阅读说明：本技术 一种透明喷墨头的基于mems及印刷工艺的制备方法 (Preparation method of transparent ink-jet head based on MEMS and printing process ) 是由 郑冬琛 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种透明喷墨头的基于MEMS及印刷工艺的制备方法,喷墨头前端包括墨水腔板和喷嘴板,墨水腔板和喷嘴板均采用玻璃晶圆制成,透明喷墨头的制备包括以下步骤：S1、在墨水腔板的玻璃晶圆上蒸镀下电极,利用丝网印刷工艺按照电极图案印刷压电陶瓷层；S2、在压电陶瓷层上继续印刷上电极；S3、通过半导体键合工艺将墨水腔板和喷嘴板键合在一起；S4、在压电陶瓷极化仪中将压电陶瓷层中的压电陶瓷极化。本发明使喷墨头的内部结构被直观观察,减少喷墨头的故障检测步骤和检修维护成本,喷嘴板固定稳固同时适应于多种墨水成分,还能简化压电驱动端的制备工艺、减少化学品的使用以及降低压电驱动端的制备成本,以满足生产及环保需求。(The invention discloses a preparation method of a transparent ink-jet head based on MEMS and a printing process, wherein the front end of the ink-jet head comprises an ink cavity plate and a nozzle plate, the ink cavity plate and the nozzle plate are both made of glass wafers, and the preparation of the transparent ink-jet head comprises the following steps: s1, evaporating a lower electrode on the glass wafer of the ink cavity plate, and printing a piezoelectric ceramic layer according to an electrode pattern by utilizing a screen printing process; s2, continuously printing an upper electrode on the piezoelectric ceramic layer; s3, bonding the ink cavity plate and the nozzle plate together through a semiconductor bonding process; and S4, polarizing the piezoelectric ceramics in the piezoelectric ceramic layer in the piezoelectric ceramic polarimeter. The invention enables the internal structure of the ink gun to be observed visually, reduces the fault detection step and the maintenance cost of the ink gun, ensures that the nozzle plate is fixed stably and is suitable for various ink components, and can also simplify the preparation process of the piezoelectric driving end, reduce the use of chemicals and reduce the preparation cost of the piezoelectric driving end so as to meet the requirements of production and environmental protection.)

一种透明喷墨头的基于MEMS及印刷工艺的制备方法

技术领域

本发明涉及打印设备技术领域，特别是涉及一种透明喷墨头的基于MEMS及印刷工艺的制备方法。

背景技术

一般喷墨头的外壳及喷嘴都是由塑料、金属、高分子薄膜或硅片制成，这些物体都是不透明的，或者说是半透明的，无法观测到内部墨水的颜色及流动情况。而且现有技术中喷嘴板都是靠胶水粘接，工艺复杂，稳定性差且不好控制，且考虑到胶水的化学性质，墨水成分的选择大大的受到限制；同时喷墨头的压电驱动端制备方法，目前主要采用机械加工、溅射、凝胶法等，这些制备方法都可以实现喷墨头的压电驱动端的制备，但是制备所用设备昂贵，也需适应多种化学品，在满足环保要求的情况下，需要加大处理剩余化学品的投入，从而增加了制备成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种透明喷墨头的基于MEMS及印刷工艺的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使喷墨头的内部结构被直观观察，减少喷墨头的故障检测步骤和检修维护成本，喷嘴板固定稳固同时适应于多种墨水成分，还能简化压电驱动端的制备工艺、减少化学品的使用以及降低压电驱动端的制备成本，以满足生产及环保需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种透明喷墨头的基于MEMS及印刷工艺的制备方法，透明喷墨头包括压电驱动端和喷墨头前端，所述喷墨头前端包括墨水腔板和喷嘴板，所述墨水腔板和所述喷嘴板均采用玻璃晶圆制成，所述透明喷墨头的制备包括以下步骤：

S1、所述压电驱动端包括由下至上依次叠放且固定连接的下电极、压电陶瓷层和上电极，通过半导体工艺在所述墨水腔板的所述玻璃晶圆上蒸镀所述下电极，所述下电极为一定厚度的金属层，利用丝网印刷工艺在所述下电极上按照电极图案印刷所述压电陶瓷层，所述压电陶瓷层与所述墨水腔板利用所述金属层粘结在一起，所述电极图案由若干长方形岛呈阵列分布而形成；

S2、完成S1后，在所述压电陶瓷层的各所述长方形岛上继续印刷所述上电极，在所述墨水腔板的所述玻璃晶圆上设置若干排导线，所述导线分别与所有的所述上电极和所有的所述下电极一一对应连接，连接完成后放置在烧结炉内烧结；

S3、采用激光蚀刻工艺在所述墨水腔板和所述喷嘴板上分别光刻出墨水腔结构和喷嘴结构，所述墨水腔结构的位置和所述长方形岛的位置相对应，再通过半导体键合工艺将所述墨水腔板和所述喷嘴板键合在一起，所述墨水腔结构和所述喷嘴结构相互连通，得到完整的所述喷墨头前端；

S4、在压电陶瓷极化仪中将所述压电陶瓷层中的压电陶瓷极化，且在极化所述压电陶瓷时必须使需要极化的电压达到500V的高电压，同时升高极化的环境温度，以保证正常极化为准。

优选的，所述墨水腔板的所述玻璃晶圆的直径为4-8寸，所述墨水腔板的所述玻璃晶圆的厚度为300-600微米。

优选的，相邻所述长方形岛之间的间距均为60-100微米，所述长方形岛的厚度为20-50微米。

优选的，所述金属层的金属为钽，所述金属层的厚度为4-7微米。

优选的，所述导线的线宽为30-60微米并采用导电胶制成。

优选的，所述墨水腔板的所述玻璃晶圆表面具有二氧化硅层，所述二氧化硅层为所述透明喷墨头的振动膜，所述振动膜位于所述所述墨水腔板的所述玻璃晶圆与所述下电极之间。

优选的，所述透明喷墨头的分辨率为100-360DPI，所述透明喷墨头的墨滴尺寸是2.5-100PL，所述透明喷墨头的打印频率50KHZ。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明将墨水腔板和喷嘴板均采用玻璃制成，使得墨水腔结构和喷嘴结构能够被直观观察，判断喷墨头是否可以继续使用或者故障出现的原因时，可以减少喷墨头的故障检测步骤和检修维护成本。通过半导体键合工艺将墨水腔板和喷嘴板键合在一起，能够使喷嘴板固定稳固，打破传统工艺中墨水成分选择的局限性，拓宽了喷墨的应用领域，同时减少加工工序、减少制造成本。而压电陶瓷层采用丝网印刷工艺印刷在下电极上，显著的简化压电驱动端的制备工艺、减少化学品的使用以及降低压电驱动端的制备成本，满足生产及环保需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1为本发明中透明喷墨头的结构示意图；

图2为本发明中蒸镀金属层后的玻璃晶圆的示意图；

图3为本发明中印刷长方形岛后的玻璃晶圆的示意图；

其中：1-墨水腔板，2-金属层，3-长方形岛，4-压电陶瓷层，5-上电极，6-导线，7-振动膜，8-墨水腔结构，9-喷嘴板，10-喷嘴结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示：本实施例提供了一种透明喷墨头的基于MEMS及印刷工艺的制备方法，透明喷墨头包括压电驱动端和喷墨头前端，喷墨头前端包括墨水腔板1和喷嘴板9，墨水腔板1和喷嘴板9均采用玻璃晶圆制成，透明喷墨头的制备包括以下步骤：

S1、压电驱动端包括由下至上依次叠放且固定连接的下电极、压电陶瓷层4和上电极5，通过半导体工艺在墨水腔板1的玻璃晶圆上蒸镀下电极，下电极为一定厚度的金属层2，利用丝网印刷工艺在下电极上按照电极图案印刷压电陶瓷层4，压电陶瓷层4与墨水腔板1利用金属层2粘结在一起，电极图案由若干长方形岛3呈阵列分布而形成；具体的，金属层2的金属为钽，金属层2的厚度为5微米，可以起到提高金属层2的附着力，使得压电陶瓷层4能够通过金属层2直接与墨水腔板1粘接起来，简化加工工序；墨水腔板1的玻璃晶圆的直径为6寸，墨水腔板1的玻璃晶圆的厚度为300-600微米；优选的，相邻长方形岛3之间的间距均为60-100微米，长方形岛3的厚度为20-50微米，长方形岛3的长×宽为80×200微米；另外，墨水腔板1的玻璃晶圆表面均具有二氧化硅层，振动膜7位于墨水腔板1的玻璃晶圆与下电极之间，二氧化硅层可以直接作为透明喷墨头的振动膜7使用，无需另外设置振动膜7，进一步的简化了喷墨头的加工工序；需要说明的是，下电极可以是每个长方形岛3位置相对应的小块局域，也可以是所有的压电驱动端共用一个大块区域的下电极；

S2、完成S1后，在压电陶瓷层4的各长方形岛3上继续印刷上电极5，在墨水腔板1的玻璃晶圆上设置若干排导线6，导线6的线宽为30-60微米并采用导电胶制成，导线6分别与所有的上电极5和所有的下电极一一对应连接，连接完成后放置在烧结炉内烧结；

S3、采用激光蚀刻工艺在墨水腔板1和喷嘴板9上分别光刻出墨水腔结构8和喷嘴结构10，墨水腔结构8的位置和长方形岛3的位置相对应，再通过半导体键合工艺将墨水腔板1和喷嘴板9键合在一起，墨水腔结构8和喷嘴结构10相互对齐且连通，得到完整的喷墨头前端；

S4、在压电陶瓷极化仪中将压电陶瓷层4中的压电陶瓷极化，且在极化压电陶瓷时必须使需要极化的电压达到500V的高电压，且因为极化电压太高，40微米的线宽会导致极化时产生很大的电流，把线路烧毁，所以必须升高极化的环境温度，以保证正常极化为准。

利用上述制备方法制备的透明喷墨头的分辨率为100-360DPI，透明喷墨头的墨滴尺寸是2.5-100PL，透明喷墨头的打印频率50KHZ。

有益效果：

和传统工艺相比，首先，墨水腔板1和喷嘴板9均采用玻璃制成，使得墨水腔结构8和喷嘴结构10能够被直观观察，判断喷墨头是否可以继续使用或者故障出现的原因时，可以减少喷墨头的故障检测步骤和检修维护成本。其次，通过半导体键合工艺将墨水腔板1和喷嘴板9键合在一起，不仅能够使喷嘴板9固定稳固，还因为不使用胶水粘结，使喷墨头可以适应多种墨水成分，打破墨水成分选择的局限性，拓宽了喷墨的应用领域，同时减少喷嘴板9的加工工序和加工成本。最后，压电陶瓷层4采用丝网印刷工艺印刷在下电极上，显著的简化压电驱动端的制备工艺、减少化学品的使用以及降低压电驱动端的制备成本，满足生产及环保需求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。