噴墨印頭的製作方法
2023-04-24 23:41:11
專利名稱：噴墨印頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種噴墨印頭(Inkjet print head)的製作方法，尤其是涉及一種以一體成型的方式製作墨腔層(Ink chamber layer)與振動層(vibrating layer)的噴墨印頭的製作方法。
背景技術：
近年來，在高科技產業的帶動下，所有電子相關產業無不蓬勃發展。以印表機為例，在短短幾年的時間內，列印技術已經從早期的撞針式列印及單色雷射列印，進步到目前的彩色噴墨列印及彩色雷射列印，甚至出現熱轉印列印等列印技術。
目前出現在市面上的噴墨印表機，大多採用熱泡式(thermal bubble)及壓電式(piezoelectric)的噴墨印頭，用來將墨水散布到紙張表面，而完成文字或圖案輸出的列印工作。其中，熱泡式列印技術是利用一加熱器(heater)將墨水瞬間氣化，因而產生高壓氣泡來推動墨水，將墨水由噴孔噴出。此外，壓電式列印技術是利用一因施加電壓而可產生形變的壓電材料(piezoelectric material)來瞬間擠壓位於墨水腔(ink chamber)內的墨水，將墨水由噴孔噴出。
圖1為已知的壓電式噴墨印頭的剖面示意圖。如圖1所示，壓電式噴墨印頭100主要是由一振動層110、一墨腔層120、一噴孔片(nozzle plate)130以及至少一致動組件(actuator)140(僅繪示其一)所構成。其中，墨腔層120是配置在振動層110與噴孔片130之間，且振動層110、墨腔層120及噴孔片130構成至少一墨水腔150(僅繪示其一)。致動組件140配置在振動層110上，且其位置對應墨水腔150的位置，致動組件140的功能用來直接或間接地提供瞬間推擠墨水的力量。此外，噴孔片130具有多個噴孔132(僅繪示其一)，並與墨水腔120連通，而噴孔132的功能是用來讓受到致動組件140瞬間擠壓的墨水由墨水腔150內噴出至噴墨印頭100外。
值得注意的是，由於已知的壓電式噴墨印頭100中振動層110及墨腔層120分別由單一材料層所製作而成，並用高溫共燒或黏著的方式來接合振動層110及墨腔層120。其中，當振動層110及墨腔層120的材料選用陶瓷時，就採用高溫共燒的方式將振動層110及墨腔層120接合。此外，當致動組件140中的壓電層(圖未示)其材料選用壓電陶瓷時，要對壓電層進行一燒結的步驟，以使壓電層具有壓電特性。故從上可知，當振動層110、墨腔層120以及壓電層的材料都是選用陶瓷時，通常會對振動層110、墨腔層120以及壓電層進行高溫共燒，以同時達到接合振動層110與墨腔層120以及使壓電層具備壓電特性目的。
然而，以高溫共燒的方式接合振動層110及墨腔層120，會因高溫共燒之後體積收縮率的不同，使得振動層110及墨腔層120之間的相對位置產生偏移，而造成配置在振動層110上的致動組件140與墨水腔150之間產生對位不準確的問題，導致噴墨印頭100的優良率下降，而降低噴墨印頭100的列印質量。
另外，以黏著的方式接合振動層110及墨腔層120，對於黏著膠的選擇、黏著參數以及黏著強度的要求度甚高，而且採用黏著的方式接合振動層110及墨腔層120，需要通過高精密度對位系統進行對位，以避免配置在振動層110上的致動組件140與墨水腔150之間產生對位不準確的問題，這樣會增加整個製作過程的複雜度。另外，由於墨水的組成成分主要包括染料(dye)或顏料(pigment)及溶劑(solvent)等，所以墨水十分容易侵蝕黏著膠，而使振動層110及墨腔層120之間產生縫隙，導致墨水由此縫隙處滲透(即產生漏墨的情形)，而降低噴墨印頭100的列印質量。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種噴墨印頭的製作方法，其在製造過程中以一體成型的方式製作噴墨印頭的墨腔層與振動層，用來提高墨腔層與振動層之間的接合性，並能有效解決已知的墨腔層與振動層間的滲透問題及降低噴墨印頭製作的複雜度。
本發明的另一目的是提供一種噴墨印頭的製作方法，以曝光、顯影及電鍍等方式製作一母模，用來在母模上以一體成型的方式製作噴墨印頭的墨腔層與振動層。
基於上述目的，本發明提出一種噴墨印頭的製作方法，首先提供一母模，母模具有數個開口，開口凹陷於母模的一表面，接著形成一材料層，材料層填滿這些開口，並覆蓋住母模具有這些開口的表面，其中填滿於這些開口的局部材料層構成一圖案化墨腔層，而覆蓋在母模的表面的局部材料層構成一振動層，接著將至少一致動組件連結在振動層上，然後移除母模，最後在墨腔層上配置一噴孔片，使振動層、圖案化墨腔層及噴孔片構成至少一墨水腔，其中噴孔片具有至少一噴孔，並與墨水腔相連通。
依照本發明的較佳實施例所述，上述母模的製作，是先提供一基材，接著在基材上形成一圖案化光阻層，以形成母模的開口。其中，形成圖案化光阻層的方法包括曝光及顯影，而基材例如是矽基材，圖案化光阻層的材料例如是環氧化物。
依照本發明的較佳實施例所述，上述母模的另一製作，是先提供一基材，接著在基材上形成一圖案化光阻層，然後在未覆蓋此圖案化光阻層的基材上形成一導體層，最後移除此圖案化光阻層，以形成母模的開口。其中，形成圖案化光阻層的方法包括曝光及顯影，而基材例如是矽基材或金屬基材，圖案化光阻層的材料例如是聚甲基丙烯酸甲酯(Poly methylmethacrylate，PMMA)。
此外，當基材選用金屬材料時，例如以電鍍的方式直接在基材上形成上述的導體層，而當基材選用非金屬材料(如矽基材)時，則在基材上形成圖案化光阻層之前，先形成一電鍍種子層(seed layer)，之後再例如以電鍍的方式在基材上形成上述的導體層。
依照本發明的較佳實施例所述，上述致動組件的製作，是在振動層上先形成一下電極層，之後在下電極層上形成一壓電層，最後在壓電極層上形成一上電極層。其中，連結致動組件與振動層的方式例如採用高溫燒結的方式。此外，壓電層的材料例如壓電陶瓷，而構成振動層及墨腔層的材料層的材料例如是陶瓷、高分子聚合物或金屬。當壓電層的材料選用壓電陶瓷時，要進一步進行一燒結壓電層的步驟，以使壓電層具有壓電特性。
本發明通過提供一母模，並在母模上以一體成型的方法製作噴墨印頭的墨腔層及振動層，由於墨腔層及振動層在製作過程中就一體成型，因此墨腔層與振動層之間的接合性佳，且能有效解決已知的墨腔層與振動層間的滲透問題及降低噴墨印頭製作的複雜度。
為讓本發明的上述和其它目的、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1是已知壓電式噴墨印頭的剖面示意圖；圖2A～2E是本發明的一較佳實施例的壓電式噴墨印頭的剖面流程圖；圖3A～3C是本發明的一較佳實施例的母模的剖面流程圖；圖4A～4E是本發明的另一較佳實施例的母模的剖面流程圖。
具體實施例方式
請依序參照圖2A～2E，圖2A～2E為本發明的一較佳實施例的壓電式噴墨印頭的剖面流程圖。如圖2A所示，先提供一母模200，母模200具有多個開口202，開口凹陷於母模200的一表面。接著，如圖2B所示，形成一材料層210，材料層210填滿這些開口202，並覆蓋住具有上述開口202的母模200表面。其中，填滿於這些開口202的部分材料層210構成一圖案化的墨腔層220，而覆蓋在母模200表面上的部分材料層210構成一振動層230。此外，構成上述的圖案化墨腔層220及振動層230的材料層210的材料例如是選用陶瓷、高分子聚合物或金屬。
如圖2C所示，接著將至少一致動組件240(本圖繪示四個)配置在振動層230上。此外，製作致動組件240的步驟，是先在振動層230上形成一下電極層242，之後在下電極層242上形成一壓電層244，最後在壓電層244上形成一上電極層246，而壓電層244的材料例如是選用壓電陶瓷。值得注意的是，若壓電層244的材料選用壓電陶瓷，就需進一步進行一燒結壓電層244的步驟以使壓電層244具有壓電特性(即施加電壓會對應產生形變的特性)。
如圖2D所示，接著將母模200移除，此時圖案化的墨腔層220即與振動層230一體成型。此外，母模200與前述材料層210的材料可選用密合性不高者為佳，用來順利移除母模200。另外，上述高溫燒結與脫膜的步驟並不局限其先後順序，若母模200與致動組件240以及前述材料層210先進行高溫燒結，再進行脫膜的步驟，母模200的材料則需選用耐熱性材料。
如圖2E所示，再移除母模200之後，接著在圖案化墨腔層220上配置一噴孔片250，以使振動層230、圖案化墨腔層220及噴孔片250構成至少一墨水腔260(本圖繪示四個)，其中噴孔片250具有至少一噴孔252(本圖繪示四個)，並與墨水腔260相連通，這樣就完成噴墨印頭的製作。因此，通過在上電極層246及下電極層242之間施加一電壓，使壓電層244受到一電壓差，而對應產生形變去瞬間推移振動層230，進而直接或間接地瞬間施壓墨水腔260內的墨水，使得部分接近噴孔252的墨水將從噴孔252噴出。
故從上述可得知，本發明是通過提供一母模，用來在母模上以一體成型的方式製作噴墨印頭中的墨腔層與振動層，而有關母模的製作，將在下文中詳細說明。
請依序參照圖3A～3C，圖3A～3C為本發明的一較佳實施例的母模的剖面流程圖。首先，如圖3A所示，提供一基材300，例如是矽基材。接著，如圖3B所示，在基材300上全面性形成一材料例如是環氧化物(epoxy)的光阻層310(Photo-Resist，PR)，並利用曝光(exposure)及顯影(development)等製作方法，將光阻310層圖案化，而形成多個開口312。
在本實施例中，在光阻層310上方配置一圖案化的光罩320進行曝光，其照射的光線例如是採用紫外光(UV-light)，且曝光光阻層310的局部區域後，例如使用負片型的顯像液，將光阻層310上的其餘未曝光區域去除，而形成多個開口312，用來填充如圖2B所示的材料層210，以一體形成的方式製成墨腔層220及振動層230。
請依序參照圖4A～4E，圖4A～4E為本發明的另一較佳實施例的母模的剖面流程圖。首先，如圖4A所示，提供一基材400，例如是矽基材或金屬基材。接著，如圖4B所示，在基材400上全面性形成一材料例如是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的光阻層410(PR)，並利用曝光及顯影等製作方法，將光阻層410圖案化。
在本實施例中，在光阻層410上方配置一圖案化的光罩420進行曝光，其照射的光線例如是採用X光(X-light)，且曝光光阻層410的局部區域後，例如使用負片型的顯像液，將光阻層410上的其餘未曝光區域去除。
如圖4D所示，在將光阻層410上的未曝光區域去除之後，接著在未覆蓋此圖案化光阻層410的基材400上形成一導體層430。值得注意的是，當基材400選用金屬材料時，例如以電鍍的方式直接在基材400上形成上述的導體層430，而當基材選用非金屬材料(如矽基材)時，則在基材400上形成圖案化光阻層410之前，先形成一電鍍種子層(seed layer)(圖未示出)在此基材400上，之後再例如以電鍍的方式在基材400上形成上述的導體層430。
最後，如圖4E所示，移除此圖案化光阻層410，以形成多個開口440，用來填充圖2B所示的材料層210，使一體形成墨腔層220及振動層230。
綜上所述，本發明的噴墨印頭的製作方法的主要特徵是在於提供一母模，並在母模上以一體成型的方式製作噴墨印頭的墨腔層及振動層。值得注意的是，由於以一體成型的方式製作噴墨印頭的墨腔層及振動層，所以墨腔層及振動層之間的接合性較佳，且不需如已知技術以高溫共燒或黏著的方式另行接合振動層及墨腔層，所以本發明的振動層及墨腔層間的相對位置即固定，這樣配置在振動層上的致動組件與墨水腔之間就不會發生對位不準確的問題。
此外，由於以一體成型的方式製作噴墨印頭的墨腔層及振動層，所以本發明噴墨印頭的製作方法將可簡單化，且振動層及墨腔層間不會產生縫隙，而發生漏墨的情形，可維持良好的列印質量。
另外，本發明是通過曝光、顯影及電鍍等方式製作一母模，用來在母模上以一體成型的方式製作噴墨印頭的墨腔層與振動層，且母模可重複使用，進而降低製作的成本。
雖然本發明已用一較佳實施例揭露如上，但其並非用以限定本發明，任何該領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許改動與潤飾，因此本發明的保護範圍應以權利要求書中所界定的範圍為準。
附圖標號說明100壓電式噴墨印頭110振動層120墨腔層130噴孔片132噴孔140致動組件150墨水腔200母模202開口210材料層
220墨腔層230振動層240致動組件242下電極層244壓電層246上電極層250噴孔片252噴孔260墨水腔300、400基材310、410光阻層312、440開口320、420光罩430導電層
權利要求
1.一種噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，包括下列步驟提供一母模，所述母模具有數個開口，所述開口凹陷於所述母模的一表面；形成一材料層，所述材料層填滿所述這些開口，並覆蓋住所述母模的具有這些開口的表面，其中填滿在所述這些開口內的局部所述材料層構成一圖案化墨腔層，而覆蓋在所述母模的具有這些開口的表面的局部材料層構成一振動層；在所述振動層上配置至少一致動組件；移除所述母模；以及在所述墨腔層的較遠離所述振動層的一面配置一噴孔片，以使所述振動層、所述圖案化墨腔層及所述噴孔片構成至少一墨水腔，其中所述噴孔片具有至少一噴孔，且所述噴孔與所述墨水腔相連通。
2.如權利要求1所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述母模的製作方法，包括下列步驟提供一基材；以及在所述基材上形成一圖案化光阻層，以形成所述這些開口。
3.如權利要求2所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，形成所述圖案化光阻層的方法包括曝光及顯影。
4.如權利要求2所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述基材包括矽基材。
5.如權利要求2所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述圖案化光阻層的材料包括環氧化物。
6.如權利要求1所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述母模的製作，包括下列步驟提供一基材；在所述基材上形成一圖案化光阻層；在未覆蓋所述圖案化光阻層的所述基材上形成一導體層；以及移除所述圖案化光阻層，以形成所述的這些開口。
7.如權利要求6所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述基材包括矽基材及金屬基材其中之一。
8.如權利要求6所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述圖案光阻層的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯。
9.如權利要求6所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，形成所述導體層的方式包括電鍍。
10.如權利要求6所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，在所述基材上形成所述圖案化光阻層的步驟之前，還包括用電鍍的方式形成一電鍍種子層在所述基材上。
11.如權利要求1所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述材料層的材料包括陶瓷、高分子聚合物及金屬其中之一。
12.如權利要求1所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述致動組件的製作，包括下列步驟在所述振動層上形成一下電極層；在所述下電極層上形成一壓電層；以及在所述壓電極層上形成一上電極層。
13.如權利要求12所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，所述壓電層的材料包括壓電陶瓷。
14.如權利要求13所述的噴墨印頭的製作方法，其特徵在於，在所述墨腔層的較遠離所述振動層的一面配置所述噴孔片的步驟之前，還包括對所述壓電層進行燒結。
全文摘要
一種噴墨印頭的製作方法，先提供一具有多個開口的母模，接著形成一材料層，材料層填滿這些開口，並覆蓋住具有這些開口的母模的表面，以一體成型的方式製作一墨腔層與一振動層。之後將至少一致動組件配置在振動層上，然後移除母模。最後在墨腔層上配置一噴孔片，以使振動層、墨腔層及噴孔片構成至少一墨水腔，其中噴孔片具有至少一噴孔，並與墨水腔相連通。通過一體成型的方式製作墨腔層及振動層，可以提高墨腔層與振動層之間的接合性，並簡化了製作過程。
文檔編號B41J2/16GK1611360SQ200310103
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月31日 優先權日2003年10月31日
發明者楊明勳, 蔡志昌 申請人:飛赫科技股份有限公司