喷嘴的表面处理方法与流程

本发明涉及半导体电子器件制作技术领域，特别是涉及一种喷墨打印机的喷嘴处理方法。

背景技术

近年来，高分辨图案化在高性能微半导体、电子器件以及生物功能材料等制备方面受到了广泛的研究。相比传统的图案化技术，如光刻蚀、电子束刻蚀、微接触转印等，喷墨打印技术可以实现大面积复杂图案的直接书写，工艺简单，成本低廉，成为最有前景的图案化方法之一。

目前，喷墨打印技术已经被广泛的应用在显示器、传感器等器件制备中。喷墨打印实现图案化的分辨率主要取决于喷射液滴的尺寸和液滴的稳定性。相同条件下，喷射液滴的尺寸越小打印图案的分辨率越高，而液滴不稳定造成的散点、错位等均降低了打印图案的分辨率。为了提高打印分辨率，通常的方法包括减小打印头喷嘴的直径、调整打印脉冲信号、改变打印墨水的物理性质、调节基板浸润性等，但这些方法对打印条件、墨水、基板性质等存在一定的局限性。

喷墨打印系统通常包括一个或者多个带有喷嘴的打印头，墨水从喷嘴喷出形成液滴在对应基板位置上沉积。在液滴形成过程中，墨水容易在打印头喷嘴正面上发生浸润、流淌和溢出。墨水在喷嘴的这种润湿程度越大，溶液脱离喷嘴需要克服的表面张力越大，最终形成的液滴尺寸打印喷嘴直径；此外，墨水在打印头喷嘴正面的污染会导致或促使油墨喷头喷嘴和通道的堵塞，降低墨水打印稳定性，同时这种堵塞单独或者与浸湿的、受到污染的喷嘴正面结合会导致墨水未喷射或者液滴尺寸变化、液滴拖尾、飞行方向偏移等问题，大大降低打印图案的分辨率。因此，我们需要对打印头的喷嘴正面进行抗浸润处理，减小或者抑制墨水在喷嘴正面的浸润，在不改变打印头尺寸、墨水和基板性质等外界条件下实现喷墨打印分辨率的提高。

利用压层、化学气相沉积等方法在喷嘴表面制备一层疏水性涂，可以减小喷嘴的润湿程度并且具有较好的化学稳定性，但这类处理下涂层与喷嘴表面是较为微弱的物理键合，物理稳定性差，涂层易于喷嘴发生脱落。更重要的是，这类技术较难实现涂层在喷嘴表面选择性沉积，疏水涂层同时沉积在喷嘴内孔上，这样亲水性的打印墨水在疏水性毛细管的排斥下难以喷射而造成一系列打印工艺问题。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的是提供一种提高喷墨打印分辨率的喷嘴的表面处理的方法。

具体的技术方案如下：

一种喷嘴的表面处理方法，所述喷嘴包括外表面和墨水喷出通道，所述喷嘴的材质为二氧化硅，包括如下步骤：

将填充物填充于所述墨水喷出通道；

用硅烷溶液处理所述喷嘴的外表面，所述硅烷溶液包含含疏水基团的硅烷；

将处理后的所述喷嘴进行热处理，使所述硅烷在所述外表面形成致密的疏水性自组装分子层；

除去所述墨水喷出通道内的填充物，即可。

在其中一些实施例中，所述硅烷溶液还包含催化剂，所述催化剂选自正丁胺。

在其中一些实施例中，所述硅烷选自烷基硅烷、全氟烷基硅烷、氯硅烷或烷氧基硅烷。

在其中一些实施例中，所述硅烷选自十八烷基乙氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷。

在其中一些实施例中，所述将填充物填充于所述墨水喷出通道的方法为：

将正性光刻胶溶液填充于所述墨水喷出通道，对正性光刻胶溶液进行固化处理，然后于uv光照下曝光，显影除去所述外表面上的光刻胶，即可。

在其中一些实施例中，所述uv光照的工艺参数为：uv光功率为15-17mw/cm³。

在其中一些实施例中，所述uv光照的工艺参数为：曝光时间为2-4s。

在其中一些实施例中，所述uv光照的工艺参数为：uv光功率为15-17mw/cm³，曝光时间为2-4s。

在其中一些实施例中，所述固化处理的工艺参数为：固化温度为100-130℃。

在其中一些实施例中，所述固化处理的工艺参数为：固化时间为1-10min。

在其中一些实施例中，所述固化处理的工艺参数为：固化温度为100-130℃，固化时间为1-10min。

在其中一些实施例中，所述用硅烷溶液处理所述喷嘴的外表面的方法为：将所述喷嘴浸泡于所述硅烷溶液中，浸泡的时间为24-36h。

在其中一些实施例中，所述热处理的工艺参数为：热处理温度为100-200℃。

在其中一些实施例中，所述热处理的工艺参数为：热处理时间为1-2h。

在其中一些实施例中，所述热处理的工艺参数为：热处理温度为100-200℃，热处理时间为1-2h。

上述喷嘴的表面处理方法基于分子自组装的方法，采用填充剂将喷嘴的墨水喷出通道填平，然后将喷嘴浸泡于含疏水基团的硅烷溶液中，再进行热处理，使得硅烷分子与喷嘴表面的羟基耦合形成si-o-si键(原理如图1所示)，在喷嘴外表面形成致密的疏水性自组装分子层(sams)，即对喷嘴表面进行有选择性的抗浸润处理。表面处理后的喷嘴外表面疏水，内表面(墨水喷出通道内壁)亲水有利于墨水稳定喷射；喷嘴外表面的疏水性能减少甚至抑制从内径流出的墨水在喷嘴正面的浸润，能有效减小液滴喷射的尺寸而提高打印的分辨率。

同时，喷嘴表面的疏水涂层是基于si-o-si的化学键形成的自组装分子层，具有良好的物理稳定性。并且本发明基于全溶液加工工艺，处理工艺简单，成本低。

附图说明

图1为本实施案例中分子自组装的基本原理示意图；

图2为喷嘴的结构示意图；

图3为喷嘴的墨水喷出通道填充后的示意图；

图4为喷嘴的外表面形成疏水性自组装分子层后的示意图；

图5为喷嘴的墨水喷出通道移除填充物后的示意图

图6为si-o-si键合的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

参考图2，本实施例用于处理的喷墨打印头上设有喷嘴10，所述喷嘴包括外表面101和墨水喷出通道103。

在未进行表面处理时，通常喷嘴的外表面和墨水喷出通道的内壁的浸润性相同，对打印的墨水呈现亲水性，这样喷墨打印时从喷嘴的墨水喷出通道103喷出的墨水容易在喷嘴的外表面上发生浸润、流淌和溢出，降低墨水打印的分辨率和稳定性。

上述喷嘴(材质为二氧化硅)的表面处理方法，包括如下步骤：

s1、采用填充物104将喷嘴的墨水喷出通道填平：参考图3，将喷嘴垂直置于正性光刻胶溶液sjr7540上方，确保喷嘴与溶液面接触。由于喷嘴的墨水喷出通道直径范围通常在10～50μm范围内，这样，当喷嘴置于光刻胶溶液中，在毛细力的作用下溶液进入到喷嘴内壁将其填充。接着将填充了光刻胶溶液的喷嘴在功率16.6mw/cm²的uv光照下曝光3s，之后在显影液中显影60s，去除喷嘴外径上的光刻胶。然后再对喷嘴进行120℃、2min的加热，使得填充的光刻胶固化，对墨水喷出通道进行保护。

s2、将填充后的喷嘴置于硅烷溶液中浸泡。本实施例采用的是十八烷基乙氧基硅烷(otes)溶液。取0.5ml的otes溶于7ml的甲苯中，在向该溶液中加入0.1ml的正丁胺(催化剂)，搅拌混合均匀。将填充后的喷嘴浸泡在otes的溶液中浸泡浸泡静置24小时。

s3、浸泡充分后，将喷嘴取出置于110℃的热台上加热1小时完成si-o-si键合，在喷嘴的外表面上形成致密的疏水性自组装分子层105(如图4所示)。

在本实施案例中，分子自组装完成包括三个步骤：

第一步，丁胺会被吸附在喷嘴表面的-oh基团上，生成一个强亲核态的网格结构，该网格结构会吸附otes；

第二步，otes会从丁胺中夺得一个质子，与这个质子形成oh，即图6a中第一步反应(水解过程)，这一步的副产物包括中间产物(r-si-(oh)3)和乙醇；

第三步，该中间产物在丁胺的作用下，与喷嘴表面的-oh发生脱水反应形成致密地疏水性的自组装层sams4，如图6所示。整个化学反应过程中丁胺作为催化剂，不参加实质的反应。

s4、将自组装完的喷嘴用甲苯反复冲洗，去除掉喷嘴表面残余的otes分子。将喷嘴置于sjr7540光刻胶对应的去胶液中进行去胶，将喷嘴的墨水喷出通道中的光刻胶去除干净，露出亲水性的内壁102，如图5所示。

上述喷嘴的表面处理方法基于分子自组装的方法，采用填充剂将喷嘴的墨水喷出通道填平，然后将喷嘴浸泡于含疏水基团的硅烷溶液中，再进行热处理，使得硅烷分子与喷嘴表面的羟基耦合形成si-o-si键(原理如图1所示)，在喷嘴外表面形成致密的疏水性自组装分子层(sams)，即对喷嘴表面进行有选择性的抗浸润处理。表面处理后的喷嘴外表面疏水，内表面(墨水喷出通道内壁)亲水有利于墨水稳定喷射；喷嘴外表面的疏水性能减少甚至抑制从内径流出的墨水在喷嘴正面的浸润，能有效减小液滴喷射的尺寸而提高打印的分辨率。

同时，喷嘴表面的疏水涂层是基于si-o-si的化学键形成的自组装分子层，具有良好的物理稳定性。并且本发明基于全溶液加工工艺，处理工艺简单，成本低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。