CN114889325B - 一种高精度压电式喷墨打印机喷头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度压电式喷墨打印机喷头及其制备方法，包括相互键合的第一硅基片和第二硅基片，第一硅基片与第二硅基片之间构成喷液通路，喷液通路包括沿进液流向依次分布的进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和喷嘴；还包括对应于喷液储液池设置的压电喷墨驱动件，压电喷墨驱动件与喷液储液池的贴合面为振动面；第一硅基片和第二硅基片分别设有第一切割头及其驱动件、第二切割头及其驱动件，第一切割头与第二切割头相对且间距配合；第一切割头驱动件和第二切割头驱动件分别用于驱动第一切割头和第二切割头靠拢以对喷嘴喷出的墨柱进行切割。本发明可避免卫星液滴的产生，同时通过切割来控制墨滴的体积，提高了喷墨打印精度。
Description
技术领域
本发明属于喷墨打印机喷头技术领域，具体涉及一种高精度压电式喷墨打印机喷头及其制备方法。
背景技术
现有压电式喷墨打印机喷头在喷出墨滴过程中，易产生卫星墨滴，速度足够快的卫星墨滴可以追上主墨滴并融合为一个墨滴，而速度不够快的卫星墨滴则无法同主墨滴融合，会在主墨滴喷到基底之后抵达基底，对打印图像的精度造成影响。
发明内容
基于现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种高精度压电式喷墨打印机喷头及其制备方法。
为了实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高精度压电式喷墨打印机喷头，包括相互键合的第一硅基片和第二硅基片，第一硅基片与第二硅基片之间构成喷液通路，喷液通路包括沿进液流向依次分布的进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和喷嘴；
还包括对应于喷液储液池设置的压电喷墨驱动件，压电喷墨驱动件与喷液储液池的贴合面为振动面；
所述第一硅基片和第二硅基片分别设有第一切割头及其驱动件、第二切割头及其驱动件，第一切割头与第二切割头相对且间距配合；
第一切割头驱动件和第二切割头驱动件分别用于驱动第一切割头和第二切割头靠拢以对喷嘴喷出的墨柱进行切割。
作为优选方案，所述喷液通路有数条，且沿第一硅基片与第二硅基片的键合面阵列式分布。
作为优选方案，所述第一硅基片的下表面具有进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池、喷嘴和第一切割头，第一硅基片的上表面设有压电喷墨驱动件和第一切割头驱动件。
作为优选方案，所述第二硅基片的上表面具有第二切割头，第二硅基片的下表面设置第二切割头驱动件。
作为优选方案，所述第二硅基片的结构与第一硅基片的结构互为镜像对称，第二硅基片的下表面设置另一压电喷墨驱动件和第二切割头驱动件。
作为优选方案，所述压电喷墨驱动件、第一切割头驱动件和第二切割头驱动件均为PZT压电陶瓷片。
作为优选方案，高精度压电式喷墨打印机喷头，其喷墨过程包括：
首先，压电喷墨驱动件接收到正向电压信号而发生振动以拉动振动面，从进液储液池吸入墨水至喷液储液池；之后，压电喷墨驱动件接收到反向电压信号发生振动以推动振动面，将墨水通过喷嘴挤出；
当喷出的墨柱达到最大长度时，第一切割头驱动件和第二切割头驱动件同步接收到反向电压信号，推动第一切割头和第二切割头切割墨柱；之后第一切割头驱动件和第二切割头驱动件接收到正向电压信号回振，压电喷墨驱动件接收到正向电压信号以拉动振动面，吸回墨滴并同时补充墨水准备下一次喷墨。
本发明还提供如上方案所述的高精度压电式喷墨打印机喷头的制备方法，包括以下步骤：
S1、选取一第一硅基片，在第一硅基片的下表面刻蚀出进液通道、进液储液池、喷液储液池、限流通道、喷嘴和第一切割头；
在第一硅基片的上表面对应于喷液储液池设置压电喷墨驱动件，对应于第一切割头设置第一切割头驱动件；
S2、选取一第二硅基片，在第二硅基片的上表面刻蚀出第二切割头，在第二硅基片的下表面对应于第二切割头设置第二切割头驱动件；
S3、将第一硅基片的下表面和第二硅基片的上表面键合。
本发明还提供如上方案所述的高精度压电式喷墨打印机喷头的制备方法，包括以下步骤：
S10、选取一第一硅基片，在第一硅基片的下表面刻蚀出进液通道、进液储液池、喷液储液池、限流通道、喷嘴和第一切割头；
在第一硅基片的上表面对应于喷液储液池设置压电喷墨驱动件，对应于第一切割头设置第一切割头驱动件；
S20、选取一第二硅基片，在第二硅基片的上表面刻蚀出进液通道、进液储液池、喷液储液池、限流通道、喷嘴和第二切割头；第二硅基片的刻蚀结构与第一硅基片的刻蚀结构互为镜像对称；
在第二硅基片的下表面对应于喷液储液池设置压电喷墨驱动件，对应于第二切割头设置第二切割头驱动件；
S30、将第一硅基片的下表面和第二硅基片的上表面键合。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的高精度压电式喷墨打印机喷头，可避免卫星液滴的产生，同时通过切割来控制墨滴的体积，提高了喷墨打印精度。
附图说明
图1为本发明实施例一的高精度压电式喷墨打印机喷头的平面结构示意图；
图2为本发明实施例一的高精度压电式喷墨打印机喷头的工作示意图；
图3为本发明实施例一的高精度压电式喷墨打印机喷头的立体结构示意图；
图4为本发明实施例一的第一硅基片下表面部分结构示意图；
图5为本发明实施例一的第二硅基片上表面部分结构示意图；
图6为本发明实施例一的第二硅基片下表面部分结构示意图；
图7为本发明实施例一的喷嘴和切割头结构示意图；
图8为本发明实施例一的高精度压电式喷墨打印机喷头的工艺流程图；
图9为本发明实施例二的高精度压电式喷墨打印机喷头的平面结构示意图；
图10为本发明实施例二的高精度压电式喷墨打印机喷头的工作示意图；
图11为本发明实施例二的高精度压电式喷墨打印机喷头的立体结构示意图；
图12为本发明实施例二的高精度压电式喷墨打印机喷头的工艺流程图；
其中，1.第一硅基片；101.进液储液池；102.喷液储液池；103.进液通道；104.限流通道；105.喷嘴；106.第一切割头；107.压电喷墨驱动件下电极层；108.压电喷墨驱动件压电层；109.压电喷墨驱动件上电极层；110.第一切割头驱动件下电极层；111.第一切割头驱动件压电层；112.第一切割头驱动件上电极层；2.第二硅基片；201.第二切割头；202.第二切割头驱动件下电极层；203.第二切割头驱动件压电层；204.第二切割头驱动件上电极层；3.第三硅基片；301.进液储液池；302.喷液储液池；303.进液通道；304.限流通道；305.喷嘴；306.第三切割单元；307.压电喷墨驱动件下电极层；308.压电喷墨驱动件压电层；309.压电喷墨驱动件上电极层；310.第三切割头驱动件下电极层；311.第三切割头驱动件压电层；312.第三切割头驱动件上电极层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例一：
如图1-8所示，本实施例的高精度压电式喷墨打印机喷头，包括相互键合的第一硅基片1和第二硅基片2，第一硅基片1与第二硅基片2之间构成喷液通路，喷液通路包括沿进液流向依次分布的进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和喷嘴。本实施例的喷液通路有六条，且沿第一硅基片1与第二硅基片2的键合面阵列式分布。
具体地，第一硅基片1的下表面具有进液通道103、进液储液池101、限流通道104、喷液储液池102、喷嘴105和第一切割头106，第一硅基片1的上表面具有对应于喷液储液池设置的压电喷墨驱动件，压电喷墨驱动件与喷液储液池的贴合面为振动面；压电喷墨驱动件为PZT压电陶瓷片，包括依次叠设的下电极层107、压电层108和上电极层109。另外，第一硅基片1的上表面还具有第一切割头驱动件，第一切割头驱动件为PZT压电陶瓷片，包括依次叠设的下电极层110、压电层111和上电极层112。
第二硅基片2作为盖片组成喷液通路，第二硅基片2的上表面具有第二切割头201，第二硅基片2的下表面具有第二切割头驱动件；具体地，第二切割头驱动件为PZT压电陶瓷片，包括依次叠设的下电极层202、压电层203和上电极层204。
其中，第一切割头106与第二切割头201相对且间距配合；第一切割头驱动件和第二切割头驱动件分别用于驱动第一切割头和第二切割头靠拢以对喷嘴105喷出的墨柱进行切割。
本实施例的高精度压电式喷墨打印机喷头，其工作过程包括：
压电喷墨驱动件接收到正向电压信号发生振动，拉动振动面，从进液储液池101吸入墨水到喷液储液池102；而后压电喷墨驱动件接收到反向电压信号发生振动，推动振动面，将墨水通过喷嘴105挤出，当墨柱达到最大长度时，第一切割头驱动件和第二切割头驱动件同步接收到反向电压信号，推动第一切割头和第二切割头切割墨柱；之后第一切割头驱动件和第二切割头驱动件接收到正向电压信号回振，压电喷墨驱动件接收到正向电压信号以拉动振动面，吸回墨滴并同时补充墨水准备下一次喷墨。
本实施例的高精度压电式喷墨打印机喷头的制备方法，包括以下步骤：
S1.选取4inch硅片，采用光刻工艺将进液储液池101和喷液储液池102的图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液储液池101和喷液储液池102；
S2.采用光刻工艺将进液通道103图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液通道103；
S3.采用光刻工艺将限流通道104和喷嘴105图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出限流通道104和喷嘴105，限流通道104和喷嘴105的深度为20-100μm；
S4.采用光刻工艺将第一切割头106的图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出第一切割头106，第一切割头106距离喷嘴的距离为50-200μm；清洗第一硅基片1；
S5.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第一硅基片的上表面制备压电喷墨驱动件下电极层107和第一切割头驱动件下电极层110；
S6.采用光刻工艺和PECVD工艺，在第一硅基片1的上表面制备压电喷墨驱动件压电层108和第一切割头驱动件压电层111；
S7.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第一硅基片1的上表面制备压电喷墨驱动件压电层109和第一切割头驱动件上电极层112；清洗第一硅基片1；
S8.选取4inch硅片，采用光刻工艺将第二切割头201的图形转移至第二硅基片2的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出第二切割头201，第二切割头206距离喷嘴的距离为50-200μm(与第一切割头相同)；清洗第二硅基片2；
S9.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第二硅基片2的下表面制备第二切割头驱动件下电极层202；
S10.采用光刻工艺和PECVD工艺，在第二硅基片2的下表面制备第二切割头驱动件压电层203；
S11.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第二硅基片2的下表面制备第二切割头驱动件上电极层204；清洗第二硅基片2；
S12.采用氢氟酸漂洗第一硅基片1的下表面和第二硅基2片的上表面，并采用硅-硅键合工艺将第一硅基片1的下表面和第二硅基片2的上表面键合；
S13.清洗并划片。
本实施例的高精度压电式喷墨打印机喷头在传统喷墨打印机喷头的基础上，增加了切割头，在墨柱达到最大长度时将墨柱切割，避免卫星液滴的产生，同时通过切割来控制墨滴的体积，提高了喷墨打印精度。
本实施例阵列式喷液通路中的喷液通路的数量不限于图4所示的数量，还可以根据实际应用需求进行增加或减少。
实施例二：
本实施例的高精度压电式喷墨打印机喷头与实施例一的不同之处在于：
如图9-12所示，本实施例的高精度压电式喷墨打印机喷头，包括相互键合的第一硅基片1和第三硅基片3：
第一硅基片1的结构与实施例一的第一硅基片的结构相同，第三硅基片3的结构与实施例一的第一硅基片的结构互为镜像对称；具体地，第三硅基片3的上表面具有进液通道303、进液储液池301、限流通道304、喷液储液池302、喷嘴305、第三切割头306，第三硅基片的下表面设置压电喷墨驱动件和第三切割头驱动件；
其中，压电喷墨驱动件为PZT压电陶瓷片，包括依次叠设的下电极层307、压电层308和上电极层309；
第三切割头驱动件为PZT压电陶瓷片，包括依次叠设的下电极层310、压电层311和上电极层312。
本实施例的高精度压电式喷墨打印机喷头与实施例一的工作过程类似，但能实现双侧驱动，提供更大的喷墨动力，提高喷墨速度。
本实施例的高精度压电式喷墨打印机喷头的制备方法，包括以下步骤：
S1.选取4inch硅片，采用光刻工艺将进液储液池101和喷液储液池102的图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液储液池101和喷液储液池102；
S2.采用光刻工艺将进液通道103图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液通道103；
S3.采用光刻工艺将限流通道104和喷嘴105图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出限流通道104和喷嘴105，限流通道104和喷嘴105的深度为20-100μm；
S4.采用光刻工艺将第一切割头106的图形转移至第一硅基片1的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出第一切割头106，第一切割头106距离喷嘴的距离为50-200μm；清洗第一硅基片1；
S5.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第一硅基片的上表面制备压电喷墨驱动件下电极层107和第一切割头驱动件下电极层110；
S6.采用光刻工艺和PECVD工艺，在第一硅基片1的上表面制备压电喷墨驱动件压电层108和第一切割头驱动件压电层111；
S7.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第一硅基片1的上表面制备压电喷墨驱动件压电层109和第一切割头驱动件上电极层112；清洗第一硅基片1；
S8.选取4inch硅片，采用光刻工艺将进液储液池301和喷液储液池302的图形转移至第三硅基片3的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液储液池301和喷液储液池302；
S9.采用光刻工艺将进液通道303图形转移至第三硅基片3的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液通道303；
S10.采用光刻工艺将限流通道304和喷嘴305图形转移至第三硅基片3的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出限流通道304和喷嘴305；
S11.采用光刻工艺将第三切割单元306的图形转移至第三硅基片3的下表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出第三切割单元306，第三切割单元306距离喷嘴的距离为50-200μm(与第一切割头相同)；清洗第三硅基片3；
S12.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第三硅基片的上表面制备压电喷墨驱动件下电极层307和第三切割头驱动件下电极层310；
S13.采用光刻工艺和PECVD工艺，在第三硅基片3的上表面制备压电喷墨驱动件压电层308和第三切割头驱动件压电层311；
S14.采用光刻工艺和金属溅射工艺，在第三硅基片3的上表面制备压电喷墨驱动件压电层309和第三切割头驱动件上电极层312；清洗第三硅基片3；
S15.采用氢氟酸漂洗第一硅基片1的下表面和第三硅基3片的上表面，并采用硅-硅键合工艺将第一硅基片1的下表面和第三硅基片3的上表面键合；
S16.清洗并划片。
其中，S8-S14与S1-S7的处理过程相同；
本实施例在结构上，上下两块硅基片采用相同的结构，减少另一块硅片制作的费用，降低成本，同时两个压电喷墨驱动件可以提供更大的喷墨动力，提高喷墨速度；
本实施例阵列式喷液通路中的喷液通路的数量不限于图4所示的数量，还可以根据实际应用需求进行增加或减少；
其他结构可以参考实施例一。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高精度压电式喷墨打印机喷头，其特征在于，包括相互键合的第一硅基片和第二硅基片，第一硅基片与第二硅基片之间构成喷液通路，喷液通路包括沿进液流向依次分布的进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池和喷嘴；
还包括对应于喷液储液池设置的压电喷墨驱动件，压电喷墨驱动件与喷液储液池的贴合面为振动面；
所述第一硅基片和第二硅基片分别设有第一切割头及其驱动件、第二切割头及其驱动件，第一切割头与第二切割头相对且间距配合；
第一切割头驱动件和第二切割头驱动件分别用于驱动第一切割头和第二切割头靠拢以对喷嘴喷出的墨柱进行切割；
其喷墨过程包括：
首先，压电喷墨驱动件接收到正向电压信号而发生振动以拉动振动面，从进液储液池吸入墨水至喷液储液池；之后，压电喷墨驱动件接收到反向电压信号发生振动以推动振动面，将墨水通过喷嘴挤出；
当喷出的墨柱达到最大长度时，第一切割头驱动件和第二切割头驱动件同步接收到反向电压信号，推动第一切割头和第二切割头切割墨柱；之后第一切割头驱动件和第二切割头驱动件接收到正向电压信号回振，压电喷墨驱动件接收到正向电压信号以拉动振动面，吸回墨滴并同时补充墨水准备下一次喷墨。
2.如权利要求1所述的一种高精度压电式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述喷液通路有数条，且沿第一硅基片与第二硅基片的键合面阵列式分布。
3.如权利要求1所述的一种高精度压电式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第一硅基片的下表面具有进液通道、进液储液池、限流通道、喷液储液池、喷嘴和第一切割头，第一硅基片的上表面设有压电喷墨驱动件和第一切割头驱动件。
4.如权利要求3所述的一种高精度压电式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第二硅基片的上表面具有第二切割头，第二硅基片的下表面设置第二切割头驱动件。
5.如权利要求3所述的一种高精度压电式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第二硅基片的结构与第一硅基片的结构互为镜像对称，第二硅基片的下表面设置另一压电喷墨驱动件和第二切割头驱动件。
6.如权利要求4或5所述的一种高精度压电式喷墨打印机喷头，其特征在于，所述压电喷墨驱动件、第一切割头驱动件和第二切割头驱动件均为PZT压电陶瓷片。
7.如权利要求4所述的高精度压电式喷墨打印机喷头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取一第一硅基片，在第一硅基片的下表面刻蚀出进液通道、进液储液池、喷液储液池、限流通道、喷嘴和第一切割头；
在第一硅基片的上表面对应于喷液储液池设置压电喷墨驱动件，对应于第一切割头设置第一切割头驱动件；
S2、选取一第二硅基片，在第二硅基片的上表面刻蚀出第二切割头，在第二硅基片的下表面对应于第二切割头设置第二切割头驱动件；
S3、将第一硅基片的下表面和第二硅基片的上表面键合。
8.如权利要求5所述的高精度压电式喷墨打印机喷头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、选取一第一硅基片，在第一硅基片的下表面刻蚀出进液通道、进液储液池、喷液储液池、限流通道、喷嘴和第一切割头；
在第一硅基片的上表面对应于喷液储液池设置压电喷墨驱动件，对应于第一切割头设置第一切割头驱动件；
S20、选取一第二硅基片，在第二硅基片的上表面刻蚀出进液通道、进液储液池、喷液储液池、限流通道、喷嘴和第二切割头；第二硅基片的刻蚀结构与第一硅基片的刻蚀结构互为镜像对称；
在第二硅基片的下表面对应于喷液储液池设置压电喷墨驱动件，对应于第二切割头设置第二切割头驱动件；
S30、将第一硅基片的下表面和第二硅基片的上表面键合。
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