壓電式噴墨打印頭振動板的設計制造與優(yōu)化.pdf

1、壓電式噴墨打印設備具有成本低、集成度高、打印分辨率高、易于控制以及墨水兼容性高等特點，其應用已經(jīng)由傳統(tǒng)印刷行業(yè)逐漸擴展到電子器件、生物醫(yī)療以及機械加工等多個領域。作為對壓電噴墨打印技術探索的一部分，本文旨在研發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權的壓電噴頭振動板結構。作為噴墨動力源，其性能影響著打印頭的壽命、打印精度，對振動板的研究有利于促進噴墨打印設備的國產(chǎn)化進程。通過查閱國內(nèi)外相關文獻，了解了噴墨打印技術的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，并確定了以彎曲式噴墨打印技術作

2、為壓電噴頭設計的基礎。本文的研究內(nèi)容主要包含如下：
　?。?）壓電式噴墨打印頭振動板結構的設計。理論分析結合有限元軟件模擬，設計出以SiO2作為彈性層，以鋯鈦酸鉛（Leadzirconate titanate,PZT）薄膜作為壓電元件，以金屬Pt作為PZT電極，以Parylene C薄膜作為保護層的復合壓電振動板結構。通過對微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）技術的研究，確定了壓電

3、噴頭振動板結構各部分制備工藝方法。
　?。?）壓電式噴墨打印頭振動板結構的制備。結合MEMS工藝的特點、振動板各部分材料以及各制備工藝的兼容性，本文確定了振動板結構的制備工藝流程，并對各工藝進行了優(yōu)化。通過調(diào)整水浴溫度，提高了SiO2腐蝕的速率及均勻性；通過調(diào)整光刻工藝，提高了Pt下電極圖形化后的表面質(zhì)量并改善了Pt上電極的剝離效果；通過改善腐蝕工藝，減小了PZT薄膜的側蝕；通過采用多步刻蝕工藝，獲得了側壁垂直的硅杯和過刻蝕較小的

4、振動板結構；通過增加刻蝕氣體CF4并將刻蝕功率調(diào)整到100w，提高了Parylene C薄膜刻蝕速率。
　?。?）振動板釋放工藝優(yōu)化。利用刻蝕鈍化比為8/2、9/2、11/3的DRIE多步刻蝕工藝成功釋放振動板。通過逐步增加刻蝕氣體的通氣時間，減小了“長草”風險；通過平衡刻蝕鈍化時間比，改善了硅杯形貌結構；通過將刻蝕階段、鈍化階段下電極射頻功率降低為0w，減小了根切現(xiàn)象和SiO2過刻蝕，成功制備出硅杯形貌規(guī)則、氧化層損失小的壓電噴