KR930000099B1 - Orifice plate structure - Google Patents
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Abstract
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Description
제1a도 내지 1e도는 유체 제트 오리피스 판을 제조하는 종래 기술을 도식적으로 나타낸 단면도이고,1A-1E are schematic cross-sectional views of the prior art for manufacturing a fluid jet orifice plate,
제2a도 내지 2d도는 본 발명에 따른 오리피스 판(예, 유체 제트 오리피스 판 및/또는 포토에칭 마스크등)을 제조하는 방법을 도식적으로 나타낸 단면도이다.2A-2D are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an orifice plate (eg, a fluid jet orifice plate and / or photoetching mask, etc.) according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 오리피스판 12, 56 : 기판10: orifice plate 12, 56: substrate
11, 52 : 전면 13, 54 : 배면11, 52: front 13, 54: back
14, 50 : 포토레지스트물질 16 : 노출마스크14, 50: photoresist material 16: exposure mask
18 : 원형마스크영역 20,58 : 페그18:
22 : 결정성 니켈 24, 64 : 구멍22:
26, 62 : 오리피스 59 : 개구부26, 62: orifice 59: opening
60 : 니켈- 또는 코발트-인 합금60: nickel- or cobalt-phosphorus alloy
본 발명은 신규의 개량된 오리피스 판 구조에 관한 것으로, 특히 유체 제트 프린팅 장치에 사용되거나 포토-에칭방법에서 마스크로서 사용되는 신규의 개량된 오리피스 판 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a novel improved orifice plate structure, and more particularly to a novel improved orifice plate structure used in a fluid jet printing apparatus or used as a mask in a photo-etching method.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용한 “오리피스 판”이란 용어는 여러 크기와 기하학적 형태를 갖는 오리피스, 구멍, 개구부 또는 패턴영역을 구비한 모든 기판부재를 말한다. 따라서, 후술하는 설명란에서는 본 발명을 특수한 분야, 예를 들면 유체제트 오리피스 판 구조와 포토-에칭 마스크 구조에 응용하는 것에 대해서만 언급하였으나, 이러한 분야에서의 응용은 단지 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것으로서 이것으로 제한하는 것은 아니다.As used herein and in the claims, the term “orifice plate” refers to any substrate member having orifices, holes, openings, or pattern areas of various sizes and geometries. Therefore, the following description only refers to the application of the present invention to a special field, for example, a fluid jet orifice plate structure and a photo-etching mask structure, but the application in this field merely shows a preferred embodiment of the present invention. It is not limited to this.
현재 유체 제트 방법을 이용하는 광범위한 프린팅 장치가 사용되고 있다. 전형적으로 , 상기 선행 기술에 의한 장치에서는 오리피스 판에 형성된 유체 제트 오리피스 가 선형으로 배열되어 있어서 오리피스판으로 부터의 가압표시 유체(예, 잉크, 염료등)의 필라멘트에 문제점을 야기시킨다. 독립적으로 조절이 가능한 정전하 전극은 소위 “드롭-형성”영역을 따라 각 오리피스에 들어맞게 하향으로 배치된다. 공지된 정전유도의 원리에 따르면, 유체 필라멘트는 극성에 대향하는 전위를 유발시키고 이의 각 하전 전극의 전위량에 관련된다. 유체 방울이 필라멘트에서 분리될 경우, 상기 유도된 정전하는 이 방울에 포획된다.Currently, a wide range of printing devices using the fluid jet method are used. Typically, in the device according to the prior art, the fluid jet orifices formed in the orifice plate are arranged in a linear manner, causing a problem in the filament of the pressure indicating fluid (eg, ink, dye, etc.) from the orifice plate. Independently adjustable electrostatic electrodes are placed downward to fit each orifice along the so-called “drop-forming” region. According to the known principle of electrostatic induction, fluid filaments cause a potential opposite to the polarity and are related to the amount of potential of each charged electrode thereof. When a fluid droplet separates from the filament, the induced electrostatic charge is trapped in this droplet.
종래의 방법에서는 유체 제트 오리피스 판을 반도체 공업에서 반도체등을 제조하는데 사용되는 표준방법을 이용하여 제조하였다(참조 Maissel et al, Handbook of thin Film Technology, McGraw-Hill, Inc, Chapter 7 (1970) ).In the conventional method, a fluid jet orifice plate was manufactured using standard methods used to manufacture semiconductors and the like in the semiconductor industry (see Maissel et al, Handbook of thin Film Technology, McGraw-Hill, Inc, Chapter 7 (1970)). .
유체 제트 오리피스 판(10)을 제조하는 종래의 방법은 제1a 내지 1e도에 표시한 바와 같다. 구리 또는 구리합금으로 된 기판(12)은 적합한 포토레지스트 물질(14)로 전면 및 배면(11 및 13)상에 각기 피복되고 노출 마스크(16)로 덮힌다. 다음 이 구조체를 빛에 노출시켜 원형으로 마스크 되고 오리피스 위치를 한정하게 될 영역(18)에 인접하는 구역이 나타나도록 한다. 빛에 노출된 포토레지스트 물질을 적합한 화학적 세척제를 사용하여 기판으로 부터 제거하면 노출되지 않은 페그(20)가 잔류하게 되는데, 이 페그(20)는 마스크(16)의 영역 (18)에 들어맞게 된다. 기판(12)의 배면(13)은 직경이 큰 페그(20)가 잔류하고 전면(11)상의 직경이 작은 페그(20)에 들어맞게 되도록 유사한 방법으로 처리된다.The conventional method of manufacturing the fluid
기판의 양면은 결정성 니켈 (22)로 전기도금 하는데, 이때 니켈은 기판상에 용착되고 이 영역상의 노출된 포토레지스트를 세척함에 따라 페그상에는 용착되지 않는다. 기판의 각면에 존재하는 페그를 용해시키고 하부의 구리기판은 오리피스(26)를 한정하는 니켈코팅물과 전면 및 배면을 연결시키는 기관을 통해 구멍(24)이 형성될 수 있도록 각면을 에칭하는 것이 바람직하다.Both sides of the substrate are electroplated with
전형적인 잉크 제트 장치에 사용되는 잉크는 페이퍼 프린팅에서는 현색이 되므로 이러한 잉크 제재는 전기 주형 결정성 니켈 및 전형적인 구리 또는 구리 합금 기판 모드를 부식시키지 안고 친화성을 갖는 것으로(가능한한) 선택한다. 그러나 근래에 이르러, 유체 제트기술이 확대되어 방직공업에도 응용되고 있다[참조 : 본 발명자의 계류중인 미합중국 특허원 제 231,326호(1981년 2월 4일 출원) 및 제 393,698호(1982년 6월 30일 출원)]. 방직공업에 응용하는 경우에는 유체에 의해 처리될 직물에서 요구되는 조건과 유동액이 양립성을 가져야 한다. 그러나, 때로는 방직 공업에서 전형적으로 사용되고 있고 유체는 구리 또는 구리 합금 오리피스 기판 및/또는 기판상에 도금된 결정성 니켈을 부식 (페이퍼 프린팅에서 보다 다소 많이)시킨다. 방직 공업에서 전형적으로 사용되고 있는 유체중에는 부식성 유체가 많은데 이 직물분야의 종사자는 하기 물질과 접촉되는 모든 유체 제트 오리피스 판과 유체가 친화성을 가져야 한다는 것을 잘 알 수 있을 것이다.Since the inks used in typical ink jet apparatuses become colourful in paper printing, these ink formulations are chosen to have affinity (when possible) without corrosion of the electroform crystalline nickel and typical copper or copper alloy substrate modes. However, in recent years, the fluid jet technology has been expanded and applied to the textile industry. (Refer to the pending US patent application No. 231,326 (filed Feb. 4, 1981) and 393,698 (June 30, 1982) One application)]. For applications in the textile industry, the fluids and the conditions required for the fabrics to be treated by the fluids should be compatible. However, sometimes they are typically used in the textile industry and fluids corrode (more or less in paper printing) crystalline nickel plated on copper or copper alloy orifice substrates and / or substrates. Many of the fluids typically used in the textile industry are corrosive fluids and one skilled in the art will appreciate that all fluid jet orifice plates and fluids in contact with the following materials must have affinity.
브롬화수소산 글리콜산Hydrobromic acid glycolic acid
요드화수소산 시트로산Hydrogen Iodide Citric Acid
붕산 타타르산Boric acid tartaric acid
하이포아인산 트리플루오로 아세트산Hypophosphoric acid trifluoro acetic acid
오르트아인산 퍼클로르산Orthophosphoric acid
설폰산 아스코르브산Sulfonic acid ascorbic acid
트리클로로 아세트산 수산화리튬Trichloro Acetate Lithium Hydroxide
벤젠설폰산 히드라진Benzenesulfonic Acid Hydrazine
톨루엔 설폰산 에틸렌의 트리나트륨염Trisodium salt of toluene sulfonic acid ethylene
피크르산 디아민테트라 아세트산Picric acid diaminetetra acetic acid
말론산 시안화나트륨Malonic acid sodium cyanide
따라서, 종래의 오리피스 판은 부적합한 경우가 종종 발생함으로 방직공업에서 통상 직면하고 있는 광범위한 화학물질 존재하에서 화학적으로 안정성을 갖는 오리피스 판이 요청되고 있다. 본 발명이 있기전까지는 이러한 오리피스 판이 제조되지 못하였다.Therefore, conventional orifice plates are often inadequate, and there is a need for orifice plates that are chemically stable in the presence of a wide range of chemicals commonly encountered in the textile industry. Until the present invention such orifice plates were not manufactured.
본 발명은 구체적으로는 개량된 구조의 오리피스 판을 제공함으로써 방직공업에서 유체 제트 장치에 부식성 유체를 적합하게 사용할 수 있게 한것이다. 본 발명에 따라 이러한 유리한 특성은 비결정성 니켈- 또는 -코발트-인 합금을 고도의 내부식성 기판상에 융착함으로써 얻어지게 된다.The present invention specifically provides an orifice plate with an improved structure, which makes it possible to suitably use corrosive fluids in fluid jet devices in the textile industry. According to the invention this advantageous property is obtained by fusing an amorphous nickel- or -cobalt-phosphorus alloy onto a highly corrosion resistant substrate.
비교적 두께가 얇은 장치에 사용되는 여러 중요한 부속품은 전형적으로 포토 패브리케이션 방법에 의해 제조된다. 그러한 부속품의 하나로서는 상기한 바와 같은 유체 제트 프린팅 장치에 사용되는 유체 제트 오리피스 판이다. 포토 패브리케이션 방법에서는 포토 패브리케이션화 될 기판은 소위 “포토레지스트”인 얇은 감광성 물질로 피복되고, 빛, 통상적으로 청색 또는 자외선 광에 노출시켜 그 위에 노출패턴을 형성시킨다.광은 적합한 용매내에 선택적으로 용해할 수 있도록 포토 레지스트를 분해하거나 또는 선택적으로 불용성이 되도록 포토레지스트내의 분자들을 가교 결합시킨다. 어느 경우에서나, 노출과 현상(가용성 포토레지스트를 선택적으로 제거하기 위함)후 미리 선택한 패턴내의 박막형태의 이물질이 포토패브리케이션화될 기판상에 존재하게 된다. 이때에는 선택적인 피복을 하여 노출된 기판 부분을 도금하고 포토레지스트를 제거하거나 또는 기판이 그러한 중간 도금단계를 거치지 않고 직접 다음 단계로 이행될 수 있다.Several important accessories for use in relatively thin devices are typically manufactured by photofabrication methods. One such accessory is a fluid jet orifice plate used in a fluid jet printing apparatus as described above. In the photofabrication method, the substrate to be photofabricated is coated with a thin photosensitive material, so-called “photoresist,” which is exposed to light, typically blue or ultraviolet light, to form an exposure pattern thereon. The photoresist is decomposed to dissolve or crosslinked molecules in the photoresist to be selectively insoluble. In either case, after exposure and development (to selectively remove soluble photoresist), foreign matter in the form of a thin film in a preselected pattern is present on the substrate to be photofabricated. The selective coating may then be used to plate the exposed substrate portion and remove the photoresist, or the substrate may proceed directly to the next step without such an intermediate plating step.
다음단계에서는, 기판물질을 선택적으로 침식하는 부식제로 기판을 처리한다. 어느 경우에나 포토레지스터나 과잉 도금은 부식제에 의해 침식되어서는 안된다. 적합한 부식제를 찾아내면 에칭할 기판을 금속이 노출되는 영역내에서 금속 용해처리를 하여 잔류하는 금속을 포토레지스트 또는 과잉 도금형태의 보호물질에 의해 피복되도록 한다[참조 : 제1a-1e도].In the next step, the substrate is treated with a caustic that selectively erodes the substrate material. In either case, the photoresist or overplating should not be eroded by the caustic. Once a suitable corrosive agent is found, the substrate to be etched is subjected to metal dissolution treatment in the areas where the metal is exposed so that the remaining metal is covered with a protective material in the form of photoresist or over plating (see FIGS. 1A-1E).
대부분의 포토레지스트 물질은 에칭을 하고 이들을 언더커트할 정도의 두께가 얇은 플라스틱 피복물이므로 이 피복물은 기판으로 부터 떨어져 나와 간헐적으로 이탈되는 경향이 있어서 모서리가 울퉁불퉁해지거나 불규칙하게 된다.Most photoresist materials are plastic coatings that are thin enough to etch and undercut them, so they tend to break out of the substrate and intermittently break off, resulting in jagged or irregular edges.
상기한 바와 같은 에칭을 하는 동안 기판을 보호하는 전기 도금된 마스크는 통상적으로는 금속물질이며, 이들 마스크가 강성 및 내이탈성을 지니고는 있으나 이들이 마스킹 작용을 발휘할 수 있도록 부식제에 대한 내성을 가져야 한다. 스테인레스강, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐, 몰리브덴, 모델금속 또는 하스텔로이와 같은 물질의 경우, 공지된 부식제에 의해 선택적으로 에칭되는 마스크용 물질을 찾아내는 것은 매우 곤란하다. 따라서 본 발명의 다른 태양에 따라 합금을 사용하여 포토에칭제를 방어할 수 있는 새롭고도 예기치 못한 방법을 얻게 됨으로서 과거에 포토에칭을 하기가 어려운 것으로 알려졌던 다수의 물질을 선택적으로 에칭할 수 있게 되었으며, 따라서 본 발명을 원하는 노출 패턴을 갖는 포토에칭 마스크에 특히 적합하게 사용할 수 있게 되었다.Electroplated masks that protect the substrate during etching as described above are typically metallic materials, although these masks are rigid and resistant to release, but must be resistant to corrosive agents so that they can mask. . In the case of materials such as stainless steel, titanium, zirconium, hafnium, tungsten, molybdenum, model metals or Hastelloy, it is very difficult to find masking materials that are selectively etched by known caustic agents. Thus, in accordance with another aspect of the present invention, new and unexpected methods of defending the photoetching agent using alloys have been obtained, allowing the selective etching of many materials that were previously known to be difficult to etch. Therefore, the present invention can be used particularly suitably for a photoetching mask having a desired exposure pattern.
본 발명에 따라 유익하게 사용되는 기판은 고도의 내부식성을 지니고 있어서 장시간동안 계속하여 수용액과 접촉하는 동안 안정성을 갖는 물질이면 어느 것이나 가능하다. 적합한 기판은 예를 들면 모넬 금속(예, 구리-니켈합금), 페라이트 스테인레스강 (예, 니켈 함량이 적은 스테인레스강), 티탄, 지르코늄 및 마르텐사이트스테인레스강을 들수 있다. 이들 적합한 기판 물질중에서 스테인레스강이 바람직한데 그 이유는 에칭하기가 비교적 용이하기 때문이다(예, 도금후 기판을 제거하면 오리피스와 연통하는 개구부가 형성된다). 유사하게 모넬 금속은 염화 제 2철에 의해 바람직하게 에칭할 수 있으며, 왜냐하면 에칭시간이 단축되는 이점도 얻게 되기 때문이다.The substrate advantageously used according to the invention can be any material which has a high degree of corrosion resistance and which is stable during continuous contact with the aqueous solution for a long time. Suitable substrates include, for example, monel metals (eg copper-nickel alloys), ferritic stainless steels (eg low stainless steels), titanium, zirconium and martensitic stainless steels. Of these suitable substrate materials, stainless steel is preferred because it is relatively easy to etch (e.g., removal of the substrate after plating results in openings in communication with the orifices). Similarly, the monel metal can be preferably etched by ferric chloride, since the advantage of shortening the etching time is also obtained.
본 명세서에서의 “바람직한”에칭이나 “선택적”인 에칭등이란 말은 도금된 비결정성 합금층에 아무런 영향을 끼치지 않고 기판물질을 에칭할 수 있다는 것을 의미하는 것이다.As used herein, "preferred" etching or "selective" etching means that the substrate material can be etched without affecting the plated amorphous alloy layer.
지르코늄 및 티탄은 염산으로 산성화된 플루오르화 수소산을 사용하여 바람직하게 에칭될 수 있다. 비결정성 니켈- 또는 코발트-인 합금을 티탄에 부착시키는 것은 이의 표면을 에틸렌 글리콜을 혼합한 염산용액으로 에칭시킨 다음 시안화 구리 스트라이크를 사용하여 이 표면을 스트라이킹함으로써 바람직하게는 수행할 수 있다. “유리상”비결정성 니켈- 또는 코발트-인 합금은 구리 스트라이크에 견고하게 부착시킬 수 있다. 또한 지르코늄은 왓트 니켈욕내에서 이의 표면을 도금하여 초기에 제조할 수 있는데, 이 표면은 플루오르화 수소산 및 산염욕에 침지하여 예비 처리된 것이다. 따라서, 비결정성 니켈은 왓트 니켈 도금에 더욱 용이하게 부착시킬 수 있다. 이 기술분야의 종사자는 기타의 각종 표면 제조방법 및 기술을 유리하게 이용 할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.Zirconium and titanium can be preferably etched using hydrofluoric acid acidified with hydrochloric acid. Attaching the amorphous nickel- or cobalt-phosphorus alloy to titanium may preferably be performed by etching its surface with hydrochloric acid solution mixed with ethylene glycol and then striking this surface using copper cyanide strike. “Glass phase” amorphous nickel- or cobalt-phosphorus alloys can be firmly attached to copper strikes. Zirconium can also be prepared initially by plating its surface in a Watt Nickel bath, which is pretreated by immersion in hydrofluoric acid and acid baths. Thus, amorphous nickel can be more easily attached to what is nickel plating. Those skilled in the art will appreciate that other various surface preparation methods and techniques may be advantageously utilized.
본 발명을 뒷받침하는 미합중국 특허로서 다도고로등에 의한 제 4,108,739호, 페플러에 의한 제 3,041,254호, 파살등에 의한 제 3,041,255호, 터틀에 의한 제 2,06 9,566호, 피치에 의한 제 3,303,111호, 하인즈 등에 의한 제 3,475,293호, 필립등에 의한 제 3,658,569호, 두 로즈 등에 의한 제 3,759,803호, 마틴슨스등에 의한 제 4,08 6,149호, 야나기오까에 의한 제 4,113,248호, 루벤에 의한 제 4,127,709호 및 다까하시에 의한 제 4,224,133호를 들수 있다.US Pat. No. 4,108,739 by Dodo Blast Furnace, 3,041,254 by Peppler, 3,041,255 by Fassal, 2,06 9,566 by Turtle, 3,303,111 by Pitch, Heinz et al. No. 3,475,293, No. 3,658,569 by Philip, No. 3,759,803 by Two Rose, etc., No. 4,08 6,149 by Martinsons, No. 4,113,248 by Yanagioka, No. 4,127,709 by Ruben and No. by Takahashi 4,224,133.
본 발명은 특히 비결정성 니켈- 또는 코발트-인 합금의 유용한 특성을 오리피스 판을 형성하는 높은 내부식성 기판의 적어도 한 표면상에 용착시킴으로써 부식성 유체에 대하여 저항성을 부여하게되는 유용한 구조물에 관한 것이다.The present invention relates in particular to useful structures which render the useful properties of amorphous nickel- or cobalt-phosphorus alloys resistant to corrosive fluids by depositing them on at least one surface of a highly corrosion resistant substrate forming an orifice plate.
본 발명에 의한 비결정성 니켈-인 합금은 화학적 환원법이나 비전해액법에 의하여 용착시킬 수 있다[참조 : A. Kenneth Graham, Electroplating Engineering Handbook, 3rd Ed, Van Nostrand Reinhold Co., New York, N Y., Pages 486-507(1971)]. 비록 이 용착에서 인의 함량이 12 내지 13원자퍼센트로 되나 형식적으로는 도금내에 함유되는 인의 상한레벨은 20원자퍼센트까지의 수율을 가지게 할수 있고, 이로써 가장 높은 내부식성을 얻게 된다. 이런 형식은 비록 고가의 도금법이기는 하나 전해도금법인 비결정성 니켈-인 합금에 오히려 유사하며, 이는 이하에 보다 상세하게 설명하였다.The amorphous nickel-phosphorus alloy according to the present invention can be deposited by a chemical reduction method or an electroless solution method. See A. Kenneth Graham, Electroplating Engineering Handbook, 3rd Ed, Van Nostrand Reinhold Co., New York, N Y. , Pages 486-507 (1971). Although the phosphorus content in this deposition ranges from 12 to 13 atomic percent, the upper limit level of phosphorus contained in the plating can formally yield up to 20 atomic percent, resulting in the highest corrosion resistance. This type, although expensive plating method, is rather similar to the electrolytic plating amorphous nickel-phosphorus alloy, which is described in more detail below.
일반적으로 비결정성 물질은 종래에도 전기도금되어 왔다. 특히 비결정성 니켈 또는 코발트-인 합금의 도금법은 이미 수행되어 왔다[참조 : A. Brenner, Electro-deposition of Alloys, Vol. II, Academic Press, New York, N.Y. Chapter 35 (1963)]. 이같은 비결정성 니켈 또는 코발트-인 합금의 도금은 예를 들어 유체 제트 오리피스 판의 제조에 특별히 유용한 결정성 니켈 도금이나 또는 결정성 코발트 도금에 비교하여 보다 현저하게 개선된 내부식 특성을 나타내는 것을 발견하기에 이른 것이다.Generally, amorphous materials have been electroplated in the past. In particular, plating of amorphous nickel or cobalt-phosphorus alloys has already been carried out. See A. Brenner, Electro-deposition of Alloys, Vol. II, Academic Press, New York, N.Y. Chapter 35 (1963)]. It has been found that the plating of such amorphous nickel or cobalt-phosphorus alloys exhibits significantly improved corrosion resistance properties compared to crystalline nickel plating or crystalline cobalt plating, for example, which is particularly useful for the manufacture of fluid jet orifice plates. It is early.
특히 바람직한 니켈- 또는 코발트-인 합금은 고도의 안정성을 가진 본 발명에 의해 제조될 수 있으며, 이들은 인의 함량이 니켈에 대해 약 20원자퍼센트 또는 코발트에 대하여 약 12원자퍼센트 일때에 높은 내부식성을 갖게 된다. 비결정 니켈- 또는 코발트-인 합금이 도금되는데 적합한 각종 전기도금욕에 대하여 보다 상세하게 이하의 실시예를 통하여 설명하고자 한다.Particularly preferred nickel- or cobalt-phosphorus alloys can be prepared by the present invention with high stability, which have high corrosion resistance when the phosphorus content is about 20 atomic percent with respect to nickel or about 12 atomic percent with respect to cobalt. do. Various electroplating baths suitable for plating amorphous nickel- or cobalt-phosphorus alloys will be described in more detail with reference to the following examples.
본 발명에 의한 방법의 바람직한 실시태양이 제2a 내지 2d도에 도식적으로 표시되어 있다. 도면에서 감광성 포토레지스트 물질(50)이 기판(56)의 각각의 전면 및 배면(52), (54)상에 도포되어 있다. 다음에 포토레지스트 물질(50)을 빛에 노출시킴으로써 노출후 전면(52)상에 비노출 포토레지스트 페그(58)가 남아있도록 하게 되는 광선을 이용하는 적합한 라이트 마스킹 기술이 응용되며, 산화되어 제거된 포토레지스트 물질은 기관(56)의 배면(54)상에 있는 포토레지스트 물질(50)에 의하여 한정되는 개구부(59)와 더불어 남아있게 된다. 이리하여 기판(56)의 전체 배면(54)은 적합한 도금수단(도시되지 않음)에 의해 즉 도금테이프 또는 이와 유사한 것에 의해 피복되며, 전면측은 니켈- 또는 코발트-인 합금(60)에 의하여 도금이 되고 이로써 여기에 오리피스 (62)의 예비성형을 하게 된다. 예비성형후에 오리피스(62)는 도금 방지수단을 제거하여 기판(56)의 배면(54)상에 있는 포토레지스트 재료(50)에 있는 개구부(59)가 노출되도록 한다.Preferred embodiments of the process according to the invention are shown graphically in figures 2a to 2d. In the figure, a
그리하여 가열한 염화철 또는 기타 적합한 에칭 화합물이 개구부(59)내에 살포되고 이 개구부의 바로하부에 있는 금속기판(56)을 용해시키게 된다. 이때 포토레지스트 물질(50)에 의하여 피복된 부위에서는 에칭이 일어나지 않는다. 금속기판이 완전히 용해되면 오리피스가 헝성되며 이로써 기판(56)의 두께에 걸쳐 구멍(64)이 형성되어 각각의 오리피스(62)와 연통이 된다.Thus heated iron chloride or other suitable etching compound is sprayed into the opening 59 to dissolve the
본 발명에 의한 방법의 제 2실시태양은 포토레지스트 페그가 사로 정열되는 것(즉 제1a~1e도에 표시된 종래의 방법과 유사함)을 제외하고는 상술한 방법과 유사하다. 다음에 기판의 전면과 배면의 양면이 동시에 비결정성 니켈- 또는 코발트-인 합금에 의해 도금되는 것이다.The second embodiment of the method according to the present invention is similar to the method described above except that the photoresist peg is aligned with yarns (ie, similar to the conventional method shown in FIGS. 1A-1E). The front and back sides of the substrate are then plated simultaneously with an amorphous nickel- or cobalt-phosphorus alloy.
본 실시태양에서는 배면상에 도금한 비결정성 합금에 있는 개구부와 전면쪽에 도금된 비결정성 합금의 개구부 사이에서 선택적인 에칭이 수행되며, 이때 전면과 배면의 양면상에 있는 비결정성 합금은 마치 에칭 마스크와 같은 작용을 하게 된다.In this embodiment, selective etching is performed between the opening in the amorphous alloy plated on the back side and the opening of the amorphous alloy plated on the front side, wherein the amorphous alloy on both sides of the front side and the back side is like an etching mask. Will act as
[실시예]EXAMPLE
본 발명은 아래와 같은 비제한적 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 각 실시예에 있어서, 도금욕을 사용하여 기판상에 비결정성 니켈- 또는 코발트-인 합금을 용착시키는데 있어서의 효과를 측정한다.The present invention will be described in more detail by the following non-limiting examples. In each example, the plating bath is used to measure the effect of depositing an amorphous nickel- or cobalt-phosphorus alloy on the substrate.
다음의 각 실시예에 있어서 기판은 알카리 세척액을 사용하여 표면을 세척한 다음 이어서 기판을 약 4분간 180℉의 알카리 용액내에 침지하고, 그 후에 탈이온화수로 린스한다. 그리고 160℉ 온도하에서 4분동안 40암페어/ft2의 전류로 10%의 황산(양극성)용액중에서 전해 세척을 한 다음 4분동안 4암페어/ft2하에서 황산음극성 세척을 행한다. 이들 각각의 세척 처리가 끝난 후에 기판을 탈이온화수에 의하여 완전하게 헹군다. 최종적으로 기판을 10% 염산욕내에 침지하고, 약 1분간 탈이온화수에 의해 린스한다. 기판표면은 이로서 완전히 세척되어 오염물질이 완전히 제거된다.In each of the following examples, the substrate is cleaned of the surface using an alkaline cleaning solution and then the substrate is immersed in an alkaline solution at 180 ° F. for about 4 minutes, followed by rinsing with deionized water. And electrolytic cleaning in 10% sulfuric acid (positive) solution at a current of 40 amps / ft 2 for 4 minutes at 160 ° F., followed by a cathodic sulfate cleaning at 4 amps / ft 2 for 4 minutes. After each of these cleaning treatments, the substrate is rinsed thoroughly with deionized water. Finally, the substrate is immersed in a 10% hydrochloric acid bath and rinsed with deionized water for about 1 minute. The substrate surface is thereby thoroughly cleaned so that contaminants are completely removed.
코닥사의 KTFR의 포토레지스트 피복물질을 30센티 포이즈로 하여 침욕 도금 탱크로부터 교반하지 않고 일분간에 4인치의 속도하에 뽑아냄으로써 기판의 양측면에 부착시키는데, 이때 포토레지스트 물질은 0.2마이크로 스크린을 통하여 연속적으로 여과함으로써 청결하게 유지시킨다. 그 후에 포토레지스트 도금물을 30분간 건조하고, 100℃ 오븐내에서 20분간 예비 처리하고, 다음에 적합한 크기로 다듬는다. 포토레지스트의 노출은 도금된 기판을 마스터 마스크내에 설치하여, 목적하는 영역만이 노출되도록 함으로서 수행된다. 도금된 기판과 마스터 마스크는 25인치 Hg압력의 진공백내에 위치시키고 15미리 왓트/cm2의 광선에 노출시킨다. 후속적인 현상 작업은 코닥 마이크로 레지스트 현상제를 사용하여 약 105초간 노출된 영역에 분무하는 일이 포함된다. 현상된 영역은 그후 코닥 마이크로 레지스트 린스로 제거한 후 이어서 약 5분간 공기 건조하고 환류식 오븐내에서 140℃의 온도로 20분간 최종 열처리를 한다. 다음에 기판을 30초간 180℉의 온도하에서 양극성 전해 세척으로 활성화시키고, 그후 탈이온화수로 린스하고, 실온에서 10% 염산용액내에서 침지하고, 20암폐아/ft2에서 약 4분간 우드니켈 스트라이크로 스트라이킹한다.Kodak's KTFR photoresist coating material is 30 cm poise and attached to both sides of the substrate by pulling it out of the bath bath at a speed of 4 inches without stirring, for one minute, while the photoresist material is continuously Keep clean by filtration. The photoresist plating is then dried for 30 minutes, pretreated for 20 minutes in a 100 ° C. oven and then trimmed to a suitable size. The exposure of the photoresist is performed by placing the plated substrate in a master mask so that only the desired area is exposed. The plated substrate and the master mask are placed in a vacuum bag at 25 inch Hg pressure and exposed to 15 mm watts / cm 2 of light. Subsequent development operations include spraying the exposed area for about 105 seconds using a Kodak micro resist developer. The developed area is then removed with Kodak microresist rinse, followed by air drying for about 5 minutes and final heat treatment for 20 minutes at a temperature of 140 ° C. in a reflux oven. The substrate is then activated by bipolar electrolytic cleaning at a temperature of 180 ° F. for 30 seconds, then rinsed with deionized water, immersed in 10% hydrochloric acid solution at room temperature, and woodnickel strike for about 4 minutes at 20 litres / ft 2 . Strike with.
전기도금은 아래에 기술한 조성분의 욕에서 수행한다. 도금후 탈이온화수로 최종 린스하고, 도금된 기판을 최종칫수로 다듬는다. 포토레지스트 페그는 초음파 세척기내에서 프레몬트 561(Minnesota Shakopee의 Freemont Industries 제품으로서 포토레지스트 박리제)에 의해 박리하여 제거한다.Electroplating is carried out in a bath of the composition described below. After plating, the final rinse with deionized water and the plated substrate is trimmed to the final dimensions. The photoresist peg is peeled off and removed by Fremont 561 (a photoresist stripper manufactured by Freemont Industries of Minnesota Shakopee) in an ultrasonic cleaner.
오리피스 형성은 기재에 50% FeCl3/50% 탈이온화수를 사용하여 130℉ 온도에서 18psi의 분무 압력하에 약 0.0571인치/초의 속도로 기판을 에칭하여 수행한다. 에칭된 판은 건질소가스에 의해 건조하고, 다시 140℃에서 15분동안 환류 오븐내에서 재건조한다.Orifice formation is performed by etching the substrate at a rate of about 0.0571 inches / second at a spray pressure of 18 psi at 130 ° F. with 50% FeCl 3 /50% deionized water in the substrate. The etched plate is dried by dry nitrogen gas and again dried in a reflux oven at 140 ° C. for 15 minutes.
오리피스판의 최종 세척은 6∼7분간 초음파 세척기내에서 프레몬트 561을 사용하여 남아 있는 포트레지스트를 박리시킨 다음 4분간 2암페아의 전류로 전해 세척(음극성)을 함으로써 수행된다.The final cleaning of the orifice plate is carried out by exfoliating the remaining pot resist using Fremont 561 in an ultrasonic cleaner for 6-7 minutes followed by electrolytic cleaning (negative) at a current of 2 amps for 4 minutes.
상기 일반적인 과정에서는 하기에 예시한 전기 도금욕을 사용하여 수행한다.In the general process, the electroplating bath is illustrated below.
[실시예 I]Example I
광을 낸 5밀리 두께의 316 스테인레스강 기판을 다음과 같은 조성분의 욕에서 전기도금을 하였다.A 5 mm thick 316 stainless steel substrate was polished and electroplated in a bath of the following composition.
(a) 욕조성분 0.75M NiCl26H2O(a) Bathtub composition 0.75M NiCl 2 6H 2 O
0.25M NiCO3 0.25M NiCO 3
1.20M H3PO3 1.20MH 3 PO 3
(b) 도금조건(b) Plating condition
온도 =80℃Temperature = 80 ℃
전류밀도= 150밀리암페아/cm2 Current density = 150 milliamps / cm 2
도금된 316 스테인레스강 기판은 가열된 염화 제 2철로 에칭하여 필요한 오리피스를 형성시켰는 바 탁월한 내부식 특성을 나타내었다.The plated 316 stainless steel substrate showed excellent corrosion resistance as it was etched with heated ferric chloride to form the required orifice.
[실시예 Ⅱ]Example II
다음 조성분의 전기 도금욕을 사용하여 실시예 I을 반복하였다.Example I was repeated using the next composition electroplating bath.
(a) 욕조성분 0.80M NiSO46H2O(a) Bath ingredient 0.80M NiSO 4 6H 2 O
0.20M NiCl26H2O0.20M NiCl 2 6H 2 O
0.50M H3PO3 0.50MH 3 PO 3
0.50M H3PO4 0.50MH 3 PO 4
(b) 도금조건(b) Plating condition
온도 = 80℃Temperature = 80 ℃
전류밀도 = 150밀리암페아/cm2 Current density = 150 milliamps / cm 2
도금된 316 스테인레스강을 가열한 염화 제 2철로 에칭하여 필요한 오리피스를 형성시켰는 바 탁월한 내부식층 특성을 나타내었다.The plated 316 stainless steel was etched with heated ferric chloride to form the required orifice, which showed excellent corrosion resistance.
[실시예 Ⅲ]Example III
기판으로서 316 스테인레스강 대신에 티탄을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 I을 반복하였다. 불화칼륨과 불화수소의 용액을 사용하여 에칭을 수행하였다. 유사한 내부식 특성이 관찰되었다.Example I was repeated except that titanium was used as the substrate instead of 316 stainless steel. Etching was performed using a solution of potassium fluoride and hydrogen fluoride. Similar corrosion resistance properties were observed.
[실시예 Ⅳ]Example IV
기판으로서 316 스테인레스상 대신에 지르코늄을 사용하는 것을 제외하고는 실시예Ⅱ를 반복하였다. 불화칼륨과 불화수소의 용액을 사용하여 에칭을 수행하였다. 유사한 내부식 특성이 관찰되었다.Example II was repeated except that zirconium was used instead of the 316 stainless phase as the substrate. Etching was performed using a solution of potassium fluoride and hydrogen fluoride. Similar corrosion resistance properties were observed.
[실시예 V]Example V
윤을 낸 5밀리 두께의 316 스테인레스강 기판을 다음 조성분의 욕에서 전기도금을 하였다.The polished 5 mm thick 316 stainless steel substrate was electroplated in a bath of the next composition.
(a) 욕조성분 0.76M CoCl26H2O(a) Bathtub composition 0.76M CoCl 2 6H 2 O
0.24M CoCO3 0.24M CoCO 3
0.50M H3PO4 0.50MH 3 PO 4
0.50M H3PO4 0.50MH 3 PO 4
(b) 도금조건(b) Plating condition
온도 = 75∼95℃Temperature = 75 ~ 95 ℃
전류밀도= 200밀리암페아/cm2 Current density = 200 milliamps / cm 2
가열된 염화 제 2철을 사용하여 에칭을 수행한 바 얻어진 오리피스판은 높은 내부식성을 나타내었다.The orifice plate obtained by etching with heated ferric chloride showed high corrosion resistance.
[실시예 Vl]Example Vl
윤을 낸 5밀리 두께의 316 스테인레스강 기판을 다음 조성분의 욕에서 전기도금을 하였다.The polished 5 mm thick 316 stainless steel substrate was electroplated in a bath of the next composition.
(a) 욕조성분 1.0M CoCl26H2O(a) Bath Component 1.0M CoCl 2 6H 2 O
1.0M H3PO3 1.0MH 3 PO 3
1.0M NH4OH1.0M NH 4 OH
(b) 도금조건(b) Plating condition
온도 = 75∼95℃Temperature = 75 ~ 95 ℃
전류밀도= 100밀리암페아/cm2 Current density = 100 milliamps / cm 2
[실시예 Ⅶ]EXAMPLE VII
기판으로서 스테인레스강 대신에 티탄을 사용하여 실시예V와 실시예Vl을 반복하였다. 불화칼륨과 불화수소의 용액을 사용하여 에칭을 수행하였다. 유사한 내부식 특성이 관찰되었다.Example V and Example Vl were repeated using titanium as a substrate instead of stainless steel. Etching was performed using a solution of potassium fluoride and hydrogen fluoride. Similar corrosion resistance properties were observed.
실시예 I 내지 Ⅶ의 전기도금된 기판은 실온하에서 황산, 염산, 플루오르화 수소산, 인산과 같은 무기산과 이외에 포름산, 아세트산, 프로피온산, 옥살산과 같은 약한 유기산에 대해서 특히 안정성이 있음이 나타났다. 또한 본 발명에 의한 오리피스 판은 나트륨 및 칼륨의 수산화물과 같은 강한 염기에 대해서도 안정성을 가졌으며 3급 또는 지방족 아민과 같은 약한 유기 염기에 대해 내성을 가진 것으로 나타났다.The electroplated substrates of Examples I-V have been shown to be particularly stable at room temperature against inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acid, and weak organic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, and oxalic acid. The orifice plates according to the present invention also have stability against strong bases such as hydroxides of sodium and potassium and have been shown to be resistant to weak organic bases such as tertiary or aliphatic amines.
따라서, 상기 설명에서 알수 있는 바와 같이, 개량된 오리피스 판(예, 유체 제트 오리피스 판, 포토에칭마스크 등)은 부식성 유체, 예를 들어 방직공업에서 사용되고 있는 것과 같은 유체에 대해 높은 내부식성을 갖도록 제조될 수 있다. 그러나, 본 발명은 주지하는 바와 같이 방직공업 이외에도 응용이 가능함으로 본 발명에 따라 제조된 오리피스 판은 어떠한 유체 제트 기술과 관련하여 부식성 유체를 사용하는 것이 요구되는 분야나, 포토에칭 공업에서와 같이 내부식성 오리피스 판을 필요로 하는 분야에서 유리하게 사용될 수 있다.Thus, as can be seen from the above description, improved orifice plates (e.g., fluid jet orifice plates, photoetching masks, etc.) are manufactured to have high corrosion resistance to corrosive fluids, such as those used in the textile industry, for example. Can be. However, the present invention can be applied in addition to the textile industry as is well known, so that the orifice plate manufactured according to the present invention is required to use corrosive fluids in connection with any fluid jet technology, or in the photoetching industry. It can be advantageously used in applications requiring corrosive orifice plates.
이로써 본 발명에 대하여 가장 바람직한 실시 태양에 의해 설명을 하였으나, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 본 발명에 대해 모든 대응 방법과 과정 및/또는 제품이 포함될 수 있도록 첨부된 특허청구범위 기재내용을 이 범위내에서 넓게 해석함에 따라 많은 응용이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Thus, while the present invention has been described in terms of the most preferred embodiment, those of ordinary skill in the art will appreciate that the appended claims are intended to include all corresponding methods, processes and / or products of the present invention. It will be understood that many applications are possible by broad interpretation within this range.
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