結合噴墨打印和激光技術(shù)印刷集成微型揚聲器的壓電MEMS組件
在增材制造過(guò)程中，可以結合噴墨打印和激光技術(shù)，將微型揚聲器作為壓電微機電系統（即所謂的壓電MEMS）的一部分，進(jìn)行高效，低成本的生產(chǎn)。
弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所ILT，亞琛工業(yè)大學(xué)電氣工程材料研究所2（IWE2）和弗勞恩霍夫硅技術(shù)研究所ISIT的科學(xué)家對此進(jìn)行了證明。合作伙伴制造了一個(gè)相應的演示組件，作為最近完成的BMBF聯(lián)合項目"用于微致動(dòng)器的高效壓電MEMS的制造"的一部分。
可以通過(guò)噴墨印刷將技術(shù)結構和任何幾何形狀應用于晶片，并且通過(guò)激光輻射進(jìn)行功能化。然后將各個(gè)揚聲器元件分離并集成到電子環(huán)境中。
壓電MEMS是真正的技術(shù)全面產(chǎn)品，因為超薄壓電層具有執行器或傳感器的功能：要么在施加電場(chǎng)時(shí)膨脹，要么將機械運動(dòng)轉換成電壓。因此，它們在通信或醫療技術(shù)中的需求很大，例如作為泵，閥門(mén)或揚聲器中的傳感器或執行器-分別以微型格式。
薄膜通常由鋯鈦酸鉛（PZT）制成，目前是功能最強，功能最強的壓電陶瓷。優(yōu)選地，使用厚度為幾微米的壓電層，其例如可以通過(guò)蝕刻或直接印刷而非常精確地構造。
激光輔助印刷工藝可替代傳統的高真空涂層
迄今為止，傳統的基于真空和掩模的制造方法已用于生產(chǎn)壓電MEMS，但這些方法非常耗時(shí)且成本高昂，尤其是用于小批量制造。作為德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）資助的GENERATOR項目的一部分，弗勞恩霍夫ILT與亞琛工業(yè)大學(xué)的弗勞恩霍夫ISIT和IWE2共同開(kāi)發(fā)了數字噴墨打印和激光結晶的工藝組合。有利的選擇：在將PZT特殊油墨涂到8英寸硅晶片上之后，在超過(guò)700°C的局部溫度下通過(guò)激光輻射進(jìn)行結晶。通過(guò)將溫度波動(dòng)限制在±5°C以?xún)鹊臏囟瓤刂七^(guò)程，可以確保質(zhì)量。
六角形，纖巧，便宜：亞琛工業(yè)大學(xué)的Fraunhofer ILT，Fraunhofer ISIT和IWE2的微型揚聲器證明，使用噴墨打印機和激光可以在幾秒鐘內以低成本生產(chǎn)微致動(dòng)器。
多種材料堆疊的趨勢
用幾個(gè)20至30 nm的薄PZT層構建總層厚度為2至3 μm的多層致動(dòng)器。
Fraunhofer ILT科學(xué)家塞繆爾·芬克（Samuel Fink）解釋說(shuō)："最初，我們只應用了一層，但是現在可以逐層創(chuàng )建多材料堆棧。"
或者，可以在彼此的頂部總共構建多達30層的功能陶瓷和電極，以形成微型揚聲器。由于采用了這種設計，據說(shuō)執行器比常規執行器具有更好的性能和更高的再現質(zhì)量。
PZT層和電極層像兩個(gè)非常細的梳子一樣互鎖。層的快速激光處理減少了每層的處理時(shí)間，否則將需要幾分鐘，而僅需幾秒鐘。代替普通且非常昂貴的鉑，科學(xué)家使用導電陶瓷鑭鎳氧化物（LNO）作為電極材料。
通過(guò)省去金屬組件，它們可以顯著(zhù)提高這些純陶瓷多材料堆棧的耐用性，同時(shí)降低材料成本。
如果向此多材料堆棧施加交流電壓，則PZT層會(huì )在幾分之一秒內變形，從而激發(fā)整個(gè)堆棧振動(dòng)。由于整個(gè)系統只有幾微米厚，因此質(zhì)量非常低，因此，聲信號可以得到很好的傳輸，尤其是在高頻范圍內。
"這種制造方法的優(yōu)點(diǎn)在于可數字控制的印刷和激光工藝，這些工藝允許即時(shí)更改制造層的設計，而無(wú)需支付掩?；蚬ぞ叩念~外費用，因此也可以生產(chǎn)較小批量的產(chǎn)品，" Christian Vedder博士說(shuō)Fraunhofer ILT薄膜處理小組的成員。
中小企業(yè)的機會(huì )
用于制造薄膜電子設備的常規系統要花費數百萬(wàn)歐元，并且對于大規模生產(chǎn)而言?xún)H在財務(wù)上有意義。對于較小的批量，加性混合工藝變得很有吸引力，尤其是當組件由諸如微型揚聲器的幾層組成時(shí)。因此，該過(guò)程特別適合于中小企業(yè)（SME），因為事實(shí)證明，他們對系統技術(shù)的投資明顯少于傳統技術(shù)。
芬克："用戶(hù)需要適當的印刷和激光系統技術(shù)，以及經(jīng)過(guò)特殊改裝的PZT和LNO墨水。因此，即使是很小的工作商店也可以在將來(lái)為微型執行器建立小規模的生產(chǎn)。"
可以輕松完成：用玻璃代替硅
到目前為止，該工藝一直用于涂覆硅基板。在構建多堆疊系統之后，這些基板必須經(jīng)歷相對復雜的后處理，以生產(chǎn)準備使用的組件。然而，基于激光的制造工藝的特性意味著(zhù)也可以考慮使用其他基板，例如超薄玻璃，這一優(yōu)勢將進(jìn)一步簡(jiǎn)化生產(chǎn)并開(kāi)拓廣泛的可能應用。
"在該項目的過(guò)程中，除了工藝開(kāi)發(fā)以外，我們還能夠在毫秒范圍內對陶瓷的激光結晶基本機理產(chǎn)生令人興奮的結果。芬克說(shuō)，展望未來(lái)，新的可能性正在出現，這是我個(gè)人非常感興趣的新事物，并有望很快轉移到其他材料以及應用領(lǐng)域。
