压电喷墨打印头喷墨腔室的设计与制作
发布时间：2021-10-31 20:11
喷墨打印技术因其独特的优势成为日常生活不可或缺的一部分,其应用范围日益扩大,从传统的图像打印扩展到柔性集成电路、电化学电池和生物芯片的打印等。喷墨腔室是压电喷墨打印头的重要组成部分,其制作工艺直接决定了墨滴的喷射质量和效果,本文研究了结合光刻与键合工艺制作喷墨腔室的方法。主要研究内容有:（1）依据材料特性和腔室制作要求对比分析了聚二甲硅氧烷、聚对二甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺和SU-8光刻胶等不同材料,最终选取物理化学性能优良的SU-8光刻胶作为腔室制作材料,并提出一种结合光刻与热键合工艺制作喷墨腔室的方案。（2）分析了压电驱动器振动理论及流体理论,并结合COMSOL软件模拟仿真优化了喷墨腔室各部分的尺寸。本文设计的压电喷墨打印头腔室尺寸为:1000×120×140μm,限流部尺寸为:1500×35×140μm,喷孔为外径20μm、内径30μm的倒锥孔,喷孔板厚度为40μm。（3）依据热键合机理、交联机理和聚合物力学性能确定了热键合参数;喷孔板的交联程度直接决定其玻璃点温度和杨氏模量,从而在热键合过程中影响腔室变形率、键合强度和键合率,通过实验对喷孔板的交联程度进行了优化。最终确定...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 喷墨打印的分类和发展
1.1.1 喷墨打印的分类
1.1.2 喷墨打印的发展
1.2 国内研究现状和研究意义
1.2.1 国内喷墨打印技术研究现状
1.2.2 研究意义
1.3 喷墨腔室制作工艺研究现状
1.3.1 湿法刻蚀工艺
1.3.2 微电铸工艺
1.3.3 牺牲层工艺
1.3.4 干膜层压工艺
1.3.5 粘结工艺
1.4 本文主要内容
2 压电喷墨打印头腔室制作工艺方案
2.1 腔室材料选择
2.2 压电喷墨打印头喷墨腔室制作工艺方案
2.2.1 利用干膜层压工艺制作压电喷墨打印头喷墨腔室工艺方案
2.2.2 结合光刻和热键合工艺制作压电喷墨打印头喷墨腔室方案
2.3 本章小结
3 压电喷墨打印头喷墨腔室结构设计
3.1 压电驱动器振动理论分析
3.1.1 压电原理
3.1.2 PZT振动机理
3.2 流体理论
3.2.1 流体流态判断
3.2.2 流体动力学控制方程
3.3 腔室结构设计
3.3.1 喷墨腔室仿真模型的建立
3.3.2 喷孔板厚度优化
3.3.3 喷孔孔径及类型优化
3.3.4 限流部结构设计
3.4 本章小结
4 SU-8腔室键合工艺及参数研究
4.1 聚合物键合机理
4.2 SU-8光刻胶交联机理及测定
4.2.1 SU-8光刻胶交联机理
4.2.2 交联程度测定
4.3 聚合物力学性能
4.3.1 聚合物温度依赖性
4.3.2 聚合物时间依赖性
4.4 表面改性处理
4.5 腔室质量评价指标
4.6 键合装置及参数优化
4.6.1 键合对准装置
4.6.2 键合参数确定
4.6.3 喷孔板参数优化
4.6.4 键合率优化
4.7 本章小结
5 喷墨腔室喷孔制作及参数优化
5.1 光学曝光方式分析
5.2 邻近式曝光衍射原理分析
5.3 MATLAB模拟仿真与分析
5.4 曝光过程优化
5.4.1 优化曝光间隙的均匀性
5.4.2 曝光间隙的优化
5.5 本章小结
6 喷墨腔室制作工艺流程及测试
6.1 喷墨腔室制作工艺流程
6.2 充墨测试
6.3 喷墨测试
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷墨打印头国产化未来可期[J]. 谢永林. 印刷工业. 2017(11)
[2]SU-8干膜喷墨腔室的制作工艺研究[J]. 智利莎,冯建波,伊茂聪,邹赫麟. 机电技术. 2016(03)
[3]喷墨打印头陶瓷喷孔的皮秒激光加工研究[J]. 褚祥诚,仲作金,张红军,张淑兰,周梅,崔宏超,文军,钟敏霖. 佛山陶瓷. 2014(12)
[4]流体粘弹性对喷墨印刷液滴参数影响[J]. 郭健,唐正宁. 包装工程. 2014(15)
[5]压电式喷墨的建模与分析[J]. 常莹莹,唐正宁,李俊锋. 包装工程. 2012(17)
[6]压电效应及其在材料方面的应用[J]. 阎瑾瑜. 数字技术与应用. 2011(01)
[7]含硫醚结构均苯型聚酰亚胺的合成及表征[J]. 张艺,郑雪菲,牛新星,张燕珠,肖善雄,林文璇,刘四委,黄爱萍,池振国,许家瑞. 高分子学报. 2010(11)
[8]喷墨印刷模拟研究[J]. 史永晶,唐正宁. 中国印刷与包装研究. 2009(04)
[9]Parylene薄膜及其在MEMS中的应用[J]. 王亚军,刘景全,杨春生,沈修成,郭忠元. 微纳电子技术. 2008(07)
[10]连续喷墨VS按需喷墨[J]. 王茂生. 网印工业. 2008(05)
博士论文
[1]微流控芯片注射成型及模内键合研究[D]. 楚纯朋.中南大学 2014
[2]电化学检测的PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺研究[D]. 朱学林.中国科学技术大学 2006
[3]PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺研究[D]. 刘军山.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]喷墨打印头聚合物腔室的设计与制作[D]. 冯建波.大连理工大学 2017
[2]压电喷墨打印头驱动器结构优化与波形设计[D]. 魏宏芳.大连理工大学 2017
[3]柔性电子中PDMS的力学性能及粘接研究[D]. 俞天.扬州大学 2017
[4]用于微执行器的PZT压电薄膜制备与表征[D]. 王文好.大连理工大学 2015
[5]高速喷墨打印机高精度实时控制系统[D]. 谢斌强.重庆大学 2014
[6]固体聚合物表面接触角的测量及表面能研究[D]. 陈晓磊.中南大学 2012
[7]高粘度压电微喷装置实验研究[D]. 郁朋.哈尔滨工业大学 2011
[8]聚合物微流控芯片超声波键合方法研究[D]. 郑英松.大连理工大学 2009
[9]聚合物微流控芯片模内键合微通道变形研究[D]. 蓝才红.中南大学 2009
[10]压电式喷墨的建模与分析[D]. 王贝.西安电子科技大学 2009
本文编号：3468778
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 喷墨打印的分类和发展
1.1.1 喷墨打印的分类
1.1.2 喷墨打印的发展
1.2 国内研究现状和研究意义
1.2.1 国内喷墨打印技术研究现状
1.2.2 研究意义
1.3 喷墨腔室制作工艺研究现状
1.3.1 湿法刻蚀工艺
1.3.2 微电铸工艺
1.3.3 牺牲层工艺
1.3.4 干膜层压工艺
1.3.5 粘结工艺
1.4 本文主要内容
2 压电喷墨打印头腔室制作工艺方案
2.1 腔室材料选择
2.2 压电喷墨打印头喷墨腔室制作工艺方案
2.2.1 利用干膜层压工艺制作压电喷墨打印头喷墨腔室工艺方案
2.2.2 结合光刻和热键合工艺制作压电喷墨打印头喷墨腔室方案
2.3 本章小结
3 压电喷墨打印头喷墨腔室结构设计
3.1 压电驱动器振动理论分析
3.1.1 压电原理
3.1.2 PZT振动机理
3.2 流体理论
3.2.1 流体流态判断
3.2.2 流体动力学控制方程
3.3 腔室结构设计
3.3.1 喷墨腔室仿真模型的建立
3.3.2 喷孔板厚度优化
3.3.3 喷孔孔径及类型优化
3.3.4 限流部结构设计
3.4 本章小结
4 SU-8腔室键合工艺及参数研究
4.1 聚合物键合机理
4.2 SU-8光刻胶交联机理及测定
4.2.1 SU-8光刻胶交联机理
4.2.2 交联程度测定
4.3 聚合物力学性能
4.3.1 聚合物温度依赖性
4.3.2 聚合物时间依赖性
4.4 表面改性处理
4.5 腔室质量评价指标
4.6 键合装置及参数优化
4.6.1 键合对准装置
4.6.2 键合参数确定
4.6.3 喷孔板参数优化
4.6.4 键合率优化
4.7 本章小结
5 喷墨腔室喷孔制作及参数优化
5.1 光学曝光方式分析
5.2 邻近式曝光衍射原理分析
5.3 MATLAB模拟仿真与分析
5.4 曝光过程优化
5.4.1 优化曝光间隙的均匀性
5.4.2 曝光间隙的优化
5.5 本章小结
6 喷墨腔室制作工艺流程及测试
6.1 喷墨腔室制作工艺流程
6.2 充墨测试
6.3 喷墨测试
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷墨打印头国产化未来可期[J]. 谢永林. 印刷工业. 2017(11)
[2]SU-8干膜喷墨腔室的制作工艺研究[J]. 智利莎,冯建波,伊茂聪,邹赫麟. 机电技术. 2016(03)
[3]喷墨打印头陶瓷喷孔的皮秒激光加工研究[J]. 褚祥诚,仲作金,张红军,张淑兰,周梅,崔宏超,文军,钟敏霖. 佛山陶瓷. 2014(12)
[4]流体粘弹性对喷墨印刷液滴参数影响[J]. 郭健,唐正宁. 包装工程. 2014(15)
[5]压电式喷墨的建模与分析[J]. 常莹莹,唐正宁,李俊锋. 包装工程. 2012(17)
[6]压电效应及其在材料方面的应用[J]. 阎瑾瑜. 数字技术与应用. 2011(01)
[7]含硫醚结构均苯型聚酰亚胺的合成及表征[J]. 张艺,郑雪菲,牛新星,张燕珠,肖善雄,林文璇,刘四委,黄爱萍,池振国,许家瑞. 高分子学报. 2010(11)
[8]喷墨印刷模拟研究[J]. 史永晶,唐正宁. 中国印刷与包装研究. 2009(04)
[9]Parylene薄膜及其在MEMS中的应用[J]. 王亚军,刘景全,杨春生,沈修成,郭忠元. 微纳电子技术. 2008(07)
[10]连续喷墨VS按需喷墨[J]. 王茂生. 网印工业. 2008(05)
博士论文
[1]微流控芯片注射成型及模内键合研究[D]. 楚纯朋.中南大学 2014
[2]电化学检测的PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺研究[D]. 朱学林.中国科学技术大学 2006
[3]PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺研究[D]. 刘军山.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]喷墨打印头聚合物腔室的设计与制作[D]. 冯建波.大连理工大学 2017
[2]压电喷墨打印头驱动器结构优化与波形设计[D]. 魏宏芳.大连理工大学 2017
[3]柔性电子中PDMS的力学性能及粘接研究[D]. 俞天.扬州大学 2017
[4]用于微执行器的PZT压电薄膜制备与表征[D]. 王文好.大连理工大学 2015
[5]高速喷墨打印机高精度实时控制系统[D]. 谢斌强.重庆大学 2014
[6]固体聚合物表面接触角的测量及表面能研究[D]. 陈晓磊.中南大学 2012
[7]高粘度压电微喷装置实验研究[D]. 郁朋.哈尔滨工业大学 2011
[8]聚合物微流控芯片超声波键合方法研究[D]. 郑英松.大连理工大学 2009
[9]聚合物微流控芯片模内键合微通道变形研究[D]. 蓝才红.中南大学 2009
[10]压电式喷墨的建模与分析[D]. 王贝.西安电子科技大学 2009
本文编号：3468778
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