تطبيق السيراميك الكهرضغطي في تكنولوجيا العرض (二)

طريقة القطع الميكانيكية الدقيقة:

يعد القطع الميكانيكي الدقيق طريقة شائعة لتصنيع الأجهزة الدقيقة الكهرضغطية. إنها تستخدم قاطعة ماسية لقطع كتلة من المواد الكهرضغطية أو طبقة سميكة إلى أعمدة دقيقة وترتيبها في مصفوفة لمزيد من التجميع في الجهاز. ومع ذلك، هناك قيود الأبعاد في معالجة الأجهزة الدقيقة الكهروإجهادية عن طريق القطع الميكانيكي، ومن الصعب معالجة صفائف الأعمدة الدقيقة التي تبلغ عدة عشرات من الميكروميترات أو أقل. في الوقت نفسه، يتميز السيراميك الكهرضغطي بشكل عام بقوة منخفضة وصلابة ضعيفة. كل هذا يجلب المزيد من الصعوبة للقطع الميكانيكي.

عملية تشكيل القالب تعتبر الأقراص الكهرضغطية السيراميكية الكهرضغطية طريقة شائعة لتحضير مصفوفات الأعمدة الدقيقة الخزفية الكهرضغطية والأجهزة الإلكترونية الدقيقة ثلاثية الأبعاد، والتي يمكنها اختراق حدود الأبعاد للتصنيع. تشتمل الطريقة على خطوات لوحة Si، أو بوليمر أو فيلم Al 2 O 3 كقالب، والجمع بين تقنيات القولبة بالحقن، والترسيب الكهروكيميائي، وترسيب البخار الكيميائي، وما إلى ذلك. وهي تهدف إلى تحضير مادة هيكلية عمودية لها نفس قطر المسام واتجاه موحد. تقنية المعالجة هي تقنية تصنيع دقيقة تم تطويرها بواسطة مركز أبحاث الطاقة في ألمانيا باستخدام مصدر الأشعة السينية لإشعاع السنكروترون. فهو يجمع بين الحفر الإشعاعي والتشكيل الكهربائي والقولبة الدقيقة لإنتاج مكونات دقيقة مثل البلاستيك والمعادن والسيراميك. يمكن أن تصل نسبة العمق إلى العرض في المعالجة إلى 200 مرة، وهي طريقة مثالية لتحضير المحركات الخزفية الكهرضغطية. تم تحضير أعمدة PZT بقطر 25 مم وارتفاع 250 مم ولكن هناك مشاكل مثل انهيار وعدم ضغط عمود PZT أثناء عملية التلبيد. بالإضافة إلى ذلك، فإن المعدات اللازمة للتكنولوجيا باهظة الثمن ولا تساعد على الترويج على نطاق واسع.

تجمع عملية قالب السيليكون بين تكنولوجيا التصنيع الدقيقة وتكنولوجيا تشكيل المواد لرقائق السيليكون. يمكن استخدام رقاقة السيليكون المصنعة بشكل دقيق كقالب لاختراق حد التصنيع الدقيق لطريقة قطع الشفرة الماسية، ويمكن تصنيع عمود PZT عن طريق الضغط المتوازن الساخن داخل القالب. التلبيد كثيف ويحافظ على ترتيب أنيق. عملية تصنيع قالب السيليكون عبارة عن طبقة من الغراء الحساس الذي يتم تغليفه على سطح رقاقة السيليكون بواسطة آلة التجانس، ثم يتم وضعها تحت القناع للتعرض، وبعد التطوير، يتم تشكيل تصميم مسبق على الطبقة الحساسة للضوء. نمط جيد. يتم إخضاع رقاقة السيليكون الحساسة للضوء للحفر الأيوني التفاعلي، ويتم حفر الجزء غير المحمي بواسطة مقاوم الضوء في المسام الصغيرة. بعد تحضير القالب، يتم سكب ملاط ​​مسحوق PZT (المحتوي على المادة الرابطة) عليه، وتجفيفه، وإزالة شحومه، وإغلاقه بالتفريغ في الغلاف الزجاجي، وتعريضه للضغط المتوازن الساخن. أخيرًا، يتم حفر وضع السيليكون بشكل انتقائي باستخدام غاز خاص (XeF2) للحصول على مصفوفة عمود صغير PZT. بعد الحصول على مجموعة الأعمدة الدقيقة PZT، يتم صب بوليمر مناسب عليها وتتم إزالة الفقاعات عن طريق التنظيف بالمكنسة الكهربائية. بعد المعالجة، الجانبين من PZT العمودي يتم طحن محولات الطاقة الأنبوبية ذات الأسطوانة الانضغاطية حتى تكشف أعمدة PZT المدفونة في البوليمر كلا الوجهين. بعد ذلك، يتم ترسيب الغشاء المعدني على جانبي المركب وفقًا للنمط المصمم، ثم يتم استقطاب PZT للحصول على مجموعة محرك سيراميك كهرضغطية كثيفة ومرتبة. تم الحصول على مجموعة كثيفة من السيراميك الضغطي بهذه الطريقة. يبلغ ارتفاع الأعمدة الصغيرة 90 مترًا، وطول الجانب 7 أمتار، ونسبة العرض إلى الارتفاع تصل إلى 12 مترًا. لم يجد أكثر من 20000 عمود صغير من PZT تم الحصول عليها في التجربة تشوهًا أو تلفًا أو انهيارًا لعمود صغير واحد من PZT. على الرغم من أنه يمكن الحصول على مجموعة الأعمدة الدقيقة المثالية من خلال عملية قالب السيليكون، إلا أن العملية معقدة واستهلاك الطاقة لعملية التحضير كبير. بالمقارنة مع هذا، فإن الترسيب الكهربي له مزايا البساطة والراحة والتكلفة المنخفضة وإعادة تدوير المواد الخام. 

يتم تحضير مصفوفة الدعامة الدقيقة والفيلم السميك PZT بواسطة عملية الترسيب الكهربي. استنادًا إلى البحث الذي أجراه الاثنان، والذي يلخص تدفق عملية الترسيب الكهربي لإعداد مجموعة الأعمدة الدقيقة PZT. أولا، تركيز معين من يتم تحضير أنبوب أسطواني سيراميكي Pzt ، ويضاف حمض الهيدروكلوريك المركز كعامل تشتيت لامتصاص H+ على سطح الجزيئات، وبالتالي تعليق الجزيئات. تم استخدام الجرافيت كأقطاب كهربائية موجبة وسالبة، وتم استخدام Pt مطلي بـ Pt كركيزة، والتي تم تحضيرها بواسطة النقش الأيوني التفاعلي. يتم توصيل رقاقة السيليكون المطلية بـ Pt بالقطب السالب بواسطة مادة لاصقة موصلة لضمان إمكانات الركيزة والقطب الكهربائي، وبالتالي تحقيق الترسيب الكهربي، ويتم ترسيب مسحوق PZT مع H+ في المسام الصغيرة على رقاقة السيليكون. بعد تلبيد التنشيط بدرجة حرارة منخفضة، يمكن الحصول على مجموعة كثيفة من الأعمدة الدقيقة. بعد ذلك، باستخدام نفس قطب الطلاء والاستقطاب وغيرها من عمليات المعالجة اللاحقة مثل عملية قالب السيليكون، يتم الحصول على مجموعة محركات سيراميك كهرضغطية ذات أداء ممتاز ومحاذاة كثيفة. من الصعب تلبية عملية التشكيل بدون قوالب وطريقة القطع الميكانيكية الدقيقة وتكنولوجيا معالجة LIGA لمتطلبات العملية لإعداد مجموعة الأعمدة الدقيقة لمشغل السيراميك الكهرضغطي. تُظهر عملية قالب السيليكون وعملية الترسيب الكهربي مزايا كبيرة، فهي لا تخترق حدود الحجم فحسب، بل تحصل أيضًا على أداء ممتاز ومصفوفات أعمدة صغيرة مرتبة بدقة، وهي مناسبة جدًا لإعداد مصفوفات المحرك الخزفية الكهرضغطية لشاشات العرض.