TWI436897B - 流體噴射器裝置 - Google Patents

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    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1606—Coating the nozzle area or the ink chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

流體噴射器裝置 發明領域
本發明關於一種流體噴射器裝置。
 發明背景
噴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，墨水及噴墨印表機噴孔表面間的交互作用可能會引起不想要的效果。
 發明概要
一種流體噴射器裝置，包括：一流體噴孔層，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噴孔層之氟化物種(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。
一種形成流體噴射器裝置的方法，包括：備置具有一孔口界定於其中之一流體噴孔層；及在設置於該流體噴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噴孔層之氟化物種(F)的數量。
圖式簡單說明
本揭露之實施例的特點與優點藉由參考以下的詳細說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，具備先前描述過之功能的元件編號或特點，當它們再度出現於其他圖式時，可能被再次描述或不再描述。
第1A圖為流體噴射器裝置之一實施例的半簡化立體圖；第1B圖為第1A圖之流體噴射器裝置實施例之一部分的放大半簡化立體圖，其顯示氟梯度的實施例；及第2圖為包括流體噴射器裝置一實施例之噴墨啟動腔一實施例的半簡化橫截面圖。
 較佳實施例之詳細說明
墨水及噴墨印表機噴孔表面之間的交互作用可能會導致噴孔堵塞、墨水膠化及/或等等。為了降低潛在非所要的墨水－噴孔交互作用，噴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噴孔表面。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噴孔的開口的地方，此種薄層可能是所要的，特別是使得處理及擦拭頂層更加地容易。然而，在噴孔上含有這種層可能牽涉另外的及/或昂貴的製程步驟。
電漿灰化製程已經被併入發明人所使用之製程，用以形成熱噴墨印表機。不想被任何理論所拘束，據信灰化及/或其他後續製程(諸如擦拭、高壓水噴霧、捲帶、晶圓開縫、晶圓鋸割、TMAH濕蝕刻等等)可能有害於噴孔層上的低表面能量樹脂膜。
此處揭露之流體噴射器裝置之實施例有利地包括一塗覆層，其比下方的噴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及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噴射、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。
現一起參考第1A及1B圖，流體噴射器裝置10通常包括具有一孔口14界定於其中之一流體噴孔層12，及一個以上之環氧樹脂層16設在噴孔層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，如此出現在環氧樹脂層16表面S之氟化物種F的數量比出現在鄰近噴孔層12者為大(如第1B圖所示)。通常是所要的是很少或沒有氟化物種F出現在鄰近噴孔層12處，因為此種物種F靠近這介面可能會造成噴孔層12及環氧樹脂層16之間的潛在去層化。
於形成裝置10之方法之一實施例中，形成噴孔層12， 然後環氧樹脂層16設於其上。於該方法之另一實施例中，噴孔層12及環氧層16實質上同時地形成及設立。後一個方法可以例如藉由乾性膜製造方法而達成。
一般而言，噴孔層12由任何可以長期暴露於噴墨墨水之合適的材料而形成。合適形成噴孔層12之材料的一非限制性實例包括可光成像的環氧化物，諸如SU8(二環氧丙基醚雙酚A(DGEBA)為底之負光阻)，可光成像之聚矽氧烷為底的化學品，諸如Polyset，可光成像的聚醯亞胺，聚降冰片烯及/或相似物，及/或其等之組合。
孔口14可以藉由下述步驟形成於噴孔層12中：將噴孔層12之一個以上地帶暴露於UV光，接著暴露後烘烤以引發環氧物交聯，接著移除(如使用合適的溶劑)未暴露部分，此種移除形成孔口14。孔口14之尺寸可為噴射墨水之任何合適的尺寸。如一非限制性實例，孔口14之直徑範圍從約6微米至約50微米。於另一非限制性實例中，孔口14直徑範圍從約7微米至約22微米。
其中具有氟梯度之環氧樹脂層16可藉著添加相當高重量百分比的氟化物種F(其可實質地溶解於一個以上的溶劑)至環氧樹脂，然後使該氟摻雜的環氧樹脂進行至烘烤製程而形成。於一非限制性實例中，烘烤製程發生於約170℃。應了解者，至少部分地依據所選的材料，此溫度可以被調整。
據信烘烤製程驅動氟化物種F移動至環氧樹脂層16的表面S，藉此形成梯度。更相信的是，於烘烤製程前加 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%。
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188 g/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。
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氟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，與噴孔層12相較，環氧樹脂層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°，而噴孔層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中包括高與低分子量氟化物種F的混合物是所要的。不想被任何理論 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高分子量氟化物種帶入溶液。此實施例可更增加環氧樹脂層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1，3，5－三甲苯。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膜漆(如可光成像的環氧化物，例如SU8)，可光成像的聚矽氧烷為底的化學品，諸如Polyset，可光成像的聚醯亞胺，聚降 冰片烯，三甲基苯為底的光阻及/或相似物，及/或其等之組合。
於該方法之一實施例中，其中具有氟梯度的環氧樹脂層16被設在噴孔層12上。此種設立可以經由任何合適的沉積技術而達成，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(該製程進一步描述於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11月30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)，或藉由孔口14經由暴露已經被圖案化之後及孔口14已經以溶劑形成/發展之前，沉積環氧樹脂層16，此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12與16兩者而被形成。
於此處揭露方法之任一實施例中，該被設置之環氧樹脂層16大致具有大於單一層的厚度。於一非限制性實例中，環氧樹脂層16的厚度大於0.5微米。於另一非限制性實例中，環氧樹脂層16之厚度的範圍從約2微米至約6微米。
所得的環氧樹脂層16也為實質地堅固。於一些實施例中，此種堅固性之呈現係由於所得的環氧樹脂層16可實質 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。不想被任何理論所拘束，據信在表面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。
於一實施例中，流體噴射器裝置10容易受到灰化(O2 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位於最接近表面S的氟化物種F，且可引起環氧樹脂層16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。
於此灰化製程之後，據信此處揭露之流體噴射器裝置10的實施例依然保留一定實質數量的氟化物種F，即使在表面S處之該F物被損毀。進一步相信的是，這是至少部分由於環氧樹脂層16具有氟梯度的緣故，其中在表面S處該氟化物種F被飽和且延伸進入該層16之部分厚度內。
更且，灰化後(具有增加的表面能量與減少的接觸角)的環氧樹脂層16之表面能量與接觸角可以想要地被重設至 分別地比噴孔層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℃至約20℃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噴射器裝置10之噴墨啟動腔100的印表機1000之一實施例。大致上，腔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，流體噴射器裝置10構形為該噴孔層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。
基材18可以為任何合適的基材，包括例如矽晶圓。更且，開始層20及腔形成層22可為任何適於儲存噴墨墨水的層。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/或相似物，及/或其等之組合。
於一使用流體噴射器裝置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)，墨水噴射通過孔口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 流體噴孔層12，這至少部分是因為此層16之表面能量降低/接觸角增加。
墨水組成物可被儲存，例如於噴墨啟動腔100之腔24中。墨水組成物從腔24通過孔口14噴射到至少一部分的介質基材上以形成影像(圖案、文字或相似物，或其等之組合)。墨水組成物的使用量至少部分地依據所要形成的影像而決定。
適於包括此處揭露之裝置10的印表機包括按需要噴墨型之噴墨印表機，諸如熱或壓電噴墨印表機。此種印表機之非限制性實例包括可攜帶式按需要噴墨型噴墨印表機(如，手持式印表機、可安裝於臂上之印表機、可安裝於腕上之印表機等等)，桌上型按需要噴墨型噴墨印表機，或其等之組合。
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
10‧‧‧流體噴射器裝置
12‧‧‧流體噴孔層
14‧‧‧孔口
16‧‧‧環氧樹脂層
18‧‧‧基材
20‧‧‧開始層
22‧‧‧腔形成層
24‧‧‧腔
100‧‧‧噴墨啟動腔
1000‧‧‧印表機
S‧‧‧表面
第1A圖為流體噴射器裝置之一實施例的半簡化立體圖；第1B圖為第1A圖之流體噴射器裝置實施例之一部分的放大半簡化立體圖，其顯示氟梯度的實施例；及第2圖為包括流體噴射器裝置一實施例之噴墨啟動腔一實施例的半簡化橫截面圖。
10‧‧‧流體噴射器裝置
12‧‧‧流體噴孔層
14‧‧‧孔口
16‧‧‧環氧樹脂層
S‧‧‧表面

Claims (16)

  1. 一種流體噴射器裝置，包括：一流體噴孔層，其中界定一孔口；及至少一環氧樹脂層，設置於該噴孔層上，該至少一環氧樹脂層具有於其間具一厚度的第一及第二對置表面並且具有形成於其中的一氟梯度使得該梯度延伸至該至少一環氧樹脂層的至少一部分厚度中，其中，出現在該至少一環氧樹脂層中在該第一對置表面之氟化物種的數量係大於出現在該至少一環氧樹脂層中在鄰近該流體噴孔層的該第二對置表面之氟化物種的數量；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。
  2. 如申請專利範圍第1項之流體噴射器裝置，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、三甲基苯為底的光阻、或其等之組合。
  3. 如申請專利範圍第2項之流體噴射器裝置，其中其中該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項之流體噴射器裝置，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。
  5. 如申請專利範圍第1項之流體噴射器裝置，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-(三氟甲基)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。
  6. 如申請專利範圍第1項之流體噴射器裝置，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，其中該流體噴孔層之接觸角的範圍從約15°至約60°，及其中該至少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項之流體噴射器裝置，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. 一種形成流體噴射器裝置的方法，包括：備置具有一孔口界定於其中之一流體噴孔層；及在設置於該流體噴孔層上的一環氧樹脂層中形成一氟梯度，該環氧樹脂層具有於其間具一厚度的第一及第二對置表面，使得該梯度延伸至該環氧樹脂層的至少一部分厚度中，藉此出現在該環氧樹脂層中在該第一對置表面之氟化物種的數量係大於出現在該環氧樹脂層中在鄰近該流體噴孔層的該第二對置表面之氟化物種的數量。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，更包括：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℃至約20℃。
  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、高壓水噴霧、捲帶或其等之組合。
  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噴孔層實質上同時地形成，或該環氧樹脂層形成在該流體噴孔層之後。
  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噴孔層係經由乾膜製作形成。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該環氧樹脂層形成在該流體噴孔層之後，且其中該環氧樹脂層經由層疊、乾塗覆、旋轉塗覆、幕式塗覆或其等之組合而設置。
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