專利名稱：壓電式噴墨頭及其制造方法
技術領域：
本發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：
目前應用于計算機外設設備的噴墨打印頭的主要技術是壓電式噴墨印頭，壓電致動器是利用壓電陶瓷因施加電壓產生形變的機制，擠壓液體產生高壓而將液體噴出。由于壓電陶瓷具有反應速度快并且容易控制液滴的大小等優點，可以提升打印速度和品質。
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印、薄帶、凝膠和電漿沉積等方式，其中薄帶技術是用刮刀成形方法，將具有壓電性質的材料，按一定比例與玻璃粉體、有機黏結劑(Binder)、塑化劑(Plasticizer)及溶劑等混合調制成漿料(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，壓電材料粉體緊密堆積而形成生胚薄帶。然后經過裁切、燒結并接上電極就形成單層的壓電致動器，由薄帶技術所制成的壓電結構的尺寸較大，要用較高的電壓驅動，性質準確程度較難控制。
網印技術成本低且相當成熟，目前在制造壓電式噴墨頭上的應用仍然凌駕于溶膠凝膠法(Sol-Gel)和電漿沉積等薄膜技術。壓電式噴墨頭的網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十微米，利用薄膜制造方法需要經過許多次的堆疊，不符合經濟效益。
雖然網印技術應用于壓電式噴墨頭比其它技術有利，然而用網印制造方法制作較小線寬的壓電結構時，將受到網印機臺精密度和網板精度等因素的限制，容易造成網印尺寸失真的情形。同時導電或壓電漿料的黏度控制也會影響印刷的品質，進而改變了壓電結構的壓電性質。此外振動板厚度對于壓電結構形變所導致的致動器位移量有相對的關系，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，但是振動板厚度太薄時，其結構強度又不足。有鑒于市場對打印品質與噴墨分辨率的要求越來越高，如何改善網印品質并且適當的調整振動板的厚度，成為當前急需研究的重要課題。
發明內容
鑒于現有技術的缺點，本發明提供一種壓電式噴墨頭及其制造方法，通過基材的凹槽結構設計來控制網印之后的圖案形狀，并且利用凹槽結構來減少壓電致動區域的振動板厚度，來增加壓電致動量。
本發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；燒結成型此壓電層；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，經網印、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制的漿料經印刷而成，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整。基材是用來作為振動板，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，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構強度。
配合上述方法，本發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合墨腔與噴孔片，須注意其墨腔及噴孔片對應在基材上表面的凹槽位置，就形成壓電式噴墨頭。
為了對本發明的目的、構造特征及其功能有進一步的了解，下面結合附圖詳細說明如下。
圖1A至圖1F為本發明第一實施例的制作流程示意圖；圖2為本發明第二實施例的示意圖；
圖3為本發明應用例的剖面結構示意圖。
具體實施例方式
本發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構設計來控制網印之后的圖案形狀，并配合網版印刷的方式來制作壓電層結構，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，由于表面張力的關系壓電層112的漿料會攤流形成拱型結構，并且進行燒結來成型壓電層112。由于壓電層112的圖案形狀決定于基材100的凹槽110，所以只需要利用網板孔徑以及網板至基材的距離來控制壓電漿料的量，就可以調整壓電層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的壓電致動區域下方的基材厚度將會減少并且不影響整體的結構厚度，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構，其墨腔120及噴孔片130需對應于基材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構之后，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結合。
為了更詳細地說明本發明，如圖3所示，其為本發明應用例的剖面結構示意圖，是為壓電式噴墨頭的數組結構，其噴墨頭是由流體結構200和多個壓電式致動器所組成，流體結構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與流體結構200結合，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。在此應用例中，每一個壓電致動器是通過壓電層112所產生的機械形變，進而推動振動基材100來施壓給流入墨腔220的流體。
雖然本發明的較佳實施例揭露如上所述，然而其并非用來限定本發明的范圍，任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以作些適當的改動與潤飾，因此本發明的專利保護范圍應以權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流體結構220墨腔230噴孔片
權利要求
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；燒結成型所述壓電層；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于所述基材上表面的凹槽位置。
2.如權利要求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制的漿料來印刷所述壓電層。
3.如權利要求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合在所述基材的下表面。
7.如權利要求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；一流體結構，是結合在所述壓電式致動器的下表面，所述流體結構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構結合，來對流入墨腔的流體施壓，使流體由噴孔流出。
9.如權利要求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制的漿料來印刷所述壓電層。
10.如權利要求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，形成壓電致動結構，首先在基材的凹槽底部形成下電極層，用網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，再在壓電層表面制作上電極層，通過基材的凹槽結構設計來控制網印之后的壓電層圖案形狀，并且可以利用凹槽結構來減少壓電致動區域的振動板厚度，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 優先權日2003年10月31日
發明者陳志明, 蔡志昌 申請人:飛赫科技股份有限公司