一种基于mems工艺的电磁力喷头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于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。
【背景技术】
[0002] 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（W薄膜沉积，图形化与刻蚀技术对娃材料进行加工，形成娃基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)。娃MEMS加工技 术的主要特点，对娃衬底材料的深刻蚀，可得到较大纵向尺寸可动微结构，娃工艺包括湿法 SOG(玻璃上娃)工艺、干法SOG工艺、正面娃工艺、SOI(绝缘体上娃)工艺。表面MEMS加工 技术主要通过在娃片上生长氧化娃、氮化娃、多晶娃等多层薄膜，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。
[0003] 喷墨打印机按照工作原理可分为热泡式与压电式。
[0004] 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W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，运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，运样就完成了一次喷墨循环。
[0005] 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。
[0006] 热泡式打印头由于墨水高溫下易发生化学变化，性质不稳定，所W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。
[0007] 针对上述不足，本发明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，在常溫下就可W驱动导电流体巧日：导电墨水）运动， 通过控制忍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。
【发明内容】
[000引本发明的目的在于：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，控制忍片调节电磁场强度和启停W控制 流体的流速和频率。
[0009] 为实现上述目的，本发明的构思如下： 本发明的一种基于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。
[0010] 本发明的一种基于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。
[0011] 本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有娃材料，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，顶部控制忍片，底部有喷孔流通导电流体。
[0012] 本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有控制忍片，中间有喷孔流通导电 流体，底部连接娃材料，顶部连接外部电源，内置的电路控制电磁力的大小。
[0013] 本发明的一种基于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。
[0014] 本发明的一种基于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忍片和娃材料，进入软磁性材料，从喷头底部锥形喷孔喷出。
[0015] 根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案： 一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，包括导电线圈、软磁性材料、娃材料、控制忍片、导 电流体、电极对；所述导电线圈置于软磁性材料的内部，所述娃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，所述控制忍片置于娃材料顶部，所述导电 流体从贯穿控制忍片、娃材料、软磁性材料的喷孔底部流出，所述电极对贯穿软磁性材料、 娃材料与顶部的控制忍片连接，实现对导电流体的微流动控制。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 所述控制忍片中间有喷孔流通导电流体，底部连接娃材料，顶部连接外部电源，内 置的电路控制电磁力的大小；控制忍片的正负极通过娃材料和软磁性材料与电极对连接， 实现导电通路。
[0019] 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。
[0020] 与现有技术相比，本发明的优点如下： 1、本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，采用MEMS工艺制造，将微结构与控制电 路集成在同一个娃衬底上，器件体积小、集成度高、组合性好、喷射精度高。
[0021] 2、本发明的一种基于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。
[0022] 3、本发明的一种基于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。
[0023] 4、本发明的一种基于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。
[0024] 5、本发明的一种基于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