专利名称：压电喷墨打印头的内连结结构及其工艺的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种内连结结构及其工艺，特别是有关于一种压电喷墨打印头的振动层与压电层之间、下电极层及压电层之间、以及振动层与下电极层之间的内连结结构及其工艺。
压电式喷墨打印技术是利用压电陶瓷(piezoelectric ceramic)因施加电压而产生形变，挤压液体产生高压将液体喷出。相对于热泡式喷墨打印头，压电式喷墨打印头具有下列优点压电式喷墨打印头的墨水不会因为高温气化产生化学变化，影响颜色品质的状况；由于不需使用反复高热应力，故具有极佳的耐久性；压电式喷墨打印头所使用的压电陶瓷的反应速度快，可提高打印速度，而热泡式喷墨打印头则会受到热传导速度的限制；压电式喷墨打印头通过控制电压的大小，来控制压电陶瓷的形变量，进而控制墨滴的大小，可提高打印的品质。
请同时参考
图1、图2，其中图1为普通的一种压电喷墨打印头的剖面示意图，而图2为图1的压电喷墨打印头的压电层与振动层分离的立体图。普通的压电喷墨打印头100的工艺是利用陶瓷厚膜(thick film)工艺形成具有上电极层102(upper electrode layer)、压电层104(piezoelectric layer)、下电极层106(lower electrode layer)、振动层108(vibrating layer)、墨腔层110、及墨腔底膜112等陶瓷厚膜生胚(green tape)，并依照顺序将不同层的陶瓷生胚压合黏着在一起之后，再进行整体陶瓷结构的高温烧结。
请同样参考图1、图2，压电喷墨打印头100的运作原理是通过上电极层102及下电极层106施加电压至压电层104，由于压电层104的材质为一压电陶瓷(piezoelectric ceramic)，故压电层104会受到电压的影响而产生瞬间形变，并通过此瞬间形变来推移振动层108，以挤压墨水腔114(pressure chamber)之中的墨水，并从出墨口116将墨水高压喷射出以形成墨滴，而到达纸张表面造成图像文字。
请同样参考图1、图2，由于普通以陶瓷生胚的压合黏着后进行高温烧结，所形成的压电喷墨打印头100的合格率较低，因此，改善的方法除了压电层104仍沿用压电陶瓷，而上电极层102及下电极层106仍采用导电材料之外，压电喷墨打印头结构100的其它各层均以其它材料代替陶瓷材料，例如振动层108与墨腔层110是以硅或金属所构成，而墨腔底膜112则取代以喷嘴板(nozzle plate)的贴合，用于增加压电喷墨打印头100的制造合格率。
请同样参考图1、图2，当压电层104的材质为压电陶瓷，而振动层108的材质为硅时，在长期高频率的振动之下，振动层108与压电层104之间，即硅与陶瓷之间的接着密合度将会发生问题，导致压电层104与振动层108之间的振动传递效率降低，因而影响喷墨打印的品质。
基于本发明的上述目的，本发明提供一种压电喷墨打印头的内连结结构，适用于振动层与压电层之间，振动层具有多个凸块，其突出于振动层上，而压电层是位于振动层及凸块上，其中凸块是嵌入压电层之中。此外，此内连结结构也适用于下电极层与压电层之间，下电极层同样具有多个凸块，其突出于下电极层上，而压电层是位于下电极层及凸块上，其中凸块是同样嵌入压电层之中。另外，此内连结结构也适用于下电极层及振动层之间，振动层具有多个凸块，其突出于振动层上，而下电极层是位于下电极层及凸块上，其中凸块是嵌入压电层之中。并且，此内连结结构也适用于振动层与下电极层之间，振动层具有多个凸块，其突出于振动层上，而下电极层是位于振动层及凸块上，其中凸块是嵌入压电层之中。
基于本发明的上述目的，本发明提供一种压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，适用于振动层与压电层之间，首先提供一振动层，接着形成多个凸块于振动层上，之后再全面性形成一压电层，其涵盖于振动层与凸块上。其中，形成凸块的方式包括以湿式蚀刻的方式，移除部分振动层以形成凸块，或是形成一图案化的光阻层在振动层上，并以振动层为种子层进行电镀以形成凸块。
基于本发明的上述目的，本发明提供一种压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，适用于下电极层与压电层之间，首先提供一下电极层，接着形成多个凸块于下电极层上，之后再全面性形成一压电层，其涵盖于下电极层与凸块上。其中，形成凸块的方式包括以湿式蚀刻的方式，移除部分下电极层以形成凸块，或是形成一图案化的光阻层于下电极层上，并以下电极层为种子层进行电镀以形成凸块。
基于本发明的上述目的，本发明提供一种压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，适用于振动层与下电极层之间，首先提供一振动层，接着形成多个凸块于振动层上，之后再形成一下电极层，其涵盖于振动层与凸块上。其中，形成凸块的方式包括以湿式蚀刻的方式，移除部分振动层以形成凸块，或是形成一图案化的光阻层于振动层上，并以振动层为种子层进行电镀以形成凸块。
本发明是在振动层或下电极层上，分别形成多个类似腰鼓状、倒锥状或不规则状的凸块，使得振动层与压电层之间、下电极层与压电层之间、或振动层与下电极层之间，分别产生结构上的内连结(interlocking)，进而增加振动层与压电层之间、下电极层与压电层之间、及振动层及下电极层之间的接着密合度，故可提高振动层与压电层之间的振动传递效率，因而提高喷墨打印的品质，并延长压电喷墨打印头的使用寿命。
本发明的压电喷墨打印头的振动层与压电层间的内连结结构及其工艺，具有下列优点(1)本发明的内连结结构是以凸块嵌入的方式，可分别振动层与压电层、下电极层及压电层或振动层及下电极层之间构成一内连结结构，用于增加相邻两层间的接着密合度及振动传递效率，以提高喷墨打印的品质，并可延长压电喷墨打印头的使用寿命。
(2)本发明的内连结结构是可改变凸块的外形及高度，以增加凸块于嵌入后的结构强度，进而增加相邻两层之间的接着密合度及振动传递效率。
(3)本发明的内连结结构的工艺中，是通过湿式蚀刻(等向性蚀刻)的底切现象，使得振动层的凸块大约呈现腰鼓状的外形，以符合凸块的理想形状。
(4)本发明的内连结结构的工艺中，是以电镀的方式，在振动层上形成凸块，而凸块形状可依照图案化光阻层的贯孔的形状作任意变化，以符合凸块的理想形状。
图9为本发明的较佳实施例的一种内连结结构，其应用于压电喷墨打印头的振动层及下电极层的剖面示意图；图10为本发明的较佳实施例的一种内连结结构，其同时应用于压电喷墨打印头的振动层及压电层、下电极层及压电层、及振动层及下电极层的剖面示意图。
100压电喷墨打印头102上电极层104压电层106下电极层108振动层110墨腔层112墨腔底膜 114墨水腔116出墨口200压电喷墨打印头202上电极层204压电层205凸块206下电极层 207凸块208振动层209凸块210墨腔层212喷嘴板214墨水腔216喷孔220光阻层222贯孔压电喷墨打印头200的运作原理是通过上电极层202及下电极层206施加电压至压电层204，压电层204受到电压的影响而瞬间产生形变，并通过此瞬间形变来推移振动层208，以挤压墨水腔214之中的墨水，并从喷孔216将墨水高压喷出以形成墨滴，而到达纸张表面形成图像文字。值得注意的是，振动层208的表面设计有多个凸块209，其形状例如为图标的倒锥状，或是其它如腰鼓状及不规则形状，而凸块209的作用将于下文说明。
请同样参考图3，由于振动层208与压电层204之间，在长期高频率的振动之下，可能会发生接着密合度及振动传递效率的降低，因此，本发明是在振动层208的表面设计有多个凸块209，并且全面性涂布一压电层204在振动层208及凸块209上，再对压电层204进行烧结固化，使得凸块209嵌入压电层204之中，而在振动层208及压电层204之间构成一内连结结构。值得注意的是，凸块209必须设计在墨腔层210的周围，以避免影响上电极层202及下电极层206之间的压电层204作正常的振动。
请参考图3，为了增加振动层208及压电层204之间的接着密合度，凸块209的理想形状为一倒扣形状，例如图标的倒锥状，因此，在涂布压电层204在振动层208与凸块209上，并对压电层204进行烧结固化之后，将使得凸块209嵌入压电层204之中。此外，如图3所示，振动层208的凸块209是埋入压电层204之中，然而，凸块209的高度不一定小于压电层204的厚度，请依次参考图4、图5，其分别为具有不同凸块高度的压电喷墨打印头的剖面示意图，如图4所示，振动层208的凸块209是嵌入并贯穿压电层204，并且凸块209的高度大约等于压电层204的厚度，因此，凸块209的顶面将对齐于压电层204的表面。另外，如图5所示，振动层208的凸块209是嵌入并贯穿压电层204，并且凸块209的高度大于压电层204的厚度，因此，凸块209的顶面将超过并突出于压电层204的表面。因此，本发明是通过在振动层上形成凸块以嵌入压电层之中，并通过变化凸块的形状及高度，以增加振动层与压电层之间的接着密合度及振动传递效率。
为了说明如何在振动层上形成凸块，请依次参考图6A～6D，其为本发明的较佳实施例的一种内连结结构的工艺的剖面流程图。如图6A所示，首先提供一振动层208，其材质例如为硅或金属，并形成图案化的光阻层220在振动层208上，其中图案化的光阻层220的位置是对应于图6B的凸块209的分布位置。
接着，如图6B所示，以图案化的光阻层220为罩幕(mask)，并利用湿式蚀刻(wet etching)的方式，对振动层208上表层进行半蚀刻(half etching)，而形成凸块209。值得注意的是，由于湿式蚀刻是属于等向性蚀刻(isotropic etching)，因此，在过高的蚀刻速率之下，将产生底切现象(undercut)，如箭头所示的凹陷处。本发明是利用湿式蚀刻的底切现象，使得凸块209的形状大约呈腰鼓状，正好符合先前所述凸块209的理想形状。
再者，如图6C所示，在形成腰鼓状的凸块209之后，移除光阻层220，而完成振动层208上的凸块209的制作。最后，如图6D所示，例如以网版印刷的方式，全面性形成一压电层204在振动层208及凸块209上，其中压电层204的材质例如为压电陶瓷，之后，再对压电层204进行烧结固化，使得凸块209嵌入压电层204之中，以增加振动层208与压电层204之间的接着密合度。
此外，当振动层的材质为金属时，可通过电镀的方式，在振动层上形成凸块，请依次参考图7A～7D，其为本发明的较佳实施例的另一种内连结结构的工艺剖面流程图。如图7A所示，首先提供一振动层208，其材质为金属，之后形成图案化的光阻层220在振动层208上，其中图案化的光阻层220具有多个贯孔222，其位置是分别对应于图7B的凸块209的分布位置，并且贯孔222的形状可以是如图标的倒锥状，或是其它形状。
接着，如图7B所示，以振动层208为种子层(seed layer)，并利用电镀的方式，以金属来填充光阻层220的贯孔222，而形成凸块209在贯孔222之内。再者，如图7C所示，在形成凸块209之后，移除光阻层220，而完成振动层208上的凸块209的制作。
最后，如图7D所示，例如以网版印刷的方式，全面性形成一压电层204在振动层208及凸块209上，其中压电层204的材质例如为压电陶瓷，之后，再对压电层204进行烧结固化，使得凸块209嵌入压电层204之中，以增加振动层208与压电层204之间的接着密合度。
此外，为增加压电喷墨打印头200的下电极层206与压电层204间的接着密合度，请参考图8，其为本发明的较佳实施例的一种内连结结构，其应用在压电喷墨打印头的下电极层及压电层的剖面示意图。与图3不同的是，下电极层206具有多个凸块205，其分别嵌入压电层204，以增加下电极层206与压电层204间的接着密合度。其中，下电极层206的材质例如为钝性金属(inert metal)，而形成下电极层206在振动层208上的方式包括网版印刷，而形成凸块205在下电极层206上的方法是与先前图3的形成凸块209在振动层208上的方法相同，此处不再赘述。
同样地，为增加压电喷墨打印头200的振动层208与下电极层206间的接着密合度，请参考图9，其为本发明的较佳实施例的一种内连结结构，其应用于压电喷墨打印头的振动层及下电极层的剖面示意图。与图3及图4不同的是，振动层206具有多个凸块207，其分别嵌入下电极层206，以增加振动层208与下电极层206间的接着密合度。而形成凸块207于振动层208上的方法是与先前图3的形成凸块209在振动层208上的方法相同，此处不再赘述。此外，请同时参考图3及图9，振动层208的凸块207及凸块209也可同时形成。另外，图3、第8图及第9图的压电喷墨打印头200的凸块205、凸块207及凸块209是可设计于同一压电喷墨打印头200，如图10所示。
依照本发明的特征，本发明是在压电喷墨打印头的振动层上形成多个凸块，并例如以网版印刷的方式，在振动层及凸块上全面性形成一压电层，再对压电层进行烧结固化，使得振动层的凸块嵌入压电层之中，而在压电层与振动层之间构成一内连结结构，用于增加压电层与振动层之间的接着密合度。
依照本发明的特征，本发明是在压电喷墨打印头的下电极层上形成多个凸块，并例如以网版印刷的方式，在下电极层及凸块上全面性形成一压电层，再对压电层进行烧结固化，使得下电极层的凸块嵌入压电层之中，而在下电极层与压电层之间构成一内连结结构，用于增加下电极层与压电层之间的接着密合度。
依照本发明的特征，本发明是在压电喷墨打印头的振动层上形成多个凸块，并例如以网版印刷的方式，在振动层及凸块上形成一下电极层，再对压电层进行烧结固化，使得振动层的凸块嵌入下电极层之中，而在振动层与下电极层之间构成一内连结结构，用于增加振动层与下电极层之间的接着密合度。
依照本发明的特征，以振动层与压电层为例，本发明是利用湿式蚀刻的底切现象，使得振动层的凸块大约呈腰鼓状，并以网版印刷的方式，在振动层及凸块上全面性形成一压电层，再对压电层进行烧结固化，使得腰鼓状的凸块嵌入压电层之中，因而在压电层与振动层之间，构成一类似锁扣的内连结结构，以增加压电层与振动层之间的接着密合度。
依照本发明的特征，以振动层与压电层为例，当振动层的材质为金属时，本发明是可在振动层上形成图案化的光阻层，其具有多个贯孔，而贯孔的形状可为倒锥状或其它形状，且贯孔的位置是对应将来形成凸块的位置，接着以振动层为种子层进行电镀，而以金属填充贯孔，之后去除光阻层，并以网版印刷的方式，在振动层及凸块上全面性形成一压电层，再对压电层进行烧结固化，使得凸块嵌入压电层之中，因而在压电层与振动层之间，构成一类似锁扣的内连结结构，以增加压电层与振动层之间的接着密合度。
权利要求
1.一种压电喷墨打印头的内连结结构，至少包括一振动层及一压电层，其特征是，所述振动层，具有多个凸块，其突出于该振动层上；以及所述压电层，配置于该震动振动层及该些凸块上，其特征是，该些凸块分别嵌入该压电层之中。
2.如权利要求1所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块的高度约略小于该压电层的厚度。
3.如权利要求1所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块的高度约略等于该压电层的厚度。
4.如权利要求1所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块的高度约略大于该压电层的厚度。
5.如权利要求1所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块约略呈腰鼓状。
6.如权利要求1所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块约略呈倒锥状。
7.如权利要求1所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该振动层的材质包括硅及金属其中之一。
8.如权利要求1所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该压电层的材质包括压电陶瓷。
9.一种压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该工艺至少包括下列步骤提供一振动层；形成多个凸块于该振动层上；以及全面性形成一压电层，涵盖在该振动层与该些凸块上。
10.如权利要求9所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，形成该些凸块于该振动层上的方法，包括先形成图案化的一光阻层在该振动层上，再以半蚀刻的方式移除部分该振动层，再移除该光阻层，以形成该些凸块在该振动层上。
11.如权利要求10所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，移除部分该振动层的方式包括湿式蚀刻。
12.如权利要求9所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该振动层的材质包括硅及金属其中之一。
13.如权利要求12所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，当该振动层的材质为金属时，形成该些凸块于该振动层上的方法，包括先形成图案化的一光阻层于该振动层上，其中该光阻层具有多个贯孔，再以该振动层为种子层进行电镀，以金属来填充该光阻层的该些贯孔，再移除该光阻层，以形成该些凸块于该振动层上。
14.如权利要求9所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该压电层的材质包括压电陶瓷。
15.如权利要求14所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，形成该压电层之后，更包括烧结该压电层。
16.如权利要求9所述的压电喷墨打印头的振动层与压电层间的内连结结构的工艺，其特征是，形成该压电层的方式包括网版印刷。
17.一种压电喷墨打印头的内连结结构，至少包括一下电极层、一压电层，其特征是，所述下电极层，具有多个凸块，其突出于该下电极层上；以及所述压电层，位于该下电极层及该些凸块上，其特征是，该些凸块系分别嵌入该压电层之中。
18.如权利要求17所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块约略呈腰鼓状。
19.如权利要求17所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块约略呈倒锥状。
20.如权利要求17所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该下电极层的材质包括钝性金属。
21.如权利要求17所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该压电层的材质包括压电陶瓷。
22.一种压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该工艺至少包括下列步骤提供一下电极层；形成多个凸块在该下电极层上；以及全面性形成一压电层，涵盖在该下电极层与该些凸块上。
23.如权利要求22所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，形成该些凸块于该下电极层上的方法，包括先形成图案化的一光阻层于该下电极层上，再以半蚀刻的方式移除部分该下电极层，再移除该光阻层，以形成该些凸块于该下电极层上。
24.如权利要求23所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，移除部分该振动层的方式包括湿式蚀刻。
25.如权利要求22所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该下电极层的材质包括钝性金属。
26.如权利要求22所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，当该下电极层的材质为金属时，形成该些凸块于该下电极层上的方法，包括先形成图案化的一光阻层于该下电极层上，其中该光阻层具有多个贯孔，再以该下电极层为种子层进行电镀，以金属来填充该光阻层的该些贯孔，再移除该光阻层，以形成该些凸块于该下电极层上。
27.如权利要求22所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该压电层的材质包括压电陶瓷。
28.如权利要求22所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，形成该压电层之后，更包括烧结该压电层。
29.如权利要求22所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，形成该压电层的方式包括网版印刷。
30.一种压电喷墨打印头的内连结结构，至少包括一振动层、一下电极层，其特征是，所述振动层，具有多个凸块，其突出于该振动层上；以及所述下电极层，位于该振动层及该些凸块上，其特征是，该些凸块分别嵌入该下电极层之中。
31.如权利要求30所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块约略呈腰鼓状。
32.如权利要求30所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该些凸块约略呈倒锥状。
33.如权利要求30所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该振动层的材质包括硅及金属其中之一。
34.如权利要求30所述的压电喷墨打印头的内连结结构，其特征是，该下电极层的材质包括钝性金属。
35.一种压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该工艺至少包括下列步骤提供一振动层；形成多个凸块于该振动层上；以及形成一下电极层，涵盖在该振动层与该些凸块上。
36.如权利要求35所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，形成该些凸块于该振动层上的方法，包括先形成图案化的一光阻层于该振动层上，再以半蚀刻的方式移除部分该振动层，再移除该光阻层，以形成该些凸块于该振动层上。
37.如权利要求36所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，移除部分该振动层的方式包括湿式蚀刻。
38.如权利要求35所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该振动层的材质包括硅及金属其中之一。
39.如权利要求38所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，当该振动层的材质为金属时，形成该些凸块于该振动层上的方法，包括先形成图案化的一光阻层于该振动层上，其中该光阻层具有多个贯孔，再以该振动层为种子层进行电镀，以金属来填充该光阻层之该些贯孔，再移除该光阻层，以形成该些凸块于该振动层上。
40.如权利要求35所述的压电喷墨打印头的内连结结构的工艺，其特征是，该下电极层的材质包括钝性金属。
41.如权利要求35所述的压电喷墨打印头的振动层与压电层间的内连结结构的工艺，其特征是，形成该下电极层的方式包括网版印刷。
42.一种压电喷墨打印头结构，至少包括一图案化的墨腔层，具有至少一墨水腔，其贯穿该墨腔层；一振动层；一图案化的下电极层；一压电层；一图案化的上电极层；一喷嘴板，其特征是，所述振动层，配置在该墨腔层上，该振动层具有多个第一凸块及多个第二凸块，其特征是，该些第一凸块突出于该振动层上，且分布于该墨水腔的周围，而该些第二凸块突出于该振动层上，且位于该墨水腔上方；所述图案化的下电极层，对应于该墨水腔的位置，而配置在该振动层及该些第二凸块上，其中该些第二凸块嵌入该下电极层中，并且该下电极层具有多个第三凸块，其突出于该下电极层上；所述压电层，配置在该振动层、该些第一凸块、该下电极层及该些第三凸块上，且该些第一凸块及该些第三凸块嵌入该压电层；所述图案化上电极层，对应于该下电极层的位置，而配置在该压电层上；以及所述喷嘴板，配置在该墨腔层的底面，且该喷嘴板具有至少一喷嘴，其与该墨水腔相通。
43.如权利要求42所述的压电喷墨打印头结构，其特征是，该些凸块约略呈腰鼓状。
44.如权利要求42所述的压电喷墨打印头结构，其特征是，该些凸块约略呈倒锥状。
45.如权利要求42所述的压电喷墨打印头结构，其特征是，该振动层的材质包括硅及金属其中之一。
46.如权利要求42所述的压电喷墨打印头结构，其特征是，该下电极层的材质包括钝性金属。
47.如权利要求42所述的压电喷墨打印头结构，其特征是，该压电层的材质包括压电陶瓷。
全文摘要
一种压电喷墨打印头的内连结结构及其工艺，是在压电喷墨打印头的振动层或下电极层上，分别形成多个类似腰鼓状、倒锥状或不规则状的凸块，再以网版印刷的方式，将压电层涵盖在振动层及其凸块上，或是涵盖在下电极层及其凸块上，再对压电层进行高温烧结，以使得振动层与压电层之间，或是下电极层与压电层之间，分别产生结构上的内连结(interlocking)，另可在振动层上形成凸块并嵌入下电极层，进而增加各相邻两层间的接着密合度，以提高振动层与压电层之间的振动传递效率，因而提高喷墨打印的品质，并可延长压电喷墨打印头的使用寿命。
文档编号B41J2/14GK1408551SQ01136108
公开日2003年4月9日 申请日期2001年9月29日 优先权日2001年9月29日
发明者杨明勋, 杨长谋 申请人:飞赫科技股份有限公司