發(fā)布時間：2017-09-04 05:00

  本文關鍵詞：壓電噴墨結構設計及其制造工藝優(yōu)化

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【摘要】：噴墨打印技術是一種非接觸式、輸出圖像質量較高的打印技術,并在很多領域占有重要地位。如今壓電式噴墨打印技術作為噴墨打印技術一個重要的類別,以響應速度快、非接觸性、高分辨率、壽命長和墨水性能要求低等優(yōu)勢,被廣泛應用于印刷業(yè)、細胞打印、電子產品制造等領域,充分顯現(xiàn)出了壓電式噴墨打印技術在各個領域的巨大商業(yè)價值。現(xiàn)今,國內對壓電式噴墨技術的研究還比較稀少,主要集中在其理論研究上,技術還相對落后,產品還主要依靠進口。本項目旨在打破國外壟斷,突破專利堡壘,實現(xiàn)國內噴頭的自主化生產。本文通過一系列設計和工藝制作過程制作出了壓電式噴墨打印頭,并通過噴墨測試驗證了結構的合理性。主要研究內容如下：(1)根據(jù)壓電驅動分析理論模型、結合相關專利和文獻,設計一種新型的壓電式噴頭結構,利用有限元模擬軟件COMSOL對噴頭的各部分結構尺寸進行優(yōu)化,并對比選取了各部分所應用的材料。其結構材料如下：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薄膜作為致動板,厚度為150μm的Pt作為上電極,厚度為350nm的Parylene作為保護層,SU-8膠作為腔室材料。(2)根據(jù)MEMS的相關工藝技術設計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備。對比了各個制作工藝的優(yōu)缺點,并結合實際需求對工藝進行優(yōu)化。主要利用的制作工藝有：光刻、氧化、濕法腐蝕、深反應離子刻蝕、等離子濺射、蒸鍍等。(3)分析對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,并對刻蝕參數(shù)進行了的優(yōu)化。最終選擇了刻蝕時間為5min、腔室壓強為20mb ar、刻蝕功率為100W、氣體濃度為CF4：02=1:20的刻蝕參數(shù)對鉸鏈后的SU-8膠進行刻蝕,獲得了5.2μm/min的刻蝕速率和較好的刻蝕形貌。(4)利用多普勒激光測試儀測試壓電薄膜振動性能,利用本課題組搭建的測試平臺觀察和測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構的合理性。
【關鍵詞】：壓電式噴頭 MEMS SU-8 噴墨
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP334.83
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 噴墨打印技術在國內外的發(fā)展情況9-11
• 1.2.1 國外發(fā)展情況9-11
• 1.2.2 國內發(fā)展情況11
• 1.3 壓電式噴頭的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.4 本文主要研究內容14-15
• 2. 壓電式噴頭的結構設計15-24
• 2.1 壓電式噴頭的結構設計分析理論15-16
• 2.2 基底材料的選擇16-17
• 2.3 振動板尺寸設計及材料的選擇17-19
• 2.4 壓電薄膜的尺寸設計19-20
• 2.5 上下電極材料的選擇及圖形的設計20-21
• 2.6 保護層的材料選擇21-22
• 2.7 腔室尺寸的設計22-23
• 2.8 本章小結23-24
• 3. 壓電式噴頭的制造工藝24-47
• 3.1 制備壓電噴頭所應用的MEMS工藝24-30
• 3.1.1 光學曝光技術24-25
• 3.1.2 氧化技術25-26
• 3.1.3 薄膜沉積技術26-28
• 3.1.4 刻蝕工藝28-29
• 3.1.5 測量工藝及設備29-30
• 3.2 壓電式噴頭的整體工藝制造方案設計30-32
• 3.3 壓電式噴頭制造工藝及優(yōu)化32-46
• 3.3.1 預處理硅基底32
• 3.3.2 振動板制造工藝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 干刻硅杯釋放振動板39-42
• 3.3.7 制備保護層42-43
• 3.3.8 腔室的制備工藝43-46
• 3.4 本章小結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 工藝過程及優(yōu)化47-54
• 4.2.1 刻蝕溫度對刻蝕SU-8的影響49-50
• 4.2.2 腔室壓力對刻蝕SU-8的影響50-51
• 4.2.3 刻蝕功率對刻蝕SU-8的影響51
• 4.2.4 氣體濃度對刻蝕SU-8的影響51-52
• 4.2.5 各刻蝕參數(shù)對刻蝕SU-8側蝕的影響52-54
• 4.3 本章小結54-55
• 5. 噴頭的振動與噴墨性能測試55-60
• 5.1 振動板的振動性能測試55-57
• 5.2 噴墨性能測試57-59
• 5.3 小結59-60
• 結論60-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況66-67
• 致謝67-68

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