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    • 专利摘要:
    一種流體噴射器，具有內表面、外表面及使待噴射之流體接觸內表面的孔洞。流體噴射器包括一不受潮單層塗層，至少覆蓋流體噴射器的部分外表面、且圍繞流體噴射器的孔洞。製造不受潮單層塗層的方法包括移除流體噴射器第二區域上的不受潮單層塗層，而留下流體噴射器孔洞周圍第一區域上的不受潮單層塗層；或者包括保護流體噴射器的第二區域，以免不受潮單層塗層形成於其上，且第二區域不包括流體噴射器孔洞周圍的第一區域。
    公开号:TW201307091A
    申请号:TW101130873
    申请日:2006-06-30
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Yoshimasa Okamura；John A Higginson；Brabander Gregory De；Paul A Hoisington；Jeffrey Birkmeyer
    申请人:Fujifilm Dimatix Inc；
    IPC主号:B41J2-00
    专利说明:
    流體噴射器上之不受潮塗層
    本發明是關於流體噴射器上的塗層。
    流體噴射器(如噴墨印刷頭)一般具有一內表面、一噴射流體的孔洞、及一外表面。當流體從孔洞噴出時，流體會積聚在流體噴射器的外表面上。若流體積聚在鄰近孔洞的外表面，孔洞噴出的流體會偏移原定的行進路徑或受聚集流體的內作用力(如表面張力)影響而完全阻塞住。製作流體噴射器的某些材料為疏水性(例如矽)，此通常會惡化流體噴射後積聚的問題。
    不受潮塗層，如Teflon®與氟化碳聚合物，可用來塗佈表面。然而，Teflon®與氟化碳聚合物一般為軟性且不耐久的塗層。這些塗層也很昂貴且不易圖案化。
    根據本發明之一態樣，提出一種流體噴射器，具有一內表面、一外表面、及一使待噴射之流體接觸內表面的孔洞。流體噴射器包括一不受潮單層塗層，至少覆蓋流體噴射器的部分外表面、且圍繞流體噴射器的一孔洞。
    本發明之實施例包括下列一或多個特徵。不受潮單層塗層包括至少由碳原子與氟原子組成的分子。不受潮單層塗層不覆蓋流體噴射器內表面任一部份。
    根據本發明之另一態樣，提出一種形成不受潮單層塗層於流體噴射器之選定區域的方法，其自流體噴射器之第二區域上移除一不受潮單層塗層，而留下流體噴射器孔洞周圍第一區域上的不受潮單層塗層。
    根據本發明之另一態樣，一不受潮單層塗層形成在流體噴射器的第一區域及第二區域上，其中第一區域圍繞流體噴射器的孔洞。移除第二區域上的不受潮單層塗層，而留下第一區域上的不受潮單層塗層。
    本發明之實施例包括下列一或多個特徵。在移除第二區域上的不受潮單層塗層之前，可先保護第一區域。保護方法包括在移除第二區域上的不受潮單層塗層之前，先施加膠帶、光阻或石蠟於第一區域上，接著在移除不受潮單層塗層之後，移除膠帶、光阻或石蠟。移除第二區域上之不受潮單層塗層的方法包括施加至少一種以下方式：施加電漿於第二區域、雷射磨除第二區域、或施加紫外光於第二區域。第一區域可包括流體噴射器的外表面，而第二區域可包括流體噴射器的內表面。
    根據本發明之又一態樣，提出一種形成不受潮單層塗層於流體噴射器之選定區域的方法，其保護流體噴射器的第二區域，且形成一不受潮單層塗層於流體噴射器的第一區域上，其中第一區域圍繞流體噴射器的孔洞。
    根據本發明之又一態樣，一流體噴射器的第二區域為被保護而避免不受潮單層塗層形成於其上，且第二區域不包括圍繞流體噴射器孔洞的第一區域。
    本發明之實施例包括下列一或多個特徵。第二區域可包括孔洞的內側。保護第二區域的方法可包括連結一矽基材與流體噴射器。保護第二區域的方法還可包括在形成不受潮單層塗層之前，先施加膠帶、光阻或石蠟於流體噴射器上，接著在形成不受潮單層塗層之後，移除膠帶、光阻或石蠟。
    根據本發明之再一態樣，提出一種形成不受潮單層塗層於流體噴射器之選定區域的方法。一黏附區域形成在流體噴射器基材上，其中該黏附區域包括第一材料，且流體噴射器基材包括第二材料。一不受潮單層塗層是由一具選擇性之前驅物而被生成在該黏附區域上，且該具選擇性之前驅物會黏附在第一材料，但實質上不會黏附在第二材料。
    本發明之實施例包括下列一或多個特徵。黏附區域可圍繞流體噴射器基材的孔洞。孔洞可在形成該不受潮單層塗層前，先形成於流體噴射器基材中。該具選擇性之前驅物包括一硫醇末端(thiol termination)，第一材料包括金，第二材料則包括矽。形成黏附區域的方法包括濺鍍第一材料於流體噴射器基材上，然後圖案化第一材料。
    根據本發明之另一態樣，提出一種流體噴射器，具有一內表面、一外表面、及一使待噴射之流體接觸內表面的孔洞。一黏附區域至少覆蓋流體噴射器的部分外表面、並圍繞流體噴射器的孔洞；一不受潮單層塗層實質上覆蓋整個黏附區域，且實質上不覆蓋流體噴射器中除黏附區域以外的外表面。
    本發明之實施例包括下列一或多個特徵。黏附區域可包括第一材料，其實質上不會出現在流體噴射器的外表面。不受潮單層塗層的前驅物包括硫醇末端，黏附區域包括金原子，流體噴射器外表面則包括矽原子。黏附區域不需覆蓋流體噴射器內表面任一部分。
    本發明之實施例具有下列一或多個優點。
    該不受潮單層塗層可減少流體積聚在流體噴射器的外表面。此單層塗層為耐用且不溶於大多數的溶劑，因而各種噴墨可用於流體噴射器中。由於單層塗層很薄，故可節省塗層材料的用量。在蝕刻流體噴射器後，不需進行濕式製程，因此可避免濕式製程所造成的殘留物。
    若不受潮單層塗層係於沉積後才移除之，則可不先保護或遮罩基材區域即行沉積。若於沉積塗層前先遮罩其下層，則可省略移除非選定區域上之不受潮單層塗層的步驟。不受潮單層塗層可輕易而正確地沉積在基材之選定區域上。
    為讓本發明之上述與其他特徵、目的和優點能更明顯易懂，本發明之實施例將配合所附圖式詳細說明於後。
    第1A圖為一未塗佈之流體噴射器100(例如噴墨印刷頭之噴嘴)的剖面圖，其結構可參見美國專利申請號為10/913,571之申請案，此內容一併附上供作參考。未塗佈之流體噴射器100包括一流道模組110與一噴嘴層120，二者組成均為矽(如單晶矽)。在一實施例中，未塗佈之流體噴射器100為單一裝置，且流道模組110與噴嘴層120非個別獨立的元件。未塗佈之流體噴射器100包括一內表面150與一外表面160。一膜層182位於一抽吸室135之上。一啟動器172加壓抽吸室135中的流體(如以水為底液之墨水)，流體則流經下降區130，且經由噴嘴層120中的孔洞140噴射出來。啟動器172可包括一壓電層176、一下電極(如接地電極)、及一上電極(如驅動電極)。膜層182和啟動器172雖未繪於下列圖式，但仍存在其中。
    如第1B圖所示，未塗佈之流體噴射器100也可選擇性地包括一形成在噴嘴層120上的無機層165，於此，未塗佈之流體噴射器100的外表面160為無機層165的外表面。無機層165例如可為二氧化矽層，以加強不受潮塗層的黏著性。在一實施例中，無機層165為一原生氧化層，其厚度一般為1奈米(nm)至3奈米。在另一實施例中，無機層為一沉積的種晶層。例如，二氧化矽無機層165可藉由引入四氯化矽(SiCl4)與水蒸氣至放置未塗佈之流體噴射器100的化學氣相沉積(CVD)反應室中而形成在噴嘴層120上。在抽空反應室後，關閉CVD反應室與真空幫浦間的閥門，接著引入SiCl4與水蒸氣至反應室內。SiCl4的分壓可為0.05托耳(Torr)至40托耳(如0.1托耳至5托耳)，而水的分壓可為0.05托耳至20托耳(如0.2托耳至10托耳)。沉積溫度一般介於室溫至100℃之間。或者，無機層165可濺鍍至噴嘴層120上。在形成無機層165之前，可先清洗待塗佈無機層165的表面，如利用氧電漿。
    種晶層的厚度例如為5奈米至100奈米。某些噴射流體的成效會受無機層厚度的影響。例如對一些「困難的」流體而言，須提供較厚的無機層，如30奈米、40奈米、50奈米、或甚至更厚。
    根據一製程實施例，種晶材料層與不受潮塗層為交替形成。在此實施例中，各種晶層的厚度例如為5奈米至20奈米。在形成種晶材料層之前，可先清洗元件所露出的表面(如利用氧電漿)。雖然假定此製程可形成種晶材料層與不受潮塗層交替堆疊的結構，但在某些條件下(不侷限特定理論)，清洗步驟可能會移除先前沉積的不受潮塗層，因而最終裝置具有一單一連續且厚的種晶層，而非氧化層與不受潮塗層交替的結構。
    另一製程實施例在一單一連續步驟中，完全只沉積種晶層，以提供一元、整塊的種晶層。
    參照第1B與1C圖，一不受潮塗層170，如包括單一分子層之自組(self-assembled)單層，為施加到未塗佈之流體噴射器100的外表面160，以形成一塗佈之流體噴射器105。不受潮塗層170可利用氣相沉積法，而不用利用刷塗、滾塗或旋塗之方式。在形成不受潮塗層170之前，可先清洗流體噴射器的外表面(如利用氧電漿)。在一實施例中，流體噴射器最終產品的內表面150、下降區130及孔洞140內表面均未覆蓋塗層。不受潮塗層170可藉由低壓引入前驅物與水蒸氣至CVD反應室而沉積於未塗佈之流體噴射器100的外表面160上。前驅物的分壓可為0.05托耳至1托耳(如0.1托耳至0.5托耳)，而水的分壓可為0.05托耳至20托耳(如0.1托耳至2托耳)。沉積溫度為介於室溫至100℃之間。塗佈製程和形成無機層165之步驟可在從應用微結構公司(Applied MicroStructures,Inc.)取得之分子氣相沉積設備(MVDTM)中進行。
    適用於不受潮塗層170之前驅物例如包括含不受潮末端與可附加至流體噴射器表面之末端的分子前驅物。例如，分子前驅物包括具一末端為-CF3基而一第二末端為-SiCl3基之碳鏈。其他可附加至矽表面的前驅物例子包括十三氟-1,1,2,2-四氫辛基三氯矽烷(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane；FOTS)及1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯矽烷(1H,1H,2H,2H-perfluoro decyltrichlorosilane；FDTS)。當含-SiCl3末端之分子的前驅物(如FOTS或FDTS)和水蒸氣被引進CVD反應室時，-SiCl3基的矽原子會與無機層165或噴嘴層120之原生氧化物上-OH基中的氧原子鍵結。
    根據另一實施例，塗佈之流體噴射器105不包括無機層165，因此不受潮塗層170是直接形成於噴嘴層120上。在此實施例中，噴嘴層120的外表面可視為未塗佈之流體噴射器100的外表面160。
    第2圖繪示塗佈之流體噴射器105的底部。圖中的孔洞140為矩形開口，然其也可為其他形狀，如圓形、五角形或多邊形。
    如第3圖所示，多層不受潮塗層370形成在流體噴射器300的外表面360。這多層結構可藉由重複實施第1B圖所述之沉積步驟而得。在一實施例中，於沉積不受潮塗層370之前，不受潮塗層的碳氟鏈被切割而露出矽原子或-CH2基。切割(蝕刻)碳氟鏈的方法例如為利用氧電漿處理。電感耦合電漿(inductively coupled plasma；ICP)源用來產生氧活性基，以蝕刻不受潮塗層的碳氟鏈。氧氣引入CVD反應室中的壓力例如為0.4托耳，流速為260 sccm。ICP源提供30秒、200瓦(W)的RF電源。
    參照第1B及1C圖，不受潮塗層170可在連接流道模組110與噴嘴層120之前或之後、及在形成孔洞140於噴嘴層120之前或之後，沉積於未塗佈之流體噴射器100的外表面160。若孔洞140是在沉積不受潮塗層170後形成，則在形成孔洞140時，通常會遮蓋不受潮塗層170以免其遭到破壞。若不受潮塗層170是在形成孔洞140後才形成，則可移除沉積在塗佈之流體噴射器105之內表面150上的不受潮塗層，而留下外表面160上的不受潮塗層。在形成不受潮塗層170的過程中，亦可遮蓋孔洞140，如此不受潮塗層不會沉積在內表面150。
    較佳地，不受潮塗層170是在形成一或多個孔洞(如孔洞140)於噴嘴層120上後形成。第4圖繪示一噴嘴層420在與流道模組結合之前，已覆蓋一不受潮塗層470。利用CVD製程形成的不受潮塗層470一般為覆蓋噴嘴層420所有暴露的表面。不受潮塗層470同時覆蓋噴嘴層420的內表面450與外表面460。噴嘴層420上會有一無機層(如第1B圖的種晶無機層165或原生氧化層)，但為便於描述，故其未繪示於第4圖。
    噴嘴層420上的某些選定區域最好是無覆蓋不受潮塗層，因此可移除選定區域上的不受潮塗層。例如，可移除噴嘴層420內表面450上的不受潮塗層470。如第5圖所示，一遮罩層580(如膠帶)形成在噴嘴層420外表面460的不受潮塗層470之上，已遮罩之噴嘴層置於一固態表面，如一矽基材590上。蝕刻劑(如氧電漿)施加於噴嘴層420內表面450，以移除內表面450上的部分不受潮塗層470。如第6圖所示，矽基材590和遮罩層580可在施加蝕刻劑後移除之，而只留下噴嘴層420外表面460上的不受潮塗層470。
    或者，可使用光源(如紫外光(UV)、深UV、或雷射中的綠光)來移除選定區域上的不受潮塗層。例如再次參照第4圖，光源可照射噴嘴層420的內表面450，而移除內表面450上的部分不受潮塗層470。光源例如是由一激發雷射(如ArF或KrF激發雷射)提供。另外，可令噴嘴層420傾斜於光源，以照射到孔洞440之孔壁。
    在移除內表面450上的不受潮塗層470後，噴嘴層420可附加至一流道模組(如第1A圖之流道模組110)。此所揭露的方法也可應用於先將噴嘴層420附加至流道模組、再形成不受潮塗層470的情況。例如，蝕刻劑可透過流道模組中的下降區(如第1A圖之下降區130)而達內表面450。利用下降區提供蝕刻劑的方法之一為連接一臭氧產生器至組合之流體噴射器的入口，進而透過入口提供臭氧給下降區及內表面450。當提供臭氧給下降區及內表面450時，可使用膠帶保護外表面460。此外，臭氧於注入下降區前，可先加熱至例如120℃。在另一實施例中，可採用氧電漿來取代臭氧。
    除了移除選定區域上的不受潮塗層外，亦可直接避免不受潮塗層形成在選定區域上。例如，可在進行沉積時即防止不受潮塗層470形成在噴嘴層420的內表面450。根據又一實施例，不受潮塗層形成在選定區域上後，還沉積一材料層(如二氧化矽)於不受潮塗層上，而使選定區域具親水性。
    如第7A圖所示，形成一保護結構785且對應於噴嘴層720中的一區域，例如孔洞740。保護結構785可形成在一矽基材795上，形成方法例如為形成氧化矽787於保護結構785上，然後利用誘發耦合電漿蝕刻矽基材795，以形成凸起區域。
    如第7B圖所示，噴嘴層720與矽基材795為接觸設置或彼此結合，而使保護結構785遮蓋孔洞740。如第7C圖所示，利用氣相沉積法形成一不受潮塗層770於噴嘴層720上未被保護結構785遮住的外表面760。參照第7D圖，移除矽基材795之後，噴嘴層720上只有未被保護結構785覆蓋的外表面760上才有不受潮塗層770。
    有些不受潮塗層的前驅物會選擇性地黏附某些材料，且實質上不黏附其他材料。例如，具硫醇末端(thiol termination)之前驅物可黏附於金，但實質上不黏附於矽。具選擇性末端與不受潮末端的前驅物可控制不受潮塗層形成在基材(例如矽基材)上的區域。例如參照第8A圖，氧化層810為選擇性圖案化於矽基材820上。在第8B圖中，選擇性前驅物可黏附的材料層(例如金)濺鍍至矽基材820或氧化層810(若含此層)上，並圖案化成一黏附區域830(如使用光阻加以圖案化)。如第8C圖所示，矽基材820被蝕刻而形成孔洞840於其中(如使用誘發耦合電漿蝕刻)，且一不受潮塗層870藉由會黏附在黏附區域830、但不會黏附在氧化層810或矽基材820上的選擇性前驅物(如具硫醇末端之前驅物)而形成其上。
    或者如第9A圖所示，選擇性前驅物可黏附的材料層為直接濺鍍至矽基材920上，且圖案化成黏附區域930。在第9B圖中，矽基材920被蝕刻而形成孔洞940於其中，不受潮塗層970則利用選擇性前驅物而形成其上。
    各種方法均可用在沉積不受潮塗層前，先遮蓋噴嘴層上不欲形成不受潮塗層的區域。當移除部份不受潮塗層時，也可採用遮罩來保護不受潮塗層。例如，膠帶、石蠟或光阻可做為遮罩，以避免不受潮塗層沉積在噴嘴層的選定區域。在沉積不受潮塗層於噴嘴層之後，可移除膠帶、石蠟或光阻。同樣地，膠帶、石蠟或光阻可形成在不受潮塗層的特定區域上，以免在沉積後的處理步驟中移除了這些區域的不受潮塗層。
    移除選定區域之部分不受潮塗層的方法例如可採用使用硬罩之雷射磨除、或伺服控制(servo-controlled)之雷射。或者，移除選定區域之部分不受潮塗層的方法例如可利用電漿蝕刻不受潮塗層，且利用遮罩(如光阻)保護不欲移除不受潮塗層的區域。或者，可使用紫外光來移除選定區域之部分不受潮塗層，並使用遮罩(如金屬接觸罩幕)保護不欲移除不受潮塗層的區域。
    雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，例如，上述方法可以不同的步驟順序進行，仍可產生相同的結果，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    100、105‧‧‧流體噴射器
    110‧‧‧流道模組
    120‧‧‧噴嘴層
    130‧‧‧下降區
    135‧‧‧抽吸室
    140‧‧‧孔洞
    150‧‧‧內表面
    160‧‧‧外表面
    165‧‧‧無機層
    170‧‧‧不受潮塗層
    172‧‧‧啟動器
    174‧‧‧上電極
    176‧‧‧壓電層
    178‧‧‧下電極
    182‧‧‧膜層
    300‧‧‧流體噴射器
    360‧‧‧外表面
    370‧‧‧不受潮塗層
    420‧‧‧噴嘴層
    440‧‧‧孔洞
    450‧‧‧內表面
    460‧‧‧外表面
    470‧‧‧不受潮塗層
    580‧‧‧遮罩層
    590‧‧‧基材
    720‧‧‧噴嘴層
    740‧‧‧孔洞
    760‧‧‧外表面
    770‧‧‧不受潮塗層
    785‧‧‧保護結構
    787‧‧‧氧化矽
    795‧‧‧基材
    810‧‧‧氧化層
    820‧‧‧基材
    830‧‧‧黏附區域
    840‧‧‧孔洞
    870‧‧‧不受潮塗層
    920‧‧‧基材
    930‧‧‧黏附區域
    940‧‧‧孔洞
    970‧‧‧不受潮塗層
    第1A-1B圖為未塗佈之流體噴射器之一實施例的剖面圖。
    第1C圖為第1B圖之流體噴射器的剖面圖，其外表面具一不受潮單層塗層。
    第2圖繪示第1C圖之流體噴射器的底部。
    第3圖為流體噴射器之第二實施例的剖面圖，其外表面具一不受潮單層塗層。
    第4圖為塗佈上不受潮塗層之噴嘴層的剖面圖。
    第5圖為具保護膠帶於外表面上之噴嘴層的剖面圖。
    第6圖為一噴嘴層的剖面圖。
    第7A-7D圖繪示一實施例之形成不受潮塗層於噴嘴層上的方法。
    第8A-8C圖繪示一第二實施例之形成不受潮塗層於噴嘴層上的方法。
    第9A-9B圖繪示一第三實施例之形成不受潮塗層於噴嘴層上的方法。
    各圖中相同的標號表示類似的元件。
    105‧‧‧流體噴射器
    110‧‧‧流道模組
    120‧‧‧噴嘴層
    130‧‧‧下降區
    140‧‧‧孔洞
    150‧‧‧內表面
    160‧‧‧外表面
    165‧‧‧無機層
    170‧‧‧不受潮塗層
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種用以於一流體噴射器之一選定部分上形成一不受潮層的方法，該方法包含：形成一不受潮層於一流體噴射器之一第一區域及一第二區域上，該流體噴射器已具有一孔洞，其中該第一區域包括該流體噴射器之一外表面，該外表面圍繞該流體噴射器中之該孔洞，且該第二區域包括該流體噴射器之一內表面，該內表面位於該孔洞內；施加一膠帶於該第一區域上，使得該膠帶覆蓋該孔洞之一開口；移除該第二區域上的該不受潮層，而留下該第一區域上由該膠帶所覆蓋之該不受潮層；以及移除該第一區域上的該膠帶。
    [2] 如請求項第1項所述之方法，其中移除該第二區域上的該不受潮層之步驟包含以下至少一者：施加一電漿於該第二區域、雷射磨除該第二區域、或施加一紫外光於該第二區域。
    [3] 如請求項第1項所述之方法，其中移除該第二區域上的該不受潮層之步驟包含施加一蝕刻劑於該第二區域。
    [4] 如請求項第1項所述之方法，其中該不受潮層係一單一分子層。
    [5] 如請求項第1項所述之方法，其中形成該不受潮層之步驟包含施加一前驅物至該第一區域及該第二區域。
    [6] 如請求項第5項所述之方法，其中該前驅物包含一硫醇末端前驅物。
    [7] 如請求項第5項所述之方法，其中該前驅物包含十三氟-1,1,2,2-四氫辛基三氯矽烷(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane)或1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯矽烷(1H,1H,2H,2H-perfluoro decyltrichlorosilane)。
    [8] 如請求項第5項所述之方法，其中使用一化學氣相沉積反應室來施加該前驅物。
    [9] 如請求項第1項所述之方法，包含：在形成該不受潮層之前，清洗該第一區域。
    [10] 如請求項第1項所述之方法，包含：在形成該不受潮層於該第一區域上之前，形成一無機種晶層於該第一區域上。
    [11] 如請求項第10項所述之方法，其中該無機層係一原生氧化層或一沉積的氧化層。
    [12] 如請求項第10項所述之方法，其中該無機層具有介於5奈米與100奈米之間的一厚度。
    [13] 如請求項第1項所述之方法，其中該流體噴射器包括一流道模組及一噴嘴層。
    [14] 如請求項第13項所述之方法，包含：在形成該不受潮層於該第一區域及該第二區域上之後，結合該流道模組與該噴嘴層。
    [15] 如請求項第13項所述之方法，包含：在移除該第二區域上的該不受潮層之後，將該噴嘴層結合至該流道模組。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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