本文關(guān)鍵詞：壓電噴墨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制造工藝優(yōu)化

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【摘要】：噴墨打印技術(shù)是一種非接觸式、輸出圖像質(zhì)量較高的打印技術(shù),并在很多領(lǐng)域占有重要地位。如今壓電式噴墨打印技術(shù)作為噴墨打印技術(shù)一個(gè)重要的類別,以響應(yīng)速度快、非接觸性、高分辨率、壽命長(zhǎng)和墨水性能要求低等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于印刷業(yè)、細(xì)胞打印、電子產(chǎn)品制造等領(lǐng)域,充分顯現(xiàn)出了壓電式噴墨打印技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的巨大商業(yè)價(jià)值�，F(xiàn)今,國(guó)內(nèi)對(duì)壓電式噴墨技術(shù)的研究還比較稀少,主要集中在其理論研究上,技術(shù)還相對(duì)落后,產(chǎn)品還主要依靠進(jìn)口。本項(xiàng)目旨在打破國(guó)外壟斷,突破專利堡壘,實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)噴頭的自主化生產(chǎn)。本文通過(guò)一系列設(shè)計(jì)和工藝制作過(guò)程制作出了壓電式噴墨打印頭,并通過(guò)噴墨測(cè)試驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的合理性。主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)根據(jù)壓電驅(qū)動(dòng)分析理論模型、結(jié)合相關(guān)專利和文獻(xiàn),設(shè)計(jì)一種新型的壓電式噴頭結(jié)構(gòu),利用有限元模擬軟件COMSOL對(duì)噴頭的各部分結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)比選取了各部分所應(yīng)用的材料。其結(jié)構(gòu)材料如下：使用厚度為300gm的兩寸硅片作為基底,厚度為500nm的Si02作為振動(dòng)板,厚度為200nm的鉑金(Pt)作為下電極,厚度為1μm的PZT薄膜作為致動(dòng)板,厚度為150μm的Pt作為上電極,厚度為350nm的Parylene作為保護(hù)層,SU-8膠作為腔室材料。(2)根據(jù)MEMS的相關(guān)工藝技術(shù)設(shè)計(jì)了一套壓電式噴頭工藝制造方案,描述并分析了噴頭各部件所采用的工藝方法及工藝設(shè)備。對(duì)比了各個(gè)制作工藝的優(yōu)缺點(diǎn),并結(jié)合實(shí)際需求對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化。主要利用的制作工藝有：光刻、氧化、濕法腐蝕、深反應(yīng)離子刻蝕、等離子濺射、蒸鍍等。(3)分析對(duì)比了各種噴孔制作方案,分析了SU-8膠等離子刻蝕速率的影響因素,并對(duì)刻蝕參數(shù)進(jìn)行了的優(yōu)化。最終選擇了刻蝕時(shí)間為5min、腔室壓強(qiáng)為20mb ar、刻蝕功率為100W、氣體濃度為CF4：02=1:20的刻蝕參數(shù)對(duì)鉸鏈后的SU-8膠進(jìn)行刻蝕,獲得了5.2μm/min的刻蝕速率和較好的刻蝕形貌。(4)利用多普勒激光測(cè)試儀測(cè)試壓電薄膜振動(dòng)性能,利用本課題組搭建的測(cè)試平臺(tái)觀察和測(cè)試壓電式噴頭的噴墨情況,證明制造工藝的可行性和噴頭結(jié)構(gòu)的合理性。
【關(guān)鍵詞】：壓電式噴頭 MEMS SU-8 噴墨
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP334.83
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 噴墨打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況9-11
• 1.2.1 國(guó)外發(fā)展情況9-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況11
• 1.3 壓電式噴頭的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容14-15
• 2. 壓電式噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-24
• 2.1 壓電式噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析理論15-16
• 2.2 基底材料的選擇16-17
• 2.3 振動(dòng)板尺寸設(shè)計(jì)及材料的選擇17-19
• 2.4 壓電薄膜的尺寸設(shè)計(jì)19-20
• 2.5 上下電極材料的選擇及圖形的設(shè)計(jì)20-21
• 2.6 保護(hù)層的材料選擇21-22
• 2.7 腔室尺寸的設(shè)計(jì)22-23
• 2.8 本章小結(jié)23-24
• 3. 壓電式噴頭的制造工藝24-47
• 3.1 制備壓電噴頭所應(yīng)用的MEMS工藝24-30
• 3.1.1 光學(xué)曝光技術(shù)24-25
• 3.1.2 氧化技術(shù)25-26
• 3.1.3 薄膜沉積技術(shù)26-28
• 3.1.4 刻蝕工藝28-29
• 3.1.5 測(cè)量工藝及設(shè)備29-30
• 3.2 壓電式噴頭的整體工藝制造方案設(shè)計(jì)30-32
• 3.3 壓電式噴頭制造工藝及優(yōu)化32-46
• 3.3.1 預(yù)處理硅基底32
• 3.3.2 振動(dòng)板制造工藝32-33
• 3.3.3 下電極圖形制作工藝33-35
• 3.3.4 壓電薄膜制作工藝35-38
• 3.3.5 上電極的制作工藝38-39
• 3.3.6 干刻硅杯釋放振動(dòng)板39-42
• 3.3.7 制備保護(hù)層42-43
• 3.3.8 腔室的制備工藝43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 4. 利用等離子體刻蝕SU-8的工藝及優(yōu)化47-55
• 4.1 刻蝕原理47
• 4.2 工藝過(guò)程及優(yōu)化47-54
• 4.2.1 刻蝕溫度對(duì)刻蝕SU-8的影響49-50
• 4.2.2 腔室壓力對(duì)刻蝕SU-8的影響50-51
• 4.2.3 刻蝕功率對(duì)刻蝕SU-8的影響51
• 4.2.4 氣體濃度對(duì)刻蝕SU-8的影響51-52
• 4.2.5 各刻蝕參數(shù)對(duì)刻蝕SU-8側(cè)蝕的影響52-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 5. 噴頭的振動(dòng)與噴墨性能測(cè)試55-60
• 5.1 振動(dòng)板的振動(dòng)性能測(cè)試55-57
• 5.2 噴墨性能測(cè)試57-59
• 5.3 小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68

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