噴碼機(jī)噴印技術(shù)很大程度上已經(jīng)成為微電子產(chǎn)業(yè)不可或缺的一環(huán)。但是如何實現(xiàn)高效率，高良率的電子打印依舊是當(dāng)下最棘手的問題。本文將從噴墨打印中最關(guān)鍵的一環(huán)——波形入手，帶你解開噴墨打印的奧秘。

噴頭構(gòu)造

為了幫助解釋波形的用途，讓我們看一下噴頭的噴嘴腔。下圖描述了一種被稱為“填充-開火”的噴射過程，這種噴射過程被廣泛應(yīng)用于噴頭的構(gòu)造設(shè)計中。在這種情況下，壓電陶瓷材料PZT(壓電陶瓷材料)在施加電壓時發(fā)生變形，改變墨室的體積，導(dǎo)致墨室內(nèi)的油墨移動，最終噴射出去。將這個電壓準(zhǔn)確的施加到PZT上的調(diào)控程序就是波形。

噴碼機(jī)噴印原理描述

在噴頭的設(shè)計上，各類品牌大致相同，都是基于疊層壓電陶瓷（PZT）設(shè)計而成。PZT只有在施加電壓的情況下才會被擴(kuò)展，所以在插入打印頭之前不會有變形。一旦供電，噴頭保持一個特定的電壓，導(dǎo)致PZT拉長并保持其非噴射位置(左)。如果電壓降低，PZT縮回并在腔內(nèi)產(chǎn)生膨脹，將油墨吸進(jìn)腔內(nèi)(中心)。為了噴射出一個液滴，電壓恢復(fù)到原來的值，腔體縮小，多余的墨水被擠出(右)。這個過程每秒重復(fù)數(shù)千次。

市面上常見的幾類噴頭設(shè)計

需要注意的是，噴碼機(jī)噴印打印頭可以由正向脈沖或反向脈沖驅(qū)動，這取決于不同公司的技術(shù)考量。不管基于何種設(shè)計，波形中最重要的是波形傾斜部分的計時與保持計時。即電壓保持在那個水平(高或低)多久后才回到起始位置。脈沖計時決定了當(dāng)腔體的體積恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)時噴嘴處的噴墨狀態(tài)，這是構(gòu)建波形的第一步。

噴碼機(jī)噴印打印頭可以由正向脈沖或反向脈沖驅(qū)動，這取決于不同公司的技術(shù)考量。不管基于何種設(shè)計，波形中最重要的是波形傾斜部分的計時與保持計時。即電壓保持在那個水平(高或低)多久后才回到起始位置。脈沖計時決定了當(dāng)腔體的體積恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)時噴嘴處的噴墨狀態(tài)，這是構(gòu)建波形的第一步。

噴碼機(jī)噴印脈沖時間

通過以上介紹，我們已經(jīng)大致了解墨水是如何被噴出來的，在脈沖電壓的作用下，形變的墨水腔擠壓墨水，這種壓力的傳播實際上是以聲波的形式傳導(dǎo)的，此過程接近以聲速快速進(jìn)行。

如果打印時你站在打印頭旁邊，你甚至可能會聽到它“唱歌”，這取決于打印使用的頻率。你能聽到它的原因是因為驅(qū)動器產(chǎn)生聲波。當(dāng)然，這里面最重要的是墨水本身產(chǎn)生的聲波，因為噴射壓力的變化是由其來定義的。

聲波隨著電壓脈沖的變化

當(dāng)電壓降低時，噴碼機(jī)噴印墨水腔收縮導(dǎo)致聲波產(chǎn)生，此聲波振幅會隨著時間而消失。此過程伴隨著墨水的補(bǔ)充。當(dāng)新的脈沖來臨時，腔體壓力變大，聲波的信號重新增強(qiáng)，最終墨水被成功噴射出來。但此時也伴隨著新的問題，如果新的脈沖信號在錯誤的時間被引入，墨水很有可能會在即將噴射的瞬間，被重新引入腔體，導(dǎo)致不能夠順利噴射或效果極差。因此，我們要充分考慮脈沖持續(xù)時間（pulse width），它太短或太長，那么PZT的產(chǎn)生的聲波、壓力和運動就會不同步。如果油墨在壓力增加的時候沒有向正確的方向移動，那么就不會平穩(wěn)地增加沖量，沖量可能會被抵消。這就像推秋千上的孩子一樣。如果你在正確的時間推動秋千，動量就會增加，它們就會擺動得更高。如果你在錯誤的時間推他們，他們會猛烈地停下來。

聲波震蕩時間與脈沖時間比較

聲波持續(xù)時間因墨水的不同而不同。但通常情況下，一個聲波持續(xù)的時間大約為100微秒，在設(shè)置新的波形時要充分考慮此條件，并進(jìn)行優(yōu)化。

共振現(xiàn)象描述

在一種打印頻率下工作良好的波形在另一種頻率下可能工作不好，這是很常見的。這一切都?xì)w結(jié)于墨水在腔內(nèi)來回移動時脈沖的時間。隨著頻率的增加，由給定脈沖產(chǎn)生的聲波和運動開始與前一個脈沖相互作用。在一定的頻率下，這種是增強(qiáng)噴墨的共振，就像圖中最上面的例子。當(dāng)打印頻率越高，下一個液滴和壓力波出現(xiàn)時，前一個壓力越有可能尚未衰減到零，造成噴墨不良的可能性也就越大。如果油墨仍在移動，先前的脈沖也可能會增加壓力(更高的速度與潤濕)。如果需要打印速度是靈活多變的，那就必須對墨滴在一定頻率下的噴墨情況進(jìn)行優(yōu)化，以確保最終打印速度不落在發(fā)生共振的頻率范圍內(nèi)。

多重脈沖

在噴碼機(jī)噴印硬件設(shè)備允許的條件下，也可以使用多脈沖信號以實現(xiàn)更高效的噴墨打印。多脈沖的波形通常依賴于壓力波中的第一或第二共振。這意味著當(dāng)油墨向噴嘴移動時，第一個脈沖會增加油墨的壓力。一些墨水會噴出來，其余的會從噴孔彈出去，回到腔體內(nèi)。一旦墨水再次向噴嘴移動，第二個脈沖將增加其動量。脈沖應(yīng)仔細(xì)調(diào)諧，因為這種二次增強(qiáng)，動量很大，能夠極大的提高墨滴體積與噴墨效果。

多重脈沖描述

多重脈沖的優(yōu)點遠(yuǎn)不僅限于增大墨滴體積，在低粘度溶劑打印的過程中，溶劑會不由自主滴落。這種多重脈沖，可以有效控制低粘度溶劑在施加脈沖前（單一脈沖）的滴落問題。另外，多重脈沖可以改善在單一脈沖條件下，半月板形變的問題。這樣可以允許用戶去提高滴墨頻率與打印速度。下圖為一多重脈沖波形的專利描述，供大家發(fā)散思維。

相信大家對波形已經(jīng)有了初步的認(rèn)識，如果想進(jìn)一步學(xué)習(xí)，可以參閱以下資料，或等下一期的推文之‘如何調(diào)節(jié)波形’。