圧電セラミックスのディスプレイ技術への応用(二)

精密な機械的切断方法:

精密機械切断は、圧電マイクロデバイスを製造する一般的な方法です。ダイヤモンド カッターを使用して圧電材料のブロックまたは厚膜をマイクロピラーに切断し、それらをアレイに配置してデバイスにさらに組み立てます。しかし、機械的切削による圧電マイクロデバイスの加工には寸法の限界があり、数十μm以下のマイクロコラムアレイを加工することは困難である。同時に、圧電セラミックスは一般に強度が低く、靱性も劣ります。これらはすべて、機械的な切断をさらに困難にします。

金型の成形工程は、 圧電ディスク 圧電セラミックは 、圧電セラミック マイクロピラー アレイや 3 次元マイクロ電子デバイスを作製するための一般的な方法であり、機械加工の寸法限界を突破できます。この方法は、Si板、ポリマー、またはAl 2 O 3 膜をテンプレートとして、射出成形、電気化学的堆積、化学蒸着などの技術を組み合わせて、同じ細孔径で均一な配向を有する柱状構造材料を作製するものである。加工技術は、ドイツのエネルギー研究センターが放射光X線源を用いて開発した微細加工技術です。放射線エッチング、電鋳、マイクロモールディングを組み合わせて、プラスチック、金属、セラミックなどのマイクロコンポーネントを製造します。加工の深さと幅の比は最大 200 倍まで可能で、これは圧電セラミック アクチュエータを準備する理想的な方法です。直径25mm、高さ250mmのPZTカラムが作製されていますが、焼結時にPZTカラムがつぶれたり、緻密にならないなどの問題がありました。また、技術に必要な設備は高価であり、大規模なプロモーションには向きません。

シリコンモールドプロセスは、シリコンウェーハの微細加工技術と材料成形技術を組み合わせたものです。微細加工されたシリコンウェーハは、ダイヤモンドブレード切断法の微細加工限界を突破する金型として使用でき、PZT カラムはインモールド熱間静水圧プレスによって作成できます。焼結が緻密で整った配列を維持します。シリコンモールドプロセスのプロセスは、ホモジナイズ機でシリコンウェハの表面に感光性接着剤の層を塗布し、マスクの下に置いて露光し、現像後、感光層上にプレデザインを形成します。良いパターン。感光性シリコンウェハに反応性イオンエッチングを施し、フォトレジストで保護されていない部分をエッチングして微細孔を形成する。型を準備した後、ＰＺＴ粉末のスラリー（結合剤を含む）をその上に注ぎ、乾燥させ、脱脂し、ガラス外囲器内に真空シールし、熱間静水圧プレスにかける。最後に、特殊なガス (XeF2) を使用してシリコン モードを選択的にエッチングして除去し、PZT マイクロカラム アレイを取得します。 ＰＺＴマイクロカラムアレイが得られた後、適切なポリマーがその上にキャストされ、真空引きによって気泡が除去される。硬化後、垂直 PZT の両側 ピエゾシリンダーチューブトランスデューサーは 、ポリマーに埋め込まれた PZT ピラーが両端面を露出するまで研磨されます。次に、設計されたパターンに従って複合材料の両面に金属膜を蒸着し、次に PZT を分極して、緻密で規則的な圧電セラミック ドライバー アレイを取得します。この方法により、圧電セラミックの高密度アレイが得られました。マイクロカラムは高さ 90 μm、辺の長さ 7 μm、アスペクト比は最大 12 でした。実験で得られた 20,000 本以上の PZT マイクロカラムでは、1 本の PZT マイクロカラムに変形、損傷、崩壊は見られませんでした。理想的なマイクロピラーアレイはシリコンモールドプロセスによっても得られるが、プロセスが複雑であり、作製工程のエネルギー消費も大きい。これと比較して、電気泳動堆積は、単純さ、利便性、低コスト、および原材料のリサイクルという利点があります。 

マイクロピラー アレイと PZT 厚膜は、電気泳動堆積プロセスによって作成されます。両者の研究に基づいて、PZT マイクロカラム アレイを準備する電気泳動堆積のプロセス フローを要約します。まず、一定の濃度で、 Pzt圧電セラミックシリンダーチューブ を用意し、分散剤として濃HClを加えて粒子表面にH+を吸着させ、粒子を懸濁させます。正極および負極にはグラファイトを使用し、基板には反応性イオンエッチングにより作製したPtメッキを施したPtを使用した。 Ptメッキを施したシリコンウェハを導電性接着剤で負極に接続し、基板と電極の電位を確保することで電気泳動蒸着を実現し、H+を有するPZT粉末をシリコンウェハ上の微細孔に蒸着させます。低温活性化焼結後、マイクロカラムの高密度アレイが得られます。その後、シリコンモールドプロセスと同様のメッキ電極、分極処理等の後処理を行うことで、優れた性能と緻密な配向性を備えた圧電セラミックドライバーアレイが得られます。モールドレス成形プロセス、精密機械切断法、および LIGA 加工技術は、圧電セラミック アクチュエータ マイクロカラム アレイを準備するためのプロセス要件を満たすことが困難です。シリコンモールドプロセスと電気泳動堆積プロセスは大きな利点を示し、サイズの制限を突破するだけでなく、優れた性能と整然と配置されたマイクロカラムアレイが得られるため、ディスプレイ用の圧電セラミックドライバアレイの作製に非常に適しています。