TWI450426B - 壓電致動模組及其所適用之壓電噴墨頭之製造方法 - Google Patents
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Description
本案係關於一種壓電致動模組之製造方法，尤指一種壓電致動模組及其所適用之壓電噴墨頭之製造方法。
隨著噴墨技術的進步，噴墨技術不再只是應用在傳統列印市場上，近年更應用於平面顯示器以及半導體產業的製程技術中，然而，為了降低成本以及節省製程時間，紛紛尋求新的噴墨技術，這之中最被廣為應用的，就是壓電式噴墨技術。
一般的壓電噴墨頭結構主要由噴嘴片、蓋板以及壓電致動模組所組成。請參閱第一圖A，其係為習知壓電噴墨頭之壓電致動模組之結構示意圖。如圖所示，習知的壓電致動模組1主要由上壓電晶片10、下壓電晶片11以及電極12所形成，其中上壓電晶片10及下壓電晶片11分別具有一電極12，且在上壓電晶片10及下壓電晶片11之兩電極12之間更具有一導電層13，該導電層13係可由一導電膠所形成，但不以此為限，用以接合兩電極12。以及，習知之壓電致動模組1更具有複數個流道14，該複數個流道14係自上壓電晶片10向下延伸至下壓電晶片11，且該複數個流道之開口140
均設置於上壓電晶片10上。
於第一圖A所示之壓電致動模組1中，其製造方法係為先分別製成上壓電晶片10及下壓電晶片11，並在上壓電晶片10及下壓電晶片11的一表面形成電極12，其後再透過導電層13將上壓電晶片10及下壓電晶片11接合於一起。最後，透過一切割工具，自上壓電晶片10依一定間隔向下進行切割，以形成複數個固定大小之流道14，且如圖所示，該複數個流道14的開口140均設置於上壓電晶片10的同一表面上。
請參閱第一圖B，其係為習知壓電致動模組之作動示意圖。如圖所示，當壓電致動模組1進行作動時，即透過電極12以產生一電場，進而使上壓電晶片10及下壓電晶片11依據不同之正負電壓而產生形變，如圖所示，當流道142因兩側上壓電晶片10及下壓電晶片11之正負電壓不同而產生擴張情形時，則設置於流道142兩側的流道141及流道143因而會受到擠壓，進而則可使流道141及流道143中的墨液(未圖示)自一噴墨孔(未圖示)流出，反之，因流道142係處於擴張之狀態，因而可使墨液(未圖示)流入流道142中，藉此正負電壓之交替轉換，以控制墨液自不同之流道14及噴墨孔(未圖示)流出。
然而，在習知的壓電致動模組1中，如第一圖A及第一圖B所示，由於複數個流道14均自上壓電晶片10向下延伸至下壓電晶片11所形成，且流道14之開口140均設置於上壓電晶片10上，因此，設置每一流道14之間的下壓電晶片11的基部110結構較為脆弱，尤其當壓電致動模組1進行作動時，流道14會產生擴張或被擠壓的情形，往往更會影響到流道14旁邊的基部110，使基部110在多次
的形變擠壓之後易產生破裂的情形，進而影響到壓電致動模組1之效能，並導致壓電噴墨頭可能出現損壞之情形。
有鑑於此，如何發展一種結構強度較高、不易產生損壞之壓電致動模組及其所適用之壓電噴墨頭之製造方法，以解決習知技術之缺失，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。
本案之目的在於提供一種壓電致動模組及其所適用之壓電噴墨頭之製造方法，其係藉由壓電致動模組內具有上下開口交錯設置之流道，俾解決習知壓電致動模組之結構脆弱，易導致壓電噴墨頭可能出現損壞情形之缺失。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種壓電致動模組之製造方法，其係包括下列步驟：(a)形成一上壓電晶片及一下壓電晶片，該上壓電晶片及該下壓電晶片之第一表面係分別具有一第一電極及一第二電極；(b)透過一導電層將該第一電極及該第二電極相互接合，以使該上壓電晶片與該下壓電晶片對應組接；(c)對該上壓電晶片之一第二表面進行等間距切割；(d)對該下壓電晶片之一第二表面進行與該上壓電晶片之一第二表面等間距切割錯位之切割，以形成複數個開口上下交錯之流道，俾形成一壓電致動模組。
為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種壓電噴墨頭之製造方法，其係包括下列步驟：(a)形成一上壓電晶片及一下壓電晶片，該上壓電晶片及該下壓電晶片之第一表面係分別具有一第一電極及一第二電極；(b)透過一導電層將該第一電極及
該第二電極相互接合，以使該上壓電晶片與該下壓電晶片對應組接；(c)對該上壓電晶片之一第二表面進行等間距切割；(d)對該下壓電晶片之一第二表面進行與該上壓電晶片之一第二表面等間距切割錯位之切割，以形成複數個開口上下交錯之流道，俾形成一壓電致動模組；(e)於該壓電致動模組之該上壓電晶片及該下壓電晶片之該第二表面上分別設置一上蓋板及一下蓋板；(f)於該壓電致動模組之一第一側面設置一密封層，俾封閉該複數個流道之末端；(g)於該壓電致動模組之一第二側面設置一噴嘴片，該噴嘴片上具有複數個噴墨孔，其係與該複數個流道相連通。
1‧‧‧習知壓電致動模組
10、231‧‧‧上壓電晶片
11、232‧‧‧下壓電晶片
110、230e、230f‧‧‧基部
12‧‧‧電極
13、235‧‧‧導電層
14、141、142、143、230、230a、230c‧‧‧流道
140、230b、230d‧‧‧開口
2‧‧‧壓電噴墨頭結構
21‧‧‧上蓋板
210、220‧‧‧第三表面
211、221‧‧‧第四表面
222‧‧‧入墨孔
213、223‧‧‧墨液導流歧道
22‧‧‧下蓋板
23‧‧‧壓電致動模組
231a、232a‧‧‧第一表面
231b、232b‧‧‧第二表面
233‧‧‧第一電極
234‧‧‧第二電極
236‧‧‧第一側面
237‧‧‧第二側面
24‧‧‧噴嘴片
240‧‧‧噴墨孔
25‧‧‧密封層
26、27‧‧‧入墨流道
S30~S34‧‧‧壓電致動模組之製造步驟
S40~S46‧‧‧壓電噴墨頭之製造步驟
第一圖A：其係為習知壓電噴墨頭之壓電致動模組之結構示意圖。
第一圖B：其係為習知壓電致動模組之作動示意圖。
第二圖：其係為本案較佳實施例之壓電致動模組之製造方法流程圖。
第三圖A：其係為本案較佳實施例之壓電致動模組之分解結構示意圖。
第三圖B：其係為本案較佳實施例之壓電致動模組之組合結構示意圖。
第三圖C：其係為本案較佳實施例之壓電致動模組之上壓電晶片切割後之結構示意圖。
第三圖D：其係為本案較佳實施例之壓電致動模組之上、下壓電
晶片切割後之結構示意圖。
第四圖：其係為應用本案較佳實施例之壓電致動模組之壓電噴墨頭之製造方法流程圖。
第五圖：其係分別為應用本案較佳實施例之壓電致動模組之壓電噴墨頭之分解結構示意圖。
第六圖：其係分別為應用本案較佳實施例之壓電致動模組之壓電噴墨頭之組合結構示意圖。
第七圖A：其分別係為應用本案較佳實施例之壓電致動模組之壓電噴墨頭剖面結構示意圖。
第七圖B：其分別係為應用本案較佳實施例之壓電致動模組之壓電噴墨頭之作動示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請同時參閱第二圖及第三圖A，第二圖係為本案較佳實施例之壓電致動模組之製造方法流程圖，第三圖A則為本案較佳實施例之壓電致動模組之分解結構示意圖。如第三圖A所示，本案之壓電致動模組23主要由上壓電晶片231、下壓電晶片232、第一電極233、第二電極234以及導電層235所形成。於本實施例中，如第二圖之步驟S30所示，形成上壓電晶片231及下壓電晶片232之方
式係為先提供一壓電材料，例如：高d31的鋯鈦酸鉛壓電材料(PZT-5H)，但不以此為限，將該壓電材料透過一模具及液壓式機器，於適當壓力的作用下將該壓電材料壓制為片狀結構，以形成上壓電晶片231及下壓電晶片232。且其係可透過一雙面研磨機器將該上壓電晶片231及下壓電晶片232研磨為所需要之厚度，於一些實施例中，上壓電晶片231及下壓電晶片232之厚度係以500μm為較佳，但不以此為限。
請再參閱第二圖及第三圖A，如步驟S31所示，當形成上壓電晶片231及下壓電晶片232後，隨後即於上壓電晶片231及下壓電晶片232的第一表面231a及232a上分別形成第一電極233及第二電極234。於一些實施例中，形成第一電極233及第二電極234的製程中，更包含先形成一暫時性之電極，但不以此為限，該作法係為先將一電極材料，例如：單劑型高溫銀鈀膠，但不以此為限，塗附於上壓電晶片231及下壓電晶片232的第一表面231a及232a上，其後再透過高溫燒製，例如：600℃之高溫，以及送入高溫絕緣矽油槽中，並施以電壓，例如：3V/μm之電壓，以進行10分鐘之極化作用，進而於上壓電晶片231及下壓電晶片232的第一表面231a及232a上形成一暫時性之電極(未圖示)，接著，再將此暫時性之電極以研磨之方式去除。然後，再以金屬掀除技術(lift off)將另一電極材料，例如：金鉻(Au/Cr)材料，但不以此為限，以蒸鍍的方式形成於上壓電晶片231及下壓電晶片232的第一表面231a及232a上，藉此以形成第一電極233及第二電極234。
於另一些實施例中，可再透過一切割儀器，例如：晶圓切割刀，但不以此為限，將具有第一電極233及第二電極234的上壓電晶片
231及下壓電晶片232切割為所需之特定尺寸。且該尺寸係以7mm×20mm×0.5mm為較佳，但不以此為限，其係可依實際施作情形而任施變化。當上壓電晶片231及下壓電晶片232已切割為特定尺寸後，則如步驟S32所示，可透過導電層235將設置於上壓電晶片231及下壓電晶片232之第一表面231a及232a的第一電極233及第二電極234相互接合，且於一些實施例中，係透過一網版印刷技術將該導電層235與第一電極233及第二電極234相互接合，但不以此為限，藉此以使上壓電晶片231及下壓電晶片232可對應組接，並形成如第三圖B所示之上、下壓電晶片231、232之組合結構。以及，於本實施例中，導電層235係可為一導電膠，但不以此為限。
請同時參閱第二圖及第三圖C，第三圖C係為本案較佳實施例之壓電致動模組之上壓電晶片切割後之結構示意圖，如第二圖所示，當完成將上、下壓電晶片231、232進行對應組接之步驟後，其後則如步驟S33所示，透過一切割儀器，例如：晶圓切割刀，但不以此為限，對上壓電晶片231的第二表面231b進行切割，且其切割方式係為以特定距離進行固定寬度及深度之等間距切割，進而形成自上壓電晶片231向下延伸至下壓電晶片232之複數個流道230a，且該複數個流道230a的開口230b係設置於上壓電晶片231的第二表面231b上。
接著，則再如第二圖之步驟S34所示，將上、下壓電晶片231、232的組合結構進行翻轉，並對下壓電晶片232的第二表面232b進行與上壓電晶片231之第二表面231b等間距切割錯位的第二次切割，其切割工具及切割方式均與前述實施方式相仿，故不再贅述
。透過第二次切割後，則可形成自下壓電晶片232延伸至上壓電晶片231之複數個流道230c，且該複數個流道230c的開口230d係設置於下壓電晶片232的第二表面232b上。如此一來，透過此二次切割，則可使壓電致動模組23具有如第三圖D所示之複數個開口230b、230d上下交錯設置之流道230，且由於流道230之開口230b、230d係分別交錯設置於上壓電晶片231及下壓電晶片232的第二表面231b、232b上，而非設置於同一壓電晶片上，因而對於每一流道230來說，其兩側皆具有足以支撐的柱體結構，故具有較強的結構強度。且由於此結構的強度較高，使得設計上可縮短每一流道230之間的距離，由此可見，此具有上下交錯的流道230之壓電致動模組23除了結構強度高，可避免於加工時產生破裂的情形，更可節省製作壓電致動模組23之材料成本。
請參閱第四圖，其係為應用本案較佳實施例之壓電致動模組之壓電噴墨頭之製造方法流程圖。如第四圖所示，本案之壓電噴墨頭於製造時，先透過如步驟S40~S44所述之步驟，以製成一壓電致動模組23，由於此製程中的步驟、材料及所需儀器等均與前述實施例相同，故不再贅述。當形成壓電致動模組23之後，則可如步驟S45所述，於壓電致動模組23之上壓電晶片231及下壓電晶片232之第二表面231b、232b上分別設置上蓋板21及下蓋板22(如第五圖所示)，於一些實施例中，當上壓電晶片231及下壓電晶片232要與上蓋板21及下蓋板22接合時，亦可透過一導電膠(未圖示)將之接合，但不以此為限，如此一來，則可藉由該導電膠(未圖示)將上壓電晶片231及下壓電晶片232的第一電極233及第二電極234分別引出至上蓋板21及下蓋板22。
請同時參閱第四圖第五圖，當上蓋板21及下蓋板22與壓電致動模組23對應組裝之後，則可如步驟S46所述，在壓電致動模組之第一側面236處設置密封層25，當該密封層25對應設置於第一側面236時，則可將壓電致動模組23上的流道230末端加以密封，進而防止墨液滲漏。於一些實施例中，密封層25係可為一密封膠，例如：矽膠，但不以此為限。接著，再如步驟S47所示，於壓電致動模組23的第二側面237處設置噴嘴片24(如第五圖所示)，且在噴嘴片24上具有複數個噴墨孔240，當噴嘴片24要與壓電致動模組23對應組接時，係將複數個噴墨孔240對應於壓電致動模組23上的複數個流道而組接，於本實施例中，係透過一黏著介質，例如：結構膠，但不以此為限，將噴嘴片24對應黏接於壓電致動模組23之上，藉此以形成如第六圖所示之壓電噴墨頭之組合結構。
請同時參閱第五圖及第六圖，其係分別為應用本案較佳實施例之壓電致動模組之壓電噴墨頭之分解結構示意圖及組合結構示意圖。如圖所示，本案之壓電噴墨頭2主要由上蓋板21、下蓋板22、壓電致動模組23、噴嘴片24以及密封層25所組成。其中，上蓋板21及下蓋板22係分別對應於壓電致動模組23之上壓電晶片231之第二表面231b及下壓電晶片232之第二表面232b而設置，且上蓋板21及下蓋板22分別具有第三表面210、220及第四表面211、221，且在第三表面210、220上分別具有入墨孔212、222，在第四表面211、221上則分別具有墨液導流歧道213、223。入墨孔212及222之一端係分別與入墨流道26、27連接，另一端則與墨液導流歧道213、223連接。當壓電噴墨頭2要噴出墨液時，係由入墨流道26、27將墨液導入上、下蓋板21、22內，由上、下蓋板21、22
之入墨孔212、222而流至墨液導流歧道213、223，再由墨液導流歧道213、223將墨液均勻地導流至壓電致動模組23上之流道230內，並順沿流道230而流至噴墨孔240，再透過壓電致動模組23之致動，以控制墨液由特定之噴墨孔240噴出。
請同時參閱第七圖A、B，其分別係為應用本案較佳實施例之壓電致動模組之壓電噴墨頭剖面結構示意圖以及其作動示意圖。如第七圖A所示，其中壓電致動模組23之流道230a之開口230b係為設置於上壓電晶片231之上，且流道230a係與開口230d設置於下壓電晶片232之流道230c交錯設置，因此，如圖所示，每一流道230無論在其位於上壓電晶片231的基部230e，或是位於下壓電晶片232的基部230f處，均可獲得良好的支撐。如此一來，當壓電噴墨頭2之上、下壓電晶片231及232上的第一電極233及第二電極234產生一電場時，係可使流道230兩側的側牆上產生不同正、負電壓值，藉由此不同的正、負電壓值，則可進而使流道230產生不同的形變。舉例來說，如第七圖B所示，當設置於中央的流道230c之左右兩側係分別具有一正、負電壓值，因而促使流道230c產生形變而擴張，並擠壓到其兩側之流道230a，由於流道230a的另一側係為接地端，該接地端側並未產生形變，而鄰近於擴張流道230c之一側則受到擠壓，故流道230a會因該擠壓之形變而促使其中之墨液自流道230a末端的噴墨孔240而噴出。至於產生擴張形變的流道230c，則因擴張形變之吸引力，會促使墨液自墨液導流歧道223(如第五圖所示)流入流道230c中。由此可見，壓電噴墨頭2係可透過壓電致動模組23之電場變化，進而使複數個流道230產生形變或是不變，以控制墨液噴出噴墨孔240之外或是填入
通道230之中，以完成壓電噴墨頭2之噴墨作業。
綜上所述，本案之壓電致動模組及其所適用之壓電噴墨頭之製造方法主要係藉由於壓電致動模組進行上、下二次錯位之等間距切割，以形成複數個上下開口交錯設置之流道，故可增強壓電致動模組之結構強度，且由於其結構支撐力較高，使得流道設計上更可縮減流道之間的距離，進而可減少壓電致動模組之體積及所需之材料，俾具有可節省成本、且結構較為穩固、不易破裂等優點。由於上述優點係為習知技術所不及者，故本案之壓電致動模組及其所適用之壓電噴墨頭之製造方法極具產業價值，爰依法提出申請。
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
<A1Ex><A1Ex><A1Ex><A1Ex><A1Ex><A1Ex>
S40~S46‧‧‧壓電噴墨頭之製造步驟
Claims (12)
- 一種壓電致動模組之製造方法，其係包括下列步驟：(a)形成一上壓電晶片及一下壓電晶片，該上壓電晶片及該下壓電晶片之一第一表面係分別具有一第一電極及一第二電極；(b)透過一導電層將該第一電極及該第二電極相互接合，以使該上壓電晶片與該下壓電晶片對應組接；(c)對該上壓電晶片之一第二表面進行等間距切割，形成複數個第一流道，且該複數個第一流道自該上壓電晶片向下延伸至該下壓電晶片；以及(d)對該下壓電晶片之一第二表面進行與該上壓電晶片之該第二表面等間距切割錯位之切割，以形成複數個第二流道，且該複數個第二流道自該下壓電晶片向上延伸至該上壓電晶片，使該複數個第一流道與該複數個第二流道形成開口上下交錯之流道，俾形成一壓電致動模組。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電致動模組之製造方法，其中該上壓電晶片及該下壓電晶片係由一鋯鈦酸鉛壓電材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電致動模組之製造方法，其中於步驟(a)中，該第一電極及該第二電極係以金屬掀除技術之方式分別蒸鍍於該上壓電晶片及該下壓電晶片之該第一表面。
- 如申請專利範圍第3項所述之壓電致動模組之製造方法，其中該第一電極及該第二電極係由一金鉻材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電致動模組之製造方法，其中於步驟(b)中，係透過一網版印刷技術將該導電層及該第一電極及該第二電極相互接合，俾使該上壓電晶片與該下壓電晶片對應接合。
- 如申請專利範圍第5項所述之壓電致動模組之製造方法，其中該導電層係為一導電膠。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電致動模組之製造方法，其中於步驟(c)及(d)中，係透過一晶圓切割刀分別對該上壓電晶片及該下壓電晶片之該第二表面進行依序之切割。
- 一種壓電噴墨頭之製造方法，其係包括下列步驟：(a)形成一上壓電晶片及一下壓電晶片，該上壓電晶片及該下壓電晶片之一第一表面係分別具有一第一電極及一第二電極；(b)透過一導電層將該第一電極及該第二電極相互接合，以使該上壓電晶片與該下壓電晶片對應組接；(c)對該上壓電晶片之一第二表面進行等間距切割；(d)對該下壓電晶片之一第二表面進行與該上壓電晶片之該第二表面等間距切割錯位的切割，以形成複數個開口上下交錯之流道，俾形成一壓電致動模組；(e)於該壓電致動模組之該上壓電晶片及該下壓電晶片之該第二表面上分別設置一上蓋板及一下蓋板；(f)於該壓電致動模組之一第一側面設置一密封層，俾封閉該複數個流道之末端；以及(g)於該壓電致動模組之一第二側面設置一噴嘴片，該噴嘴片上具有複數個噴墨孔，其係與該複數個流道相連通。
- 如申請專利範圍第8項所述之壓電噴墨頭之製造方法，其中於步驟(e)中，該上蓋板及該下蓋板係透過一導電膠與該壓電致動模組相連接。
- 如申請專利範圍第8項所述之壓電噴墨頭之製造方法，其中該上蓋板及下蓋板係分別對應連接於該壓電致動模組之表面上分別設有墨液導流歧道 ，該墨液導流歧道連通一入墨孔，供以墨液導引入該壓電致動模組流道中。
- 如申請專利範圍第8項所述之壓電噴墨頭之製造方法，其中於步驟(f)中，該密封層為一矽膠材料。
- 如申請專利範圍第8項所述之壓電噴墨頭之製造方法，其中於步驟(g)中，該噴嘴片與壓電致動模組係透過一黏著介質的結構膠對應組接。
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2010
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