壓電式噴墨頭及其制作方法技術(shù)

一種壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，包括：　　　　提供一基底，具有相對的一第一表面及一第二表面；　　　　在所述第一表面上形成一圖案化第一導電層，以做為一下電極；　　　　在所述第一表面上形成一壓電層并覆蓋所述第一導電層；　　　　在所述壓電層上形成一保護層；　　　　在所述保護層上形成一圖案化第二導電層且與所述第一導電層相對應(yīng)，以做為一上電極；以及　　　　定義所述保護層及所述壓電層，使成為一金屬、壓電、保護、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)。（*該技術(shù)在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)是關(guān)于一種，特別是關(guān)于一種改良壓電層形成方式的。
技術(shù)介紹
噴墨打印技術(shù)的主要運作原理分為熱泡式(Thermal bubble)及壓電式(Piezoelectric)兩類。熱泡式是利用加熱器將墨水瞬間氣化，產(chǎn)生高壓氣泡推動墨水從噴嘴射出。壓電式是利用施加電壓方式使壓電陶瓷產(chǎn)生形變，使其擠壓墨水而產(chǎn)生高壓，進而將墨水噴出。相比之下，壓電式噴墨頭具有下列優(yōu)點(1)壓電式不會因為高溫氣化而產(chǎn)生化學變化，因此具有極佳的耐久性。(2)壓電陶瓷反應(yīng)速度快，不會受限于熱傳導速度，因此可提升打印速度。(3)壓電式容易控制液滴的大小，可提高打印品質(zhì)。然而，已知的壓電噴墨頭技術(shù)大多采用積層陶瓷共燒法形成壓電層，其成型方式包含粉末原料PZT(例如ZrO2、PbO、TiO2、其它適當添加物)的合成、混合、干燥、煅燒、粉碎、造粒、成型、燒結(jié)以及極化作用等步驟，且需精密對位才能成型，其制作過程繁瑣復雜、困難度及投資設(shè)備都很高。因此，現(xiàn)在逐漸開發(fā)以硅為基底的壓電噴墨頭制作方法。例如，壓電層的制作方式主要可分為兩類方式厚膜成形法以及薄膜成形法。厚膜成形法是通過網(wǎng)印法或積層陶瓷堆疊方式，一次達到20～30μm厚度的壓電層。其缺點在于無法達到均勻性良好的表面，在其后續(xù)上電極的制作上會在接口產(chǎn)生問題，影響壓電特性及降低制作的優(yōu)良率。另一方面，薄膜成形法是利用物理氣相沉積法(PVD)、化學氣相沉積法(CVD)或溶液-凝膠(sol-gel)旋涂法，其缺點在于無法快速達到壓電震動層所需的厚度，例如溶液-凝膠(sol-gel)制作方法必須經(jīng)過多次旋涂過程才能達到所需的厚度。這樣的制作方法不但浪費時間，且制作優(yōu)良率低，并不適用于大量生產(chǎn)上。圖1A至圖1C所顯示為已知的以硅為基底的壓電式噴墨頭制作方法的剖面示意圖。如圖1A所示，提供一基底10，例如單晶硅基底10，具有相對的一第一表面11和一第二表面12。在該第一表面11上形成一圖案化第一導電層20，例如Ag-Pd合金、Pt或Au，以做為下電極。接著，在該第一表面11上以刮刀成型法或網(wǎng)印法形成一壓電層30，例如鋯-鈦酸鉛(PZT)，并覆蓋該第一導電層20。如圖1B所示，在壓電層30上形成一圖案化第二導電層40，例如Ag-Pd合金、Pt或Au，并且與第一導電層20相對應(yīng)，以做為一上電極。接著，以微影及蝕刻制作方法定義壓電層30，使成為一金屬、壓電、金屬的堆疊層結(jié)構(gòu)。如圖1C所示，對基底10的第二表面12上進行微影及蝕刻步驟，使其形成一凹槽60，并對應(yīng)于金屬、壓電、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)，其中該凹槽做為一墨水腔60。最后，在基底10的第二表面12上接合一噴孔片70，以形成一壓電式噴墨頭。然而，上述在硅基底上制作壓電組件時，由于必須經(jīng)過一燒結(jié)步驟，而壓電組件多以鉛鋯酸鹽-鈦酸鹽(PZT)為主要材料，PZT在經(jīng)過燒結(jié)后會釋放出含氧化鉛的氣體，此氧化鉛氣體會與硅基底作用形成鉛硅玻璃，且由于硅基板具有大面積，在與氧化鉛氣體不斷作用后，使氧化鉛氣體不足而導致壓電組件的燒結(jié)無法完成。因此，如何改良壓電噴墨頭的成型法以提高制作優(yōu)良率，成為當前急需研究的重要課題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一，結(jié)合厚膜成形法以及薄膜成形法制作壓電層，可改善上述制作方法的缺點，提高優(yōu)良率。本專利技術(shù)的另一目的在于提供一，利用一低溫燒結(jié)的薄膜形成于需高溫燒結(jié)厚膜上，在PZT燒結(jié)過程中，抑制含氧化鉛的氣體的揮發(fā)，改善壓電特性及提升制作優(yōu)良率。根據(jù)上述目的，本專利技術(shù)提供一種壓電式噴墨頭的制作方法，包括提供一基底，具有相對的一第一表面及一第二表面；在該第一表面上形成一圖案化第一導電層，以做為一下電極；在該第一表面上形成一壓電層并覆蓋該第一導電層；在該壓電層上形成一保護層；在該保護層上形成一圖案化第二導電層并且與該第一導電層相對應(yīng)，以做為一上電極；定義該保護層及該壓電層，使成為一金屬、壓電、保護、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)；蝕刻該基底的第二表面，形成一凹槽對應(yīng)于該金屬、壓電、保護、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)，其中該凹槽做為一墨水腔；以及接合一噴孔片在該基底的第二表面上，以形成一壓電式噴墨頭。根據(jù)上述目的，本專利技術(shù)還提供一種壓電式噴墨頭，包括一基底，具有相對的一第一表面和一第二表面；一金屬、壓電、保護、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)，位于該基底的第一表面上，做為該噴墨頭的致動結(jié)構(gòu)；一凹槽，形成于該基底的第二表面，對應(yīng)于該金屬、壓電、保護、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)，做為一墨水腔；以及一噴孔片，接合于該基底和第二表面。根據(jù)本專利技術(shù)，上述金屬、壓電、保護、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)，還包括一圖案化第一導電層，形成于該第一表面上，做為一下電極；一壓電層，形成于該第一表面上并覆蓋該導電層；一保護層，形成于該壓電層上；以及一圖案化第二導電層，形成于該保護層上且與該第一導電層相對應(yīng)，以做為一上電極。附圖說明圖1A至圖1C為已知的以硅為基底的壓電式噴墨頭制作方法的剖面示意圖；圖2A至圖2D為本專利技術(shù)實施例一的壓電式噴墨頭制作方法的剖面示意圖；圖3為本專利技術(shù)實施例一的溶液-凝膠(sol-gel)旋涂法中，PZT溶液的配制流程圖；圖4A至圖4D為本專利技術(shù)實施例二的壓電式噴墨頭制作方法的剖面示意圖； 圖5為本專利技術(shù)實施例二的溶液-凝膠(sol-gel)旋涂法中，含微粉的PZT溶液的配制流程圖。具體實施例方式為了讓本專利技術(shù)的上述目的、特征和優(yōu)點更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下實施例一圖2A至圖2D所示為本專利技術(shù)實施例一的壓電式噴墨頭制作方法的剖面示意圖。如圖2A所示，首先提供一基底100，例如一單晶硅，本實施例選用一般規(guī)格的硅晶圓，厚度介于500～550μm之間。上述單晶硅基底100具有相對的一第一表面101及一第二表面102。接著，利用蒸鍍法、濺鍍法或物理氣相沉積法(PVD)在第一表面101上形成一導電層120，例如Ag-Pd合金、Pt或Au。然后以微影及蝕刻步驟定義導電層120，以做為致動結(jié)構(gòu)的下電極120。接著，以刮刀成型法或網(wǎng)印法，并在850～950℃中燒結(jié)，以形成一壓電層130，例如鋯-鈦酸鉛(PZT)，厚度范圍20～30微米，在該第一表面101上并覆蓋導電層120。如圖2B所示，利用溶液-凝膠(sol-gel)旋涂法，在300～450℃中焦化(pyrolyze)并在850～950℃中燒結(jié)，在壓電層130上順應(yīng)性形成一保護層132，例如鋯-鈦酸鉛(PZT)、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈣及氧化鎳，厚度范圍為0.2～1微米。上電極140的制作步驟與下電極120相同，利用蒸鍍法、濺鍍法或物理氣相沉積法(PVD)形成一導電層140，例如Ag-Pd合金、Pt或Au，在保護層132上。然后以微影和蝕刻步驟定義導電層140，來做為致動結(jié)構(gòu)的上電極140。保護層132具有表面均勻度佳的特性，覆蓋在壓電層130上具有表面平坦化的功能。且上述壓電層130與保護層132可在相同溫度條件下，共同燒結(jié)而成。在燒結(jié)過程中，保護層132先發(fā)生致密并做為壓電層130的保護層，且保護層132含過量氧化鉛，能抑制并且補償氧化鉛的氣體的揮發(fā)，改善壓電特性及提升制作優(yōu)良率。根據(jù)本專利技術(shù)的較佳實施方式，上述溶液-凝膠(sol-gel)旋涂法的溶液配制流程圖如圖3所示。首先將三水醋酸鉛(Pb acetate trihydrate)溶入2-甲本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，包括提供一基底，具有相對的一第一表面及一第二表面；在所述第一表面上形成一圖案化第一導電層，以做為一下電極；在所述第一表面上形成一壓電層并覆蓋所述第一導電層；在所述壓電層上形成一保護層；在所述保護層上形成一圖案化第二導電層且與所述第一導電層相對應(yīng)，以做為一上電極；以及定義所述保護層及所述壓電層，使成為一金屬、壓電、保護、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述基底是一單晶硅基底。3.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述第一導電層是Ag-Pd合金、Pt或Au。4.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述壓電層是高溫燒結(jié)材料以及所述保護層是低溫燒結(jié)材料。5.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，形成所述壓電層是用厚膜制作以及形成所述保護層是用薄膜制作。6.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述壓電層是用鋯-鈦酸鉛(PZT)材料所制成。7.如權(quán)利要求6所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述鋯-鈦酸鉛(PZT)材料是以刮刀成型法、網(wǎng)印法或轉(zhuǎn)印法所制成。8.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述保護層是以鋯-鈦酸鉛(PZT)材料或含低溫燒結(jié)材料的鋯-鈦酸鉛(PZT)所制成。9.如權(quán)利要求8所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述低溫燒結(jié)材料是氧化鋅或氧化鋯。10.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述保護層是用溶液-凝膠(sol-gel)法所制成。11.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述保護層是用含微粉的溶液-凝膠(sol-gel)法所制成。12.如權(quán)利要求11所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述微粉的材料是鋯-鈦酸鉛(PZT)、氧化鋅或氧化鋯微粉。13.如權(quán)利要求11所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述微粉粒徑小于1微米。14.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，所述第二導電層是Ag-Pd合金、Pt或Au。15.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，定義所述保護層及所述壓電層步驟是利用激光切割、干式蝕刻或濕式蝕刻技術(shù)。16.如權(quán)利要求1所述的壓電式噴墨頭的制作方法，其特征在于，還包括下列步驟蝕刻所述基底的第二表面，形成一凹槽對應(yīng)于所述金屬、壓電、保護、金屬堆疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凹槽做...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳志明，蔡志昌，
申請(專利權(quán))人：飛赫科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：