專利名稱：絲網(wǎng)印刷形成厚層的方法和形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種通過絲網(wǎng)印刷(screen printing)形成更均勻厚層的方法和使用該形成厚層的方法形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法。
背景技術(shù)：
噴墨頭是用于通過噴射墨滴至打印介質(zhì)的預(yù)定區(qū)域在打印介質(zhì)上打印彩色圖像的裝置。根據(jù)墨噴射方法的不同，噴墨頭可分為兩種類型熱噴墨頭和壓電噴墨頭。熱噴墨頭通過加熱在要噴射的墨中產(chǎn)生氣泡并利用該氣泡的膨脹噴射墨，而壓電噴墨打印頭通過變形壓電材料產(chǎn)生的壓力噴射墨。
圖1A為傳統(tǒng)壓電噴墨頭的截面圖，而圖1B為沿圖1A中A-A’線截開的截面圖。圖1A和1B中所示的傳統(tǒng)壓電噴墨頭通過傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷形成。
參考圖1A和1B，在噴墨頭流動(dòng)通道板10內(nèi)形成有集管11、多個(gè)限流器12和多個(gè)形成墨流動(dòng)通道13的壓力腔?？杀粔弘娭聞?dòng)器40變形的振動(dòng)板20連接流動(dòng)通道板10的頂表面，而其中形成有多個(gè)噴嘴31的噴嘴板30連接流動(dòng)通道板10的底表面。振動(dòng)板20可與流動(dòng)通道板10整體成形，而噴嘴板30也可與流動(dòng)通道板10整體成形。
集管11是用于從墨儲(chǔ)存器(未示出)向個(gè)壓力腔13提供墨水的墨水通道，而限流器12是允許墨水從集管11流入壓力腔13的墨水通道。壓力腔13填充有被供應(yīng)的墨水并噴射該被供應(yīng)的墨水，且被設(shè)置在集管11的一側(cè)或兩側(cè)。噴嘴31設(shè)置為穿過噴嘴板30并連接到各個(gè)壓力腔13。振動(dòng)板20連接流動(dòng)通道板10的頂表面以覆蓋壓力腔13。振動(dòng)板20由于壓電致動(dòng)器40的操作而變形。從而，各個(gè)壓力腔13中的壓力變化且墨水被從壓力腔13中噴出。每個(gè)壓電致動(dòng)器40包括順序?qū)盈B在振動(dòng)板20上的下電極41、壓電層42和上電極43。下電極41作為公共電極形成在振動(dòng)板20的全部表面上。壓電層42形成在每個(gè)壓力腔13上方的下電極41上。上電極43作為向壓電層42施加電壓的驅(qū)動(dòng)電極形成在壓電層42上。
在傳統(tǒng)壓電噴墨頭中，壓電致動(dòng)器40一般按如下方式形成。通過在振動(dòng)板20的頂表面上濺射預(yù)定金屬到要求的厚度而形成下電極41。通過絲網(wǎng)印刷向下電極41的頂表面施加壓電陶瓷材料膏狀物到預(yù)定的厚度并燒結(jié)所施加的膏狀物而形成壓電層42。通過絲網(wǎng)印刷向壓電層42的頂表面施加導(dǎo)電材料并燒結(jié)所施加的導(dǎo)電材料而形成上電極43。
當(dāng)形成壓電層42時(shí)，向下電極41施加壓電材料膏狀物至幾十微米的厚度，然后該膏狀物被干燥和燒結(jié)以獲得壓電層42的厚層。然而，由于向下電極41施加的壓電材料膏狀物很厚，該壓電材料膏狀物最終會(huì)向外延展。這使得壓電層42在中心部分相對(duì)較厚而在邊緣部分較薄，如圖1B所示，使得壓電層42的厚度和寬度不均勻。而且，雖然直的外邊緣是優(yōu)選的，但壓電層42的外邊緣卻可能被彎曲。因此，壓電層42的整體形狀可被不規(guī)則地彎曲。
而且，由于壓電層42的不均勻性，形成在壓電層42上的上電極43的厚度和寬度不均勻。另外，因?yàn)閴弘妼?2的厚度不均勻，下電極41和上電極43之間的距離不恒定，因而不能在下電極41和上電極43之間形成均勻的電場(chǎng)。
同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量打印例如高分辨率和高速打印，需要增加噴嘴密度。噴嘴密度一般用“cpi(每英寸通道數(shù))”表示，而圖像的分辨率一般用“dpi(每英寸的點(diǎn)數(shù))”表示。為了增加噴嘴密度，需要減小相鄰壓力腔13之間的距離。因此，需要減小相鄰壓電層42之間的距離。然而，如上所述，由于通過傳統(tǒng)方法形成的壓電層42具有不均勻?qū)挾?，?dāng)形成的壓電層彼此很接近時(shí)，壓電層42會(huì)很容易接觸相鄰的壓電層。因此，噴嘴密度不能減少很多。
如上所述，在通過絲網(wǎng)印刷形成厚層的傳統(tǒng)方法中，不能均勻地形成壓電致動(dòng)器40的壓電層42的厚度和寬度。而且，傳統(tǒng)方法使得很難增加噴墨頭的噴嘴密度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種通過絲網(wǎng)印刷形成厚層的方法和使用通過形成厚層的方法形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法。所述方法允許壓電層具有均勻的寬度和厚度，從而可增加噴墨頭的噴嘴密度。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種通過絲網(wǎng)印刷在表面形成厚層的方法，該方法包括在表面中形成引導(dǎo)槽至預(yù)定深度；以及通過絲網(wǎng)印刷向引導(dǎo)槽內(nèi)的表面施加膏狀物材料而形成厚層。
所述引導(dǎo)槽具有與所述厚層相同的輪廓。可通過以如下方式在引導(dǎo)槽的內(nèi)側(cè)施加膏狀物材料而實(shí)現(xiàn)形成所述厚層，在所述方式中，膏狀物材料的寬度小于引導(dǎo)槽的寬度且允許施加的膏狀物材料通過延展具有和引導(dǎo)槽相同的寬度。
所述厚層具有約幾十微米的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法，所述壓電致動(dòng)器形成在振動(dòng)板上以向多個(gè)壓力腔中的每一個(gè)提供驅(qū)動(dòng)力，所述方法包括在振動(dòng)板的頂表面上形成絕緣層，且在對(duì)應(yīng)于每個(gè)壓力腔的位置處，在振動(dòng)板的頂表面中或絕緣層中形成引導(dǎo)槽至預(yù)定深度；在絕緣層的頂表面上形成下電極；通過絲網(wǎng)印刷將壓電材料膏狀物施加至引導(dǎo)槽內(nèi)的下電極的頂表面上而形成壓電層；以及在壓電層的頂表面上形成上電極。
所述引導(dǎo)槽形成在振動(dòng)板的頂表面中，然后絕緣層形成在振動(dòng)板的頂表面上?；蛘?，所述絕緣層形成在振動(dòng)板的頂表面上，然后引導(dǎo)槽形成在絕緣層的頂表面中。
所述絕緣層可以為二氧化硅層。所述下電極通過在絕緣層的頂表面上淀積導(dǎo)電金屬至預(yù)定厚度而形成。所述下電極通過濺射順序淀積Ti和Pt而形成。
所述引導(dǎo)槽具有和壓電層相同的輪廓。所述引導(dǎo)槽具有和壓力腔大致相同的寬度?？赏ㄟ^以如下方式在引導(dǎo)槽的內(nèi)側(cè)施加壓電膏狀材料而實(shí)現(xiàn)形成壓電層，在所述方式中，膏狀物材料的寬度小于引導(dǎo)槽的寬度且允許施加的膏狀物材料通過延展具有和引導(dǎo)槽相同的寬度。
所述上電極通過絲網(wǎng)印刷向壓電層的頂表面施加電極材料膏狀物而形成。在這種情況下，可一起燒結(jié)壓電層和上電極。
所述上電極通過濺射在壓電層的上表面上淀積導(dǎo)電金屬至預(yù)定厚度而形成。在這種情況下，可在形成上電極之前燒結(jié)壓電層。
本發(fā)明的上述的和其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過結(jié)合附圖對(duì)其實(shí)施例的詳細(xì)描述而更加顯見。所述附圖中圖1A為傳統(tǒng)壓電噴墨頭的截面圖，而圖1B為沿圖1A中A-A’線截開的截面圖；圖2A至2E示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用通過絲網(wǎng)印刷形成厚層的方法形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法；以及圖3A至3C示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的使用通過絲網(wǎng)印刷形成厚層的方法形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，附圖中顯示本發(fā)明的示意性實(shí)施例。其中，在全部附圖中，相同標(biāo)號(hào)指示相同元件，且為了清晰起見放大了層的厚度和區(qū)域。
圖2A至2E示出一種根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用通過絲網(wǎng)印刷形成厚層的方法形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法；以及參考圖2A，壓電噴墨頭包括多個(gè)形成墨水流動(dòng)通道的板?？墒褂萌齻€(gè)板一個(gè)流動(dòng)通道板110、一個(gè)振動(dòng)板120和一個(gè)噴嘴板130。集管111、多個(gè)限流器112和多個(gè)壓力腔113形成在流動(dòng)通道板110中，且振動(dòng)板120連接流動(dòng)通道板110的頂部以覆蓋壓力腔113。噴嘴板130連接流動(dòng)通道板110的底表面。多個(gè)噴嘴131設(shè)置成穿過噴嘴板130。流動(dòng)通道板110可設(shè)置有集管(未示出)和多個(gè)限流器(未示出)。同時(shí)，振動(dòng)板120可與流動(dòng)通道板110整體成形，且噴嘴板130也可與流動(dòng)通道板110整體成形。
多個(gè)壓電致動(dòng)器140(參考圖2E)將通過以下操作被設(shè)置在振動(dòng)板120上。壓電致動(dòng)器140通過變形該振動(dòng)板120向各壓力腔113提供墨水噴射力。
再次參考圖2A，絕緣層121形成在振動(dòng)板120的全部頂表面上。絕緣層121可具有約1μm至約2μm的厚度。當(dāng)振動(dòng)板120由硅制成時(shí)，絕緣層121可由二氧化硅制成。
參考圖2B，引導(dǎo)槽125形成在絕緣層121中至預(yù)定深度。引導(dǎo)槽125可通過使用經(jīng)構(gòu)圖的光刻膠作為刻蝕掩膜進(jìn)行刻蝕而部分地去除絕緣層121而形成。當(dāng)絕緣層121如上所述具有約1μm至約2μm的厚度時(shí)，引導(dǎo)槽125具有約等于絕緣層121一半厚度的深度(即，約0.5μm至約1μm)。引導(dǎo)槽125形成在絕緣層121中對(duì)應(yīng)于各壓力腔113的位置處。引導(dǎo)槽125具有與壓電致動(dòng)器140的壓電層142(參考圖2D)相同的輪廓。引導(dǎo)槽125的寬度可與壓力腔113大致相同。
參考圖2C，下電極141作為公共電極被形成在絕緣層上?？赏ㄟ^在絕緣層121的全部頂表面上淀積導(dǎo)電金屬至預(yù)定厚度來形成下電極141。雖然下電極141可由單一金屬層形成，下電極141可由兩種金屬層例如Ti和Pt層形成。在后者的情況中，Ti層可通過濺射形成至約400的厚度，而Pt層可通過濺射形成至約5000的厚度。
參考圖2D，壓電層142形成在下電極141上引導(dǎo)槽125的內(nèi)側(cè)。具體地說，例如鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷材料膏狀物的壓電材料膏狀物通過絲網(wǎng)印刷被施加至下電極至預(yù)定厚度(例如，約30μm至約60μm)。這里，壓電材料膏狀物可通過壓電層142的寬度稍微小于引導(dǎo)槽125的寬度的方式進(jìn)行施加。由于該被施加的膏狀物最終會(huì)橫向地延展，壓電層142被拉平和擴(kuò)寬至圖2D所示的形狀。壓電層142的寬度受槽125的寬度的限制，可使得壓電層142的厚度均勻。而且，與相關(guān)技術(shù)相比，壓電層142的厚度可相對(duì)均勻。通過使用加熱至約100℃的熱板使壓電層142被自然或強(qiáng)迫干燥?？梢罁?jù)壓電材料膏狀物的粘度選擇適當(dāng)?shù)母稍锓椒ā?br>
參考圖2E，上電極143作為驅(qū)動(dòng)電極被形成在各壓電層142上。上電極143可通過用絲網(wǎng)印刷將電極材料膏狀物例如Ag-Pd施加于壓電層142的頂表面上并干燥該施加的膏狀物而形成。然后，在約900℃～1200℃溫度下燒結(jié)壓電層142和上電極143。然后，壓電層142厚度縮至約10μm至約30μm。
在上述操作后，如圖2E所示，完整的致動(dòng)器140可具有由下電極141、壓電層142和上電極143形成的順序?qū)盈B結(jié)構(gòu)。由于引導(dǎo)槽125壓電致動(dòng)器140的壓電層142可具有相對(duì)均勻的寬度和平坦的頂表面。而且，壓電層142的外邊緣可變直。
同時(shí)，雖然上電極143可如上述由絲網(wǎng)印刷形成，上電極143也可通過濺射形成。這種情況下，再次參考圖2D，壓電層142在上電極層143形成之前燒結(jié)。然后，例如Au或Pt(導(dǎo)電金屬)的電極材料通過濺射在壓電層上淀積至預(yù)定厚度，從而如圖2E所示形成上電極143。
圖3A至3C示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的使用通過絲網(wǎng)印刷形成厚層的方法形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法。本實(shí)施例與圖2A至2E所示實(shí)施例相同，除了引導(dǎo)槽形成在振動(dòng)板的頂表面中。因此，現(xiàn)在概要描述本實(shí)施例。
參考圖3A，引導(dǎo)槽126在振動(dòng)板120的頂表面中形成至預(yù)定深度。引導(dǎo)槽126可通過使用被構(gòu)圖的光刻膠作為刻蝕掩膜進(jìn)行刻蝕部分地去除振動(dòng)板120的頂表面而形成。由于振動(dòng)板120根據(jù)壓力腔113的尺寸具有約10μm至約20μm的厚度，當(dāng)引導(dǎo)槽的深度為約0.5μm至約1μm時(shí)，振動(dòng)板120不會(huì)受引導(dǎo)槽126的影響。引導(dǎo)槽按照與圖2A至2E中所示實(shí)施例相同的方式定位和成形。從而，省略對(duì)該引導(dǎo)槽的描述。
參考圖3B，絕緣層121和下電極141順序形成在振動(dòng)板120的全部頂表面上。絕緣層121和下電極141按照與圖2A至2E中所示實(shí)施例相同的方式形成。
參考圖3C，壓電層142通過絲網(wǎng)印刷形成在下電極141上引導(dǎo)槽126內(nèi)側(cè)，而上電極143通過絲網(wǎng)印刷或?yàn)R射形成在壓電層142上。壓電層142和上電極143按照與圖2A至2E中所示實(shí)施例相同的方式形成。
在如上操作之后，如圖3C所示，完整的壓電致動(dòng)器140可具有由下電極141、壓電層142和上電極143形成的順序?qū)盈B結(jié)構(gòu)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可通過簡單方法均勻地形成壓電致動(dòng)器的壓電層。從而，可均勻地控制壓電層的頂表面，這樣，由于下電極和上電極之間的距離均勻，在下電極和上電極之間可形成均勻電場(chǎng)。而且，可均勻控制壓電層的寬度，從而可輕松地增加噴墨頭的噴嘴密度。
雖然已經(jīng)參考其示范性實(shí)施例具體地示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對(duì)形式和細(xì)節(jié)做出各種變化。例如，雖然為了解釋本發(fā)明的方法，上面描述了如何形成噴墨頭的壓電致動(dòng)器，本發(fā)明的方法可用于通過使用引導(dǎo)槽的絲網(wǎng)印刷形成均勻厚層各種應(yīng)用中。因此，本發(fā)明的精神和范圍由附帶的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種通過絲網(wǎng)印刷在表面形成厚層的方法，其包括在表面中形成引導(dǎo)槽至預(yù)定深度；以及通過絲網(wǎng)印刷向引導(dǎo)槽內(nèi)的表面施加膏狀物材料而形成厚層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引導(dǎo)槽具有與所述厚層相同的輪廓。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過以如下方式在引導(dǎo)槽的內(nèi)側(cè)施加膏狀物材料而實(shí)現(xiàn)形成所述厚層，在所述方式中，膏狀物材料的寬度小于引導(dǎo)槽的寬度且允許施加的膏狀物材料通過延展具有和引導(dǎo)槽相同的寬度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述厚層具有約幾十微米的厚度。
5.一種形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法，所述壓電致動(dòng)器形成在振動(dòng)板上以向多個(gè)壓力腔中的每一個(gè)提供驅(qū)動(dòng)力，所述方法包括在振動(dòng)板的頂表面上形成絕緣層，且在對(duì)應(yīng)于每個(gè)壓力腔的位置處，在振動(dòng)板的頂表面中或絕緣層中形成引導(dǎo)槽至預(yù)定深度；在絕緣層的頂表面上形成下電極；通過絲網(wǎng)印刷將壓電材料膏狀物施加至引導(dǎo)槽內(nèi)側(cè)的下電極的頂表面而形成壓電層；以及在壓電層的頂表面上形成上電極。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述引導(dǎo)槽形成在振動(dòng)板的頂表面中，然后絕緣層形成在振動(dòng)板的頂表面上。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述絕緣層形成在振動(dòng)板的頂表面上，然后引導(dǎo)槽形成在絕緣層的頂表面中。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述絕緣層為二氧化硅層。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述下電極通過在絕緣層的頂表面上淀積導(dǎo)電金屬至預(yù)定厚度而形成。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述下電極通過順序地利用濺射淀積Ti和Pt而形成。
11.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述引導(dǎo)槽具有和壓電層相同的輪廓。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述引導(dǎo)槽具有和壓力腔大致相同的寬度。
13.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過以如下方式在引導(dǎo)槽的內(nèi)側(cè)施加壓電膏狀材料而實(shí)現(xiàn)形成壓電層，在所述方式中，膏狀物材料的寬度小于引導(dǎo)槽的寬度且允許施加的膏狀物材料通過延展具有和引導(dǎo)槽相同的寬度。
14.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述上電極通過絲網(wǎng)印刷向壓電層的頂表面施加電極材料膏狀物而形成。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，還包括燒結(jié)壓電層和上電極。
16.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述上電極通過在壓電層的上表面上利用濺射淀積導(dǎo)電金屬至預(yù)定厚度而形成。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，還包括在形成上電極之前燒結(jié)壓電層。
全文摘要
一種通過絲網(wǎng)印刷形成厚層的方法和形成噴墨頭壓電致動(dòng)器的方法。所述形成厚層的方法包括在表面形成預(yù)定深度的引導(dǎo)槽；通過絲網(wǎng)印刷施加膏狀材料至引導(dǎo)槽內(nèi)側(cè)表面而形成厚層。引導(dǎo)槽具有與厚層相同的輪廓。通過在引導(dǎo)槽的內(nèi)側(cè)施加膏狀材料使膏狀物寬度小于引導(dǎo)槽寬度并使施加膏狀物通過延展具有與引導(dǎo)槽相同的寬度而形成厚層。形成所述壓電致動(dòng)器的方法包括在振動(dòng)板頂表面上形成絕緣層，且在對(duì)應(yīng)每個(gè)壓力腔處在振動(dòng)板頂表面或絕緣層中形成預(yù)定深度的引導(dǎo)槽；在絕緣層頂表面上形成下電極；通過絲網(wǎng)印刷將壓電膏狀材料施加至下電極頂表面上引導(dǎo)槽內(nèi)側(cè)而形成壓電層；及在壓電層頂表面上形成上電極。
文檔編號(hào)B41J2/16GK101024353SQ200610143
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者李教烈, 李泰京, 鄭在佑, 李華善, 林承模 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社