TWI234518B - Laser working method, method for producing ink jet recording utilizing the same, and ink jet recording method produced by such method - Google Patents
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Description
1234518 A7 B7 五、發明說明（1 ) 〔發明領域〕 (請先閱讀背面之注音3事項再填寫本頁) 本發明關於雷射加工方法，例如用以此一雷射加工法 以生產一噴墨記錄頭，以排放一墨滴及沉積此墨滴至一記 錄媒體上，及一由此方法所產生之噴墨記錄頭。特別是， 本發明關係於一雷射加工方法，其能加工一已加工物件， 而其中並沒有融熔或熱膨脹於其中，並能細確地加工於遮 罩保護件中之細微遮罩圖案，及一種方法，用以此一雷射 加工法所產生之噴墨頭，及如此所產生之噴墨記錄頭。 〔發明背景〕 對於需要細微結構及高精密度之結構物件之細微加工 ’ 一利用紫外線雷射之雷射加工法已經加以使用。 此細微加工可以藉由加工一噴墨記錄頭之墨流道及墨 排放埠加以實例化。 曰本專利特開平2 - 1 2 1 8 4 2號案揭示以準分子 雷射形成墨流道及墨排放埠之高精密度加工，該雷射係爲 紫外線雷射之代表。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 準分子雷射係能發射短脈衝（1 5至3 5奈秒）之紫 外線光，其係藉由釋放稀有氣體及鹵素氣體之混合氣體之 激勵，及幾百m J /脈衝之振盪能量及1 〇至5 Ο Ο Η z 之脈衝重覆頻率加以進行。當聚合物樹脂表面係以此高強 度之短脈衝紫外線加以照射時，其中會產生一熔散光解離 (A P D )程序，其中，被照射部份瞬間解離及散射以一 電漿光放射及一衝擊聲，藉此可能完成所謂聚合物樹脂之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- 1234518 A7
五、發明說明（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲熱能。 同時，因爲準分子雷射之能量密度於振盪脈衝中保持 於最大之1 0 0百萬瓦之位準，所以升華熔散加工並不容 易適用於例如金屬，陶瓷，或礦物（例如砂）之高導熱材 料或例如石英或玻璃之低吸光材料，並原理上被用於有機 樹脂材料中。 這些現象於使用準分子雷射係不可避免的，及各種技 術已經被提出以避免這些現象對實際噴墨頭之影響。 例如，去除副產物之步驟係被執行，因爲若噴墨記錄 頭被組合時，這些副產物仍存在時，則噴墨埠可能阻塞。 同時’當部份光能被轉換成熱能可能造成熱膨脹或於 加工時物件之部份熔化，一高璃態轉變點之材料或減少之 加工間距係被使用。 因爲這些技術並未根本上解決這些現象，所以於實際 上於雷射加工中有各種限制。 另一方面，對於噴墨記錄頭而言，需要一影像品質之 較高解析度，及較高之噴墨埠或墨流路徑之配置密度，其 係傳統上由3 0 0至4 0 0 d p i之範圍，並需要增加至 600dpi 或甚至 120 0 dpi 。 因此，有需要一方法，能形成具有小間距或小尺寸之 排放埠及墨流路徑，例如5 0微米之配置間距或更少，及 2〇微米或更少之加工直徑，以具有高精確度。 然而，上述有關於準分子雷射之現象於加工間距或加 工直徑變愈小時愈明顯，並於生產例如前述高精確噴墨頭 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 3 - * — — — — — — — — — · I h I I I I I ^ « — — — — — — I— ---------- (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) -6- 1234518 A7 B7 五、發明說明（4 ) 時，造成更多限制。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 因此’本案發明人認知前述現象係歸咎於利用由準分 子雷射之例示之紫外線雷射之雷射熔散。本發明人已經完 成拾集g周查’同時不限定於傳統技術之領域，並已經完成 一新穎雷射熔散技術，其係可以根本上解決這些現象，同 時’適用於細微加工技術，並可擴展其適用性至各應用中 〇 〔發明槪要〕 本發明以前述觀點加以完成。本發明之一目的係提供 一雷射加工方法，其不會產生副產物並根本上避免了於雷 射加工時所產生於例如樹脂材料（大致稱爲”工件”）之物件 中之熱能累積，藉以完成高精密度加工，而沒有物件之熔 化或熱膨脹，一種方法，用以產生一利用此雷射加工法之 噴墨記錄頭，及由此產生方法所產生之噴墨記錄頭。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之另一目的係提供一雷射加工法，其能於一物 件中形成一細微結構，該物件係由簡單加工步驟，以多數 材料構成，一種用以生產利用此雷射加工法之噴墨記錄頭. 之方法，及一由此生產方法所產生之噴墨記錄頭。 本發明之一目的係提供一雷射加工法，其能簡化一對 準步驟中，改良例如一內部構件之位置精確度的精確度， 及降低製造成本，及一種利用雷射加工方法，以生產噴墨 記錄頭之方法，及以此生產方法所生產之噴墨記錄頭。 本發明之另一目的係提供一雷射加工方法，其能藉由 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1234518 Α7 Β7 五、發明說明（5 ) 建構一物件而改良加工效率，以吸收雷射之照射能量，一 種利用例如雷射加工法，以產生一噴墨記錄頭之方法，及 '一種由此生產方法所產生之噴墨記錄頭。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述之目的可以依據本發明藉由一雷射加工方法加以 取得，一種利用此雷射加工法，以產生一噴墨記錄頭之方 法，及一種藉由此生產方法所生產之噴墨記錄頭，其特徵 在於以下項目（1 )至（3 0 ): (1 ) 一種雷射加工方法，用以藉由以一雷射光照射 一物件，而於該物件上執行雷射熔散加工，該方法包含將 雷射光投於一遮罩圖案上，利用雷射光於空間及時間上具 有很高能量密度之多數脈衝中，當由雷射振盪器發出時， 其可以以不超出1微微秒之脈衝發射時間加以振盪，並藉 由於雷射光通過遮罩圖案時，動態地改變光折射所產生之 斑點干涉影像，藉以形成斑點干涉影像之整合影像並產生 一大致與遮罩圖案相同之圖案。 (2 )如項目（1 )之雷射加工方法，其中該遮罩係 爲位移並振動於光軸之方向中，以形成斑點干涉影像上之 整影像於物件之表面上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (3 )如項目（2 )之雷射加工方法，其中遮罩之位 移振動係由一振盪致動器所作用。 (4 )如項目（1 )之雷射加工方法，其中斑點干涉 影像之整合影像係形成於物件之表面上，藉由插入具有至 少由Ο λ至λ / 2之斜率之波長平板於遮罩與一投影透鏡 或於投影透鏡及物件間，並於於移動波長平板之同時執行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8- 1234518 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（6 ) 雷射照射，使得光偏振被改變。 (5 )如項目（1 )至（4 )中任一項目之雷射加工 方法’其中雷射光之波長係由3 5 〇至1 〇 〇 〇 n m之範 圍內。 (6 )如項目（1 )至（5 )中任一項目之雷射加工 方法’其中雷射光之脈衝照射時間係不超出5 〇 〇毫微微 秒。 (7 )如項目（1 )至（6 )中任一項目之雷射加工 方法，其中該物件係由樹脂材料，S i或一 S 1化合物所 構成。 (8 )如項目（1 )至（7 )中任一項目之雷射加工 方法，其中該雷射振盪器係被提供以一光傳遞空間壓縮裝 置。 (9 )如項目（8 )之雷射加工方法，其中光傳遞空 間壓縮裝置係由一吱喳脈衝產生機構及一垂直模式同步機 構構成，該垂直模式同步機構利用光波長光色散特徵。 (1 0 ) —種用以生產一噴墨記錄頭之方法，該記錄 頭包含一墨排放埠，用以排放墨滴予以沉積於一記錄媒體 上，一液體室，包含有予以供給至墨排放埠之墨，一墨流 路徑，用以使液體室與墨排放埠相通，一能量產生元件’ 提供於墨流路徑之一部份中，並產生用以排放墨之能量’ 及一供墨孔徑，用以由外部供給墨至液體室，其中構成噴 墨記錄頭之墨路徑之至少一部份之構件係由雷射加工法加 以作成，其中： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） f—1^------^--------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) -9 - 1234518 A7
五、發明說明（7 ) 於投射雷射光至一遮罩圖案，使用於空間及時間上具 有很高能量密度之多數脈衝中之雷射光，而加以執行雷射 加工，如同由雷射振盪器發射時可以與一脈衝發射時間振 盪不超出1微微秒，及 一由光繞射產生之斑點干涉影像，於通過遮罩圖案之 雷射光動態改變，藉以形成斑點干涉影像之整合影像並產 生一與遮罩圖案實質相同之圖案。 (1 1 )如項目（1 0 )所述之用以生產一噴墨記錄 頭之方法，其中該遮罩係以光軸之方向位移並振動，以形 成斑點干涉影像之整合影像於噴墨記錄頭之表面上。 (1 2 )如項目（1 1 )所述之用以生產一噴墨記錄 頭之方法，其中遮罩之位移振動係由振動致動器所作動。 (1 3 )如項目（1 〇 )所述之用以生產一噴墨記錄 頭之方法，其中斑點干涉影像之整合影像係形成於噴墨記 錄頭之表面上，藉由將一具有斜率由〇 A至2之波長 板插入於遮罩及投影透鏡之間或於投影透鏡及噴墨記錄頭 之間，並於移動波長板時執行雷射照射’使得光偏振被改 變 〇 (14)如項目（1〇)至（12)所述之用以生產 一噴墨記錄頭之方法，其中多數構成墨路徑一部份之凹陷 或穿透孔係同時形成有一預定距離，藉由雷射照射經一具 有圖案之遮罩，該圖案具有多數孔徑形成，並具有一預定 間距。 (1 5 )如項目（1 4 )所述之用以生產一噴墨記錄 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝 ·11111 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 1234518 A7 B7 五、發明說明（8 ) 頭之方法，其中該凹陷係爲一凹槽’以形成墨流路徑。 (1 6 )如項目（1 4 )所述之用以生產一噴墨記錄 頭之方法，其中該穿透孔係形成排放埠。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (1 7 )如項目（1 〇 )至（1 6 )之任一項目所述 之用以生產一噴墨記錄頭之方法’其中雷射光之波長範圍 係由350至1〇〇〇奈米之內。 (1 8 )如項目（1 〇 )至（1 7 )之任一項目所述 之用以生產一噴墨記錄頭之方法’其中雷射光之一雷射照 射時間係不超出5 0 0毫微微秒。 (1 9 )如項目（1 〇 )至（1 8 )之任一項目所述 之用以生產一噴墨記錄頭之方法’其中一構成至少墨路徑 之一部份之構件包含排放埠，墨流路徑，液體室及供墨孔 徑係由樹脂材料構成。 (2 0 )如項目（1 〇 )至（1 8 )之任一項目所述 之用以生產一噴墨記錄頭之方法’其中一構成至少墨路徑 之一部份之構件包含排放埠，墨流路徑，液體室’及供墨 孔徑係由矽或矽化合物所構成。 (2 1 )如項目（1 0 )至（2 0 )之任一項目所述 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之用以生產一噴墨記錄頭之方法，其中雷射振盪器係被提 供以一光傳遞空間壓縮裝置。 (2 2 )如項目（2 1 )所述之用以生產一噴墨記錄 頭之方法，其中光傳遞空間壓縮裝置係由一吱喳脈衝產生 機構及一垂直模式同步機構構成，該同步機構利用光波長 光色散特徵。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) -11 - 1234518 A7 --------------- 五、發明說明（9 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (2 3 ) —種噴墨記錄頭，包含一墨排放捧，用以將 一予以沉積於一記錄媒體上之墨滴排放，一液體室，含予 '以供給至墨排放璋之墨，一墨流路徑，用以使液體室與墨 排放埠相通，一能量產生元件，提供於墨流路徑之一部份 中，並產生用以墨排放之能量，及一供墨孔徑，用以由外 部供給墨至液體室，其中一構成至少噴墨記錄頭之墨流路 徑之一部份之構件係由雷射加工所完成，其中： 於投射雷射光至一遮罩圖案，使用於空間及時間上具 有很高能量密度之多數脈衝中之雷射光，而加以執行雷射 加工，如同由雷射振盪器發射時可以與一脈衝發射時間振 Μ不超出1微微秒’及 一由光繞射產生之斑點干涉影像，於通過遮罩圖案之 雷射光動態改變時，藉以形成斑點干涉影像之整合影像並 產生一與遮罩圖案實質相同之圖案。 (2 4 )如項目（2 3 )所述之一噴墨記錄頭，其中 具有一構成作用以令該遮罩係被振動致動器所以光軸之方 向位移並振動，以形成斑點干涉影像之整合影像於一工件 之加工表面上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (2 5 )如項目（2 4 )所述之一噴墨記錄頭，令該 構件以於該工件之表面上形成斑點干涉影像之整合影像， 藉由插入具有斜率至少由Ο λ至λ/2之波長板於遮罩及 投影透鏡之間或於投影透鏡及工件之間，並於移動波長板 之同時，執丨了雷射照射’使得光偏振改變。 (2 6 )如項目（2 3 )至（2 5 )所述之一噴墨記 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 1234518 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ίο ) 錄頭，其中多數構成墨路徑一部份之凹陷或穿透孔係同時 形成有一預定距離，藉由雷射照射經一具有圖案之遮罩’ 1亥圖案具有多數孔徑形成，並具有一預定間距。 (2 7 )如項目（2 6 )所述之一噴墨記錄頭，其中 δ亥凹陷係爲一凹槽，以形成墨流路徑。 (2 8 )如項目（2 6 )所述之一噴墨記錄頭，其中 該穿透孔係形成排放埠。 (2 9 )如項目（2 4 )至（2 8 )之任一項目所述 之一噴墨記錄頭，其中一構成至少墨路徑之一部份之構件 包含排放埠，墨流路徑，液體室及供墨孔徑係由樹脂材料 構成。 (3 0 )如項目（2 4 )至（2 8 )之任一項目所述 之用以生產一噴墨記錄頭之方法，其中一構成至少墨路徑 之一部份之構件包含排放埠，墨流路徑，液體室，及供墨 孔徑係由矽或矽化合物所構成。 〔圖式之簡要說明〕 第1圖爲於本發明之實施例1之雷射加工設備中之一 光罩圖案投影光學系統之光路徑示意圖； 第2圖爲於本發明之實施例2之雷射加工設備中之光 罩圖案投影光學系統之光路徑之示意圖； 第3圖爲於本發明之實施例2中之雷射加工設備中所 用之梯度反射波長板之架構圖；及 第4Α，4 Β及4 C圖爲本發明之加工方法之賓施例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ， - Γ 裝---r-----訂------------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -13- 1234518 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（11 ) 1及2所用之噴墨產生方法所生產之噴墨頭之示意圖。 主要元件對照表 1 光罩 2 小孔板 3 噴墨頭 5 振動器 5， 波長板 1〇1 光束 1 1〇 光積分器 111 場透鏡 112 孔徑 113 光罩圖案投影透鏡 5 1 石英板 5 2 水晶 2 1 墨排放埠 3 1 墨流路徑 3 2 共同液體室 3 3 基板 3 4 墨排放壓力產生元件 3 5 頂板 〔較佳實施例之詳細說明〕 雖然本發明之前述構造之應用，但本發明之實施例可 ： IL------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14- 1234518 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（12 ) 以實現雷射加工法，其能完成較高解析度，同時，避免副 產物之產生並基本上防止了於雷射加工時所產生之熱能之 '累積於該物件上，該物件例如由樹脂材料作成；一種利用 此雷射加工法生產噴墨記錄頭的方法；及使用此生產方法 所產生之噴墨記錄頭。於遮罩投影加工中，藉由提供一機 構，以動態位移於光路徑中之投影影像之干涉，以導引雷 射光至該物件，其中可以實現一雷射加工法，其能精確地 產生一細微遮罩圖案，一種方法，用以利用此雷射加工法 ，以生產一噴墨記錄頭，及藉由此一生產方法所產生之噴 墨記錄頭。 由可以振盪一時間不超出1微微秒之雷射振盪器發射 之用於本發明之前述結構中並具有於時間及空間中有很高 能量密度之呈多數脈衝之雷射光係所謂毫微微秒雷射，其 係例如被描述於”下一代光學技術總論”中（其係由光子公司 於公開於1 9 9 2年；段落1基本技術：超短脈衝之產生 及壓縮，第2 4至3 1頁），並且，於很多現行可購得之 毫微微秒雷射中，一些具有脈衝照射時間不超出1 5 0毫 微微秒及每脈衝5 0 0毫焦耳之光學能量。以此等雷射，. 所發出之雷射光之能量強度到達約3千百萬瓦於振盪脈衝 中。 於前述例子中，例如，由利用一準分子雷射之傳統熔 散加工法之噴墨記錄頭的排放埠，用於形成排放埠之樹脂 板所吸收之光能量係部份被轉換爲熱能，因爲所照射雷射 光之振盪脈衝週期之故，此等熱能擴散於整個樹脂板中某 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------.-----訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 1234518 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（13 ) 些導熱性，藉以造成熱膨脹。膨脹隨蝕刻處理進行增加， 牵昔以噴嘴係被偏向至外部及噴嘴邊緣變形，使得墨滴不能 以平行及直線方式被排放。 另一方面，依據使用具有脈衝照射時間不超出1微微 秒之前述毫微微秒雷射之結構，於雷射加工之時間上之能 量密度可以劇烈地增加，使得例如由樹脂材料作成之物件 之熔散加工可以以很低光能量執行。 於上述結構中，因爲副產物係幾乎不會產生於雷射加 工中’所以傳統上不可避免之去除副產物的步驟可以省去 ’使得噴墨記錄頭之產率可以大大改良。 於上述架構中，因爲加工可以於雷射光能照射前完成 ’及物件係被轉換爲熱能並累積於物件中，於雷射加工進 行中之熱膨脹問題，造成了加工精確度之劣化，或部份熔 化可以被解決，藉以可能完成高精密度加工，及噴墨記錄 頭之效能可以大量改進。例如，當形成依據此架構之噴排 放埠時，可以以高密度平行安排之排放璋形成，藉以取得 噴墨記錄頭，其能以直線及平行方式排放墨滴。 具有脈衝照射時間不超出1微微秒之雷射係大致形成 於一固態中’並能用於單一或低量橫向振還模式中，使得 細微遮罩圖案之反射造成於投射影像中之斑點干涉。 爲了解決這缺點，本發明之上述結構係應用以大量改 變形成於物件表面上之斑點干涉影像，以形成一此干涉影 像之整合影像，藉以一圖案係大致相同於可以形成之遮罩 圖案。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------«------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -16- A7 1234518 B7____ 五、發明說明（14 ) 於此一結構之特定實施例中，用以反射此圖案之遮罩 係被一振動致動器所位移並振動於一光軸方向，以動態地 '改變斑點干涉圖案，並依據由遮罩圖案之投影影像之遮罩 的位移振動所形成之整合影像’其中兀成一*斑點干涉’藉 以一實質相同於遮罩圖案之圖案可以被取得。 於此一架構之另一特定實施例中，一具有至少由〇入 至λ / 2梯度之波長板係被插入於遮罩及投影透鏡間，或 於投影透鏡及物件間，及雷射照射係被執行於波長板被移 動之同時，以如前述改變偏振狀態，藉以動態地改變斑點 干涉圖案，並依據由遮罩圖案所投射之影像的遮罩位移振 動所形成之整合影像，來處理該物件，藉以可以取得一實 質相同於遮罩圖案之圖案。 於以下，本發明之實施例將參考附圖加以解釋，但本 發明並不是以此等實施例加以限定。 〔實施例1〕 於實施例1中，當雷射振S器，一具有脈衝照射時間 不超出1微微秒之雷射被使用。明確地說，所發射雷射光 係爲具有波長7 7 5奈米之近紅外線，其照射脈衝週期係 1 5 0毫微微秒每脈衝，及其照射能量係爲每脈衝1 5焦 耳。因爲噴墨記錄頭之主體被使用作爲由5 0微米厚之聚 風之小孔板，其中形成有噴排放埠。 第1圖爲本發明之雷射加工設備之光罩圖案投影光學 系統之光學路徑示意圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） h---.-------ΦΜ.——.-----訂---------線霉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 17- 1234518 A7
五 '發明說明（15 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一由雷射裝置（未示出）射出光束1 0 1係被導引至 一光積分器1 1 〇，其例如包含一複眼透鏡，以將入射雷 射束分成多光束，因此，被分割之光束係爲一在光罩1上 之場透鏡1 1 1所重疊，該光罩具有多數孔徑形成呈一預 定間距之圖案，調整雷射之照射強度於光罩上成實質均勻 〇 场透鏡1 1 1形成一局勒（Koehler )照明系統，用以 反射由複眼透鏡1 1 〇所對焦之影像點至一光罩圖案投射 透鏡113之孔徑112中。 於此一光學系統中，雷射光照明該光罩1，該遮罩圖 案係對焦於其上，並被投影透鏡1 1 3所反射至噴墨頭3 之小孔板2之表面上，該噴墨頭爲一工件，藉以墨排放埠 係藉由雷射振盪形成於其中。 - 於此操作中，若遮罩圖案係被簡單地反射至小孔板中 ，因爲所照射雷射光係於橫向單膜式中同調，藉由通過遮 罩圖案所繞射之光相互干擾，於反射於小孔板之表面上之 遮罩圖案之光學影像上造成斑點干涉，藉以使得小孔板不 能加工爲一相對於該遮罩圖案之形狀。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲了避免此一現象，於雷射加工處理時，一振動器5 係以直接或間接保持與遮罩板1接觸，以以光軸之方向振 動並位移該遮罩板（或光罩）1。因此，通過遮罩圖案之 光繞射於其相位，繞射位置及繞射密度中作改變，使得反 射於小孔板上之遮罩圖案之斑點干涉影像顯示相對於時間 作一動態改變。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -18- 1234518 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（16 ) 因爲，小孔板之加工並未爲一脈衝之雷射照射所完成 ，而是藉由幾百至幾千脈衝之雷射照射所完成，斑點干涉 :影像之整合影像係被形成，其係隨著遮罩板之位移作動態 改變，及最後加工形狀隨著實質與遮罩圖案相同之整合影 像。 爲了特定加工狀況，由振盪器5所振動之遮罩板1之 振盪頻率爲1 Ο Η z，遮罩板1之振動波幅爲約5微米， 及脈衝雷射光之照明循環爲1 Ο Ο Ο Η ζ。因此，於遮罩 板1之振動位移之一週期時，小孔板2係被以1 〇 〇個不 同干涉狀態之雷射光照射。另一方面，其中形成有墨排放 埠2 1之小孔板2具有5 0微米之厚度，及雷射照射之加 工深度係約每脈衝0 · 1微米，使得至少需要5 0 0脈衝 之雷射照射，以形成墨排放埠2 1之穿透孔。 因此，墨排放埠2 1之穿透孔係由1 〇 〇個不同干涉 狀態之5個重覆週期所形成，使得此干涉圖案係被積分及 墨排放埠2 1之完整形狀係被忠實地重製於遮罩圖案上。 〔實施例2〕 用於本發明之排放埠之加工方法的實施例2將加以說 明。用於此實施例中之雷射係類似於實施例1中，用以形 成噴墨記錄頭之主體之小孔板中之墨排放埠者，小孔板係 由具有5 0微米厚之聚風作成。 第2圖爲一示意圖，示出本發明之雷射加工設備之遮 罩圖案投射光學系統之光路徑。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公1 ) -----------^-----訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -19- 1234518 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（17 ) 由一雷射裝置（未不出）來之光束1 0 1係被導引入 光學積分器1 1 0中，該積分器係例如由複眼透鏡構成， '以將入射雷射光分成多數射束，因此，所被分割之光束係 爲一在遮罩1上之場透鏡1 1 1所重疊，該遮罩1具有形 成有預定間距之多數孔徑圖案，藉以調整雷射照射強度於 遮罩上實質上爲均勻。 場透鏡1 1 1形成一高勒（Koehlei·)照明系統，用以 反射由複眼透鏡1 1 0所對焦之多數影像點至一遮罩圖案 投射透鏡1 1 3之孔徑1 1 2中。 於此一光學系統中，雷射光照明該遮罩1 ，該形成於 其上之遮罩圖案係被對焦並爲投影透鏡1 1 3所反射至噴 墨頭3之小孔板2之表面上，該噴墨頭爲一工件’藉以墨 排放埠係藉由雷射振盪形成於其中。 於此操作中，若遮罩圖案係被簡單地反射至小孔板中 ，因爲所照射雷射光係於橫向單膜式中同調，藉由通過遮 罩圖案所繞射之光相互干擾，於反射於小孔板之表面上之 遮罩圖案之光學影像上造成斑點干涉，藉以使得小孔板不 能加工爲一相對於該遮罩圖案之形狀。 爲了避免此一現象，於雷射加工處理時，一如於第3 圖所示之具有斜向厚度之水晶5 2形成石英板5 1上之波 長板5 ’係被插入於遮罩板1及投射透鏡1 1 3之間’如於 第2圖所示，此斜向偏光波長板係爲位移如由箭頭所示° 因此，通過遮罩圖案之繞射光，於其相位，繞射位置 及繞射密度中作改變，使得反射於小孔板上之遮罩圖案之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝---r-----訂--------- ΜΨ--- (請先閱讀背面之注音3事項再填寫本頁) -20- 1234518 A7 B7 五、發明說明（18 ) 斑點干涉影像隨著時間作動態改變。 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 因爲，小孔板之加工並未爲一脈衝之雷射照射所完成 '，而是藉由幾百至幾千脈衝之雷射照射所完成’斑點千涉 影像之整合影像係被形成，其係被上述波長板5 ’所動態改 變，及最後加工形狀隨著實質與遮罩圖案相同之整合影像 0 爲了特定加工狀況，由波長板5 ’係被提供以一水晶層 5 2，其係藉由具有雙折射特性之水晶黏著至一石英板 5 1上，並硏磨該水晶層，以造成一斜波，使得其厚度逐 漸改變，及此水晶層之厚度係加以選擇，以造成於水晶層 之斜向中，相當於2 mm移動之7 7 5奈米雷射波長之1 / 2的相差。 波長板5 ’係被移動於水晶之斜向中，如於第2圖之箭 頭所示，以每秒8 m m之速度，及脈衝雷射光之照射頻率 爲1〇〇〇Η z 。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面，其中形成有墨排放埠2 1之小孔板2具有 5〇微米之厚度，及雷射照射之加工深度係約每脈衝 〇.1微米，使得至少需要5 0 0脈衝之雷射照射，以形 成墨排放埠2 1之穿透孔。 因此，墨排放埠2 1之穿透孔之形成需要約0 . 5秒 ，於其間，波長板5 ’移動4 m m，以產生通過遮罩圖案之 雷射光由0至1波長之相差，相當於偏振方向之1 8〇° 旋轉。因此，通過遮罩圖案之繞射光係於偏振方向受到改 變，造成干涉中之偏振光波之座標的改變，並提供干涉之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 - 1234518 A7 B7 五、發明說明（19 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 不同狀態。隨著5 0 0脈衝雷射照射，遮罩圖案係以個別 不同偏振狀態被反射至小孔板2，及墨排放埠2 1係藉由 整合此等不同偏振狀態加以形成，使得墨排放埠2 1之完 整形成係忠實地加以再現該遮罩圖案。 於以下說明中，應用前述實施例1及2之排放埠形成 方法的噴墨記錄頭將參考第4 A至4 C圖加以解釋。 參考第4 A及4 C圖，一基板3 3之上被提供有一墨 排放壓力產生元件3 4，例如一電熱轉換元件或電機轉換 元件，用作爲墨排放。 墨排放壓力產生元件3 4係被提供於與排放埠2 1相 通之墨流動路徑3 1，及個別墨流動路徑3 1與一共同液 體室3 2相通，室3 2係連接至一墨供給管（未示出）， 用以由一墨槽供給墨。 一頂板3 5係被提供以凹槽，用以形成墨流動路徑 3 1及共同液體室3 2，並形成此等墨路徑3 1及共同液 體室3 2，於調整至基板3 3之同時。 於由基材3 3及頂板3 5構成之結合體中之墨流路徑 之結束，係被提供有具有墨排放埠2 1之小孔板2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述噴墨頭可以以下方式加以備製。 首先，基板3 3係藉由將加熱器3 4作出圖案加以備 製，該加熱器3 4包含熱產生電阻元件，用以產生墨排放 壓力，例如移位暫存器及接線上於矽基材上之積體電路（ 未示出），及頂板3 5係藉由形成凹槽，以形成墨流動路 徑3 1及墨室3 2加以備製，及一供墨孔徑（未示出）係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22- 1234518 A7 B7 五、發明說明（20 ) 藉由化學飩刻一矽板加以形成。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，基板3 3及頂板3 5係對準並結合以使得墨排 放側之端面相互重合及墨流動路徑3 1之陣列重合於加熱 器3 4之陣列。 然後，未形成有噴嘴（排放埠）之小孔板2係被黏著 至結合頂板及基板之墨排放側端面，及噴嘴係藉由於前面 所述之噴嘴加工方法而形成爲此狀態。 然後，其上形成有用以驅動加熱器之終端（未示出） 之電路板係被連接，及一鋁爲主板係結合至基板3 3。噴 墨頭係藉由組合用以支撐元件之夾持器及用以供給墨之墨 槽加以取得。 上述噴墨記錄頭之備製可以防止於墨排放方向及位置 之變動，諸變動係由於排放埠方向之不均勻加工所造成者 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於本發明中，5 0單位之噴墨頭係被備製並受到排放 埠形狀的觀察。所有排放埠均顯示淸潔邊緣並平行對準一 高密度，及於這些排放埠之墨排放端的孔徑之變動相較於 傳統方式所備製者係大量地降低。於實際印刷操作時，這 些噴墨記錄頭均勻地記錄所對準之印制點與一優良圓點形 狀，藉以提供優良印刷品質之影像。 於前述中，用以形成墨排放埠之方法例子已經加以解 釋，但本發明並不限定於此，而可以以相同優點，而適用 於備製墨流動路徑，一墨室或一墨供給孔徑中。 於前述中，本發明已經以其應用至噴墨記錄頭加以說 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23- 1234518 A7
五、發明說明（21 ) 明’但本發明並未限定於此，也可以應用於雷射加工，以 微加工半導體基材等，及本發明係包含這些例子。 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 如於前所述’本發明可以應用至較高解析度，消除副 產物之產生，本質上避免於雷射加工工件時所產生之熱能 累積’該工件例如由樹脂材料構成，並精確地於遮罩投影 加工中產生細微遮罩圖案。另外，本發明即時允許雷射加 工之目b里挖度’以大重增加’藉以使得例如由樹脂材料構 成之物件可以以很少光能加以熔散。 依據本發明，於雷射加工中之副產物係幾乎不會產生 ’使得傳統上，用以消除副產物之不能避免之步驟可以被 省略。藉由應用本發明至生產噴墨記錄頭之方法時，噴墨 頭之產量可以大量改進。 依據本發明，於照射由例如樹脂材料構件之物件的雷 射光能被轉換爲熱能及累積於物件前，加工係加以完成， 使得該物件係可以於加工時沒有熱膨脹之缺點，以降低了 加工精確度或部份熔化。因此，可以完成高精密加工，以 大量改良了噴墨頭之效能。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 同時，沒有經過液相狀態之熔散加工可以不只在樹脂 材料中實現，同時，也可以在高導熱率，例如陶瓷或金屬 中實現，因爲加工處理係於熱照射後熱擴散前，就已完成 0 另外，熔散加工可以以高透光性材料，例如石英，水 晶或玻璃加以實現，甚至利用略低吸光材料，因爲能量係 即時被高度集中。因此，用於噴墨記錄頭之材料選擇可以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -24- 1234518 A7 B7 五、發明說明（22 ) 放大。因此，高溫處理等可以應用至墨排放埠之表面上之 防水處理。 再者，本發明使得材料可以以很小之線性膨脹係數力口 以使用，藉以禁止由於剪力造成之偏離’於元件之接合面 間發生。陶瓷或玻璃之使用使得吾人可以生產具有耐磨性 佳之噴墨頭及可以忍受強鹼墨，及半導體材料之使用允許 結構予以直接形成於積體電路上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -25-
Claims (1)
- 8 8 8 8 ABCD 1234518 々、申請專利範圍 1 . 一種雷射加工方法，用以藉由以一雷射光照射一 物件，而於該物件上執行雷射熔散加工，該方法包含： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將雷射光投於一遮罩圖案上，利用雷射光於空間及時 間上具有很高能量密度之多數脈衝，當由雷射振盪器發出 時，其可以以不超出1微微秒之脈衝發射時間加以振盪； 並藉由於雷射光通過遮罩圖案時，動態地改變光繞射 所產生之斑點干涉影像，藉以形成斑點干涉影像之整合影 像；及 產生一大致與遮罩圖案相同之圖案。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之雷射加工方法，其 中該遮罩係爲位移並振動於光軸之方向中，以形成斑點干 涉影像上之整影像，於物件之表面上。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之雷射加工方法，其 中遮罩之位移振動係由一振還致動器所作用。 經濟部智慧財是局員工消費合作社印製 4 ·如申請專利範圍第1項所述之雷射加工方法，其 中斑點干涉影像之整合影像係形成於物件之表面上，藉由 插入具有至少由〇 λ至λ/2之斜率之波長平板於遮罩與 一投影透鏡或於投影透鏡及物件間，並於移動波長平板之 同時，執行雷射照射，使得光偏振被改變。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之雷射 加工方法，其中雷射光之波長係由3 5 0至1 0 0 0 nm 之範圍內。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之雷射加工方法，其 中雷射光之脈衝照射時間係不超出5 0 0毫微微秒。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公缝） -26 - 1234518 A8 B8 C8 D8 --- ~ 六、申請專利範圍 7 ·如申請專利範圍第1項所述之雷射加工方法，其 中該物件係由樹脂材料，S i或一 S 1化合物所構成。 8 ·郭申請專利範圍第1項所述之雷射加工方法，其 中該雷射振盪器係被提供以一光傳遞空間壓縮裝置。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之雷射加工方法，其 中光傳遞空間壓縮裝置係由一吱喳脈衝產生機構及一垂直 模式同步機構構成，該垂直模式同步機構利用光波長光色 散特徵。 1 0 · —種用以生產一噴墨記錄頭之方法，該記錄頭 包含一墨排放埠，用以排放墨滴予以沉積於一記錄媒體上 ，一液體室，包含有予以供給至墨排放埠之墨，一墨流路 徑，用以使液體室與墨排放埠相通，一能量產生元件，提 供於墨流路徑之一部份中，並產生用以排放墨之能量，及 一供墨孔徑，用以由外部供給墨至液體室等，其中構成噴 墨記錄頭之墨路徑之至少一部份之構件係由雷射加工法加 以作成，其中： 於投射雷射光至一遮罩圖案時，使用於空間及時間上 具有很高能量密度之多數脈衝中之雷射光，而加以執行雷 射加工，由雷射振盪器發射可以以一脈衝發射時間振盪不 超出1微微秒，及 一由光繞射產生之斑點干涉影像，於通過遮罩圖案之 雷射光動態改變，藉以形成斑點干涉影像之整合影像並產 生一與遮罩圖案實質相同之圖案。 ；L •如申請專利範圍第1 〇項所述之用以生產一噴 ΗΞ ί ί%! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ΞΙ 、1T. Η 一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 • HIM 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 1234518 Α8 Β8 C8 D8 、申請專利範圍 墨記錄頭之方法，其中該遮罩係以光軸之方向位移並振動 ，以形成斑點干涉影像之整合影像於噴墨記錄頭之表面上 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中遮罩之位移振動係由振動致動器所 作動。 1 3 .如申請專利範圍第1 0項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中斑點干涉影像之整合影像係形成於 噴墨記錄頭之表面上，藉由將一具有斜率由Ο λ至λ/2 之波長板插入於遮罩及投影透鏡之間或於投影透鏡及噴墨 記錄頭之間，並於移動波長板時，執行雷射照射，使得光 偏振被改變。 1 4 .如申請專利範圍第1 0，1 1或1 2項所述之 用以生產一噴墨記錄頭之方法，其中多數構成墨路徑一部 份之凹陷或穿透孔係同時形成有一預定距離，藉由雷射照 射經一具有圖案之遮罩，該圖案具有多數孔徑形成，並具 有一預定間距。 經齊部智慧財4局員工消費合作社印製 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中該凹陷係爲一凹槽，以形成墨流路 徑。 1 6 ·如申請專利範圍第1 4項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中該穿透孔係形成排放埠。 1 7 ·如申請專利範圍第1 0項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中雷射光之波長範圍係由3 5 0至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 1234518 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1000奈米之內。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 8 ·如申請專利範圍第1 0項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中雷射光之一雷射照射時間係不超出 5 0 0毫微微秒。 1 9 .如申請專利範圍第1 0項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中一構成至少墨路徑之一部份之構件 包含排放埠，墨流路徑，液體室及供墨孔徑係由樹脂材料 構成。 2〇.如申請專利範圍第1 0項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中一構成至少墨路徑之一部份之構件 包含排放埠，墨流路徑，液體室，及供墨孔徑係由矽或矽 化合物所構成。 2 1 .如申請專利範圍第1 0項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中雷射振盪器係被提供以一光傳遞空 間壓縮裝置。 經濟部智慧財4局P、工消費合作社印製 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述之用以生產一噴 墨記錄頭之方法，其中光傳遞空間壓縮裝置係由一吱喳脈 衝產生機構及一垂直模式同步機構構成，該同步機構利用 光波長光色散特徵。 2 3 · —種噴墨記錄頭，包含一墨排放埠，用以將一 予以沉積於一記錄媒體上之墨滴排放，一液體室，含予以 供給至墨排放埠之墨，一墨流路徑，用以使液體室與墨排 放埠相通，一能量產生元件，提供於墨流路徑之一部份中 ，並產生用以墨排放之能量，及一供墨孔徑，用以由外部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -29- 1234518 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 供給墨至液體室，其中一構成至少噴墨記錄頭之墨流路徑 之一部份之構件係由雷射加工所完成，其中： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於投射雷射光至一遮罩圖案時，使用於空間及時間上 具有很高能量密度之多數脈衝中之雷射光，而加以執行雷 射加工，由雷射振盪器發射可以以一脈衝發射時間振邊不 超出1微微秒，及 一由光繞射產生之斑點干涉影像，於通過遮罩圖案之 雷射光動態改變時，藉以形成斑點干涉影像之整合影像並 產生一與遮罩圖案實質相同之圖案。 2 4 ·如申請專利範圍第2 3項所述之一噴墨記錄頭 ，其中具有一構成作用以令該遮罩係被振動致動器所以光 軸之方向位移並振動，以形成斑點干涉影像之整合影像於 一工件之加工表面上。 經濟部智慧財/I局員工消費合作社印製 2 5 ·如申請專利範圍第2 4項所述之一噴墨記錄頭 ，令該構件以於該工件之表面上形成斑點干涉影像之整合 影像，藉由插入具有斜率至少由Ο λ至λ / 2之波長板於 遮罩及投影透鏡之間或於投影透鏡及工件之間，並於移動 波長板之同時，執行雷射照射’使得光偏振改變。 2 6 .如申請專利範圍第2 3至2 5項中任一項所述 之一噴墨記錄頭，其中多數構成墨路徑一部份之凹陷或穿 透孔係同時形成有一預定距離，藉由雷射照射經一具有圖 案之遮罩，該圖案具有多數孔徑形成，並具有一預定間距 〇 2 7 ·如申請專利範圍第2 6項所述之一噹墨記錄頭 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -30- 1234518 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ，其中該凹陷係爲一凹槽，以形成墨流路徑。 2 8 .如申請專利範圍第2 6項所述之一噴墨記錄頭 ，其中該穿透孔係形成排放埠。 2 9 .如申請專利範圍第2 4項所述之一噴墨記錄頭 ，其中一構成至少墨路徑之一部份之構件包含排放埠，墨 流路徑，液體室及供墨孔徑係由樹脂材料構成。 3 0 .如申請專利範圍第2 4項所述之一噴墨記錄頭 ，其中一構成至少墨路徑之一部份之構件包含排放埠，墨 流路徑，液體室，及供墨孔徑係由矽或矽化合物所構成。 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 二 ,:::Ξ 一 1二 1T'·— 二 Μ 經齊部智慧財產局員工消費合作社印製 r -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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