CN1308147C

CN1308147C - 喷墨印头的制作方法

Info

Publication number: CN1308147C
Application number: CNB2003101036125A
Authority: CN
Inventors: 杨明勋; 蔡志昌
Original assignee: Feihe Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Cape universal Polytron Technologies Inc
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: CN1611360A

Abstract

一种喷墨印头的制作方法，先提供一具有多个开口的母模，接着形成一材料层，材料层填满这些开口，并覆盖住具有这些开口的母模的表面，以一体成型的方式制作一墨腔层与一振动层。之后将至少一致动组件配置在振动层上，然后移除母模。最后在墨腔层上配置一喷嘴片，以使振动层、墨腔层及喷嘴片构成至少一墨水腔，其中喷嘴片具有至少一喷嘴，并与墨水腔相连通。通过一体成型的方式制作墨腔层及振动层，可以提高墨腔层与振动层之间的接合性，并简化了制作过程。

Description

喷墨印头的制作方法

技术领域

本发明涉及一种喷墨印头(Inkjet print head)的制作方法，尤其是涉及一种以一体成型的方式制作墨腔层(Ink chamber layer)与振动层(vibrating layer)的喷墨印头的制作方法。

背景技术

近年来，在高科技产业的带动下，所有电子相关产业无不蓬勃发展。以打印机为例，在短短几年的时间内，打印技术已经从早期的撞针式打印及单色雷射打印，进步到目前的彩色喷墨打印及彩色雷射打印，甚至出现热转印打印等打印技术。

目前出现在市面上的喷墨打印机，大多采用热泡式(thermal bubble)及压电式(piezoelectric)的喷墨印头，用来将墨水散布到纸张表面，而完成文字或图案输出的打印工作。其中，热泡式打印技术是利用一加热器(heater)将墨水瞬间气化，因而产生高压气泡来推动墨水，将墨水由喷嘴喷出。此外，压电式打印技术是利用一因施加电压而可产生形变的压电材料(piezoelectric material)来瞬间挤压位于墨水腔(ink chamber)内的墨水，将墨水由喷嘴喷出。

图1为已知的压电式喷墨印头的剖面示意图。如图1所示，压电式喷墨印头100主要是由一振动层110、一墨腔层120、一喷嘴片(nozzle plate)130以及至少一致动组件(actuator)140(仅绘示其一)所构成。其中，墨腔层120是配置在振动层110与喷嘴片130之间，且振动层110、墨腔层120及喷嘴片130构成至少一墨水腔150(仅绘示其一)。致动组件140配置在振动层110上，且其位置对应墨水腔150的位置，致动组件140的功能用来直接或间接地提供瞬间推挤墨水的力量。此外，喷嘴片130具有多个喷嘴132(仅绘示其一)，并与墨水腔120连通，而喷嘴132的功能是用来让受到致动组件140瞬间挤压的墨水由墨水腔150内喷出至喷墨印头100外。

值得注意的是，由于已知的压电式喷墨印头100中振动层110及墨腔层120分别由单一材料层所制作而成，并用高温共烧或黏着的方式来接合振动层110及墨腔层120。其中，当振动层110及墨腔层120的材料选用陶瓷时，就采用高温共烧的方式将振动层110及墨腔层120接合。此外，当致动组件140中的压电层(图未示)其材料选用压电陶瓷时，要对压电层进行一烧结的步骤，以使压电层具有压电特性。故从上可知，当振动层110、墨腔层120以及压电层的材料都是选用陶瓷时，通常会对振动层110、墨腔层120以及压电层进行高温共烧，以同时达到接合振动层110与墨腔层120以及使压电层具备压电特性目的。

然而，以高温共烧的方式接合振动层110及墨腔层120，会因高温共烧之后体积收缩率的不同，使得振动层110及墨腔层120之间的相对位置产生偏移，而造成配置在振动层110上的致动组件140与墨水腔150之间产生对位不准确的问题，导致喷墨印头100的优良率下降，而降低喷墨印头100的打印质量。

另外，以黏着的方式接合振动层110及墨腔层120，对于黏着胶的选择、黏着参数以及黏着强度的要求度甚高，而且采用黏着的方式接合振动层110及墨腔层120，需要通过高精密度对位系统进行对位，以避免配置在振动层110上的致动组件140与墨水腔150之间产生对位不准确的问题，这样会增加整个制作过程的复杂度。另外，由于墨水的组成成分主要包括染料(dye)或颜料(pigment)及溶剂(solvent)等，所以墨水十分容易侵蚀黏着胶，而使振动层110及墨腔层120之间产生缝隙，导致墨水由此缝隙处渗透(即产生漏墨的情形)，而降低喷墨印头100的打印质量。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种喷墨印头的制作方法，其在制造过程中以一体成型的方式制作喷墨印头的墨腔层与振动层，用来提高墨腔层与振动层之间的接合性，并能有效解决已知的墨腔层与振动层间的渗透问题及降低喷墨印头制作的复杂度。

本发明的另一目的是提供一种喷墨印头的制作方法，以曝光、显影及电镀等方式制作一母模，用来在母模上以一体成型的方式制作喷墨印头的墨腔层与振动层。

基于上述目的，本发明提出一种喷墨印头的制作方法，首先提供一母模，母模具有数个开口，开口凹陷于母模的一表面，接着形成一材料层，材料层填满这些开口，并覆盖住母模具有这些开口的表面，其中填满于这些开口的局部材料层构成一图案化墨腔层，而覆盖在母模的表面的局部材料层构成一振动层，接着将至少一致动组件连结在振动层上，然后移除母模，最后在墨腔层上配置一喷嘴片，使振动层、图案化墨腔层及喷嘴片构成至少一墨水腔，其中喷嘴片具有至少一喷嘴，并与墨水腔相连通。

依照本发明的较佳实施例所述，上述母模的制作，是先提供一基材，接着在基材上形成一图案化光阻层，以形成母模的开口。其中，形成图案化光阻层的方法包括曝光及显影，而基材例如是硅基材，图案化光阻层的材料例如是环氧化物。

依照本发明的较佳实施例所述，上述母模的另一制作，是先提供一基材，接着在基材上形成一图案化光阻层，然后在未覆盖此图案化光阻层的基材上形成一导体层，最后移除此图案化光阻层，以形成母模的开口。其中，形成图案化光阻层的方法包括曝光及显影，而基材例如是硅基材或金属基材，图案化光阻层的材料例如是聚甲基丙烯酸甲酯(Poly methylmethacrylate，PMMA)。

此外，当基材选用金属材料时，例如以电镀的方式直接在基材上形成上述的导体层，而当基材选用非金属材料(如硅基材)时，则在基材上形成图案化光阻层之前，先形成一电镀种子层(seed layer)，之后再例如以电镀的方式在基材上形成上述的导体层。

依照本发明的较佳实施例所述，上述致动组件的制作，是在振动层上先形成一下电极层，之后在下电极层上形成一压电层，最后在压电极层上形成一上电极层。其中，连结致动组件与振动层的方式例如采用高温烧结的方式。此外，压电层的材料例如压电陶瓷，而构成振动层及墨腔层的材料层的材料例如是陶瓷、高分子聚合物或金属。当压电层的材料选用压电陶瓷时，要进一步进行一烧结压电层的步骤，以使压电层具有压电特性。

本发明通过提供一母模，并在母模上以一体成型的方法制作喷墨印头的墨腔层及振动层，由于墨腔层及振动层在制作过程中就一体成型，因此墨腔层与振动层之间的接合性佳，且能有效解决已知的墨腔层与振动层间的渗透问题及降低喷墨印头制作的复杂度。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1是已知压电式喷墨印头的剖面示意图；

图2A～2E是本发明的一较佳实施例的压电式喷墨印头的剖面流程图；

图3A～3C是本发明的一较佳实施例的母模的剖面流程图；

图4A～4E是本发明的另一较佳实施例的母模的剖面流程图。

具体实施方式

请依序参照图2A～2E，图2A～2E为本发明的一较佳实施例的压电式喷墨印头的剖面流程图。如图2A所示，先提供一母模200，母模200具有多个开口202，开口凹陷于母模200的一表面。接着，如图2B所示，形成一材料层210，材料层210填满这些开口202，并覆盖住具有上述开口202的母模200表面。其中，填满于这些开口202的部分材料层210构成一图案化的墨腔层220，而覆盖在母模200表面上的部分材料层210构成一振动层230。此外，构成上述的图案化墨腔层220及振动层230的材料层210的材料例如是选用陶瓷、高分子聚合物或金属。

如图2C所示，接着将至少一致动组件240(本图绘示四个)配置在振动层230上。此外，制作致动组件240的步骤，是先在振动层230上形成一下电极层242，之后在下电极层242上形成一压电层244，最后在压电层244上形成一上电极层246，而压电层244的材料例如是选用压电陶瓷。值得注意的是，若压电层244的材料选用压电陶瓷，就需进一步进行一烧结压电层244的步骤以使压电层244具有压电特性(即施加电压会对应产生形变的特性)。

如图2D所示，接着将母模200移除，此时图案化的墨腔层220即与振动层230一体成型。此外，母模200与前述材料层210的材料可选用密合性不高者为佳，用来顺利移除母模200。另外，上述高温烧结与脱膜的步骤并不局限其先后顺序，若母模200与致动组件240以及前述材料层210先进行高温烧结，再进行脱膜的步骤，母模200的材料则需选用耐热性材料。

如图2E所示，再移除母模200之后，接着在图案化墨腔层220上配置一喷嘴片250，以使振动层230、图案化墨腔层220及喷嘴片250构成至少一墨水腔260(本图绘示四个)，其中喷嘴片250具有至少一喷嘴252(本图绘示四个)，并与墨水腔260相连通，这样就完成喷墨印头的制作。因此，通过在上电极层246及下电极层242之间施加一电压，使压电层244受到一电压差，而对应产生形变去瞬间推移振动层230，进而直接或间接地瞬间施压墨水腔260内的墨水，使得部分接近喷嘴252的墨水将从喷嘴252喷出。

故从上述可得知，本发明是通过提供一母模，用来在母模上以一体成型的方式制作喷墨印头中的墨腔层与振动层，而有关母模的制作，将在下文中详细说明。

请依序参照图3A～3C，图3A～3C为本发明的一较佳实施例的母模的剖面流程图。首先，如图3A所示，提供一基材300，例如是硅基材。接着，如图3B所示，在基材300上全面性形成一材料例如是环氧化物(epoxy)的光阻层310(Photo-Resist，PR)，并利用曝光(exposure)及显影(development)等制作方法，将光阻310层图案化，而形成多个开口312。

在本实施例中，在光阻层310上方配置一图案化的光罩320进行曝光，其照射的光线例如是采用紫外光(UV-light)，且曝光光阻层310的局部区域后，例如使用负片型的显像液，将光阻层310上的其余未曝光区域去除，而形成多个开口312，用来填充如图2B所示的材料层210，以一体形成的方式制成墨腔层220及振动层230。

请依序参照图4A～4E，图4A～4E为本发明的另一较佳实施例的母模的剖面流程图。首先，如图4A所示，提供一基材400，例如是硅基材或金属基材。接着，如图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)的光阻层410(PR)，并利用曝光及显影等制作方法，将光阻层410图案化。

在本实施例中，在光阻层410上方配置一图案化的光罩420进行曝光，其照射的光线例如是采用X光(X-light)，且曝光光阻层410的局部区域后，例如使用负片型的显像液，将光阻层410上的其余未曝光区域去除。

如图4D所示，在将光阻层410上的未曝光区域去除之后，接着在未覆盖此图案化光阻层410的基材400上形成一导体层430。值得注意的是，当基材400选用金属材料时，例如以电镀的方式直接在基材400上形成上述的导体层430，而当基材选用非金属材料(如硅基材)时，则在基材400上形成图案化光阻层410之前，先形成一电镀种子层(seed layer)(图未示出)在此基材400上，之后再例如以电镀的方式在基材400上形成上述的导体层430。

最后，如图4E所示，移除此图案化光阻层410，以形成多个开口440，用来填充图2B所示的材料层210，使一体形成墨腔层220及振动层230。

综上所述，本发明的喷墨印头的制作方法的主要特征是在于提供一母模，并在母模上以一体成型的方式制作喷墨印头的墨腔层及振动层。值得注意的是，由于以一体成型的方式制作喷墨印头的墨腔层及振动层，所以墨腔层及振动层之间的接合性较佳，且不需如已知技术以高温共烧或黏着的方式另行接合振动层及墨腔层，所以本发明的振动层及墨腔层间的相对位置即固定，这样配置在振动层上的致动组件与墨水腔之间就不会发生对位不准确的问题。

此外，由于以一体成型的方式制作喷墨印头的墨腔层及振动层，所以本发明喷墨印头的制作方法将可简单化，且振动层及墨腔层间不会产生缝隙，而发生漏墨的情形，可维持良好的打印质量。

另外，本发明是通过曝光、显影及电镀等方式制作一母模，用来在母模上以一体成型的方式制作喷墨印头的墨腔层与振动层，且母模可重复使用，进而降低制作的成本。

虽然本发明已用一较佳实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，任何该领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许改动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求书中所界定的范围为准。

附图标号说明

100：压电式喷墨印头

110：振动层

120：墨腔层

130：喷嘴片

132：喷嘴

140：致动组件

150：墨水腔

200：母模

202：开口

210：材料层

220：墨腔层

230：振动层

240：致动组件

242：下电极层

244：压电层

246：上电极层

250：喷嘴片

252：喷嘴

260：墨水腔

300、400：基材

310、410：光阻层

312、440：开口

320、420：光罩

430：导电层

Claims

1.一种喷墨印头的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一母模，所述母模具有数个开口，所述开口凹陷于所述母模的一表面；

形成一材料层，所述材料层填满所述这些开口，并覆盖住所述母模的具有这些开口的表面，其中填满在所述这些开口内的局部所述材料层构成一图案化墨腔层，而覆盖在所述母模的具有这些开口的表面的局部材料层构成一振动层；

在所述振动层上配置至少一致动组件；

移除所述母模；以及

在所述墨腔层的较远离所述振动层的一面配置一喷嘴片，以使所述振动层、所述图案化墨腔层及所述喷嘴片构成至少一墨水腔，其中所述喷嘴片具有至少一喷嘴，且所述喷嘴与所述墨水腔相连通。

2.如权利要求1所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述母模的制作方法，包括下列步骤：

提供一基材；以及

在所述基材上形成一图案化光阻层，以形成所述这些开口。

3.如权利要求2所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，形成所述图案化光阻层的方法包括曝光及显影。

4.如权利要求2所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述基材包括硅基材。

5.如权利要求2所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述图案化光阻层的材料包括环氧化物。

6.如权利要求1所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述母模的制作，包括下列步骤：

提供一基材；

在所述基材上形成一图案化光阻层；

在未覆盖所述图案化光阻层的所述基材上形成一导体层；以及

移除所述图案化光阻层，以形成所述的这些开口。

7.如权利要求6所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述基材包括硅基材及金属基材其中之一。

8.如权利要求6所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述图案光阻层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯。

9.如权利要求6所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，形成所述导体层的方式包括电镀。

10.如权利要求6所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，在所述基材上形成所述图案化光阻层的步骤之前，还包括用电镀的方式形成一电镀种子层在所述基材上。

11.如权利要求1所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述材料层的材料包括陶瓷、高分子聚合物及金属其中之一。

12.如权利要求1所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述致动组件的制作，包括下列步骤：

在所述振动层上形成一下电极层；

在所述下电极层上形成一压电层；以及

在所述压电极层上形成一上电极层。

13.如权利要求12所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，所述压电层的材料包括压电陶瓷。

14.如权利要求13所述的喷墨印头的制作方法，其特征在于，在所述墨腔层的较远离所述振动层的一面配置所述喷嘴片的步骤之前，还包括对所述压电层进行烧结。