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。相比较传统的图案化技术，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，同时这种堵塞通道或者与浸湿的、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。

可以利用化学气相沉积等方法在喷嘴表面制备一层疏水性涂来减小喷嘴的润湿程度。但是常规的制备疏水涂层技术较难实现涂层在喷嘴表面选择性沉积，而喷嘴孔口外侧处的抗浸润性容易造成液滴难以喷射等其他打印工艺问题。

因此，需要提出一种表面疏水处理的方法，在提高打印分辨率的同时而不降低喷墨打印的稳定性。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的是提供一种能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内表面，包括如下步骤：

于所述喷嘴的内表面和外表面涂覆一层有机硅涂料层，所述有机硅涂料层包括如下结构的有机硅氧烷；

其中，x为光可交联基团，y选自烃基或取代烃基(所述烃基选自甲基，乙基，乙烯基或苯基)，z¹、z²分别独立选自氢、烃基或取代烃基(所述烃基选自甲基，乙基，乙烯基或苯基)；m,n为正整数，p为自然数；当p为0时，z¹、z²至少有一个为氢原子；

对所述外表面进行光照处理，使所述外表面上的所述有机硅涂料层发生交联反应形成疏水涂层；

用碱性溶液处理所述内表面，使所述内表面上的所述有机硅涂料层形成亲水涂层。

在其中一些实施例中，所述x选自乙烯基、丙烯酰基、异丁烯酰基或1,2-环氧基。

在其中一些实施例中，所述有机硅氧烷的分子量范围为5000-10000。

在其中一些实施例中，所述有机硅涂料层还包括光交联加速剂，所述光交联加速剂选自铂催化剂、自由基产生剂或者阳离子产生剂。

在其中一些实施例中，所述光交联加速剂为铂催化剂、偶氮二异丁腈或盐酸。

在其中一些实施例中，所述光交联加速剂的添加量占所述有机硅涂料层总质量的3％-5％。

在其中一些实施例中，所述有机硅涂料层的厚度为300-1000nm。

在其中一些实施例中，所述疏水涂层与水的接触角≥100°，和/或，所述亲水涂层与水的接触角≤40°。

在其中一些实施例中，所述光照处理的工艺参数为：光波长为254nm-365nm，曝光强度不小于18000mj/cm²。

在其中一些实施例中，所述碱性溶液选自koh水溶液或naoh水溶液。

上述喷嘴的表面处理方法，是针对集成喷墨打印装置的喷墨打印头上的喷嘴进行的表面处理，所述喷墨打印头包括：容纳墨水腔室的主体、入口通道、出口通道以及所述主体的至少一部分之上延伸的多个喷嘴面板。所述喷嘴的表面包括外表面(包括喷嘴面板)和与墨水接触的内表面(墨水的出口通道内壁)。上述喷嘴的表面处理方法是对喷嘴的内表面和外表面进行分区域处理：在喷嘴表面涂覆有机硅涂料层，然后对外表面进行光照处理，外表面上的硅氧烷光交联形成疏水涂层；再用碱性溶液使得喷嘴内表面未交联的有机硅氧烷反应形成亲水涂层，实现喷嘴内表面亲水、外表面疏水的分区域亲疏水性。

上述喷嘴的表面处理方法中，在进行光交联时不需要额外的光掩膜。在紫外光的照射下，喷嘴的外表面上的有机硅氧烷发生光交联，即si-h键与光可交联基团发生发应，而不再具有si-h键。喷嘴的内表面上的有机硅氧烷未受到光照而不发生交联，保留有未反应的si-h键。在光交联过程中，所需要的光能量和光可交联基团相匹配，光可交联基团被激发形成自由基所需的能量越大，所需要的光照能量越高。光照能量越高，光交联程度越充分，形成的涂层疏水性越好。

以含c＝c双键结构的烯基的可光交联基团为例，吸收外界光能量将c＝c双键的电子激发而形成自由基，与另一个有机硅氧烷上的si-h键反应，形成si-c-c-r的非极性键，而不再具有si-h键。

光交联完成后，将喷嘴置于碱性溶液中浸泡充分，喷嘴内表面上未交联的有机硅氧烷中的si-h键被反应转化为si-oh键，分子极性反转，形成的薄膜具有亲水性。而喷嘴外表面上的光交联有机硅氧烷由于不在具有si-h键而保持其疏水性。其中，参与反应的碱性溶液，如naoh、koh水溶液等

喷嘴的内表面亲水保证了墨水能稳定从出口通道喷出提高打印稳定性，而喷嘴的外表面疏水能减少了墨水在出口处的浸润、流淌，能有效减小喷射墨滴的体积，缓解喷嘴堵塞的风险，有效的提高了喷墨打印的分辨率。同时，上述喷嘴的表面处理方法只需一次涂层沉积，不需要额外的掩膜，制备方法简单，便于操作，成本低廉。

附图说明

图1为本发明喷嘴的表面处理方法的流程图示意图；

图2为喷嘴的结构示意图；

图3为喷嘴表面处理后形成疏水涂层和亲水涂层后的结构示意图。

附图标记说明：

10、喷嘴；101、外表面；102、内表面；103、出口通道；104、疏水涂层；105、亲水涂层。

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1

参考图2，喷墨打印装置的喷嘴10，包括外表面101和内表面102，墨水通过出口通道103喷出。

本实施例一种喷嘴的表面处理方法，流程如图1所示，包括如下步骤：

s1、配置含si-h键和光可交联基团的有机硅氧烷溶液：将0.1g的(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(3-aminopropyl)triethoxysilane)充分溶解在10ml的异丙醇(ipa)配制成(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液；然后加0.4g分子量为6000的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(pdms)14mg的乙酰丙酮铂作为光交联加速剂，将混合溶液充分搅拌1h；所得的混合溶液中以乙烯基封端的pdms具有si-h键以及可光交联的具有c＝c双键的乙烯基；

所得的有机硅氧烷混合溶液以5000rmp/min的转速涂布在喷嘴的表面(包括内表面和外表面)上，旋涂时间为60s，形成有机硅涂料层。

s2、然后用波长为365nm的紫外光平行喷嘴面板(喷嘴的外表面)的方向照射涂布的有机硅涂料层；其中紫外光的光功率为30mw/cm²，光照时间为10min，使有机硅涂料层交联形成疏水涂层104(如图3所示)；

用ipa溶液对喷头的外表面进行冲洗60s，将表面未反应的有机硅氧烷去除干净。

s3、将光照后的喷嘴置于naoh水溶液中浸泡30s，使喷嘴内表面的有机硅涂料层形成亲水涂层105(如图3所示)；

取出喷嘴，用水反复冲洗喷嘴表面，去除多余的naoh。

根据上述本申请实施例的喷嘴抗浸润性处理，因为是由于光交联反应将受到光照的喷嘴外表面101上的有机硅氧烷上的si-h键与光可交联基团反应，再经由碱性溶液将喷嘴的内表面102上未受光照的有机硅氧烷的si-h键转换成si-oh键实现分子极性的反转，这使得喷嘴内表面102的有机硅氧烷从疏水性转变成为亲水性。

喷嘴的内表面亲水保证了墨水能稳定从出口通道喷出提高打印稳定性，而喷嘴的外表面疏水能减少了墨水在出口处的浸润、流淌，能有效减小喷射墨滴的体积，缓解喷嘴堵塞的风险，有效的提高了喷墨打印的分辨率。同时，上述喷嘴的表面处理方法只需一次涂层沉积，不需要额外的掩膜，制备方法简单，便于操作，成本低廉。

实施例2

本实施例一种喷嘴的表面处理方法，包括如下步骤：

s1、配置含si-h键和光可交联基团的有机硅氧烷溶液：将0.1g的(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷充分溶解在10ml的异丙醇(ipa)配制成(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液；然后加0.4g分子量为8000的丙烯酰基封端的聚二甲基硅氧烷(pdms)14mg的乙酰丙酮铂作为光催化剂，将混合溶液充分搅拌1h；所得的混合溶液中以丙烯酰基封端的pdms具有si-h键以及可光交联的具有c＝c双键的丙烯酰基；

所得的有机硅氧烷混合溶液以5000rmp/min的转速涂布在喷嘴的表面上，旋涂时间为60s，形成有机硅涂料层。

s2、然后用波长为365nm的紫外光平行喷嘴外表面的方向照射涂布的有机硅涂料层；其中紫外光的光功率为30mw/cm²，光照时间为10min，使有机硅涂料层交联形成疏水涂层；

用ipa溶液对喷头的外表面进行冲洗60s，将表面未反应的有机硅氧烷去除干净。

s3、将光照后的喷嘴置于naoh水溶液中浸泡30s，使喷嘴内表面的有机硅涂料层形成亲水涂层；

取出喷嘴，用水反复冲洗喷嘴表面，去除多余的naoh。即可。

实施例3

本实施例一种喷嘴的表面处理方法，包括如下步骤：

s1、配置含si-h键和光可交联基团的有机硅氧烷溶液：将0.1g的(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷充分溶解在10ml的异丙醇(ipa)配制成(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液；然后加0.4g分子量为9000的异丁烯酰基封端的聚二甲基硅氧烷(pdms)14mg的乙酰丙酮铂作为光催化剂，将混合溶液充分搅拌1h；所得的混合溶液中以异丁烯酰基封端的pdms具有si-h键以及可光交联的具有c＝c双键的异丁烯酰基；

所得的有机硅氧烷混合溶液以5000rmp/min的转速涂布在喷嘴的表面上，旋涂时间为60s，形成有机硅涂料层。

s2、然后用波长为365nm的紫外光平行喷嘴外表面的方向照射涂布的有机硅涂料层；其中紫外光的光功率为30mw/cm²，光照时间为10min，使有机硅涂料层交联形成疏水涂层；

用ipa溶液对喷头的外表面进行冲洗60s，将表面未反应的有机硅氧烷去除干净。

s3、将光照后的喷嘴置于koh水溶液中浸泡30s，使喷嘴内表面的有机硅涂料层形成亲水涂层；

取出喷嘴，用水反复冲洗喷嘴表面，去除多余的koh。即可。

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。