Pietsosähköisen keramiikan käyttö näyttötekniikassa (二)

Tarkka mekaaninen leikkausmenetelmä:

Tarkkuusmekaaninen leikkaus on yleinen menetelmä pietsosähköisten mikrolaitteiden valmistukseen. Se leikkaa timanttileikkurilla pietsosähköisen materiaalin kappaleen tai paksun kalvon mikropilareihin ja järjestää ne matriisiksi koottavaksi edelleen laitteeseen. Pietsosähköisten mikrolaitteiden prosessoinnissa mekaanisella leikkauksella on kuitenkin mittarajoituksia, ja useiden kymmenien mikrometrien tai sitä pienempien mikropylväsryhmien käsittely on vaikeaa. Samaan aikaan pietsosähköisellä keramiikalla on yleensä alhainen lujuus ja huono sitkeys. Nämä kaikki vaikeuttavat mekaanista leikkausta.

Muotin muodostusprosessi pietsosähköiset levyt pietsosähköinen keramiikka on yleinen menetelmä pietsosähköisten keraamisten mikropilariryhmien ja kolmiulotteisten mikroelektronisten laitteiden valmistamiseksi, jotka voivat rikkoa koneistuksen mittarajoja. Menetelmä käsittää vaiheet, joissa Si-levy, polymeeri tai Al 2 O 3 -kalvo mallineena ja jossa yhdistetään ruiskupuristus-, sähkökemiallinen pinnoitus, kemiallinen höyrypinnoitus jne. tekniikat. Siinä valmistetaan pylväsmäinen rakennemateriaali, jolla on sama huokoshalkaisija ja tasainen orientaatio. Prosessointitekniikka on Saksan Energy Research Centerin kehittämä mikrokoneistustekniikka synkrotronisäteilyn röntgenlähteen kanssa. Siinä yhdistyvät säteilyetsaus, sähkömuovaus ja mikromuovaus mikrokomponenttien, kuten muovien, metallien ja keramiikan, tuottamiseksi. Käsittelyn syvyys-leveyssuhde voi olla jopa 200-kertainen, mikä on ihanteellinen tapa valmistaa pietsosähköisiä keraamisia toimilaitteita. PZT-kolonneja, joiden halkaisija on 25 mm ja korkeus 250 mm, on valmistettu, mutta ongelmia on, kuten PZT-kolonnin romahtaminen ja tiivistyminen sintrausprosessin aikana. Lisäksi laitteet tarvitaan tekniikka on kallista, eikä se edistä laajamittaista edistämistä.

Piimuottiprosessissa yhdistyvät piikiekkojen mikrokoneistusteknologia ja materiaalinmuodostustekniikka. Mikrokoneistettua piikiekkoa voidaan käyttää muotina murtamaan timanttiterän leikkausmenetelmän mikrotyöstörajan, ja PZT-kolonni voidaan valmistaa muotissa kuumaisostaattisella puristamalla. Sintraus on tiivistä ja säilyttää siistin järjestelyn. Piimuottiprosessin prosessi on kerros valoherkkää liimaa, joka päällystetään piikiekon pinnalle homogenointikoneella ja asetetaan sitten maskin alle valotusta varten, ja kehityksen jälkeen valoherkälle kerrokselle muodostetaan esikuvio. Hyvä kuvio. Valoherkkä piikiekko altistetaan reaktiiviselle ionisyövytykselle ja se osa, jota valoresistillä ei ole suojattu, syövytetään mikrohuokosiksi. Muotin valmistuksen jälkeen PZT-jauheen liete (sisältää sideaineen) kaadetaan sen päälle, kuivataan, rasvat poistetaan, tyhjiösuljetaan lasikuoreen ja alistetaan kuumalle isostaattiselle puristamiselle. Lopuksi piimuoto syövytetään selektiivisesti pois käyttämällä erityistä kaasua (XeF2), jolloin saadaan PZT-mikrokolonniryhmä. Kun PZT-mikrokolonniryhmä on saatu, sen päälle valetaan sopiva polymeeri ja kuplat poistetaan tyhjiöimällä. Kovettumisen jälkeen pystysuoran PZT:n kaksi puolta pietsosylinteriputkiantureita hiotaan, kunnes polymeeriin upotetut PZT-pilarit paljastavat molemmat päätypinnat. Seuraavaksi metallikalvo höyrystetään komposiitin molemmille puolille suunnitellun kuvion mukaisesti, ja sitten PZT polarisoidaan tiheän ja järjestetyn pietsosähköisen keraamisen ohjainryhmän saamiseksi. Tällä menetelmällä saatiin tiheä joukko pietsokeramiikkaa. Mikropylväiden korkeus oli 90 metriä, sivupituus 7 metriä ja kuvasuhde jopa 12 metriä. Yli 20 000 kokeessa saatua PZT-mikrokolonnia ei löytänyt muodonmuutosta, vauriota tai romahtamista yhdessä PZT-mikrokolonnissa. Vaikka ihanteellinen mikropilariryhmä voidaan saada piimuottiprosessilla, prosessi on monimutkainen ja valmistusprosessin energiankulutus on suuri. Tähän verrattuna elektroforeettisen saostuksen etuna on yksinkertaisuus, mukavuus, alhaiset kustannukset ja raaka-aineiden kierrätys. 

Mikropilariryhmä ja PZT-paksu kalvo valmistetaan elektroforeettisella saostusprosessilla. Perustuu näiden kahden tutkimukseen, joka tiivistää elektroforeettisen kerrostuksen prosessivirran PZT-mikrokolonnisarjan valmistamiseksi. Ensinnäkin tietty pitoisuus Pzt-pietsokeraaminen sylinteriputki valmistetaan ja väkevää HCl:ää lisätään dispergointiaineena H+:n adsorboimiseksi hiukkasten pinnalle, jolloin hiukkaset suspendoidaan. Grafiittia käytettiin positiivisina ja negatiivisina elektrodeina, ja substraattina käytettiin Pt-pinnoitettua Pt:tä, joka valmistettiin reaktiivisella ionisyövytyksellä. Pt-pinnoitettu piikiekko yhdistetään negatiiviseen elektrodiin johtavalla liimalla substraatin ja elektrodin potentiaalin varmistamiseksi, mikä toteuttaa elektroforeettisen kerrostuksen, ja PZT-jauhe, jossa on H+, kerrostetaan piikiekon mikrohuokosiin. Matalan lämpötilan aktivointisintrauksen jälkeen voidaan saada tiheä joukko mikropylväitä. Sitten käyttämällä samaa pinnoituselektrodia, polarisaatiota ja muuta jälkikäsittelyä kuin piimuottiprosessissa saadaan pietsosähköinen keraaminen ohjainryhmä, jolla on erinomainen suorituskyky ja tiheä kohdistus. Muottiton muovausprosessi, tarkkuusmekaaninen leikkausmenetelmä ja LIGA-käsittelytekniikka ovat vaikeasti täyttäviä prosessivaatimuksia pietsosähköisen keraamisen toimilaitteen mikrokolonniryhmän valmistuksessa. Piimuottiprosessilla ja elektroforeettisella pinnoitusprosessilla on suuria etuja, sillä se ei vain riko kokorajoitusta, vaan saa myös erinomaisen suorituskyvyn ja siististi järjestetyt mikropylväsjärjestelmät, jotka sopivat erittäin hyvin pietsosähköisten keraamisten ohjainryhmien valmistukseen näyttöjä varten.