一种基于MEMS工艺的电磁力喷头制造技术

本发明专利技术涉及一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，包括导电线圈、软磁性材料、硅材料、控制芯片、导电流体、电极对；所述导电线圈置于软磁性材料的内部，所述硅材料包覆软磁性材料，所述导电线圈的正负极分别与电极对的正负极连接，所述控制芯片置于硅材料顶部，所述导电流体从贯穿控制芯片、硅材料、软磁性材料的喷孔底部流出，所述电极对贯穿软磁性材料、硅材料与顶部的控制芯片连接，实现对导电流体的微流动控制。基于MEMS工艺制造的微型电磁力喷头，通电后，串联的导电线圈产生磁场，电极对产生电场，电磁场形成的电磁力驱动喷头内的导电流体竖直向下流动，具有结构简单、精度高、频率高、噪音低、热量小、可靠性高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MEMS工艺的电磁力喷头
本专利技术涉及一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，无噪音、无热量、无振动、无驱动机构，应用于高精度、高频率、高可靠性的导电流体的微流动控制领域。
技术介绍
MEMS制造工艺是下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺的统称。主要包括：集成电路工艺技术（以薄膜沉积，图形化与刻蚀技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件）、LIGA技术（光刻、电铸和塑铸形成深层微结构的方法制造MEMS器件）。硅MEMS加工技术的主要特点，对硅衬底材料的深刻蚀，可得到较大纵向尺寸可动微结构，硅工艺包括湿法SOG（玻璃上硅）工艺、干法SOG工艺、正面硅工艺、SOI（绝缘体上硅）工艺。表面MEMS加工技术主要通过在硅片上生长氧化硅、氮化硅、多晶硅等多层薄膜，来完成MEMS器件的制作，利用表面工艺得到的可动微结构的纵向尺寸较小。喷墨打印机按照工作原理可分为热泡式与压电式。热气泡喷墨技术是指喷管里充满墨水，当给加热器施加电压时，加热单元在短时间内启动，使得加热单元周围的墨水短时间加热形成微汽泡，墨水以极快的速度气化，小汽泡就会变大，汽泡胀到最大，利用膨胀力把墨水挤出。而之后喷管内的汽泡迅速收缩，使得挤出的墨水形成墨滴，这样挤出喷管外的墨滴就会喷到纸上。墨水被挤压喷出后，汽泡消失，并产生毛细现象，使喷管内再次充满墨水，这样就完成了一次喷墨循环。压电式喷墨技术，利用压电陶瓷材料固有的逆压电效应引起的形状变化，作用于墨水腔而形成墨滴，压电陶瓷材料在外电场的作用下会产生形状变化，例如伸长(缩短和剪切变形）。当外加电场与压电陶瓷材料的极化方向垂直时，材料发生剪切变形，形成喷墨的压力，喷墨管在压力作用下挤出油墨形成墨滴，并高速喷出，喷射到承印物上形成图像。热泡式打印头由于墨水高温下易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不易掌握，打印线条边缘容易参差不齐，在一定程度上影响了打印质量。微压电式打印头被损坏或者阻塞了，整台打印机都需要维修；高频喷射下，压电喷射会发出较大噪音。针对上述不足，本专利技术根据电磁场的洛伦兹力理论，即正交（垂直）分布的电场和磁场，能够对置于其中的导体产生洛伦兹力、使其沿着同时正交（垂直）于电磁和磁场两个方向的运动。利用洛伦兹力即电磁力，在常温下就可以驱动导电流体（如：导电墨水）运动，通过控制芯片调节电磁力的大小，实现高精度、高频率、高效率、无热量、无噪音、无振动的微流体喷射。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供了一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有结构简单、高精度、高频率、高效率、无热量、无噪音、无振动、无驱动机构的特点。喷头内部的电磁场作用于导电流体产生电磁力，驱动导电流体定向流动，控制芯片调节电磁场强度和启停以控制流体的流速和频率。为实现上述目的，本专利技术的构思如下：本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头具有导电线圈，包括：2个正极接线端、2个负极接线端；喷孔左右两端有若干导电线圈串联而成，导电后形成同向电磁极；左端串联而成的导电线圈正极与电极对的正极相连，左端串联而成的导电线圈负极与电极对的负极相连；右端串联而成的导电线圈正极与电极对的正极相连，右端串联而成的导电线圈负极与电极对的负极相连。本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有软磁性材料，包覆导电线圈，通电后形成的电磁场被约束在软磁性材料内部，不会泄露到软磁性材料外部；软磁性材料中间有喷孔流通导电流体，喷孔左右有导电线圈组成的电磁极，喷孔前后有电极对组成的电场。本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有硅材料，作为电磁力喷头的基本载体，包覆软磁性材料，内部有电极对，顶部控制芯片，底部有喷孔流通导电流体。本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有控制芯片，中间有喷孔流通导电流体，底部连接硅材料，顶部连接外部电源，内置的电路控制电磁力的大小。本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有电极对，位于喷孔前后两端，与导电线圈形成的电磁极在同一个平面内正交垂直，其目的在于通电后产生的电磁场作用于导电流体形成垂直向下的电磁力，完成喷射过程。本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，通电后，导电流体在电磁力的作用下，流经喷头上部的控制芯片和硅材料，进入软磁性材料，从喷头底部锥形喷孔喷出。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，包括导电线圈、软磁性材料、硅材料、控制芯片、导电流体、电极对；所述导电线圈置于软磁性材料的内部，所述硅材料包覆软磁性材料，所述导电线圈的正负极分别与电极对的正负极连接，所述控制芯片置于硅材料顶部，所述导电流体从贯穿控制芯片、硅材料、软磁性材料的喷孔底部流出，所述电极对贯穿软磁性材料、硅材料与顶部的控制芯片连接，实现对导电流体的微流动控制。所述导电线圈包括两个正极接线端、两个负极接线端；喷孔左端线圈由若干导电线圈串联而成，喷孔右端线圈由若干导电线圈串联而成，通电后左右两组导电线圈形成左S右N的同向电磁极；左端串联而成的导电线圈正极接线端与电极对的正极相连，左端串联而成的导电线圈负极接线端与电极对的负极相连；右端串联而成的导电线圈正极接线端与电极对的正极相连，右端串联而成的导电线圈负极接线端与电极对的负极相连，电磁极与电场共用一对正负电极。所述软磁性材料包覆导电线圈，通电后形成的电磁场被约束在软磁性材料内部，不会泄露到软磁性材料外部；软磁性材料中间有喷孔流通导电流体，喷孔左右有导电线圈组成的电磁极，喷孔前后有电极对组成的电场。所述控制芯片中间有喷孔流通导电流体，底部连接硅材料，顶部连接外部电源，内置的电路控制电磁力的大小；控制芯片的正负极通过硅材料和软磁性材料与电极对连接，实现导电通路。所述电极对位于喷孔前后两端，与导电线圈形成的电磁极在同一个平面内正交垂直分布，通电后产生的电磁场作用于导电流体，形成竖直向下的电磁力，驱动导电流体（5）完成喷射过程。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：1、本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，采用MEMS工艺制造，将微结构与控制电路集成在同一个硅衬底上，器件体积小、集成度高、组合性好、喷射精度高。2、本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，根据电磁场作用于导电流体产生的电磁力驱动导电流体定向流动，与其他驱动方式相比，无噪音、无热量、无振动、无驱动机构，重复性高、可靠性高、控制精度高、喷射效率高。3、本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，串联的导电线圈通电后产生的电磁极代替永磁极，避免了永磁极放置带来的其他问题，并且能够调整磁场强度和电磁驱动力，精确控制导电流体的流速。4、本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，电场和电磁极共用一对正负极，改变电流方向，同时改变电场和磁场的方向，因此电磁力方向不变，有利于电路设计、接线和控制。5、本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，其软磁性材料包覆导电线圈，通电后形成的电磁场被约束在软磁性材料内部，不会泄露到软磁性材料外部。6、本专利技术的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，其控制芯片通过MEMS工艺，将控制电路、软磁材料、导电线圈等集成在硅材料衬底上，形成独立的、完整的喷射单元，有利于多个喷射单元的集成制造和联合控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，其特征在于，包括导电线圈（1）、软磁性材料（2）、硅材料（3）、控制芯片（4）、导电流体（5）、电极对（6）；所述导电线圈（1）置于软磁性材料（2）的内部，所述硅材料（3）包覆软磁性材料（2），所述导电线圈（1）的正负极分别与电极对（6）的正负极连接，所述控制芯片（4）置于硅材料（3）顶部，所述导电流体（5）从贯穿控制芯片（4）、硅材料（3）、软磁性材料（2）的喷孔底部流出，所述电极对（6）贯穿软磁性材料（2）、硅材料（3）与顶部的控制芯片（4）连接，实现对导电流体（5）的微流动控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，其特征在于，包括导电线圈（1）、软磁性材料（2）、硅材料（3）、控制芯片（4）、导电流体（5）、电极对（6）；所述导电线圈（1）置于软磁性材料（2）的内部，所述硅材料（3）包覆软磁性材料（2），所述导电线圈（1）的正负极分别与电极对（6）的正负极连接，所述控制芯片（4）置于硅材料（3）顶部，所述导电流体（5）从贯穿控制芯片（4）、硅材料（3）、软磁性材料（2）的喷孔底部流出，所述电极对（6）贯穿软磁性材料（2）、硅材料（3）与顶部的控制芯片（4）连接，实现对导电流体（5）的微流动控制。2.根据权利要求1所述的基于MEMS工艺的电磁力喷头，其特征在于，所述导电线圈（1）包括两个正极接线端（1-1）、两个负极接线端（1-2）；喷孔左端线圈由若干导电线圈（1）串联而成，喷孔右端线圈由若干导电线圈（1）串联而成，通电后左右两组导电线圈（1）形成左S右N的同向电磁极；左端串联而成的导电线圈（1）正极接线端（1-1）与电极对（6）的正极相连，左端串联而成的导电线圈（1）负极接线端（1-2）与电极对（6）的负极相连；右端串联而成的导电线圈（...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金松，许阁，周志鹏，刘超，伊春明，王志亮，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31