TW200927504A - Ambient plasma treatment of printer components - Google Patents

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200927504 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於列印系統，且詳言之，係關於清 洗或處理喷墨印表機元件或器件。 【先前技術】 喷墨列印器件之操作依賴於特元件之穩定表面性質， 該等元件包括喷嘴板表面、噴嘴孔表面及諸如溝槽（gut㈣ 或液滴捕集器之液滴捕集機構之表面。舉例而言， e CGleman等人在美國專利第仍6，127，198號中論述了喷墨器 件之流體喷射器内部具有親水性表面及諸如喷嘴正面之外 表面上具有疏水性的需要。Bowling在美國專利第 6,926,394號中描述了對用於連續式喷墨印表機之液滴捕集 器上之疏水性表面的需要。 元件之表面性質受其表面化學組合物及來自多種源（諸 如，至内空氣中之烴化合物、諸如表皮片之碎片及塵土微 粒，以及來自油墨之沈積顆粒）之污染程度影響。因此， ® 纟墨列印器件元件之清洗及維護對於-致列印效能為關鍵 的0 清洗喷墨列印器件之表面之—常用技術包括在清洗液中 洗滌，見（例如）sharma等人之美國專利第6，193,352號； FaSSler等人之美國專利第ό，726,304號及Andersen之美國專 利第5,790,146號。然而，在清洗液中洗務喷墨器件元件並 非為可實行的維護方法，因為其需要提供具有清洗液之浴 池且通常需要將器件自印表機中移除。因此，較佳對器件 133535.doc 200927504 元件塗覆表面塗層且藉由可在原地實施之技術清洗器件元 件。 製備噴墨列印器件之表面之另一常用技術包括塗覆類似 以下文獻中所描述之彼等塗層之疏水性或疏液性塗層： C〇leman等人之美國專利第6，127，198號（具有氟化烴之類金 . 剛石碳）；Yang等人之美國專利第6,325,490號（疏水性烷基 硫醇之自組裝單層）；Drews之美國專利第5，136,31〇號（烷 基聚矽氧烷及其變型）；Narang等人之美國專利第5,2i8,38i Φ 號（摻雜聚矽氧之環氧樹脂）；及Skinner等人之美國專利第 6,488,357號（塗佈有機硫化合物之金）。然而，此方法具有 若干限制。舉例而言，塗層傾向於妨礙器件用途。 用於表面清洗之另一常用技術包括藉由橡膠或某一其他 合適之軟材料之”葉片”刮擦表面，見（例如汨丨以丨等人之美 國專利第6,517，187號；及Mori等人之美國專利申請公開案 第2005/0 185016號。然而，此方法具有若干限制。舉例而 言，刮擦最終可能降級器件表面之非潤濕特徵。 〇 在已知用以維護喷墨列印器件元件之關鍵表面性質之當 前方法的限制的情況下，以下將係有利的：在不必移除完 全組裝之列印器件之元件的情況下清洗並製備該等元件上 的表面，以使得可週期性地或視需要恢復或維護所要的表 面條件。使用材料及能量消耗減少之製程將亦係有利的。 用於塗佈及清洗之電漿製程—般*言比基於液體之製程 更有效地使用材料。此外，可使用電聚來製備及沈積多種 舉例而& ’可藉由將單體材料饋送至電黎環境中而 133535.doc 200927504 藉由電漿聚合形成聚合物材料’如在乩心扣如之piasma

Polymerizatior^Academic 1985)中所描述的；Kuhman 等人 在美國專利第6,444,275號中所描述的（在熱噴墨器件上沈 積含氟聚合物膜）；及DeF〇sse等人在美國專利第6,666,449 號中所描述的（在星形輪表面上沈積含氟聚合物膜）。

Kuhman等人在美國專利第6,243，112號中亦描述了用於 沈積類金剛石碳之電漿製程之使用，且進一步在含氟氣體 中使用電漿處理以使類金剛石碳膜氟化。可藉由將半導體 (例如，Si)或含金屬（例如，Ta)前驅物氣體及各別含氧或 含氮氣體饋送至電漿環境中而沈積半導體氧化物或氮化物 及金屬氧化物或氮化物’如Martinu及p〇itras (J. Vac. Sci Technol. A 18(6)，2619-2645(2000))所論述的；Kagan〇wicz 等人在美國專利第us 4,717,631號中所論述的（描述用於由

SiH4、NH3及ΝζΟ前驅物之混合物形成氮氧化破鈍化層之 電漿增強化學氣相沈積（PECVD)的使用）；Hess在美國專利 第4,7 19,477號中所論述的（描述在熱喷墨列印頭之製造中 用於在鎢導電迹線上沈積氮化矽之PECvd的使用）；及

Shaw等人在美國專利第5,61〇,335號中所論述的（描述在微 機械加速度計之製造中用於鈍化溝槽側壁之PECvd氧化物 的使用）。 亦熟知電漿用於韻刻及清洗應用。尤其熟知含氧電漿用 於有機及烴殘餘物之移除，見（例如）Fletcher等人之美國專 利第4,088,926號、Williamson等人之美國專利第5,514,936 號），及用於半導體處理中之殘餘光阻材料之移除（通常稱 133535.doc 200927504 作灰化），見（例如）Christensen等人之美國專利第3,705,055 號、1^丨1261之美國專利第3,875,068號、丑613丨11等人之美國 專利第US 3,879,597號及Muller等人之美國專利第 4,740,410 號。 在如上所述之常用電漿處理中，在減壓下（通常低於2毫 巴或200帕或約略1.5托）進行清洗、蝕刻或沈積製程，因此 需要在真空腔室中進行處理製程。由於真空外殼提供之受 控環境，多種蝕刻、清洗、表面化學改質及沈積製程可容 φ 易地在此等低壓電漿製程中實行。 亦已知大氣壓電漿。與低壓電漿製程對比，在周境空氣 中執行之電漿通常限於基於活性氧物質之清洗及表面化學 改質製程。用於工業應用中之典型大氣壓電漿為電暈放電 及介電質阻擋放電》介電質阻擋放電尤其為塗佈、疊層及 金屬化製程中用於水淨化及用於聚合物表面改質應用之臭 氧產生中熟知的。與在低於paschen曲線（亦即，崩潰電壓 V依據Pd(壓力P與電極間隙d之乘積））上之最小值之pd值下 Ο 操作之低壓電漿對比，此等高壓電漿在高於曲線中之最小 值之Pd值下操作且通常在外加電壓方面以較高數量級操 作雖然電暈放電具有漫射類輝光特性，但其通常可支援 低功率密度。通常在低射頻（亦即，大致10 kHz至100 kHz) 至中等射頻（亦即，大致1〇〇 1<;112至丨MHz)下驅動之介電質 阻擋放電可支援較高功率密度，且電崩潰在突崩效應及射 光形成上繼續進行。介電質阻播之區域充電建立一切斷射 光且防止形成電弧之相反電場（高電流、低壓放電，其中 133535.doc 200927504 氣體經充分加熱以產生顯著離子化）。藉由交替施加至放 電間隙之高壓而在每一半循環中於相反方向上形成射光。 已證明介電質阻擋放電有用於列印工業中作為改質基板表 面以容納油墨之手段《此放電之高壓操作（1〇 kv* 1〇 kv 以上）及絲狀性質對將此技術擴展至其他應用存在嚴重限 制。 雖然諸如DBD之大氣壓電漿常常應用於聚合物之表面改 質中及用於污染減少之氣體處理中，但亦已開發大氣壓電 φ 聚用於電漿沈積製程。實例包括Slootman等人在美國專利 第5,576,076號中所描述的用於以卷軸式格式塗佈Si〇x之基 於DBD之製程；如Sieber等人在美國專利第7〇416〇8號中 所描述的用於在有機發光二極體器件上沈積薄碳氟化合物 層之 APGD;及 Bardos及 Barankova在"Characterization of Hybrid Atmospheric Plasma in Air and Nitrogen"(Vacuum Technol〇gy & Coating 7(12) 44-47(2006))中所描述的用於 沈積類金剛石碳之混合中空陰極微波放電。 ® 在大面積電漿改質製程中，介電質阻擋放電（DBD)之高 操作電壓及空間非均勻性常常被證明為不合需要。達成大 氣麼下之低壓放電（大氣壓輝光放電或APGD)之均勻類輝 光特徵的努力使用了多種技術，包括將氦及其他原子氣體 添加至介電質阻檔放電及/或仔細選擇介電質阻擋放電藉 以執行之駆動頻率及阻抗匹配條件，見（例如）Uchiyama等 人之美國專利第號；Roth等人之美國專利第 5’414,324號；及R〇inach等人之美國專利第5,714,308號。 133535.doc • 10- 200927504 不需要介電質阻播之其他方法包括：結合適當電極組態使 用氦及射頻功率（例如，13.56 MHz)，見（例如心―之美 國專利第5,961，772號（描述大氣壓電漿噴射）；及將電衆源 定標至可在比典型低壓放電高之麼力下達成接近Μ — 最小值之Pd值的尺寸，見（例如）Eden等人之美國專利第 M95,664號及c〇〇per等人之美國專利申請公開案第 2004/0144733號（描述微中空陰極放電）。 、在典型電漿清洗及電漿處理製程中，或者將待處理或待 © 清洗之物品置放於產生電漿之處理腔室中（亦即，使用固

定基板之製程），或者傳送待處理或待清洗之物品通過電 漿區(亦即’使用平移基板之製程前者模式之製程之實 例為半導體製造中之光阻之電漿灰化(見先前引用的參照 案）。在此等應用中，電極系統通常獨立於待處理之物 品，且物品之表面通常處於浮動電位（亦即，當呈現給電 漿時電絕緣物件自然獲得的電位），以使得物件不吸引淨 電流；通常此電位大致為低於電漿電位10-20伏特，差值 ® 視電漿中之電子溫度而定’見（例如）M. A MW及A J. Uchtenberg 之 Principles 〇f 仏醒❿如抑 _ Mater油 Processing ⑽叮，^ 驗（i994))。後者模式 之實例（其中傳送待處理之物品通過電聚區）為聚合物卷荡 紙（polymerweb)之電黎處理，見（例如等人之美國專 利第5’425’98G號，· Tamaki等人之美國專利第（Μ，術號； 及Denes等人之美國專利第6,082,292號。 在-些卷箱紙處理技術中，卷笛紙電浮動，而在其他技 133535.doc 200927504 術中，卷荡紙置放於陰極套中，見（例如）Grace等人之美國 專利第6,603’121號及Grace等人之美國專利第6 399 159 號，且經歷來自通過高壓套加速之離子的高能轟擊（如用 於矽晶圓上之微電子電路之製造中的電漿蝕刻製程中典型 的）。在此等方法中，處理呈現給電漿之整個基板表面。 • 此外，在不將噴墨列印器件元件自噴墨列印系統中移除的 h況下，此等方法中之任一者均不與處理噴墨列印器件元 件相容。 〇 不管操作之壓力範圍，典型電漿處理技術使用巨觀電 漿，且製程功率及面積傾向於高的。舉例而言，用於蝕刻 半導體晶圓之典型電源能夠傳遞kw且晶圓面積通常在 180 cm2至7〇〇 cm2之範圍中。對於丨_2 m之卷镇紙寬度及大 約〇.3 m長之處理區，用於電漿卷箔紙處理器件之電源通 常能夠傳遞1_1〇 kW。因此，將該等大尺度方法調適成僅 處理器件表面積之一小部分將低效率地使用能量且將由於 缺乏提供需要在該等大尺度方法中所涉及之大容積或面積 © 上應用的所需區域能量密度的能力而可能限制處理速度。 另外，器件中之電漿敏感元件可由於器件暴露於大尺度電 漿而被損壞。 微尺度電漿（亦即’藉由在至少一尺寸中具有亞毫米範 圍特徵化的電漿）提供區域化電漿處理且，如上文所提及 的，由於Pd定標而提供較高操作壓力。使用微尺度電漿之 區域化電漿處理之實例為使用圖案化電漿電極在基板上產 生微尺度電漿區域以在所要圖案中添加材料或移除材料， 133535.doc •12- 200927504 如Gianchandani等人在美國專利第6,827,870號中所描述 的。針對在1-7 W/cm2範圍中之外加功率密度及在2-20托範 圍中之氣體壓力揭示蝕刻製程結果。雖然此等壓力顯著高 於傳統低壓電漿製程（亦即，<1托），但其頗低於大氣壓 (760托）且，因此，Gianchandani未教示或揭示用於在接近 大氣壓下操作之微尺度放電源的設計》

Cooper等人之微中空陰極源旨在提供用於水淨化之強烈 紫外光且經展示在比Gianchandani所揭示之壓力高的麼力. ❿ （200-760托）下操作。Mohamed等人最近揭示的微中空陰極 源（美國專利申請公開案第US 2006/0028 145號）之目標為在 大氣壓下產生微電漿喷射。在前者狀況下，產生需要的紫 外線發射之能力視放電氣體之選擇及器件之操作條件而 定。在後者狀況下，微中空陰極器件亦用作氣體喷嘴，且 喷射特性視喷嘴設計及流動條件以及電漿條件而定。 大氣壓微尺度電漿源之其他實例包括Stoffels等人所描 述之電漿針（Superficial treatment of mammalian cells using O plasma needle; Stoffels, E.; Kieft, I. E.; Sladek, R. E. J.

Journal of Physics D: Applied Physics (2003), 36(23), 2908-2913)、Coulombe等人所揭示之窄電漿噴射（美國專利 申請公開案第20〇7/0029500號）；Eden等人之微腔陣列（美 國專利申請公開案第S 2003/0132693號）；Vojak等人所描 述之多層陶瓷微放電器件（美國專利申請公開案2002/0113553); 及Hopwood等人之低功率電漿產生器（美國專利申請公開案 第2004/0164682號）。Stoffels等人之電漿針旨在哺乳動物 133535.doc -13 - 200927504

組織中之活細胞之表面改質。Coulombe等人之窄電聚嘴射 亦係針對生物應用，諸如表皮處理、癌細胞之银刻及有機 薄膜之沈積。Eden等人之微腔陣列旨在發光器件，且 Voj ak等人之多層陶瓷微放電器件係針對發光器件或與多 層陶曼積體電路整合之微放電器件。Hopwood等人之低功 率電漿產生器（其使用具有放電間隙之高Q諧振環）係針對 攜帶型器件及諸如生物殺菌、小尺度處理及微量化學分析 系統之應用。除此等放電之類輝光特徵之外，其通常在大 氣壓或近大氣壓下操作，且其係空間區域化的。因此，具 有類似於低壓電漿之操作特性的大氣壓下選定之區域化區 域之電漿處理係可能的。 上文所提及之微尺度大氣壓電漿源可產生用於噴墨列印 器件元件之清洗或處理的有用區域化電漿處理。此等狀況 中均未提及將電漿處理選擇性地應用於含有敏感電子器件 (諸如’ CMOS邏輯及驅動器）之印表機元件或器件（諸如， 嘴墨列印頭）之區域化區域，此等狀況中亦未關注將需要 在元件之特定區域中產生反應物晳从瓶立r u 入死物質的顯者區域化通量以便 以合理之處理時間及最小指撩Α _ , 取』相壞來處理元件的快速處理時 間。此外，此等狀況中均未教 不敬不微尺度放電電極系統直接 至經設計以用於列印之器件中 甘士 ，， T的整合，其争列印器件之元 件用作用於產生電漿之電極糸& —系統之部分’ Α等狀況中亦未 教示微尺度放電之用於清洗、匍 一 T死製備或以其他方式維護噴墨 列印元件之表面性質的使用。 雖然一般熟習列印技術者可 $了此熟悉用於列印基板之表面 133535.doc 200927504 處理之介電質阻擋放電或其變型（因為列印製程在大氣壓 下執打），但是自工作流程及資金成本之觀點看將認為在 真空條件下執行之大多數電漿製程為禁止的。具有類似於 真空電漿製程之彼等特性之特性且具有引入經定製用於清 洗、蝕刻或沈積之特定電漿化學處理之可能的在大氣壓下 . 執行電漿製程的能力係高度需要的且在列印技術中係未知 的。進一步需要具有在不對列印系統之關鍵元件有機械或 電損壞之情況下使用與噴墨印表機元件相容之幾何形狀有 ❹ 效地進行該等製程的能力。電漿技術整合至列印系統中用 於不同於列印或基板改質之應用係高度需要的。 因此，存在對與喷墨列印系統整合且可在不對列印器件 元件引起損壞的情況下操作之電漿處理製程的需要。 【發明内容】 根據本發明之一態樣，一種處理印表機元件之方法包括 最接近待處理之印表機元件而提供一電極；在最接近待處 理之印表機元件之區域中引入電漿處理氣體；及藉由將電 ® 力施加至電極藉此在近大氣壓下產生微尺度電漿來處理印 表機元件，微尺度電漿作用於印表機元件上。 根據本發明之另-態樣…種列㈣包括噴嘴孔及與嘴 嘴孔液體連通之液體腔室《液滴形成機構與喷嘴孔及液體 腔室中之一者相關聯。電路與液滴形成機構電連通。電屏 蔽與列印頭整合以屏蔽液滴形成機構及電路中之至少—者 以免受外部電力源。 根據本發明之另一態樣，一種印表機包括印表機元件及 133535.doc 200927504 與印表機元件整合之至少一電極。該至少一電極經組態以 在近大氣麼下最接近印表機元件而產生微尺度電漿。 【實施方式】 在下文所呈現的本發明之較佳實施例之詳細描述中，參 看隨附圖式。 •當前描述將尤其針對形成根據本發明之裝置之一部分或 與根據本發明之裝置更直接地協作的組件。應理解，未具 體展示或描述之組件可採用熟習此項技術者所熟知的各種 ❹ 形式。 喷墨印表機含有多個印表機元件或器件。術語元件、術 語器件及術語印表機元件可互換地使用，且其指代嘴墨印 表機中之機械、光學、電光學、機電或電氣子總成^喷墨 列印器件為當經適當互連時能夠在基板上產生列印影像之 印表機元件或器件的組裝集合。印表機元件為噴墨印表機 中之在喷墨印表機運行或操作期間的任何時間使用的任何 總成或器件（不管目的）。印表機元件亦可由若干個器件、 © 元件或子總成組成。印表機元件用於廣泛功能。舉例而 s ’其可專用於基板輸送、至基板之油墨傳遞，或油墨管 理。油墨或流體管理可包括將油墨傳遞至印表機内之預定 目的地’回收及再循環未列印之油墨以及流體過濾。專用 於產生液滴或微滴之印表機元件或器件包括喷墨列印頭。 參看圖1，展示一種類型之印表機元件（列印頭8)之示意 圖。列印頭8包含流體傳遞歧管16，流體傳遞歧管16包括 常常被稱作液體腔室或歧管孔12之腔室，油墨及其他流體 133535.doc 16 200927504 通過液體腔室或歧管孔12傳送至噴嘴板ι〇。用於將流體自 歧管孔12導引至喷嘴板1〇之常常被稱作槽14之流體路徑位 於喷嘴板10與歧管孔12之間。噴嘴板或孔口板10包括為具 有界定的橫截面及長度之孔口的至少一喷嘴孔18。額外流 體路徑可存在於喷嘴孔之孔口與槽之間（未展示該等額外 特徵）。單一或多個喷嘴孔包括在喷嘴板或孔口板中。術 語喷嘴板或孔口板為熟習噴墨列印技術者所熟悉。

流體或油墨自歧管孔通過槽行進至喷嘴板中之噴嘴孔且 以液滴或微滴之形式排出。液滴形成機構可與喷嘴孔及/ 或液體腔至相關聯。液滴形成機構可為電、機械、機電、 熱或流體機構，且為熟習噴墨列印技術者所熟悉。舉例而 言’液滴形成機構可包括在喷嘴孔附近或作為噴嘴孔炙一 整合部分之單一或多個加熱組件。另外，壓電換能器可位 於喷嘴孔處或噴嘴孔附近。 含有一或多個喷嘴孔之喷嘴板或孔口板可包括專用於各 種目的之電路或複雜微電子電路，各種目的諸如產生液滴 或微滴及提供用於電連通至與該等喷嘴孔中之至少一者相 關聯之液滴形成機構的手段以提供用於控制與喷嘴板上之 至少一噴嘴孔相關聯之液滴形成機構的手段。電路亦可執 行諸如監測溫度或壓力之其他功能。噴嘴板或歧管可包括 用於將能量注入至自噴嘴板上之噴嘴孔孔口湧出之液體或 流體之喷射中以用於產生液滴之目的的其他總成。 - 表機或連續式印表 中時，可使用熟習 可將列印頭8併入按需噴射液滴式印 機中。當將列印頭8併入連續式印表機 133535.doc -17· 200927504 喷墨列印技術者所熟悉之印表 〜I衣櫸器件或TG件收集通過噴嘴 板且未列印於基板上之油墨及/或其他流體以用於再使 用。此等器件或元件被稱為溝槽且專用於收集未列印之液 2或微滴以使得流體可被再使用。溝槽因此含有用於收集 机體之至/表面及用於將所收集的液滴及流體導引至流 - 體傳遞系統以使得其可被再使用的構件。 圖2展示已知為溝槽19之印表機元件之一設計的示意 圖。在溝槽收集表面20上收集來自喷墨列印頭之未列印之 © 流體且流體流經形成於流體收集通道壁24與溝槽收集表面 2〇之間的空間中的流體收集通道22至排流管26。在其他溝 槽中可在流體收集通道壁24上收集未列印之流體且 接著流體流入流體收集通道22中。接著將未列印之流體、 油墨或其他流體自排流管移除以用於再循環或廢棄成廢 物。通常，排流管連接至受控真空，導致藉由抽吸將流體 自流體收集通道中移除，以使得氣體與液體兩者均可流經 流體收集通道。 © 連續式印表機包括列印器件中專用於控制液滴及微滴之 軌道或使用此項技術中已知之任何軌道控制手段偏轉液滴 或微滴的其他器件或印表機元件。該等噴墨印表機元件已 知為液滴偏轉器或微滴偏轉器。一般而言，液滴偏轉器定 位於用於產生液滴之喷墨列印頭與用於收集流體及油墨以 用於再循環或廢棄成廢物之溝槽之間。控制液滴軌道及藉 由使用液滴偏轉器引入液滴或微滴偏轉之若干手段為此項 技術中已知的且為熟習喷墨列印技術者所熟悉。舉例而 133535.doc -18 · 200927504 5，可藉由以下手段來控制液滴之軌道：帶電液滴在電場 中之偏轉，液滴在升壓或減壓下通過氣流之作用之偏轉， 液滴借助於液體之噴射之不平衡熱刺激之偏轉，或熟習噴 墨列印技術者所熟悉之任何其他手段。 靜電偏轉方法使用導線、板或各種成形導電隧道之導電 〜成此等器件被稱為靜電偏轉器件或靜電偏轉喷墨印表 機元件且包括為熟習噴墨列印者所熟悉的諸如電荷板及電 荷隧道之元件。 ® 圖3展示靜電偏轉噴墨印表機元件的示意圖。此噴墨印 表機元件亦已知為靜電液滴偏轉器28 ^靜電偏轉噴墨印表 機元件位於喷墨列印頭3〇與喷墨印表機溝槽36之間。靜電 偏轉噴墨列印頭元件由至少一充電電極32及至少一偏轉電 極34組成。該等總成為熟習連續喷墨列印者所熟悉。 在操作中，由自位於歧管上之喷嘴板中之喷嘴孔中發出 的液體噴射形成液滴或微滴，且通過藉由充電電極32施加 之電場之作用為液滴充電。為了導引液滴以用於在溝槽36 ❿之收集纟Φ上收集或為了將液滴導引至基板以便通過液滴 或微滴在基板上之選擇性成影像沈積而列印文字或影像， 接著可藉由偏轉電極3 4偏轉帶電液滴。 在空氣或氣體偏轉方法中，微滴偏轉器經組態以產生與 油墨微滴互動之氣流，藉此將具有複數個容積中之一者的 ’由墨微滴與具有該複數個容積中之另一者之油墨微滴分 開°空氣液滴偏轉器亦可使用最接近液滴偏轉器元件之輸 出端而定位之壓力感測器，其中壓力感測器經組態以產生 J33535.do< 19 200927504 壓力指不信號。另外，可使用耦接至該壓力感測器且經組 態以基於私示信號而輸出補償信號的控制器來提供調整機 構，該調整機構操作地耦接至該微滴偏轉器以回應於該補 償信號而調整由該微滴偏轉器產生之氣流。 圖4展示使用氣流之液滴偏轉器4〇的示意圖。由喷墨列 印頭42提供液滴且由溝槽43來收集待再循環或廢棄成廢物 之流體及油墨。藉由氣體供應歧管44供應氣流且由氣體移 除歧管46收集氣流以在氣體供應歧管與氣體移除歧管之間 Ο 提供焚控氣流以便使自噴墨列印頭傳送之液滴在溝槽之方 向上朝著紙面（或基板）之方向偏轉。氣體移除歧管46可在 減壓下操作以使得必要時對於液滴偏轉不需要氣體供應歧 管。 為了使用微尺度電漿來清洗、處理或以其他方式處理各 種喷墨印表機元件（諸如上文所描述之彼等元件）之關鍵表 面，在喷墨印表機元件外部或以與喷墨印表機元件整合之 方式引入微尺度電漿。圖5說明噴墨列印頭52，其中一電 〇 極54定位於噴嘴板56上方。電極54用於最接近喷墨印表機 元件（其在此實例中為噴墨列印頭）而產生微尺度電漿的目 的。如本文中所使用的，最接近指代距元件之距離在1 之内。最接近喷墨列印頭元件之微尺度電漿之形成可用於 許多目的，包括確保噴墨印表機元件之表面之初始清潔 度以及喷墨印表機元件之表面的表面改質以便引入改良 的疏水性、親水性或表面反應性。詳言之，微尺度電漿之 形成在乾式流體沈積（諸如，由於油墨引起之彼等沈積）之 133535.doc -20· 200927504 管理中為重要的，其用於改良列印系統起動及切斷序列之 可靠性且用於改良列印系統之總可靠性。 藉由提供電極來產生微尺度電漿（亦稱為微尺度放電）， 通過電極將能量自外部電源耦接至產生微尺度電漿之區 域。微尺度電漿指代氣體中之放電，其中該放電具有範圍 - 小於1 mm之至少一尺寸’該範圍藉由空間區域化發光區 域、空間區域化離子化區域、含有大多數所關注之活性物 質之區域（例如，諸如原子氧之特定中性活性物質之最大 〇 浪度的一半下的全寬度）或微尺度電漿在經處理之元件上 的效應之空間範圍來確定。微尺度電漿區域係空間區域化 的且應認識到，以下情況可能為有利的：平移一或多個微 尺度電漿以實現所關注之喷墨印表機元件上之一或多個額 外區域及表面的處理以便將改良的疏水性、親水性或表面 反應性引入至喷墨印表機元件上之較大表面積。以下亦可 為有益的：平移一或多個微尺度電漿及（視需要）相關聯之 電極結構及電源以同樣處理額外喷墨印表機元件。 ® 本文中將藉以將能量麵合至電漿之接觸稱作電極。本文 中將用於向第一電極提供參考或以其他方式幫助將能量耦 合至電漿之第二電極稱作反電極。電極或反電極均可經正 偏壓或負偏壓且因此可在二極體放電中用作陽極或陰極。 其他類型之電極包括射頻天線及微波波導或介質加熱用電 極（applicator)»在射頻感應耦合電漿之狀況下，形成天線 之導電迹線或導線用作電極。在Hopwo〇d等人之開口諧振 環之狀況下’放電間隙（環中之開口）之任一側上的開口環 133535.doc •21· 200927504 導電迹線之部分用作電極及反電極，而開口環與接地平面 組合用作波導。 ❹ ❹ 再次參看圖5 ’電極54可連接至電源58且可在關於地面 電位或其他參考電位之電位下被驅動。在—組態中，喷墨 列印頭之歧管保持在地面電位。施加至電極之電位可為 DC或AC且AC電位之頻率可自Ηζ變化至GHz ,振幅自ν變 化至kV(如藉由介電質崩潰考慮事項限制的）。或者，電極 可保持在地面電位且印表機元件本身可在關於電極之地面 電位之電位下被驅動。在又—替代組態中，可藉由電隔離 (”洋動"）之喷墨列印元件在電極與反電極之間施加電位。 雖然升同電壓可用於點燃⑴洲微尺度電篥，但由於對 印表機元件之實體損壞的可能性增加，因此不需要使用高 '之電壓來維護微尺度電漿。此實體損壞顯現為對絕 緣表面之損壞（如由於介電質崩潰引起的燒壞或凹坑）以及 可用於印表機元件之構造中之低熔點材料的液化。來自印 表機7L件中之靜電敏感微電子元件上之靜電荷形成的損壞 亦可在升高電壓下更頻繁地發生。以，卷錢轉換技術 2知的習知空氣中介電質阻擋放電(有時稱為電晕放電 '氏處理)之使用及通常利用具有大於5 之峰值間電 弦電壓波形作為產生及持續微尺度電漿之手段可得 到使用但並非較佳。 電極可由導電材料(例如，諸如紹、紐、銀、金之金屬) :半導電材料（例如’換雜石夕、掺雜鍺、碳）或透明的高度 半導體(諸如，氧化銦錫或鋁摻雜氧化鋅)形成。此 133535.doc -22- 200927504 外’導電及摻雜半導電聚合物以及導電奈求顆粒分散可用 於電極構造中。此外，可藉由介電塗層（例如，諸如環氧 樹脂或聚酿亞胺聚合物、氧化石夕、I氧切、敗化石夕、五 氧化二钽、氧化銘之有機介電質）使電極純化，或可將電 極嵌入介電材料中。此外，准許組合電極，其中導電材料 (諸如，金屬或摻雜半導體）藉由具有不同電特性之半導體 ㈣純化或以其他方式覆蓋或嵌人該半導體塗層中，其中 半導體塗層確定電極之電導率。 ❹ ^處理印表機器件元件之表面，最接近所關注之元件 而疋位至少一電極。本文中之最接近指代距元件之距離在 1 cm之内，包括定位於該最接近距離内而不接觸元件之電 極、與元件直接機械接觸之電極或藉由微型製造、薄膜沈 積或疊層製程而直接形成於元件上（整合的）之電極。在電 極直接形成於元件上或以其他方式併入元件中的狀況下， 電極與印表機元件整合。整合電極可藉由外部電路驅動或 併入直接在元件上製造之電路中，該電路包括藉由微電子 © 及微機電系統（MEMS)製造技術令已知之技術形成的主動 電路組件及被動電路組件。最接近電極可藉由外部電路或 .藉由直接在元件上製造之電路驅動，該電路包括藉由微電 子及微機電系統（MEMS)製造技術中已知之技術形成的主 動電路組件及被動電路組件。 雖然需要至少一電極來支援微電漿，但可視特定應用而 藉由使用奇數與偶數數目之電極來產生一或多個微電漿。 電極可為單一電極或具有單一反電極或反電極陣列之電極 133535.doc •23- 200927504 陣列。此外，電搞 ^ 車列可成形以最佳化微尺度電槳 產生及待處理之特定元件之處理效應。 返回參看圖5,電極54可具有各種幾何形狀且可為一導 5導次為直的或經成形（例如）為迴路或線圈或某一其 維或、•隹形狀。呈現給形成微尺度電漿之容積的電極表 可”有導線之尖端之特性或其可具有來自三維幾何形狀 構也（諸如，錐體之尖端、具有微尺度之粗糙度特徵之表 面或某一其他3維構形）之粗链性的特性。應瞭解，術語

❹ 電極亦適用於更複雜之總成其巾總成之—部分導電且總 成之-額外部分不導電’諸如覆蓋有導電塗層之絕緣棒之 狀況Λ外’電極可具有中空部分諸如將在纏繞導線或 以，'他方式塗佈有諸如金屬之導電材料之絕緣管中所發現 的部分。 雖然微尺度電漿處理製程意欲在周境條件下執行，但藉 由建立特定氣體之氣流而控制電漿處理環境可為有利的。 可視微尺度電漿之所要目的選擇流動氣體之組合物。舉例 而言，可在允許進入電漿區域之氣體中提供可經活化以產 生可冷凝物質之化合物以便實現塗層至經處理之元件上之 電漿增強化學氣相沈積。若目的為沈積疏水層（諸如，氟 化聚合物）’則可結合能夠將微尺度電漿活性物質傳送至 適當位置以用於沈積於喷墨印表機元件上至目的之合適之 載運氣體而選擇合適之含氟氣體及含碳氣體。可類似地產 生電聚沈積及電漿增強化學氣相沈積技術中熟知的其他可 冷凝材料。舉例而言，可允許矽烧、石夕氧烧及其他氣體進 133535.doc -24- 200927504 入以產生氧化矽、氮化矽或聚矽氧臈。可將諸如氨之其他 雜原子反應物添加至允許進入電漿區域之氣體以便產生特 定活性物質，或可在電聚區域中夾帶來自周境空氣之氣體 以產生反應物質。此外，若目的為將沈積物自噴墨印表機 元件之表面移除，則可最接近微尺度電漿引入已知在電漿 活化且與沈積物接觸後產生揮發性物質之氣體。 . 應瞭解，合適之載運氣體為在長度尺度及時間尺度上大 體上不會與預定微尺度電漿活性物質反應以使得可將有用 〇 量之該等物質輸送至所要位置的氣體。一些常用载運氣體 為惰性氣體或稀有氣體，諸如氦氣、氖氣及氬氣。在一些 例項中，視微尺度電漿之所要目的而定，諸如氮氣（Nj之 分子氣體可為有用載運氣體。另外，在大氣壓電漿技術 中，已知諸如氦氣之稀有氣體可用於減小點火及維護電衆 所必要之外加電壓。可將諸如氪氣及（特定言之）氙氣之較 重稀有氣體添加至氣體組合物以變更自微尺度電漿區域輻 射之發射光譜。氙氣體至微尺度電漿區域之添加在諸如生 〇 物污垢碎片（由於微生物之表面污染產生的碎片）之消除的 製程之操作期間達成來自微電漿之增強紫外線發射以及利 用臭氧或由微尺度電漿產生之其他氧化反應性中性物質增 強氧化表面製程中特別有用。因此，應瞭解，電漿處理氣 體之組合物之選擇係基於元件上之預定效應，且微尺度電 漿製程可經定製以在必要時清洗、活化或鈍化喷墨印表機 元件表面’且氣體組合物可進一步經定製以改良微尺度電 衆之操作及穩定性以及微尺度電漿製程之效率。 133535.doc -25· 200927504 在近大氣壓下操作微尺度電漿處理製程而不管氣體組合 物係有利的。如本文中所使用的，近大氣壓包括在4〇〇托 與1100托之間的壓力’且較佳在560托與960托之間的壓 力。此範圍之較高部分中的製程壓力可藉由使專用於在待 處理之元件附近提供處理氣體之岐管或可能以其他方式用 . 於在正常列印製程中提供氣流或油墨流之岐管增壓來達 .成。類似地，可將岐管吸引至減壓以便將處理氣體（由周 境空氣或外部氣體供應裝置提供）吸引至電漿處理區域 ❹ 中。 再轉向圖5中所展示之組態，電極及喷墨印表機元件周 圍之區域中可存在氣流。舉例而言，周境壓力下之氣體可 在電極周圍自所有側流動以環繞電極及印表機元件。印表 機元件之内部（在此狀況下為噴墨列印頭之岐管孔）可保持 在減壓下以迫使氣體通過噴嘴孔被吸引至喷墨列印頭中。 同樣，印表機元件之内部可保持在升壓下以迫使氣體通過 喷嘴孔進入印表機元件與電極之間的空間中。氣流之管理 ® 係用於維護最接近微尺度放電之氣體之所要組合物及流動 的目的，該微尺度放電係最接近電極而形成。亦應認識 • 到，最接近微尺度電漿（在微尺度電漿附近、周圍及通過 微尺度電漿）之氣流之管理提供用於將由微尺度電漿形成 之氣相反應物質朝向預定位置導引的手段。 圖6說明類似於圖2中所展示之彼喷墨印表機溝槽的喷墨 印表機溝槽，其中電極64定位於溝槽收集表面66或流體收 集表面66上方。電極64用於最接近喷墨印表機元件（其在 133535.doc -26· 200927504 此實例中為溝槽）而產生微尺度電漿的目的，本文中之最 接近指代距元件之距離在丨cm内。最接近喷墨印表機元件 之微尺度電漿之形成可用於許多目的，包括確保喷墨印表 機元件之表面之初始清潔度，以及喷墨印表機元件之表面 的改質以用於引入改良的疏水性、親水性或表面反應性之 ' 的及在印表機使用期間維護表面清潔度或表面性質。 • 狗列而言，可將敦氫碳化合物、矽之氧化物、矽之碳化物 或矽之氮化物沈積於流體收集表面上以改質其潤濕性質。 © 冑言之，微尺度電漿之形成在乾式流體沈積(諸如，來自 油墨之彼等沈積）之管理中為重要的，乾式流體沈積可干 擾流體收集表面之功能及溝槽元件之總操作。 因此，使用微尺度電漿清洗及改質溝槽元件之部分之表 面使得能夠控制關鍵表面條件且藉此改良列印系統起動及 切斷序列之可靠性以及總操作可靠性。應認識到，喷墨印 表機溝槽之組件（例如，喷墨印表機溝槽收集表面或喷墨 印表機溝槽流體收集通道壁)在一些組態中可用作電極。 罾 自上文之論述應瞭解，溝槽總成中之流體收集通道68可用 作用於將流動氣體提供至最接近微尺度電浆之區域以便提 供微尺度電漿之所要穩定性及化學或物理效應的構件。 圖7展承定位於噴墨印表機元件上之單一電極％的替代 組態。喷墨印表機元件為喷墨列印頭，其由喷嘴板Μ及附 者的岐管72組成。此狀況下之單一電極為附著至平面連接 器77之三维開口圓柱諧振器電極。開口圓柱電極可經建構 以使得最外層為導電的。電極之内部可為令空的或填充有 I33535.doc -27- 200927504 ㈣介電f 步包㈣作接地平面 2接器-中之接地平面的接地同心圓柱體 ::部導電表面與嵌入式接地面之間可具有中=: 積。或者，接地平面可由開口圓柱電極外部之同 心導電圓柱體結合平面連接器外部之平面導艘組成。

此外連接器77不需要為平面的，且圓柱體^不需要具 有圓形橫截面。電極76及連接器77之導電部分結合接地; 面用於以開口電極76之諧振頻率將電磁波導向開口電極76 中之間隙78以使得其在間隙78之任-側上異相18〇度。當 開口圓柱諧振器電極之内部為中空時，則電極之内部部分 ，可用於將氣流傳遞至開口圓柱電極中之間隙以在受控氣 氛中於大氣壓下產生微尺度電漿。開口圓柱譜振器電極之 優點為產生在一尺寸上為狹長之微電漿藉此允許同時處理 喷墨印表機元件上之多個區域的能力。開口圓柱諧振器電 極具有藉由圓柱體之尺寸確定的且可自kHz變化至GHz的 才呆作頻率。 圖8展示藉由塗層84覆蓋且定位於喷墨印表機元件上方 之單一電極82。此實例中之喷墨印表機元件為噴墨列印 頭，其由喷嘴板86及附著的岐管88組成。電極上之塗層可 具有任何厚度，其中較佳厚度在1〇 nm至1〇微米之範圍 内。塗層材料可為金屬的、半導電的或絕緣的。舉例而 言，塗層可由諸如鉬或鉑之耐蝕金屬組成。或者，塗層可 由類似碳化石夕之半導電材料或導電氧化物組成。塗層亦可 由介電材料組成，介電材料類似鐵氟龍、玻璃質二氧化 133535.doc -28- 200927504 石夕、氧化矽、氧化鋁或其類似物。塗層可為材料之組合或 複合材料，其中術語複合表示具有兩個或兩個以上（複數 個）具有化學上相異之組合物之區域的材料。塗層用於一 或多個目的’包括以化學方式使下伏電極材料朝向在微尺 度電漿中形成之高度反應性物質純化以及影響電極之二次 • 發射特性（例如’用於藉由離子碰撞引起之二次電子發射 之係數）。電極可處於地面電位或處於不同於地面電位之 電位且可使用DC電壓或具有1伏特至50 kv之振幅的AC電 〇 壓來驅動，如先前在圖5之描述中所描述的。當使用AC電 麼時’頻率可在1 Hz至100 GHz之範圍内，其中較佳頻率 在10 kHz至10 GHz之範圍内。 圖9說明定位於喷墨列印頭元件之喷嘴板96、噴嘴孔 及岐管98上方之複數個電極92、94。電極可如圖5中所描 述的差別在於.存在一個以上電極且電極定位於噴墨印 表機元件上方。電極92、94可藉由電位之施加來電驅動。 用於將電位施加至複數個電極之多種組態係可能的。將各 ® 種電位施加至電極之目的係最接近喷墨印表機元件而產生 一或多個微尺度電漿。施加至電極之電位可為Dc或ac且 AC電位之頻率可自！ Hz變化至1〇〇 ghz，其中振幅自1 v 變化至50 kV(如藉由介電質崩潰考慮事項限制的）。在一電 組態中，喷墨印表機元件可保持在參考電位或地面電位或 保留電浮動《舉例而言’電極92可經電驅動且電極94可保 持在參考電位或地面電位。視用於施加電位之組態之選擇 而定’在電極92、94之間或在每一電極92、94與喷嘴板％ 133535.doc -29- 200927504 之間產生微尺度電漿。舉例而言，可在電極92與94之間施 加電位以在該兩個電極之間的間隙或區域中產生微尺度電 漿。在微尺度電漿中產生的物質接著行進至喷墨印表機元 件之最接近區域以實現預定表面處理。成對的該等電極可 與喷墨印表機元件中之特徵（例如，喷嘴板中之喷嘴孔）對 應地定位以產生用於處置複數個特徵之複數個區域化微尺 度電漿。合適之參考電位至喷墨印表機元件之施加可將微 尺度電漿之區域朝向噴墨印表機元件延伸同時仍將微尺度 Φ 電漿在電極92、94之間之尺寸尺度保留在1 mm或1 mm以 下。在一或兩個尺寸中延伸微尺度電漿區域有用於增強用 於（例如）清洗、表面沈積或增強表面反應性之目的之大氣 壓Μ尺度電漿處理的功效。或者，可配置複數個電極92、 94以使得每一電極與喷墨印表機元件中之一特徵對應地定 位。在此組態中，可相對於喷墨印表機元件共同地（並列 地）或獨立地驅動該複數個電極以在每一電極處產生區域 化微尺度電漿，且噴墨印表機元件之導電部分充當反電 極。 圖l〇a展示複數個單一電極（或多個單一電極）1〇2、1〇4之 實例，其中每一單一電極嵌入介電材料1〇1中且定位於喷 墨印表機元件上。圖i ob展示嵌入定位於噴墨印表機元件 上方之相同單—介電材料101中之複數個電極108。在圖 l〇a及圖10b中，噴墨印表機元件為具有噴嘴板1〇6之喷墨 列印頭。術語嵌入意謂電極大體上在所有其外表面上由固 體或液體材料環繞 133535.doc -30- 200927504 嵌入電極之目的在於保護電極免受可導致電極之破壞之 潛在腐蚀性的微尺度電漿產生物質。電極所嵌入之介電材 料101具有大於I05歐姆_cm之電阻率且介電材料之厚度可 為如適合於微尺度電漿應用之任何厚度且藉由介電材料之 介電質崩潰特性及操作電壓以及電極製造之方法來確定。 • ·Μ電材料101可選自具有大於1〇5歐姆_cm之電阻率之任何 數目的材料，材料包括：鐵氟龍、環氧樹脂、聚矽氧樹 脂、聚醯亞胺或其他低反應性熱穩定有機聚合物；或含碳 Φ 複合材料，其中術語複合材料指代含有不同化學組合物之 至少兩個區域的固體。複合材料之實例為（例如）浸玻璃纖 維環氧樹脂或玻璃纖維增強及玻璃填充鐵氟龍聚合物。應 瞭解，其他複合材料係可能的且預想其在本發明之範疇 内。其他介電材料之一些實例為：有機絕緣材料，類似氧 化鎂及衍生之含鎂氧化物、氧化硼及衍生之含硼氧化物、 氧化矽及衍生之含矽氧化物、氧化鋁及衍生之含鋁氧化 物、氧化鈦及衍生之含鈦氧化物、氧化鈕及衍生之含鈕氧 © 化物、乳化銳及衍生之含鈮氧化物、氧化铃及衍生之含給 氧化物、氧化鉻及衍生之含鉻氧化物、氧化鍅及衍生之含 錐氧化物、（絕緣二元金屬氧化物）以及氮化物' 氮氧化 物、硫化物及更複雜的三元及更高級數（order)之氧化物、 氮化物、氮氧化物及硫化物。術語衍生之含金屬氧化物意 謂基於含有至少20個原子百分比之指定金屬之介電化合物 的氧化物。舉例而言，含有20個百分比之氧化鈽之化合物 氧化錯為衍生物氧化錯^其亦為錦之衍生物氧化物。 133535.doc •31 · 200927504 介電材料可為結晶的、玻璃質的或非晶形的。應瞭解， 其他介電材料係可能的且將為熟習介電材料技術者所熟悉 且預想其在本發明之範疇内。介電塗層亦可具有粗糙性紋 理或其可為平滑的且無粗糙性.各種類型的具有紋理之介 電塗層係可能的且預想其在本發明之範疇内。如圖9中所 • 論述的，可以多種組態來電驅動電極以用於最接近噴墨印 表機元件而產生微尺度電漿的目的。 圖11展示定位於噴墨列印頭元件之噴嘴板112、喷嘴孔 ❹ 及歧管116上且最接近喷墨列印頭元件之喷嘴板I〗]、 喷嘴孔114及歧管116之狹長電極11〇的實例。雖然在圖u 中將電極110展示為矩形，但預想本發明之範疇内之其他 電極形狀，其中電極之狹長尺寸（大體上位於平行於噴墨 列印頭元件之至少一表面的平面上）與其他兩個尺寸中之 至少一者的縱橫比大於10。舉例而言，電極可具有狹長三 角柱或某一其他幾何構造之形狀。電極可簡單地為一段導 線，其中導線之直徑為位於平行於噴墨印表機元件之至少 ❹ 表面之平面上的導線之長度的至少10倍小。可如圖5中 所論述的電驅動圖丨丨中所展示之電極以用於最接近喷墨印 .表機元件而形成微尺度電漿區域的目的。此處亦預期電極 110周圍之流動氣體的使用（如在圖5之論述中所描述的）， 包括喷墨印表機元件本身用於最接近噴墨印表機元件及微 尺度電漿區域流動氣體之目的的使用。 圖12說明如圖u中所描述之狹長電極12〇，狹長電極12〇 塗佈有材料122(如圖8中所描述的）或嵌入介電層ι22中（如 133535.doc •32· 200927504 圖ίο中所描述的）’其中該狹長電極最接近噴墨印表機元 件之噴嘴板124、噴嘴孔126及歧管ι28而定位。預想經塗 佈或嵌入之狹長電極之其他組態在本發明之範疇内。此 外，預想涉及複數個（經塗佈、經嵌入或未經塗佈）狹長電 極之組態在本發明之範疇内，包括關於彼此驅動之一對或 • 複數對電極以在每—對中之狹長電極之間的間隙中且最接 近喷墨印表機元件形成微尺度電漿。 圖13a、圖13b及圖13C說明整合於已知為喷墨列印頭之 e 喷墨印表機元件中的電極及反電極之各種組態。如本文中 所使用之術語整合意謂配置及製造組成部分以形成不可分 的整體。在圖13a、圖13b及圖13c中，複數個電極13〇最接 近噴嘴孔134及歧管136而與喷墨列印頭喷嘴板132整合。 D如圖8、圖1〇及圖12中所論述的藉由介電材料鈍化或嵌 入整合電極130。 用於取接近噴墨印表機元件而產生微尺度電漿之目的的 電驅動電路138之實例亦展示於圖Ik'圖及圖中且 Φ 冑到’電極及驅動電路之其他組態係可能的且預想其 、本發明之範疇内。圖13a及圖13b說明整合於喷嘴板上且 . 冑過外部電路(例如’電源)電驅動之複數個電極的各種視 • 應。°线到，隨著高功率器件之小型化出現，同樣可將 々電源整合至喷墨列印頭元件上，且此預想在本發明之 ^疇内。可如圖5、圖7及圖9中所描述的以多種組態來驅 電極且應認識到，其他電組態係可能的且屬於本發明之 圖Ua中，使用電路使電極與反電極彼此相對而 133535.doc -33- 200927504 驅動。 圖13b說明相對於外部參考驅動之複數個電極。電極可 為類似於美國專利第5,942,855號及Hopwood等人之美國專 利申請公開案第2004/0164682 A1號中所描述之彼等射頻 天線或微波波導的射頻天線或微波波導，其中微波波導電 極之間隙或來自射頻天線電極之區域化射頻能量之區域最 接近噴嘴孔134而定位。或者，可相對於反電極來電驅動 電極’圖13b中之反電極可為喷墨印表機元件之另一部分 ❹ (諸如，歧管136)或其可為外部反電極（圖13b中未展示）。 圖13c說明整合於被稱為喷墨列印頭之喷墨印表機元件 中的複數個電極及反電極。整合電極之總數目可為奇數或 偶數。圖13c亦展示用於驅動該等整合電極之組態，其中 相對於相鄰驅動電極，每隔一個電極連接至保持在參考電 位Vref之端子139。Vref為參考電位’其可為非零dc電位或 可藉由將端子連接至地面電位而使其接地。可使用為熟習 電漿產生技術者所已知之方法通過vref之調變且與整合電 ® 極組態（例如，電極與反電極之數目及相對大小、介電材 料之存在或不存在等）一致地操縱附接至端子139之電極處 之電位。 圖14展示整合於噴墨印表機元件中之複數個狹長電極 140。如圖Π或圖12中所描述之複數個狹長電極14〇最接近 喷嘴孔144及歧管146而整合至喷嘴板142上且藉由電路148 來電驅動。應瞭解，如圖11及圖12中所論述的，存在可能 用於驅動狹長電極以用於最接近喷墨印表機元件而產生至 133535.doc -34- 200927504 少一微尺度電漿之目的之多種手段。視需要將用於藉由複 數個整合的狹長電極控制、產生及維護微尺度電漿之電路 整合於喷墨列印頭元件中。 圖15a及圖15b展示最接近噴墨列印頭喷墨印表機元件之 噴嘴板154上之喷嘴孔152及歧管156的整合與非整合電屏 蔽150。電屏蔽由插入電雜訊源（諸如，微尺度電漿）與喷墨 印表機元件之間的導電層組成，其中存在該電屏蔽以用於 改良噴墨印表機元件之操作可靠性的目的。 ❹ 電屏蔽可由具有小於1〇〇歐姆-cm之電阻率之任何導電材 料製成。典型電屏蔽係由諸如銅、鋁及鋁合金、鋼、鈕及 鈕合金、金及金合金、銀及銀合金、鈮及鈮合金以及鈦及 鈦合金之金屬製成。諸如透明導電氧化物之透明導電材料 亦可用於製造電屏蔽。此外，導電聚合物（例如，基於聚 噻吩之材料）及碳基材料之導電分散（例如，碳奈米管）可用 於製造電屏蔽。亦可使用導電材料之奈米顆粒分散製造電 屏蔽。 〇 可視需要將電屏蔽與噴墨印表機元件整合以改良噴墨印 表機元件操作可靠性i尺度電漿之產生可能需要超過喷 墨印表機元件之正常操作電壓之電壓，或其可能產生超過 正常操作電流之區域化電流，且視需要整合之電屏蔽之額 外目的為㈣喷墨印㈣元件《受在喷墨印表貞元件暴露 於超過正常操作條件或超過損壞臨限值之電壓或電流時可 能發生的損壞。藉由將電屏蔽插入電雜訊源（諸如，微尺 度電襞）與大體上所有潛在敏感電路（包括（:^/108電路及為 133535.doc •35- 200927504 熟悉噴墨印表機元件之電氣設計者所已知之其他電路及微 電子電路）之間，有效地保護喷墨印表機元件免受電雜訊 源干擾。

可藉由已知用於產生具有小於1〇歐姆之電阻之電連續性 的任何方法將電屏蔽150連接至參考電位或地面電位。或 ^存在以下情形.其中需要允許電屏蔽保持不連接至任 何參考電位源以使得電屏蔽獲得與該電雜訊源相關聯之電 位此組態在此項技術中已知為電浮動。舉例而言，若敏 /電路可保持電浮動而非接地，則電路將得到浮動電位 '在。電位下’當暴露於電漿時，浮動接觸不自電漿吸引 淨電荷）在該等狀況下，使屏蔽接地將在電路與屏蔽本 身之間潛在地產生損壞電位且因此應允許屏蔽在電路曝光 於電雜訊源（諸如，微尺度電聚）時電浮動。對於電浮動物 印’電漿與物品之間的電位差可得以顯著減小（相對於接 地物时之狀况），且因此，衝擊物品之離子之能量可得以 顯著減小°詳έ之’對於電容耗合之AC放電，在外加電 壓之—半循環期間電位可大體上上升（數百伏特）。 藉由使屏蔽電浮動且使電路屏蔽，將使電椠與屏蔽或電路 之間的電位差維持在等於電激電位與浮動電位之間的電位 差（此差值通常為約1 〇伏特）之值。 在微尺度電漿之—些應用中，可能需要允許插入微尺度 電衆與喷墨印表機％件之間的電屏蔽浮動且視需要允許喷 墨印表機7L件本身浮動’因為浮動屏蔽吸收衝擊最接近微 尺度電漿之表面之離子能量。此離子能量不僅以平移動能 133535.doc -36 · 200927504 之形式出現而且以與離子化物質之離子化電位相關聯之能 量的形式出現，來自離子化電位之該能量被賦予給離子碰 撞之表面。雖然視需要整合至噴墨印表機元件中之電屏蔽 意欲改良喷墨印表機元件之操作可靠性，但應瞭解，在用 於驅動電極以用於最接近喷墨印表機元件而產生微尺度電 . 漿之目的的一些電組態中，除保護喷墨印表機元件上之敏 感元件以用於改良操作可靠性之目的的主要功能之外，電 屏蔽可執行反電極之額外功能。 0 圖16展示插入複數個電極162與電屏蔽164之間的介電層 160的實例，其中電極162、介電層160及電屏蔽164最接近 喷墨列印頭喷墨印表機元件上之至少一喷嘴孔168及歧管 169而整合至噴嘴板166上。整合介電層之目的在於電隔離 該複數個電極與電屏蔽以使得在施加電聲以用於最接近喷 墨印表機元件而產生微尺度電漿之目的期間該等電極不會 導電至電屏蔽。合適類型之電屏蔽的實例包括諸如金、 銅、鋁、鈕等之導電金屬以及高度摻雜之半導體材料，諸 〇 如，摻雜磷或硼的矽或多晶矽、經摻雜或其他導電形式之 碳化矽及經摻雜或其他導電形式之類金剛石碳。亦可使用 諸如氧化銦錫、摻氟氧化錫及摻鋁氧化鋅之導電氧化物材 料。 如圖15中所論述的，電屏蔽可連接至地面電位或參考電 位.或者，電屏蔽可保持不連接至任何參考電位且允許其 獲得由周園電雜訊源誘導之電位或允許其電浮動。可電驅 動電極以用於使用電漿產生技術中已知之任何手段產生微 133535.doc •37- 200927504 尺度電漿的目的且存在可預期的用於電驅動複數個電極之 多種組態並預想該等組態在本發明之料内。整合至喷墨 印表機元件上之該複數個電極可具有多種大小及形狀。 整合至喷墨印表機it件上之該複數個電極可塗佈有如先 前所論述之多種材料或不塗佈、喪入或不嵌入、狹長或以 其他方式在至少-尺寸中延伸。亦應理解，可如先前在圖 5之論述中所提及的將氣流施加至圖16中所展示之整合電 極總成。舉例而言，歧管169可保持在相對於周境之升壓 或減壓下以用於影響最接近微尺度電漿（該微尺度電聚係 最接近圖16之介電層160上之整合電極162而產生的）之氣 流的目的。 圖17展示最接近至少一噴嘴孔174而整合至喷嘴板172之 表面上之複數個狹長電極17〇的另一實例。噴嘴板172附加 至歧管176。介電層178及電屏蔽179插入該複數個狹長電 極170與喷嘴板172之間。 如圖17中所展示的，相互交又的電極與反電極整合於喷 ® 墨印表機元件中。可視需要定位整合的相互交又電極以使 得噴嘴板172之喷嘴孔174位於整合的狹長電極中之至少兩 者之間的空間中。圖17亦展示用於驅動整合的相互交又電 極以用於最接近喷墨印表機元件而產生微尺度電漿之目的 之組態的實例。應認識到，可使用多種電路來驅動電極， 包括如先前業已論述的電屏蔽之各種電組態。 圖1 8a展示包含沿著平行於喷墨印表機元件184之表面之 平面中的一方向交替的導電層180及介電層182的複合電 133535.doc -38 - 200927504 極。在此實例中’喷墨印表機元件為噴墨印表機溝槽。在 圖心中，導電層包含複數個電極及反電極且經電驅動以 使得由電源185以並列方式電驅動每隔一個導電層（交替導 電層），且剩餘反電極接地或以其他方式連接至該電源之 另-側。如上所述，電源可為沉或从。包含複數個電極 及反電極之導電層之間隔可對應於對印表機設計重要之尺 寸，諸如喷墨印表機元件上之噴嘴之間的間隔。 在圖⑽中，自導電層及介電層之交替層中選擇電極對 ❹ I86作為鄰近導電層，其中介電層插入每一導電層之間， 且自鄰近導電層中所選擇之每一指定電極_反電極對由可 為DC或AC之單獨電源188獨立地電驅動。應認識到，此種 組態可在廣泛範圍之頻率上操作且該複數個電源可在複數 個頻率上操作以用於根據所選擇的電極-反電極對之操作 頻率產生具有不同特性之微尺度電漿之鄰近區域的目的。 另外，介電層不需要為連續的且可為隔片而非固體材料， 且分開導電層之容積之實質部分可為中空的。 © 圖i9a至圖i9e展示用於產生微尺度電漿之電極的各種實 例幾何形狀。然而，可將預期用於產生微尺度電漿之目的 之其他電極幾何形狀適當地整合至噴墨印表機元件中，如 圖13至圖17之論述中所描述。 圖19a展示開口環19〇及連接器或傳輸線19ι。圖i9b展示 具有梳狀結構之圖案化電極〗93，其中突起界定相對於反 電極195之間隙197。在此圖中，間隙197在喷墨印表機元 件（未展示）上之喷嘴孔陣列198上對準。圖i9e展示各自具 133535.doc •39- 200927504

有尖角特徵之電極193及反電極195,該等尖角特徵界定兩 個電極之間的間隙197，在間隙1 97中視需要平放至少一喷 嘴孔198。圖19d展示各自具有複數個粗糙性之電極193及 反電極195 ’該複數個粗糙性沿著電極之邊緣之長度而定 位以便界定具有較窄的且當在電極_反電極對上施加電位 時具有更集中之電場的複數個區域的間隙197〇在圖l9d 中’一或多個喷嘴孔198視需要定位於間隙區域197内。圖 19e展示具有定位於喷墨印表機元件上之特徵（例如，喷嘴 孔198)之周邊周圍的複數個粗糙性的電極。 圖19a至圖I9e之電極及反電極可藉由微電子、微製造及 微機電系統製造技術中已知之薄膜沈積及圖案化技術來產 生。此外’該等電極可使用為熟習微製造技術者所熟悉之 任何技術由薄片料壓印而成或由金屬片圖案化而成，該等 技術諸如放電機械加工或使用光阻及㈣劑溶液之化學钮 刻方法。 可以片之形式來製造電極且詳言之，諸如圖…、圖… 圖d中所展不之彼等結構之結構可在電極之間組裝有 介電材料（或以其他方式電分開㈣止該等電極之間的導 :產生如圖18中所展示之結構，其中電極與反電極之 ==用於形成微尺度電漿之區域。電極與反電極 β多個間隙可最接近噴墨印表機元件而定位且 2之電激勵驅動時可在大體上一方向上 = 上平行於嘴墨列印元件之至少一表面之方3 生微尺度電漿陣列， 方向產 133535.doc 200927504 可類似地堆疊類似圖19b之彼等梳電極之梳電極的總成 且藉由介電層交錯以產生將產生兩維陣列中之複數個微尺 度電漿之複合電極，該複數個微尺度電漿可用於處置噴墨 印表機元件上之複數個特徵^視用於將電力施加至微尺度 電裝之手段而定，電極組態可併有額外導電結構。舉例而 • s ’藉由介電層或氣隙而將接地面與電極分開可係必要的 . 以便將微波導向產生微尺度電漿之間隙。 電極與反電極之用於最接近喷墨印表機元件而產生微尺 0 度電漿之目的之其他組合（整合的或其他的）係准許的。通 常，根據噴墨印表機元件及其相關聯特徵之幾何形狀來進 行特定電極幾何形狀的選擇。 如可自先前技術瞭解的，存在用於產生微尺度大氣壓電 漿之多種手段。因此，為了產生微尺度大氣壓電漿或微尺 度大氣壓放電，可自用以將電力耦合至放電之多種手段、 多種電極組態及多種處理氣中選擇一種。電源、阻抗匹配 器件、電極及元件組態及處理氣體之組合應在充分穩定以 © 致不會變成電弧之正常或異常輝光狀態中產生微尺度大氣 壓電漿。輝光放電電漿狀態之特徵在於：均勻類輝光外觀 之相異區域、低於崩潰電壓之操作電壓及具有關於電壓_ 電流特性之可忽略斜率（正常輝光）或正斜率（異常輝光）（見 例如 ’ Electrical Discharges in Gases，F. M. Penning、Gordon and

Breach，New York，1965，第41頁）。輝光放電狀態具有比 Townsend狀態低之操作電壓及比T〇wnsen_態高之電流密 度（因此，較高電漿密度）且更穩定並展現出比電弧狀態少 133535.doc •41- 200927504 之電雜訊及相關聯之干擾，電弧狀皞之 狀&之特徵在於：頗高之 電流密度及較低操作電壓。 明 改 已特別參考本發明之特定較佳實施 ’但應理解’可在本發明之範_内 例洋細描述了本發 實現多種變化及修 【圖式簡單說明】 圖1為噴墨列印頭之橫截面圖； 圖2為用於喷墨印表機中之溝槽的示意圖；

圖3展示用於靜電偏轉之偏轉機構； 圖4展示使用氣流之偏轉機構的示意圖； 圖5展示定位於喷墨列印頭印表機元件上之單一電極； 圖6展示定位於喷墨溝槽印表機元件上之單一電極； 圖7展示定位於喷墨列印頭印表機元件上之單一開’口圓 柱諧振器電極； 圖8展示塗佈有介電材料且定位於喷墨列印頭印表機元 件上之單一電極； 圖9展示定位於喷墨列印頭印表機元件上之多個電極； 圖及圖10b展示嵌入定位於喷墨列印頭印表機元件上 之介電塗層中的多個電極； 圖U展示定位於喷墨列印頭印表機元件上之狹長棒組態 的單一電極； 圖12展不嵌人介電f中且定位於喷墨列印頭印表機元件 上之狹長棒組態的單一電極； 圖⑴展示嗔墨列印頭印表機元件，其中多個單一電極 133535.doc •42- 200927504 整合於喷墨列印頭印表機元件令； 圖13b展不整合於嗜聚 噴墨列印碩印表機元件中之多個雷搞 的替代組態； 叶1r之夕個電極 圖1 3 c說明用於驅動哈黑別如匕 動噴墨列印碩印表機元件上之整合雷 極以用於在噴嘴板之表面處產 案； $㈣產生微尺度電漿的電連接方 其中多個棒電極整合 圖14展示噴墨列印頭印表機元件 於喷墨列印頭印表機元件中；

圖1 5a展示喷墨列印頭印表機元件， 整合於列印頭印表機元件中； 其中電氣器件屏蔽 其中電氣器件屏蔽 圖1 5b展示喷墨列印頭印表機元件 定位於列印頭印表機元件上方； 圖16展示嘴墨列印頭印表機元件，其中多個單—電極及 電氣器件屏蔽整合於噴墨列印頭印表機元件中； 圖17展示喷墨列印頭印表機^件，丨中多個電極及電氣 器件屏蔽整合於噴墨列印頭印表機元件中；

圖1 8a及圖1 8b展示藉由絕緣層分開之多個電極之電驅動 總成’該總成定位於溝槽喷墨印表機元件上；及 圖19a至圖19e展示成形電極之各種實例。 【主要元件符號說明】 8 列印頭 10 噴嘴板/孔口板 12 液體腔室或歧管孔 14 槽 133535.doc -43· 200927504 16 流體傳遞歧管 18 喷嘴孔 19 溝槽 20 溝槽收集表面 22 流體收集通道 24 流體收集通道壁 26 排流管 28 液滴偏轉器 〇 30 喷墨列印頭 32 充電電極 34 偏轉電極 36 喷墨印表機溝槽 40 液滴偏轉器 42 喷墨列印頭 43 溝槽 44 氣體供應歧管 ❹ 46 氣體移除歧管 52 噴墨列印頭 54 電極 56 喷嘴板 58 電源 64 電極 66 溝槽收集表面/流體收集表面 68 流體收集通道 133535.doc •44- 200927504 72 岐管 74 喷嘴板 76 電極/圓柱體/開口電極 77 平面連接器 78 開口圓柱諧振器間隙 82 電極 84 塗層 86 喷嘴板 ❿ 88 岐管 92 電極 94 電極 96 喷嘴板 97 岐管孔 98 岐管 99 喷嘴孔 101 介電材料 102 具有介電層之電極 104 具有介電層之電極 106 噴嘴板 108 嵌入介電層中之多個電極 110 電極 112 噴嘴板 114 喷嘴孔 116 歧管 133535.doc •45- 200927504 〇 120 電極 122 材料/塗層或介電層 124 喷嘴板 126 喷嘴孔 128 歧管 130 整合電極 132 喷墨列印頭喷嘴板 134 喷嘴孔 136 歧管 138 電驅動電路 139 端子 140 整合狹長電極 142 喷嘴板 144 喷嘴孔 146 歧管 148 電路 150 電屏蔽 152 喷嘴孔 154 喷嘴板 156 岐管 160 介電層 162 電極 164 電屏蔽 166 喷嘴板 133535.doc -46- 200927504

168 169 170 172 174 176 178 179 180 182 184 185 186 188 190 191 193 195 196 197 喷嘴孔 歧管 狹長電極 噴嘴板 噴嘴孔 歧管 介電層 電屏蔽 導電層 介電層 喷墨印表機元件 電源 電極對 電源 開口環電極 連接器或傳輸線 圖案化電極 反電極 電極 間隙區域/藉由一或複數個電極粗糙性界定之 電極-反電極間隙 噴嘴孔陣列/喷嘴孔 133535.doc •47· 198

Claims (1)

1. 200927504 十、申請專利範圍： 1. 一種處理一印表機元件之方法，其包含： 在最接近一待處理之印表機元件處提供一電極； 在一最接近該待處理之印表機元件之區域中引入一電 漿處理氣體；及 藉由將電力施加至該電極藉此在近大氣壓下產生一微 尺度電漿而處理該印表機元件，該微尺度電漿作用於該 印表機元件上。 2. 如請求項1之方法，其進一步包含： 平移該印表機元件及該電極中之至少一者以處理該印 表機7L件之額外區域或另一印表機元件。 3. 如請求項1之方法，其進一步包含： 控制最接近該待處理之印表機元件之該區域中的大氣 條件。 4·如請求項1之方法，其中該電極與該印表機元件整合。

   5.如請求項1之方法，該印表機元件包含電路，該方法進 一步包含： 電屏蔽該f路免受在該印表機元件之該處理期間施加 的該電力。 6.如叫求項1之方法，其中該印表機元件為一液體腔室、 喷嘴板、—溝槽及一喷嘴孔中之至少—者。 7·如叫求項1之方法，其進一步包含： 在最接近該待處理之印表機元件處提供一反電極， 中將雷六*& 1 ^ 至該電極包括在該電極與該反電極之間施 133535.doc 200927504 加電力。 之印表機 如明求項7之方法，其中該反電極為該待處理 元件之部分。 9，如請求項7之方法，其進一步包含： 件而定位之額外電 提供最接近該待處理之印表機元 極；及 極 提供最接近該待處理之印表機元件而定位之額外 反電 ❹ 10.如請求項1之方法，其進一步包含： 提供最接近該待處理之印表機元件而定位之額外電 極 1 1.如峋求項1之方法，其中該電極包括一微波波導及一射 頻天線中之一者。 12. —種列印頭，其包含： 一喷嘴孔； 一與該喷嘴孔液體連通之液體腔室； 一與該喷嘴孔及該液體腔室中之一者相關聯之液滴形 成機構； 與該液滴形成機構電連通之電路；及 一電屏蔽’其與該列印頭整合以屏蔽該液滴形成機構 及該電路中之至少一者免受一外部電力源。 13. 如請求項12之列印頭，其中該電屏蔽接地。 14. 一種印表機，其包含： 一印表機元件；及 133535.doc -2- 200927504 與該印表機元件整合之至少一電極，該至少一電極經 組態以在近大氣壓下最接近該印表機元件而產生一微尺 度電漿。 1 5 ·如凊求項14之印表機，其中該印表機元件包括一列印 頭。 1 6.如請求項15之印表機，其中該列印頭包含： 一噴嘴孔； 一與該噴嘴孔液體連通之液體腔室； 〇 一與該噴嘴孔及該液體腔室中之一者相關聯之液滴形 成機構； 與該液滴形成機構電連通之電路；及 一與該列印頭整合之電屏蔽，其經定位以屏蔽該液滴 形成機構及該電路中之至少一者免受一外部電力源。 17. 如請求項16之印表機，其中該電屏蔽接地。 18. 如請求項14之印表機，其中該印表機元件包括一溝槽。 19. 如請求項14之印表機，其進一步包含： ❿ 一電源，其與該電極及反電極電連通。 20. 如睛求項14之印表機，其進一步包含： 至少一反電極，其與該印表機元件整合。 21. 如請求項14之印表機，其中該電極包括一微波波導及一 射頻天線中之一者。 133535.doc