CN103710679A

CN103710679A - 疏水层、其制作方法、具有疏水层的物品及模具的制作方法

Info

Publication number: CN103710679A
Application number: CN201210380980.3A
Authority: CN
Inventors: 杨启荣; 蔡宗翰; 吴思贤; 张天立
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-04-09

Abstract

一种具有疏水层的物品，包含一基材及一疏水层。该疏水层由施加于该基材表面的一反应气体经等离子处理而形成于该基材表面。该反应气体的主成分为挥发态的烷基硅烷分子。该疏水层的主要成分为硅与氧，且厚度为300纳米至500微米。该疏水层具有优良的疏水性，且对酸、碱、有机溶液的耐受性佳，并能承受高温加热，而提升疏水层在物品制作过程以及使用上的稳定性。

Description

疏水层、其制作方法、具有疏水层的物品及模具的制作方法

技术领域

本发明涉及一种疏水层，特别是指一种耐化学性佳且耐高温的疏水层。

背景技术

物品的亲水性或疏水性可借由调整物品表面的粗糙度或表面能而加以控制。例如中国台湾证书号第I334879号专利即提出一种疏水层及其制法，将该疏水层制作于物品的表面，可借由表面粗糙度的提升以及表面能的降低，而呈现疏水效果。

但是一般物品在加工制造时，经常需要经过酸、碱、有机溶液处理，或施以高温制程，因此需要一种对酸、碱、有机溶液的耐受性佳，且能承受高温加热的疏水层，以提升疏水层在物品制作过程或使用上的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良疏水性，且对酸、碱、有机溶液的耐受性佳，并能承受高温加热的疏水层及其制作方法。

本发明疏水层，形成于一基材表面。该疏水层的制作方法，包含以下步骤：（A）制备一基材；（B）产生一反应气体，该反应气体主要成分为挥发态的烷基硅烷分子；（C）施加该反应气体及一等离子于该基材的一表面；及（D）形成一疏水层于该基材的该表面。

较佳地，该基材的材质选自半导体材料、玻璃、金属、塑胶、橡胶、高分子聚合物、陶瓷材料、纤维材料、岩石、土质材料、胶结性材料及涂料所组成的群组。

较佳地，在步骤（B）该反应气体是借由通入一前驱气体并与一反应溶液的挥发气体混合而成，该前驱气体为氮气，该反应溶液主要成分为液态的烷基硅烷分子。

较佳地，在步骤（C）对应该反应气体与该基材处施以一等离子，该等离子是由一等离子单元产生；该等离子单元包括一腔体及一连通于该腔体的喷管；步骤（C）中施以该等离子的细步骤为：通入一用于产生该等离子的制程气体于该腔体，且施加一电压于该喷管，使流通于该喷管中的该制程气体解离产生该等离子，并让该等离子从该喷管远离该腔体的一管口导出而施加于该反应气体与该基材。

另一方面，步骤（C）中施以该等离子的细步骤也可以是通入一制程气体及该反应气体于该腔体，且施加一电压于该喷管，使流通于该喷管中的该制程气体与该反应气体解离产生该等离子，并让该等离子与该反应气体从该喷管远离该腔体的一管口导出而施加于该基材。

进一步来说，该制程气体为压力至少5公斤/平方厘米的干燥洁净空气。

较佳地，该喷管与该基材的距离为5至30厘米。

较佳地，该疏水层主要由硅及氧构成。

较佳地，该步骤（A）还在该基材施予一部分覆盖该表面的图案层；该步骤（D）中所形成的该疏水层覆盖该图案层以及该基材未受该图案层覆盖的部分表面；步骤（D）之后还包含一步骤（E）去除该图案层以及覆盖于该图案层上的疏水层，而形成一图案化的疏水层。

进一步来说，该图案层的材料为感光的光阻；步骤（E）是借由一有机溶剂去除该图案层并同时剥离该图案层上的疏水层。

较佳地，该疏水层的厚度为300纳米至500微米。

本发明的另一目的，在提供一种使用前述疏水层的物品。

于是，本发明具有有疏水层的物品，包含一基材及一疏水层。其中，该基材的材质选自半导体材料、玻璃、金属、塑胶、橡胶、高分子聚合物、陶瓷材料、纤维材料、岩石、土质材料、胶结性材料及涂料所组成的群组。该疏水层由前述制作方法制成。

本发明的再一目的，在提供一种模具的制作方法，该模具是依据疏水层而对应制成。

于是，本发明模具的制作方法，包含以下步骤：（A）制备一疏水层，该疏水层以前述制作方法制成；（B）借由电铸技术在该疏水层的表面形成一金属层，该金属层连接于该疏水层的表面完全贴合于该疏水层对应的表面；及（C）分离该金属层。

较佳地，步骤（B）包含以下细步骤：（B1）借由物理气相沉积技术或金属镀膜技术覆盖一金属起始层于该疏水层的表面；及（B2）借由电化学沉积技术于该金属起始层上形成该金属层。

本发明的有益效果在于：由挥发态的烷基硅烷分子经等离子处理而形成的疏水层具有优良的疏水性、耐化学性及耐温性，而提升疏水层在物品制造加工过程的稳定性，并提升其耐用程度。此外，由疏水层对应制作的模具能将该疏水层的粗糙表面形貌转印至一可固化的塑性材料，而增进该塑性材料的疏水性。

附图说明

图1是一示意图，说明本发明疏水层的制作方法的一较佳实施例；

图2是该疏水层的制作流程图；

图3及图4是该疏水层的应用示意图；

图5是制作一图案化疏水层的示意图；

图6是制作该图案化疏水层的流程图；

图7是该疏水层的表面形貌图；

图8是由该疏水层制作一模具的流程图；及

图9是制作该模具的示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图示的两个较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

参阅图1至图2为本发明疏水层12及其制作方法的一较佳实施例。

步骤S1：准备一物品1，该物品1可以是行动电话、集成电路芯片、玻璃瓶等，但不以此为限。物品1具有一基材11，基材11的材质选自半导体材料、玻璃、金属、塑胶、橡胶、高分子聚合物、陶瓷材料、纤维材料、岩石(如大理石、花岗石)、土质材料(如砖、瓦、粘土)、胶结性材料(如水泥、混凝土、沥青及石膏)及涂料(如油漆及亮光漆)所组成的群组。

执行下一步骤前，可视需要对基材11进行表面清洁处理。举例来说，若基材11的材质为硅，可通过RCA（Radio corporation of America）清洁技术去除基材11表面的有机物、氧化物及金属离子等不洁物质。但上述基材11的清洁步骤并非必要的执行步骤。

步骤S2：产生一主要成分为挥发态的烷基硅烷分子的反应气体3。该反应气体3是借由通入一前驱气体并与一反应溶液的挥发气体混合而成。此处，该前驱气体为氮气，该反应溶液主要成分为液态的烷基硅烷分子

具体来说，将包含液态烷基硅烷分子的反应溶液盛装在一密闭容器中（图中未绘制），并通入氮气于该密闭容器，挥发的气态烷基硅烷分子与氮气混合后即为用于形成疏水层12的反应气体3。

要特别说明的是，本实施例使用的前驱气体为氮气，但不以此为限，也可以是氩气、大气等气体，只要不与气态烷基硅烷分子产生化学反应即可。

步骤S3：通过一导气管22施加该反应气体3于基材11的一表面，并于对应于反应气体3与基材11接触处施以一等离子5，而使反应气体3解离、改质并沉积薄膜于基材11表面，而形成疏水层12。

此处，等离子5是由一等离子单元21产生。等离子单元21包括一腔体211及一连通于该腔体211的喷管212。通入一用于产生等离子5的制程气体4于腔体211后，施加一电压于喷管212，使流通于喷管212中的制程气体4解离产生等离子5，该等离子5从喷管212远离该腔体211的一管口213导出并施加于反应气体3与基材11接触处。

上述过程中，制程气体4为压力至少5公斤/平方厘米的干燥洁净空气（Clean dry air，CDA），且喷管212与基材11的距离为5至30厘米，具体数值视需要而定。

要特别说明的是，上述反应气体3也可以直接通入等离子单元21的腔体211，并与制程气体4混合后通过高电压解离产生等离子5，而在基材11表面形成疏水层12。

步骤S4：疏水层12经由步骤S3而形成于基材11表面。其中，疏水层12的厚度由施加反应气体3与等离子5的时间决定，较佳的厚度为300纳米至500微米，但不以此为限。

表一

参照表一为疏水层12的特性检测结果。由表一可知，疏水层12主要由硅及氧构成，其表面的粗糙程度以及其疏水基有效增加疏水性，且在酸、碱、有机溶液与高温处理后仍具有优良的疏水性，而能增进基材11的表面疏水性。

参照图3。举例来说，物品1可以是一个包含一封装壳13及多根引脚14的集成电路芯片。一般集成电路芯片会借由焊锡而固定于一电路板（图中未绘制），在焊锡回流焊（reflow）的加热过程中，位于引脚14底端的焊锡表面张力降低，并借由毛细现象沿引脚14向上爬升至封装壳13处，而导致焊锡损伤封装壳13的潜在风险，此即为“爬锡”现象。若借由前述方法将疏水层12分别制作于引脚14介于其底端与封装壳13之间的部位，由于疏水层12具有高温耐受性且焊锡无法附着于疏水层12表面，而能在焊锡回流焊（reflow）的加热过程中避免爬锡现象，以提升制程良率。

参照图4。此外，物品1也可以是一个行动电话。将疏水层12制作于行动电话表面，借由其疏水性可增进行动电话的防水程度并保持其清洁。

要特别说明的是，上述集成电路芯片、行动电话仅用于举例说明，不能以此限制疏水层12的应用领域，只要物品1的基材11材质匹配于疏水层12即可。

参照图1、图5与图6。本发明第二较佳实施例与第一较佳实施例的差异在于，该疏水层12还进一步借由半导体技术界定出对应的形状，详细内容说明如下。

步骤F1：参照图5a，借由光刻技术（Photolithography）在基材11表面形成一部分覆盖该表面的图案层15。此处，图案层15的材质为感光的光阻。

步骤F2：参照图5b，借由前述制作疏水层12的方法，在图案层15以及基材11未受图案层15覆盖的部分表面覆盖一层疏水层12。

步骤F3：借由一有机溶剂去除图案层15并同时剥离图案层15上的疏水层12。此处，该有机溶剂为丙酮，但不以此为限，只要能去除图案层15即可。

步骤F4：参照图5c，完成一借由图案层15而界定出特定形状的图案化疏水层12。

如前述说明，依据步骤S1至S3可制作出耐化学性及耐温性佳的疏水层12，且由步骤F1至F4可进一步借由半导体制程技术制作出图案化的疏水层12，而增进疏水层12的应用范围。

除此以外，参阅图7至图9，由于疏水层12具有粗糙表面（如图7）而增进其疏水性，因此本发明还提供一种复制疏水层12表面形貌的模具6。借由该模具6在可固化的塑性材料（如聚二甲基硅氧烷，PDMS）的表面进行压印，能将疏水层12的表面形貌转印至塑性材料的表面，而增进该塑性材料的疏水性。

以下为制作模具6的步骤。

步骤M1：参照图9a，以前述步骤S1至S3或步骤F1至F4制备一疏水层12。

步骤M2：在疏水层12表面形成模具6（如图9b）。

此步骤是以精密电铸技术（Electroforming）制作模具6。具体来说，先在疏水层12的表面121借由物理气相沉积技术（例如蒸镀技术或溅镀技术）或其他金属镀膜技术覆盖一层金属起始层（Seed layer）。举例来说，该金属起始层可以是铬及铜、钛及铜等双层金属，但不以此为限。

接着，借由电化学沉积技术（Electrochemical deposition）在该金属起始层上沉积一层较厚的金属层，而形成模具6。模具6的材质可以是镍、镍钴合金或铜，但不以此为限。

在电化学沉积的过程中，模具6是从疏水层12的表面121逐渐沉积金属而形成，因此模具6的表面61形貌互补于疏水层12的表面121，而能执行转印的功能。

步骤M3：将模具6从疏水层12的表面121分离，而制得模具6（如图9c）。

将模具6的表面61在塑性材料表面进行压印、固化后，塑性材料的表面会形成互补于模具6的表面61的形貌，此作法的功效相当于将疏水层12的表面121的形貌转印至塑性材料的表面，而使该塑性材料借由表面粗糙度的增加而提升其疏水性。

综上所述，借由挥发态的烷基硅烷分子经等离子5处理而形成的疏水层12具有优良的疏水性、耐化学性及高温耐受性，而能提升疏水层12在各式物品1的制造过程中的稳定性，并提升其耐用程度。此外，由于疏水层12具有优良的耐化学性，而能借由半导体技术制作出图案化的疏水层12，以增进其应用范围。再来，由疏水层12对应制作的模具6能将疏水层12的粗糙表面形貌转印至可固化的塑性材料的表面，而进一步增进该塑性材料的疏水性。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种疏水层的制作方法，其特征在于，该制作方法包含以下步骤：

（A）制备一基材；

（B）产生一反应气体，该反应气体主要成分为挥发态的烷基硅烷分子；

（C）施加该反应气体及一等离子于该基材的一表面；及

（D）形成一疏水层于该基材的该表面。

2.如权利要求1所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该基材的材质选自半导体材料、玻璃、金属、塑胶、橡胶、高分子聚合物、陶瓷材料、纤维材料、岩石、土质材料、胶结性材料及涂料所组成的群组。

3.如权利要求1所述的疏水层的制作方法，其特征在于：步骤（B）该反应气体是借由通入一前驱气体并与一反应溶液的挥发气体混合而成，该前驱气体为氮气，该反应溶液主要成分为液态的烷基硅烷分子。

4.如权利要求1所述的疏水层的制作方法，其特征在于：在步骤（C）该等离子是由一等离子单元产生，该等离子单元包括一腔体及一连通于该腔体的喷管；步骤（C）该反应气体及该等离子是分别施加于该基材相对应的表面，且施以该等离子的细步骤为：通入一用于产生该等离子的制程气体于该腔体，且施加一电压于该喷管，使流通于该喷管中的该制程气体解离产生该等离子，并让该等离子从该喷管远离该腔体的一管口导出而施加于该反应气体与该基材。

5.如权利要求4所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该制程气体为压力至少5公斤/平方厘米的干燥洁净空气。

6.如权利要求4所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该喷管与该基材的距离范围为5至30厘米。

7.如权利要求1所述的疏水层的制作方法，其特征在于：在步骤（C）该等离子是由一等离子单元产生；该等离子单元包括一腔体及一连通于该腔体的喷管；步骤（C）中施以该等离子的细步骤为：通入一制程气体及该反应气体于该腔体，且施加一电压于该喷管，使流通于该喷管中的该制程气体与该反应气体解离产生该等离子，并让该等离子与该反应气体从该喷管远离该腔体的一管口导出而施加于该基材。

8.如权利要求7所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该制程气体为压力至少5公斤/平方厘米的干燥洁净空气。

9.如权利要求7所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该喷管与该基材的距离范围为5至30厘米。

10.如权利要求1所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该疏水层主要由硅及氧构成。

11.如权利要求1所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该步骤（A）还在该基材施予一部分覆盖该表面的图案层；该步骤（D）中所形成的该疏水层覆盖该图案层以及该基材未受该图案层覆盖的部分表面；步骤（D）之后还包含一步骤（E）去除该图案层以及覆盖于该图案层上的疏水层，而形成一图案化的疏水层。

12.如权利要求11所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该图案层的材料为感光的光阻；步骤（E）是借由一有机溶剂去除该图案层并同时剥离该图案层上的疏水层。

13.如权利要求1所述的疏水层的制作方法，其特征在于：该疏水层的厚度为300纳米至500微米。

14.一种疏水层，形成于一基材表面，其特征在于：该疏水层借由权利要求1至13项中任一项的制作方法制成。

15.一种具有疏水层的物品，其特征在于：该物品包含

一基材；及

一疏水层，形成于该基材表面，

其中，该疏水层借由权利要求1至13项中任一项的制作方法制成。

16.如权利要求15所述的具有疏水层的物品，其特征在于：该基材为一集成电路芯片的金属引脚，且该疏水层是形成于该金属引脚的底端与顶端之间。

17.一种具有疏水层的物品，其特征在于：该物品包含

一基材；及

一疏水层，由施加于该基材表面的一反应气体经等离子处理而形成于该基材表面，该反应气体的主要成分为挥发态的烷基硅烷分子，该疏水层主要成分为硅及氧且厚度为300纳米至500微米。

18.如权利要求17所述的具有疏水层的物品，其特征在于：该基材的材质选自半导体材料、玻璃、金属、塑胶、橡胶、高分子聚合物、陶瓷材料、纤维材料、岩石、土质材料、胶结性材料及涂料所组成的群组。

19.一种模具的制作方法，其特征在于，该制作方法包含以下步骤

（A）制备一疏水层，该疏水层以权利要求1至13项中任一项的制作方法制成；

（B）借由电铸技术在该疏水层的表面形成一金属层，该金属层连接于该疏水层的表面完全贴合于该疏水层对应的表面；及

（C）分离该金属层，而形成该模具。

20.如权利要求19所述的模具的制作方法，其特征在于：步骤（B）包括以下细步骤：

（B1）借由物理气相沉积技术或金属镀膜技术覆盖一金属起始层于该疏水层的表面；及

（B2）借由电化学沉积技术在该金属起始层上形成该金属层。