TW200424068A - Fabricating process of an inkjet print head - Google Patents

Description

200424068 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種喷墨印頭（I n k j e t p r i n t h e a d )之製程，且特別是有關於一種係以一體成型的方式製作 墨腔層（Ink chamber layer)與振動層（vibrating layer )的噴墨印頭之製程。 【先前技術】 近年來，在高科技產業的帶動之下，所有電子相關產 業無不蓬勃發展。以印表機為例，在短短幾年的時間内， 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喷墨印表機，大多採用熱泡式 (thermal bubble )及壓電式(piezoelectric )的喷墨 印頭，用以將墨水散佈到紙張表面，而完成文字或圖案輸 出之列印工作。其中，氣泡式之列印技術乃是利用一加熱 器（h e a t e r )將墨水瞬間氣化，因而產生高壓氣泡來推動 墨水，.將墨水由噴孔喷出。此外，壓電式之列印技術乃是 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 (i n k c h a m b e r )内的墨水，以將墨水由喷孔喷出。 第1圖為習知壓電式喷墨印頭的剖面示意圖。請參閱 第1圖，壓電式喷墨印頭1 0 0主要係由一振動層1 1 0、一墨 腔層120、一喷孔片（nozzle plate) 130以及至少一致動 元件（actuator) 140 (僅繪示其一）所構成。其中，墨

11159twf.ptd 第6頁 200424068 五、發明說明（2) 腔層1 2 0係配置於振動層1 1 0與喷孔片1 3 0之間，且振動層 1 1 0、墨腔層1 2 0及喷孔片1 3 0構成至少一墨水腔1 5 0 (僅繪 示其一）。致動元件140配置於振動層110上，且其位置對 應墨水腔1 5 0的位置，其致動元件1 4 0之功能係用以直接或 間接地提供瞬間推擠墨水的力量。此外，喷孔片1 3 0具有 多個噴孔1 3 2 (僅繪示其一），並與墨水腔1 2 0連通，而喷 孔1 3 2之功能係用以於讓受到致動元件1 4 0瞬間擠壓的墨水 由墨水腔1 5 0内喷出至噴墨印頭1 0 0之外。 值得注意的是，由於習知壓電式喷墨印頭1 0 0中之振 動層1 1 0及墨腔層1 2 0係分別經由單一材料層所製作而成， 並以高溫共燒或黏著的方式以接合振動層1 1 0及墨腔層 120。其中，當振動層110及墨腔層120之材質選用陶瓷 時，係採用高溫共燒的方式將振動層Π 0及墨腔層1 2 0接 合。此外，當致動元件1 4 0中之壓電層（圖未示）其材質 選用壓電陶瓷時，係會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Π 0、墨腔 層1 2 0以及壓電層之材質皆是選用陶瓷時，通常會對振動 層1 1 0、墨腔層1 2 0以及壓電層進行高溫共燒，以同時達到 接合振動層1 1 0與墨腔層1 2 0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1 1 0及墨腔層 1 2 0，會因高溫共燒之後體積收縮率的不同，使得振動層 1 1 0及墨腔層1 2 0之間的相對位置產生偏移，而造成配置於 振動層1 1 0上之致動元件1 4 0與墨水腔1 5 0之間產生對位不

11159twf.ptd 第7頁 200424068 五、發明說明（3) 準確的問題，導致喷墨印頭1 0 0的良率下降，而降低喷墨 印頭1 0 0之列印品質。 另外，以黏著的方式接合振動層1 1 0及墨腔層1 2 0 ，對 於黏著膠的選擇、黏著參數以及黏著強度的要求度甚高， 且因採用黏著的方式接合振動層110及墨腔層120 ，需要藉 由高精密度對位系統進行對位，以避免配置於振動層1 1 0 上之致動元件1 4 0與墨水腔1 5 0之間產生對位不準確的問 題，如此會增加整個製程的複雜度。再者，由於墨水之組 成成分主要包括染料（dye )或顏料（pigment )及溶劑 (s ο 1 v e n t )等，所以墨水十分容易侵姓黏著膠，而使振 動層1 1 0及墨腔層1 2 0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），而降低喷墨印頭1 0 0之列印 品質。 【發明内容】 因此，本發明的目的就是在提供一種喷墨印頭之製 程，其在製造過程中以一體成型之方式製作喷墨印頭的墨 腔層與振動層，用以提高墨腔層與振動層之間的接合性， 並能有效解決習知墨腔層與振動層間的滲透問題及降低喷 墨印頭製作的複雜度。 本發明的目的另一目的是提供一種喷墨印頭之製程， 係以曝光、顯影及電鍍等方式製作一母模，用以在母模上 一體成型製作喷墨印頭的墨腔層與振動層。 基於上述目的，本發明提出一種喷墨印頭之製程，首 先提供一母模，其母模具有複數個開口，且凹陷於母模之

11159twf.ptd 第8頁 200424068 五、發明說明（4) 一表面，接著形成一材料層，其材料層填滿這些開口 ，並 覆蓋住母模之具有這些開口的表面，其中填滿於這些開口 之局部材料層係構成一圖案化墨腔層，而覆蓋於母模之表 面的局部材料層係構成一振動層，接著將至少一致動元件 連結於振動層上，然後移除母模，最後配置一噴孔片於墨 腔層之上，以使振動層、圖案化墨腔層及喷孔片構成至少 一墨水腔，其中喷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，係 先提供一基材，接著形成一圖案化光阻層於基材上，以形 成母模之開口 。其中，形成圖案化光阻層之方法包括曝光 及顯影’而基材例如是石夕基材’圖案化光阻層之材質例如 是環氧化物。 依照本發明的較佳實施例所述，上述母模的製作，係 先提供一基材，接著形成一圖案化光阻層於基材上，然後 形成一導體層在未覆蓋此圖案化光阻層之基材上，最後移 除此圖案化光阻層，以形成母模之開口 。其中，形成圖案 化光阻層之方法包括曝光及顯影，而基材例如是矽基材或 金屬基材，圖案化光阻層之材質例如是聚甲基丙烯酸甲酯 (Poly methyl methacrylate ，ΡΜΜΑ) 〇 此外，當基材係選用金屬材質時，例如以電鍍之方式 直接在基材形成上述之導體層，而當基材係選用非金屬材 質（如矽基材）時，則在形成圖案化光阻層於基材上之 前，先形成一電鍵種子層（seed layer)，之後再例如以

11159twf.ptd 第9頁 200424068 五、發明說明（5) 電鍍之方式在基材上形成上述之導體層。 依照本發明的較洼實施例所述，上述致動元件的製 作，係先形成一下電極層於振動層上，之後形成一壓電層 於下電極層上，最後形成一上電極層於壓電極層上。其 中，連結致動元件头摄動層之方式例如採用高溫燒結的方 式。此外，壓電層之材質例如壓電陶瓷，而構成振動層及 墨腔層之材料層的材質例如是陶瓷、高分子聚合物或金 屬。當壓電層之材質選用壓電陶究時，更進一步進行一燒 結壓電層的步驟，以使壓電層具有壓電特性。

本發明係藉由提供一母模，以於母模上一體成型製作 喷墨印頭之墨腔層及振動層，由於墨腔層及振動層在製作 過程中即一體成型' 因此墨腔層與振動層之間的接合性 佳，且能有效解決習知墨腔層與振動層間的滲透問題及降 低喷墨印頭製作的複雜度。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一瘦佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明.如下： 【實施方式】

請依序參考第2 Λ〜2 E圖，其·為本發明之一較佳實施例 之壓電式喷墨印頭的剖面流程圖。如第2Α圖所示，係先提 供一母模200，其母3 2 0 0具-肴多個開口 202，其凹陷於母 模200之一表面。接3，如第2Β圖所示，形成一材料層 210，其材料層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之部

11159twf.ptd 第10頁 2b〇424068 五、發明說明（6) 分材料層2 1 0係構成一圖案化之墨腔層2 2 0 ’而覆蓋於母模 2 0 0表面之部分材料層2 1 0係構成一振動層2 3 0。此外，構 成上述之圖案化墨腔層220及振動層230之材料層210的材 質例如是選用陶瓷、高分子聚合物或金屬。 如第2 C圖所示，接著將至少一致動元件2 4 0 (本圖繪 示四個）配置於振動層2 3 0上。此外，製作致動元件2 4 0的 步驟，係先形成一下電極層2 4 2於振動層2 3 0上，之後形成 一壓電層244於下電極層242上，最後形成一上電極層246 於壓電極層244上，而壓電層244之材質例如是選用壓電陶 瓷。值得注意的是，若壓電層2 4 4之材質選用壓電陶瓷， 其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）。 如第2 D圖所示，接著將母模2 0 0移除，此時圖案化之 墨腔層2 2 0即與振動層2 3 0 —體成型。此外，母模2 0 0與前 述材料層2 1 0的材質可選用密合性不高者為佳，用以順利 移除母模2 0 0。另外，上述高溫燒結與脫模的步驟並不侷 限其先後順序，若母模2 0 0與致動元件2 4 0以及前述材料層 2 1 0先進行高溫燒結，再進行脫模的步驟，母模2 0 0之材質 則需選用耐熱性材質。 如第2E圖所示，再移除母模2 〇〇之後，接著配置一喷 孔片250於圖案化墨腔層220之上，以使振動層230、圖案 化墨腔層2 2 0及喷孔片2 5 0構成至少一墨水腔2 6 0 (本圖繪 示四個）’其中嘴孔片250具有至少一喷孔252 (本圖繪示 四個），並與墨水腔2 6 0相連通，如此即完成喷墨印頭之

200424068 五、發明說明（7) 製作。因此，藉由施加一電壓於上電極層246及下電極層 2 4 2間，使壓電層2 4 4受到一電壓差，而對應產生形變去瞬 間推移振動層2 3 0 ，進而直接或間接地瞬間施壓墨水腔2 6 0 之内的墨水，使得部分接近喷孔2 5 2之墨水將從喷孔2 5 2喷 出。 故從上述可得知，本發明係藉由提供一母椟，用以在 母模上一體成型製作喷墨印頭中的墨腔層與振動層，而有 關母模的製作，將於下文中詳細說明。 請依序參考第3 A〜3 C圖，其為本發明之一較佳實施例 之母模的剖面流程圖。首先，如第3 A圖所示，提供一基材 3 0 0，例如是矽基材。接著，如第3B圖所示，全面性形成 一材質例如是環氧化物（e ρ ο X y )之光阻層3 1 0 (Photo-Resist，PR)於基材300之上，並利用曝光 (exposure )及顯影（development)等製程，將光阻310 層圖案化，而形成多個開口 3 1 2。 在本實施例中，係配置一圖案化之光罩3 2 0於光阻層 3 1 0上方進行曝光，其照射之光線例如是採用紫外光 (UV- 1 i gh t )，且曝光光阻層3 1 0之局部區域後，例如使 用負片型之顯像液，將光阻層310上之其餘未曝光區域去 除，而形成多個開口 3 1 2 ，用以填充第2 B圖所繪示之材料 層210，以一體形成墨腔層220及振動層230。 請依序參考第4A〜4E圖，其為本發明之另一較佳實施 例之母模的剖面流程圖。首先，如第4 A圖所示，提供一基 材4 0 0，例如是矽基材或金屬基材。接著，如第4B圖所

11159twf.ptd 第12頁 200424068 五、發明說明（8) 示，全面性形成一材質例如是聚甲基丙稀酸甲S旨（ρ Μ Μ A ) 之光阻層410 (PR)於基材400之上，並利用曝光及顯影等 製程，將光阻層4 1 0圖案化。 在本實施例中，係配置一圖案化之光罩4 2 0於光阻層 4 1 0上方進行曝光，其照射之光線例如是採用X光 (X - 1 i g h t )，且曝光光阻層4 1 0之局部區域後，例如使用 負片型之顯像液，將光阻層4 1 0上之其餘未曝光區域去 除。 如第4D圖所示，在將光阻層410上之未曝光區域去除 之後，接著形成一導體層4 3 0在未覆蓋此圖案化光阻層4 1 0 之基材4 0 0上。值得注意的是，當基材4 0 0係選用金屬材質 時，例如以電鍍之方式直接在基材4 0 0形成上述之導體層 4 3 0，而當基材係選用非金屬材質（如矽基材）時，則在 形成圖案化光阻層410於基材400上之前，先形成一電鍍種 子層（seed layer)(圖未示出）於此基材400上，之後 再例如以電鍍之方式在基材400上形成上述之導體層430。 最後，如第4 E圖所示，移除此圖案化光阻層4 1 0 ，以 形成多個開口 4 4 0 ，用以填充第2 B圖所繪示之材料層2 1 0， 以一體形成墨腔層220及振動層230。 綜上所述，本發明之喷墨印頭之製程其主要特徵係在 於提供一母模，並在母模上一體成型製作喷墨印頭之墨腔 層及振動層。值得注意的是，由於一體成型製作喷墨印頭 之墨腔層及振動層，故墨腔層及振動層之間的接合性較 佳，且不需如習知技術以高溫共燒或黏著的方式另行接合

11159twf.ptd 第13頁 200424068 五、發明說明（9) 振動層及墨腔層，所以本發明之振動層及墨腔層間的相對 位置即固定’如此配置於振動層上之致動元件與墨水腔之 間即不會發生對位不準確的問題。 此外，更由於一體成型製作喷墨印頭之墨腔層及振動 層，所以本發明喷墨印頭之製程將可簡單化，且振動層及 墨腔層間不會產生縫隙，而發生漏墨之情形，故可維持良 好的列印品質。 另外，本發明係藉由曝光、顯影及電鑛等方式製作一 母模，用以在母模上一體成型製作喷墨印頭的墨腔層與振 動層，且母模可重複使用，進而降低製程的成本。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11159twf.ptd 第14頁 200424068 圖式簡單說明 第1圖是習知壓電式喷墨印頭的剖面示意圖； 第2 A〜2 E圖是本發明之一較佳實施例之壓電式噴墨印 頭的剖面流程圖； 第3 A〜3 C圖是本發明之一較佳實施例之母模的剖面流 程圖；以及 第4 A〜4 E圖是本發明之另一較佳實施例之母模的剖面 流程圖。 【圖式標示說明】 1 0 0 :壓電式喷墨印頭 1 1 0 :振動層 1 2 0 :墨腔層 1 3 0 :喷孔片 1 3 2 :噴孔 1 4 0 :致動元件 1 5 0 :墨水腔 2 0 0 :母模 2Q2 :開口 2 1 0 :材料層 2 2 0 :墨腔層 2 3 0 :振動層 2 4 0 :致動元件 2 4 2 :下電極層 2 4 4 :壓電層 2 4 6 :上電極層

11159twf.ptd 第15頁 200424068

11159twf.ptd 第16頁

Claims (1)

1. 200424068 六、申請專利範圍 1. 一種喷墨印頭之製程，包括下列步驟： 提供一母模，該母模具有複數個開口，其凹陷於該母 模之一表面； 形成一材料層，該材料層填滿該些開口 ，並覆蓋住該 母模之該表面，其中填滿於該些開口之局部該材料層係構 成一圖案化墨腔層，而覆蓋於該母模之該表面的局部該材 料層係構成一振動層； 配置至少一致動元件於該振動層上； 移除該母模；以及 配置一喷孔片於該墨腔層之較遠離該振動層的一面， 以使該振動層、該圖案化墨腔層及該喷孔片構成至少一墨 水腔，其中該噴孔片具有至少一喷孔，且該喷孔係與該墨 水腔相連通。 2. 如申請專利範圍第1項所述之喷墨印頭之製程，其 中該母模之製作，包括下列步驟： 提供一基材；以及 形成一圖案化光阻層於該基材上，以形成該些開口。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之噴墨印頭之製程，其 中形成該圖案化光阻層之方法包括曝光及顯影。 4. 如申請專利範圍第2項所述之喷墨印頭之製程，其 中該基材包括矽基材。 5. 如申請專利範圍第2項所述之喷墨印頭之製程，其 中該圖案化光阻層之材質包括環氧化物。 6. 如申請專利範圍第1項所述之喷墨印頭之製程，其

   11159twf.ptd 第17頁 200424068 六、申請專利範圍 中該母模之製r 提供一基r 形成一圖二 形成一導； 以及 移除該圖f 7. 如申請_ 中該基材包括p 8. 如申請：: 中該圖案光阻 9. 如申請ΐ 中形成該導體^ 10. 如申請 中在形成該圖 以電鍍之方式：: 1 1 .如申請 中該材料層之d ，包括下列步驟： 化光阻層於該基材上； 層在未覆蓋該圖案化光阻層之該基材上； 化光阻層，以形成該些開口。 Η範圍第6項所述之喷墨印頭之製程，其 基材及金屬基材其中之一。 Η範圍第6項所述之喷墨印頭之製程，其 之材質包括聚曱基丙烯酸甲酯。 利範圍第6項所述之喷墨印頭之製程，其 之方式包括電鍍。 &利範圍第6項所述之喷墨印頭之製程，其 化光阻層於該基材上的步驟之前，更包括 成一電、:鍍種子層於該基材上。 &利範圍第1項所述之喷墨印頭之製程，其 I包括陶瓷、高分子聚合物及金屬其中之 1 2.如申請4利範圍第1項所述之喷墨印頭之製程，其 中該致動元件：製作，包括下列步驟： _ 形成一下：：；極層於該振動層上； 形成一壓ΐ層於該下電極層上；以及 形成一上ΐ極層於該壓電極層上。 1 3 .如申請-利範圍第12項所述之喷墨印頭之製程，

   11159twf.ptd 第18頁 200424068 六、申請專利範圍 其中該壓電層之材質包括壓電陶瓷。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項所述之喷墨印頭之製程， 其中在配置該噴孔片於該墨腔層之較遠離該振動層的一面 的步驟之前，更包括對該壓電層進行燒結。 參

   11159twf.ptd 第19頁