TWI231272B - Process of manufacturing piezoelectric inkjet head - Google Patents

Description

A7 B7 1231272_/〇〇8 五、發明說明（丨） 本發明是關於一種壓電噴墨頭的製造方法，特別是關 於一種利用曝光顯影技術來製作壓電噴墨頭之墨腔與噴嘴 的方法。 傳統噴墨列印技術之主要運作原理分爲兩類：熱泡式 (Thermal bubble)噴墨列印技術及壓電式(piezoelectric)噴墨 列印技術。熱泡式噴墨列印技術乃利用加熱器將墨水瞬間 氣化，產生高壓氣泡推動墨水由噴嘴射出；此型由於製造 成本低，業己由HP及CANON成功地商業化，產生世界 上非常大的噴墨印表機市埸；但由於其高溫氣化之運作原 理使得適用墨水（主要是水系溶劑）之選擇性低，因而衍伸 之應用領域有限。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 壓電式噴墨列印技術係利用壓電致動片因施加電壓產 生形變’擠壓液體產生高壓而將液體噴出。相對於熱泡式 噴墨列印技術，壓電式噴墨列印技術具有下列優點：壓電 式噴墨列印技術之墨水不會因爲高溫氣化產生化學變化， 影響顏色品質之狀況；且由於不需使用反覆高熱應力，故 具有極佳的耐久性。壓電式噴墨列印技術所使用之壓電陶 瓷反應速度快，可提升列印速度，而熱泡式噴墨列印技術 則會受到熱傳導速度之限制。壓電式噴墨列印技術容易控 制液滴之大小，可提升列印品質。 第1A圖爲習知一個傳統壓電式噴墨頭之側面結構 圖。傳統壓電噴墨頭的製造流程是利用陶瓷厚膜(thick film) 製程形成具有上電極層11a、壓電致動片層12a、下電極 層Ub和上壁保護層12b(ceramic)的壓電致動片 3 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公》) _ A7 B7 1231272 6395twf.doc/008 五、發明說明（>) (actuator)、墨腔壁13、與墨腔底膜14等陶瓷厚膜生胚（green tape)，再依照一定順序將不同層的陶瓷厚膜生胚壓合黏著 在一起之後進行陶瓷結構燒結。例如EPSON公司所生產 之壓電式噴墨頭。 第1B圖爲該傳統壓電式噴墨頭之俯視結構圖。該圖 §兌明一種傳統噴墨頭之透明俯視圖，其中墨水腔17爲唷 墨頭之墨水儲存區，其儲存了自進墨口 15吸取至墨水腔π 之墨水，墨水腔17中之墨水可以藉由壓電致動片層之變 形，將墨水由出墨口 16噴出。 在上述方法中，由於噴墨頭製程中所有的元件結構均 利用陶瓷厚膜製程分別製造完成之後，再進行對位壓合黏 結。由於噴墨頭的尺寸相當小，要求的精密度非常高，因 此這種對位壓合組裝非常不容易，致使不良率提升，並增 加製程時間和製造成本。 而且在對位壓合組裝完畢之後必須進行陶瓷結構的燒 結，由於噴墨頭的結構複雜，在燒結的時候往往會因爲陶 瓷收縮不均勻而造成應力破壞，因此產品的良率很低。 本發明的目的是提供一種直接對位成形的方法來取代 上述利用陶瓷厚I吴壓合黏結的方法，並去除上述陶瓷結構 燒結的步驟。以解決組裝不易及燒結所造成的應力破壞問 題，使得產品良率提升，簡化製程並降低製作成本。 根據本發明之上述目的，提出一種壓電噴墨頭之製 程，首先提供在基底上形成多個金屬上電極。接著於基底 與金屬上電極之上形成壓電致動片層，然後於壓電致動片 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） II訂·！丨丨丨丨-* (請先閱讀背面之注意事項、寫本頁) 丨f—»1裝 爭項再填寫太 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1231272 6395twf.doc/008 五、發明說明（i) 層上形成金屬下電極。接著，形成第一感光性高分子膜於 具有上下電極層的壓電致動片層之上，並定義出墨腔壁圖 案，而形成多個墨腔壁。最後，形成第二感光性高分子膜 於墨腔壁之上，並定義出多個進出墨口圖案，而形成墨腔 底膜，以製得一體成形之壓電噴墨頭，而達到提升成品的 良率、降低製程之時間與製作成本之目的。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明 第1A圖繪示一種傳統壓電式噴墨頭之側面結構示意 圖。 第1B圖繪示一種傳統壓電式噴墨頭之俯視結構示意 圖。 第2圖至第6圖繪示一種依照本發明之一較佳實施例 的壓電噴墨頭之製程結構示意圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第7圖繪示一種依照本發明之一較佳實施例的壓電噴 墨頭之俯視結構示意圖 圖式之標記說明 11a，21a :上電極 11 b、21 b :下電極 12a、22a :壓電致動片層 12b :上壁保護層 13，23 :墨腔壁 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 1231272 五、發明說明（4 ) 14，24 :墨腔底膜 15，25 :進墨口 16，26 :出墨口 17，27 :墨水腔 28 :進出墨口 20 :基底 實施例 第2圖至第6圖繪示一種依照本發明之一較佳實施例 的壓電噴墨頭之製程結構圖。參照第2圖所示，首先’提 供基底20(如矽晶片或陶瓷片），再於所提供的基底20上’ 利用網版印刷的方式，形成多個上電極21a(參照第3圖所 示）。其中上電極21a之材質包括銅（Cu)、金（Au)、銀 (Ag)、鉑（Pt)、鈀（Pd)、其合金或其他導電材料’又’ 上電極21a之形狀、數量與尺寸皆視所欲形成之噴墨頭需 求而有所變化。 另外也可以利用物理氣相沈積法（Physical Vapor Deposition)化學氣相沈積法或化學鍍膜方式，其中物理 氣相沈積法包括濺鍍（Sputter)或蒸鍍（Evaporator)，而 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 化學鍍膜方式包括電鏟或無電鍍。在所提供的基底20上， 形成一層金屬層（該金屬層材質包括銅、金、銀、舶或鈀） 並移除部分金屬層以形成多個上電極21a (參照第3圖所 示），又，上電極21a之形狀、數量與尺寸皆視所欲形成 之噴墨頭需求而有所變化。 接著，參照第4圖所示，在基底20與上電極21a之 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1231272 A7 B7 6395twf.doc/008 五、發明說明（ο 上，形成壓電致動片層22。壓電致動片層22的形成方式 包括利用傳統薄膜旋塗法、網版印刷或括刀成形（Doctor Blading) ’又壓電致動片層22之材質包括陶瓷壓電材料或 壓電高分子。其中壓電高分子包括聚二氟乙烯 (Poly(Vinylidene Fluoride)，PVDF )。陶瓷壓電材料包 括鉛銷鈦摻合物(lead zirconate titanate j PZT) ° 於壓電致動片層22上，利用與上電極21a相同之形 成方式，形成多個下電極21b(參照第3圖所示），下電極21b 之材質包括銅、金、銀、鉛、鈀、其合金或其他導電材料， 下電極21b的形狀、數量與尺寸可與上電極21a的形狀、 數量與尺寸相對應或不同。 接著’參照第5圖所示，形成第一感光性高分子於壓 電致動片層22與下電極21b之上，之後利用曝光顯影的 方式，在第一感光性高分子中形成具多個墨水腔之墨腔壁 23。其中第一感光性高分子膜在曝光前之厚度包括l〇//m 至1000//m左右。每一個墨水腔圖案均爲一個墨水腔27， 每個墨水腔27之底部分別圍繞著一個下電極21b、一個上 電極21a及部分壓電致動片層22，墨水腔27之四周邊壁 爲部份墨腔壁23所構成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著’參照第6圖所示，形成第二感光性高分子薄膜 於墨腔壁23之上，之後利用曝光顯影的方式或是雷射加 工的方式，於第二感光性高分子薄膜上形成具有多個進墨 口 25和多個出墨口 26之墨腔底膜24。其中每一個進墨口 25之口徑範圍包括50//m至1000//m左右，而每一個出 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐) 1231272 A7 6395twf.doc/008 ___________B7______ 五、發明說明（6) 墨口 26之口徑範圍則包括10# m至100//m左右。 最後，參照第7圖所示，其繪示本發明之一較佳實施 例的壓電噴墨頭之俯視結構示意圖。每一個墨水腔27之 頂部均由包括有一個進墨口 25與一個出墨口 26之部份墨 腔底膜24所構成。 另外在本發明中所使用之感光性高分子膜之材質包括 乾膜光阻、液態光阻、正光阻、負光阻、感光性之聚醯亞 胺（Polyimide)或感光性之環氧樹脂（Epoxy)。其中乾膜 光阻包括有一層保護膜、10// m至200/z m之感光性高分 子層與一層底膜。使用時，先去除底膜後，再將乾膜光阻 之具有感光性高分子層之一側貼附於基底30或墨腔底膜 24之上。之後，利用一 UV光進行曝光後剝除保護膜，並 顯影形成所需的圖案，而完成感光性高分子膜之製備。 另外液態光阻爲具有「可流動性」之液態感光性高分 子劑，利用塗佈方式形成於基底30或墨腔底膜24之上， 之後利用一 UV光源進行顯影並顯影形成所需圖案，完成 感光性高分子膜之製備。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由上述本發明較佳實施例可知，本發明具有以下之特 徵：在完成壓電致動片層製備後，墨腔壁、墨腔底膜等製 程都可以利用感光性高分子以曝光顯影的方式逐一製得一 體成形之噴墨頭，其製程時間將比傳統之製程時間迅速， 且所使用之設備成本與人力成本將會明顯的降低，而成品 的良率亦能有所提升。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公釐) ' 一 1231272 A7 6395tWf-d〇C/〇Q8_E_ 五、發明說明) 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 π裝--------訂---------. (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. B8 C8 D8 1231272 6395twf.doc/008 六、申請專利範圍 1· 一種壓電噴墨頭之製程，包括下列步驟： 於一基底上形成複數個上電極； 於該基底與該些上電極之上形成一壓電致動片層； 於該壓電致動片層之上形成複數個下電極； 於該些下電極與該壓電致動片層之上形成一第一感光 性高分子膜； 移除部分該第一感光性高分子膜，以形成一墨腔壁， 且該墨腔壁包括有複數個墨水腔，該些墨水腔之一分別圍 繞該些下電極之一與該些上電極之一·， 於該墨腔壁上形成一第二感光性高分子膜；以及 移除部分該第二感光性高分子膜，以形成一墨腔底 膜，該墨腔底膜具有複數個進墨口與複數個出墨□，且該 些進墨口之一與該些出墨口之一分別對應該些墨水腔之 -- 〇 2·如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該些上電極和該些下電極之形成方法包括使用網版印 刷。 3.如申請專利範圍第丨項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該上電極之材質包括銅、金、銀、鉑、絶或其合=六 者之一。 一口 4·如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該些上電極之形成方法包括： ~ 於該基底上形成一金屬膜； 移除部分該金屬膜。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I — I I I 訂-I I I I I I I - I 經濟部智慧財蓋局員工消費合作社邱製 適 度 尺 張 紙 本 格 規 4 )A S) N (C 準 標 10 1231272 A8 B8 6395twf.doc/008 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第4項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該金屬膜之形成方法包括一物理氣相沈積法。 6. 如申請專利範圍第5項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該物理氣相沈積法包括濺鑛或蒸鍍。 7. 如申請專利範圍第4項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該金屬膜之形成方法包括化學氣相沈積法。 8. 如申請專利範圍第4項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該金屬膜之形成方法包括電鍍或無電鍍。 9. 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該壓電致動片層之形成方法包括使用溶液旋轉塗佈 法。 10. 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該壓電致動片層之材質包括聚二氟乙烯。 11. 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該壓電致動片層之材質包括鉛锆鈦摻合物。 12. 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該些墨水腔之形成方法包括使用曝光顯影法。 13. 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該第一感光性高分子膜之材質包括乾膜光阻、液態光 阻、正光阻、負光阻、感光性之聚醯亞胺或感光性之環氧 樹脂六者之一。 14. 如申請專利範圍第9項所述之壓電式噴墨頭之製 程，其中該第一感光性高分子膜在曝光前之厚度包括1〇μ m至1000// m左右。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---I-----線j 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1231272 6395twf.doc/008 Qg 六、申請專利範圍 15·如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該第二感光性高分子膜之材質包括乾膜光阻、液態光 阻、正光阻、負光阻、感光性之聚醯亞胺或感光性之環氧 樹脂六者之一。 16. 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該些進墨口與該些出墨口之形成方法包括使用曝光顯 影法。 17. 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該些進墨口之一的口徑範圍包括10 //m至500 //m左 右。 1 8 ·如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭之製程， 其中該些出墨口之一的口徑範圍包括10# m至200//m左 右。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)