壓電式噴墨打印頭振動(dòng)板的設(shè)計(jì)制造與優(yōu)化.pdf

1、壓電式噴墨打印設(shè)備具有成本低、集成度高、打印分辨率高、易于控制以及墨水兼容性高等特點(diǎn)，其應(yīng)用已經(jīng)由傳統(tǒng)印刷行業(yè)逐漸擴(kuò)展到電子器件、生物醫(yī)療以及機(jī)械加工等多個(gè)領(lǐng)域。作為對(duì)壓電噴墨打印技術(shù)探索的一部分，本文旨在研發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的壓電噴頭振動(dòng)板結(jié)構(gòu)。作為噴墨動(dòng)力源，其性能影響著打印頭的壽命、打印精度，對(duì)振動(dòng)板的研究有利于促進(jìn)噴墨打印設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，了解了噴墨打印技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，并確定了以彎曲式噴墨打印技術(shù)作

2、為壓電噴頭設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文的研究?jī)?nèi)容主要包含如下：
　?。?）壓電式噴墨打印頭振動(dòng)板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。理論分析結(jié)合有限元軟件模擬，設(shè)計(jì)出以SiO2作為彈性層，以鋯鈦酸鉛（Leadzirconate titanate,PZT）薄膜作為壓電元件，以金屬Pt作為PZT電極，以Parylene C薄膜作為保護(hù)層的復(fù)合壓電振動(dòng)板結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）技術(shù)的研究，確定了壓電

3、噴頭振動(dòng)板結(jié)構(gòu)各部分制備工藝方法。
　?。?）壓電式噴墨打印頭振動(dòng)板結(jié)構(gòu)的制備。結(jié)合MEMS工藝的特點(diǎn)、振動(dòng)板各部分材料以及各制備工藝的兼容性，本文確定了振動(dòng)板結(jié)構(gòu)的制備工藝流程，并對(duì)各工藝進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)調(diào)整水浴溫度，提高了SiO2腐蝕的速率及均勻性；通過(guò)調(diào)整光刻工藝，提高了Pt下電極圖形化后的表面質(zhì)量并改善了Pt上電極的剝離效果；通過(guò)改善腐蝕工藝，減小了PZT薄膜的側(cè)蝕；通過(guò)采用多步刻蝕工藝，獲得了側(cè)壁垂直的硅杯和過(guò)刻蝕較小的

4、振動(dòng)板結(jié)構(gòu)；通過(guò)增加刻蝕氣體CF4并將刻蝕功率調(diào)整到100w，提高了Parylene C薄膜刻蝕速率。
　?。?）振動(dòng)板釋放工藝優(yōu)化。利用刻蝕鈍化比為8/2、9/2、11/3的DRIE多步刻蝕工藝成功釋放振動(dòng)板。通過(guò)逐步增加刻蝕氣體的通氣時(shí)間，減小了“長(zhǎng)草”風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)平衡刻蝕鈍化時(shí)間比，改善了硅杯形貌結(jié)構(gòu)；通過(guò)將刻蝕階段、鈍化階段下電極射頻功率降低為0w，減小了根切現(xiàn)象和SiO2過(guò)刻蝕，成功制備出硅杯形貌規(guī)則、氧化層損失小的壓電噴