專利名稱：噴液裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴液裝置及其制造方法，且特別涉及一種可批次生產(chǎn)的噴液裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前噴墨裝置之主要技術(shù)為壓電式噴墨裝置與熱氣泡噴墨裝置，其不同之處主要在于用以推動(dòng)墨水的致動(dòng)器(actuator)分別為壓電式或熱氣泡式。熱氣泡式致動(dòng)器是利用加熱器將墨水瞬間氣化，以產(chǎn)生高壓氣泡而推動(dòng)墨水由噴嘴射出。壓電致動(dòng)器則是利用壓電元件接收到外界所施予之電壓會(huì)產(chǎn)生變形的機(jī)制，擠壓液體使其產(chǎn)生高壓而噴出。
相對(duì)于熱氣泡式的噴墨裝置，壓電式噴墨裝置毋須在高溫下操作，因此可用以噴出高揮發(fā)度或低沸點(diǎn)的溶液。而且，由于壓電式噴墨裝置主要是通過(guò)位移量的改變來(lái)噴出液體，因此其對(duì)液體的黏滯性質(zhì)要求并不嚴(yán)苛。此外，壓電式噴墨裝置還可通過(guò)選用特性不同之壓電材料來(lái)改變變形的方式，在設(shè)計(jì)上較熱氣泡式的噴墨裝置多元化。
然而，由于壓電材料對(duì)于施予其上之電壓而產(chǎn)生的形變量并不大，因此需要搭配特別的流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，始能將液滴噴出。傳統(tǒng)的做法是將多片預(yù)先加工的板材堆疊成多層式的流道，而這些板材多為金屬材料。但由于金屬材料本身材料特性與工藝的限制，通常在一層板材中僅具有單一功能的結(jié)構(gòu)，如噴孔、壓力腔或儲(chǔ)液槽等，因此如欲必須要有足夠多層的板材始能構(gòu)成完整的堆疊式流道。如此一來(lái)，即無(wú)法降低流道結(jié)構(gòu)的工藝成本，且無(wú)法以批次化生產(chǎn)流道結(jié)構(gòu)。
再者，公知以機(jī)械定位方式進(jìn)行流道結(jié)構(gòu)的堆疊，所以流道結(jié)構(gòu)的層數(shù)愈多，組裝時(shí)所累積的對(duì)位誤差愈大。此外，這些金屬板材的蝕刻表面較為粗糙，容易在噴液過(guò)程中造成氣泡聚集，進(jìn)而影響噴液效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之目的是提供一種噴液裝置，以解決公知噴液裝置組裝繁雜的問(wèn)題。
本發(fā)明之另一目的是提供一種噴液裝置的制造方法，以解決公知噴液裝置工藝成本過(guò)高的問(wèn)題。
為達(dá)上述或是其它目的，本發(fā)明提出一種噴液裝置，主要是由堆疊式流道結(jié)構(gòu)與致動(dòng)元件所構(gòu)成。其中，堆疊式流道結(jié)構(gòu)包括第一基板與第二基板，第一基板具有第一上表面與第一下表面，且第一上表面與第一下表面分別具有多個(gè)第一盲孔。而且，第一上表面之部分第一盲孔與第一下表面之部分第一盲孔彼此相通。此外，第二基板具有第二上表面與第二下表面，且第二基板設(shè)置于第一基板上，而使第二下表面與第一基板之第一上表面接觸。同樣地，第二上表面與第二下表面分別具有多個(gè)第二盲孔，且第二上表面之部分第二盲孔與第二下表面之部分第二盲孔彼此相通。另外，致動(dòng)元件則是設(shè)置于第二基板之第二上表面上。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，部分之第一盲孔與部分之第二盲孔構(gòu)成入液流道、儲(chǔ)液槽以及出液流道。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，上述第一盲孔包括噴孔，其位于第一基板之第一下表面，且此噴孔與上述出液流道相通。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，上述第二盲孔包括壓力腔，其位于第二基板之第二上表面，且此壓力腔與上述入液流道、儲(chǔ)液槽及出液流道相通。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，上述之噴液裝置還包括親水材料層，其包覆住第一基板與第二基板，而此親水材料層例如是氧化層。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，上述之致動(dòng)元件包括振動(dòng)板與壓電材料。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，上述之第一基板與第二基板的材質(zhì)例如是硅或玻璃。
本發(fā)明還提出一種噴液裝置的制造方法，其是先提供第一基板與第二基板，其中第一基板具有第一上表面與第一下表面，而第二基板具有第二上表面與第二下表面。接著，分別在第一上表面與第一下表面形成多個(gè)第一盲孔(blind hole)，且第一上表面之部分第一盲孔與第一下表面之部分第一盲孔彼此相通。另一方面，于第二上表面與第二下表面分別形成多個(gè)第二盲孔。同樣地，第二上表面之部分第二盲孔與第二下表面之部分第二盲孔彼此相通。然后，將第二基板接合于第一基板上，以使第二下表面與第一上表面接觸，之后再將致動(dòng)元件設(shè)置于第二基板上。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，上述噴液裝置的制造方法在形成這些第二盲孔之后，以及將第二基板接合于第一基板之前，還包括分別在第一基板與第二基板上形成親水材料層，以包覆第一基板與第二基板。其中，這些親水材料層例如是氧化層，且其形成方法例如是爐管加熱或化學(xué)氣相沉積。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，上述第一盲孔與第二二盲孔的形成方法例如是干式蝕刻。舉例來(lái)說(shuō)，第一盲孔與第二盲孔可以是以感應(yīng)耦合等離子(inductively coupled plasma，ICP)蝕刻的方式蝕刻而成。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，接合上述第一基板與第二基板的方法例如是陽(yáng)極接合(anodic bonding)或熔接接合(fusion bonding)。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，形成上述致動(dòng)元件的方法例如是先于第二基板上形成振動(dòng)板，再于振動(dòng)板上形成壓電材料。其中，振動(dòng)板的材質(zhì)例如是金屬或有機(jī)材料。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中，在形成上述壓電材料之后，上述致動(dòng)元件的形成方法還包括切割壓電材料，以定義出壓電致動(dòng)區(qū)。其中，切割壓電材料的方法例如是激光切割或機(jī)械切割。
本發(fā)明之噴液裝置的堆疊式流道結(jié)構(gòu)主要由具有多個(gè)盲孔的兩片基板堆疊而成，而這些盲孔的形成方法為傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝。因此，本發(fā)明之堆疊式流道結(jié)構(gòu)可批次生產(chǎn)，以節(jié)省工藝成本。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A至圖1C以及圖2A至圖2C為本發(fā)明之一實(shí)施例中噴液裝置之堆疊式流道結(jié)構(gòu)的制造流程剖面圖。
圖3為本發(fā)明之一實(shí)施例中噴液裝置的剖面示意圖。
圖4為本發(fā)明之另一實(shí)施例中噴液裝置的剖面示意圖。
主要元件標(biāo)記說(shuō)明101、105上表面103、107下表面110第一基板112、114、116、122、124、126、128盲孔120第二基板130親水材料層200噴液裝置210堆疊式流道結(jié)構(gòu)220致動(dòng)元件222振動(dòng)板224壓電材料226壓電致動(dòng)區(qū)具體實(shí)施方式

本發(fā)明之噴液裝置主要是由堆疊式流道與致動(dòng)元件所構(gòu)成，其中堆疊式流道是由兩塊基板堆疊而成，且每一塊基板均具有多個(gè)功能性不同的盲孔。以下將先舉例說(shuō)明此堆疊式流道結(jié)構(gòu)的制造方法。
圖1A至圖1C以及圖2A至圖2C為本發(fā)明之一實(shí)施例中噴液裝置之堆疊式流道結(jié)構(gòu)的制造流程剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1A，首先提供第一基板110，并且在第一基板110的下表面101上形成圖案化光刻膠層102a。其中，第一基板110例如是硅基板或玻璃基板。接著，如圖1B所示，以圖案化光刻膠層102a為掩膜，以移除圖案化光刻膠層102a所暴露出的部分第一基板110，進(jìn)而在第一基板110的下表面101上形成盲孔112。在此，盲孔112例如是作為本實(shí)施例之噴液裝置的噴孔(nozzle)。
請(qǐng)參照?qǐng)D1C，先移除圖1B之圖案化光刻膠層102a，接著同樣以光刻蝕刻工藝而在第一基板110的上表面103上形成盲孔114與盲孔116。其中，盲孔114與盲孔112相通，用以作為后續(xù)形成之出液流道的一部分，而盲孔116則例如是后續(xù)形成之儲(chǔ)液槽的一部分。在此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，盲孔114與盲孔116例如是以兩道不同的光刻蝕刻工藝先后形成，以使盲孔114與盲孔116具有不同的縱橫比(aspect ratio)。
特別的是，上述之盲孔114與盲孔116例如是以干蝕刻的方式蝕刻而成，以形成具有高縱橫比的盲孔114。舉例來(lái)說(shuō)，盲孔114與盲孔116例如是以感應(yīng)耦合等離子蝕刻的方式蝕刻而成。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，盲孔114與盲孔116亦可以通過(guò)其它干式或濕式蝕刻工藝蝕刻而成，本發(fā)明并未對(duì)此加以限定。
另一方面，請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供第二基板120，并在第二基板120之第二上表面105上形成圖案化光刻膠層102c。其中，第二基板120亦可以是硅基板或玻璃基板。接著，如圖2B所示，以圖案化光刻膠層102c為掩膜，以移除圖案化光刻膠層102c所暴露出的部分第二板120，進(jìn)而在第二基板120的上表面105上形成盲孔122。在此，盲孔122例如是作為本實(shí)施例之噴液裝置的壓力腔。
請(qǐng)參照?qǐng)D2C，先移除圖2B之圖案化光刻膠層102c，接著同樣以光刻蝕刻工藝而在第二基板120的下表面107上形成盲孔124、盲孔126與盲孔128。其中，盲孔124及盲孔126與盲孔122相通，且盲孔124用以作為后續(xù)形成之出液流道的一部分，而盲孔126是用以作為本實(shí)施例之噴液裝置的入液流道。此外，盲孔128與盲孔126相通，用以作為后續(xù)形成之儲(chǔ)液槽的一部分。
值得注意的是，由于盲孔124與盲孔126均是用以作為本實(shí)施例之噴液裝置的流道，因而需要高縱橫比。所以，盲孔124與盲孔126通常是在同一道光刻蝕刻工藝中形成，但其當(dāng)然也可以在兩道不同的光刻蝕刻工藝中先后形成。另外，由于盲孔128與盲孔124及盲孔126相比之下，其所需之縱橫比較低，因此一般來(lái)說(shuō)，用以形成盲孔128的光刻蝕刻工藝則與形成盲孔124及盲孔126的光刻蝕刻工藝不同。
同樣地，盲孔122、盲孔124、盲孔126與盲孔128亦例如是以感應(yīng)耦合等離子蝕刻的方式蝕刻而成。
圖3為本發(fā)明之一實(shí)施例中噴液裝置的剖面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D3，在完成上述工藝后，接著即是將圖1C之第一基板110與圖2C之第二基板120接合，以使第一基板110之上表面101與第二基板120之下表面107接觸。其中，接合第一基板110與第二基板120的方法例如是陽(yáng)極接合或熔接接合。之后，再于第二基板120上形成致動(dòng)元件220，即大致完成噴液裝置200的工藝。其中，形成致動(dòng)元件220的方法例如是先在第二基板120上形成振動(dòng)板222，之后再于振動(dòng)板222上形成壓電材料224。需要一提的是，在形成壓電材料224之后，通常會(huì)先以激光或一般傳統(tǒng)機(jī)械加工的方式切割壓電材料224，以定義出壓電致動(dòng)區(qū)226。
為使所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員更加了解本發(fā)明之噴液裝置，以下將詳加說(shuō)明噴液裝置的結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D3，噴液裝置200主要是由堆疊式流道結(jié)構(gòu)210與致動(dòng)元件220所構(gòu)成。其中，堆疊式流道結(jié)構(gòu)210包括第一基板110與第二基板120，且第一基板110之下表面101具有盲孔112，而上表面103則具有盲孔114與盲孔116。在此，盲孔112例如是作為噴液裝置200的噴孔，且盲孔112與盲孔114彼此相通。
此外，第二基板120設(shè)置于第一基板110上，而使第二基板120之下表面107與第一基板之上表面103接觸。同樣地，第二基板120之上表面105具有盲孔122，用以作為噴液裝置200之壓力腔。第二基板120之下表面107則具有盲孔124、盲孔126與盲孔128。其中，盲孔124與第一基板110之盲孔114構(gòu)成噴液裝置200之出液流道，盲孔126是連通于盲孔122與盲孔128之間，作為噴液裝置200之入液流道。盲孔128則是與第一基板110之盲孔116構(gòu)成噴液裝置200之儲(chǔ)液槽。
另外，致動(dòng)元件220則是設(shè)置于第二基板120之上表面105上，且致動(dòng)元件220例如是由振動(dòng)板222與壓電材料224所構(gòu)成。其中，振動(dòng)板222的材質(zhì)可以是不銹鋼等金屬材料，也可以是有機(jī)材料。壓電材料224的電極材質(zhì)則例如是金。
由上述可知，在噴液裝置200中，待噴出之液體是儲(chǔ)存于盲孔116與盲孔128所構(gòu)成的儲(chǔ)液槽內(nèi)，并通過(guò)入液流道(也就是盲孔126)流至壓力腔(也就是盲孔122)。在驅(qū)動(dòng)噴液裝置200進(jìn)行噴液時(shí)，致動(dòng)元件會(huì)產(chǎn)生變形，并因而施壓于壓力腔內(nèi)的液體，以使其經(jīng)由盲孔114與盲孔124所構(gòu)成之出液流道，而從噴孔(也就是盲孔112)噴出。
特別的是，為增加本發(fā)明之噴液裝置的噴液穩(wěn)定性，如圖4所示，本發(fā)明在另一實(shí)施例中，還可以在接合堆疊式流道結(jié)構(gòu)210之第一基板110與第二基板120之前，先在第一基板110與第二基板120上分別形成親水材料層130，以包覆住第一基板110與第二基板120。之后再將第二基板120與第一基板110接合。其中，親水材料層130例如是氧化層，進(jìn)一步來(lái)說(shuō)其材質(zhì)例如是氧化硅，而親水材料層130例如是以化學(xué)氣相沉積的方式形成于第一基板110與第二基板120上。此外，在其它實(shí)施例中，也可以分別將圖1C之第一基板110與圖2C之第二基板120分別置入高溫爐管中，以于第一基板110與第二基板120成長(zhǎng)出親水材料層130。
承上所述，親水材料層130不但能夠增加堆疊式流道結(jié)構(gòu)210內(nèi)部的親水性，還可以保護(hù)堆疊式流道結(jié)構(gòu)，以避免其內(nèi)部產(chǎn)生缺陷而在噴液過(guò)程中造成氣泡聚集。由此可知，在堆疊式流道結(jié)構(gòu)210中設(shè)置親水材料層130，能夠有效地提高噴液裝置200的噴液效果。
值得一提的是，雖然上述實(shí)施例之堆疊式流道結(jié)構(gòu)均僅由兩層基板所構(gòu)成，但在本發(fā)明之其它實(shí)施例中，堆疊式流道結(jié)構(gòu)亦可由兩層以上的基板所構(gòu)成。舉例來(lái)說(shuō)，上述之第一基板與第二基板之間還可以設(shè)置有另一基板(圖中未表示)，此基板具有多個(gè)貫孔，而這些貫孔是用以連通第一基板與第二基板之盲孔，以構(gòu)成儲(chǔ)液槽、出液流道、入液流道以及壓力腔等等。
綜上所述，本發(fā)明之噴液裝置的堆疊式流道結(jié)構(gòu)主要由具有多個(gè)盲孔的兩片基板堆疊而成，而這些盲孔的形成方法為傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝。由此可知，本發(fā)明之堆疊式流道結(jié)構(gòu)可批次生產(chǎn)，以節(jié)省工藝成本。而且，本發(fā)明可以以干蝕刻的方式形成上述盲孔，使其具有高縱橫比，所以并不會(huì)有流道過(guò)短的問(wèn)題。
此外，由于本發(fā)明可在堆疊式流道結(jié)構(gòu)的工藝中，于同一基板上形成兩種不同功能性的盲孔，因此與公知技術(shù)相比，本發(fā)明之堆疊式流道結(jié)構(gòu)所需的層數(shù)較少，故堆疊式流道結(jié)構(gòu)之組裝精度亦比公知佳。
另外，本發(fā)明是在堆疊式流道結(jié)構(gòu)內(nèi)形成有親水材料層，以增加本發(fā)明之噴液裝置的噴液穩(wěn)定性。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與改進(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種噴液裝置，其特征是包括堆疊式流道結(jié)構(gòu)，包括第一基板，具有第一上表面與第一下表面，且該第一上表面與該第一下表面分別具有多個(gè)第一盲孔，其中該第一上表面之部分第一盲孔與該第一下表面之部分第一盲孔彼此相通；第二基板，設(shè)置于該第一基板上，該第二基板具有第二上表面與第二下表面，其中該第二下表面與該第一基板之該第一上表面接觸，且該第二上表面與該第二下表面分別具有多個(gè)第二盲孔，而該第二上表面之部分第二盲孔與該第二下表面之部分第二盲孔彼此相通；以及致動(dòng)元件，設(shè)置于該第二基板之該第二上表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之噴液裝置，其特征是部分之上述這些第一盲孔與部分之上述這些第二盲孔構(gòu)成入液流道、儲(chǔ)液槽以及出液流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之噴液裝置，其特征是上述這些第一盲孔包括噴孔，其位于該第一基板之該第一下表面，且該噴孔與該出液流道相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述之噴液裝置，其特征是上述這些第二盲孔包括壓力腔，其位于該第二基板之該第二上表面，且該壓力腔與該入液流道、該儲(chǔ)液槽及該出液流道相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之噴液裝置，其特征是還包括親水材料層，其包覆住該第一基板與該第二基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述之噴液裝置，其特征是該親水材料層為氧化層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述之噴液裝置，其特征是該致動(dòng)元件包括振動(dòng)板與壓電材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述之噴液裝置，其特征是該第一基板為硅基板或玻璃基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述之噴液裝置，其特征是該第二基板為硅基板或玻璃基板。
10.一種噴液裝置的制造方法，其特征是包括分別提供第一基板與第二基板，其中該第一基板具有第一上表面與第一下表面，而該第二基板具有第二上表面與第二下表面；分別于該第一上表面與該第一下表面形成多個(gè)第一盲孔，其中該第一上表面之部分第一盲孔與該第一下表面之部分第一盲孔彼此相通；分別于該第二上表面與該第二下表面形成多個(gè)第二盲孔，其中該第二上表面之部分第二盲孔與該第二下表面之部分第二盲孔彼此相通；將該第二基板接合于該第一基板上，以使該第二下表面與該第一上表面接觸；以及將致動(dòng)元件設(shè)置于該第二基板上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述之噴液裝置的制造方法，其特征是在形成上述這些第一盲孔與上述這些第二盲孔之后，以及將該第二基板接合于該第一基板之前，還包括分別在該第一基板與該第二基板上形成親水材料層，以包覆該第一基板與該第二基板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述之噴液裝置的制造方法，其特征是上述這些親水材料層為氧化層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述之噴液裝置的制造方法，其特征是上述這些親水材料層的形成方法包括爐管加熱或化學(xué)氣相沉積。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述之噴液裝置的制造方法，其特征是上述這些第一盲孔與上述這些第二盲孔的形成方法包括干式蝕刻。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述之噴液裝置的制造方法，其特征是上述這些第一盲孔與上述這些第二盲孔的形成方法包括感應(yīng)耦合等離子蝕刻。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述之噴液裝置的制造方法，其特征是接合該第一基板與該第二基板的方法包括陽(yáng)極接合或熔接接合。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述之噴液裝置的制造方法，其特征是形成該致動(dòng)元件的方法包括于該第二基板上形成振動(dòng)板；以及于該振動(dòng)板上形成壓電材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述之噴液裝置的制造方法，其特征是該振動(dòng)板的材質(zhì)包括金屬或有機(jī)材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述之噴液裝置的制造方法，其特征是形成該壓電材料之后，還包括切割該壓電材料，以定義出壓電致動(dòng)區(qū)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述之噴液裝置的制造方法，其特征是該壓電材料的切割方法包括激光切割或機(jī)械切割。
全文摘要
一種噴液裝置及其制造方法，此噴液裝置包括堆疊式流道結(jié)構(gòu)與致動(dòng)元件。其中，堆疊式流道結(jié)構(gòu)包括第一基板與第二二基板，第二基板設(shè)置于第一基板上。而且，第一基板及第二基板之上、下表面分別具有多個(gè)盲孔，且部分的盲孔是互相貫通，因而構(gòu)成此噴液裝置之壓力腔、儲(chǔ)液槽、出液流道、入液流道與噴孔。另外，致動(dòng)元件是設(shè)置于第二基板之上表面上，用以對(duì)壓力腔內(nèi)之液體施壓，而使此液體由噴孔噴出。上述盲孔通過(guò)半導(dǎo)體工藝所形成，因此此噴液裝置可批次生產(chǎn)，以節(jié)省工藝成本。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1986230SQ200510132099
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者毛慶宜, 吳永祥, 陳來(lái)成 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院