一种感应加热式微喷的关键技术研究

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微喷头广泛应用于喷墨打印机和微泵等产品中,是较早实现产业化的MEMS器件之一。本文探索和研究了将感应加热技术应用于微喷器件所体现的规律和特点,利用微机械设计的基本理论,提出了一种感应加热式微喷头。依据电磁学基础理论公式推导了平面微线圈的磁场特点,利用软件对微喷头的结构进行了仿真计算。在此基础上,对微喷头的相关MEMS工艺进行了探索,找到了较好的工艺制作路线,并在实验室环境下制作了微喷头的样品,做了简单的实验测试。论文主要内容如下。   (1)利用微流体、电磁学、传热学等学科的基本理论和文献报道的相关内容,提出了感应加热式微喷头的结构方案。通过理论推导和ANSYS软件仿真计算两种方式研究了平面方形微线圈的磁场分布特点,不同驱动频率下的感应加热器功率变化规律,同时对不同加热板材质,不同驱动电流,加热板位置的情况进行了仿真计算,找到了微感应加热器的功率影响因素。   (2)对微喷头涉及的MEMS工艺进行了具体研究。重点研究了薄膜制备工艺(包括基片特性分析及选择,PI成膜工艺及基于PI结构的薄膜工艺),薄膜腐蚀工艺(Cr、Cu、Al金属薄膜的刻蚀工艺,掩膜下的PI薄膜刻蚀工艺),电镀技术(Cu、坡莫合金的电镀工艺),KOH各向异性刻蚀在硅表面制作孔结构的方法。在此基础上完成了微感应加热器的版图设计和工艺设计。   (3)利用实验室现有条件,完成了微喷头的实验室样品制作,通过实验室现有设备对微喷头的相关参数进行了测试,通过与理论计算对比,验证了设计方案的可行性,证明了感应加热式微喷头的一些特点。
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