DE69013379T2

DE69013379T2 - Vorbereitung einer Oberfläche mit Lösemittel annehmenden und nichtannehmenden Zonen.

Info

Publication number: DE69013379T2
Application number: DE69013379T
Authority: DE
Inventors: Rosemary B Albinson; Mark R Shepherd
Original assignee: Xaar Ltd
Current assignee: Xaar Ltd
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2010-03-20
Also published as: JPH02279352A; EP0389217B1; EP0389217A3; DE69013379D1; GB8906379D0; ATE113007T1; ES2062337T3; CA2012462C; US5121134A; EP0389217A2; CA2012462A1

Description

Die Erfindung betrifft die Schaffung eines Substrats mit einer Oberfläche, die einen Bereich aufweist, der in eine erste Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit und eine zweite Zone mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit aufgeteilt ist, so daß beispielsweise ein Lösungsmittel, das mit dem Bereich in Kontakt kommt, dazu neigt, sich auf der ersten Zone zu konzentrieren, während die zweite Zone im wesentlichen trocken bleibt.
Eine Anwendung für das Verfahren der Erfindung liegt im Bereich der Tintenstrahldrucker mit gesteuerter Tröpfchenabgabe ("drop-on-demand"), die einen Druckerkopf haben, der eine Reihe von Düsen umfaßt, über welche flüssige Tintentröpfchen bei Bedarf auf die zu bedruckende Oberfläche abgegeben werden.
In einer Druckkopfausgestaltung, wie in unserer schwebenden GB - A - 8 810 241.3 geschildert, als EP - A - 339 926 und 340 960 nach dem 20. März 1989 veröffentlicht, sind die Düsen im Druckerkopf selbst oder an einem separaten Düsenboden geformt, der am Druckerkopf befestigt ist, wobei ein ferngesteuerter Verteiler am Kopf oder auf dem Düsenbden liegt, um den Bereich der Öffnungen mit umweltfreundlichen Flüssigkeiten zu versorgen oder diesem Bereich solche Flüssigkeiten zu entziehen. Nach einer Ausgestaltung dieser Druckerkopfausführung ist es von Vorteil, wenn mindestens ein jede Öffnung umgebende ringförmige Zone grundsätzlich nicht von der verwendeten Tinte benetzt wird und mindestens ein Teil der verbleibenden Oberfläche des Kopfes (oder des Düsenbodens, falls verwendet) benetzt wird, damit das Ansaugrohr sicher mit dem Kopf (oder mit dem Düsenboden) verbunden werden kann.
Gemäß einer weiteren Druckerkopfausführung kann es von Vorteil sein, wenn ein kleiner Bereich des Kopfes oder des Düsenbodens, der jeweils an eine Öffnung angrenzt, eine Oberfläche besitzt, die leicht mit der Tinte benetztbar ist, und ein weiterer Bereich, der jenen Bereich unmittelbar umgibt, im wesentlichen nicht benetzbar ist.
Es ist bekannt, daß viele organische Verbindungen, die chemisch gebundenes Fluor enthalten, z.B. Fluorpolymere und polyfluorierte organische Verbindungen, Oberflächen bilden können, die im allgemeinen eine sehr schlechte Lösungsmittelbenetzbarkeit besitzen; seihe z.B. US - A - 4 368 476, US - A - 4 643 948 und EP - A 0 177 316. Trotzdem ist es schwierig, diese in passender Weise an eine Vielzahl von Substraten zu binden.
Das Problem ist besonders akut angesichts der Tatsache, daß die Kunststoffmaterialien mit hohem Erweichungspunkt, insbesondere die Kondensationspolymere mit aromatischen Gruppen, wie z.B. Polyimide, Polykarbonate, Polysulfone, Polyester und Polyether/Etherketone, welche für die Herstellung von Druckerköpfen und Düsenböden von Tintenstrahldruckern mit gesteuerter Tröpfchenabgabe bevorzugt werden.
Wir haben herausgefunden, daß die Haftfähigkeit solcher Verbindungen, von nun an als organische Fluorverbindungen bezeichnet, an Substraten, und besonders zuvor erwähnten Kunststoffmaterialien mit hohem Erweichungspunkt, durch die Verwendung einer speziell angepaßten Zwischenschicht von Siloxanmaterial verbessert werden kann. Damit ist ein Material gemeint, das hauptsächlich aus Siliziumatomen besteht, die durch Sauerstoffatome aneinandergekoppelt sind, d.h., daß es -Si-O-Si-Gruppen aufweist.
Die Bildung von Bereichen mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit und von Bereichen mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit auf Druckerköpfen oder Düsenböden von Tintenstrahldruckern mit gesteuerter Tröpfchenabgabe durch ein solches System mit Hilfe konventioneller Techniken hat jedoch zu Schwierigkeiten geführt.
Das heißt insbesondere, daß die Verwendung einer isolierten Maske ("stand-alone mask"), zum Schutz von Bereichen des Druckerkopfes, die nicht beschichtet werden sollen, im allgemeinen nicht möglich ist, da das flüssige Material, das zur Bildung der Siloxanschicht bevorzugt wird, dazu neigt, darunterzukriechen. Andererseits ist auch die Alternative einer Haftmaske ausgeschlossen, da solche Masken zur Instabilität der Abmessungen neigen, welche durch den Vorgang im Miniaturmaßstab in unzulässiger Weise noch erhöht wird. Die Abstände zwischen den zu beschichtenden, nebeneinanderliegenden Bereichen können sich in der Größenordnung von jeweils zehn Mikrometern bewegen.
Bei diesem Mikromaßstab bildet die Tatsache, daß die Umrißgrößen durch die Dicke der Maske begrenzt sind, noch eine weitere Einschränkung, da bei Maskendicken, die eine Beschichtung von Bereichen der erwünschten Größe ermöglichen, die Maske zu zerbrechlich sein kann.
Die Abscheidung von Masken durch Einfärben oder Bedrucken hat sich ebenfalls als undurchführbar erwiesen.
Ein weiters Problem ergibt sich daraus, daß die durch die Verwendung einer Maske entstandenen Konturen dazu neigen, unannehmbare Unterschiede in der Dicke der Siloxanschicht zu verursachen, welche durch die unterschiedliche Benetzbarkeit der Masken- und Substratoberflächen bzw. durch die Flüssigkeit, die zur Bildung der Siloxanschicht eingesetzt wurde, verschärft werden können.
Wir haben nun eine Methode entwickelt, um Bereiche mit guter und Bereiche mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit auf einem Substrat, wie einem Druckerkopf oder einem Düsenboden mit gesteuerter Tröpfchenabgabe, zu bilden, durch welche diese Nachteile vermindert oder vermieden werden können.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Schaffung eines Substrats mit einer Oberfläche bereitgestellt, die einen Bereich aufweist, der in eine erste Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit und eine zweite Zone mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit aufgeteilt ist. Das Verfahren umfaßt die Schritte, daß man
(i) eine Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit auf mindestens dem Substratbreich vorsieht, welcher die erste Zone bilden soll;
(ii) diesen Bereich mit einer erste Schicht vorsieht, welche ein an das Substrat bindendes Siloxanmaterial umfaßt und welches mit dem Substrat wenigstens in einem Teil des Bereichs in Kontakt steht, welcher für die Bildung der zweiten Zone vorgesehen ist;
(iii) diesen Bereich mit einer darüberliegenden Schicht versieht, welche eine organische Fluorverbindung umfaßt, welche an die erste Schicht gebunden wird und eine Oberfläche mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit ergibt, wobei die darüberliegende Schicht mit der ersten Schicht wenigstens über dem Teil des Bereichs in Kontakt steht, welcher zur Bildung der zweiten Zone vorgesehen ist, und
(iv) das darüberliegende Material von der Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit durch Ätzen und Waschen entfernt, und zwar in jenem Teil des Bereichs, welcher zur Bildung der ersten Zone vorgesehen ist, wodurch die Oberfläche exponiert wird.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß sich die Verweise auf gute und schlechte Lösungsmittelbenetzbarkeit auf die relative Benetzbarkeit der Oberflächen durch ein Lösungsmittel beziehen. Im allgemeinen ist es jedoch vorteilhafter, wenn die Oberfläche mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit grundsätzlich nicht von dem jeweiligen Lösungsmittel benetzt wird. Durch die Erfindung können Oberflächen mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit geschaffen werden. Diese sind haltbar, resistent gegen die meisten Lösungsmittel, welche für Drucktinte benutzt werden und haben ausgezeichnete lösungsmittelabweisende Eigenschaften.
Die Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit kann wie gewünscht durch das Substrat selbst, durch die Schicht von Siloxanmaterial oder durch einer weitere Schicht zur Verfügung gestellt werden.
Beispiele von Siloxanmaterialien, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind u. a. Siliziumoxid und organische Siloxane. Organische Siloxane werden jedoch deshalb bevorgugt, weil sie die Benetzbarkeit mit einer Vielfalt von Lösungsmitteln kombinieren und da sie die Fähigkeit besitzen, eine starke Bindung mit einer Vielfalt von Substraten einzugehen, besonders mit den zuvor erwähnten polymeren Materialien und organischen Fluorverbindungen.
Mit einem "Siloxan" ist hier ein Material gemeint, das durch Härten gewonnen werden kann, wodurch Si-O-Si-Verknüpfungen gebildet werden, d.h. ein Silan mit hydrolysierbaren Gruppen, jeweils an das Siliziumatom gebunden. Die Siloxanschicht kann zum Beispiel dadurch gebildet werden, daß eine Schicht des Silans geformt und danach erhitzt oder auf andere Art und Weise gehärtet wird, wie z.B. in unserer schwebenden Britischen Patentanmeldung 8 824 436.3 beschrieben, die nach dem 20. März 1989 als EP - A - 367 438 veröffentlichet wurde.
Die Haupteigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sowohl die Schicht, welche das Siloxanmaterial umfaßt als auch die Abdeckschicht, die eine organische Fluorverbindung umfaßt, auf den gesamten Bereich, der zur Bildung der ersten und zweiten Zone vorgesehen ist, angewendet werden. So werden Probleme bei der Maskierung des Substrats vor dem Abscheiden der Siloxanmaterialschicht vermieden.
Anschließend wird die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit durch das Entfernen des Materials gebildet; das Entfernen wird durch Abatzen oder Abweschen herbeigeführt. Der Ätzvorgang kann z.B. durch chemischen Angriff oder durch Abtragen mit einem Hochenergiestrahl, wie z.B einem Laser, erfolgen.
Wie aus der nachfolgenden detaillierten Besprechung entnommen werden kann, ist gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung die einzige Schicht, welche die Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit in der ersten Zone unmittelbar vor der Durchführung des Schrittes (iv) bedeckt, die Abdeckschicht. Diese Schicht verbindet sich im allgemeinen nicht mit der Oberfläche. In diesem Fall ist nur die Abdeckschicht durch Schritt (iv) zu entfernen; dies ist in einfacher Weise durch Waschen erzielbar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit vor Schritt (iv) in der ersten Zone von einer Materialschicht bedeckt, die chemisch ätzbar ist. Diese Schicht kann durch chemischen Angriff entfernt werden, wodurch gleichzeitig jegliche darüberliegende(n) Schicht(en) entfernbar ist (sind).
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit in jenem Abschnitt des Bereiches exponiert werden, der die erste Zone durch das Entfernen der Deckschichten (durch Abtragen unter Verwendung eines Hochenergiestrahles) bilden soll, während jener Teilbereich geschützt wird, welcher die zweite Zone mit einer Maske, die gegenüber dem Angriff des Strahls resistent ist, bilden soll.
Gemäß einiger Ausgestaltungen hat das Verfahren die Abscheidung einer weiteren Schicht zum Inhalt, z. B. das Bereitstellen einer Maske über jenem Bereichsabschniff, der die erste Schicht bilden soll, oder das Bereitstellen einer Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit, wobei das Substrat selbst nicht diese Oberfläche bilden darf. Diese weitere Schicht kann dadurch gebildet werden, daß die Schicht über den gesamten Bereich gebildet wird und diese danach von jenem Teil der Oberfläche entfernt wird, an dem sie nicht benötigt wird. Ein solches selektives Entfernen der Schicht kann z. B. dadurch erfolgen, daß man chemischen Resist, Photolithographie oder andere ähnliche Methoden anwendet, welche die Schritte umfassen, ein Muster in einem Schutzfilm zu bilden und dann die Teile der Schicht dort zu entfernen, wo sie durch das Muster freigelegt sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Schicht durch Abtragen mit Hilfe eines Hochenergiestrahls zu entfernen, wobei der Teil geschützt wird, der nicht durch die Wirkung des Strahls entfernt werden darf. Dies geschieht mit Hilfe einer gegenüber dem Hochenergiestrahl resistenten Schutzabdeckung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, daß die Siloxanschicht durch bevorzugte Methoden abgeschieden wird, welche die Schleuder-, Sprüh- und Rollbeschichtung einer Silanlösung umfassen, und weiterhin das Erhitzen der beschichteten Oberfläche, um das Lösungsmittel zu vertreiben und das Silan auszuhärten.
Organische Fluorverbindungen, die Oberflächen mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit vorsehen, sind u.a. polymere Materialien wie Polymere aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropen, fluorierte Kohlenwasserstoffe und Fluorsilane. Mit Fluorsilan ist eine Verbindung mit einem Siliziumatom gemeint, an das eine fluorierte organische Gruppe angehängt ist. Insbesondere bevorzugt sind Fluorsilane mit mindestens einer fluorhaltigen und mindestens einer hydrolysierbaren Gruppe, da diese die guten Eigenschaften der Lösungsmittelunbenetzbarkeit mit einer Vielzahl von Lösungsmitteln in sich vereinen, die gegen den Angriff der betreffenden Lösungsmittel resistent sind und eine starke Bindung mit Siloxanmaterialen, insbesondere Siloxanen, einzugehen vermögen.
Beispiele passender und bevorzugter Fluorsilane und Beispiele von Methoden für deren Abscheidung sind in unserer obenerwähnten schwebenden Britischen Patentanmeldung 8824436.3 beschrieben.
Die Fluorsilanschicht kann durch eine Vakuumabscheidung aus Fluorsilandampf gebildet werden, woran sich das Erhitzen anschließt, um den Bindungsprozeß zwischen dem Fluorsilan und der Schicht aus Siloxanmaterial abzuschließen. Sie kann alternativ als Lösung in einem passenden Lösungsmittel, das dann z.B. durch Verdampfung wieder entzogen wird, angewendet werden.
Die Erfindung wird im folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf einige ihrer Ausgestaltungen und mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen geschildert. Diese sind Querschnittansichten in Diagrammform, die stark vergrößert und nicht maßstabsgetreu sind, und welche die verschiedenen Stufen des Vorgangs veranschaulichen, worin
Abb. 1 eine Ausgestaltung der Anwendung der Erfindung erläutert, in welchem Falle die Siloxanmaterialschicht die Oberfläche für die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit vorsieht;
Abb. 2 bis 5 Ausgestaltungen der Anwendung der Erfindung erläutern, bei denen die Substratoberfläche selbst die Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit bietet;
Abb. 6 eine Ausgestaltung der Erflndungsanwendung erläutert, bei der die Oberfläche für die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit durch ein anderes Material als das des Substrates oder der Siloxanschicht vorgesehen wird; und
Abb. 7 und 8 Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens für zwei verschiedene Arten von Düsenboden für den Druckerkopf eines Tintenstrahldruckers mit gesteuerter Tröpfchenabgabe erläutern.
Abb. 1 erläutert eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Siloxanmaterialschicht die Oberfläche mit guter Benetzbarkeit vorsieht. Bei dieser Ausgestaltung ist eine dritte Schicht, die ätzbares Material umfaßt, in jenem Anteil des Bereichs vorgesehen, der die erste Zone bilden soll, und zwar zwischen der Siloxanmaterialschicht und der Abdeckschicht. Stufe (iv) beinhaltet das Entfernen der dritten Schicht und der Abdeckschicht von dem Anteil des Bereiches, der die erste Zone bilden soll, wodurch die Oberfläche der Siloxanmaterialschicht freigelegt wird.
In Abb. 1 steht die Ziffer 2 für ein Substrat, dessen Oberfläche mit den Zonen mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit und mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit vorgesehen werden soll. Im allgemeinen kann dieses Substrat z.B. aus Metall, Kunststoff oder Keramik sein. Die Erfindung ist jedoch besonders gut anwendbar in dem Falle, daß es aus Kunststoffmaterial, besonders einem solchen mit einem hohem Erweichungspunkt wie einem Kondensationspolymer mit aromatischen Resten, insbesondere einem Polyimid, Polyester, Polysulfon, Polycarbonat und Polyethern/Etherketon, gebildet ist.
Im ersten Schritt dieser Ausgestaltung der Erfindung (Abb. 1A) wird eine Haftschicht 4 aus Siloxanmaterial über den gesamten Oberflächenbereich verteilt, welche in die erforderlichen Zonen aufgeteilt werden soll.
Wenn die Schicht aus Siloxanmaterial ein Siliziumoxid darstellt, kann diese z.B. durch Vakuumzerstäuben (Sputtern) gebildet werden. Vorzugsweise umfaßt die Schicht jedoch organisches Siloxan, da dieses nicht nur in der Lage ist, eine starke Bindung mit den bevorzugten organischen Fluorverbindungen einzugehen, die zur Bildung der Abdeckschicht verwendet werden, sondern sich auch stark an die bevorzugten Substratmaterialien bindet.
Eine haftende organische Siloxanschicht kann dadurch erhalten werden, daß die Oberfläche mit einem Silan beschichtet wird und die Beschichtung so behandelt wird, daß die Silanmoleküle der Beschichtung, d.h. durch Polymerisation oder Aushärten des Silans, über die Entwicklung von Si-O-Si- Verbindungen, verknüpft werden. Im allgemeinen erfolgt dies dadurch, daß man als Silan eine Verbindung mit hydrolysierbaren Gruppen und einer nicht hydrolysierbaren organischen Gruppe auswahlt, die an ein Siliziumatom gebunden ist und indem man mindestens einige der hydrolysierbaren Gruppen zur Bildung von Si-OH-Gruppen hydrolysiert, die dann veranlaßt werden, mit den entsprechenden Gruppen zu reagieren; oder dies erfolgt mit hydrolysierbaren Gruppen, z.B. Alkoxygruppen, die an Si-Atome anderer Moleküle der Schicht gebunden sind, zur Bildung von Si-O-Si- Verbindungen mit Wasseraustritt oder weiteren Nebenprodukten der Kondensation.
Normalerweise wird das Silan in Form einer Lösung angewendet, wonach das Lösungsmittel entzogen wird, z. B. durch Verflüchtigen.
Vorzugsweise sind alle außer einem an ein Siliziumatom gebundenes Radikal hydrolysierbare Gruppen. Vorzugsweise werden die hydrolysierbaren Gruppen aus Alkoxygruppen ausgewählt, da die Hydrolyseprodukte Alkohole sind, die bei angemessener Wahl des Lösungsmittels sofort zusammen mit dem Lösungsmittel entfernbar sind. In der bevorzugtesten Weise weist die Alkoxygruppe bis zu drei Kohlenstoffatome auf.
Die Beschaffenheit der verbleibenden Gruppe, die an das Siliziumatom des zur Bildung der Siloxanschicht gewählten Silans gebunden ist, hängt zumindest teilweise von der Beschaffenheit der zu beschichtenden Oberfläche ab. Die Bindung zwischen dem Siloxan und dem Substrat kann chemischer Natur sein, z. B. durch die Reaktion aktiver Gruppen im Silan mit bezüglich der zu beschichtenden Oberfläche reaktiven Gruppen; oder sie kann physikalischer Natur sein, z. B wie im Zusammenhang mit Van de Waal-Bindungen (d.h. Dipol-Dipol-Bindungen), Wasserstoffbindungen oder π-π-Bindungen. In dem Fall, daß das Substrat z. B. ein Polymer ist, das Benzolreste oder Radikale eines anderen aromatischen oder pseudoaromatischen Ringes enthält, wie z. B. bei aromatischen Polyimiden, aromatischen Polyether/Etherketonen und aromatischen Polycarbonaten, kann es vorteilhaft sein, wenn das Silan mindestens eine Gruppe mit α,β-ethylenischer Ungesättigtheit, z.B. eine Allylgruppe, enthält. Wenn die Substratoberfläche alternativ z. B. OH-Gruppen enthält und eine adäquate Haftung durch Wasserstoffbindungen erzielbar ist, darf das Silan möglichst mindestens eine ein aktives oder Zerewitinoff-Wasserstoffatom enthaltende Gruppe, wie z.B. bei einem primären oder sekundären Aminoalkyl, enthalten.
Das Silan genügt deshalb vorzugsweise der Formel
YSi(OR)&sub3;
überall worin R jeweils eine Alkylgruppe und Y ein nicht hydrolysierbares einwertiges organisches Radikal bedeuten. Angemessenerweise steht Y für eine gesättigte oder ungesättigte einwertige Kohlenwasserstoffgruppe oder ein substituiertes Derivat davon. Aus Grunden wie Zugänglichkeit oder Bequemlichkeit der Synthese von Verbindungen und im Hinblick auf Kosten wird Y im allgemeinen aus Alkyl- und Alkenylgruppen ausgewählt, insbesondere aus solchen, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten und substituierte Derivative davon, worin jeder Substituent aus Halogen, Alkoxy und primären, sekundären oder tertiären Aminosäuren ausgewählt ist. Beispiele für solche Gruppen sind Methyl, Ethyl, Allyl, Methallyl, γ-Aminopropyl, γ- Methylaminopropyl, γ-Dimethylaminopropyl und Methoxyethyl.
Eine besonders gute Kombination von Haftung an der Substratoberfläche und Resistenz gegenüber Abtragung durch die vom Lösungsmittel zu benetzende Oberfläche, die im Produkt durch das Siloxan vorgesehen werden soll, wird dann erhalten, wenn das zur Bildung der haftenden gehärteten Siloxanbeschichtung verwendete Siloxan eine Mischung von Silanen umfaßt, die ein Silan enthält, das eine primäre, sekundäre oder tertiäre Aminoalkylgruppe miteinschließt; die Mischung sollte vorzugsweise mindestens ein erstes, aus primären, sekundären und tertiären Aminoalkyltrialkoxysilanen ausgewähltes Silan und mindestens ein zweites, aus Alkyltrialkoxysilanen ausgeähltes Silan umfassen, dessen Alkyl- und Alkoxygruppen jeweils möglichst bis zu 3 Kohlenstoffatome enthalten. Besonders gute Resultate werden erzielt, wenn das Gemisch zu einem Großteil aus Alkyltrialkoxysilan und zu einem geringeren Anteil aus Aminoalkyltrialkoxysilan, z.B. aus 75 bis 60% des Gewichtes des ersteren und aus 25 bis 40% des Gewichtes des letzteren, besteht. Beispiele von geeigneten Verbindungen sind das Methyltriethoxysilan und γ-Aminopropyltriethoxysilan.
Vorzugsweise wird das zur Bildung der Siloxanschicht eingesetzte Silan bzw. das Silangemisch vor dessen Anwendung auf das Substrat mindestens teilweise hydrolysiert, um das anschließende Trocknen der Schicht zu erleichtern. Dies kann z.B. durch das Überschichten einer Silanlösung über Wasser erreicht werden. Die Hydrolyse kann durch verdünnte Säure unterstützt werden.
Im Falle der Anwendung des Silans oder der Silanmischung in Form einer Lösung kann jedes geeignete Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch beim Auflösen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein Lösungsmittel mit niedriger Siedetemperatur benutzt, damit es leicht durch Verdampfen wieder entzogen werden kann. Ein zu hoher Grad an Lösungsmittelentzug kann jedoch Spannungen in der Schicht auslösen, was zu Rissen führen könnte. Daher ist es von Vorteil, eine kleine Menge Lösungsmittel mitzuschleppen.
Eine Methode, die gewünschte Dicke der getrockneten Siloxanschicht von nicht mehr als wenigen Mikrometer, z.B. 0,01 bis 10 Mikrometer, zu erzielen, ist der Einsatz einer Silanlösung durch Schleuder-, Sprüh- oder Rollbeschichtung. Der Entzug des Lösungsmittels und das Härten kann durch Erhitzen erzielt werden. Vorzugsweise enthält die gehärtete Schicht auf der Oberfläche einige an Siliziumatome gebundene Hydroxylgruppen, d.h. Si- OH-Gruppen, da dieser Umstand die Bindung der zweiten Schicht zu unterstützen scheint. Dies kann z.B. durch die Ausführung mindestens der letzten Endstadien der Erhitzungsstufe in Anwesenheit von Wasserdampf erzielt werden. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig.
Somit umfaßt ein bevorzugtes Verfahren zur Bildung der gehärteten Siloxanschicht die Schleuder-, Sprüh- oder Rollbeschichtung der Oberfläche mit Hilfe einer Silanlösung, wobei sich das Silan in einem zumindest teilweise hydrolysiertem Zustand befindet und worauf die beschichtete Oberfläche erhitzt wird, um das Lösungsmittel zu vertreiben und das Silan zu härten, bis man eine haftfähige Beschichtung erhält.
Der nächste Schritt bei der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Abb. 1B stellt die Anwendung einer aus ätzbarem Material bestehenden Schicht 6 dar, - von nun an als eine maskierende Schicht bezeichnet -, auf jenen Teil der Siloxanschicht, die durch Siloxan, das die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit im Produkt bilden soll, vorgesehen ist.
Die Maskenbildung kann auf jede passende Art und durch Gebrauch von jeglichem passenden Material erfolgen, vorausgesetzt, man kann es von der Siloxanschicht mittels eines die Siloxanschicht nicht beschädigenden Atzvorganges wieder entfernen. Die Maskenbildung kann z. B. unter Verwendung eines Materials, das in einer flüssigen Zubereitung, in der sich das verwendete Siloxanmaterial grundsätzlich nicht löst, erfolgen. Beispiele hierfür sind solche Metalle, die durch Saure und wasserlösliche Kunststoffmaterialien aufgelöst werden, z. B. Polyvinylalkohol. Ein bevorzugtes Material stellt Nickel dar.
Die Maskenbildung kann durch jedes geeignete Mittel herbeigeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Methode, bei der ein Metall wie Nickel als Überzugsmaterial verwendet wird, kann die Maske durch Vakuumzerstäubung gebildet werden.
Gemäß einer bevorzugteren Ausgestaltung wird die Schicht 6 über dem gesamten Bereich gebildet und dann jener Teil der Maske entfernt, der sich auf den Teil des Bereiches erstreckt, der die zweite Zone bilden soll (welcher die Oberfläche mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit bilden soll). Geeignete Verfahren zur Verwirklichung dieses Zieles schließen die Verwendung von Resist, Photolithographie oder ähnlichen Mitteln mit ein, welche die Bildung einer Schutzschicht in Form eines Musters beinhalten, das jene Bereiche der zu entfernenden Maske durch das Muster freiläßt.
Daraufhin werden die freigelegten Maskenbereiche entfernt, z.B. durch Abätzen, wie durch Solvatisieren oder durch Abtragen mit einem Hochenergiestrahl.
Jede Art von Hochenergiestrahl, der fähig ist, das zu entfemende Material (in diesem Fall das Material der Maske) abzutragen, ist anwendbar. Beispiele solcher geeigneter Techniken sind Abtragen durch Laser und Plasmaätzen, manchmal auch Ionenstrahlabtragung genannt. Durch das Plasmaätzen wird das Plasma normalerweise im Vakuum erzeugt, wobei die so erhältlichen Ionen auf eine vorherbestimmte Energiestufe gebracht werden können. So wird ein Mittel geschaffen, um den Grad der Abtragung zu steuern. Laserabtragung hat jedoch den Vorteil, daß sie unter normalen atmosphärischen Bedingungen anwendbar ist.
Es ist von Vorteil, einen Strahl zu benutzen, der die Erhitzung des abzutragenden Material minimiert. Geeignete Beispiele dafür sind Impuls-UV- Excimer-Laser, da die gesamte Energie des Strahls leicht im Bereich des obersten Mikrometers des abzutragenen Materials absorbiert wird, so daß wenig Erhitzung stattfindet. Die Abtragung tritt leicht durch das Auseinanderbrechen von chemischen Bindungen und durch die fast sofortige Umwandlung des Materials in Gas ein.
Alternativ kann die Schicht nur über jenem Teil des Bereiches abgeschieden werden, der bei dem fertigen Produkt die Zone mit guter Benetzbarkeit vorsieht.
Im nächsten Schritt des Verfahrens (Abb. 1C) wird die gesamte Oberfläche mit einer Schicht 8 aus einer organischen Fluorverbindung beschichtet, die zur Bindung an das Siloxanmaterial fähig ist, woraus Schicht 4 gebildet wird. Wie oben angedeutet, ist die Fluorverbindung dort, wo das Siloxanmaterial aus Siloxan besteht, bevorzugt Fluorsilan.
Sehr gute Resultate wurden dort erzielt, wo das Fluorsilan mindestens eine hydrolysierbare Gruppe und mindestens eine fluorhaltige organische Gruppe, welche jeweils an ein Siliziumatom gebunden ist, enthält. Gemäß einer Ausgestaltung können die Fluorsilane aus solchen ausgewählt werden, welche der folgenden Formel entsprechen:
R²mSiR³n
Wenn m und n ganze Zahlen darstellen, bedeuten m 1 oder 2 und n mindestens 2, wobei jeweils die Summe von m + n = vier, und R² eine fluorhaltige organische Gruppe und R³ jeweils eine hydrolysierbare Gruppe bedeuten. Geeignete hydrolysierbare Gruppen stellen Alkoxyreste dar, die am bevorzugtesten 1 bis 3 Kohlenstoffatome enthalten.
Im Falle der Bedeutung von m = 1 oder 2 ist nicht gut vorstellbar, daß jede Art von Verbesserung der nichtbenetzenden Eigenschaften erzielt wird, wenn m = 2 bedeutet und andererseits die Haftung an der Siloxanschicht reduziert werden kann. Deshalb bedeuten in bevorzugter Weise m = 1 und n = 3.
Die von der Fluorsilanschicht erzeugten Antibenetzungseigenschalten neigen dazu, eine Funktion der Beschaffenheit von R² zu sein. Im allgemeinen verbessern sich die Antibenetzungseigenschaften durch ein Ansteigen des Fluorierungsgrades im endständigen Bereich von R²; d.h. in dem Bereich von R², der vom Si-Atom am weitesten entfernt liegt. Vorzugsweise enthält R² mindestens eine CF&sub3; - Gruppe in diesem endständigen Bereich.
Die Gruppe, an welche die Fluorinatome angehängt werden, kann jeder geeigneter organischer Rest sein, es wird jedoch im allgemeinen ein gesättigter Rest sein, z. B. Alkyl, Alkoxyalkyl oder Alkylcarboxyalkyl.
R² kann z.B die Struktur
X&sub3;C - (CF2)X - (Z)Y - (CH&sub2;)Z -
haben, wobei X jeweils F oder CF&sub3; bedeutet. Z stellt ein zweiwertiges Atom oder Gruppierung wie z.B. -O- dar, wobei x und z jeweils Null oder eine positive ganze Zahl bedeuten und y Null oder 1 bedeutet. Ein oder mehrere der Fluoratome jeder -CF&sub2; - Gruppe können auch, falls gewünscht, durch eine -CF&sub3; Gruppe ersetzt werden.
Spezielle Beispiele dafür sind folgende:
CF&sub3;(CF&sub2;)&sub9;(CH&sub2;)&sub2;-
CF&sub3;(CF&sub2;)&sub5;(CH&sub2;)&sub2;-
CF&sub3;(CF&sub2;)&sub3;(CH&sub2;)&sub2;-
CF&sub3;(CF&sub2;)X0 (CH&sub2;)&sub2;-
(CF&sub3;)&sub2;CFO(CH&sub2;)&sub3;-
(CF&sub3;)&sub3;CCF&sub2;OCH&sub2;CH&sub2;-
Ein oder mehrere der Reste R² und/oder R³ können durch ein weiteres einwertiges Atom oder einwertige Gruppe unter der selbstverständlichen Voraussetzung ersetzt werden, daß das Molekül zumindest eine fluorhaltige Gruppe und zumindest eine hydrolysierbare Gruppe beibehält und daß die andere Gruppe die Hydrolyse nicht behindert oder auf nachteilige Weise die nicht benetzenden Eigenschaften der Beschichtung in unerwünschtem Ausmaß beeinflußt.
In Übereinstimmung mit dieser Modifikation kann das Fluorsilan der folgenden Formel gehorchen:
R²mSiR³nR&sup4;p
haben, wobei R² und R³ wie oben definiert sind und jedes R&sup4; jeweils ein nichthydrolysierbares Atom oder nichthydrolysierbare Gruppe darstellt, welche von R² verschieden ist, m 1 oder 2 und n mindestens 1 bedeutet, p = 0 , 1 oder 2 bedeutet und m+n+p die Summe 4 ergibt
Ein Beispiel für R&sup4; ist F.
Die Fluorsilanschicht kann durch Vakuumabscheidung von Fluorsilandampf gebildet werden. Dabei wurde festgestellt, daß es immer vorteilhaft ist, die Feuchtigkeit niedrig zu halten, um beste Haftfähigkeit zu erzielen. Die Fluorsilanbeschichtung wird vorzugsweise erhitzt. Andernfalls kann das Fluorsilan als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel angewendet werden, welches anschließend entzogen wird, z.B. durch Verdampfung.
Es ist nicht von Bedeutung, daß die Fluorsilanschicht besonders dick ist. Angemessene Resultate werden bei Stärken von 5 Mikrometer oder darunter erzielt. Eine Schicht, die nur eine Starke von einigen, z.B. ein oder zwei Molekülen aufweist, ist angemessen.
Im letzten Schritt wird das Produkt zum Entfernen der Maskierschicht und jenes Teils der organischen Fluorkohlenstoffschicht, der über ihr liegt, behandelt. Wenn die Maskierschicht sich so verhalt, daß die organische Fluorkohlenstoffschicht nicht fest daran gebunden ist, kann letztere einfach durch Waschen entfernt werden. Dadurch wird die Überzugsschicht zum Entfernen freigelegt. Jedes geeignete Mittel, das die darunterliegende Siloxanschicht nicht beschädigt, ist zum Entfernen der Maskierschicht einsetzbar.
Gemäß einer Ausgestaltung können sowohl die organische Fluorkohlenstoffschicht als auch die Maskierschicht in einem einzigen Abtragungsschritt entfernt werden, und zwar unter Verwendung eines Hochenergiestrahles wie z.B einem Laser, wie oben beschrieben, während jener Teil des Bereiches geschützt wird, der die Zone mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit durch eine gegenüber der gewählten Abtragungsmethode resistente Schutzabdeckung bilden soll. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß die selbe Abtragung mit einem Hochenergiestrahl eingesetzt werden kann, um die Oberflächenbindung der auf diese Art exponierten Oberfläche der Siloxanmaterialschicht löst und dadurch dessen Lösungsmittelbenetzbarkeit verbessert.
Ein alternatives Verfahren beinhaltet das Angreifen des Überzugsmaterials 6 mit einem dafür vorgesehenen Lösungsmittel. Eine Säure, welche die Siloxanschicht nicht angreift, kann z.B dort eingesetzt werden, wo die Maske aus säurelöslichem Metall besteht. Wenn die Maske aus Nickel besteht, ist wässrige saure Eisen-III-chlorid-Lösung geeignet. Die daraus resultierende Auflösung der Maske hat das Entfernen der Abdeckschicht 8 aus Fluorsilan zur Folge, wodurch die Schicht 4 aus Siloxanmaterial, die von der Maske bedeckt war, von neuem exponiert wird. Wie in Abb. 1D verdeutlicht, umfaßt das Produkt somit einen Bereich mit einer ersten Zone, dessen Oberfläche Siloxanmaterial 4 umfaßt, welches gute Lösungsmittelbenetzbarkeit gewährleistet und eine zweite Zone, dessen Oberfläche die organische Fluorverbindung 8 umfaßt, welche eine schlechte Lösungsmittelbenetzbarkeit vorsieht und fest an das Substrat 2 durch die Schicht 4 aus Siloxanmaterial gebunden ist.
Die Erfindung kann auch in solchen Fällen angewendet werden, in denen die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit durch die Oberfläche des Substrats selbst vorgesehen ist. Zur Anwendung bei dieser Ausgestaltung beinhaltet die Reihe von geeigneten Substraten z.B Kunststoffmaterialien mit einem hohem Erweichungspunkt, insbesondere Kondensationspolymere mit einem Gehalt an aromatischen Rückständen, darunter insbesondere Polycarbonate, Polyimide, Polysulfone, Polyether/Etherketone und Polycarbonate, sowie Glas.
Ein Verfahren zur Verwirklichung dieses Ziels wird nun im folgenden unter Bezugnahme auf Abb. 2 beschrieben, welche eine Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht, bei der vor der Durchführung des Schrittes (iii) die Schicht aus Siloxanmaterial von jenem Anteil des Bereiches entfernt wird, welcher die erste Zone bilden soll. Im Schritt (iv) wird die Abdeckschicht von jenem Anteil des Bereiches entfernt, welcher die erste Zone bilden soll. Der erste Schritt dieses Verfahrens (Abb. 2A) ist identisch mit demjenigen des Verfahrens, das unter Bezugnahme auf Abb. 1 beschrieben wurde, nämlich die Bereitstellung einer Schicht 4 aus Siloxanmaterial über den gesamten ausgewählten Bereich des Substrates 2. Im nächsten Schritt wird jedoch Schicht 4 selektiv aus jenem Teil des Bereiches entfernt, der die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit gewährleisten soll. Jede geeignete Methode kann für ein solches selektives Entfernen verwendet werden, vorausgesetzt, sie beschädigt die Substratoberfläche nicht. Wo die Schicht aus Siloxanmaterial Siloxan umfaßt, umfaßt eine geeignete Methode das Abtragen durch einen Hochenergiestrahl, wie oben beschrieben, z. B einen Laserstrahl. Die Schicht aus Siloxanmaterial, die sich in jenem Anteil des Bereiches, der die zweite Zone bilden soll, befindet, wird vor dem Angriff durch den Kochenergiestrahl geschützt. In diesem Fall kann es von Vorteil sein, ein photoabsorbierendes Molekül in die Siloxanschicht miteinzuschließen, um die Abtragung zu unterstützen oder um die Siloxanschicht aus einem Silan mit guten photoabsorbierenden Eigenschaften zu bilden, oder aus einer Mischung aus Silanen, die ein Silan mit solchen Charakteristika miteinschließt. Beispiele von Silanen mit den erwünschten Eigenschaften sind solche, die ungesättigte aliphatische Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen miteinschließen, wie z.B bei einer Allyl- oder einer Methallylgruppe. Wenn andernfalls das Substrat durch einen Hochenergiestrahl wie einen Laser abtragbar ist, kann die Siloxanschicht hinreichend dünn gestaltet werden, um für den gewählten Strahl durchsichtig zu sein. Dadurch wird eine Oberflächenschicht des Substrats selbst abgetragen, womit gleichzeitig die Abdeckschicht aus Siloxanmaterial zerstört wird. Dieses Verfahren hat weiterhin den Vorteil, die Oberflächenbindungen des Substrats aufzubrechen und dadurch dessen Lösungsmittelbenetzbarkeit zu verbessern. Jener Teil der Schicht aus Siloxanmaterial, der nicht entfernt werden soll, muß natürlich durch eine Schutzabdeckung geschützt werden, die gegenüber dem gewählten Hochenergiestrahl widerstandsfähig ist.
Nach dem Entfernen des Teils der Schicht aus Siloxanmaterial 4 folgt der Schritt (wie oben unter Bezugnahme auf die in Abb. 1 veranschaulichte Ausgestaltung beschrieben), bei dem eine Beschichtung 8 aus einer organischen Fluorverbindung über den gesamten Bereich verteilt wird, wodurch sie veranlaßt oder es ihr ermöglicht wird, sich an jenen Teil der Oberfläche zu binden, die das nicht entfernte Siloxanmaterial umfaßt (siehe Abb. 2C). In diesem Fall befindet sich jedoch die Schicht in direktem Kontakt mit dem Substrat in der Zone, in der die Schicht aus Siloxanmaterial entfernt wurde. Der letzte Schritt umfaßt anschließend die Behandlung des Produktes, um jenen Teil der Fluorverbindungsbeschichtung zu entfernen, der nicht über der Siloxanschicht liegt und nicht an diese gebunden ist. Zur Verwirklichung dieses Ziels kann jedes geeignete Mittel eingesetzt werden. Da die organische Fluorverbindung sich jedoch im allgemeinen nur schwach mit dem Substrat verbindet, genügt normalerweise das Waschen oder die Behandlung mit einem Lösungs- oder Verdünnungsmittel, in dem das Substrat grundsätzlich unlöslich ist Das daraus hervorgehende Produkt (Abb. 2D) umfaßt eine erste Zone mit einer lösungsmittelbenetzbaren Oberfläche, die durch das Substrat 2 erzeugt wurde, sowie eine zweite Zone mit einer Oberfläche mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit, die aus der an die Siloxanschicht 6 gebundene Fluorsilanbeschichtung 8 hervorging.
Unter Bezugnahme auf Abb. 3 wird im folgenden ein weiteres Verfahren zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Falle, daß die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit aus der Substratoberfläche selbst hervorgeht, beschrieben. Gemäß dieser Ausgestaltung umfaßt der erste Schritt (Abb. 3A) die Bildung einer entfernbaren Maskierungsschicht 6 aus ätzbarem Material auf jenem Teil des Bereiches des Substrates 2, der im Produkt die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit abgeben soll. Was die Wahl des Materials für die Maskierungsschicht und die Verfahren zu deren Bildung anbetrifft, sei auf die vorstehende Beschreibung verwiesen, die sich auf die Bildung der Maskierungsschicht in dem in Abb. 1 erläuterten Verfahren bezieht.
Nach der Anwendung der Maskierungsschicht wird eine Schicht 4 aus Siloxanmaterial (Abb. 3B) über den gesamten Bereich des Substrates vorgesehen. Danach erfolgt eine Beschichtung 8 aus einer organischen Fluorverbindung. Was die Wahl des Materials für die Schicht bzw die Beschichtung und die Wahl der Art deren Abscheidung anbetrifft, sei auf die obengenannte Beschreibung der in Abb. 1 dargestellten Ausgestaltung verwiesen. In einem letzten Schritt (Abb. 3C) wird das Produkt zum Entfernen der Maskierungsschicht und jener Teile der Schichten aus Siloxanmaterial und organischen Fluorverbindungen behandelt, welche über die Maskierungsschicht gelagert sind, um ein Produkt mit im wesentlichen derselben Struktur wie jenes in Abb. 2D beschriebene Produkt zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird dies durch Abtragen der Schichten mit einem Hochenergiestrahl erzielt (wie oben beschrieben), während jener Anteil des Bereiches, welcher die zweite Zone bilden soll, unter Verwendung einer gegenüber dem Strahl resistenten Abdeckung geschützt wird. Andernfalls kann die Maskierungsschicht 6 durch chemischen Angriff entfernt werden; das Produkt kann z.B. mit einer Lösung, welche die Maskierungsschicht 6 auflöst, behandelt werden, wodurch gleichzeitig jene Teile der Schichten 4 und 8, die über Schicht 6 liegen, entfernt werden.
Eine weitere Methode, um das Verfahren der Erfindung in dem Falle anzuwenden, daß die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit durch die Substratoberfläche geliefert wird, wird nun im folgenden unter Bezugnahme auf Abb. 4 beschrieben. Die ersten Schritte dieser Ausgestaltung (Abb. 4A und 4B) sind identisch mit denen von Abb. 3, nämlich die Bildung einer Maskierungsschicht 6 auf jenem Teil des Bereiches, welcher die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit im Produkt bilden soll, wonach die Siloxanschicht 4 über dem gesamten Bereich geformt wird. Im nächsten Schritt (Abb. 4C) wird jedoch das so erhaltene Produkt behandelt, um die Maskierungsschicht zu entfernen und um jenen Teil der Siloxanschicht, der über der Maskierungsschicht liegt, von dem Teil des Bereiches zu entfernen, welcher die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit vorsehen soll. Dies kann z.B durch Solvatisieren der Maskierungsschicht erzielt werden oder durch Abtragen unter Verwendung eines Hochenergiestrahles gemäß den beiden oben beschriebenen Verfahrensweisen. Anschließend (Abb. 4D und 4E) wird die Beschichtung 8 aus einer organischen Fluorverbindung auf den gesamten Bereich angewandt und an das Siloxanmaterial 4 gebunden, das jenen Teil des Bereiches abdeckt, welcher die Zone mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit bilden soll. Anschließend wird das Produkt z.B. - wie oben beschrieben - unter Solvatisieren oder Waschen behandelt, um den Teil der Beschichtung 8 zu entfernen, der nicht über dem Siloxanmaterial liegt. Das Produkt hat somit dieselbe Struktur wie jene gemäß Abb. 3C.
In Abb. 5 ist eine weitere Methode dargestellt, um das erfindungsgemäße Verfahren in dem Falle anzuwenden, daß die Oberfläche für die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit durch das Substrat geliefert wird.
Gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht der erste Schritt des Vorgangs (Abb. 5A) in der Abscheidung der aus Siloxanmaterial bestehenden Schicht 4. Darauf folgt in einem zweiten Schritt die Abscheidung der aus einer organischen Fluorverbindung bestehenden Schicht 8 (Abb. 5B). Im Hinblick auf die Wahl geeigneter Materialien für jede dieser Schichten und auf die Art ihrer Abscheidung sei auf die zuvor erwähnte Beschreibung hingewiesen, z.B. unter Bezugnahme auf die in Abb. 1 dargestellte Methode.
Der dritte und letzte Schritt umfaßt das Entfernen der Teile der zwei Schichten, die auf dem Abschnitt des Bereiches liegen, welche die Zone mit der Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit bilden soll, wodurch die Oberfläche des Substrats 2 in jener Zone freigelegt wird. Dies wird in geeigneter Weise durch Abtragen unter Verwendung eines Hochenergiestrahls erzielt - wie oben beschrieben- wie z.B. einem Laser. Dabei werden die Schichten, die in dem Abschnitt des Bereiches liegen, welcher die Zone mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit liefern soll, durch eine gegen den gewählten Hochenergiestrahl resistente Abdeckung geschützt. Dieses Verfahren kann auch in der Weise eingesetzt werden, daß die Substratoberfläche unmittelbar unterhalb der Schichten abgetragen wird, wodurch ihre Lösungsmittelbenetzbarkeit verbessert wird.
Wenn die Schichten andernfalls für den verwendeten Hochenergiestrahl relativ lichtdurchlässig sind, kann das Entfernen der Schichten durch Abtragen der Substratoberfläche erzielt werden, wodurch eine gleichzeitige Zerstörung der darüberliegenden Schichten ausgelöst wird.
Das Resultat stellt das in Abb. 5C dargestellte Produkt dar, das im wesentlichen dieselbe Struktur hat wie das Produkt des in Abb. 2 dargestellten Verfahrens.
Das Verfahren der Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn die Oberfläche für die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit von einem anderen Material als Siloxanmaterial oder dem Substrat geliefert wird. Gemäß dieser, in Abb. 6 beschriebenen Ausgestaltung, umfaßt der erste Schritt (Abb. 6A) das Verteilen der aus Siloxanmaterial bestehenden Schicht 4 über den gesamten in Betracht kommenden Bereich der Oberfläche des Substrates 2, wie oben beschrieben, z.B. unter Bezugnahme auf die in Abb. 1 oder Abb. 2 erläuterte Ausgestaltung. Der nächste Schritt beinhaltet jedoch die Schaffung einer Schicht 10 eines speziell dafür ausgesuchten Materials, um die Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit jenes Teils des Bereiches zu erzeugen, der im Endprodukt die Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit darstellen soll, siehe Abb. 6B. Jedes geeignete Material kann hier gewählt werden, vorausgesetzt, daß es zur starken Bindung an das Substrat fähig ist und eine Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit hervorzubringen vermag. Jede Methode, die sich zur Verwendung mit diesem Material eignet, kann zur Bildung der Schicht angewendet werden, z.B. die Abscheidung aus einer Lösung, Vakuumzerstäubung oder -abscheidung. Gemäß einer Ausgestaltung kann die Schicht zuerst über den gesamten Bereich abgelagert werden. Danach kann der Teil der Schicht, der sich in dem Teil des Bereiches befindet, welcher die Zone mit schlechter Benetzbarkeit vorsehen soll, selektiv entfernt werden, z.B. unter Verwendung jeglicher Verfähren, die oben unter Bezugnahme auf die selektive Entfernung des Teils der Maskierungsschicht 6 in dem in Abb. 1 dargestellten Verfahren beschrieben sind. Anschließend ist der nächste Schritt des Verfahrens die Anwendung der Beschichtung 8 aus einer organischen Fluorverbindung (Abb. 6C) über den gesamten Bereich und die nachfolgende Behandlung, um jenen Teil der Beschichtung 8 zu entfernen, der nicht über der Schicht 4 aus Siloxanmaterial liegt und nicht mit dieser verbunden ist. Da die Beschaffenheit des zur Bildung der Schicht 10 verwendeten Materials normalerweise dergestalt ist, daß dieses nur eine schlechte Bindung mit der Schicht 8 aus organischer Fluorverbindung eingeht, kann letztere in der Regel von der Oberseite der ersteren einfach durch Auslösen oder Waschen entfernt werden. Andernfalls kann sie durch Abtragen unter Verwendung eines Hochenergiestrahls - wie oben beschrieben - entfernt werden, wobei die restliche Schicht 8 unter Verwendung einer gegen einen Angriff durch den besagten Strahl resistenten Abdeckung geschützt wird. Das Produkt (Abb. 6D) enthält eine Zone mit guter Lösungsmitteibenetzbarkeit, welche durch die Oberfläche der Schicht 10 hervorgebracht wird, sowie eine Zone mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit, die durch die Oberfläche aus einer organischen Fluorverbindung 8 hervorgebracht wird, welche die Siloxanschicht 4 überlagert.
Wie oben angedeutet, jedoch nicht darauf beschränkt, eignet sich das Verfahren der Erfindung besonders zur Anwendung bei der Behandlung der Druckköpfe von Tintenstrahldruckern mit gesteuerter Tröpfchenabgabe. Eine derartige Anwendung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Abb. 7 beschrieben, welche eine Ansicht - in Form einer in einzelne Segmente aufgeteilten Ansicht eines Druckerkopfes in stark schematisierter Form zeigt. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung stellt 100 den Druckerkopf dar, der mit zwei Linien aus Tintenversorgungskanälen 102 ausgestattet ist (nur einige davon sind dargestellt); und 104 und 106 stellen Luftversorgungskanäle dar. 108 ist ein Düsenboden, der an der Vorderseite des Druckerkopfes plaziert ist und der durch Düsen 110 gebildet wird, die mit den Kanälen 102 und Röhren 114 und 116 kommunizieren, welche wiederum mit den Luffvorratsleitungen 104 und 106 kommunizieren. 118 ist ein Fernsteuerungsverteiler, der mit der Vorderseite des Düsenbodens verbunden werden soll und welcher so konstruiert ist, daß Luft oder eine andere umgebende Flüssigkeit, die über eine oder beide Röhren 104/114 und 106/116 angeliefert wird, über die Vorderseiten der Düsen gerichtet werden kann, beispielsweise zu deren Säuberung. Im Hinblick auf eine ausführlichere Erklärung der Form und des Zweckes des Rohres 118 sei auf die anhängige Britische Patentanmeldung 8 810 241.3 verwiesen.
Aus bestimmten Gründen, deren nähere Ausführung nicht notwendig ist, ist es wünschenswert, wenn mindestens ein minimaler ringförmiger Bereich der Düsenbodenvorderseite, der jede Düse umgibt, im wesentlichen durch die Tinte nicht benetzbar ist. Zumindest ein Teil des übrigen Bereiches der Vorderseite muß jedoch eine lösungsmittelbenetzbare Oberfläche besitzen, wenn eine angemessene Bindung des Fernsteuerungsverteilers erzielt werden soll. Eine Methode der Verwirklichung dieses Ziels besteht darin, die Gesamtheit jeder der zwei Düsen enthaltenden Zonen X und Y - durch durchbrochene Linien definiert - mit einer Oberfläche zu versehen, die im wesentlichen nicht von der Tinte benetzbar ist, und darin, die restliche Oberfläche Z des Bodens im Prinzip lösungsmittelbenetzbar zu machen.
Für andere Ausgestaltungen von Druckerkopf hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, eine tintenbenetzbare Zone auf der Oberfläche zu haben, welche die Düsenoffnung unmittelbar umgibt. Es hat sich z.B. herausgestellt, daß eine kleine tintenbenetzbare Zone, welche die Öffnung umgibt, die Uniformität in Richtung des Tintenstrahls, der aus der Düse entlassen wird, durch die viskositätssteuernde Wirkung einer kleinen, aber kontrollierten Menge von Flüssigkeit, welche die Öffnung unmittelbar umgibt, fördert. Diese Zone kann die Form eines schmalen, die Öffnung umgebenden Ringes aufweisen, welcher die Breite von etwa der Hälfte des Durchmessers der Öffnung hat.
Eine ähnliche Wirkung kann dadurch erzielt werden, daß man eine Vielzahl solcher Zonen vorsieht, die die Öffnung zusammen umgeben, z.B. vier derartige Zonen, die zusammen mit dar Düsenöffnung die Form eines X mit der Öffnung in der Mitte ergeben.
Im allgemeinen beträgt der Abstand zwischen nebeneinander liegenden Düsen typischerweise 100 bis 250 Mikrometer, und die Breite der schmalen, ringförmigen tintenbenetzbaren Zone, welche die Düse umgibt, betragt typischerweise 10 bis 20 Mikrometer.
Gemäß einer weiteren Konstruktion des Druckerkopfes, welcher z.B. in der anhängigen Britischen Patentanmeldung 8 722 085 beschrieben ist, und gemäß einer Ausgestaltung, die in Abb. 8 dargestellt ist, öffnet sich jede Düse 202, die mit dem Druckerkopf selbst eine Einheit bilden kann oder welche auf einem mit dem Druckerkopf verbundenen Düsenboden 204 bereitgestellt ist, in einen seichten Trog 206, dessen Oberfläche von der Tinte benetzbar sein muß. Der Bereich 208 des Troges, welcher den Druckerkopf oder die Düsenbodenoberfläche umgibt, muß jedoch im wesentlichen unbenetzbar sein.
Bei solchen Düsenbodenkonstruktionen, bei denen die Oberfläche einer ersten Zone, die die Düsenöffnung umgibt, von der Tinte benetzbar sein muß, wird diese Zone wiederum von einer zweiten Zone umgeben, deren Oberfläche unbenetzbar sein muß, wenn die Bildung der ersten Zone durch Entfernen von darüberliegendem Material in Abstimmung mit Schritt (iv) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Abtragen unter Verwendung eines Hochenergiestrahls bewirkt wird und der Düsenboden aus einem oder mehreren Materialien gebildet wird, die durch dieselbe Hochenergiequelle abtragbar sind. Die Schritte zur Bildung der ersten Zone und der Düse können dann in einem einzigem Vorgang erzielt werden. Beispielsweise kann das Entfernen des darüberliegenden Materials von der Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit in der Weise vollzogen werden, daß die Bildung der ersten Zone durch Abtragen unter Verwendung einer ersten Maske erzielbar ist, welche eine Apertur hat, die mit der Gestaltung der Zone konform ist. Anschließend kann unter Einsatz einer zweiten Maske mit einer Apertur, welche wie eine Düsenöffnung gestaltet ist, die Düserformung fortgesetzt werden. Der zweite Schritt der Ausbildung der Düsenöffnung erfolgt, falls erwünscht, unter Schaukelbewegungen zwischen Düsenboden und Hochenergiestrahl, wodurch eine konisch geformte Düsenöffnung erzielt wird - wie z.B in der anhängigen Britischen Patentanmeldung 8 722 085 beschrieben, und wie z.B. bei 210 (Abb. 8) dargestellt.
Wenn sich die Düsenöffnung in einer Zone befindet, die von der Tinte nicht benetzbar ist, ist es auch möglich, die Düse gleichzeitig mit der Bildung der tintenbenetzbaren Zone bzw. Zonen zu formen, und zwar durch Abtragen unter Verwendung eines Hochenergiestrahles und einer Maske mit Öffnungen für die tintenbenetzbaren Zonen und düsenförmigen Öffnungen.
Für Fachleute ergeben sich viele weitere Variationen und Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Durch die Erfindung sind solche Produkte leicht zugänglich, die eine Vielzahl an Zonen mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit besitzen, welche von Zonen mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit räumlich getrennt sind und umgekehrt, wobei der Abstand so klein sein kann wie Zehnerschritte von Mikrometern, und Oberflächen mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit vorhanden sind, die stark mit dem Substrat verbunden sind, resistent gegenüber Abtragen sind, einem Angriff durch eine breite Vielfalt an Lösungsmitteln standhalten und trotzdem einen sehr geringen Grad an Lösungsmittelbenetzbarkeit gegenüber einer großen Bandbreite von Lösungsmitteln besitzen, insbesondere gegenüber solchen, die für Tinten angewendet werden, welche bei Tintenstrahldruckern mit gesteuerter Tröpfchenabgabe eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Schaffung eines Substrats mit einer Oberfläche, welche einen Bereich (2) aufweist, der in eine erste Zone mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit und eine zweite Zone mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit aufgeteilt ist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß man

(i) eine Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit auf mindestens dem Substratbereich vorsieht, welcher die erste Zone bilden soll,

(ii) diesen Bereich mit einer ersten Schicht (4) vorsieht, welche ein an das Substrat bindendes Siloxanmaterial umfaßt und welches mit dem Substrat wenigstens in einem Teil des Bereichs in Kontakt steht, welcher für die Bildung der zweiten Zone vorgesehen ist,

(iii) diesen Bereich mit einer darüberliegenden Schicht (8) versieht, welche eine organische Fluorverbindung umfaßt, welche an die erste Schicht gebunden wird und eine Oberfläche mit schlechter Lösungsmittelbenetzbarkeit ergibt, wobei die darüberliegende Schicht mit der ersten Schicht wenigstens über dem Teil des Bereichs in Kontakt steht, welcher zur Bildung der zweiten Zone vorgesehen ist, und

(iv) das darüberliegende Material von der Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit durch Ätzen und Waschen entfernt und zwar in jenem Teil des Bereichs, welcher zur Bildung der ersten Zone vorgesehen ist, wodurch die Oberfläche exponiert wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Ätzvorgang durch chemischen Angriff oder durch Abtragen unter Verwendung eines hochenergetischen Strahls durchgeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Substrat die Oberfläche mit guter Benetzbarkeit liefert.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, welches in Vorschaltung zu Stufe (ii) den Schritt einschließt, daß der Anteil des Bereichs, welcher die erste Zone mit einer dritten Schicht (6), welche ein ätzbares Material umfaßt, zur Verfügung gestellt wird, wobei die dritte Schicht zwischen dem Substrat (2) und der Schicht (4) aus Siloxanmaterial angeordnet wird, und der Schritt (iv) das Entfernen der dritten Schicht sowie aller darüberliegenden Schichten von dem Teil der Fläche mitumfaßt, welcher zur Bildung dieser ersten Zone gedacht ist, wodurch die Oberfläche des Substrats in besagtem Abschnitt exponiert wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem der Schritt (iv) durch (a) Entfernung der dritten Schicht (6) und der darüberliegenden Schicht (4) aus Siloxanmaterial von dem Abschnitt jenes Bereichs vervollständigt wird, welcher zur Bildung der ersten Zone vor Durchführung des Schritts (iii) gedacht ist, wobei Schritt (iv) das Entfernen der Abdeckschicht (8) von jenem Bereichsabschnitt umfaßt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem die Entfernung der dritten Schicht von jenem Abschnitt des Bereichs, welcher zur Bildung der ersten Zone gedacht ist, durch chemischen Angriff erfolgt.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die dritte Schicht (6) auf jenem Bereichsabschnitt vorgesehen wird, der für die Bildung der ersten Zone mittels der Schritte gemäß (a) gedacht ist, und diese Schicht in jenem Bereich zu liegen kommt, sowie anschließendes Entfernen dieser Schicht von jenem Abschnitt des Bereichs gemäß (b), welcher zur Bildung der zweiten Zone gedacht ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die Stufe (iv) den Schutz des in jenem Bereichsabschnitt gegen den Angriff durch einen Hochenergiestrahl umfaßt, welcher zur Bildung der zweiten Zone gedacht ist, sowie anschließendes Entfernen des Abdeckmaterials von jenem Abschnitt des Bereichs, welcher die erste Zone durch Abtragen unter Verwendung eines Hochenergiestrahls bildet.

9. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem vor der Durchführung des Schritts (iii) die Schicht aus Siloxanmaterial (4) von jenem Abschnitt des Bereichs entfernt wird, welcher zur Bildung der ersten Zone gedacht ist und gemäß Stufe (iv) die Abdeckschicht (8) von jenem Abschnitt des Bereichs entfernt wird, welcher die erste Zone bilden soll.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die Schicht aus Siloxanmaterial von jenem Abschnitt des Bereichs entfernt ist, welcher zur Bildung der ersten Zone durch Abtragen unter Einsatz eines Hochenergiestrahls gedacht ist, während die Schicht aus Siloxanmaterial geschützt ist, welche sich in dem Abschnitt des Bereichs befindet, welcher die zweite aus dem Angriff mit dem Strahl hervorgehende Zone bilden soll.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schicht (4) aus Siloxanmaterial die Oberfläche mit guter Benetzbarkeit liefert.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die jenem Abschnitt des Bereichs, welche zur Bildung der ersten Zone gedacht ist, eine dritte Schicht (6), welche ätzbares Material umfaßt, zwischen der Schicht aus Siloxanmaterial und der Abdeckschicht (8) vorgesehen wird, wobei Schritt (iv) das Entfernen der dritten Schicht und der Abdeckschicht von jenem Bereichsabschnitt mitumfaßt, welcher die erste Zone bilden soll, wodurch die Oberfläche jener Siloxanmaterialschicht exponiert wird.

13. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt (i) die Bereitstellung einer Schicht (10) umfaßt, welche eine Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit aufweist, aber welche nicht die Siloxanschicht darstellt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem die Schicht (10) eine Oberfläche mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit aufweist und zwischen der Durchführung der Schritte (ii) und (iii) auf jenem Abschnitt des Bereichs aufgebaut wird, welcher zur Bildung der ersten Zone gedacht ist, wobei der Schritt (iv) das Entfernen der Abdeckschicht (8) von jenem Abschnitt des Bereichs umfaßt, welcher die erste Zone bilden soll, wodurch die Oberfläche der Schicht mit einer guten Lösungsmittelbenetzbarkeit exponiert wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder Anspruch 14, bei dem die Schicht mit guter Lösungsmittelbenetzbarkeit der Oberfläche in jenem Abschnitt des Bereichs vorgesehen wird, welcher die erste Zone bilden soll, und zwar mittels der Schritte gemäß (a) unter Aufbringen der Schicht in jenem Bereich und anschließendes Entfernen (b) der Schicht von jenem Abschnitt des Bereichs, welcher zum Bildung der zweiten Zone gedacht ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die dritte Schicht während der Stufe (b) durch chemischen Angriff oder durch Abtragen unter Anwendung eines Hochenergiestrahls entfernt wird.

17. Verfahren gemäß den Ansprüchen 5, 9, 14 oder 15, bei dem in Stufe (iv) die Abdeckschicht durch Waschen entfernt wird.

18. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Substrat ein Kunststoffmaterial mit hohem Erweichungspunkt umfaßt.

19. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Substrat ein Kondensationspolymer mit aromatischen Gruppen umfaßt.

20. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Substrat ein aus Polyimiden, Polyestern, Polysulfonen, Polyether/Etherketonen und Polycarbonaten ausgewähltes Polymer umfaßt.

21. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Substrat einen Bereich auf der Oberfläche eines Druckerkopfes oder eines Düsenbodens eines Tintenstrahldruckers mit gesteuerter Tröpfchenabgabe ("drop-on- demand") bildet.

22. Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem die Herstellung der ersten Zone gemäß Schritt (iv) und die Bildung der Düsenöffnung auf dem Düsenboden jeweils durch Abtragen unter Anwendung eines Hochenergiestrahls erfolgt.

23. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem die Herstellung der ersten Zone und die Bildung der Düsenöffnung in einem einzigen Verfahrensschritt erfolgt.

24. Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, bei dem der Schritt der Ausbildung der Düsenöffnung unter Schaukelbewegungen zwischen Düsenboden und Hochenergiestrahl erfolgt, wodurch eine konisch geformte Düsenöffnung erzielt wird.