壓電噴墨結構設計及其制造工藝優(yōu)化.pdf

1、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，充分顯現出了壓電式噴墨打印技術在各個領域的巨大商業(yè)價值?，F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

2、利堡壘，實現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300μm的兩寸硅片作為基底，厚度為500nm的SiO2作為振動板，厚度為200n

3、m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。

4、>　　(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，并對刻蝕參數進行了優(yōu)化。最終選擇了刻蝕時間為5min、腔室壓強為20mbar、刻蝕功率為100W、氣體濃度為CF4∶O2=1∶20的刻蝕參數對鉸鏈后的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