功能材料薄膜在压电喷头中的应用研究

发布时间：2017-10-28 22:25

  本文关键词：功能材料薄膜在压电喷头中的应用研究

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【摘要】：压电喷墨技术是未来高精度打印的主要发展方向,作为压电喷墨技术核心的压电喷头在图文印刷、印制电路板、3D打印等工业制造领域的应用也越来越广泛。然而由于起步晚、工艺复杂等诸多方面的原因,国内尚无具有自主知识产权的压电喷头。本文针对功能材料薄膜在一种自主研发压电喷头中的应用进行了研究。本文首先介绍了压电喷头的结构、工作原理,阐述了薄膜残余应力的测量方法及其理论模型,对薄膜与基底结合强度的测量的十字切割法、划痕法和垂直拉伸法及其理论进行了探讨。根据压电喷头振动板的性能要求,选择SiO2/SiNx复合薄膜作为振动板,并通过模拟方法得到复合薄膜层中Si02层与SiNx层的最佳厚度比例。采用基底曲率法分别对Si02层和SiNx层的残余应力进行测量。通过改变PECVD沉积SiNx薄膜的工艺参数,将SiO2/SiNx复合薄膜振动板的整体应力降至最小基于压电喷头的防护要求,先后选用PZT、SiNx、BN303光刻胶和Parylene对压电喷头进行防护,并对其防护效果进行了实验研究,结果发现PZT、SiNx和BN303光刻胶均不能对压电喷头进行有效防护,最终选取Parylene作为压电喷头的保护层。采用实验方法验证Parylene作为压电喷头防护层的可行性问题,研究结果表明：Parylene的台阶覆盖性能强,具有很好的耐腐蚀性能和耐热性能,并能采用氧等离子体刻蚀的方法进行图形化,与压电喷头的制备工艺具有很好的兼容性。针对Parylene与基底结合强度不足的问题,采用不同方式对基底进行预处理,利用垂直拉伸法测量Parylene与基底的结合强度,得到采用硅烷偶联剂(KH570)预处理基底可以显著提高Parylene与基底的结合强度。为了确定Parylene C保护层的沉积厚度,分别采用模拟和实验的方法对其进行了优化分析,得到Parylene C保护层的沉积厚度在450 nm至1μm之间为宜。以ParyleneC的相对介电常数的变化为指标,对Parylene C保护层在墨水中的老化性能进行研究,发现在短期内墨水对Parylene C薄膜的性能影响不大。最后通过对所制备的压电喷头进行墨滴喷射观察,验证了Parylene C薄膜材料能够对压电喷头进行有效防护。
【关键词】：压电喷头 振动板 保护层 SiN_x Parylene C
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景与意义10-12
• 1.2 压电喷头及功能材料薄膜在器件中应用的研究现状12-16
• 1.2.1 压电喷头技术的发展及其研究现状12-14
• 1.2.2 功能材料薄膜及其在压电喷头中的应用14-16
• 1.2.3 器件防护的研究现状16
• 1.3 本文的研究内容16-18
• 2 功能材料薄膜在压电喷头中应用的相关理论18-27
• 2.1 压电效应与压电材料18-20
• 2.1.1 压电效应18-19
• 2.1.2 压电材料19-20
• 2.2 薄膜材料内应力的测量与计算20-23
• 2.2.1 薄膜内应力的测量方法20-21
• 2.2.2 薄膜内应力测量的理论研究21-23
• 2.3 膜基结合强度测试方法及其理论模型23-26
• 2.3.1 十字切割法测量膜基结合强度23-24
• 2.3.2 划痕法测量理论24-25
• 2.3.3 垂直拉伸法及其理论模型25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 功能材料薄膜在压电喷头振动板中的应用研究27-37
• 3.1 振动板的材料选择与制备工艺27-29
• 3.1.1 振动板的材料选择27
• 3.1.2 SiO_2的制备27-28
• 3.1.3 SiN_x的制备28-29
• 3.2 SiO_2/SiN_x复合振动板的仿真优化29-31
• 3.3 振动板的残余应力分析优化31-36
• 3.3.1 残余应力的产生机理31-32
• 3.3.2 SiO_2/SiN_x复合振动板的残余应力优化32-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 压电喷头的防护与防护材料选择37-49
• 4.1 压电喷头的防护37-38
• 4.2 无机材料薄膜用于压电喷头的保护层38-40
• 4.2.1 PZT薄膜用于压电喷头的保护层38-39
• 4.2.2 SiN_x薄膜用于压电喷头的保护层39-40
• 4.3 聚合物材料薄膜用于压电喷头的保护层40-41
• 4.4 Parylene薄膜介绍41-45
• 4.4.1 Parylene薄膜的分类41-42
• 4.4.2 Parylene薄膜的制备42-45
• 4.5 Parylene的性能分析实验45-48
• 4.5.1 Parylene沉积的敷形性实验45-46
• 4.5.2 Parylene的接触角测量46-47
• 4.5.3 Parylene薄膜的耐腐蚀性能研究47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 5 Parylene在压电喷头防护中的应用研究49-75
• 5.1 Parylene C薄膜的耐热性能研究49-53
• 5.1.1 Parylene C的热重分析实验49-51
• 5.1.2 Parylene C薄膜的差示扫描量热分析实验51-53
• 5.2 Parylene薄膜的图形化方法研究53-60
• 5.2.1 Parylene薄膜图形化方法的选择53-54
• 5.2.2 Parylene的图形化刻蚀工艺54-56
• 5.2.3 氧等离子体对Parylene进行图形化的刻蚀机理56-57
• 5.2.4 刻蚀参数对Parylene刻蚀速率的影响57-59
• 5.2.5 光刻胶掩膜旋涂厚度的确定59-60
• 5.3 Parylene与基底结合强度的实验研究60-65
• 5.3.1 提高Parylene与基底结合强度的方法研究61-62
• 5.3.2 Parylene与基底结合强度的测量62-65
• 5.4 Parylene C保护层沉积厚度的优化65-70
• 5.4.1 模拟仿真66-67
• 5.4.2 实验测试67-70
• 5.5 Parylene C保护层的老化实验分析70-72
• 5.6 喷墨测试分析72-73
• 5.7 本章小结73-75
• 结论75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴清鑫;陈光红;于映;罗仲梓;;PECVD法生长氮化硅工艺的研究[J];功能材料;2007年05期

2 王玉林,郑雪帆,陈效建;低应力PECVD氮化硅薄膜工艺探讨[J];固体电子学研究与进展;1999年04期

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本文编号：1110228