專利名稱：壓電式噴墨頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨頭及其制造方法，尤其涉及一種壓電式噴墨頭及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用于計算機外設(shè)設(shè)備的噴墨打印頭的主要技術(shù)是壓電式噴墨印頭，壓電致動器是利用壓電陶瓷因施加電壓產(chǎn)生形變的機制，擠壓液體產(chǎn)生高壓而將液體噴出。由于壓電陶瓷具有反應(yīng)速度快并且容易控制液滴的大小等優(yōu)點，可以提升打印速度和品質(zhì)。
市面上的壓電式噴墨頭的壓電致動器制作方式不外乎是利用網(wǎng)印、薄帶、凝膠和電漿沉積等方式，其中薄帶技術(shù)是用刮刀成形方法，將具有壓電性質(zhì)的材料，按一定比例與玻璃粉體、有機黏結(jié)劑(Binder)、塑化劑(Plasticizer)及溶劑等混合調(diào)制成漿料(Slurry)，然后將此漿料利用刮刀(Doctor Blade)均勻涂抹在承載膜上，隨著溶劑的揮發(fā)，壓電材料粉體緊密堆積而形成生胚薄帶。然后經(jīng)過裁切、燒結(jié)并接上電極就形成單層的壓電致動器，由薄帶技術(shù)所制成的壓電結(jié)構(gòu)的尺寸較大，要用較高的電壓驅(qū)動，性質(zhì)準確程度較難控制。
網(wǎng)印技術(shù)成本低且相當成熟，目前在制造壓電式噴墨頭上的應(yīng)用仍然凌駕于溶膠凝膠法(Sol-Gel)和電漿沉積等薄膜技術(shù)。壓電式噴墨頭的網(wǎng)印制造方法是將上電極層、壓電層和下電極層依次印制在振動板上，不僅制造過程容易控制，也可以輕易達到所需的壓電層厚度。如電漿沉積或溶膠凝膠法等薄膜制造方法，所能達到的壓電薄膜厚度有限，用這些制造方法所制作的壓電致動器的位移量非常的微小。要使位移量符合壓電式噴墨頭的要求，壓電薄膜厚度需要達到數(shù)十微米，利用薄膜制造方法需要經(jīng)過許多次的堆疊，不符合經(jīng)濟效益。
雖然網(wǎng)印技術(shù)應(yīng)用于壓電式噴墨頭比其它技術(shù)有利，然而用網(wǎng)印制造方法制作較小線寬的壓電結(jié)構(gòu)時，將受到網(wǎng)印機臺精密度和網(wǎng)板精度等因素的限制，容易造成網(wǎng)印尺寸失真的情形。同時導電或壓電漿料的黏度控制也會影響印刷的品質(zhì)，進而改變了壓電結(jié)構(gòu)的壓電性質(zhì)。此外振動板厚度對于壓電結(jié)構(gòu)形變所導致的致動器位移量有相對的關(guān)系，當振動板厚度太厚時，將會使得致動器位移量不足，甚至無法達到將液滴噴出的壓力，以致于影響打印品質(zhì)，但是振動板厚度太薄時，其結(jié)構(gòu)強度又不足。有鑒于市場對打印品質(zhì)與噴墨分辨率的要求越來越高，如何改善網(wǎng)印品質(zhì)并且適當?shù)恼{(diào)整振動板的厚度，成為當前急需研究的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種壓電式噴墨頭及其制造方法，通過基材的凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)計來控制網(wǎng)印之后的圖案形狀，并且利用凹槽結(jié)構(gòu)來減少壓電致動區(qū)域的振動板厚度，來增加壓電致動量。
本發(fā)明的壓電式噴墨頭的制造方法，步驟包含有提供一基材，其上表面具有一個以上的凹槽；在基材上表面的凹槽底部形成下電極層；用網(wǎng)版印刷方式在下電極層表面印刷壓電層，壓電層容置在凹槽內(nèi)；燒結(jié)成型此壓電層；在壓電層表面形成上電極層；最后，在基材的下表面成型墨腔及噴孔片，其墨腔及噴孔片對應(yīng)于基材上表面的凹槽位置。其中電極層可以是銀、銀和鈀、金或鉑等導電材料，經(jīng)網(wǎng)印、薄帶、凝膠和電漿沉積等方法形成，壓電層則可以是任意壓電材料所調(diào)制的漿料經(jīng)印刷而成，如氧化鋅(ZnO)、鈦酸鉛(PbTiO3)或鋯鈦酸鉛(Pb(ZrxTi1-x)O3，PZT)等，電極層與壓電層的厚度依照不同需要加以調(diào)整?；氖怯脕碜鳛檎駝影?，其材料可以是氧化鋯、氧化鋁等陶瓷材料，硅、氧化硅、氮化硅等硅晶材料。此外，上述步驟中，還包含減薄基材的步驟，是將基材的整體厚度研磨至所需尺寸，由于壓電層是容置在凹槽內(nèi)，其壓電層下方的基材厚度可以有效降低從而增加壓電致動量，并且不影響整體的結(jié)構(gòu)強度。
配合上述方法，本發(fā)明還包含一種壓電式致動器，是以基材作為振動板，基材上表面具有一個以上的凹槽，在其凹槽底部形成下電極層，在下電極層表面則具有壓電層，壓電層表面則堆疊有上電極層。另外再在基材的下表面結(jié)合墨腔與噴孔片，須注意其墨腔及噴孔片對應(yīng)在基材上表面的凹槽位置，就形成壓電式噴墨頭。
為了對本發(fā)明的目的、構(gòu)造特征及其功能有進一步的了解，下面結(jié)合附圖詳細說明如下。


圖1A至圖1F為本發(fā)明第一實施例的制作流程示意圖；圖2為本發(fā)明第二實施例的示意圖；
圖3為本發(fā)明應(yīng)用例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所揭露的壓電式噴墨頭及其制造方法，是通過基材的凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)計來控制網(wǎng)印之后的圖案形狀，并配合網(wǎng)版印刷的方式來制作壓電層結(jié)構(gòu)，印刷一次就可以提供壓電層足夠厚度。
依次參考圖1A到圖1F，圖1A到圖1F為本發(fā)明第一實施例的制作流程示意圖。
如圖1A所示，首先，用蝕刻方式在基材100的上表面形成一個以上的凹槽110。其蝕刻方式可以是干式蝕刻、電漿蝕刻或濕式蝕刻等。
如圖1B所示，在凹槽110的底部沉積下電極層111。
如圖1C所示，用網(wǎng)版印刷方式在下電極層111表面印刷壓電層112，使壓電層112容置在凹槽110，由于表面張力的關(guān)系壓電層112的漿料會攤流形成拱型結(jié)構(gòu)，并且進行燒結(jié)來成型壓電層112。由于壓電層112的圖案形狀決定于基材100的凹槽110，所以只需要利用網(wǎng)板孔徑以及網(wǎng)板至基材的距離來控制壓電漿料的量，就可以調(diào)整壓電層112的厚度。
如圖1D所示，在壓電層112表面形成上電極層113。其上電極層113與下電極層111可以是銀、銀和鈀、金或鉑等導電材料，通過網(wǎng)印、薄帶、凝膠和電漿沉積等方法形成。
如圖1E所示，從基材100下表面減薄基材100厚度，將基材100的整體厚度研磨至所需尺寸。經(jīng)過此由基材100下表面減薄厚度的步驟，包含上電極層113、壓電層112和下電極層111的壓電致動區(qū)域下方的基材厚度將會減少并且不影響整體的結(jié)構(gòu)厚度，基材100的整體厚度約為525微米至550微米，而基材凹槽110處的厚度約為5至50微米。
如圖1F所示，最后，在基材100的下表面形成墨腔120及噴孔片130來組合成壓電式噴墨頭結(jié)構(gòu)，其墨腔120及噴孔片130需對應(yīng)于基材100上表面的凹槽110位置，凹槽110底部的表面由下而上依次為下電極層111、壓電層112和上電極層113。其墨腔120和噴孔片130可以利用厚膜堆疊的方式來制作，或是以直接蝕刻的方式制作在基材100上。
如圖2所示，其為本發(fā)明第二實施例的示意圖，在完成上電極層113、壓電層112和下電極層111所組成的壓電致動結(jié)構(gòu)之后，直接在基材100下表面的適當位置進行蝕刻來形成墨腔120，然后再另外與噴孔片130結(jié)合。
為了更詳細地說明本發(fā)明，如圖3所示，其為本發(fā)明應(yīng)用例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，是為壓電式噴墨頭的數(shù)組結(jié)構(gòu)，其噴墨頭是由流體結(jié)構(gòu)200和多個壓電式致動器所組成，流體結(jié)構(gòu)200包含有墨腔220與具有多個噴孔的噴孔片230，噴孔是一一連接于墨腔220，使流體進入墨腔220并通過壓電式致動器施予壓力，然后由噴孔流出。壓電式致動器的振動基材100與流體結(jié)構(gòu)200結(jié)合，對流入墨腔220的流體施壓，使其由噴孔流出。其中，壓電式致動器的振動基材100，其上表面具有一個以上的凹槽110，在凹槽110底部形成下電極層111，在下電極層111表面則具有壓電層112，壓電層112表面則堆疊有上電極層113。在此應(yīng)用例中，每一個壓電致動器是通過壓電層112所產(chǎn)生的機械形變，進而推動振動基材100來施壓給流入墨腔220的流體。
雖然本發(fā)明的較佳實施例揭露如上所述，然而其并非用來限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以作些適當?shù)母膭优c潤飾，因此本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所確定的范圍為準。
附圖標號說明100基材110凹槽111下電極層112壓電層113上電極層120墨腔130噴孔片200流體結(jié)構(gòu)220墨腔230噴孔片
權(quán)利要求
1.一種壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，步驟包含有提供一基材，所述基材的上表面具有一個以上的凹槽；在所述凹槽底部形成一下電極層；用網(wǎng)版印刷方式在所述下電極層表面印刷一壓電層，壓電層容置地所述凹槽內(nèi)；燒結(jié)成型所述壓電層；在所述壓電層表面形成一上電極層；及在所述基材的下表面成型一墨腔及一噴孔片，所述墨腔及所述噴孔片對應(yīng)于所述基材上表面的凹槽位置。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，所述以網(wǎng)版印刷方式在所述下電極層表面印刷一壓電層的步驟，是選取一壓電材料所調(diào)制的漿料來印刷所述壓電層。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，所述壓電材料是選自氧化鋅(ZnO)、鈦酸鉛(PbTiO3)及鋯鈦酸鉛(Pb(ZrxTi1-x)O3，PZT)其中之一。
4.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，所述基材凹槽處的厚度約為5至50微米。
5.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，所述方法還包含一減薄所述基材的步驟，以將所述基材的厚度研磨至所需尺寸。
6.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，在所述基材的下表面成型一墨腔及一噴孔片的步驟，是用厚膜堆疊方式來制作所述墨腔與所述噴孔片并結(jié)合在所述基材的下表面。
7.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，在所述基材的下表面成型一墨腔及一噴孔片的步驟，是用蝕刻方式在基材的下表面制作所述墨腔與所述噴孔片。
8.一種壓電式噴墨頭，其特征在于，包含有一壓電式致動器，包含一振動板，所述振動板上表面具有一個以上的凹槽，在所述凹槽底部具有一下電極層，在所述下電極層表面則具有一壓電層，在所述壓電層表面則堆疊有上電極層；一流體結(jié)構(gòu)，是結(jié)合在所述壓電式致動器的下表面，所述流體結(jié)構(gòu)包含有一個以上墨腔與一個以上噴孔，所述墨腔與所述噴孔片是對應(yīng)于所述凹槽位置，噴孔連接于墨腔，所述墨腔是用來容置流體，所述壓電式致動器的振動板是與流體結(jié)構(gòu)結(jié)合，來對流入墨腔的流體施壓，使流體由噴孔流出。
9.如權(quán)利要求8所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，所述以網(wǎng)版印刷方式在所述下電極層表面印刷一壓電層的步驟，選取一壓電材料所調(diào)制的漿料來印刷所述壓電層。
10.如權(quán)利要求9所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，所述壓電材料是選自氧化鋅(ZnO)、鈦酸鉛(PbTiO3)及鋯鈦酸鉛(Pb(ZrxTi1-x)O3，PZT)其中之一。
11.如權(quán)利要求8所述的壓電式噴墨頭的制造方法，其特征在于，所述基材凹槽處的厚度約為5至50微米。
全文摘要
一種壓電式噴墨頭及其制造方法，是在具有凹槽的基材上，形成壓電致動結(jié)構(gòu)，首先在基材的凹槽底部形成下電極層，用網(wǎng)版印刷方式在下電極層表面印刷壓電層，壓電層容置在凹槽內(nèi)，再在壓電層表面制作上電極層，通過基材的凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)計來控制網(wǎng)印之后的壓電層圖案形狀，并且可以利用凹槽結(jié)構(gòu)來減少壓電致動區(qū)域的振動板厚度，來增加壓電致動量。
文檔編號B41J2/16GK1611361SQ200310103
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者陳志明, 蔡志昌 申請人:飛赫科技股份有限公司