微型压电喷墨结构制造工艺研究

发布时间：2017-08-12 02:31

  本文关键词：微型压电喷墨结构制造工艺研究

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【摘要】：喷墨打印技术是一种非接触式的打印技术,以其低成本、耐用度高、小型化、可控性高与高精密制造等特点,而使其在多个领域的应用中占有很大的优势。现今,喷墨打印技术的一个重要分支——压电式喷墨打印技术,以便于微型化制造、可批量化生产、寿命长和墨液性能要求低等优势,而被广泛应用于电子制造业、生命科学、快速成型技术与其他领域,即说明了压电式喷墨技术在应用领域的巨大研究价值。然而,国内压电式喷墨技术的研究主要是针对喷墨技术理论进行研究,而在喷墨应用方面的研究仍采用国外的喷墨打印喷头。本文立足于非接触阵列式的喷墨打印技术的一个重要分支——压电式喷墨打印技术,着眼于国内对微型压电喷墨结构制造的研究不足,围绕着微型压电喷墨结构设计、MEMS工艺制造优化和墨滴喷射测试三个方面开展了相应的研究。首先,研究了压电式喷墨结构所涉及的理论模型,而设计了一种微型压电式喷墨打印头结构；结合MEMS技术设计了工艺流程,通过MEMS制造工艺优化而制造微型压电喷墨打印头结构。并且,采用激光多普勒振动测试振动元件,而阐述制造工艺优化的重要性。为了验证微型压电喷墨结构制造的可行性,进行了墨滴喷射测试。本文所涉及的研究内容包括：(1)通过对压电式喷墨打印技术所涉及的压电理论与墨滴喷射原理进行研究,对比Epson压电喷墨结构,而设计了一种微型压电喷墨结构。并且,介绍了微型压电喷墨结构所涉及的理论模型。(2)基于MEMS相关技术设计了微型喷墨结构的制造工艺流程,使用相关的MEMS技术及测量技术,且对结构材料和工艺实验设备进行了选择。采用实验优化后MEMS制造工艺,制备了微型压电喷墨打印头结构。其结构材料如下：选取硅为结构基体,干氧1um/SiO2薄膜为绝缘弹性层,溅射30nm/Ti和200nm/Pt为下电极金属,制备1um/PZT为压电薄膜,溅射200nm/Pt为上电极,沉积1um/聚对二甲苯材料为保护层,干法刻蚀释放振动板,键合工艺制备SU8胶的腔室结构。(3)为了提高微型压电喷墨打印头的分辨率,采用深反应离子刻蚀技术刻蚀硅基沟槽释放振动元件,优化刻蚀工艺,选用刻蚀钝化时间比分别为9s/2s、11s/2s (C4F8下电极射频功率为40W)和11s/2s (C4F8下电极射频功率为0W)的三步刻蚀工艺,刻蚀宽度为150gm、深度为300μm的直壁硅基沟槽及底部极少过刻量的Si02薄膜。(4)墨滴喷射测试的实现,验证了微型压电喷墨结构制造工艺的可行性。
【关键词】：微型压电喷墨结构 MEMS制造技术 干法刻蚀技术 墨滴喷射
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP334.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 国外喷墨打印技术发展概述9-16
• 1.1.1 喷墨打印技术的理论发展9-10
• 1.1.2 喷墨打印技术的分类10-16
• 1.2 国内喷墨打印技术概述16-17
• 1.3 喷墨打印技术的应用17-18
• 1.3.1 电子制造业的应用17
• 1.3.2 生物组织的应用17-18
• 1.3.3 快速成型技术及其他领域的应用18
• 1.4 研究内容18-20
• 2 微型压电喷墨的结构设计20-26
• 2.1 压电效应及本构方程模型20-21
• 2.2 微型压电式喷墨结构的设计方案21-25
• 2.2.1 墨滴喷射原理22-23
• 2.2.2 压电式喷墨结构的设计及理论模型23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3. 微型压电式喷墨结构的制造26-44
• 3.1 MEMS技术概述26-27
• 3.2 微型压电喷墨结构的制造工艺流程设计27-28
• 3.3 喷墨结构制造工艺的原理及设备28-34
• 3.3.1 光刻技术28-29
• 3.3.2 二氧化硅薄膜制备29-30
• 3.3.3 金属材料薄膜的制备30-32
• 3.3.4 聚合物薄膜制备32
• 3.3.5 刻蚀技术32-33
• 3.3.6 测试设备33-34
• 3.4 微型压电喷墨结构制造的工艺优化34-43
• 3.4.1 基底材料选取及预处理34-35
• 3.4.2 振动材料选取与制备35-36
• 3.4.3 下电极图形制备36-37
• 3.4.4 压电薄膜制备37-38
• 3.4.5 上电极图形制备38-39
• 3.4.6 保护层制备39-40
• 3.4.7 释放振动板40-41
• 3.4.8 腔室结构的制备41-42
• 3.4.9 微型压电喷墨打印头结构的制备42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4. 干法刻蚀硅基沟槽的工艺优化44-54
• 4.1 DRIE的刻蚀原理44-46
• 4.2 硅基沟槽刻蚀的实验及设备46-48
• 4.3 刻蚀钝化时间比与两步刻蚀工艺的优化48-50
• 4.4 硅基沟槽尺寸的优化50-51
• 4.5 C_4F_8下电极射频功率的优化51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 5 微型压电喷墨头的振动与喷墨测试54-59
• 5.1 激光多普勒振动测试54-56
• 5.2 喷墨测试56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 罗志伟;赵小双;罗莹莹;李志红;;微滴喷射技术的研究现状及应用[J];重庆理工大学学报(自然科学);2015年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王乐乐;新型压电式喷墨头的数值仿真与结构优化[D];大连理工大学;2014年

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本文编号：659379