压电式喷墨头及其制作方法技术

一种压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，包括：　　　　提供一基底，具有相对的一第一表面及一第二表面；　　　　在所述第一表面上形成一图案化第一导电层，以做为一下电极；　　　　在所述第一表面上形成一压电层并覆盖所述第一导电层；　　　　在所述压电层上形成一保护层；　　　　在所述保护层上形成一图案化第二导电层且与所述第一导电层相对应，以做为一上电极；以及　　　　定义所述保护层及所述压电层，使成为一金属、压电、保护、金属堆叠层结构。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种，特别是关于一种改良压电层形成方式的。
技术介绍
喷墨打印技术的主要运作原理分为热泡式(Thermal bubble)及压电式(Piezoelectric)两类。热泡式是利用加热器将墨水瞬间气化，产生高压气泡推动墨水从喷嘴射出。压电式是利用施加电压方式使压电陶瓷产生形变，使其挤压墨水而产生高压，进而将墨水喷出。相比之下，压电式喷墨头具有下列优点(1)压电式不会因为高温气化而产生化学变化，因此具有极佳的耐久性。(2)压电陶瓷反应速度快，不会受限于热传导速度，因此可提升打印速度。(3)压电式容易控制液滴的大小，可提高打印品质。然而，已知的压电喷墨头技术大多采用积层陶瓷共烧法形成压电层，其成型方式包含粉末原料PZT(例如ZrO2、PbO、TiO2、其它适当添加物)的合成、混合、干燥、煅烧、粉碎、造粒、成型、烧结以及极化作用等步骤，且需精密对位才能成型，其制作过程繁琐复杂、困难度及投资设备都很高。因此，现在逐渐开发以硅为基底的压电喷墨头制作方法。例如，压电层的制作方式主要可分为两类方式厚膜成形法以及薄膜成形法。厚膜成形法是通过网印法或积层陶瓷堆叠方式，一次达到20～30μm厚度的压电层。其缺点在于无法达到均匀性良好的表面，在其后续上电极的制作上会在接口产生问题，影响压电特性及降低制作的优良率。另一方面，薄膜成形法是利用物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)或溶液-凝胶(sol-gel)旋涂法，其缺点在于无法快速达到压电震动层所需的厚度，例如溶液-凝胶(sol-gel)制作方法必须经过多次旋涂过程才能达到所需的厚度。这样的制作方法不但浪费时间，且制作优良率低，并不适用于大量生产上。图1A至图1C所显示为已知的以硅为基底的压电式喷墨头制作方法的剖面示意图。如图1A所示，提供一基底10，例如单晶硅基底10，具有相对的一第一表面11和一第二表面12。在该第一表面11上形成一图案化第一导电层20，例如Ag-Pd合金、Pt或Au，以做为下电极。接着，在该第一表面11上以刮刀成型法或网印法形成一压电层30，例如锆-钛酸铅(PZT)，并覆盖该第一导电层20。如图1B所示，在压电层30上形成一图案化第二导电层40，例如Ag-Pd合金、Pt或Au，并且与第一导电层20相对应，以做为一上电极。接着，以微影及蚀刻制作方法定义压电层30，使成为一金属、压电、金属的堆叠层结构。如图1C所示，对基底10的第二表面12上进行微影及蚀刻步骤，使其形成一凹槽60，并对应于金属、压电、金属堆叠层结构，其中该凹槽做为一墨水腔60。最后，在基底10的第二表面12上接合一喷孔片70，以形成一压电式喷墨头。然而，上述在硅基底上制作压电组件时，由于必须经过一烧结步骤，而压电组件多以铅锆酸盐-钛酸盐(PZT)为主要材料，PZT在经过烧结后会释放出含氧化铅的气体，此氧化铅气体会与硅基底作用形成铅硅玻璃，且由于硅基板具有大面积，在与氧化铅气体不断作用后，使氧化铅气体不足而导致压电组件的烧结无法完成。因此，如何改良压电喷墨头的成型法以提高制作优良率，成为当前急需研究的重要课题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一，结合厚膜成形法以及薄膜成形法制作压电层，可改善上述制作方法的缺点，提高优良率。本专利技术的另一目的在于提供一，利用一低温烧结的薄膜形成于需高温烧结厚膜上，在PZT烧结过程中，抑制含氧化铅的气体的挥发，改善压电特性及提升制作优良率。根据上述目的，本专利技术提供一种压电式喷墨头的制作方法，包括提供一基底，具有相对的一第一表面及一第二表面；在该第一表面上形成一图案化第一导电层，以做为一下电极；在该第一表面上形成一压电层并覆盖该第一导电层；在该压电层上形成一保护层；在该保护层上形成一图案化第二导电层并且与该第一导电层相对应，以做为一上电极；定义该保护层及该压电层，使成为一金属、压电、保护、金属堆叠层结构；蚀刻该基底的第二表面，形成一凹槽对应于该金属、压电、保护、金属堆叠层结构，其中该凹槽做为一墨水腔；以及接合一喷孔片在该基底的第二表面上，以形成一压电式喷墨头。根据上述目的，本专利技术还提供一种压电式喷墨头，包括一基底，具有相对的一第一表面和一第二表面；一金属、压电、保护、金属堆叠层结构，位于该基底的第一表面上，做为该喷墨头的致动结构；一凹槽，形成于该基底的第二表面，对应于该金属、压电、保护、金属堆叠层结构，做为一墨水腔；以及一喷孔片，接合于该基底和第二表面。根据本专利技术，上述金属、压电、保护、金属堆叠层结构，还包括一图案化第一导电层，形成于该第一表面上，做为一下电极；一压电层，形成于该第一表面上并覆盖该导电层；一保护层，形成于该压电层上；以及一图案化第二导电层，形成于该保护层上且与该第一导电层相对应，以做为一上电极。附图说明图1A至图1C为已知的以硅为基底的压电式喷墨头制作方法的剖面示意图；图2A至图2D为本专利技术实施例一的压电式喷墨头制作方法的剖面示意图；图3为本专利技术实施例一的溶液-凝胶(sol-gel)旋涂法中，PZT溶液的配制流程图；图4A至图4D为本专利技术实施例二的压电式喷墨头制作方法的剖面示意图； 图5为本专利技术实施例二的溶液-凝胶(sol-gel)旋涂法中，含微粉的PZT溶液的配制流程图。具体实施例方式为了让本专利技术的上述目的、特征和优点更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下实施例一图2A至图2D所示为本专利技术实施例一的压电式喷墨头制作方法的剖面示意图。如图2A所示，首先提供一基底100，例如一单晶硅，本实施例选用一般规格的硅晶圆，厚度介于500～550μm之间。上述单晶硅基底100具有相对的一第一表面101及一第二表面102。接着，利用蒸镀法、溅镀法或物理气相沉积法(PVD)在第一表面101上形成一导电层120，例如Ag-Pd合金、Pt或Au。然后以微影及蚀刻步骤定义导电层120，以做为致动结构的下电极120。接着，以刮刀成型法或网印法，并在850～950℃中烧结，以形成一压电层130，例如锆-钛酸铅(PZT)，厚度范围20～30微米，在该第一表面101上并覆盖导电层120。如图2B所示，利用溶液-凝胶(sol-gel)旋涂法，在300～450℃中焦化(pyrolyze)并在850～950℃中烧结，在压电层130上顺应性形成一保护层132，例如锆-钛酸铅(PZT)、氧化锆、氧化钛、氧化钙及氧化镍，厚度范围为0.2～1微米。上电极140的制作步骤与下电极120相同，利用蒸镀法、溅镀法或物理气相沉积法(PVD)形成一导电层140，例如Ag-Pd合金、Pt或Au，在保护层132上。然后以微影和蚀刻步骤定义导电层140，来做为致动结构的上电极140。保护层132具有表面均匀度佳的特性，覆盖在压电层130上具有表面平坦化的功能。且上述压电层130与保护层132可在相同温度条件下，共同烧结而成。在烧结过程中，保护层132先发生致密并做为压电层130的保护层，且保护层132含过量氧化铅，能抑制并且补偿氧化铅的气体的挥发，改善压电特性及提升制作优良率。根据本专利技术的较佳实施方式，上述溶液-凝胶(sol-gel)旋涂法的溶液配制流程图如图3所示。首先将三水醋酸铅(Pb acetate trihydrate)溶入2-甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，包括提供一基底，具有相对的一第一表面及一第二表面；在所述第一表面上形成一图案化第一导电层，以做为一下电极；在所述第一表面上形成一压电层并覆盖所述第一导电层；在所述压电层上形成一保护层；在所述保护层上形成一图案化第二导电层且与所述第一导电层相对应，以做为一上电极；以及定义所述保护层及所述压电层，使成为一金属、压电、保护、金属堆叠层结构。2.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述基底是一单晶硅基底。3.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述第一导电层是Ag-Pd合金、Pt或Au。4.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述压电层是高温烧结材料以及所述保护层是低温烧结材料。5.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，形成所述压电层是用厚膜制作以及形成所述保护层是用薄膜制作。6.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述压电层是用锆-钛酸铅(PZT)材料所制成。7.如权利要求6所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述锆-钛酸铅(PZT)材料是以刮刀成型法、网印法或转印法所制成。8.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述保护层是以锆-钛酸铅(PZT)材料或含低温烧结材料的锆-钛酸铅(PZT)所制成。9.如权利要求8所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述低温烧结材料是氧化锌或氧化锆。10.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述保护层是用溶液-凝胶(sol-gel)法所制成。11.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述保护层是用含微粉的溶液-凝胶(sol-gel)法所制成。12.如权利要求11所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述微粉的材料是锆-钛酸铅(PZT)、氧化锌或氧化锆微粉。13.如权利要求11所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述微粉粒径小于1微米。14.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，所述第二导电层是Ag-Pd合金、Pt或Au。15.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，定义所述保护层及所述压电层步骤是利用激光切割、干式蚀刻或湿式蚀刻技术。16.如权利要求1所述的压电式喷墨头的制作方法，其特征在于，还包括下列步骤蚀刻所述基底的第二表面，形成一凹槽对应于所述金属、压电、保护、金属堆叠层结构，其特征在于，所述凹槽做...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志明，蔡志昌，
申请(专利权)人：飞赫科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：