TWI308886B - Inkjet printhead and process for producing the same - Google Patents

Description

1308886 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種喷墨頭結構及其製程方法 是有關於一種提供輔助致動式噴墨頭結構及其製程方法。 【先前技術】 以喷墨頭喷墨方式來說，大致可分為熱氣泡式嘴墨頭、 靜電式喷墨頭以及壓電式喷墨頭。其中，靜電式嘴^頭以 及壓電式喷墨頭是不涉及加熱部分的，而本發明亦是針對 靜電式喷墨頭及壓電式喷墨頭所提出。 請參考圖一 A、B、C，圖一 A、b、c係為習知侧 投式之靜電致動式喷墨頭之動作示意圖。此喷墨頭1〇〇為 側投式，因此喷墨頭100之喷嘴110為位於基底12〇與基 底130之間’且位於噴墨頭100之靜電致動板14〇的側邊。 如圖一 A所示’在此喷墨頭100未開始動作時，靜電致動 板140為處於一自然位置’且透過喷墨頭10〇之墨水進孔 170 ’基底120與靜電致動板140所形成腔室15〇内與腔室 150旁之墨水儲藏槽160内充滿著墨水。 如圖一 B所示，當喷墨頭100準備噴墨時，靜電致動 板140受靜電力形變而向下拉伸，且腔室150内仍充滿著 墨水。又如圖一 C所示，之後，靜電致動板140不受靜電 施力而向上反彈’同時腔室150内之墨水即從腔室150兩 側推出，墨水即從噴嘴110喷出。 此喷墨頭100之缺點在於：當靜電致動板140形變使得 1308886 二二推出且藉由喷嘴110喷出時，腔室150内 1二’V t•嘴嘴110之另一側嘴出且推出至墨水儲藏槽 产即儲藏槽160内墨水回填至腔室150之速 ί二;、(曰。正體來說’此喷墨頭⑴。喷墨之頻率尚有改 善的空間。 懕雷圖一 A、B、C ’圖二A、B、C係為習知上投式 壓電致動式之魅賴構之動作*賴。如圖二A所示， 此喷墨頭2GG結構大致與側投式之靜電致動式喷墨頭類 似’此喷墨頭200具有基底22〇、基底23〇、基底235，而 基底m具有喷嘴21G、基底23〇上具有靜電致動板24〇、 墨水儲藏槽26G。特別的是，此喷墨頭·之喷嘴21〇直接 形成於基底220上’為位於靜電致動板24〇上方。 當噴墨頭200在未嘴墨時，開關裝置275為打開 (OFF) ’靜電致動板240未通電且處於自然位置。而當喷 墨頭200欲喷墨時，如圖二B所示，開職置2乃關閉 (ON)，靜電致動板240通電而受壓向下拉伸。接著，如 圖二<：所示，開關裝置275再度打開’靜電致動板240未 通電而反彈向上，因此，靜電致動板24〇所對應之腔室25〇 内之墨水同樣由喷嘴210喷出。 此喷墨頭200之缺點同樣與喷墨頭1〇〇相同，在靜電致 動板240形變將腔室250内墨水向兩侧推出之同時，向墨 水儲藏槽260推進之墨水會影響墨水儲藏槽26〇回填墨^ 至腔室250内之速度，而影響喷墨頭200整體之噴墨速度。 此外’上投式喷墨頭200還有著墨水喷出時容易產生黄^ 1308886 之衛星墨滴情況發生。 有鐘於此，本發明提出一種嘴墨頭結構及其製程方法， 進噴液品質的情況下，並同時大幅提昇噴墨頭噴墨 【發明内容】 本發明主要目的騎效提升噴墨猶墨之速度，為達到 此目的本發明乂供一種上投式與側投式之喷墨頭結構， 其包括第-基底以及第二基底。其中第—基底具有第一面 以及第二面，第—基底具有至少—噴嘴。第二基底具有第 一，以及第二面，第二基底與第一基底相連，且第二基底 之第-面與第-基底之第二面相對，第二基底之第一二上 至少具有兩凹槽，這些凹槽中其一之底部為一致動板，這 些凹槽中另一之底部之為一輔助致動板。 本發明增添輔助致動板之設計除可應用在上投致動 式之噴墨頭結構外，亦可應用在側投致動式之喷墨頭結構。 本發明另一主要目的為提高喷墨頭結構對位之精準 度’且強固噴墨頭結構，為達到此目的，以靜電致動式喷 墨頭結構為實施例，本發明更提供一種靜動致動式噴墨頭 結構之製程方法’其方法步驟包括：製作包含一層下電極 之第一基底、製作包含一主致動板之一第二基底，且將 包含一喷嘴之一第三基底直接形成於第二基底之第—面 上’以及使用一次晶片黏合技術將第一基底與相對於第二 1308886 基底之第一面之第二基底之第二面黏合。 在實際操作上，本發明亦提出—獅作方法，使本發明 提冋喷，速度之目的能順利達成。此操作方法包括輔助致 動板形變將墨水由獅致動板所對應之腔室推人墨水儲藏 槽以及主致動板所對應之難中。主致動板形變以將其對 應腔室中之墨水推至噴嘴，墨水由倾噴出，及主致動板 形變回—自然位置後，由輔助致動板形變，以將輔助致動 板所對應腔室之墨水回填至主致動板所對應腔室内等 驟。 【實施方式】 為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有 更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明如後： 基於不論是靜電致動式或壓電致動式之噴墨頭在喷墨 時’墨水容㈣填至墨水儲存獅，秘響 .ς 充墨水之速度，且械噴墨射墨之速度。 慮喷墨頭除原本之靜電或壓電致動板外，更掩添至 助之靜電或壓電致動板，以防止墨水回填“ G輔 更大幅提尚喷墨頭之喷墨速度。 本發明僅以靜電致動式之喷墨頭結構來說明，但 之應用並不侷限於此，亦可應用在其他非加 ς 頭，例如壓電致動式之噴墨頭。 、& ^參考圖三八以及圖^，圖三心心相為本發明 杈佳實施例上投式之靜電致動式以及壓電致喊之喷黑頭 1308886 上投式之靜電致動式之噴墨 。其中基底；310具有喷嘴 之結構不意圖。在圖三A中’上拍 頭300包括有基底31〇、320、330。 340、基底320絲上依序具有主靜電致動板35〇、墨水儲 藏槽370以及辅助靜電致動板36()。而由於此喷墨頭3〇〇 為靜電致動式，因此’在主靜電軸板35q與辅助靜電致 動板360表面還鋪有一層電極375，且基底33〇上亦鋪有一 層電極377 ’以藉由電極3乃、3?7通電時使主靜電致動板 350、輔助靜電致動板360產生形變。 透過輔助靜電致動板360輔助主靜電致動板35〇將墨水 由喷嘴340喷出，即墨水路徑為輔助靜電致動板36〇對應 之腔室38卜通道383、墨水儲藏槽370以及主靜電致動板 350所對應之腔室385。 請參考圖三B ’壓電致動式之喷墨頭3〇5在結構上與靜 電致動式之喷墨頭300類似’其差異在於喷墨頭305為使 用主壓電致動板391與輔助壓電致動板393，且致動此主壓 電致動板391與輔助壓電致動板393之下電極395、397為 直接貼於主壓電致動板391與輔助壓電致動板393下方。 此喷墨頭305為壓電致動式，因此主壓電致動板391 與輔助壓電致動板393其材質會受上下電極375、395、397 而形變’與圖三A主靜電致動板350、輔助靜電致動板360 形變方式不同。但’此喷墨頭305之喷墨路徑與喷墨頭3〇〇 相同。 此外’根據本發明之概念，致動板之型式並不一定要主 靜電致動板搭配輔助靜電致動板，或主壓電致動板搭配辅 1308886 =電，動板’可例如是主靜電致動板搭配輔助壓電致動 板或主壓電軸板搭配辅助靜電致動板等。 在製程上，本發明特別僅使用一戈曰 有效提高纖糊版物 蘭之战式之靜電致喊之喷墨頭結 將基底410以濕式飯刻的方式在其表面上韻刻出-梯 5狀物川’此為步驟。接著在凸狀物4ΐι周圍之 表=上—層電極413(若喷墨頭為壓電致動式則 無此層）’此為步驟c。胁凸狀物411旁之電極413表面 上形成-與凸狀物411高度相同之間隙壁415，此為步驟 d。以上則是包含下電極413基底·之製作步驟。 在基底420表面敍刻出複數個凹槽，此為步驟e到f。 基底420表面上複數個凹槽中，依序其一之底部作為主靜 電致動板422，其-作為墨水儲存槽424，另—之底部作為 輔助靜電致動板426。之後，於主靜電致動板422以及辅助 靜電致動板426表面上鋪上一層電極428(若為壓電致動式 之喷墨頭時’還包括在致動板下方鋪各自有一層電極，如 圖一 B所不）’此為步驟§。接著，沈積一層犧牲層物於 基底420表面上’且犧牲層43〇有一凸狀物432，可形成喷 墨頭之喷嘴445 ’此為步驟h。再接著，沈積又一基底44〇 =犧牲層430之表面上，且餘刻此基底44〇使凸狀物432 露出，此為步驟i。之後，餘刻或顯影掉犧牲層43〇，基底 440上有一噴嘴445形成’此為步驟j。以上則為包含喷嘴 1308886 445之基底430直接形成於包含主靜電致動板422、輔助靜 電致動板426之基底420之製作步驟。 最後，透過一次晶片黏合技術（waferbonding)將直接 形成之基底420、440與基底410黏合，此為步驟k。 故’透過先製作基底410、與直接形成之基底420、440， 再以一次晶片黏合技術將上述兩者黏合（習知為分層製作 且經兩次晶片黏合技術），且由於僅使用一次晶片黏合技 術’可減少習知使用多次晶片黏合技術所產生之誤差量， 以提高喷墨頭結構之尺寸之精確性。此外，一次晶片黏合 技術可使黏合後之此基底410、與直接形成之基底420、440 視為單體’更強化了喷墨頭之結構。 至於本發明包含主靜電致動板以及辅助靜電致動板之 上投式喷墨頭結構之操作方法則請參考圖五A〜c，圖五A 〜C係為本發明較佳實施例之上投靜電致動式喷墨頭結構 之操作示意圖。如圖五C所示，當此上投靜電致動式喷墨 頭500無動作時’主靜電致動板51〇與辅助靜電致動板52〇 皆處於自然位置，無任何形變。如圖五A所示，當喷墨頭 500欲開始喷墨’受電極530、540導電而互相吸引，主靜 電致動板51G產生形變並向下拉伸。緊接著 示;t極53〇、540不導電，而雜亟54〇、55〇U 主靜電致動板510往與之前拉伸方向相反之方向反彈而回 到m卩使主靜電致動板51G對應腔室内之墨水由 喷嘴560喷出，且同時，輔助靜電致動板52()受電極54〇、 550導電影響形變並向下拉伸。最後，回_五c所示， 12 1308886 #助靜電致動板520往與之前拉伸 520將其聽腔室仅墨柄叙墨賴存槽 靜電致動板510對應腔室中。。 故’此喷墨頭500之操作順序為圖五c—圖五a—圖五 且’透過此操作方法，當主靜電致動板51〇將 墨水由喷嘴560喷出後，隨即由輔助靜電致動板52〇再將 墨水回填至主靜電致動板·所對應腔如，以加快主靜 電致=板510所對應腔卽墨水之回填速度。此操作方法 墨頭與習知喷墨頭相比，在噴墨頻率上顯然高 出許多。 〃 此外值得-提的是，墨水流㈣嘴、主靜電致動板間區 域之墨水通道為採取人口寬出口窄之結構，以在主靜電致 ^反將墨水推出之同時’減少墨水回流至墨水儲藏槽中。 _ 月參考圖/、，圖六係為本發明較佳實施例之喷墨頭内墨水 通道之結構。此墨水通道於於不同區域交接處610、620、 630為採取心大出口小之設計，因此墨水相當容易由X 方，由輔助靜電致動板區流人墨水儲存龍、主靜電致動 板區二墨水嘴出區’而當墨水回流時，也就是墨水以-X方 向回"I至墨水區、主靜電致動板區、墨水儲存槽區、 輔助靜電致動板㈣得不^。即，當主靜電絲板將墨水 推出至的啊，主靜電致動板將墨水同時推入墨水儲 存槽之流量將會很少，以使辅助靜電致動板接著推動墨水 至喷嘴的動作順利進行。 13 1308886 本發明將具有下列優點： a. 以至少一辅助致動板，輔助主致動板將墨水由噴嘴喷 出’此可大幅提昇喷墨頭之喷墨速度。 b. 僅使用一次晶片黏合技術，可有效定位噴墨頭基底間之 結構’且噴墨頭結構可視為單體，結構相當堅固。 c·墨水通道入口大出口小之設計，可降低墨水回流量，以 使喷墨動作進行順利，連帶提升喷墨品質。 綜合上述，本發明提供一種噴墨頭結構及其製程方 法，透過增加至少一辅助致動板，可有效提升喷墨頭之喷 墨速度’且在製程時，僅使用一次晶片黏合技術，可提高 噴墨頭結構之定位精準度及強固性。 唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之 圍。即大凡依本發明巾請專利範圍所做之 本發明飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離 本發月之精神和範圍’故都應_本發明的進—步實施例。 【圖式簡單說明】 動作動式喷墨頭之 拔i A B C係為習知上投式魔電致動式之嗜罢-5从 構之動作示意圖。 勒式之喷墨頭結 靜電致 靜電致動式之 Μ _ 圖三A、B係分別為本發明較 動式以及塵電致動式之噴墨頭之結構示意圖从之 圖四係為本發明較佳實施例之上投式之 14 1308886 喷墨頭結構之製程步驟圖。 圖五A〜C係為本發明較佳實施例之上投式之靜電致 動式之喷墨頭結構之操作示意圖。 圖六係為本發明較佳實施例之喷墨頭内墨水通道之結 構。 圖號說明：

100、200、300、305、500 :喷墨頭 110、210、340、445、560 :喷嘴 120、130、230、235、310、320、330、410、420、440 : 基底 140 :靜電致動板 150、250、381 :腔室 160、260、370、424、570 :墨水儲藏槽 170 :墨水進孔

240 :靜電致動板 275 :開關裝置 350、422、510 :主靜電致動板 360、426、520 :次靜電致動板 375、377、395、397、413、428、530、540、550 :電極 391 :主壓電致動板 393 :輔助壓電致動板 41卜432 :凸狀物 415 =間隙壁 15 1308886 432 :犧牲層 610、620 :交接處

Claims (1)

1. _曰修(更)正本I (杲躲弟如川处8號傘利案之麵書修 皁厂 ξ;ΛΓλ>、5:心 拾、申請專利範圍： 1.一種上投式之噴墨頭結構，包括： HI It第—面"及第二面，該第—基底具有至 一 具有Λ—面以及第二面’該第二基底與該第 土-且5亥第一基底之第一面與該第一基底之第 該:;ί底之第一面上至少具有兩凹槽，該 為一主致動板’該些凹槽，另-之 1致動板及5亥辅助致動板為一靜電致動板或壓電致動 2.=申5月專利知圍第j項所述之上投式之 中該贺墨頭結構具有至少一該辅助致動板。構其 3 第1項所述之上投式之喷墨頭結構，其 辅助致動板與一墨水來源路徑直接連接。 第1項所述之上投式之噴墨頭結構，料 邊辅助致動板位於該主致動板旁。 苒/、中 ΊΐίΙΓ，1項所述之上投式之_結構，其中 板之間還具有—墨水誠槽。 扳…_助致動 述之上投式之噴墨頭結構’其中 頭結構，其中 8·一種側投式之喷墨頭結構，包括： 17 條（t (案號第093 Π 9238號專利案之說明書修正） 一 a第-基底，具有第-面以及第二面；以及 Τίί相;有ί;;;::二基底與該 槽，該些凹槽中其一之其頂部具有-喷料道 動板。 ^另之底部為一辅助致 該t致動板及該辅助致動板為—靜電致動板或壓電致動 嫩刪蝴職構，其中 。㈣墨頭結構具有至少—輔助致動板。 1〇t 圍第8項所述之側投式之喷 中该辅助致動板與一墨水來源路徑直 八 巧申請專纖_項所述之侧投式之 = 頭 中该辅助致動板位於該主致動板旁。、° ，、 泛如申請專利範圍第8項所述之 Si之;:表面上，於該主致 助板之間具有一墨水儲藏槽。 範圍第8項所述之侧投式之嗔墨頭結構，立 中該主致動板為任意形狀。 /、 Η·=申請專利範圍第8項所述之側投式 中該辅助致動板為任意形狀。 ，其 15二種靜紐動式喷墨頭結構之製程方法 衣作包含一層下電極之一第一基底· 製作包含-主致動板之—第^底，且將包含—喷嘴之 18 (案號第093丨19238號專利案之說明書修正) 一示二丞低且按取风於該第二基底之第—面上；以及 以-濕式侧的方式於該第二基底之第—餘 複數個凹槽； 於該複數個凹槽底部上鋪上一層上電極；以及 使用-次晶片黏合技術將該第一基底與相對於該 基底之第一面之該第二基底之第二面黏合。' 16·如申請專利範圍第15項所述之靜電致 之製程方法，更包括： Ί'υ 以-濕式或乾式飯刻方式在該第一基底之第—面上钱 =出-凸狀物’該凸狀物可抵住該第二基底之 曲0 _ 17. 如t請專纖㈣16項所叙靜電致動式噴4頭結構 之‘私方法，該凸狀物為一任意开 ' 、、口 18. 如申料利範圍第16項所述之 之製程方法，更包括•· 動式嘴墨頭結構 於=狀物旁之該第一基底之第-面上塗佈有該層下 項所述之靜電致動式噴墨頭結構 於==上形成 冋度相同，且該間隙壁與該 〜凸狀物 基底之第二面。 &狀物可同時抵住該第二 20.如申請專概圍第15項所 之製程方法，其係更包括墨頭 儲藏槽。 二凹钇間形成--墨水 多(更)正本 ©93119238知專利案之說明書修正) I如申請專利範圍第20項所述之靜電 之近於該墨水儲槽旁之該 —之该層上電極為該主致動板。 Tg τ、 讧如申請專利範圍第21項所述之靜電致動 法’其中鄰近於該墨水儲槽旁之該‘槽^ 助^墙為一辅助致動板，且-墨水路徑為該辅 =動板、該墨水儲藏槽、該錢動板及該 之製撕述之靜紐動射墨頭結構 沈積该第三基底於該第二基底之第一面上，· 對該第三基底進雜刻，以在第三基底上侧出該喷嘴 以，該第二基底上之該些凹槽頂部對應之凹槽。、 噴動式喷墨頭結構之操作方法，該靜動致動式 n、· 口構具有一喷嘴、一主致動板、一墨水儲藏槽以 及一辅助致動板，該操作方法包括: °亥，助致動板形變將墨水由該輔助致動板所對應之腔 至推入該墨水儲藏槽以及該主致動板所對應之腔室 中； 該^致動板形變以將其對應腔室中之墨水推至該喷 上鳴，墨水由該噴嘴噴出；以及 1致動板形變回—自餘置後，由該辅助致動板形 變’以將該輔助致動板所對應腔室内之墨水回補至該 主致動板所對應之噴墨室中。 20