压电喷墨打印头振动结构设计制造及工艺优化

发布时间：2020-05-19 07:34

【摘要】：喷墨打印技术从最初局限于打印领域,已快速扩展到微电子、生物制药、细胞打印等多个不同领域,在技术层面产生巨大变革,打印头的关键指标如DPI(dots per inch)、墨滴体积、喷墨量、喷射速度、喷墨功率等得到良好的改进和优化,使如今的喷墨打印设备具有稳定性好、喷射速度快、功耗低、分辨率高、墨滴易于控制等诸多优点。压电式喷墨打印技术的出现为打印头行业带来了变革,其中打印头振动板的研发是不容忽视的一环,通过振动板振动为墨滴喷射提供充足的动力,合理的结构和尺寸设计可为振动板实现高集成度等优点,适当的工艺选择将提高打印头的寿命和振动性能,故本文以此为基点,结合国内外研究文献,对压电式喷墨打印头的振动板结构展开研究,主要研究内容如下:(1)结合Comsol有限元软件模拟和工艺条件,对结构材料进行了选型,不断对结构尺寸优化;比较了各种制备工艺加工出的材料特性,并结合实验室实际条件,选择最适合的加工工艺。采用100晶向的四英寸硅片为基底,确定了以铂金(Pt)为上下电极、二氧化硅(SiO_2)为弹性层、锆钛酸铅(PZT)薄膜为压电元件的一体化振动板结构,并通过干湿法结合的方法最终完成了振动板的释放。(2)确定好材料和工艺方案后,结合MEMS加工特点,提出振动板的整体化设计和加工方案,首先利用湿法腐蚀释放大部分硅杯,然后制备好正面的振动结构,最后通过深反应离子刻蚀(DRIE)释放整体的硅杯。其中在工艺上进行了优化,创新性的使用PDMS作为KOH腐蚀硅杯时的掩膜,效果良好;调整氢氟酸缓冲液水浴温度,控制氧化层的腐蚀均匀性和侧蚀量等。(3)在王水腐蚀Pt后,去除作为掩膜的负性光刻胶时残留胶膜问题,创新性提出采用双层胶工艺提高去除残胶效果,以容易去除的正性光刻胶为底层胶膜,抗刻蚀比高的负性光刻胶为顶层胶膜,对底层胶膜进行了选择,并对胶膜厚度和底层胶膜相对顶层胶膜的缩进距离进行了优化,以达到最佳去除残胶效果。(4)对压电式喷墨打印头的振动板进行激光多普勒振动测试,验证了结构的合理性和实用性;使用SU-8胶制作腔室层,完成打印头一体化制造后,进行了喷墨测试,成功喷射出体积为12pL的球状墨滴,证明了一体化压电式喷墨打印头的可行性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP334.83

【参考文献】

相关期刊论文 前7条

1 蔡昊;董春法;张祥林;;DOD式压电喷墨打印系统液滴形成过程的数值模拟[J];包装工程;2014年15期

2 韩建栋;徐爱东;;Parylene涂覆材料及其应用[J];半导体技术;2011年06期

3 蔡长龙;李明;马卫红;刘卫国;;锆钛酸铅薄膜腐蚀研究[J];红外与激光工程;2007年05期

4 周煜,李德胜,李浩群,刘本东;一种压电喷墨打印机喷头的动力学特性研究[J];纳米技术与精密工程;2005年03期

5 郑可炉,褚家如,鲁健,李恒;PZT铁电薄膜湿法刻蚀技术研究[J];压电与声光;2005年02期

6 侯卫兵,冯冠平;打印机喷墨技术[J];清华大学学报(自然科学版);1997年11期

7 王利军,梁兴国,刘志华,张友兰;喷墨打印技术及喷墨打印用墨水[J];电子计算机与外部设备;1997年04期

相关会议论文 前1条

1 赵钧;陈硕;尚智;;热气泡式微喷技术研究[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集（一）[C];2005年

相关博士学位论文 前2条

1 万静;PZT薄膜晶化机理及取向控制研究[D];电子科技大学;2015年

2 许立宁;基于MEMS技术的压电微喷的研制[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2005年

相关硕士学位论文 前1条

1 彭飞;热泡式喷墨的建模与分析[D];西安电子科技大学;2007年

，

本文编号：2670552