TW200911545A - Fluid ejector device - Google Patents

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200911545 九、發明說明： 【有h明所屬之句I】 發明領域 本發明關於一種流體喷射器裝置。 5 【Λ* 】 發明背景 喷墨列印牽涉非衝擊性列印方法，其中墨水滴沉積在 列印介質上以形成所要的影像。於一些例子中，墨水及喷 墨印表機噴孔表面間的交互作用可能會引起不想要的效 10 果。

t 明内 J 發明概要 一種流體噴射器裝置，包括：一流體喷孔層，其中界 定一孔口；及至少一環氧樹脂層，設置於該噴孔層上，該 15至少一環氧樹脂層具有一氟梯度，其中出現在該環氧樹脂 層表面（S)之氟化物種(F)的數量大於出現在鄰近該流體喷 孔層之氟化物種(F)的數量；其中該至少一環氧樹脂層之接 觸角高於該流體噴孔層之接觸角。 一種形成流體喷射器裝置的方法，包括：備置具有— 2〇 孔口界定於其中之一流體噴孔層；及在設置於該流體喷孔 層上的一環氧樹脂層中形成一氟梯度，藉此出現在該環氡 樹脂層表面（S)之氟化物種(F)的數量大於出現在鄰近該流 體噴孔層之氟化物種(F)的數量。 圖式簡單說明 200911545 本揭露之實施例的特點與優點藉由參考以下的詳細戈 明及圖式將變得顯明，其中相似的元件編號對應相似的（雖 然也許並不完全相同的）組件。為簡明之故，具備先前打 述過之功能的元件編號或特點，當它們再度出現於其他臼 5 式時’可能被再次描述或不再描述。 第1A圖為流體喷射器裝置之一實施例的半簡化立體 圖； 4 第1B圖為第1A圖之流體喷射器裝置實施例之一部八 的放大半簡化立體圖，其顯示氟梯度的實施例；及 10 第2圖為包括流體噴射器裝置一實施例之噴墨啟動妒 一實施例的半簡化橫截面圖。 t實施方式3 較佳實施例之詳細說明 墨水及噴墨印表機喷孔表面之間的交互作用可能會導 15致喷孔堵塞、墨水膠化及/或等等。為了降低潛在非所要的 墨水-喷孔交互仙’喷孔表面已經以較低表面能量塗覆處 理。樹脂層與較高分子量表面能量降低劑已經被施用在嘴 孔表面。然而，一些較高分子量表面能量降低劑擴散至噴 孔表面，這些藥劑其中一些溶解於樹脂中。所以，在樹脂 20上之最終的較高分子量表面能量降低劑層相當地薄。在頂 部、低表面能量層具有大於喷孔的開口的地方，此種薄層 可能疋所要的，特別是使得處理及擦拭頂層更加地容易。 然而，在喷孔上含有這種層可能牽涉另外的及/或昂貴的製 程步驟。 200911545 電聚灰化製程已經被併入發明人所使用之製程，用以 形成熱喷科表機。Μ齡何黯簡束，據作灰 /或其他後續製程（諸如擦栻、高壓水喷霧、捲帶、晶 縫、晶圓鑛割、TMAH濕敍刻等等）可能有害於噴孔層1 的低表面能量樹脂膜。 此處揭露之流體喷射器裝置之實施例有利地包括—塗 覆層，其比下方的嘴孔層具有較低的表面能量。此處揭露 之塗覆層具有氟梯度，據信在潛在有害製程，諸如灰化， 處理之後，該塗覆層可有效地對重建塗覆層之低表面能量 =高接觸角的能力具有幫助。不想被任何理論所拘束，據 信此處揭露之較低表面能量塗覆層也加速墨水喷射、起動 及啟動腔及孔口盤的處理，同時實質地降低孔口盤上之膠 化及/或墨水累積。 夕

現一起參考第1A及1B圖’流體喷射器裝置1〇通常 15包括具有-孔口 14界定於其中之—流體噴孔層12，及一個 以上之環氧樹脂層16設在喷孔層12上。如以下將詳細討 論者，環氧樹脂層16較噴孔層12具有實質上較高的接觸 角及實質上較低的表面能量。環氧樹脂層16也具有氟梯 度，如此出現在環軋樹脂層16表面S之氟化物種f的數 2〇里比出現在鄰近嗔孔層12者為大(如第iB圖所示）。通常 是所要的是很少或沒有氟化物種F出現在鄰近喷孔層12 處’因為此種物種F靠近這介面可能會造成喷孔層12及 壤氧樹脂層16之間的潛在去層化。 於形成裝置10之方法之一實施例中，形成喷孔層12， 7 200911545 然後環氧樹脂層16 μ 喷孔層12及環氧於眚其上。於該方法之另一實施例中， 方法可以例如葬由=實質上同時地形成及設立。後—個 一/#由乾性膜製造方法而達成。 般而D喷孔層12由任何可以長期暴 而形成。合適形成噴孔層12之材 制性貝例包括％錢_氧化物，諸如 _ 10 15 阻)，二: 冰_相二亞胺， 孔層步驟形成於喷孔層12中:將嘴 引發環氧物_，接著X露於，料㈣烤以 分，此種移除二未暴露部 ，何合適的尺寸。如-非限制性實例，孔二 ΓΛ!^至約％微米。於另一非限制性實例中，孔口 直後範圍從約7微米至約22微米。 量 劑)5援“ 、7貫質也/奋解於-個以上的溶 W脂’然後使該氟摻雜的環氧樹脂進行至洪烤製 限制性實例中，烘烤製程發生於約 以被2爾，⑽繼細㈣，此溫度可 、據信供烤製程驅動氟化物種？移動至環氧樹脂層 的表面S，藉此形成梯度。更相信的是，於供烤製程前加 20 200911545 進環氧樹脂中之氟化物種F的量會影響在烘烤製程後出現 在環氧樹脂層16表面S之氟化物種F的量。如以下將詳 細描述者，所要的是部分以氟化物種F飽和之氟梯度係位 在環氧樹脂層16之表面S。如此，此處所使用之術語“高 5 重量百分比”的氟化物種F意指加入環氧樹脂之氟化物種 F的總量足以達到一種氟梯度，其中在層16表面S之氟以 所要的濃度出現。於一實施例中，於烘烤製程前至少約10 wt%的氟化物種F被加入環氧樹脂中。如一非限制性實 例，該氟化物種F的範圍從約10 wt%至約75 wt%。 10 於一實施例中，氟化物種F的分子量範圍從較低分子 量之約188g/mol至較高分子量之約488 g/mol。此種氟化 物種F的非限制性實例包括環氧丙基四氟丙基醚、環氧丙 基辛氟戊基醚、環氧丙基十二氟庚基醚、環氧丙基十六氟 壬基醚、十七氟壬基環氧乙烷、十二氟-6-(三氟甲基）庚基 15 環氧乙烷、全氟烷基乙烯基醚、疏水性氟聚合物及其等之 組合。一些合適之氟化物種F的結構顯示於下。 200911545 f2hc

Glycidyl tetrafluoropropyl ether

F2HC F2H(SF2c\〇

Glycidyl octafluoropentyl ether

、cf2CFW

Glycidyl dodecafluoroheptyl ether

WWW。

Glycidyl hexadecafluoronony丨 ether 不想被任何理論所拘束，據信氟化物種F之分子量越 高，氟化物種F增加環氧樹脂層16之接觸角及降低環氧 樹脂層16之表面能量的效果也越好。也據信氟化物種F 5 之分子量越低，氟化物種F注入環氧樹脂中的效果越好 (即該物之溶解度增加）。 加入環氧樹脂中之高分子量I化物種的數量足以增加 所得環氧樹脂層16之接觸角及降低所得環氧樹脂層16之 表面能量係所要的，如此，與喷孔層12相較，環氧樹脂層 10 16之接觸角較高且表面能量較低。於一實施例中，環氧樹 脂層16之接觸角的範圍從約110°至約130°，而喷孔層12 之接觸角的範圍從約15°至約60°。 由於每個較高及較低分子量的氟化物種F可以達到 所要的效果，於一實施例中，於環氧樹脂層16中包括高與 15 低分子量氟化物種F的混合物是所要的。不想被任何理論 10 200911545 所拘束，據信藉由混合較高及較低分子量的氟化物種f, 相當大濃度之較高分子量氟化物種能夠溶解在溶劑系統 中。此至少部分地可歸因於當氟化物種之分子量減少時， 較低分子量氟化物種的溶解度增加。據信較低分子量氟化 5物種增加之溶解度增進該物作為共溶劑的能力以更有效率 地將咼分子塁氟化物種帶入溶液。此實施例可更增加琴氧 樹脂層16之表面能量降低的效果，至少部分係因為其中出 現之較高分子量氟化物種數量的增加。 於一非限制性實施例中包括較高及較低分子量氟化物 10種、環氧丙基十六氟壬基醚或環氧丙基十二氟庚基醚的混 合物可被選作較高分子量氟化物種，而環氧丙基四氟丙基 醚或環氧丙基辛氟戊基醚可被較低分子量氟化物種。 如前所述，氟化物種F溶解於含有一個以上溶劑的溶 劑系統。於包括SU8(如作為環氧樹脂)之實施例中，合適溶 15劑的非限制性實例包括2-丙酮、1，3-二氧戊烷及/或其等之 組合。於包括可光成像之聚矽氧烷(如作為環氧樹脂）之實施 例中，合適溶劑的非限制性實例包括1，3 , 5_三甲笨。於 一些實施例中，實質完全地溶解氟化物種F於溶劑中是所 要的。據信此種溶解有利地防止或降低最終之膜之具有相 20 當不良的光成像性及相當不良的物化完整性。 實質溶解的氟化物種F然後被加入環氧樹脂中。用於 環氧樹脂層16之合適的環氧樹脂包括先前提到的乾骐漆 (如可光成像的環氧化物’例如SU8)，可光成像的聚妙氧燒 為底的化學品，諸如Polyset，可光成像的聚醯亞胺，聚降 11 200911545 冰片烯，三甲基苯為底的光阻及/或相似物，及/或其等之組 合0 於該方法之一實施例中，其中具有氟梯度的環氧樹脂 層16被設在喷孔層12上。此種設立可以經由任何合適的 5 沉積技術而達成，包括但不限於層疊、乾塗覆、幕式塗覆、 旋轉塗覆（如當使用溶解於合適溶劑的材料時）或其等之 組合。應該要了解的是，環氧樹脂層16可被選擇地沉積使 得其不會被設置於孔口 14中。例如藉由施加一正壓通過孔 口 14形成於其中的層，此種選擇性沉積可被達成（該製程 1〇進—步描述於2005年5月26日提出申請之美國專利申請 案序號第11/138,775號，其於2006年u月3〇日公開為美 國專利公開案第2006/0268059號，該等案件被併入此處作 為參考），或藉由孔π 14經由暴露已經被_化之後及孔 口 Μ已經以溶劑形成/發展之前，沉積環氧樹脂層16，此 15種選擇性沉積可被達成。於其他實施例中，該層16可被設 在噴孔層12上，然後孔口 14可通過層以與兩者而被 20 於此處揭露方法之任一實施例中，該被設置之環氧樹 曰層二大致具有大於單—層的厚度。於—非限制性實例 ，環氧樹脂層16的厚度大於〇 性實例中，環“ d卡。於另-非限制 广中贼樹脂層16之厚度的範圍從約2微米至約6 侃C木。 中 Γ得的環氣樹脂層16也為實質地堅固。於-些實施例 種堅固性之呈現係由於所得的環氧樹脂層π可實質 12 200911545 地對抗來自後續處理技術(如機械性攻擊、化學性攻擊等等) 的破壞效果。於其他實施例中，此種堅固性的展現係由於 所得的環氧樹脂層16具有對於後續製程(如灰化或氧電漿 清除浮渣）的耐受力而沒有產生不可回復之有害影響。不邦 5被任何理論所拘束，據彳έ在表面S處之氟化物種f數量的 增加有助於此種堅固性。 環氧樹脂層16之堅固性及厚度是所要的，其實質地保 護層16使保護層16免於在產品服務期限期間之列印頭之 自動機械清潔及擦拭中磨損。 10 於一實施例中，流體喷射器裝置10容易受到灰化（〇 電漿灰化）的影響。灰化可被用於下游製程’特別是在晶圓 之槽蝕刻期間。灰化幫助移除餘留在晶圓前表面上的殘 渣，此等殘渣若留在晶圓上可阻止或降低下游槽蝕刻的開 始，如此潛在地導致不完全的蝕刻。此種製程實質地破壞 15位於最接近表面s的氟化物種F，且可引起環氧樹脂層W 之表面能量的增加，如此使環氧樹脂層16的表面能量接近 噴孔層12的表面能量。 ;此灰化製程之後，據彳s此處揭露之流體噴射器裝置 2 1〇的實施例依然㈣-定實質數量的氟化物種F，即使在 t面s處之該？物被損鍍。進—步相信的是，這是至少部 於裒氧料骑層16具有氟梯度的緣故，其中在表面s 處遠亂化物種F被飽和且延伸進人該層16之部分厚度内。 ，仰更且，灰化後（具有增加的表面能量與減少的接觸角） ^氧祕知層16之表面能量與接觸角可以想要地被重設至 13 200911545 分別地比喷孔層12之表面能量與接觸角較低及較高的數 值。於一實施例中，這可以藉著將層16加熱至比層16所 使用之環氧樹脂的固化溫度低約150°C至約20°C的溫度範 圍而達成。以合適於降低表面能量與增加接觸角的一段時 5 間加熱可以達成此製程。於一實施例中，實行加熱之時段 範圍從約30分鐘至約90分鐘。據信這個灰化後之烘烤製 程重設環氧樹脂層16所要的高接觸角與低表面能量。 現參考第2圖，其描述包括有併入流體喷射器裝置10 之喷墨啟動腔100的印表機1000之一實施例。大致上，腔 10 100包括一基材18，一開始層20設在部分基材18上，及 一腔形成層22設在部分開始層20上。如第2圖所示，流 體喷射器裝置10構形為該喷孔層12係設在腔形成層22 上。基材18與層20，22形成腔24，其具有與腔對齊的孔 口 14 (形成在層12，16中）以形成腔中儲存之墨水的出口。 15 基材18可以為任何合適的基材，包括例如石夕晶圓。更 且，開始層20及腔形成層22可為任何適於儲存喷墨墨水 的層。用於此種層20，22之合適材料的非限制性實例為 SU8、三甲基苯為底的光阻、聚醯亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚矽氧烷（如Polyset)、聚降冰片烯及/或相似 20 物，及/或其等之組合。 於一使用流體喷射器裝置10實施例之方法的實施例 中，裝置10併入印表機1000中（見第2圖），墨水喷射通 過孔口 14至基材表面上（未圖示）。應了解的是，當墨水被 噴射時，其不會在接觸環氧樹脂層16的部分實質地黏附至 14 200911545 流體喷孔層12’這至少部分是因為此屉 /接觸角增加。 ㈢16之表面能量降低 墨水組成物可被儲存，例如於噴 中。墨水組成物從腔24通過孔口 14啟動腔100之腔24 介質基材上以形成影像（圖率〜、射到至）一部为的 ^ ~或相似物，或其等之 組合）。墨水减物的㈣U少部分地㈣所要形成的影 像而決定。 適於包括此處揭露之裝置1〇的印表機包括按需要喷墨 型之喷墨印表機，諸如熱或壓電喷墨印表機。此種印表機 10之非限制性實例包括可絲式按需要喷墨型噴墨印表機 (如’手持式印«、可安裝於f上之印表機、可安裝於腕 上之印表機等等），桌上型按需要喷墨型嗔墨印表機，或其 專之組合。 雖然數個實施例已經被詳細地描述，習於此藝者明瞭 15所揭露之實施例可以被修改。所以，前面的描述應該被認 為是例示而非限制 【圖式簡單說明；] 第1A圖為流體噴射器|置之一實施例的半簡化立體 同 · 圖， 20 第1B圖為第1A圖之流體噴射器裝置實施例之-部分 的放大半簡化立體圖，其顯示氣梯度的實施例；及 第2圖為包括流體噴射器裝置一實施例之喷墨啟動腔 一實施例的半簡化橫截面圖。 【主要元件符號說明】 15 200911545 ίο...流體喷射器裝置 12…流體喷孔層 14.··孔口 16…環氧樹脂層 18…才 20...開始層 22.. .腔形成層 24…腔 100.. .喷墨啟動腔 1000.. .印表機 5.. .表面 16

Claims (1)

1. 200911545 十、申請專利範圍： 1. 一種流體喷射器裝置，包括： 一流體喷孔層，其中界定一孔口；及 至少一環氧樹脂層，設置於該噴孔層上，該至少一環氧 5 樹脂層具有一氟梯度，其中出現在該環氧樹脂層表面（s) 之氟化物種(F)的數量大於出現在鄰近該流體喷孔層之氟 化物種(F)的數量； 其中該至少一環氧樹脂層之接觸角高於該流體喷孔層之 接觸角。 10 2.如申請專利範圍第1項之流體喷射器裝置，其中該環氧 樹脂層包括可光成像的環氧化物、可光成像的聚矽氧 烷、可光成像的聚醯亞胺、聚降冰片烯、三曱基苯為底 的光阻、或其等之組合。 3. 如申請專利範圍第2項之流體喷射器裝置，其中其中該 15 環氧樹脂層包括該可光成像的環氧化物及更包括2-丙酮 及1，3-二氧戊烷的溶劑系統。 4. 如申請專利範圍第2項之流體喷射器裝置，其中該環氧 樹脂層包括該可光成像的聚矽氧烷及更包括1，3，5-三 甲苯的溶劑系統。 20 5.如申請專利範圍第1項之流體喷射器裝置，其中該氟化 物種(F)係選自環氧丙基四氟丙基醚、環氧丙基辛氟戊基 醚、環氧丙基十二氟庚基醚、環氧丙基十六氟壬基醚、 十七氟壬基環氧乙烷、十二氟-6-(三氟曱基）庚基環氧乙 烷、全氟烷基乙烯基醚、疏水性氟聚合物及其等之組合。 17 200911545 6. 如申請專利範圍第1項之流體喷射器裝置，其中該至少 一環氧樹脂層之厚度的範圍從約2微米至約6微米。 7. 如申請專利範圍第1項之流體噴射器裝置，其中該流體 喷孔層之接觸角的範圍從約15°至約60°，及其中該至少 5 一環氧樹脂層之接觸角的範圍從約110°至約130°。 8. 如申請專利範圍第1項之流體喷射器裝置，其中該環氧 樹脂層實質上對抗後續的製程，該後續的製程選自灰 化、化學攻擊、機械攻擊及其等之組合。 9. 一種形成流體喷射器裝置的方法，包括： 10 備置具有一孔口界定於其中之一流體喷孔層；及 在設置於該流體喷孔層上的一環氧樹脂層中形成一氟梯 度，藉此出現在該環氧樹脂層表面（S)之氟化物種(F)的數 量大於出現在鄰近該流體喷孔層之氟化物種(F)的數量。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，更包括： 15 將該環氧樹脂層暴露於至少一後續的製作過程，藉此減 少該環氧樹脂層的表面能量；及 重設該環氧樹脂層的表面能量。 11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中經由加熱該環氧樹 脂層達一段約30分鐘至約90分鐘的時間範圍而達到一 20 溫度範圍而完成重設，該溫度範圍係比該環氧樹脂層中 之環氧樹脂的固化溫度低約150°C至約20°C。 12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該至少一後續的 製作過程係選自灰化、TMAH濕蝕刻、晶圓開縫、晶圓 鋸割、熱循環、機械磨蝕、高壓水喷霧、捲帶或其等之 18 200911545 * 組合。 13.如申請專利範圍第9項之方法，其中形成該氟梯度係 藉由下述步驟完成： 添加一預定數量之該氟化物種（F)至可光成像的環氧化 5 物，藉此形成該環氧樹脂層；及 暴露該環氧樹脂層於預定溫度，藉此至少一些該氟化物 . 種(F)移動至該環氧樹脂層的表面（S)。 . 14.如申請專利範圍第9項之方法，其中該環氧樹脂層與 該流體喷孔層實質上同時地形成，或該環氧樹脂層形成 10 在該流體喷孔層之後。 15.如申請專利範圍第14項之方法，其中該環氧樹脂層與 該流體噴孔層實質上同時地形成，且其中該環氧樹脂層 . 及該流體喷孔層係經由乾膜製作形成；或其中該環氧樹 脂層形成在該流體喷孔層之後，且其中該環氧樹脂層經 .15 由層疊、乾塗覆、旋轉塗覆、幕式塗覆或其等之組合而 ' 設置。 19