专利名称：具有改进的硅腐蚀特性的含水组合物的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及打印含水喷墨用墨组合物的方法及可用于喷墨打印机中的含水组合物。具体而言，本发明涉及其中所采用的墨或其它含水组合物包含有机芳族偶氮化合物的可溶盐的这类方法，其中所述可溶盐使与墨接触的包含硅基材料的有用微机电器件的腐蚀最小化。所述墨组合物尤其可用于延长打印设备在连续喷墨打印应用中的寿命。
背景技术：
其中硅为主要构造材料的硅基材料用于众多集成电路(IC)和微机电系统(MEMS) 器件中。然而，早就知道，在硅基传感器和执行器可能用于的含水化学环境中，硅基材料的腐蚀(蚀刻)可能导致器件过早磨损和失效。事实上，许多机械加工硅的常用方法依赖于硅的湿法腐蚀(蚀刻)；参见例如 Kendall，D. L. ；Shoultz, R. A. "Wet Chemical Etching of Silicon and SiO2, and Ten Challenges for Micromachiners，，，SPIE Handbook of Microfabrication,Micromachining,and Microlithography,Vol. 2,SPIE Optical Press, 41-97页，1997，Ed.P.I ai-Choudhury。近来，MEMS技术已被应用于流体管理系统。引入了硅基MEMS器件的微流体管理系统的一个实例为连续喷墨(CIJ)打印。连续喷墨(CIJ)打印机通常由两个主要部件组成流体系统和打印头或多个打印头。墨从储料器经供给管线泵送至歧管，歧管将墨分配到通常布置成线性阵列的多个孔口以在足够的压力下使墨流从打印头的孔口流出。向打印头施加激励以使那些墨流形成液滴大小和间隔均勻的流，这些流被偏转到打印或非打印路径中。非打印液滴经由液滴捕捉器和返回管线返回储料器。美国专利3，761，953A、4，734，711和5，394，177及EP 1，013，450 详细描述了用于CIJ装置的流体系统的设计。硅基MEMS CIJ打印头制造和打印装置更新近的发展可见于US 6，588，888和US 6，943，037中。打印系统的液滴发生器中使用的喷嘴板(打印头芯片)的设计是MEMS CIJ技术的独特元件之一。单晶硅芯片可用作喷嘴板的衬底并包含互补型金属氧化物半导体(CMOS)电子设备作为器件的一部分。表面喷嘴结构和伴随的板上CMOS电子设备用与硅集成电路的构造所用相同的制造技术和材料组制造。打印头芯片还引入贯穿硅的流体通道。在液滴生成过程中，器件中的加热器将向通过各个喷嘴喷射的流体传递热能。如上面的讨论中所述，CIJ打印头由若干部件构成。由于硅-流体相互作用与本发明特别相关，所以本文中关于打印头及其运行的更详细的讨论将重点特别放在硅及其与流体的相互作用上。这些部件包括用于与流体系统对接并接受流体系统所供给的墨或其它流体以便这些流体可输送至打印头的其它部件的歧管；用于与向打印头供给信息的外部写入系统所供给的电信号对接的电互连系统装置，所述信息与载体上打印图像自打印头所生成的含墨液滴的液滴方式形成有关，其中所述载体是固定或非固定的；和液滴生成部件， 其功能是提供自从歧管传送给液滴生成部件的墨或其它流体生成液滴的装置。在硅基CIJ 打印系统中为生成液滴提供装置的液滴生成部件采用与制造硅集成电路所用相同的技术制造的硅基器件。所述硅基器件可能含多个流道以及多个小孔口(也称喷嘴)，其使流体系统所供给的墨或其它流体可通过形成一个或多个当采用适当的压力时将离开硅基器件的流体柱(也称流体射流)而从歧管传到载体。所述流体柱或流体射流在适当的条件下转化为良好限定的液滴。硅基CIJ打印系统中采用的压力通常高于69kPa而低于1380kPa。硅基MEMS CIJ打印头中硅基器件的构造材料可以是各式各样的，与流体系统或歧管所供给的墨或其它流体接触的构造材料是本发明特别感兴趣的。用作为从流体生成液滴提供装置的部件的硅基器件通常用由单晶硅制得的衬底制造。大晶粒多晶硅衬底用于器件制造的用途是本领域熟知的。所述衬底可具有50微米到大于Imm的不同厚度，衬底表面可具有任何适合于器件应用的结晶取向。例如，硅衬底可制备为具有密勒指数<100>、<111>、<110>所限定的取向。器件衬底中不同结晶取向的用途是熟悉半导体器件制造领域的人们熟知的。单晶硅衬底可具有不同的电性能。例如，单晶硅的电性能可通过引入少量外来杂质(也称掺杂剂或载流子)加以改变。这些外来杂质如硼或磷决定着硅晶体中多数载流子类型的电荷是正还是负。这样的改性衬底分别称为 η-型和ρ-型硅。ρ-型和η-型硅衬底用于硅基器件制造的用途是本领域熟知的。电阻率低于100欧姆-cm的低阻硅衬底和电阻率高于1000欧姆-cm的高阻硅衬底(不管载流子类型和衬底结晶取向如何)的用途是半导体器件制造领域熟知的。在通过各种措施制得的绝缘层上通过各种措施沉积多晶或非晶硅的层以及通过各种措施沉积硅的其它衬底制备，例如在通过硅衬底的热氧化形成的二氧化硅绝缘体上沉积的多晶硅(也称绝缘体上硅或S0I)，是本领域熟知的。所得的一个或多个含沉积硅的层可以是掺杂或未掺杂的，P-型或η-型的，并还可以是多晶、或者是非晶或结晶程度差的，其中多晶指层内三维空间中硅原子的排列与单晶硅中的那些相同，非晶或结晶程度差指层内三维空间中硅原子的排列偏离于单晶硅中的那些并相对于单晶硅中的那些原子位置表现出不同的无序程度。在衬底表面质量通过使用其它层的沉积加以控制后，器件性能表现出改进，此观察结果是半导体器件制造领域技术人员熟悉的。随后沉积的任选含硅的层的使用是半导体器件制造领域熟知的。任选含硅的沉积层可通过半导体器件制造领域熟知的任何方法制备，所述方法包括任选使用等离子体辅助或增强在低温(< 400°C )和高温(> 400°C )及低压(< 1托)和高压(> 1托)条件下的化学气相沉积。任选含硅的沉积层可通过任选等离子体辅助或增强的物理气相沉积(蒸发)通过气相沉积以及通过外延生长法制备。所得任选含硅的层可以是电绝缘的或在不同程度上导电的，掺杂或未掺杂的，P-型或η-型的，并还可以是多晶、或者非晶或结晶程度差的，其中多晶指层内三维空间中原子的排列与相同元素组成的单晶中的那些相同，非晶或结晶程度差指层内三维空间中原子的排列偏离于相同元素组成的单晶中的那些并相对于单晶硅中的那些原子位置表现出不同的无序程度。本领域众所周知，含硅的沉积层可含不同量的另外的外来原子，包括例如前面提到的掺杂剂硼和磷以控制电性能及由沉积过程产生的隙间或其它的另外的原子或其组合。掺杂剂的实例包括硼、磷、砷、氮、碳、锗、铝和镓。 隙间或非隙间外来原子的实例包括氢、氧、氮、碳、选自元素周期表第VI B族的原子(0、S、 Se、Te)和选自元素周期表第VII B族的原子(F、Cl、Br、I)。氢、氧、氮和碳通常与硅一起存在于器件和含器件的微机电系统中，元素氧、氮和碳中的各个常见与硅以化学计量或非化学计量二元、三元和四元化合物如不同组成的硅氢化物、不同组成的硅氧化物、含硅低氧化物和水合硅氧化物及水合硅低氧化物的水合物、不同组成的硅氮化物、不同组成的硅氮氧化物、不同组成的硅碳化物和不同组成的硅碳氧化物的形式化合。这些二元和三元含硅化合物或是器件中离散的层或为硅、多晶硅和非晶硅的表面成分的一部分。此外，其它元素如Al、Ti、Ta、W、Zr、Hf和Cu常见与硅和/或含硅的二元化合物如硅氧化物和硅碳化物一起存在于器件中并有时以与硅的金属间合金观察到。含硅金属间合金的实例为所有组成的含钛硅化物、所有组成的含钽硅化物、所有组成的含钨硅化物、所有组成的含锆硅化物、所有组成的含铪硅化物、所有组成的含铜硅化物以及三元铝硅氧化物、三元铪硅氧化物、三元锆硅氧化物。半导体器件制造领域技术人员熟知加工过程中可能形成的不同合金、二元化合物、三元和四元化合物并视为该领域中的常识。当连续喷墨打印系统在运行中时，流体基本总是流经液滴发生器的喷嘴。在用墨打印之前，可能有启动流体通过打印机以清洁流体输送系统。因为运行时间可能为数小时到数周，所以在给定的打印运行过程中墨可能在打印系统中保留较长时间。在墨更换过程中或作为例行保养的一部分，可使用冲洗流体。当系统在打印时，通过液滴发生器的墨仅一小部分实际在基材上打印。大多数墨被收集和返回到流体输送系统以便再用。最后可使用关闭流体和贮存流体来从流体输送系统和打印头清除墨并确保系统不在贮存后的启动过程中发生故障。需要有能可靠地运行数百到数千小时的打印头。通过CIJ打印头的流体量大；相应地，在所需的打印头寿命内，可能有数千升溶液通过打印头芯片。因此，在CIJ系统中，硅基喷嘴板将广泛暴露于流体。硅基材料在这些溶液中如因腐蚀(或蚀刻或溶解)引起的任何降解均引起极大关注。运行过程中在连续喷墨打印头喷嘴板上存在可能为IOOkPa的显著压力梯度，从而将脆性的器件置于大的应力下。硅基衬底的腐蚀可能导致打印头芯片自身的完全破裂， 或在最低程度上使墨流经的通道和孔口的尺寸增大，从而导致液滴喷射缺陷如永久性弯曲的射流或错误的液滴尺寸。器件背面的广泛腐蚀可能改变背面芯片的热质量并削弱器件内的热管理，从而对由射流形成液滴带来额外的潜在问题。很明显，在硅基MEMS CIJ打印中及其中硅暴露于可能腐蚀硅的溶液的其它应用中，需要防止或最小化硅基材料的腐蚀。解决硅基器件腐蚀的一个方法是向器件施加钝化涂层。钝化涂层是通常具有较低的蚀刻速率的保护性的涂层。已知硅自身易于形成天然硅氧化物涂层；但这些薄的天然硅氧化物涂层(约Inm)也经受腐蚀过程并可能不足以保护硅金属。钝化涂层的实例包括热法产生的硅氧化物、各种硅氮化物和氧化钽(G. F. Eriksen和K. Dyrbye，“Protective Coatings in Harsh Environments", J. Micromech. Microeng. (1996), vol. 6, 55-57 ；C. Christensen 等人,“Tantalum Oxide Thin Films as Protective Coatings for Sensors",J. Micromech. Microeng. (1999)，vol. 9，113-118)。但钝化方法成问题，这是因为其需要向工艺中引入额外的涂布步骤，涂层可能在器件中引入不希望有的效应如应力，且涂层缺陷如针孔可能削弱钝化涂层的有效性。此外，许多涂布方法对于微流体器件来说可能不实用，这是因为待涂布的区域(例如流体通道)在器件内部或因为涂布方法需要与器件不相容的条件如温度。 改善墨硅腐蚀性能的另一通用方法是通过使用适宜的缓冲溶液调节墨PH值。例如，Inoue 等在US 7, 370, 952B2中提及，可使用缓冲剂来调节按需喷墨打印机中使用的墨的pH值以减少腐蚀效应。这主要是因为已知硅的腐蚀将因较高PH值(更高碱性)的溶液如湿法蚀刻过程中使用的那些而加速。同时，可用于喷墨的墨组合物常需要一定的碱度以保持溶液完整性，例如以防止墨组分的沉淀。但对于技术如CIJ，在仅数十到数百小时的运行后，即便 IOOnm/小时之下的范围内的较低蚀刻速率也可能永久性地降低系统性能，甚至导致不利的器件失效。硅腐蚀速率(也称蚀刻速率)的直接测定已在Dockery等的美国专利申请公开案2009/006M78中公开。hch等的US 7，160, 377B2中公开了使用有机萘偶氮化合物作为随后用于墨、喷墨用墨、表面涂层和彩色印刷墨的生产中的胶态气黑悬浮液(也称颜料分散体)的制备中的稳定剂的用途。该参考文献未公开其作为硅腐蚀抑制剂加到不存在这类偶氮化合物的预分散颜料中的用途，也未公开其与其它颜料一起使用或在基本不存在颜料的溶液中的使用。此外，该参考文献局限于萘偶氮化合物且其不方便，这是因为所述偶氮化合物在墨配制之前加到颜料分散体中。
发明内容
提高喷射含水流体时微机电硅打印头耐久性的需要通过用包含将与墨组合物接触的硅基材料的喷墨打印机打印含水墨组合物的方法实现，所述方法包括对打印机装载含水墨组合物并对记录材料喷射所述墨组合物，其中所述墨组合物包含至少第一着色剂和浓度足以抑制硅基材料与墨组合物接触时的腐蚀的可溶有机芳族偶氮化合物。还提供了一种方法，所述方法包括对包含硅基材料的喷墨打印机装载含水组合物并使打印机的硅基材料与所述含水组合物接触，其中所述含水组合物包含浓度足以抑制硅基材料与所述含水组合物接触时的腐蚀的可溶有机芳族偶氮化合物，且其中所述含水组合物包含低于2重量％的任何着色剂。还提供了一种用于包含与含水墨组合物接触的硅基材料的喷墨打印机中的含水墨组合物，所述组合物包含至少第一着色剂和浓度足以抑制硅基材料与含水组合物接触时的腐蚀的可溶有机芳族偶氮化合物，其中所述可溶有机偶氮化合物浓度为0.001到低于
1. O重量％。还提供了一种用于包含与含水组合物接触的硅基材料的喷墨打印机中的含水组合物，所述组合物包含浓度足以抑制硅基材料与含水组合物接触时的腐蚀的可溶有机芳族偶氮化合物，其中所述含水组合物包含低于2重量％的任何着色剂。本发明的有益效果本发明具有众多优势。最出乎意料地已发现，具有溶解的有机芳族偶氮化合物的喷墨用墨和其它含水组合物的制剂通过最小化与墨和其它组合物接触的硅基材料的腐蚀提供了显著的改进。本发明提供了一种通过硅基打印头打印喷墨组合物及用抑制硅器件部件自然溶于水中的其它改进的含水流体进行打印的方法。硅基微机电流体器件的稳健性能和有效寿命得以扩展。
具体实施例方式在本发明的一个实施方案中，含水喷墨组合物包含至少一种主要着色剂和本发明中所公开的类型的偶氮化合物。在本发明的另一实施方案中，含水组合物包含非成像含水流体如相对透明的保护性外涂层流体或清洁流体或维护流体，本发明中所公开的类型的偶氮化合物以抑制硅腐蚀但不为喷墨用墨打印提供有效着色力的水平存在。本发明尤其适用于尤其是用于CIJ中的极微硅腐蚀性喷墨成像墨和其它流体的制剂。根据本发明采用的可溶有机芳族偶氮化合物可以是通式(1)的盐
权利要求
1.一种利用包含与墨组合物接触的硅基材料的喷墨打印机来打印含水墨组合物的方法，包括对所述打印机装载含水墨组合物并对记录材料喷射所述墨组合物，其中所述墨组合物包含至少第一着色剂和浓度足以抑制所述硅基材料与所述墨组合物接触时的腐蚀的可溶有机芳族偶氮化合物。
2.根据权利要求1的方法，其中所述可溶有机芳族偶氮化合物包括式(1)的化合物
3.根据权利要求2的方法，其中Y或S1中的至少之一被至少一个磺酸盐基团所取代。
4.根据权利要求1的方法，其中所述可溶有机芳族偶氮化合物包括式O)的化合物
5.根据权利要求4的方法，其中礼、1 2、1 3、1 4、1 6、1 7中的至少一个取代基为羟基。
6.根据权利要求4的方法，其中礼、1 2、1 3、1 4、1 6、1 7中的至少一个取代基为羟基且至少另一个为氨基或酰胺基。
7.根据权利要求1的方法，其中所述可溶有机芳族偶氮化合物包括式(3)的化合物
8.根据权利要求7的方法，其中&到R13中的至少之一为硝基。
9.根据权利要求1的方法，其中所述可溶芳族偶氮化合物以低于或等于1.0重量％的浓度存在。
10.根据权利要求1的方法，其中所述可溶芳族偶氮化合物以0.001到低于1. 0重量％ 的浓度存在。
11.根据权利要求1的方法，其中所述着色剂包括颜料。
12.根据权利要求1的方法，其中所述着色剂包括染料。
13.根据权利要求1的方法，其中所述着色剂包括黄色、品红或青色染料或颜料。
14.根据权利要求1的方法，其中所述喷墨打印机为采用硅基液滴生成打印头的连续喷墨打印机。
15.一种用于包含与含水墨组合物接触的硅基材料的喷墨打印机中的含水墨组合物， 包含至少第一着色剂和浓度足以抑制所述硅基材料与所述含水组合物接触时的腐蚀的可溶有机芳族偶氮化合物，其中所述可溶有机偶氮化合物的浓度为0. 001到低于1. 0重量％。
16.根据权利要求15的墨组合物，其中所述可溶有机芳族偶氮化合物包括式(1)的化合物
17.根据权利要求15的墨组合物，其中所述着色剂包括黄色、品红或青色染料或颜料。
18.一种用于包含与含水组合物接触的硅基材料的喷墨打印机中的含水组合物，包含 浓度足以抑制所述硅基材料与所述含水组合物接触时的腐蚀的可溶有机芳族偶氮化合物， 其中所述含水组合物包含低于2重量％的任何着色剂。
19.根据权利要求18的含水组合物，其中所述含水组合物包含0.001到低于1. 0重量％的可溶有机偶氮化合物和低于1.0重量％的任何作为着色剂的化合物。
20.根据权利要求19的含水组合物，其中所述可溶有机芳族偶氮化合物包括式(1)的化合物
全文摘要
本发明公开了一种通过硅基微机电打印机结构打印喷墨用墨和其它含水组合物的方法，所述方法抑制与含水组合物接触的硅器件部件的正常溶解。所述方法中使用的喷墨用墨和其它含水组合物含浓度足以抑制硅腐蚀的有机芳族偶氮化合物的可溶盐。基于硅构造的微机电流体器件的可用寿命得以延长。
文档编号B41J2/135GK102449080SQ201080023407
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年5月29日
发明者凯文·帕特里克·多克里, 巴巴拉·博兰·卢西尔, 库尔特·D·西贝尔, 米哈埃拉·卢米尼察·马达拉斯, 邱慧灵, 阿兰·弗朗西斯·索文斯基 申请人:伊斯曼柯达公司