CN101765507A - 流体喷射器装置 - Google Patents

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Abstract

公开了流体喷射器装置(10)的实施方案。

Description

流体喷射器装置
背景技术
喷墨印刷包括非撞击印刷方法，其中油墨液滴沉积在印刷介质上而形成期望的图像。在有些情况下，油墨和喷墨印刷机喷嘴表面之间的相互作用可能引起非期望的作用。
附图说明
通过参考以下详细说明和附图，本发明的实施方案的特征和优点将变得显而易见，其中相似的附图标记相应于相似的、尽管也许未必相同的组件。为了简明，具有前述功能的附图标记或特征也许或者未必与其中出现它们的其它附图一起进行描述。
图1A是流体喷射器装置的实施方案的部分示意性透视图；
图1B是图1A的流体喷射器装置的实施方案的一部分的放大的部分示意性透视图，其图解了氟梯度的实施方案；和
图2是包括流体喷射器装置的实施方案的喷墨加料室(firingchamber)的实施方案的部分示意性剖视图。
详细说明
油墨和喷墨印刷机喷嘴表面之间的相互作用可能导致喷嘴阻塞、油墨搅浊(ink puddling)和/或类似情况。为降低潜在不期望的油墨喷嘴相互作用，喷嘴表面已经用较低表面能涂料配制(formulated)。树脂层和较高分子量表面能降低剂已经被建立在喷嘴表面上。虽然一些较高分子量表面能降低剂扩散到喷嘴表面，但是一些较高分子量表面能降低剂溶于树脂中。因而，在树脂上较高分子量表面能降低剂的所得的层是相对薄的。这样的薄层可能是令人期望的，其中低表面能顶层具有孔，其大于喷嘴本身，特别地使得维护和擦拭顶层变得容易。然而，在喷嘴上包括这样的层可能涉及另外的和/或高成本的加工步骤。
等离子体灰光(Plasma ashing)工艺已经被结合到本发明人所使用的工艺中以便形成热喷墨印刷机。无欲受限于任何学说，据信灰光(ashing)和/或其他的随后的工艺(如擦拭、高压喷水、轻敲、薄片割缝、薄片锯切、TMAH湿法蚀刻等)可能有害地影响可被建立在喷嘴层上的低表面能树脂薄膜。
本文中公开的流体喷射器装置的实施方案有利地包括了涂层，其具有比下面的喷嘴层更低的表面能。本文中公开的涂层具有氟梯度，这据信实际上有助于在经受潜在有害的工艺如灰光后重建涂层的低表面能和高接触角的能力。无欲受限于任何学说，据信本文中公开的较低的表面能涂层还有助于油墨喷出、涂底料(priming)、和加料室与孔口板的维护，同时充分降低了在孔口板上的搅浊(puddling)和/或油墨堆积。
现在一起参看图1A和1B，流体喷射器装置10通常包括流体喷嘴层12(其具有限定于其中的孔口14)，和一个或多个环氧树脂层16(其建立在喷嘴层12上)。如下文中进一步讨论的，相比于喷嘴层12来说，环氧树脂层16具有显著较高的接触角，和显著较低的表面能。环氧树脂层16还具有氟梯度，使得，相比于相邻喷嘴层12存在的氟化物质F(示于图1B)，在环氧树脂层16的表面S存在更大量的氟化物质F。通常令人期望的是具有很少的或者没有相邻喷嘴层12存在的氟化物质F，因为靠近这种表面的这样的物质F可能导致在喷嘴层12和环氧树脂层16之间的潜在的分层。
在形成装置10的方法的一个实施方案中，形成喷嘴层12，然后在其上建立环氧树脂层16。在该方法的另一实施方案中，基本上同时形成和建立喷嘴层12和环氧树脂层16。后一方法例如可以通过干膜制造工艺来完成。
通常，喷嘴层12可以由任何合适的材料形成，所述材料能够经受住延长的对喷墨油墨的暴露。适用于形成喷嘴层12的材料的非限制性实例包括光可成像的环氧树脂，例如SU8(二缩水甘油醚双酚A(DGEBA)基负性光致抗蚀剂)、光可成像的聚硅氧烷型化学品如Polyset、光可成像的聚酰亚胺、聚降冰片烯、和/或类似物、和/或其组合。
通过将喷嘴层12的一个或多个区域暴露于UV光，随后暴露后烘烤以诱发环氧树脂的交联，随后除去未暴露的部分(例如使用合适的溶剂)，孔口14可以在喷嘴层12中形成。这样的除去形成了孔口14。孔口14的尺寸可以是用于从中喷射油墨的任何合适的尺寸。作为非限制性实例，孔口14直径范围为约6微米至约50微米。在另一非限制性实例中，孔口14直径范围为约7微米至约22微米。
其中具有氟梯度的环氧树脂层16可以通过下述方式形成：添加较高重量百分率的总氟化物质F(其可以基本上溶于一种或多种溶剂中)到环氧树脂，和然后将氟掺杂的环氧树脂暴露于烘烤工艺。在非限制性实例中，烘烤工艺在大约170℃进行。应将理解的是可以调节这一温度，这至少部分地取决于所选择的材料。
据信烘烤工艺驱使氟化物质F迁移到环氧树脂层16的表面S，由此形成梯度。还据信在烘烤工艺前输入环氧树脂的氟化物质F的量影响着在烘烤工艺后环氧树脂层16的表面S处存在的氟化物质F的量。如下文中进一步讨论的，期望的是被氟化物质F饱和的氟梯度部分位于环氧树脂层16的表面S。因而，“高重量百分率”的总氟化物质F，当本文中使用该短语时，是指添加到环氧树脂的氟化物质F的总量足以获得这样的氟梯度，其中在层16的表面S处的氟以令人期望的厚度存在。在一种实施方案中，在烘烤工艺前，至少约10wt％的总氟化物质F被输入环氧树脂中。作为非限制性实例，总氟化物质F的范围是约10wt％至约75wt％。
在一种实施方案中，氟化物质F具有约188g/mol的较低分子量到约488g/mol的较高分子量的分子量。这样的氟化物质F的非限制性实例包括缩水甘油基四氟丙醚，缩水甘油基八氟戊醚，缩水甘油基十二氟庚醚，缩水甘油基十六氟壬醚，十七氟壬基环氧乙烷，十二氟-6-(三氟甲基)庚基环氧乙烷，全氟烷基乙烯基醚，疏水的氟聚合物，和其组合。一些合适的氟化物质F的结构显示如下。
Figure GPA00001009781500031
缩水甘油基四氟丙醚
Figure GPA00001009781500032
缩水甘油基八氟戊醚
Figure GPA00001009781500033
缩水甘油基十二氟庚醚
Figure GPA00001009781500034
缩水甘油基十六氟壬醚
不受限于任何学说，据信氟化物质F的分子量越高，氟化物质F增加接触角并且降低环氧树脂层16的表面能越有效。还据信氟化物质F的分子量越低，氟化物质F更有效地输入到环氧树脂(即，该物质的溶解性增加)。
令人期望的是添加到环氧树脂的高分子量氟化物质的量足以提高所得的环氧树脂层16的接触角和降低所得的环氧树脂层16的表面能，使得相比于喷嘴层12来说，接触角是更高的并且表面能是更低的。在一种实施方案中，环氧树脂层16的接触角为约110°至约130°，而喷嘴层12的接触角为约15°至约60°。
由于较高和较低分子量氟化物质F的每一种可以获得令人期望的作用，在一种实施方案中，可能令人期望的是在环氧树脂层16中包括高和低分子量氟化物质F的混合物。不受限于任何学说，据信通过混合较高和较低分子量氟化物质F，相对大浓度的较高分子量物质能够溶于溶剂体系中。这可能至少部分地归于以下事实：较低分子量氟化物质的溶解度随着其分子量降低而增加。据信，较低分子量氟化物质的提高的溶解性提高了该物质作为助溶剂的能力，从而更有效地使高分子量氟化物质进入溶液中。这种实施方案可以进一步增加降低环氧树脂层16的表面能的效果，至少部分地因为存在于其中的较高分子量氟化物质的数量增加。
在包括较高和较低分子量氟化物质的混合物的一种非限制性实例性实施方案中，缩水甘油基十六氟壬醚或者缩水甘油基十二氟庚醚可被选作较高分子量氟化物质，缩水甘油基四氟丙醚或者缩水甘油基八氟戊醚可被选作较低分子量氟化物质。
如上所述，氟化物质F被溶解在含一种或多种溶剂的溶剂体系中。在包括SU8(例如，作为环氧树脂)的实施方案中，合适的溶剂的非限制性实例包括2-丙酮、1，3-二氧戊环和/或其组合。在包括光可成像的聚硅氧烷(例如，作为环氧树脂)的实施方案中，合适的溶剂的非限制性实例包括均三甲苯。在一些实施方案中，可能令人期望的是在溶剂中基本上完全溶解氟化物质F。据信这样的溶解有利地防止或者降低所得的薄膜具有相对差的光-可成像性和相对差的物理-化学完整性。
然后将基本上溶解的氟化物质F添加到环氧树脂。合适的用于环氧树脂层16的环氧树脂包括前述的干膜漆料(例如光可成像的环氧树脂，例如SU8)、光可成像的聚硅氧烷型化学品如Polyset、光可成像的聚酰亚胺、聚降冰片烯、三甲苯基光致抗蚀剂、和/或类似物、和/或其组合。
在一个方法实施方案中，其中具有氟梯度的环氧树脂层16被建立在喷嘴层12上。建立可以通过任何合适的沉积技术来完成，包括但不限于层压、干法涂布、幕帘涂布、旋转涂布(例如当使用溶于合适溶剂中的材料时)或其组合。应将理解的是可以选择性地沉积环氧树脂层16，使得其未建立在孔口14中。这样的选择性沉积可以例如通过下述方式来实现：通过其中形成孔口14的层施加正压力(其过程进一步描述在美国专利申请No.11/138,775中，申请日2005年5月26日，公开号2006/0268059，公开日2006年11月30日)，引入本文作为参考)，或者在已经通过暴露而图案化孔口14后并且在已经用溶剂形成/产生孔口14前沉积环氧树脂层16。在其它实施方案中，层16可以建立在喷嘴层12上，然后孔口14可以通过层12、16形成。
在本文中公开的方法的任何实施方案中，所建立的环氧树脂层16通常具有大于单层的厚度。作为非限制性实例，环氧树脂层16的厚度大于0.5微米。在进一步的非限制性实例中，环氧树脂层16的厚度为约2微米至约6微米。
所得的环氧树脂层16也基本上是耐用的。在一些实施方案中，由于所得的环氧树脂层16基本上耐受来自随后加工技术的有害作用(例如机械攻击、化学腐蚀等)，因而显示出这样的耐用性。在其它实施方案中，由于所得的环氧树脂层16能够经受住随后的加工(例如灰光或氧等离子体清除浮渣)而没有受到不可逆地有害影响，因而显示出这样的耐用性。不受限于任何学说，据信在表面S处氟化物质F的增加的数量有助于这样的耐用性。
环氧树脂层16的耐用性和厚度可能是令人期望的以便充分地保护层16免受由于在产品使用期限内的印刷头的自动化机械清洗和擦拭造成的磨损。
在一个实施方案中，流体喷射器装置10经受灰光(O2等离子体灰光)。灰光可以用于下游工艺，特别地在薄片的沟蚀刻期间。灰光有助于除去留在薄片的前表面上的残余物，其如果留在薄片上的话，可能阻止或降低下游沟蚀刻的启动，由此潜在地导致不完全的蚀刻。这样的工艺可以基本上破坏位于最接近表面S的氟化物质F，并且可以引起环氧树脂层16的表面能提高，使得其更接近喷嘴层12的表面能。
在这样的灰光工艺后，据信本文中公开的流体喷射器装置10的实施方案保留了显著数量的氟化物质F，即使在表面S处物质F被破坏的话。进一步相信这至少部分地由于以下事实：环氧树脂层16具有氟梯度，其中氟化物质F在表面S处饱和并且延伸到层16的一部分厚度中。
此外，灰光后环氧树脂层16(具有提高的表面能和降低的接触角)的表面能和接触角可令人想望地被重建到目标值，其分别低于和高于喷嘴层12的表面能和接触角。在一种实施方案中，这是通过如下方式完成的：加热层16到约150℃至低于层16中使用的环氧树脂的固化温度约20℃的温度。这种加热过程可以进行达适于降低表面能和提高接触角的时间周期。在一种实施方案中，加热进行达约30分钟至约90分钟的时间周期。据信这种灰光后烘烤工艺重建了环氧树脂层16的令人想望地高接触角和低表面能。
现在参看图2，描述了印刷机1000的实施方案，其包括喷墨加料室100，其结合了流体喷射器装置10。通常，室100包括基底18、建立在一部分基底18上的底料层20，和建立在一部分底料层20上的成室层22。如图2中描述的，流体喷射器装置10被配置使得喷嘴层12建立在成室层22上。基底18和层20、22形成了具有与其对准的孔口14(在层12、16中形成)的室24从而形成了用于其中存储的油墨的出口。
基底18可以是任何合适的基底，包括，例如，硅薄片。此外，底料层20和成室层22可以是适于存储喷墨油墨的任何层。对于这样的层20、22的合适的材料的非限制性实例是SU8、三甲苯基光致抗蚀剂、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚硅氧烷(例如Polyset)、聚降冰片烯、和/或类似物、和/或其组合。
在使用流体喷射器装置10的实施方案的方法的实施方案中，装置10被结合到印刷机1000中(参看图2)，并且油墨通过孔口14被喷射到基底表面(未示)上。应将理解的是当喷射油墨时，其在接触环氧树脂层16的部分处没有充分地附着到流体喷嘴层12，这至少部分地由于这种层16的降低的表面能/提高的接触角。
油墨组合物可以存储，例如，在喷墨加料室100的室24中。油墨组合物从室24通过孔口14喷射到至少一部分的介质基底上而形成图像(图形、文字、或类似物、或其组合)。所使用的油墨组合物的量至少部分地取决于待形成的令人期望的图像。
适于包括本文中公开的装置10的印刷机包括按需滴液(drop-on-demand)喷墨印刷机，如热敏或压电式喷墨印刷机。这样的印刷机的非限制性实例包括便携式按需滴液(drop-on-demand)喷墨印刷机(例如手持印刷机、手臂可安装的印刷机、手腕可安装的印刷机等)，桌式按需滴液(drop-on-demand)喷墨印刷机，或其组合。
虽然已经历述了数个实施方案，对本领域技术人员将显而易见的是可以改变所公开的实施方案。因此，上述说明书将被理解为示范性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种流体喷射器装置(10)，其包括：
流体喷嘴层(12)，限定了其中的孔口(14)；和
至少一环氧树脂层(16)，其建立在喷嘴层(12)上，至少一环氧树脂层(16)具有这样的氟梯度，其中在环氧树脂层(16)的表面(S)存在的氟化物质(F)的数量大于相邻于流体喷嘴层(12)存在的氟化物质(F)的数量；
其中至少一环氧树脂层(16)的接触角高于流体喷嘴层(12)的接触角。
2.权利要求1的流体喷射器装置(10)，其中环氧树脂层(16)包括光可成像的环氧树脂，光可成像的聚硅氧烷，光可成像的聚酰亚胺，聚降冰片烯，三甲苯基光致抗蚀剂，或其组合。
3.权利要求2的流体喷射器装置(10)，其中环氧树脂层(16)包括光可成像的环氧树脂并且还包括2-丙酮和1，3-二氧戊环的溶剂体系。
4.权利要求2的流体喷射器装置(10)，其中环氧树脂层(16)包括光可成像的聚硅氧烷并且还包括均三甲苯的溶剂体系。
5.权利要求1的流体喷射器装置(10)，其中氟化物质(F)选自缩水甘油基四氟丙醚，缩水甘油基八氟戊醚，缩水甘油基十二氟庚醚，缩水甘油基十六氟壬醚，十七氟壬基环氧乙烷，十二氟-6-(三氟甲基)庚基环氧乙烷，全氟烷基乙烯基醚，疏水的氟聚合物，和其组合。
6.权利要求1的流体喷射器装置(10)，其中至少一环氧树脂层(16)的厚度为约2微米至约6微米。
7.权利要求1的流体喷射器装置(10)，其中流体喷嘴层(12)的接触角为约15°至约60°，和其中至少一环氧树脂层(16)的接触角为约110°至约130°。
8.权利要求1的流体喷射器装置(10)，其中环氧树脂层(16)基本上是耐随后的工艺的，所述随后的工艺选自灰光、化学侵蚀、机械攻击、和其组合。
9.一种形成流体喷射器装置(10)的方法，其包括：
提供流体喷嘴层(12)，其具有限定于其中的孔口(14)；和
在建立在流体喷嘴层(12)上的环氧树脂层(16)中形成氟梯度，由此在环氧树脂层(16)的表面(S)存在的氟化物质(F)的数量大于相邻于流体喷嘴层(12)存在的氟化物质(F)的数量。
10.权利要求9的方法，进一步包括：
将环氧树脂层(16)暴露于至少一种随后的制造工艺，由此降低环氧树脂层(16)的表面能；和
重建环氧树脂层(16)的表面能。
11.权利要求10的方法，其中重建是通过加热环氧树脂层(16)到范围为从约150℃至低于环氧树脂层(16)中的环氧树脂的固化温度约20℃的温度达约30分钟至约90分钟的时间周期而完成的。
12.权利要求10的方法，其中至少一种随后的制造工艺选自灰光、TMAH湿法蚀刻、薄片割缝、薄片锯切、热循环、机械磨蚀、高压喷水、轻敲、或其组合。
13.权利要求9的方法，其中形成氟梯度是通过下述方式实现的：
添加预定量的氟化物质(F)至光可成像的环氧树脂，由此形成环氧树脂层(16)；和
将环氧树脂层(16)暴露于预定温度，由此至少一些氟化物质(F)迁移到环氧树脂层(16)的表面(S)。
14.权利要求9的方法，其中环氧树脂层(16)基本上与流体喷嘴层(12)同时形成，或者在流体喷嘴层(12)后形成。
15.权利要求14的方法，其中环氧树脂层(16)基本上与流体喷嘴层(12)同时形成，并且其中环氧树脂层(16)和流体喷嘴层(12)是通过干膜制造形成的；或者其中环氧树脂层(16)是在流体喷嘴层(12)后形成的，并且其中环氧树脂层(16)是通过层压、干法涂布、旋转涂布、幕帘涂布、或其组合而建立的。
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