[发明专利]液滴沉积装置及用于制造该装置的方法

说明书

本发明涉及液滴沉积装置(droplet deposition apparatus)及用于制造这种液滴沉积装置的方法。其在用于制造喷墨印刷头的方法中可发现特别有益的应用，其中该制造喷墨印刷头的方法涉及在具有多个室的装置上使用激光消融。

典型的液滴沉积装置结构涉及流体室的阵列，每个室设置有相应的孔，在装置的使用期间流体被强制以液滴形式通过该孔。

多种可选的流体可通过这样的装置来沉积：在喷墨印刷应用中油墨的液滴可移至例如纸张或其它基底以形成图像；可选地，流体的液滴可被用于构建结构，例如电力激活的流体可沉积在基底诸如电路板上以实现电气装置的原型设计。

为了实现这种液滴沉积，装置可设置有电力可致动设备，诸如一个或多个电阻元件，其可引起室中的流体根据所施加的电压而迅速加热，或者电致伸缩元件诸如压电构件，其可根据所施加的电压而变形以将力施加到室中的液体。因此，电力可致动设备可增加给定的流体室的内部的压力且因此引起流体液滴穿过相应的孔而释放。电力可致动设备通常可以例如通过电极系统而电连接到控制电路，以便可控制来自所述阵列的液滴沉积。

时常，电力可致动设备的一部分与用于这种设备的电连接一起可与室阵列紧密地偶合，并且实际上，可提供室的壁的一部分，尤其是当电力可致动设备包括电致伸缩元件诸如压电构件时。电连接件可例如通过布置在由电镀和图案化(patterning)电极层产生的内表面上而类似地形成室壁的一部分。

为了提供在高分辨率下可操作以使滴沉积的液滴沉积装置，可能希望提供具有非常精细间隔的室的阵列，这相应地需要用于室的孔以类似的精细间隔来布置。另外，为使由所有室产生的液滴均具有一致的所希望的大小，可能希望用于室的孔以高精度来形成。

为了提供这些要求，液滴沉积装置的制造可以涉及使用一个或多个辐射束(诸如由高功率激光产生的那些辐射束)以通过消融而形成用于室的孔。室可通过多种制造方法来形成，诸如影印石版术、湿法蚀刻或干法蚀刻，或机械加工，例如利用嵌有金刚石的刀片锯开。

在一些结构中，室将主要形成于一个部件的面中，喷嘴板部件被附接到所述部件以封住室。所述部件可以是例如致动部件，并且可设置有通向流体供给部的一个或多个连接。喷嘴板部件然后可由以下材料形成或包括以下材料：该材料加速喷嘴的形成；例如，可容易地被消融的聚合材料可被用于要形成喷嘴的区域。

利用这样的结构，可以在将喷嘴板部件附接到承载有室的部件之前或之后在喷嘴板部件中形成喷嘴。然而，已发现，使预先形成的喷嘴与室对齐是复杂的，并且更重要地，通常不如用于形成喷嘴的过程那么准确。发现，这在通过激光消融以高精度形成喷嘴的情况下尤其如此。因为这一原因，通常优选的是在将喷嘴板部件附接之后进行喷嘴的形成。在将喷嘴板部件附接之后进行的喷嘴形成还可能因为喷嘴板部件在被附接到其它部件时所增加的机械和热稳定性而是优选的。

而且，在不包括喷嘴板部件的其它结构中，由于喷嘴形成过程的高精度，尽管如此，通常发现在装置的组装的后期进行喷嘴形成是有利的。

更通常地，在组装的后期在装置中形成喷嘴降低了由例如结合材料而导致的喷嘴的污染或堵塞的风险。

由液滴沉积装置的制造而产生的共同的问题确是，阵列内中的某些室在使用期间是有缺陷的或不能操作的，这是因为其不能产生希望大小的液滴或者根本不能产生液滴。如果装置中存在太多这样缺陷的室，则可能必须放弃该装置，从而降低了总体制造过程的效率。实际上，可接受的这样缺陷的室的数目通常是非常小的，且因此总体过程的效率对这样的缺陷可能是非常敏感的。而且，鉴于原材料的相当大的花费及该过程的复杂性，制造效率的任何降低将是代价高的。

申请人已发现，某些种类的缺陷可能至少部分地在用于室的孔的消融期间产生。

图1(a)、(b)、(c)和(d)显示了经受这样的消融过程的示例性装置的横截面图。图1(a)显示了消融步骤之前的装置；示例性装置设置有以阵列方式并列布置的多个流体室(10)，及以相应的多个压电构件(11)形式的电力可致动设备，所述相应的多个压电构件(11)被布置为分离室的阵列(10)的壁。压电构件(11)通过由覆盖每个室的内部的图案化的金属镀层形成的电极系统(12)来提供电连接。在示例性结构中，板形状的孔构件(13)接触这些壁的顶表面，并且板形状的支撑构件(14)接触底表面。

如图1(b)中所示，辐射束(30)对准装置的顶表面，且因此接触室(10)上方的孔构件(13)的顶表面。随着开孔穿过孔构件(13)形成，材料随后消融，使得直接在束(30)的接触点下方提供用于室(10)的孔(16)。