CN1986230A - 喷液装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种喷液装置及其制造方法，此喷液装置包括堆叠式流道结构与致动元件。其中，堆叠式流道结构包括第一基板与第二二基板，第二基板设置于第一基板上。而且，第一基板及第二基板之上、下表面分别具有多个盲孔，且部分的盲孔是互相贯通，因而构成此喷液装置之压力腔、储液槽、出液流道、入液流道与喷孔。另外，致动元件是设置于第二基板之上表面上，用以对压力腔内之液体施压，而使此液体由喷孔喷出。上述盲孔通过半导体工艺所形成，因此此喷液装置可批次生产，以节省工艺成本。

Description

喷液装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种喷液装置及其制造方法，且特别涉及一种可批次生产的喷液装置及其制造方法。

背景技术

目前喷墨装置之主要技术为压电式喷墨装置与热气泡喷墨装置，其不同之处主要在于用以推动墨水的致动器(actuator)分别为压电式或热气泡式。热气泡式致动器是利用加热器将墨水瞬间气化，以产生高压气泡而推动墨水由喷嘴射出。压电致动器则是利用压电元件接收到外界所施予之电压会产生变形的机制，挤压液体使其产生高压而喷出。

相对于热气泡式的喷墨装置，压电式喷墨装置毋须在高温下操作，因此可用以喷出高挥发度或低沸点的溶液。而且，由于压电式喷墨装置主要是通过位移量的改变来喷出液体，因此其对液体的黏滞性质要求并不严苛。此外，压电式喷墨装置还可通过选用特性不同之压电材料来改变变形的方式，在设计上较热气泡式的喷墨装置多元化。

然而，由于压电材料对于施予其上之电压而产生的形变量并不大，因此需要搭配特别的流道结构设计，始能将液滴喷出。传统的做法是将多片预先加工的板材堆叠成多层式的流道，而这些板材多为金属材料。但由于金属材料本身材料特性与工艺的限制，通常在一层板材中仅具有单一功能的结构，如喷孔、压力腔或储液槽等，因此如欲必须要有足够多层的板材始能构成完整的堆叠式流道。如此一来，即无法降低流道结构的工艺成本，且无法以批次化生产流道结构。

再者，公知以机械定位方式进行流道结构的堆叠，所以流道结构的层数愈多，组装时所累积的对位误差愈大。此外，这些金属板材的蚀刻表面较为粗糙，容易在喷液过程中造成气泡聚集，进而影响喷液效果。

发明内容

本发明之目的是提供一种喷液装置，以解决公知喷液装置组装繁杂的问题。

本发明之另一目的是提供一种喷液装置的制造方法，以解决公知喷液装置工艺成本过高的问题。

为达上述或是其它目的，本发明提出一种喷液装置，主要是由堆叠式流道结构与致动元件所构成。其中，堆叠式流道结构包括第一基板与第二基板，第一基板具有第一上表面与第一下表面，且第一上表面与第一下表面分别具有多个第一盲孔。而且，第一上表面之部分第一盲孔与第一下表面之部分第一盲孔彼此相通。此外，第二基板具有第二上表面与第二下表面，且第二基板设置于第一基板上，而使第二下表面与第一基板之第一上表面接触。同样地，第二上表面与第二下表面分别具有多个第二盲孔，且第二上表面之部分第二盲孔与第二下表面之部分第二盲孔彼此相通。另外，致动元件则是设置于第二基板之第二上表面上。

在本发明之一实施例中，部分之第一盲孔与部分之第二盲孔构成入液流道、储液槽以及出液流道。

在本发明之一实施例中，上述第一盲孔包括喷孔，其位于第一基板之第一下表面，且此喷孔与上述出液流道相通。

在本发明之一实施例中，上述第二盲孔包括压力腔，其位于第二基板之第二上表面，且此压力腔与上述入液流道、储液槽及出液流道相通。

在本发明之一实施例中，上述之喷液装置还包括亲水材料层，其包覆住第一基板与第二基板，而此亲水材料层例如是氧化层。

在本发明之一实施例中，上述之致动元件包括振动板与压电材料。

在本发明之一实施例中，上述之第一基板与第二基板的材质例如是硅或玻璃。

本发明还提出一种喷液装置的制造方法，其是先提供第一基板与第二基板，其中第一基板具有第一上表面与第一下表面，而第二基板具有第二上表面与第二下表面。接着，分别在第一上表面与第一下表面形成多个第一盲孔(blind hole)，且第一上表面之部分第一盲孔与第一下表面之部分第一盲孔彼此相通。另一方面，于第二上表面与第二下表面分别形成多个第二盲孔。同样地，第二上表面之部分第二盲孔与第二下表面之部分第二盲孔彼此相通。然后，将第二基板接合于第一基板上，以使第二下表面与第一上表面接触，之后再将致动元件设置于第二基板上。

在本发明之一实施例中，上述喷液装置的制造方法在形成这些第二盲孔之后，以及将第二基板接合于第一基板之前，还包括分别在第一基板与第二基板上形成亲水材料层，以包覆第一基板与第二基板。其中，这些亲水材料层例如是氧化层，且其形成方法例如是炉管加热或化学气相沉积。

在本发明之一实施例中，上述第一盲孔与第二二盲孔的形成方法例如是干式蚀刻。举例来说，第一盲孔与第二盲孔可以是以感应耦合等离子(inductively coupled plasma，ICP)蚀刻的方式蚀刻而成。

在本发明之一实施例中，接合上述第一基板与第二基板的方法例如是阳极接合(anodic bonding)或熔接接合(fusion bonding)。

在本发明之一实施例中，形成上述致动元件的方法例如是先于第二基板上形成振动板，再于振动板上形成压电材料。其中，振动板的材质例如是金属或有机材料。

在本发明之一实施例中，在形成上述压电材料之后，上述致动元件的形成方法还包括切割压电材料，以定义出压电致动区。其中，切割压电材料的方法例如是激光切割或机械切割。

本发明之喷液装置的堆叠式流道结构主要由具有多个盲孔的两片基板堆叠而成，而这些盲孔的形成方法为传统半导体工艺。因此，本发明之堆叠式流道结构可批次生产，以节省工艺成本。

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

附图说明

图1A至图1C以及图2A至图2C为本发明之一实施例中喷液装置之堆叠式流道结构的制造流程剖面图。

图3为本发明之一实施例中喷液装置的剖面示意图。

图4为本发明之另一实施例中喷液装置的剖面示意图。

主要元件标记说明

101、105：上表面

103、107：下表面

110：第一基板

112、114、116、122、124、126、128：盲孔

120：第二基板

130：亲水材料层

200：喷液装置

210：堆叠式流道结构

220：致动元件

222：振动板

224：压电材料

226：压电致动区

具体实施方式

本发明之喷液装置主要是由堆叠式流道与致动元件所构成，其中堆叠式流道是由两块基板堆叠而成，且每一块基板均具有多个功能性不同的盲孔。以下将先举例说明此堆叠式流道结构的制造方法。

图1A至图1C以及图2A至图2C为本发明之一实施例中喷液装置之堆叠式流道结构的制造流程剖面图。请参照图1A，首先提供第一基板110，并且在第一基板110的下表面101上形成图案化光刻胶层102a。其中，第一基板110例如是硅基板或玻璃基板。接着，如图1B所示，以图案化光刻胶层102a为掩膜，以移除图案化光刻胶层102a所暴露出的部分第一基板110，进而在第一基板110的下表面101上形成盲孔112。在此，盲孔112例如是作为本实施例之喷液装置的喷孔(nozzle)。

请参照图1C，先移除图1B之图案化光刻胶层102a，接着同样以光刻蚀刻工艺而在第一基板110的上表面103上形成盲孔114与盲孔116。其中，盲孔114与盲孔112相通，用以作为后续形成之出液流道的一部分，而盲孔116则例如是后续形成之储液槽的一部分。在此，所属技术领域的技术人员应该知道，盲孔114与盲孔116例如是以两道不同的光刻蚀刻工艺先后形成，以使盲孔114与盲孔116具有不同的纵横比(aspect ratio)。

特别的是，上述之盲孔114与盲孔116例如是以干蚀刻的方式蚀刻而成，以形成具有高纵横比的盲孔114。举例来说，盲孔114与盲孔116例如是以感应耦合等离子蚀刻的方式蚀刻而成。当然，在其它实施例中，盲孔114与盲孔116亦可以通过其它干式或湿式蚀刻工艺蚀刻而成，本发明并未对此加以限定。

另一方面，请参照图2A，提供第二基板120，并在第二基板120之第二上表面105上形成图案化光刻胶层102c。其中，第二基板120亦可以是硅基板或玻璃基板。接着，如图2B所示，以图案化光刻胶层102c为掩膜，以移除图案化光刻胶层102c所暴露出的部分第二板120，进而在第二基板120的上表面105上形成盲孔122。在此，盲孔122例如是作为本实施例之喷液装置的压力腔。

请参照图2C，先移除图2B之图案化光刻胶层102c，接着同样以光刻蚀刻工艺而在第二基板120的下表面107上形成盲孔124、盲孔126与盲孔128。其中，盲孔124及盲孔126与盲孔122相通，且盲孔124用以作为后续形成之出液流道的一部分，而盲孔126是用以作为本实施例之喷液装置的入液流道。此外，盲孔128与盲孔126相通，用以作为后续形成之储液槽的一部分。

值得注意的是，由于盲孔124与盲孔126均是用以作为本实施例之喷液装置的流道，因而需要高纵横比。所以，盲孔124与盲孔126通常是在同一道光刻蚀刻工艺中形成，但其当然也可以在两道不同的光刻蚀刻工艺中先后形成。另外，由于盲孔128与盲孔124及盲孔126相比之下，其所需之纵横比较低，因此一般来说，用以形成盲孔128的光刻蚀刻工艺则与形成盲孔124及盲孔126的光刻蚀刻工艺不同。

同样地，盲孔122、盲孔124、盲孔126与盲孔128亦例如是以感应耦合等离子蚀刻的方式蚀刻而成。

图3为本发明之一实施例中喷液装置的剖面示意图。请参照图3，在完成上述工艺后，接着即是将图1C之第一基板110与图2C之第二基板120接合，以使第一基板110之上表面101与第二基板120之下表面107接触。其中，接合第一基板110与第二基板120的方法例如是阳极接合或熔接接合。之后，再于第二基板120上形成致动元件220，即大致完成喷液装置200的工艺。其中，形成致动元件220的方法例如是先在第二基板120上形成振动板222，之后再于振动板222上形成压电材料224。需要一提的是，在形成压电材料224之后，通常会先以激光或一般传统机械加工的方式切割压电材料224，以定义出压电致动区226。

为使所属技术领域的技术人员更加了解本发明之喷液装置，以下将详加说明喷液装置的结构。

请继续参照图3，喷液装置200主要是由堆叠式流道结构210与致动元件220所构成。其中，堆叠式流道结构210包括第一基板110与第二基板120，且第一基板110之下表面101具有盲孔112，而上表面103则具有盲孔114与盲孔116。在此，盲孔112例如是作为喷液装置200的喷孔，且盲孔112与盲孔114彼此相通。

此外，第二基板120设置于第一基板110上，而使第二基板120之下表面107与第一基板之上表面103接触。同样地，第二基板120之上表面105具有盲孔122，用以作为喷液装置200之压力腔。第二基板120之下表面107则具有盲孔124、盲孔126与盲孔128。其中，盲孔124与第一基板110之盲孔114构成喷液装置200之出液流道，盲孔126是连通于盲孔122与盲孔128之间，作为喷液装置200之入液流道。盲孔128则是与第一基板110之盲孔116构成喷液装置200之储液槽。

另外，致动元件220则是设置于第二基板120之上表面105上，且致动元件220例如是由振动板222与压电材料224所构成。其中，振动板222的材质可以是不锈钢等金属材料，也可以是有机材料。压电材料224的电极材质则例如是金。

由上述可知，在喷液装置200中，待喷出之液体是储存于盲孔116与盲孔128所构成的储液槽内，并通过入液流道(也就是盲孔126)流至压力腔(也就是盲孔122)。在驱动喷液装置200进行喷液时，致动元件会产生变形，并因而施压于压力腔内的液体，以使其经由盲孔114与盲孔124所构成之出液流道，而从喷孔(也就是盲孔112)喷出。

特别的是，为增加本发明之喷液装置的喷液稳定性，如图4所示，本发明在另一实施例中，还可以在接合堆叠式流道结构210之第一基板110与第二基板120之前，先在第一基板110与第二基板120上分别形成亲水材料层130，以包覆住第一基板110与第二基板120。之后再将第二基板120与第一基板110接合。其中，亲水材料层130例如是氧化层，进一步来说其材质例如是氧化硅，而亲水材料层130例如是以化学气相沉积的方式形成于第一基板110与第二基板120上。此外，在其它实施例中，也可以分别将图1C之第一基板110与图2C之第二基板120分别置入高温炉管中，以于第一基板110与第二基板120成长出亲水材料层130。

承上所述，亲水材料层130不但能够增加堆叠式流道结构210内部的亲水性，还可以保护堆叠式流道结构，以避免其内部产生缺陷而在喷液过程中造成气泡聚集。由此可知，在堆叠式流道结构210中设置亲水材料层130，能够有效地提高喷液装置200的喷液效果。

值得一提的是，虽然上述实施例之堆叠式流道结构均仅由两层基板所构成，但在本发明之其它实施例中，堆叠式流道结构亦可由两层以上的基板所构成。举例来说，上述之第一基板与第二基板之间还可以设置有另一基板(图中未表示)，此基板具有多个贯孔，而这些贯孔是用以连通第一基板与第二基板之盲孔，以构成储液槽、出液流道、入液流道以及压力腔等等。

综上所述，本发明之喷液装置的堆叠式流道结构主要由具有多个盲孔的两片基板堆叠而成，而这些盲孔的形成方法为传统半导体工艺。由此可知，本发明之堆叠式流道结构可批次生产，以节省工艺成本。而且，本发明可以以干蚀刻的方式形成上述盲孔，使其具有高纵横比，所以并不会有流道过短的问题。

此外，由于本发明可在堆叠式流道结构的工艺中，于同一基板上形成两种不同功能性的盲孔，因此与公知技术相比，本发明之堆叠式流道结构所需的层数较少，故堆叠式流道结构之组装精度亦比公知佳。

另外，本发明是在堆叠式流道结构内形成有亲水材料层，以增加本发明之喷液装置的喷液稳定性。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种喷液装置，其特征是包括：

堆叠式流道结构，包括：

第一基板，具有第一上表面与第一下表面，且该第一上表面与该第一下表面分别具有多个第一盲孔，其中该第一上表面之部分第一盲孔与该第一下表面之部分第一盲孔彼此相通；

第二基板，设置于该第一基板上，该第二基板具有第二上表面与第二下表面，其中该第二下表面与该第一基板之该第一上表面接触，且该第二上表面与该第二下表面分别具有多个第二盲孔，而该第二上表面之部分第二盲孔与该第二下表面之部分第二盲孔彼此相通；以及致动元件，设置于该第二基板之该第二上表面上。

2.根据权利要求1所述之喷液装置，其特征是部分之上述这些第一盲孔与部分之上述这些第二盲孔构成入液流道、储液槽以及出液流道。

3.根据权利要求2所述之喷液装置，其特征是上述这些第一盲孔包括喷孔，其位于该第一基板之该第一下表面，且该喷孔与该出液流道相通。

4.根据权利要求2所述之喷液装置，其特征是上述这些第二盲孔包括压力腔，其位于该第二基板之该第二上表面，且该压力腔与该入液流道、该储液槽及该出液流道相通。

5.根据权利要求1所述之喷液装置，其特征是还包括亲水材料层，其包覆住该第一基板与该第二基板。

6.根据权利要求5所述之喷液装置，其特征是该亲水材料层为氧化层。

7.根据权利要求1所述之喷液装置，其特征是该致动元件包括振动板与压电材料。

8.根据权利要求1所述之喷液装置，其特征是该第一基板为硅基板或玻璃基板。

9.根据权利要求1所述之喷液装置，其特征是该第二基板为硅基板或玻璃基板。

10.一种喷液装置的制造方法，其特征是包括：

分别提供第一基板与第二基板，其中该第一基板具有第一上表面与第一下表面，而该第二基板具有第二上表面与第二下表面；

分别于该第一上表面与该第一下表面形成多个第一盲孔，其中该第一上表面之部分第一盲孔与该第一下表面之部分第一盲孔彼此相通；

分别于该第二上表面与该第二下表面形成多个第二盲孔，其中该第二上表面之部分第二盲孔与该第二下表面之部分第二盲孔彼此相通；

将该第二基板接合于该第一基板上，以使该第二下表面与该第一上表面接触；以及

将致动元件设置于该第二基板上。

11.根据权利要求10所述之喷液装置的制造方法，其特征是在形成上述这些第一盲孔与上述这些第二盲孔之后，以及将该第二基板接合于该第一基板之前，还包括分别在该第一基板与该第二基板上形成亲水材料层，以包覆该第一基板与该第二基板。

12.根据权利要求11所述之喷液装置的制造方法，其特征是上述这些亲水材料层为氧化层。

13.根据权利要求12所述之喷液装置的制造方法，其特征是上述这些亲水材料层的形成方法包括炉管加热或化学气相沉积。

14.根据权利要求10所述之喷液装置的制造方法，其特征是上述这些第一盲孔与上述这些第二盲孔的形成方法包括干式蚀刻。

15.根据权利要求14所述之喷液装置的制造方法，其特征是上述这些第一盲孔与上述这些第二盲孔的形成方法包括感应耦合等离子蚀刻。

16.根据权利要求10所述之喷液装置的制造方法，其特征是接合该第一基板与该第二基板的方法包括阳极接合或熔接接合。

17.根据权利要求10所述之喷液装置的制造方法，其特征是形成该致动元件的方法包括：

于该第二基板上形成振动板；以及

于该振动板上形成压电材料。

18.根据权利要求17所述之喷液装置的制造方法，其特征是该振动板的材质包括金属或有机材料。

19.根据权利要求17所述之喷液装置的制造方法，其特征是形成该压电材料之后，还包括切割该压电材料，以定义出压电致动区。

20.根据权利要求19所述之喷液装置的制造方法，其特征是该压电材料的切割方法包括激光切割或机械切割。

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