蚀刻掩模44的未被覆盖的孔径44a(即，沿轴线Z与孔径44a对准)。
在图11中，在硅上执行各向异性类型的深度蚀刻步骤，并且各向异性类型的深度蚀刻步骤具有这样的蚀刻深度，使得其涉及第二表面层45和第一表面层42的整个厚度。特别地，蚀刻去除第一表面层42的未被掩模44保护的部分。蚀刻掩模44实际上充当用于蚀刻的屏，并且确保硅的下层部分保持基本上完整，实际上复制了晶格结构以及蚀刻掩模44本身在平面上的构象，并因此形成过滤器元件49。因此，在第二掩埋腔41之上形成了集成到硅中的类型的过滤器元件49。
过滤器元件49因此由具有垂直延伸(具有基本上等于第一表面层42的厚度的高度)的晶格结构构成，垂直延伸在其内部限定多个孔径50，以使得流体能够利用孔径通过并捕获不期望的颗粒(具有与孔径50的尺寸不相容的尺寸)；在相邻的孔径50之间有垂直的壁或板。
特别地，通过光刻掩模46对硅进行深度蚀刻导致创建通过其整个厚度穿过第二表面层45、并通过过滤器元件49到达第二掩埋腔41(反之亦然)的管道48a。过滤器元件49被定位成与第二表面层45的上表面45a分离第二表面层45本身的厚度，并且内插于管道48a和掩埋腔41之间。
导致形成与第二掩埋腔41流体连通的管道48a的蚀刻步骤自动导致并同时形成过滤器元件49，由于先前以适当的位置和配置形成蚀刻掩模44，过滤器元件49被连接到相同的接入管道48a；特别地，过滤器元件49直接形成在第二掩埋腔41之上，第二掩埋腔41被集成到形成第一表面层42的半导体材料中。
在图12中，如下面更好地解释的，该过程结束于光刻掩模46的去除步骤，并且由箭头52表示的随后的蚀刻，用于完成晶片30的形成，晶片30形成用于压电致动器(参考图13来描述致动器80)的壳体58以及用于电触点59的壳体。
在这些去除步骤结束时，获得了微机械结构，微机械结构包括：悬置在掩埋腔40之上的膜35，膜35的功能是作为集成的阻尼器来减少串扰；以及通过过滤器元件49与管道48a连通的掩埋腔41。如上所述，在待喷射的流体的馈送期间，该过滤器元件49能够捕获来自外部储存器(未示出)的颗粒、杂质和/或污染物。
掩埋腔40、41和过滤器元件49均被集成到相同的单片体(根据本公开的一个方面，单片体是半导体材料)中。
还应当强调：
-一旦处理完成，蚀刻掩模44的设计或图案确定过滤器元件49的对应的过滤图案；并且
-蚀刻掩模44本身相对于第二掩埋腔41的位置确定过滤器元件49的对应位置，并且因此确定其相对于过滤来自外部、通过腔、并且进入容纳室130中的杂质的功能。
过程继续制造步骤，以完成流体喷射装置的形成。
参考图13，现在描述致动器元件80(这里是压电类型)的制造步骤。致动器元件80以已知的方式制造。简而言之，提供衬底81(例如，由诸如硅的半导体材料制成)。然而，衬底81可以是不同的材料，例如锗，或任何其他合适的材料。在该衬底81上，形成有柔性材料的膜层82。在另外的实施例中，膜可以由通常用于MEMS器件的各种类型的材料(例如诸如厚度在0.5和10μm之间的二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN))形成，或者膜可以由各种组合的二氧化硅、硅、氮化硅(SiO2-Si-SiN)的堆叠形成。
该过程继续在膜层82上形成下电极83(例如，由厚度为5至50nm的二氧化钛TiO2层制成，在其上沉积有厚度例如在30和300nm之间的铂Pt层)。
该过程继续在下电极83之上沉积压电层、沉积厚度例如在0.5至3.0μm之间的铅-锆-三氧化钛(Pb-Zr-TiO3或PZT)层(在随后的成形步骤之后，其将形成压电区域84)；随后，具有厚度例如在30至300nm之间的导电材料(例如，铂(Pt)或铱(Ir)或二氧化铱(IrO2)或钛-钨(TiW)或钌(Ru))的第二层被沉积，以形成上电极85。
电极和压电层进行光刻和蚀刻步骤，以根据期望的图案对其进行建模，从而形成下电极83、压电区域84和上电极85。这三个元件的集合构成压电致动器。
一个或多个钝化层86沉积在下电极83、压电区域84和上电极85上。钝化层包括用于电极的电绝缘的电介质材料，例如，厚度例如在10nm至1000nm之间的单独或叠加堆叠的二氧化硅(SiO2)或硅氮化物(SiN)或氧化铝(Al2O3)的层。钝化层对应于选择性区域被附接，以创建到下电极83和上电极85的接入沟槽。该过程继续在如此创建的沟槽内部以及钝化层86之上沉积诸如金属(例如，铝Al、或金Au，可能与诸如钛Ti、钛-钨TiW、氮化钛TiN、钽Ta、或氮化钽TaN的阻挡层和粘合层一起)的导电材料的步骤。随后的建模步骤(“图案化”)允许形成导电轨道87、88，导电轨道87、88能够选择性地接入上电极85和下电极83，以在使用期间将它们电极化。还可以形成另外的钝化层(例如，由二氧化硅SiO2或氮化硅SiN制成)，以保护导电轨道87、88。横向于压电致动器还形成导电焊盘92，并且导电焊盘92电耦合到导电轨道87、88。
选择性地将对应于从压电区域84横向延伸一段距离的区域的膜82进行蚀刻，以暴露下层致动器衬底81的表面区域。通孔89因此通过膜层82形成，这使得在随后的制造步骤中可以生成与接入管道48a的流体连接，以及经由后者，与晶片30中的腔41的流体连接。
致动器元件80的衬底81被“蚀刻”，以在相对于容纳致动器元件80的一侧的相对侧上形成腔93。通过腔93，形成膜82的二氧化硅层被暴露。该步骤允许释放膜82，使其悬置。
参考图14，这样制造的半导体晶片30和致动器元件80被耦合在一起(例如，使用“晶片到晶片结合”技术)，使得半导体晶片30的壳体58完全容纳致动器元件80，并且使得通过膜82制成的孔89与通过半导体晶片30的衬底31形成的接入管道48a对准、并且与其流体连接。
参考图15，描述了用于形成流体喷射元件的出口孔的晶片100的处理步骤。处理步骤简单地提供了布置半导体材料(例如，硅)的衬底111。该衬底111具有经受热氧化过程的第一表面111a和第二表面111b，热氧化过程导致形成防湿层112和下氧化层110。
在防湿层112的表面上，第一喷嘴层113例如由厚度例如在10至75μm之间的外延生长的多晶硅形成。
第一喷嘴层113可以是除多晶硅之外的材料(例如，可以是硅或另一材料)，条件是可以相对于形成防湿层112的材料选择性地将其去除。
因此，通过光刻和蚀刻的连续步骤，通过第一喷嘴层113形成喷嘴孔121，直到暴露防湿层112的表面区域。
使用能够选择性地去除制成第一喷嘴层113的材料(这里为多晶硅)、而不是制成防湿层112的材料(这里是二氧化硅SiO2)的化学蚀刻来执行蚀刻。可以通过选择蚀刻技术和化学蚀刻来控制第一喷嘴层113的蚀刻轮廓，以获得期望的结果，例如诸如，利用半导体行业标准化学品(SF6、HBr等)的干式蚀刻(RIE或DRIE)来对硅进行蚀刻，以获得具有强垂直侧壁的喷嘴孔121。
在随后的制造步骤中，如果需要，第一喷嘴层113和喷嘴孔121均进行清洁过程，以去除在先前蚀刻步骤期间可以形成的不期望的聚合物层。通过在高温(>250℃)和/或腐蚀性溶剂中的氧化环境中去除来进行该清洁过程。
例如在800℃至1100℃之间的温度下执行出口晶片100的热氧化步骤，以在第一喷嘴层113之上形成热氧化层114。该步骤具有允许形成具有低表面粗糙度的热氧化物114的薄的层的功能。代替使用热氧化，例如使用CVD(“化学气相沉积”)技术，上述氧化物可以被全部或部分沉积。
热氧化物层114在出口晶片100的上表面之上延伸并且在喷嘴孔121内部延伸，覆盖其侧壁。热氧化层114的厚度例如在0.2μm～2μm之间。
在热氧化层114之上例如在多晶硅中形成第二喷嘴层115。第二喷嘴层115具有例如80至150μm之间的最终厚度。第二喷嘴层115例如在热氧化层114之上和喷嘴孔121内部外延生长，直到其达到大于期望厚度的厚度(例如，大于大约3-5μm)；然后，进行CMP(“化学机械抛光”)的步骤，以减小其厚度并获得具有低粗糙度的被暴露的上表面。
该过程继续形成用于喷嘴的、并用于去除在先前步骤中填充喷嘴孔121的多晶硅的馈送通道120。为此，使用已知的掩模和蚀刻技术。通过化学蚀刻执行蚀刻，化学蚀刻适于去除形成第二喷嘴层115的多晶硅，而不适于去除热氧化层114的二氧化硅。蚀刻进行，直到实现在喷嘴孔121内部延伸的多晶硅的完全去除，从而形成通过第二喷嘴层115与喷嘴孔121流体连通的馈送通道120。
参考图16，通过使用用于结合的粘合剂材料(可以是例如聚合物或金属或玻璃质材料)的“晶片到晶片结合”技术，晶片100、致动器元件80和晶片300彼此耦合。
该过程继续晶片100的处理步骤，以完成喷嘴孔121的形成。为此，该过程继续进行下氧化物层110和基底层111的去除步骤。可以通过磨削下氧化层110和基底层111的一部分、或通过化学蚀刻或这两种过程的组合来执行该步骤。
在磨削和/或化学蚀刻的过程之后，对应于喷嘴孔121以及第一喷嘴层113的上表面，去除上氧化物层112，从而完成喷嘴的形成。例如，使用干式蚀刻，利用用于半导体技术的标准化学蚀刻来执行去除。
根据本公开的一个方面，对应于油墨输出喷嘴，在层113之上去除层112。
给出的描述也是有效的、类似地，在上氧化物层112上还存在一个或多个防湿层的情况下也是如此。然而，在这种情况下，基底层111或上氧化物层112的去除步骤停止在未被去除的防湿层处，或者如果此处存在基底层111或上氧化物层112，则沿喷嘴孔121的壁将其去除。
通过蚀刻与腔41相对应的衬底31的选择性部分，完成晶片30的处理。这样，腔41与外部流体连通。注意，管道48a沿轴线Z(相对于入口孔123具有偏移)延伸。这样，腔41在流体6被引入管道48a之前收集流体6的一部分，与膜35配合以减少串扰。腔41部分地执行根据已知技术的歧管的功能。特别地，腔41具有容纳经过滤的颗粒的功能；此外，它确保储存器和管道48a之间的流体连续性。
沿图16所示的切割线125部分切割(“部分锯切”)容纳致动器元件80的晶片的步骤使得可以去除对应于导电焊盘92的所述晶片的边缘部分，以使它们从外部可接入以进行随后的引线结合操作。
以这种方式，获得在硅中设置有衰减器和集成的过滤器的流体喷射器元件150。
图17示意性地示出了包括如前所述形成的多个流体喷射元件150的打印头250。
打印头250不仅可用于喷墨打印，还可用于诸如液体溶液(包含例如有机材料)的高精度沉积的应用、或通常在“喷墨打印”类型的沉积技术领域中的应用、用于选择性沉积液态材料的应用。
打印头250还包括位于流体喷射元件150下方的、适于在其自身的内部壳体252中容纳流体6(例如，油墨)的储存器251。
在储存器251和流体喷射元件150之间，延伸有歧管260，如所已知的，歧管260具有储存器251和流体喷射元件150之间的接口的功能。特别地，歧管260包括多个馈送通道256，多个馈送通道256将储存器255与流体喷射元件150的相应入口孔123流体连接。
打印头250可以被并入到已知类型的任何打印机300(例如，图18中示意性示出的类型)中。
图18的打印机300包括微处理器310、连接到微处理器310的存储器320、根据本公开的打印头250、以及用于移动打印头250的马达330。微处理器310连接到打印头250以及马达330，并且其被配置为协调打印头250的运动(通过操作马达330实现)以及来自打印头250的液体(例如，油墨)的喷射。喷射液体的操作是通过控制每个流体喷射元件150的致动器91的操作来实现的。
在使用时，喷射器元件150根据以下步骤来操作。
在第一步骤中，室130被期望喷射的流体6填充。通过接入管道48a执行装载流体6的该步骤，接入管道48a经由馈送通道123接收从储存器251通过腔41和过滤器元件49的流体6。
在第二步骤中，压电致动器91被控制，使得膜82朝向室130的内部部分生成偏转。该偏转导致流体6移动通过馈送通道120和喷嘴孔121，并生成流体滴6朝向喷射器元件外部的受控排出。
在第三步骤中，压电致动器91被控制，使得膜82在与先前步骤相反的方向上生成偏转，以增加室130中的体积，从而借助接入管道48a，使得另外的流体6朝向室130。因此，室130被流体6再次装填。可以通过操作压电致动器91循环地进行流动，以排出更多的流体滴。在实践中，重复第二和第三步骤直到打印过程结束。
在将流体6装载到室130中、并通过喷嘴孔121排出流体6的步骤期间，在流体6中生成压力波，压力波在储存器251的方向上扩展，并且因此可能干扰将流体6装载到属于同一打印头250的喷射元件150的室130中的正常过程。根据本公开，具有集成阻尼器功能的膜35作为吸收元件操作，吸收元件用于被引导朝向每个喷射元件150的入口孔123的压力波。实际上，悬置在腔40之上的膜35在本公开的一个实施例中至少部分地布置在接入管道48a和腔41的上游(特别地，与入口孔123共面)。更具体地，膜35横向延伸到入口孔123和腔41。以这种方式，被引导朝向入口孔123的压力波在它们进入接入管道48a之前被阻尼。
因此，对于每个单独的流体喷射元件150，获得由属于相同打印头250的其他喷射元件150生成的压力波的补偿效应，以及串扰的显著降低。
从根据本公开实现的公开的特性的检查可以看出，可以从中获得的优点是很显然的。
特别地，参考第一腔40和膜35，将阻尼元件集成到衬底31中可以降低制造成本，防止空气泄漏到打印装置的外部，并使制造过程更准确、更快速。
最后，很明显，在不脱离本公开的保护范围的情况下，可以对这里描述和示出的内容进行修改和变型。
特别地，附图中先前描述和示出的流体喷射元件的实施例包括入口通道(由入口孔123、腔41和管道48a构成)，入口通道使得从储存器251、通过歧管260、朝向内室130流动的液体流能够被排除。在这种情况下，不需要再循环通道来允许未从室130排出的流体朝向歧管260返回，并且从此处进入储存器251中。图19示出了该另外的实施例，其中存在再循环通道97，再循环通道97相对于所述腔与入口通道延伸的一侧相对的一侧而横向延伸到腔40。
此外，即使本公开已经公开了明确地提到彼此耦合的各种半导体主体(例如，晶片30和100以及致动器元件80)，但是无论如何可以处理其中集成有流体容纳室130、致动器元件80和阻尼器(即，悬置在腔40之上的膜35)的单片固体材料(例如，半导体)。
可以组合上述各种实施例以提供其他实施例。可以根据上述详细描述对这些实施例进行这些改变和其他改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制到说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而应被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求所要求保护的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。
Claims (23)
1.一种喷射装置，包括：
主体，包括：
被配置为保持流体的室；
与所述室流体连通的喷嘴；
致动器，操作性地耦合到所述室，以在使用时在流体中生成一个或多个压力波，使得所述流体从所述喷嘴喷射；
流体路径，与所述室流体连通、并被配置为将所述流体提供给所述室；以及
阻尼腔和悬置在所述阻尼腔上的阻尼膜，所述阻尼腔至少部分地布置在所述流体路径的上游，并且被配置为在将所述流体提供到所述流体路径之前接收所述流体，
其中所述主体包括：
容纳所述室、所述喷嘴和所述致动器的第一结构元件，以及
耦合到所述第一结构元件的第二结构元件，所述流体路径、所述阻尼腔和所述阻尼膜被集成在所述第二结构元件中，并且所述第二结构元件是单片体，所述阻尼腔被掩埋在所述单片体中，并且所述阻尼膜被集成在所述单片体中。
2.根据权利要求1所述的喷射装置，其中所述主体还包括流体耦合到所述流体路径的入口孔，所述阻尼膜横向于所述入口孔而被布置。
3.根据权利要求1所述的喷射装置，其中所述第二结构元件具有第一表面、和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面面向所述第一结构元件的所述室，所述阻尼膜在所述阻尼腔和所述第二结构元件的所述第一表面之间延伸。
4.根据权利要求1所述的喷射装置，其中所述阻尼膜的厚度在1μm和50μm之间。
5.根据权利要求1所述的喷射装置，包括集成在所述主体中、并且至少部分地在所述流体路径中延伸的过滤器。
6.根据权利要求5所述的喷射装置，其中所述过滤器具有形成多个孔径的晶格结构，所述多个孔径具有亚微米或微米尺寸。
7.根据权利要求5所述的喷射装置，其中所述过滤器和所述阻尼膜至少部分地由相同的材料形成，所述材料包括玻璃、锗和硅中的一种。
8.根据权利要求1所述的喷射装置，其中所述流体路径包括：
与所述室直接流体连通的管道；以及
入口腔，横向延伸并与所述阻尼腔共面，所述入口腔与所述管道流体连接；
入口孔，与所述阻尼膜共面延伸、并且与所述入口腔流体连接并相对于所述管道偏移。
9.根据权利要求8所述的喷射装置，其中所述入口腔和所述入口孔形成所述喷射装置的入口歧管的一部分。
10.根据权利要求9所述的喷射装置，还包括与所述主体耦合、并限定馈送通道的接口结构，所述馈送通道至少部分地面向所述阻尼膜、并与所述入口孔流体连通，
所述接口结构与所述入口腔和所述入口孔一起形成所述喷射装置的所述入口歧管。
11.根据权利要求1所述的喷射装置，其中所述阻尼腔与所述喷射装置的外部环境流体连通，并且被配置为接收所述外部环境的环境压力。
12.根据权利要求1所述的喷射装置，其中所述致动器包括操作性地耦合到所述室的致动膜、以及位于所述致动膜上的压电元件，其中所述压电元件是可控制的，以使得所述致动膜至少以以下方式中的至少一种进行移动：朝向所述室以及远离所述室。
13.一种打印头，包括：
储存器，具有被配置为容纳流体的储存室；
多个喷射装置，每个喷射装置包括主体，所述主体包括：
被配置为保持流体的室；
与所述室流体连通的喷嘴；
致动器，操作性地耦合到所述室，以在使用时在流体中生成一个或多个压力波，使得所述流体从所述喷嘴喷射；
流体路径，与所述室流体连通、并被配置为将所述流体提供给所述室；
阻尼腔，与所述流体路径流体连通、并被配置为将所述流体提供给所述流体路径；以及
阻尼膜，悬置在所述阻尼腔之上；以及
在所述储存器和所述多个喷射装置之间的歧管结构，其中所述歧管结构被配置为将所述储存器放置成与所述多个喷射装置流体连通，
其中所述主体包括第一结构元件和耦合到所述第一结构元件的第二结构元件，其中所述室、所述喷嘴和所述致动器形成在所述第一结构元件中，并且其中所述流体路径、所述阻尼腔和所述阻尼膜被集成在所述第二结构元件中，并且所述第二结构元件是单片体，所述阻尼腔被掩埋在所述单片体中，并且所述阻尼膜被集成在所述单片体中。
14.一种打印机，包括根据权利要求13的打印头。
15.一种用于制造喷射装置的方法，包括：
在主体中形成被配置为保持流体的室、与所述室流体连接的喷嘴、以及操作性地耦合到所述室的致动器，以在使用时在流体中生成一个或多个压力波，使得所述流体从所述喷嘴喷射；
在所述主体中形成流体路径，所述流体路径与所述室流体连接、并被配置为向所述室提供流体，以及
在所述主体中集成阻尼腔和悬置在所述阻尼腔上的阻尼膜，其中阻尼膜位于所述流体路径的上游，
其中所述主体包括第一结构元件和耦合到所述第一结构元件的第二结构元件，其中所述室、所述喷嘴和所述致动器形成在所述第一结构元件中，并且其中所述流体路径、所述阻尼腔和所述阻尼膜被集成在所述第二结构元件中，并且所述第二结构元件是单片体，所述阻尼腔被掩埋在所述单片体中，并且所述阻尼膜被集成在所述单片体中。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述主体中形成流体地耦合到所述流体路径的入口孔，所述阻尼膜横向于所述入口孔而被形成。
17.根据权利要求16所述的方法，其中形成所述阻尼腔包括：
在半导体材料的衬底的表面部分内形成第一沟槽；
蚀刻通过所述第一沟槽，以在所述第一沟槽下方的所述衬底中形成第一开口区，并且所述第一开口区与所述第一沟槽流体连通；
在所述衬底的所述表面部分上生长第一表面层，所述第一表面层与所述衬底一起形成所述第二结构元件、并在顶部闭合所述沟槽；以及
对所述第二结构元件进行热处理，并形成掩埋在所述第二结构元件中的所述阻尼腔。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在所述第一表面层之上形成蚀刻掩模，所述蚀刻掩模形成晶格结构；
在所述蚀刻掩模之上形成第二表面层；以及
在所述晶格结构处，对所述第二表面层和未被所述蚀刻掩模保护的所述第一表面层的选择性部分进行蚀刻，并形成所述流体路径的一部分，并且过滤器集成在所述第二结构元件中和所述流体路径中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述过滤器由所述蚀刻掩模覆盖的所述第一表面层的剩余部分形成。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述过滤器和所述阻尼膜至少部分地由相同的材料形成，所述相同的材料包括玻璃、锗和硅中的一种。
21.根据权利要求17所述的方法，其中形成所述流体路径包括：
形成与所述室直接流体连通的管道；以及
形成与所述管道流体连接的、向所述阻尼腔侧向延伸并且与所述阻尼腔共面的入口腔，并且
其中形成所述入口孔包括：形成与所述阻尼膜共面、并且相对于所述管道偏移的所述入口孔。
22.根据权利要求21所述的方法，其中形成所述入口腔和所述入口孔包括：形成所述喷射装置的入口歧管的一部分。
23.根据权利要求21所述的方法，其中形成所述入口腔包括：
在半导体材料的衬底的表面部分内、侧向于所述第一沟槽蚀刻第二沟槽；
蚀刻通过所述第二沟槽，以在所述第二沟槽下方的所述衬底中形成第二开口区，并且所述第二开口区与所述第二沟槽流体连通；
在所述衬底的所述表面部分之上生长所述第一表面层、并在顶部闭合所述第二沟槽；以及
在热处理期间，形成所述入口腔。
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