本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體材料的基板、特別是噴墨打印機(jī)的噴嘴板的表面處理的方法，且更具體地涉及用于施加受限于所述噴嘴的表面上的化學(xué)穩(wěn)定抗?jié)櫇裢繉拥墓に嚒?/p>

背景技術(shù)：

在多種應(yīng)用中，有必要在暴露于液體的表面上施加防水和/或防油涂層。在噴墨打印頭的情況下，例如，有必要在打印噴嘴板上施加抗?jié)櫇裢繉?awc)以防止在噴墨打印期間和之后形成墨水殘余物。事實(shí)上，在噴出墨滴的噴嘴的孔口附近的殘余物堆積會改變墨滴的方向，由此引起打印圖像質(zhì)量退化。

進(jìn)一步地，抗?jié)櫇裉幚肀仨殐H被施加在噴嘴的孔口外部，以防止打印分辨率受到影響，并且如果被設(shè)置成與酸性或堿性溶液接觸，則抗?jié)櫇裉幚肀仨毷腔瘜W(xué)穩(wěn)定的，很多水基墨水是酸性或堿性溶液，會在短時間內(nèi)破壞awc。

可通過經(jīng)由層壓、旋涂或者化學(xué)氣相沉積(cvd)沉積抗?jié)櫇窬酆衔飳觼慝@得諸如硅、玻璃或者其他無機(jī)或者有機(jī)基板的表面抗?jié)櫇裉幚怼?/p>

這些處理可以提供良好的表面特性和優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，但是當(dāng)將其設(shè)置成與液體接觸時通常是不穩(wěn)定的，從基板脫層。這一現(xiàn)象是由于將所沉積層和基板粘合在一起的弱的物理型相互作用。一般是由于氫鍵或者范德華力引起這些物理相互作用。而且，這些沉積技術(shù)會引起在噴嘴的孔口內(nèi)部也施加了awc，由此引起打印工藝改變。

替換地，可經(jīng)由通過創(chuàng)建比物理鍵強(qiáng)的化學(xué)鍵的化學(xué)型涂層獲得抗?jié)櫇裉幚怼Ｍǔ?，通過使用諸如烷基硅烷或者全氟烷基硅烷、氯硅烷或者烷氧基硅烷的分子獲得該涂層。

在硅表面上，例如，烷基硅烷形成通過si-o-si鍵被化學(xué)鍵合到硅表面的均勻的單層(厚度范圍從幾埃到幾百納米)。

上述涂層不經(jīng)受脫層，并且通過適當(dāng)選擇烷基尾有可能獲得所需表面特性。但是，當(dāng)暴露于水環(huán)境時，已知這種類型的涂層是不穩(wěn)定的，就像很多水基墨水一樣。特別地，si-o-si錨固鍵在水環(huán)境中是不穩(wěn)定的，尤其是在非中性ph下的情況下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于施加抗?jié)櫇裢繉拥姆椒ǎ洳淮嬖诠娜毕萸姨貏e地將不會隨著時間的過去以及當(dāng)被設(shè)置成接觸酸性或堿性水溶液時經(jīng)歷物理和/或化學(xué)特性的退化，并且將能夠在噴嘴板的受限區(qū)域中施加涂層。

在涉及根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求9的方法以及根據(jù)權(quán)利要求10的集成噴墨打印頭的范圍內(nèi)，可通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中：

-圖1a-1d是本發(fā)明的方法的第一實(shí)施例的示意性圖示；

-圖2a-2e是本發(fā)明的方法的第二實(shí)施例的示意性圖示；和

-圖3示出了可以應(yīng)用本發(fā)明的方法的噴墨打印頭的截面。

具體實(shí)施方式

特別地，后面的描述涉及用于向半導(dǎo)體材料的基板的至少一個表面施加抗?jié)櫇裢繉拥姆椒ǎ龇椒òú襟E：

a)向所述至少一個表面涂覆金屬層，金屬層的材料選自由貴金屬、貨幣金屬、其氧化物及其合金構(gòu)成的組；和

b)在所述金屬層上涂覆分子式為r-sh的硫醇層，這里r是線性飽和烷基鏈，包括3到20個碳原子以及可選的至少一個雜原子，用于獲得抗?jié)櫇裢繉印?/p>

在當(dāng)前文本中，術(shù)語“貴金屬”意思是不易于與氧組合的金屬元素。特別地，所述元素組的實(shí)例是金、銀、鈀、鉑、釕、銠、鋨、銥及其合金。

在本文中，術(shù)語“貨幣金屬”意思是可用作用于貨幣的合金中的成分的那些金屬化學(xué)元素。特別地，這些金屬的實(shí)例是銅、鋅、鐵、錫、鎳、鉻、鈦、鋁、銻以及元素周期表ii族金屬及其合金。

根據(jù)本說明書的貴金屬或者貨幣金屬、其氧化物及其合金的實(shí)例是銀、金、銅、鈀、鉑、汞、釕、鎳、鈦、銦、鋅、其氧化物和合金，特別是tio2和ito。

本發(fā)明的方法基于貴金屬或者貨幣金屬、或者其氧化物或合金與硫醇之間的反應(yīng)過程。

特別地，通過所描述的方法，有可能創(chuàng)建由硫醇的氫碳鏈形成的抗?jié)櫇駟螌?，其特征在于，與半導(dǎo)體材料的基板的強(qiáng)鍵合。由此獲得的抗?jié)櫇駟螌邮蔷o密填充的，其中硫醇的氫碳鏈相對于基板的表面具有傾斜且有序的取向。所述單層防止基板的氧化且關(guān)于酸性和堿性溶劑是穩(wěn)定的。

本發(fā)明的方法還能以受限的方式在基板上涂覆具有適當(dāng)化學(xué)穩(wěn)定性的抗?jié)櫇駟螌?。例如，在噴墨打印頭上涂覆的情況下，與現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法不同，本發(fā)明的方法能實(shí)現(xiàn)僅在噴嘴的孔口附近涂覆抗?jié)櫇駥拥南拗?，而不會包括噴出墨水的開口。

最終，本發(fā)明的方法能實(shí)現(xiàn)對批量生產(chǎn)工藝的簡單適應(yīng)性。

例如，半導(dǎo)體材料的基板是硅基板。特別地，半導(dǎo)體材料的基板是用于噴墨打印的噴嘴板，如下文參考圖2描述的。

所使用的硫醇是分子式為r-sh的化合物，這里r是線性飽和硅烷鏈，含有3到20個碳原子，特別是8到20個碳原子。可以使用的硫醇的實(shí)例是十二烷基硫醇。

硫醇的氫碳鏈可進(jìn)一步含有雜原子或者可被功能化，以給予所涂覆的表面以所需的化學(xué)特性。

通過根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的方法進(jìn)行蒸發(fā)或者濺射實(shí)現(xiàn)金屬層的涂覆。在測試中，在真空中進(jìn)行的熱蒸發(fā)已經(jīng)被用于在基板的功能化表面上沉積金。

借助于實(shí)例，可通過在10^-6mbar和0.5nm/s的速率的熱蒸發(fā)沉積20nm厚的金層。

通過將提供有金屬層的半導(dǎo)體材料的基板浸在硫醇溶液中、特別是在乙醇硫醇溶液中來實(shí)施硫醇層的涂覆。替換地，可使用cvd技術(shù)沉積硫醇。

現(xiàn)在將參考圖1a-1d描述本發(fā)明的方法，其示出了根據(jù)該方法一個實(shí)施例的步驟。

如圖1a中所示，基板1是半導(dǎo)體材料的，諸如硅，具有表面7。

在基板1的表面7上，使用蒸發(fā)技術(shù)沉積貴金屬(例如金)的金屬層2(圖1b)。

在涂覆金屬層2之后，將由此獲得的基板1(圖1c)浸在硫醇3的溶液中持續(xù)從10s到8h的范圍的時間，例如十二烷基硫醇的乙醇溶液中。

以這種方式，如圖1d中所示，抗?jié)櫇駥?被固定(即，化學(xué)關(guān)聯(lián))到基板4的表面7。

在圖2a-2e中示出的另一實(shí)施例中，基板11是用于噴墨打印的噴嘴板。

如圖2a中所示，基板11是半導(dǎo)體材料的，例如硅，具有表面17。基板11進(jìn)一步設(shè)置有用于墨水的出口通道62。

在基板11的表面17上，此時使用蒸發(fā)技術(shù)沉積貴金屬(例如金)的金屬層12(圖2b)。

在涂覆金屬層12之后，在板11中在與用于墨水的出口通道62對應(yīng)的區(qū)域中制作貫通開口8，以獲得噴嘴56(圖2c)。

將由此獲得的基板11(圖2d)浸在硫醇13的溶液中持續(xù)從10s到8h的范圍的時間，例如十二烷基硫醇的乙醇溶液中。

以這種方式，如圖2e中所示，抗?jié)櫇駥?5以排他地受限在金屬層12上的方式被固定(例如化學(xué)關(guān)聯(lián))到基板11的表面17上，并且不在噴嘴56中。

由于硫醇與金而不與硅反應(yīng)的選擇性，使得這成為可能。

上述方法可以用于在任何市售類型的噴墨打印頭的噴嘴板上沉積抗?jié)櫇駥印?/p>

根據(jù)再一實(shí)施例，提供了一種噴墨打印頭的噴嘴板，其呈現(xiàn)出化學(xué)穩(wěn)定且受限在其表面上的抗?jié)櫇駥印?/p>

參考圖3，整體標(biāo)記為50的頭包括容納腔室52的主體51，主體51例如由硅或玻璃制成。噴嘴板55在主體51上方延伸且具有至少一個噴嘴56。替換地，噴嘴板55可包括多個噴嘴56(未示出)，每一個被連接到不同的腔室52。腔室52經(jīng)由入口通道61連接到外部儲存器60且經(jīng)由出口通道62連接到噴嘴56。隔膜65在腔室52一側(cè)上延伸以將包含在腔室52中的液體推向噴嘴56。閥(未示出)使液體、這里是墨水進(jìn)行所需的移動。

噴嘴板55的頂表面具有通過參考圖1a-1d或者2a-2e描述的方法獲得的抗?jié)櫇駥?8。

從之后的一些僅說明性而非限制性實(shí)例的描述呈現(xiàn)本發(fā)明方法的進(jìn)一步特性。

實(shí)例1

制備半導(dǎo)體材料的基板上的抗?jié)櫇裢繉?/u>

該工藝的第一步包括尺寸為4cm×4cm的硅基板的金屬化。

詳細(xì)地，經(jīng)由10^-6mbar和0.5nm/s的速率的熱蒸發(fā)沉積20nm厚的金層。

將由此獲得的基板浸在乙醇和十二烷基硫醇的0.8mm溶液中持續(xù)30s。

此時將基板從溶液中取出并在純的乙醇中沖洗以去除沒有反應(yīng)的硫醇。

實(shí)例2

根據(jù)實(shí)例1的抗?jié)櫇窕宓男阅?/u>

根據(jù)實(shí)例1中示出的方法獲得的板的性能就其抗?jié)櫇裥远M(jìn)行評估。

將尺寸為40×12mm的三個相同板(樣品1-3)均引入到含有水基墨水且含有ph在7和9之間的青色色素的瓶中。

每個板將其三分之二浸沒在墨水中。此時將瓶關(guān)閉以防止墨水蒸發(fā)并將其設(shè)置在60℃的溫度持續(xù)7天。

接下來，將板從瓶移出并用去礦物質(zhì)水清洗并之后用2-丙醇清洗。然后，將板弄干。

由此獲得的板的抗?jié)櫇裥酝ㄟ^測量沉積于其上的水滴的接觸角而進(jìn)行評估。特別地，對在根據(jù)所述方法涂覆抗?jié)櫇駥又鞍迳系慕佑|角(在涂覆金-硫醇層之前的接觸角)、在根據(jù)所述方法涂覆了抗?jié)櫇駥又蟀迳系慕佑|角(在涂覆金-硫醇層之后的接觸角)、以及在浸在墨水中之后板上的接觸角的值作對比。獲得的結(jié)果于下表1中列出。

表1

如所注意到的，盡管將板浸在特別具有侵蝕性的墨水中這一事實(shí)，但是接觸角的值仍保持非常高(在涂覆金-硫醇層之后的值為90％)，表示通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的涂層耐化學(xué)性良好。

與現(xiàn)有技術(shù)的硅烷基涂層對比

將根據(jù)實(shí)例2的板(樣品1)與具有如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的通過硅烷化獲得的涂層的板對比。

特別地，獲得以下樣品，其呈現(xiàn)硅烷涂層：

樣品4：涂覆有pfots(1h，1h，2h，2h-全氟代辛基三氯硅烷)的板；

樣品5：涂覆有硅烷fluorolinks10(索爾韋(slovay))的板；

樣品6：涂覆有ptms(丙基三甲氧基硅烷)的板。

而且在這種情況下，通過測量沉積在樣品上的水滴的接觸角評估抗?jié)櫇裥浴＝Y(jié)果顯示在表2中。

表2

而且在這種情況下，應(yīng)當(dāng)注意，通過所述方法獲得的抗?jié)櫇駥?，盡管呈現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)的涂層的接觸角可比的最初接觸角，如何證明了在與墨水接觸之后更穩(wěn)定。

但是，與浸漬方法不同，所述方法能以非常有限的方式涂覆涂層。

評估硫醇關(guān)于金的反應(yīng)的選擇性

為了核查以選擇性方式鍵合到金屬層且不鍵合到硅基板的硫醇，執(zhí)行以下的試驗(yàn)。

將尺寸為4cm×4cm的三個硅基板(樣品7-9)浸在乙醇和十二烷基硫醇的0.8mm溶液中持續(xù)30s。

之后將支撐物從溶液中取出并在純的乙醇中沖洗。

也是在這種情況下，通過測量沉積在樣品上水滴的接觸角評估抗?jié)櫇裥?。結(jié)果呈現(xiàn)在表3中。

表3

如需要注意的，用硫醇溶液處理硅基板使得其接觸角不變。這證明硫醇不會與硅表面粘結(jié)，由此保持其接觸角不變。因此，在根據(jù)所述方法的噴嘴板的制造中，通過浸在硫醇溶液中沉積硫醇將排他地考慮已經(jīng)先前沉積了金屬層的區(qū)域而不是自由的硅表面，諸如噴嘴板的噴嘴。