壓電噴墨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制造工藝優(yōu)化.pdf

1、噴墨打印技術(shù)是一種非接觸式、輸出圖像質(zhì)量較高的打印技術(shù)，并在很多領(lǐng)域占有重要地位。如今壓電式噴墨打印技術(shù)作為噴墨打印技術(shù)一個(gè)重要的類別，以響應(yīng)速度快、非接觸性、高分辨率、壽命長和墨水性能要求低等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于印刷業(yè)、細(xì)胞打印、電子產(chǎn)品制造等領(lǐng)域，充分顯現(xiàn)出了壓電式噴墨打印技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的巨大商業(yè)價(jià)值。現(xiàn)今，國內(nèi)對壓電式噴墨技術(shù)的研究還比較稀少，主要集中在其理論研究上，技術(shù)還相對落后，產(chǎn)品還主要依靠進(jìn)口。本項(xiàng)目旨在打破國外壟斷，突破專

2、利堡壘，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)噴頭的自主化生產(chǎn)。本文通過一系列設(shè)計(jì)和工藝制作過程制作出了壓電式噴墨打印頭，并通過噴墨測試驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的合理性。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)壓電驅(qū)動分析理論模型、結(jié)合相關(guān)專利和文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)一種新型的壓電式噴頭結(jié)構(gòu)，利用有限元模擬軟件COMSOL對噴頭的各部分結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，并對比選取了各部分所應(yīng)用的材料。其結(jié)構(gòu)材料如下:使用厚度為300μm的兩寸硅片作為基底，厚度為500nm的SiO2作為振動板，厚度為200n

3、m的鉑金(Pt)作為下電極，厚度為1μm的PZT薄膜作為致動板，厚度為150μm的Pt作為上電極，厚度為350nm的Parylene作為保護(hù)層，SU-8膠作為腔室材料。
　　(2)根據(jù)MEMS的相關(guān)工藝技術(shù)設(shè)計(jì)了一套壓電式噴頭工藝制造方案，描述并分析了噴頭各部件所采用的工藝方法及工藝設(shè)備。對比了各個(gè)制作工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際需求對工藝進(jìn)行優(yōu)化。主要利用的制作工藝有:光刻、氧化、濕法腐蝕、深反應(yīng)離子刻蝕、等離子濺射、蒸鍍等。

4、>　　(3)分析對比了各種噴孔制作方案，分析了SU-8膠等離子刻蝕速率的影響因素，并對刻蝕參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。最終選擇了刻蝕時(shí)間為5min、腔室壓強(qiáng)為20mbar、刻蝕功率為100W、氣體濃度為CF4∶O2=1∶20的刻蝕參數(shù)對鉸鏈后的SU-8膠進(jìn)行刻蝕，獲得了5.2μm/min的刻蝕速率和較好的刻蝕形貌。
　　(4)利用多普勒激光測試儀測試壓電薄膜振動性能，利用本課題組搭建的測試平臺觀察和測試壓電式噴頭的噴墨情況，證明制造工藝的可行