新型压电式喷墨打印头一体化腔室制造

发布时间：2017-08-29 13:00

  本文关键词：新型压电式喷墨打印头一体化腔室制造

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【摘要】：压电式喷墨打印头使用寿命长,能够使用多种不同类型的墨水及其他介质,包括黏度较高的树脂、导电材料、生物蛋白质等,目前已有在生物细胞、生物器官、印制电路板以及3D打印的应用。腔室是压电式喷墨打印头的重要组成部分,然而目前腔室制造周期长,喷孔与振动板结构对准精度低、腔室残留物去除困难等。本文结合键合与光刻工艺制造的压电式喷墨打印头一体化腔室,避免对准精度低、制造周期长、腔室填充物去除困难等难题。主要研究内容有：(1)首次综述喷墨打印头腔室制造工艺研究现况,根据流体分析理论、结合相关文献及ComsOl模拟软件优化喷孔尺寸及限流部结构尺寸。本文优化设计压力腔室尺寸为200×110×1000μm,限流部结构尺寸为30×110×135μm,喷孔尺寸为Φ50×40μm。(2)提出一种结合键合与光刻工艺的腔室制造方案；对比分析聚酰亚胺、聚甲基异丙烯基酮、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯的共聚物、甲基异丁基酮和二甘醇二甲醚复合物、SU-8光刻胶等材料,选取物理化学性质优良的SU-8作为制造腔室的材料。(3)研究分析非晶态聚合物粘弹性特性、流变行为及键合机理,压电式喷墨打印头一体化腔室键合质量评价指标；并且通过实验对热键合参数进行优化。优化后键合温度50℃,键合压力160 KPa,键合时间6 mmin制造直径2 inch硅片大小、单个腔室为200(宽)×110(深)×1000(长)μm的键合面积达到100%,腔室平均最大变形量为5.256μm。(4)详细阐述压电式喷墨打印头一体化腔室的制造工艺流程,首先在基底上旋涂一层SU-8光刻胶,前烘、曝光、后烘、显影后得到开放式腔室结构；在一定厚度的PDMS上旋涂10μSU-8光刻胶,充分前烘后与开放式腔室结构在一定温度下键合,冷却至室温后,缓慢撕去PDMS;然后利用喷孔层掩膜版对其曝光。一定配比PDMS键合时既能补偿第一层腔室不平的缺陷又不会在腔室处变形过大；添加抗反射层和设计掩膜版时补偿孔直径尺寸制造出的Φ50 × 40μm的喷孔得到很大改善。(5)对结合键合与光刻工艺制造压电式喷墨打印头一体化腔室的质量进行拉伸强度测试、充墨测试和喷墨测试。本文制造的腔室抗拉强度大于2.1 MPa,可以顺利完成充墨,利用课题组喷墨测试系统测得喷墨过程。本文提出一种新型压电式喷墨打印头一体化腔室制造工艺,具有重大的理论意义和商业潜力。
【关键词】：喷墨打印头 一体化腔室 SU-8 热键合 制造工艺
【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9-18
• 1.1 喷墨打印头的发展历史9-11
• 1.2 喷墨打印头储墨腔室制造工艺研究现状11-16
• 1.2.1 湿法刻蚀制造喷墨打印头腔室11-13
• 1.2.2 高温键合制造喷墨打印头腔室13
• 1.2.3 利用牺牲层制造喷墨打印头腔室13-16
• 1.2.4 粘结制造喷墨打印头腔室16
• 1.3 喷墨打印头市场比例分布16
• 1.4 压电式喷墨打印头腔室研究现况16-17
• 1.5 本文主要研究内容17-18
• 2 压电式喷墨打印头一体化腔室结构设计18-22
• 2.1 一体化腔室流体分析理论18-19
• 2.2 一体化腔室喷孔尺寸设计19-20
• 2.3 一体化腔室限流部结构尺寸设计20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 压电式喷墨打印头一体化腔室工艺方案与材料选取22-27
• 3.1 一体化腔室制造工艺方案22-25
• 3.1.1 利用牺牲层技术制造压电式喷墨打印头一体化腔室实验22-24
• 3.1.2 键合与光刻工艺制造压电式喷墨打印头一体化腔室方案24-25
• 3.2 一体化腔室材料选取25-26
• 3.3 本章小结26-27
• 4 非晶态聚合物粘弹性特性、键合机理理论研究及键合参数优化27-42
• 4.1 非晶态聚合物粘弹性特性、流变行为及键合机理27-34
• 4.1.1 非晶态聚合物粘弹性理论模型27-30
• 4.1.2 温度依赖性对非晶态聚合物的影响30-31
• 4.1.3 时间依赖性对非晶态聚合物的影响31-33
• 4.1.4 热键合机理33-34
• 4.2 键合质量评价指标34-35
• 4.2.1 键合后腔室变形量34-35
• 4.2.2 键合率35
• 4.2.3 键合强度35
• 4.3 热键合参数优化实验35-41
• 4.3.1 热键合温度参数优化36-37
• 4.3.2 热键合压力参数优化37-38
• 4.3.3 热键合时间参数优化38-41
• 4.4 本章小结41-42
• 5 压电式喷墨打印头一体化腔室制造工艺研究42-58
• 5.1 工艺实验42-46
• 5.1.1 实验设备42
• 5.1.2 实验材料42-43
• 5.1.3 一体化腔室制造工艺流程43-46
• 5.2 实验结果与分析46-56
• 5.2.1 SU-8光刻胶厚胶光刻46-49
• 5.2.2 后烘条件对SU-8光刻质量的影响49-52
• 5.2.3 键合层基底的影响52-53
• 5.2.4 喷孔的显影53-56
• 5.3 本章小结56-58
• 6 压电式喷墨打印头一体化腔室测试58-63
• 6.1 一体化腔室拉伸强度测试58-59
• 6.2 一体化腔室充墨测试59-60
• 6.3 一体化腔室喷墨测试60-62
• 6.4 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王彬;陈翔;许宝建;金庆辉;赵建龙;徐元森;;基于SU-8负胶的微流体器件的制作及研究[J];功能材料与器件学报;2006年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 周平;硅片直接键合测量技术研究[D];华中科技大学;2007年

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本文编号：753395