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CN115817013A - 流路构件和液体喷射头 - Google Patents

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CN115817013A CN202211112963.1A CN202211112963A CN115817013A CN 115817013 A CN115817013 A CN 115817013A CN 202211112963 A CN202211112963 A CN 202211112963A CN 115817013 A CN115817013 A CN 115817013A
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Abstract

本申请涉及流路构件和液体喷射头。一种流路构件，包括：第一基板，其中，从第一表面形成流路；和第二基板，具有面向第一表面的第二表面；其中，通过第一表面和第二表面之间的粘接剂使第一基板和第二基板彼此粘接；其中，当从与第一表面正交的方向看时流路呈多边形；其中，流路包括在第一表面侧的第一部分和与第一部分连通的第二部分；其中，当从与第一表面正交的方向看时，第二部分的孔口面积大于第一部分的孔口面积；其中，粘接剂存在于第一部分和第二部分之间的台阶面上以及多边形的角顶处。

Description

流路构件和液体喷射头
技术领域
本公开涉及流路构件和液体喷射头。
背景技术
日本专利申请特开2013-91272公开了一种喷射液体以进行记录的液体喷射装置。该液体喷射装置包括液体喷射头，液体喷射头包括喷射液体的喷射口、用于向喷射口供应液体的流路、产生用于喷射液体的压力的压电元件以及压电元件产生的压力所作用于的压力室。
日本专利申请特开2013-91272中公开的液体喷射头通常通过使用粘接剂把形成有流路的多个基板粘接来形成，液体流过流路。
然而，当用粘接剂将多个基板粘接在一起时，会有多余粘接剂流入流路并阻塞流路的可能性。当流路阻塞时，出现的问题例如是液体无法供应到喷射口。
发明内容
本公开提供了一种流路构件，能够防止粘接剂阻塞形成在基板中的流路；并且，本公开提供了使用该流路构件的液体喷射头。
根据本公开的一方面，一种流路构件，包括：第一基板，其中，从第一表面形成流路；和第二基板，具有面向第一表面的第二表面；其中，通过第一表面和第二表面之间的粘接剂使第一基板和第二基板彼此粘接；其中，当从与第一表面正交的方向看时流路呈多边形；其中，流路包括在第一表面侧的第一部分和与第一部分连通的第二部分；其中，当从与第一表面正交的方向看时，第二部分的孔口面积大于第一部分的孔口面积；其中，粘接剂存在于第一部分和第二部分之间的台阶面上以及多边形的角顶处。
通过以下参考附图对示例性实施例的描述，本公开的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是液体喷射头的剖视图。
图2A至图2C是示出粘接在一起之前的各个基板的剖视图。
图3是示出第一示例性实施例的图。
图4A-A至图4A-F是示出液体喷射头的制造工序的图。
图4B-G至图4B-J是示出液体喷射头的制造工序的图。
图5是示出第二示例性实施例的图。
图6是示出第三示例性实施例的图。
图7A至图7C是示出根据第三示例性实施例的制造工序的图。
图8是示出第四示例性实施例的图。
图9A和图9B是分别示出第五示例性实施例的图。
图10是示出第六示例性实施例的图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本公开的示例性实施例。下面会存在对以下描述示例性实施例进行具体描述以充分解释本公开的情况，但这种描述仅表示技术示例，而不是特殊限制本公开的范围。
现在描述第一示例性实施例。图1是液体喷射头110的剖视图。图2A是在图1所示各基板粘接在一起之前保护基板21的剖视图。图2B是在图1所示各基板粘接在一起之前致动器基板22的剖视图。图2C是在图1所示各基板粘接在一起之前喷嘴基板(喷射口基板)23的剖视图。如图1所示，液体喷射头110至少包括保护基板21(第一基板)、致动器基板22(第二基板)和喷嘴基板23(第三基板)。流路构件116包括保护基板21(第一基板)和致动器基板22(第二基板)。
致动器基板22由例如硅基板形成，并划分多个空腔(压力室)12。致动器基板22在其表面上支撑振动膜14。
振动膜14形成空腔12的顶壁，并划分空腔12。
在振动膜14上布置有压电元件(压力产生元件)15，该压电元件产生用于从喷射口喷射液体的压力。
喷嘴基板23粘接到致动器基板22的背面。喷嘴基板23由例如硅基板形成，并粘接到致动器基板22的背面。喷嘴基板23与致动器基板22和振动膜14一起划分空腔12。喷嘴基板23包括布置成与空腔部重叠的液体喷射流路16，喷射口17形成在液体喷射流路16的底面上。喷射口17穿透喷嘴基板23，并位于空腔12的相反侧。因此，当每个空腔12的内部容积发生变化时，积聚在空腔12中的液体通过液体喷射流路16并从喷射口17喷出。
保护基板21由例如硅基板形成。保护基板21布置成覆盖压电元件15，并通过粘接剂13而被粘接到致动器基板22的表面。
利用布置在第一表面111和第二表面112之间的粘接剂13，将保护基板21和致动器基板22粘接在一起。保护基板21在其面对致动器基板22表面的表面上包括凹部18。对应于各个空腔12的多个压电元件15容纳在各个凹部18内。在凹部18中容纳对应于多个空腔12的多个压电元件15。凹部18用于保护压电元件15不受液体影响。
形成在保护基板21(第一基板)中的流路11包括第一部分113和第二部分114。第一部分113是与流路11的在致动器基板22侧的孔口115连接的部分。第二部分114是与第一部分113连接的部分。
在保护基板21上布置有墨罐(未示出)。流路11形成为穿透保护基板21。保护基板21的流路11与致动器基板22内的空腔12连通。墨罐内的液体流过流路11并供应至空腔12。
压电元件15布置在振动膜14上，以构成压电致动器。压电元件15包括形成在振动膜形成层上的下电极(未示出)和形成在压电元件15上的上电极(未图示)。
例如，通过溶胶-凝胶法或溅射法形成的压电锆钛酸(PZT)膜可适用于压电元件15。这种压电元件15由金属氧化物晶体的烧结体制成。
压电元件15形成在隔着振动膜14面向空腔12的位置。也就是说，压电元件15形成为与振动膜14的在空腔12相反侧的表面接触。振动膜14具有能够朝着面向空腔12的方向上变形的特性。
当从驱动集成电路(IC)(未示出)向压电元件15施加驱动电压时，压电元件15因逆压电效应而变形。振动膜14因此与压电元件15一起变形。这导致空腔12的内部容积发生变化，并对空腔12内的液体施加压力。加压的液体通过液体喷射流路16，并作为微液滴从喷射口17喷射。
图3示出了利用粘接剂13而粘接在一起的保护基板21和致动器基板22的剖视图和俯视图。如图3所示，凹部18和流路11形成在保护基板21中。保护基板21由单个基板形成。在流路11的第一部分113和第二部分114之间的连接部处形成台阶(台阶部)，从而在它们之间形成台阶面33。当从与第一表面111正交的方向(即在俯视图中)观察流路11时，流路11呈具有角部的多边形。在图3中，流路11为四边形。第二部分114(大孔口部31)的孔口面积大于第一部分113(小孔口部32)的孔口面积。因此，在保护基板21中形成的流路11具有在保护基板21厚度方向上在流路11中间的台阶面33，并且大孔口部31和小孔口部32通过台阶面相互连通。通过这种配置，流路11形成为使得在剖视图中流路的横截面面积从第一表面111朝向背面变大。
利用流路11中的角部，粘接剂19将由于毛细现象容易沿角部爬升，并且容易控制粘接剂19爬升的位置。如果流路11具有例如无角部的近似圆形，则粘接剂19将沿着整周爬升。结果，当在俯视图中看时粘接剂19有可能阻塞流路11的孔口部。相反，在具有角部的流路11中，粘接剂19优先沿着角部流动而不是沿着流路11的整周流动，并流向形成在台阶部中的台阶面33。因此，可以防止粘接剂19阻塞流路11。该配置允许一定量的粘接剂19保持在台阶面33上，从而可以防止粘接剂19爬升到超出台阶面33的流路11上部而阻塞流路11。因此，多余的粘接剂停留在角部处和台阶面33上，从而防止其阻塞流路11。
在本示例性实施例中，保护基板21的厚度为100μm至600μm。当在图3所示的剖视图中看时，流路11的小孔口部32在左右方向的长度为50μm至100μm，大孔口部31在左右方向的长度为80μm到150μm。大孔口部31的孔口面积>小孔口部32的孔口面积的关系被保持，并且不会逆转。
接下来，参考图4A-A至图4B-J来描述液体喷射头110的制造方法。图4A-A至图4B-J是各制造工序的示意图。液体喷射头110的制造方法主要包括形成保护基板21的工序、形成致动器基板22的工序、形成喷嘴基板23的工序以及将各基板粘接在一起的工序。根据本示例性实施例的制造方法旨在防止当把保护基板21和致动器基板22粘接在一起时粘接剂爬升，但也适用于除此粘接之外的其他粘接工序。
首先，如图4A-A所示，制备厚度为400μm的保护基板21(硅基板)；在保护基板21的与致动器基板22粘接的表面的相反侧的表面上形成蚀刻掩模41，在要形成流路11的区域中蚀刻掩模41具有孔口。蚀刻掩模41使用酚醛类抗蚀剂。蚀刻掩膜41通过曝光和显影形成。
如图4A-B所示，使用该掩模进行硅(Si)干法蚀刻，从而在保护基板21厚度方向上的中间部分地形成流路11的大孔口部31。蚀刻深度设定为300μm，使用称为Bosch工艺的蚀刻方法，其中，在蚀刻步骤中使用六氟化硫(SF6)气体，在涂覆步骤中使用八氟环丁烷(C4F8)气体。然而，大孔口部31也可通过除Bosch工艺之外的其他方法形成。
随后，移除蚀刻掩模41。如图4A-C所示，在保护基板21的与致动器基板22粘接的表面上形成蚀刻掩模42。使用酚醛类正性光刻胶来形成蚀刻掩膜42。蚀刻掩模42通过曝光和显影形成。
随后，以蚀刻掩模42作为掩模，通过硅干法蚀刻来蚀刻保护基板21，形成小孔口部32并使其与大孔口部31连通，从而在保护基板中形成流路11，如图4A-C所示。作为此时的蚀刻条件，采用了使用蚀刻步骤和涂覆步骤的所谓Bosch工艺的方法。
在形成小孔口部32的同时，还形成了凹部18，以用于容纳随后在致动器基板22表面上形成的振动膜14和压电元件部。凹部18的深度为100μm至120μm。
之后，去除蚀刻掩模42，形成了保护基板21，如图4A-D所示。
另一方面，制备致动器基板22的工序如下。首先，如图4A-E所示，制备厚度为600μm的致动器基板22(硅基板)，并在致动器基板22的表面上形成振动膜形成层。振动膜形成层由例如等离子体化学气相沉积(CVD)来形成。
随后，在振动膜形成层上依次形成氢阻挡膜(未示出)、下电极(未示出)、压电体膜和上电极(未示出)。下电极和上电极通过例如溅射法形成。压电体膜通过溶胶-凝胶法形成，但也可以通过溅射法形成。这样就形成了压电元件15。形成层间膜和布线层以便能够驱动致动器单元，并且以这种方式形成致动器基板22。
随后，蚀刻致动器基板22上的多个膜，以形成穿透压电体膜和电极的液体供应路径44。
随后，如图4A-F所示，在致动器基板22的面向保护基板21的表面上涂布厚度为1.0μm至2.0μm的粘接剂，并以使流路11和液体供应路径44在位置上相互对应的方式将致动器基板22和保护基板21粘接在一起。作为粘接剂的涂布方法，将粘接剂旋涂在干膜上，然后转印到保护基板21上。然而，粘接剂的涂布方法不限于此，替代地也可以进行丝网印刷或采用光敏粘接剂来进行光刻图案化。
粘接剂的厚度优选应足以消除粘接时的空隙，厚度为1.0μm以上、优选2.0μm、更优选5.0μm以上。粘接剂加厚将会增加在粘接时沿着保护基板21的通孔爬升的粘接剂量，但是沿着通孔爬升的粘接剂部分被捕获在小孔口部32和大孔口部31之间的台阶部处。采用形状包括角部的通孔能够控制粘接剂爬升的位置，并且易于捕捉粘接剂的爬升。
因此，沿角部爬升的粘接剂流向形成在台阶部中的台阶面33，从而防止了粘接剂阻塞流路11。
随后，如图4B-G所示，将致动器基板22从其背面磨削以减薄。之后，如图4B-H所示，在背面形成光刻胶掩模，并通过干法蚀刻形成空腔12。
随后，如图4B-I所示，制备喷嘴基板23。在喷嘴基板23中形成液体喷射流路16之后，将致动器基板22和喷嘴基板23粘接在一起，然后形成喷射口17。之后，如图4B-J所示，将喷嘴基板23粘接到致动器基板22的背面以覆盖致动器基板22中的空腔12。
通过上述各工序，制造了根据本示例性实施例的液体喷射头110。
现在描述第二示例性实施例。与第一示例性实施例中相似的部分由相同的附图标记或符号表示，并且省略其描述。主要给出与第一示例性实施例不同之处的描述。图5示出了根据本示例性实施例的保护基板21的剖视图和俯视图。在本示例性实施例中，如图5所示，保护基板21中流路11的大孔口部31在俯视图中呈圆形。该构造使得粘接剂沿小孔口部32的角部爬升，在大孔口部31的台阶面33处保持多余的粘接剂，并且还可以防止粘接剂更远离台阶面33地沿流路11爬升。圆形的大孔口部31没有供粘接剂容易沿着爬升的角部，从而可以防止粘接剂爬升更远。
现在描述第三示例性实施例。与第一示例性实施例中相似的部分由相同的附图标记或符号表示，并且省略其描述。主要给出与第一示例性实施例不同之处的描述。图6示出了根据本示例性实施例的保护基板21的剖视图和俯视图。在本示例性实施例中，在形成于保护基板21中的台阶面33上布置有朝向大孔口部31(第二部分)突出的突出部51。根据本示例性实施例，由于在粘接剂沿角部爬升的终点处存在突出部51，所以超出突出部51的粘接剂容易被捕捉在台阶面33处。虽然在粘接后存在粘接剂因热量等影响而移动的可能性，但捕捉在突出部51和台阶面33之间的粘接剂不会进一步移动，从而进一步防止了阻塞流路11。
图7A至图7C示出了突出部51的制造方法。保护基板21中流路11的小孔口部32和大孔口部31以相反顺序形成。即，在形成小孔口部32之后形成大孔口部31并使其与小孔口部32连通，并且形成突出部51。如图7A和图7B中所示，小孔口部32被加工成具有约100μm的深度，然后从相反表面侧加工大孔口部31以与小孔口部31连通，这样可以形成如图7C所示的突出部51。
现在描述第四示例性实施例。与第一示例性实施例中相似的部分由相同的附图标记或符号表示，并且省略其描述。主要给出与第一示例性实施例不同之处的描述。图8示出了根据本示例性实施例的保护基板21的剖视图和俯视图。本示例性实施例的特征在于：如图8所示，在保护基板21中形成多个小孔口部32，并且一个大孔口部31与多个小孔口部32连通。通过采用一个大孔口部31与多个小孔口部32连通的构造，台阶面33具有供沿着小孔口部32爬升的粘接剂被捕获的大区域，从而进一步防止了粘接剂阻塞流路11。大孔口部31和小孔口部32均通过硅反应离子蚀刻形成。
现在描述第五示例性实施例。与第一示例性实施例中相似的部分由相同的附图标记或符号表示，并且省略其描述。主要给出与第一示例性实施例不同之处的描述。图9A和图9B都示出了根据本示例性实施例的保护基板21的剖视图和俯视图。在本示例性实施例中，通过硅各向异性湿法蚀刻在保护基板21中形成流路11的大孔口部31。使用四甲基氢氧化铵(TMAH)作为蚀刻溶液进行硅各向异性湿法蚀刻，但也可以使用诸如氢氧化钾(KOH)等碱性溶液。图9A示出了使用(100)基板作为硅基板的情况。图9B示出了使用(110)基板的情况。在图9A和图9B所示的两种基板中，虽然形状彼此不同，但都形成一个大孔口部31，然后在相反侧的表面上形成多个小孔口部32，以使大孔口部31与各小孔口部32连通。小孔口部32通过Si反应离子蚀刻形成。
在使用(100)基板的情况下，担心的是平面方向上的面积变大和器件芯片尺寸变大，但优点是基板的成本较低。此外，大孔口部31的孔口面积朝向第一表面111的背面变大，因而流动阻力减小，从而有利于墨供应。另一方面，在使用(110)基板的情况下，担心的是基板成本高，但优点在于可以制造小尺寸器件芯片，因为(110)基板可以沿图9B所示横截面方向垂直地形成。通过如第四示例性实施例中那样用各向异性湿法蚀刻形成大孔口部31，能够构造成使得台阶面33具有供沿着小孔口部32的角部爬升的粘接剂被捕获的大区域并且流路11不易阻塞。
现在描述第六示例性实施例。与第一示例性实施例中相似的部分由相同的附图标记或符号表示，并且省略其描述。主要给出与第一示例性实施例不同之处的描述。图10示出了根据本示例性实施例的保护基板21的剖视图和俯视图。在本示例性实施例中，如图10所示，在流路11中形成多个(图10中为两个)台阶面33。
形成多个台阶面33意味着存在供沿着角部爬升的粘接剂被捕获的多个部分。这种构造可以进一步防止粘接剂阻塞流路11。
本公开可以提供流路构件，能够防止粘接剂阻塞形成在基板中的流路；并且本公开可以提供使用该流路构件的液体喷射头。
虽然已参考示例性实施例描述了本公开，但应理解，本公开不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应给予最宽的解释，以涵盖所有变型以及等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种流路构件，包括：
第一基板，其中，从第一表面形成流路；和
第二基板，具有面向第一表面的第二表面，
其中，通过第一表面和第二表面之间的粘接剂使第一基板和第二基板彼此粘接，
其中，当从与第一表面正交的方向看时流路呈多边形，
其中，流路包括在第一表面侧的第一部分和与第一部分连通的第二部分，
其中，当从与第一表面正交的方向看时，第二部分的孔口面积大于第一部分的孔口面积，
其中，粘接剂存在于第一部分和第二部分之间的台阶面上以及多边形的角顶处。
2.根据权利要求1所述的流路构件，其中，当从与第一表面正交的方向看流路时，第二部分呈圆形。
3.根据权利要求1所述的流路构件，其中，在台阶面上形成朝向第二部分突出的突出部。
4.根据权利要求1所述的流路构件，
其中，在第一基板中形成多个第一部分，
其中，所述多个第一部分与一个第二部分连通。
5.根据权利要求1所述的流路构件，其中，第二部分的孔口面积朝向第一表面的背面变大。
6.根据权利要求1所述的流路构件，其中，形成有多个台阶面。
7.一种液体喷射头，包括：
喷射口基板，包括配置用于喷射液体的喷射口；和
流路构件，包括配置用于向喷射口供应液体的流路，
其中，流路构件包括：
第一基板，其中，从第一表面形成流路；和
第二基板，具有面向第一表面的第二表面，
其中，通过第一表面和第二表面之间的粘接剂把第一基板和第二基板彼此粘接来形成流路构件，
其中，当从与第一表面正交的方向看时流路呈多边形，
其中，流路包括在第一表面侧的第一部分和与第一部分连通的第二部分，
其中，当从与第一表面正交的方向看时，第二部分的孔口面积大于第一部分的孔口面积，
其中，粘接剂存在于第一部分和第二部分之间的台阶面上以及多边形的角顶处。
8.根据权利要求7所述的液体喷射头，
其中，第二基板还包括压电元件，压电元件配置成产生用于喷射液体的压力，
其中，第一基板还包括包围压电元件的凹部。
9.根据权利要求7所述的液体喷射头，其中，通过粘接剂把喷射口基板粘接到第二基板。
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