噴墨技術

噴印加工製程的優點在於其為溶液加工製程(Solution process)、能精準 控制液滴的量與位置、生產速度快速、成本較其他製程低廉、列印圖案可 具有高解度、減少半導體微影製程的次數、不接觸加工表面、可列印較大 面積的圖案(如使用陣列噴嘴系統)、可噴射多種流體材料、節省材料和少量 多樣製作等方面，故受到工業界青睞。由於目前工業的製程技術僅到微米 尺度，但隨著光電及其他產品的內部元件之微縮化的趨勢，因此微噴流列 印技術勢必需將尺度推展到奈米等級的噴流列印技術。微奈米噴嘴噴頭的 製造，可用雷射雕刻的方式，製作內部流道與噴嘴孔洞。

噴墨列印技術(或噴流加工技術)通常可分成兩類；連續式噴墨列印與供 需式 (Drop-on-demand) 噴墨列印(又稱為間歇式與脈衝式噴墨列印)。在連 續式噴墨系統中，壓力施加在噴嘴墨源上，使噴墨在離開噴嘴一定距離後 斷成墨滴，墨滴形成後再通過控制器使之感應帶電，由偏轉電極使帶電墨 滴偏轉，噴射到承印物(如基材)的指定位置，依照偏向方法的不同，可以分 為位元偏向式（Binary deflection）和多重偏向式（Multiple deflection）。其 缺點為解析度較低與僅適用於低黏度的材料，多用於印製大型海報與廣告 看材。

目前，噴流加工技術的主流是供需式噴墨列印系統，根據計算機指令 間歇地將墨滴噴到承印物上，形成圖案。依照驅動機構的不同，分為熱泡 式（Thermal Bubble）和壓電式（Piezoelectric）驅動兩大類。

圖 2-5 噴墨印表機技術之分類圖⁷

1. 熱泡式驅動技術

藉由一熱電阻(在幾微秒內即可迅速加熱達攝氏 350 到 450 度)，使水 氣化產生微氣泡，因體積膨脹而將原來空間中的墨水擠出於噴孔外。

此時加熱片又迅速冷卻使氣泡破裂，原擠出於噴孔外的墨水受到氣泡 破裂力量的牽引而形成墨滴，當墨滴噴出飛行至基材上時，便在基材上形 成墨點。而墨水則透過連通噴墨區與儲墨區的流道持續流入補充，每噴出 一個墨滴都是上述流程協同運作的結果。這種機構的噴墨速率每秒可達三

和側噴型（Side-Shooter）。

圖 2-6 熱泡式頂噴型噴墨技術示意圖⁷

2. 壓電式技術

為 EPSON 獨 立 開 發 的 驅 動 技 術 ， 其 關 鍵 在 於 晶 體 (Piezoelectric Material)的壓電特性(晶體通電時會產生膨脹的現象)，以多層壓電波穩定的 控制晶體上的電壓，使晶體準確產生膨脹將墨水噴出，所以墨點本身的產 生速率、大小都可以精準地控制。最後，當通電停止時便將墨水拉回⁷。依 不 同 壓 電 產 生 的 形 變 機 制 ， 壓 電 式 又 可 分 為 收 縮 管 型 （ Squeeze Tube Mode）、彎曲型（Bend Mode）、推擠型（Push Mode）及剪切型（Shear Mode）。

圖 2-7 壓電式推擠型噴墨示意圖⁷

由上面敘述可知，連續式與供需式噴流技術最大的不同在於液滴的帶 電與否；前者利用液滴帶電的特性，控制液滴飛行位置。後者則以精確的

定位噴嘴系統，控制液滴飛行位置。目前，商業化技術只到微米尺度。若 將來商業化技術擴展至奈米尺度。在奈米噴嘴噴頭的製造上^{8, 9}，可用聚焦 式離子束（Focused Ion-Beam）雕刻的方式，對矽材料製作內部的流道與噴 嘴的孔洞，噴嘴可以小於到 100 nm，藉由對離子束的調整與控制，可得到 理想的噴嘴幾何形狀。

隨著科技的進步，噴印製程也將朝向微縮化的方向發展，因此本研究 計畫將建立一奈米尺度之噴流模型進行研究。另外，在實驗研究中也確實 成功的在奈米尺度下進行噴印。