Inkjet printing of PDMS inks for acoustic matching layer application in PMUTs

Inkjet printing is a versatile additive manufacturing technique that enables the controlled deposition of small liquid droplets onto predefined positions on a substrate. Its scalability, low material consumption, and compatibility with a wide range of functional inks make it particularly attractive for microfabrication applications. In this work, a PDMS ink formulated with n-butyl acetate as the solvent was studied with the final aim of fabricating acoustic matching layers for piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (PMUTs). The ink’s rheology was characterized, and printing tests were carried out to evaluate stability, wetting behavior, and pattern quality. Particular attention was devoted to the curing process, which proved challenging for thin printed features. After evaluating different strategies, a reliable curing condition was established, based on thermal treatment in a confined environment, which enabled full crosslinking of the printed PDMS layers. Although technical issues with the printer, together with the time required for curing optimization, prevented the fabrication and testing of complete matching layers on PMUT devices, the results demonstrate the feasibility of using inkjet printing to process PDMS inks with controlled pattern definition and to establish a reliable curing protocol. These findings represent an important step towards the additive manufacturing of polymeric matching layers for PMUT applications.

La stampa a getto d’inchiostro è una tecnica di produzione additiva versatile che consente la deposizione controllata di piccole goccioline di liquido in posizioni prestabilite su un substrato. La sua scalabilità, il basso consumo di materiale e la compatibilità con un’ampia gamma di inchiostri funzionali la rendono particolarmente attraente per applicazioni di microfabbricazione. In questo lavoro è stato studiato un inchiostro a base di PDMS formulato con acetato di n-butile come solvente con l’obiettivo finale di fabbricare strati di adattamento acustico per trasduttori ultrasonici microlavorati piezoelettrici (PMUT). La reologia dell’inchiostro è stata caratterizzata e sono state eseguite prove di stampa per valutare la stabilità, la bagnabilità e la qualità del pattern. Particolare attenzione è stata dedicata al processo di reticolazione, che si è rivelato impegnativo per le caratteristiche sottili stampate. Dopo aver valutato diverse strategie, è stata definita una condizione di reticolazione affidabile, basata su trattamento termico in ambiente confinato, che ha consentito la completa reticolazione degli strati di PDMS stampati. Sebbene problemi tecnici con la stampante, insieme al tempo richiesto per l’ottimizzazione della reticolazione, abbiano impedito la fabbricazione e il test di strati di adattamento completi su dispositivi PMUT, i risultati dimostrano la fattibilità di utilizzare la stampa a getto d’inchiostro per processare inchiostri a base di PDMS con definizione controllata del pattern e per stabilire un protocollo di reticolazione affidabile. Questi risultati rappresentano un passo importante verso la produzione additiva di strati di adattamento polimerici per applicazioni PMUT.