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研究生: 張家銘
Chia-Ming Chang
論文名稱: 具人工成核址之微加熱器於噴墨列表頭之應用
The Application of Micro Heater with Artificial Nucleation Sites in Inkjet Printhead
指導教授: 錢景常
Ching-Chang Cheng
曾繁根
Fan-Gang Tseng
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 66
中文關鍵詞: 雙相流熱氣泡微機電
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  • 在現今的微機電的產業當中,應用層面最成功的是噴墨列表機,商業上噴墨列表機的主要可分為兩大類,(a)熱氣泡式列表機 (b) 壓電式噴墨列表機。壓電式的噴墨頭是利用石英震盪片的震動,推擠出液珠,它的優點是不會受熱的影響,衛星液滴比較少;缺點是解析度低、製程複雜且成本比較高。熱氣泡式噴墨頭是藉由供給電流通過微加熱器,在極短的時間內,墨水瞬時加熱至少超過300℃沸騰產生氣泡,墨水夾內部的墨水被氣泡推擠出噴孔,其優點是列印速度快、製程簡單;液滴容易產生衛星液珠及噴墨頭容易毀損。所以選用製程簡單的熱氣泡的方式來驅動噴墨頭。
    晶片的設計主要可分為兩代,第一代的晶片是缺角型的加熱器,第二代是凹坑型的加熱器。
    第一代的缺角型的加熱器,它所能長出氣泡的熱通率有很明顯的降低,由於缺角的地方曲率大,所以造成電流的密度都集中於缺角的地方,讓在缺角的地方的氮化矽很容易毀損,在將第一代的設計改成第二代的晶片,表面是凹坑型的加熱器。
    第二代的凹坑型加熱器,在做實驗之前會先做熱通率與脈衝時間的關係圖,以確保加熱器的工作範圍是在穩定的區域。在單一的凹坑口的情形之下,當熱通率愈高時,其氣泡的大小會變小,其可能的原因是因為當加以高熱通率的熱源時,在加熱器上方會很快形成一層熱邊界層,這層熱邊介層會阻擋下方的加熱器的熱繼續供應上來,所以當高熱通率之下,其氣泡會變小。
    在不同的凹坑數的加熱器的情況當中,單一的凹坑口、兩個凹坑口和三個凹坑口的氣泡大小都比沒有凹坑的情況來的小,四個凹坑口的氣泡大小比沒有凹坑的大很多。當凹坑口數變多,其氣泡的生命週期會慢慢變短,凹坑的數目超過三個凹坑口時,生命週期又慢慢變長。


    目錄 摘要.....................................................Ⅰ 誌謝.....................................................Ⅲ 目錄.....................................................Ⅳ 圖目錄...................................................Ⅵ 表目錄...................................................Ⅹ 第一章 緒論..............................................1 第二章 原理分析與探討....................................2 2.1 均質成核..............................................2 2.2 自由能................................................4 2.3 接觸角................................................7 2.4 楊式方程式............................................8 2.5 前進接觸角與後退接觸角................................9 2.6 非均質成核............................................11 2.6.1 疏水與親水的平滑表面................................12 2.6.2 圓錐形凹坑口(真實表面)..............................14 第三章 文獻回顧..........................................15 3.1 元件設計概念......................................13 3.2 影像拍攝技術與流場分析................................21 3.3 溫度與壓力的量測..................................24 第四章 實驗設計..........................................27 4.1晶片的設計與製造...................................27 4.1.1第一代晶片設計-缺角形狀(Notch) ..................27 4.1.2第二代晶片設計-加熱器中央有凹坑(cavity) .........31 4.2流場觀測...........................................35 4.3 實驗結果與討論....................................37 4.3.1第一代設計晶片-缺角型............................37 4.3.2 第二代晶片-凹坑型(Cavity) ......................43 第五章 結論與未來的工作...................................64 5.1結論...............................................64 5.2未來的工作.........................................64 參考文獻..................................................65

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