压电喷墨打印头振动板结构设计及性能测试
发布时间：2021-07-25 15:28
作为喷墨打印技术的重要分支,压电式喷墨打印技术凭借其打印分辨率高、成本低、使用寿命长和墨水兼容性好等优点,在印刷电子、细胞打印和生物制药等领域的应用日益广泛。但是,国内压电喷墨打印头的开始研究的时间较晚,而其核心部件压电振动板的专利技术被国外公司所掌握,本文旨在自主设计出具有低成本、可批量生产的压电喷墨打印头振动板结构,打破专业技术壁垒。本文选择合适的振动板材料和工艺方法,设计并模拟优化结构尺寸,成功制备出压电喷墨打印头振动板,并通过多普勒测振仪测试其振动性能,最终对压电喷墨打印头的墨滴喷射性能进行测试,主要研究内容如下:（1）结合专利和文献,对比分析常用振动板材料的力学性能及制备工艺复杂度,选择厚度为300μm的两英寸单晶硅片,SiO2为弹性板材料;综合压电性、介电性和疲劳性因素,选择锆钛酸铅（Lead zirconate titanate,PZT）作为压电材料;对比金属和非金属材料对PZT压电性能的影响,选择Pt/Ti作为PZT下电极,Cu/Au/Cr作为PZT上电极;选择聚酰亚胺（PI）作为保护层;最后选择优化的MEMS工艺制备振动板结构。（2）在COMSO...
【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】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 喷墨打印技术的发展历程及分类
1.1.1 喷墨打印技术的发展历程
1.1.2 喷墨打印技术的分类
1.2 压电式喷墨打印技术的优势及研究现状
1.2.1 压电式喷墨打印技术优势
1.2.2 压电式喷墨打印技术研究现状
1.3 课题研究意义及主要研究内容
2 压电式喷墨打印头振动板结构与工艺设计
2.1 振动板结构设计
2.1.1 基底材料的选择
2.1.2 弹性层材料的选择
2.1.3 压电材料的选择
2.1.4 电极材料的选择
2.1.5 保护层材料的选择
2.2 工艺方法的选择
2.2.1 光刻技术
2.2.2 薄膜沉积技术
2.2.3 刻蚀技术
2.3 本章小结
3 压电喷墨振动板结构尺寸模拟
3.1 有限元分析的理论介绍
3.2 压电驱动器建模分析
3.3 压电驱动器结构尺寸模拟
3.3.1 驱动波形的对比分析
3.3.2 SiO_2弹性层的宽度和长度对振幅的影响
3.3.3 SiO_2弹性层的厚度对振幅的影响
3.3.4 Cu上电极的厚度对振动板振幅的影响
3.3.5 PZT压电层的厚度对振幅的影响
3.3.6 不同PZT薄膜宽度对振动板振幅的影响
3.3.7 驱动电压对振动板振幅的影响
3.3.8 压电驱动器的振动模态分析
3.4 本章小结
4 压电喷墨打印头振动板制备工艺
4.1 压电喷墨打印头振动板结构的MEMS制备工艺流程
4.2 压电喷墨打印头振动板制备工艺实验
4.2.1 SiO_2弹性层制备工艺
4.2.2 Pt下电极制备工艺
4.2.3 PZT压电薄膜制备工艺
4.2.4 复合上电极制备工艺
4.2.5 保护层制备工艺
4.2.6 干法刻蚀硅杯工艺
4.3 振动板Cu上电极腐蚀工艺优化
4.3.1 传统腐蚀工艺
4.3.2 上电极腐蚀工艺优化实验
4.3.3 腐蚀工艺优化实验结果与讨论
4.4 本章小结
5 压电喷墨打印头振动板性能测试
5.1 压电驱动振动板封装工艺及振动测试方法
5.1.1 压电驱动振动板封装工艺
5.1.2 激光多普勒振动测试技术
5.2 多普勒振动测试结果讨论
5.2.1 振动板的振型讨论
5.2.2 不同SiO_2宽度对振幅的影响
5.2.3 不同SiO_2厚度对振幅的影响
5.2.4 不同PZT厚度对振幅的影响
5.2.5 驱动电压对振动板振幅的影响
5.2.6 振动板谐振频率分析
5.3 喷墨测试实验
5.4 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]浅析喷墨印刷技术[J]. 高巧侠. 广东印刷. 2018(06)
[2]喷墨印刷技术研究现状与发展对策[J]. 宁布,张睿,刘忠俊,程光耀. 包装工程. 2018(17)
[3]3种酸洗液对用重量法测定Cu腐蚀速率准确性的对比研究[J]. 刘星辰,李坤,陈卓元,孙晓英,李佳润. 腐蚀科学与防护技术. 2018(04)
[4]浅谈喷墨数字印刷技术[J]. 李静静,陈权威. 印刷质量与标准化. 2014(05)
[5]中国宽幅喷墨打印发展纵览[J]. 樊俊耀. 数码印刷. 2014(03)
[6]喷墨打印头市场现状及展望[J]. 刘成芳. 中国印刷. 2014(03)
[7]喷墨印刷的技术特点与发展之路(上)[J]. 姚海根. 印刷杂志. 2013(03)
[8]喷墨系统的供墨压力均匀性研究[J]. 周晓舟,张祥林,罗明,饶赟,梅领亮. 印制电路信息. 2012(02)
[9]硝酸型酸性蚀刻液蚀刻工艺的研究[J]. 李佳,李德良,莫凌. 表面技术. 2010(03)
[10]喷墨印刷技术原理与应用[J]. 刘其红. 印刷工业. 2009(04)
博士论文
[1]PZT薄膜晶化机理及取向控制研究[D]. 万静.电子科技大学 2015
[2]基于MEMS技术的压电微喷的研制[D]. 许立宁.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2005
本文编号：3302288
【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】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 喷墨打印技术的发展历程及分类
1.1.1 喷墨打印技术的发展历程
1.1.2 喷墨打印技术的分类
1.2 压电式喷墨打印技术的优势及研究现状
1.2.1 压电式喷墨打印技术优势
1.2.2 压电式喷墨打印技术研究现状
1.3 课题研究意义及主要研究内容
2 压电式喷墨打印头振动板结构与工艺设计
2.1 振动板结构设计
2.1.1 基底材料的选择
2.1.2 弹性层材料的选择
2.1.3 压电材料的选择
2.1.4 电极材料的选择
2.1.5 保护层材料的选择
2.2 工艺方法的选择
2.2.1 光刻技术
2.2.2 薄膜沉积技术
2.2.3 刻蚀技术
2.3 本章小结
3 压电喷墨振动板结构尺寸模拟
3.1 有限元分析的理论介绍
3.2 压电驱动器建模分析
3.3 压电驱动器结构尺寸模拟
3.3.1 驱动波形的对比分析
3.3.2 SiO_2弹性层的宽度和长度对振幅的影响
3.3.3 SiO_2弹性层的厚度对振幅的影响
3.3.4 Cu上电极的厚度对振动板振幅的影响
3.3.5 PZT压电层的厚度对振幅的影响
3.3.6 不同PZT薄膜宽度对振动板振幅的影响
3.3.7 驱动电压对振动板振幅的影响
3.3.8 压电驱动器的振动模态分析
3.4 本章小结
4 压电喷墨打印头振动板制备工艺
4.1 压电喷墨打印头振动板结构的MEMS制备工艺流程
4.2 压电喷墨打印头振动板制备工艺实验
4.2.1 SiO_2弹性层制备工艺
4.2.2 Pt下电极制备工艺
4.2.3 PZT压电薄膜制备工艺
4.2.4 复合上电极制备工艺
4.2.5 保护层制备工艺
4.2.6 干法刻蚀硅杯工艺
4.3 振动板Cu上电极腐蚀工艺优化
4.3.1 传统腐蚀工艺
4.3.2 上电极腐蚀工艺优化实验
4.3.3 腐蚀工艺优化实验结果与讨论
4.4 本章小结
5 压电喷墨打印头振动板性能测试
5.1 压电驱动振动板封装工艺及振动测试方法
5.1.1 压电驱动振动板封装工艺
5.1.2 激光多普勒振动测试技术
5.2 多普勒振动测试结果讨论
5.2.1 振动板的振型讨论
5.2.2 不同SiO_2宽度对振幅的影响
5.2.3 不同SiO_2厚度对振幅的影响
5.2.4 不同PZT厚度对振幅的影响
5.2.5 驱动电压对振动板振幅的影响
5.2.6 振动板谐振频率分析
5.3 喷墨测试实验
5.4 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]浅析喷墨印刷技术[J]. 高巧侠. 广东印刷. 2018(06)
[2]喷墨印刷技术研究现状与发展对策[J]. 宁布,张睿,刘忠俊,程光耀. 包装工程. 2018(17)
[3]3种酸洗液对用重量法测定Cu腐蚀速率准确性的对比研究[J]. 刘星辰,李坤,陈卓元,孙晓英,李佳润. 腐蚀科学与防护技术. 2018(04)
[4]浅谈喷墨数字印刷技术[J]. 李静静,陈权威. 印刷质量与标准化. 2014(05)
[5]中国宽幅喷墨打印发展纵览[J]. 樊俊耀. 数码印刷. 2014(03)
[6]喷墨打印头市场现状及展望[J]. 刘成芳. 中国印刷. 2014(03)
[7]喷墨印刷的技术特点与发展之路(上)[J]. 姚海根. 印刷杂志. 2013(03)
[8]喷墨系统的供墨压力均匀性研究[J]. 周晓舟,张祥林,罗明,饶赟,梅领亮. 印制电路信息. 2012(02)
[9]硝酸型酸性蚀刻液蚀刻工艺的研究[J]. 李佳,李德良,莫凌. 表面技术. 2010(03)
[10]喷墨印刷技术原理与应用[J]. 刘其红. 印刷工业. 2009(04)
博士论文
[1]PZT薄膜晶化机理及取向控制研究[D]. 万静.电子科技大学 2015
[2]基于MEMS技术的压电微喷的研制[D]. 许立宁.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2005
本文编号：3302288
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qgylw/3302288.html
