[发明专利]运用喷墨打印工艺制备叉指换能器和反射栅的方法

说明书

技术领域

 本发明属于声表面波器件的制备工艺领域，具体涉及到一种运用喷墨打印工艺制备叉指换能器和反射栅的方法。

背景技术

声表面波(surface acoustic wave SAW)器件具有很多优点，比如小型化、频率高、带宽大且带内畸变较小、可对实时信号进行处理等等。声表面波器件的主要功能部分是叉指换能器和反射栅。传统的制备方法是采用微电子工艺，将定向切割的晶片进行研磨抛光，经过镀膜、涂胶、烘焙、曝光、刻蚀等工艺完成叉指换能器和反射栅的制作。虽然这种工艺方法能够制作出极其精细的微纳电路（最小线条能够达到32nm或更低），但其工艺复杂且污染环境。且最新的紫外光刻设备造价高达数千万美元，如此高昂的投资已使集成电路的生产成为全球少数企业能够负担得起的产业。而以喷墨打印技术为代表的“直接写”技术的迅猛发展，为印制电子器件技术寻求新的突破提供了发展思路和方向。

“直接写”喷墨打印技术可实现对功能材料的精准沉积和直接成型。喷墨打印技术由于非接触性、无需印版、材料利用率高、制造步骤少、成本低等诸多优点，以及可以达到更高的布线密度和精度，具有广泛的应用前景，因而正在成为一种有竞争力的替代技术。

发明内容

本发明的目的是解决现有声表面波器件制作工艺复杂且污染环境，或设备投资造价高的问题，提供一种运用喷墨打印工艺制备叉指换能器和反射栅的方法，用于降低生产成本，简化工艺，且极少产生废气废液等污染物质。

本发明提供的运用喷墨打印工艺制备叉指换能器和反射栅的方法包括：

叉指换能器或反射栅的实验参数设计、压电基片的选择、导电油墨以及工艺参数选择。本发明将喷墨打印技术应用于声表面波器件中的叉指换能器和反射栅的制作，具体包括以下几方面：

1. 叉指换能器或反射栅的实验参数设计：优选的叉指换能器中叉指对数为20-30对；叉指电极宽度为25-50um；叉指电极厚度为1-4um；优选的反射栅为开路反射栅。

2. 压电基片的选择：选择压电单晶作为应用喷墨打印技术制作SAW器件的材料；

压电基片材料包括压电单晶、压电薄膜和压电陶瓷。压电单晶的声表面波传播损耗小、温度稳定性好、可靠性高，是目前高频SAW器件最常用的压电材料。压电陶瓷的机电耦合系数大、价格低，但结构呈颗粒状，表面均匀度差，因此高频衰减大，稳定性和一致性不好，一般适用于低频器件。压电薄膜通常沉积在非压电基片上，性能接近压电单晶，但制作误差大，质量不稳定。与压电陶瓷和压电薄膜相比，压电单晶更适用于应用喷墨打印技术制作SAW器件。本发明选用压电单晶中的128°Y-Z铌酸锂作为基片材料。

3.导电油墨选择：选择喷墨纳米银导电墨水；

金、银、铜、镍和钯都属于金属类导电材料。其中，金类导电油墨的价格最高，不适用于SAW器件的生产。铜类导电油墨的电导率比较大且价格相对合适，但由于铜的抗氧化能力比较差，致使氧化后的铜导电稳定性差，在很大程度上限制了它的应用。而含银的导电油墨电导率最大，且其被氧化后仍然具有导电性。银纳米粒子稳定，可形成从微米到纳米的各种粒子尺寸。故本发明中选择的墨水为喷墨纳米银导电墨水。

4、工艺参数选择及喷墨打印：实验过程在室温条件下进行，并将依据实验参数并利用AutoCAD软件绘制的叉指换能器版图直接送入打印机，以气流喷印Aerosol Jet 300P为印刷设备进行喷墨打印；应用按需式喷墨打印的方式，将纳米银墨水从微米级的喷嘴中喷出，喷印在压电材料上形成固定图形。

5、去水固化：将喷墨打印后的压电单晶（如铌酸锂）基片放置到60℃的热台上，进行水分蒸发；待水分充分蒸发后，将（铌酸锂）压电基片放在马弗炉中进行10分钟的烧结，温度为120℃。

6、成品：对成品应用有线连接的方式进行电学测试。

 

本发明的优点和有益效果：

从上述技术方案中可以看出本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的运用喷墨打印工艺制备叉指换能器和反射栅的方法与传统的微电子工艺相比，极大的降低了生产成本，适于大规模生产。

2、本发明提供的运用喷墨打印工艺制备叉指换能器和反射栅的方法，具有工艺简单，连接性能可靠，导电性好等特点，且废气废液极少，有利于环保。

附图说明：

图1喷墨打印方式示意图，图中，A连续式喷墨打印，B按需式喷墨打印。

图2本发明中叉指换能器的设计版图。

图3本发明工艺流程图。

图4喷墨打印工艺制备的IDT成品图。