專利名稱：具有超憎液表面的承載器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及承載精密電子元件的承載器，且特別涉及一種其上具有超憎水或超憎液表面的承載器。
背景技術(shù)：
將半導(dǎo)體晶片或其他精密電子元件制成實(shí)用制品的過程需要高度的精確和清潔。由于這些制品變得日益復(fù)雜和小型化，對(duì)污染的關(guān)切也隨之增加。通過提供被稱為“無塵室”的可控制造環(huán)境，污染問題得到減小。這些無塵室可在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行的范圍內(nèi)受到保護(hù)，避免化學(xué)的和微粒的污染。
雖然無塵室基本上消除了在周圍空氣中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)致污物，但是往往不可能或不適于完全在同一個(gè)無塵室環(huán)境中加工組件。而且，并不是所有的污染和致污物都是能夠被消除的。鑒于此和其他原因，保護(hù)性的承載器被用來批量運(yùn)輸，存儲(chǔ)和制造精密電子元件。這種專門的承載器的例子在第6,439,984、6,428,729、6,039,186、6,010,008、5,485,094、5,944,194、4,815,601、5,482,161、6,070,730、5,711,427、5,642,813和3,926,305號(hào)美國專利中都有所披露，這些均為已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的申請(qǐng)人的專利，且都被引用于此。在本申請(qǐng)中，術(shù)語“承載器”包括但不限于半導(dǎo)體晶片承載器例如工字梁晶片承載器，前開式晶片傳送盒(FOUPs)和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口盒(SMIFs)；光罩承載器；和應(yīng)用在微電子工業(yè)存儲(chǔ)，運(yùn)輸，制造和常用支持小電子元件如硬盤和其他各種機(jī)械部件的其他承載器。
污染和致污物可以以許多不同的方式產(chǎn)生。例如，微?？梢杂删诓迦牒蛷木休d器中移除時(shí)，和對(duì)承載器加上和取下蓋子時(shí)機(jī)械地產(chǎn)生，或者在和不同的處理流體化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生。污染也可以是承載器本身除氣的結(jié)果，由于人類活動(dòng)自然產(chǎn)生的生物的結(jié)果，或者甚至是承載器的不適當(dāng)或不完全清洗的結(jié)果。污染也可以在承載器加工過程中從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的傳送時(shí)，在承載器的外部產(chǎn)生。
加工致污物和污染可以通過定期的洗滌和/或清潔承載器減少。典型地，承載器被放置在清洗設(shè)備中，使其外部和內(nèi)部表面受到清潔流體的沖刷或噴霧，將致污物和污染沖洗干凈。在清洗步驟之后，大量的流體可能殘存在承載器上。典型地，這些殘留的流體由干燥氣流或離心旋轉(zhuǎn)被干燥。
承載器常常具有復(fù)雜的表面排列很難清洗。此外，清洗步驟之后清潔流體的殘留可以以薄膜或各種小滴形式粘附在承載器的表面。當(dāng)流體干燥時(shí)，任何懸浮在殘留清潔流體中的致污物都可能在表面上再沉積，導(dǎo)致承載器再使用時(shí)攜帶致污物。因此，在整體上加工效率和有效性減少了。
工業(yè)上仍需要具有能促進(jìn)對(duì)承載器進(jìn)行更有效的清潔和干燥，減少殘留加工污染程度特征的承載器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種具有超憎液表面、能促進(jìn)對(duì)承載器進(jìn)行更加有效的清潔和干燥的承載器。在本發(fā)明中，承載器的全部或部分表面被制成超憎液表面。承載器的超憎液表面使可能和該表面接觸的液體，例如用來清潔的液體，很快而且很容易地滑落，而不留下液膜或一定量的液滴。其結(jié)果是，減少了用于干燥表面所消耗的時(shí)間和能源，重復(fù)沉積的殘留被減少到最低限度，從而改善總的沖洗質(zhì)量。此外，該超憎液表面可以抵抗致污物的最初沉積，這里的致污物可以是液態(tài)或汽態(tài)的。
在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，超憎液表面包括在基底上形成的間隔接近的微米尺度到納米尺度的凸(凹)體。在本申請(qǐng)中，“微米尺度”一般指小于100微米的尺度，“納米尺度”一般指小于100納米的尺度。表面設(shè)計(jì)為最高達(dá)到某一設(shè)定壓力值下仍保持超憎液特性。凸(凹)體應(yīng)排列成使表面的以接觸線米數(shù)/每平方米表面積計(jì)量的設(shè)定接觸線密度等于或大于按照以下公式確定的接觸線密度值ΛL 其中，P是設(shè)定壓力值，γ是液體的表面張力，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角。設(shè)定壓力值可以選定為大于在清潔和使用承載器的期間可能遇到的預(yù)期液壓。
凸(凹)體形成于基底材料本身中或基底材料本身之上，或者形成于基底表面上的一層或多層材料中。這些凸(凹)體可以是任何規(guī)則或不規(guī)則形狀的三維實(shí)心或空心體，并且可以按任何規(guī)則的幾何形狀排列或者隨機(jī)排列。這些凸(凹)體可以使用光刻工藝，或者使用納米加工、微沖壓、微接觸印刷、自組裝金屬膠體單分子膜、原子力微復(fù)制納米加工、溶膠-凝膠模制法、自組裝單分子膜定向圖案化工藝、化學(xué)蝕刻、溶膠-凝膠沖壓法、膠體墨水印刷法形成，或者通過在基底上排列一層平行納米碳管的方法形成。
或者，可以用任何一種公知的工藝，包括化學(xué)氣相沉積(CVD)產(chǎn)生隨機(jī)排列的表面。
本發(fā)明還包括液壓最高達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)其表面具有超憎液特性的承載器的生產(chǎn)方法。該方法包括以下步驟選擇凸(凹)體上升角；根據(jù)以下公式確定臨界接觸線密度值ΛL
其中，P是設(shè)定壓力值，γ是液體的表面張力，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角；提供具有表面部分的載體；以及在表面部分形成大量凸起的凸(凹)體，使表面的實(shí)際接觸線密度等于或大于臨界接觸線密度。
上述方法還包括根據(jù)以下公式確定臨界凸(凹)體高度值Zc米數(shù)的步驟 其中d是相鄰?fù)?凹)體之間距離的米數(shù)，θa，0是表面上液體實(shí)際的前進(jìn)接觸角度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角度數(shù)。


圖1A是本發(fā)明的具有超憎液表面的承載器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖1B是本發(fā)明的具有超憎液表面的承載器的另一實(shí)施例的透視圖；圖1C是本發(fā)明的具有超憎液表面的承載器的再一實(shí)施例的透視圖；圖1D是本發(fā)明的具有超憎液表面的承載器的又一實(shí)施例的透視圖；圖1E是超憎液表面大量納/微米尺度的凸(凹)體排列成矩形陣列的放大透視圖；圖2是圖1中表面部分的俯視圖；圖3是圖2中表面部分的側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中凸(凹)體排列成六邊形陣列的局部俯視圖；圖5是圖4所示實(shí)施例的側(cè)視圖；圖6是懸浮于凸(凹)體之間的液體曲折的側(cè)視圖；
圖7是顯示大量液體懸浮在凸(凹)體頂部的側(cè)視圖；圖8是顯示液體和凸(凹)體之間的空間底部接觸的側(cè)視圖；圖9是本發(fā)明另一實(shí)施例中，凸(凹)體上升角是銳角的單個(gè)凸(凹)體的側(cè)視圖；圖10是本發(fā)明另一實(shí)施例中，凸(凹)體上升角是鈍角的單個(gè)凸(凹)體的側(cè)視圖；圖11是本發(fā)明另一實(shí)施例中凸(凹)體為圓柱形，且排列成矩形陣列的局部俯視圖；圖12是圖11所示實(shí)施例的側(cè)視圖；圖13是與不同形狀和排列的凸(凹)體相對(duì)應(yīng)的接觸線密度計(jì)算公式列表；圖14是本發(fā)明另一實(shí)施例的側(cè)視圖；圖15是圖14所示實(shí)施例的俯視圖；圖16是本發(fā)明另一實(shí)施例中單個(gè)凸(凹)體的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A示例性地表示了根據(jù)本發(fā)明的承載器12的一個(gè)實(shí)施例。承載器12一般包括外殼14形式的主體部分13，其有頂部14a，底部14b，一對(duì)位置相對(duì)的側(cè)面14c，14d，后部14e，和前開口14f。前開口14f利用口蓋15可以選擇性地關(guān)閉。在外殼14的內(nèi)部，一個(gè)或多個(gè)晶片支架17形式的元件支承部分16，用來相互平行、間隔地支承晶片。承載器12可以具有其他的組件或部分以方便其在加工中的使用，例如，動(dòng)態(tài)耦合部分18，和機(jī)器人操作凸緣19。
超憎液表面20可以在承載器12的全部表面或任何所需的部分上形成。因此，超憎液表面可以被置于承載器12的重要位置上而其他的部分仍具有常規(guī)的表面。超憎液表面20可以任何一種輪廓、用下文說明的各種工藝形成。
圖1b至d表示了承載器的其他各種實(shí)施例。每個(gè)這些實(shí)施例中，超憎液表面20都可以在承載器上所需的部位形成。
抵抗液體潤濕的表面，如果該液體是水，可以稱為憎水表面，如果是其他液體，可以稱為憎液表面。如果表面抗?jié)櫇襁_(dá)到以下一個(gè)或全部特征，該表面一般可稱為超憎水或超憎液表面液滴與表面的前進(jìn)接觸角很大(約大于120度)且接觸角滯后值小(約小于20度)；能顯著減少表面上保留的液滴；或者當(dāng)表面完全浸沒在液體中時(shí)表面存在液-氣-固界面。在本申請(qǐng)中，術(shù)語超憎液一般是對(duì)超憎水表面和超憎液表面的通稱。
圖1e為本發(fā)明超憎液表面20之一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的放大圖。表面20一般包括具有大量凸起的凸(凹)體24的基底22。每個(gè)凸(凹)體24具有多個(gè)側(cè)面26和一個(gè)頂部28。每個(gè)凸(凹)體24具有一個(gè)寬度，圖中用“x”表示，和一個(gè)高度，圖中用“z”表示。
如圖1e-3所示，凸(凹)體24排列成規(guī)則的矩形陣列，每個(gè)凸(凹)體和相鄰的凸(凹)體之間相隔一個(gè)間距，圖中用“y”表示。凸(凹)體24的頂緣30所包含的角用表示凸(凹)體24的側(cè)面26相對(duì)基底22的上升角用ω表示。角和ω的和等于180度。
一般說來，當(dāng)表面20存在液-固-氣界面時(shí)，該表面會(huì)表現(xiàn)出超憎液特性。如圖7所示，如果液體32僅接觸到凸(凹)體24的頂部28和靠近頂緣30的一部分側(cè)面26，使凸(凹)體之間的空間34內(nèi)充滿空氣或其他氣體，則必然出現(xiàn)液-固-氣界面。上述液體可以說是“懸浮”在凸(凹)體24的頂部以及頂緣30之間。
以下要說明的是，液-固-氣界面的形成取決于凸(凹)體24的某些相互關(guān)聯(lián)的幾何參數(shù)和液體的特性。本發(fā)明中，可以選擇凸(凹)體24的幾何特性，使表面20在任何所需的液壓下表現(xiàn)出超憎液特性。
參照?qǐng)D1e-3中的矩形陣列，表面20可劃分成大小相同的、包圍每一個(gè)凸(凹)體24的、用虛線劃界的面積36。每個(gè)相同面積36中凸(凹)體的面積密度(δ)可以用以下等式表示δ=12y2---(1)]]>其中y是測(cè)得的凸(凹)體之間間隔的米數(shù)。
對(duì)于圖1e-3中的具有正方形剖面的凸(凹)體24，頂部28的頂緣30周長(p)為p＝4x， (2)其中x是凸(凹)體寬度的米數(shù)。
周長p可以稱之為限定液-固-氣界面位置的“接觸線”。表面的接觸線密度(Λ)，即每單位面積表面上的接觸線長度，為周長(p)和凸(凹)體的面積密度(δ)的乘積，即Λ＝pδ. (3)對(duì)于圖1e-3的正方形凸(凹)體的矩形陣列Λ＝4x/y2. (4)如果液體因重力產(chǎn)生的體積力(F)小于其在接觸線上作用于凸(凹)體的表面力(f)，大量液體會(huì)懸浮在凸(凹)體24頂部。與重力相關(guān)的體積力(F)可由下列公式確定F＝ρgh， (5)其中，(ρ)是液體密度，(g)是重力加速度，(h)是液體深度。因此，例如對(duì)于密度約為1000kg/m3的10米水柱，其體積力(F)為F＝(1000kg/m3)(9.8m/s2)(10m)＝9.8×104kg/ms2.
另一方面，表面力(f)取決于液體的表面張力(γ)、凸(凹)體24的側(cè)面26相對(duì)垂線的表觀接觸角θS、凸(凹)體的接觸線密度(Λ)和液體的表觀接觸面積(A)f＝-ΛAγcosθS.(6)在一特定固體材料上的液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角(θa，0)定義為，在一基本上沒有凸(凹)體的材料表面上的經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的液體的最大固定接觸角。該實(shí)際前進(jìn)接觸角通過本領(lǐng)域熟知的技術(shù)很容易測(cè)量出來。
具有凸(凹)體的表面之懸浮液滴在凸(凹)體的側(cè)面顯示出它們的實(shí)際前進(jìn)接觸角值(θa，0)。在凸(凹)體側(cè)面相對(duì)垂線的接觸角(θS)通過或ω和實(shí)際前進(jìn)接觸角值(θa，0)的關(guān)系如下θS＝θa，0+90°-＝θa，0+ω-90°. (7)使F和f相等求出接觸線密度Λ，便可確定臨界接觸線密度參數(shù)ΛL，用于預(yù)測(cè)表面的超憎液特性 其中，(ρ)是液體密度，(g)是重力加速度，(h)是液體深度，(γ)液體的表面張力，ω是凸(凹)體側(cè)面相對(duì)基底的上升角度數(shù)，(θa，0)是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角度數(shù)。
如果Λ＞ΛL，液體會(huì)懸浮在凸(凹)體24的頂部，形成超憎液表面。反之，如果Λ＜ΛL，液體會(huì)塌陷于凸(凹)體上，且表面的接觸界面只有液-固界面，不具有超憎液特性。
應(yīng)該知道，將上述等式分子替換成一適當(dāng)值，可以確定臨界接觸線密度，設(shè)計(jì)出在任何所需壓力值下保持超憎液特性的表面。該等式可以概括為
其中，P是表面必須顯示超憎液特性的最大壓力的每平方米千克數(shù)，γ是液體表面張力的每米牛頓數(shù)，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角度數(shù)。
通?？深A(yù)見到，根據(jù)上述關(guān)系形成的表面20在最高達(dá)到并包括上述等式(9)中P值的任何液壓下會(huì)顯示出超憎液特性。無論表面是否浸沒在液體中，受液體噴射或噴霧，或受到個(gè)別液滴的沖撞，都會(huì)表現(xiàn)出超憎液特性。顯然可以選擇壓力值P大于承載器使用和清潔中可能遇到的最大液體或蒸汽壓力。
通常知道，對(duì)P值的選擇應(yīng)該能提供合適的安全因素，以應(yīng)對(duì)可能瞬間或局部高于預(yù)期的壓力、因表面容忍度差異導(dǎo)致的不連續(xù)和其他類似的因素。
如果表面20欲使用很低的P值，接觸液體可能以液滴的形式在表面上，P值必須選擇與液體每個(gè)相同層相對(duì)的液滴的較小的接觸面積。一般說來，液滴的表觀接觸面積(A)由下面的關(guān)系式給出A=π13(6V)23(((1-cosθa)sinθa)(3+(1-cosθasinθa)2))-23,---(10)]]>其中，V是液滴的體積的立方米數(shù)，θa是液滴在表面上的表觀前進(jìn)接觸角。液滴能夠懸浮在表面上的臨界接觸線密度參數(shù)ΛL變?yōu)?其中，V是液滴的體積的立方米數(shù)，(ρ)是液體密度，(g)是重力加速度，(h)是液體深度，(γ)是液體表面張力，ω是相對(duì)于基底的凸(凹)體側(cè)面的上升角度數(shù)，θa是液滴在表面上的表觀前進(jìn)接觸角，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角度數(shù)。等式11可以用來檢查為低壓超憎液表面選擇的P值以確保表面能夠懸浮液滴。
一旦確定了接觸線密度的臨界值，根據(jù)接觸線密度等式中x和y之間的關(guān)系就可以確定凸(凹)體幾何形狀的其他值。換言之，可以通過選擇接觸線等式中的x或y值，求出其他變量，從而確定表面的幾何形狀。
如圖6所示，相鄰?fù)?凹)體之間的液體界面以一個(gè)量D1向下凹陷。如果量D1大于凸(凹)體24的高度(z)，液體會(huì)與凸(凹)體24之間的基底22發(fā)生點(diǎn)接觸。如果這種情況發(fā)生，液體會(huì)進(jìn)入空間34，并塌陷于凸(凹)體上，導(dǎo)致表面的超憎液特性被破壞。D1值代表臨界凸(凹)體高度(Zc)，根據(jù)以下公式確定 其中，(d)是相鄰?fù)?凹)體之間的距離，ω是凸(凹)體上升角，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角。凸(凹)體24的高度(z)必須至少等于，最好為大于臨界凸(凹)體高度(Zc)。
雖然圖1-3中凸(凹)體上升角ω是90度，但其他的凸(凹)體幾何形狀也是可以的。例如，ω可以是如圖9所示的銳角或如圖10所示的鈍角。一般來說，ω最好介于80度和130度之間。
還應(yīng)該知道，有許多種不同的凸(凹)體形狀和排列方式可以包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，凸(凹)體可以是如圖11-12所示的多面體、圓柱體，橢圓柱或任何其他合適的三維形狀。另外，可以利用各種辦法使凸(凹)體的接觸線密度達(dá)到最大。凸(凹)體24可以形成為具有如圖14和15所示的底部38和頂部40，頂部40上頂緣30的較大周長增加了表面的接觸線密度。另外，例如可以在如圖16所示的凸(凹)體24上形成諸如凹部42的特征，以增加頂緣30的周長，進(jìn)而增加接觸線密度。凸(凹)體還可以是在基底上形成的凹穴。
凸(凹)體可以排列成如上所述的矩形陣列、諸如圖4-5所示六邊形陣列的多邊形陣列，或者環(huán)形或卵形排列方式。只要能維持臨界接觸線密度，凸(凹)體也可以隨機(jī)分布，盡管這樣的隨機(jī)排列可能使超憎液特性小于預(yù)計(jì)特性且不是最佳方式。在凸(凹)體的這種隨機(jī)排列中，臨界接觸線密度和其他相關(guān)參數(shù)可以視為是表面的平均值。圖13所示的表中，列出了適用各種其他凸(凹)體形狀和排列方式的接觸線密度的計(jì)算公式。
一般說來，基底材料可以是在適合形成微米或納米尺度的凸(凹)體并且適于使用在承載器加工環(huán)境中的任何材料?？梢酝ㄟ^光刻或任何一種合適的方法直接在基底材料本身或者在位于基底材料上的一層或多層其他材料上形成凸(凹)體。公開號(hào)為WO02/084340的PCT專利申請(qǐng)公布了一種適于形成微米/納米尺度的凸(凹)體的光刻法，其內(nèi)容這里也全部引用于此。
適合形成所需形狀和排列的其他方法包括第2002/00334879號(hào)美國公開專利申請(qǐng)公開的納米加工工藝、第5,725,788號(hào)美國專利公開的微沖壓工藝、第5,900,160號(hào)美國專利公開的微接觸印刷工藝、第5,609,907號(hào)美國專利公開的自組裝金屬膠體單分子膜法、第6,444,254號(hào)美國專利公開的微沖壓工藝、第5,252,835號(hào)美國專利公開的原子力微復(fù)制納米加工工藝、第6,403,388號(hào)美國專利公開的納米加工工藝、第6,530,554號(hào)美國專利公開的溶膠-凝膠模制法、第6,518,168號(hào)美國專利公開的表面自組裝單分子膜定向圖案化工藝、第6,541,389號(hào)美國專利公開的化學(xué)蝕刻法，或者第2003/0047822號(hào)美國公開專利申請(qǐng)公開的溶膠-凝膠沖壓法，上述所有內(nèi)容均被引用于此。還可以使用納米碳管結(jié)構(gòu)形成所需的凸(凹)體幾何形狀。第2002/0098135和2002/0136683號(hào)美國公開專利申請(qǐng)公開了碳納米管結(jié)構(gòu)的實(shí)例，這些也被引用于此。另外，使用眾所周知的膠體墨水印刷法也可以形成適合的凸(凹)體結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，應(yīng)該知道，任何其他可以形成具有必要精密度的微米/納米凸(凹)體的方法都可以使用。
在一些應(yīng)用中，尤其是在承載器不會(huì)受到高的流體壓力，或者欲使表面能排斥會(huì)在表面上沉積或凝結(jié)的液滴的應(yīng)用中，超憎液表面20可以利用公知的化學(xué)氣相沉積技術(shù)涂覆聚合物材料涂層來形成。例如，PFA，PTFE薄層，或可用氣相聚合涂覆于承載器的聚碳酸酯表面的其他聚合物材料。這樣形成的超憎液表面20的一般特征在于在PFA材料上形成隨機(jī)形狀和排列的凸(凹)體，并且在低的流體壓力下超憎液。
在另一個(gè)低流體壓應(yīng)用的實(shí)施例中，可以形成一個(gè)分形超憎液表面作為基底的一層材料。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，可以將烷基乙烯酮二聚物(AKD)或類似材料的一個(gè)層熔化或傾注在聚合物基底上，讓其在氮?dú)夥罩杏不?。一種合適的形成AKD表面的方法在T.Onda等人的題為“超級(jí)抗水分形表面”，Langmuir，12卷，9期，1996年5月1日，第2125頁，的文章中有更全面的說明，這篇文章的內(nèi)容也被引用于此。
在另一個(gè)適合于低流體壓應(yīng)用的實(shí)施例中，可以將聚合物材料，例如聚丙烯，溶解在溶劑，例如對(duì)二甲苯中?？梢栽谌芤褐屑右欢康姆侨軇缂谆一?，將該溶液置于承載器基底上。當(dāng)熔劑被蒸發(fā)后，一種多孔的，類似凝膠的超憎液表面結(jié)構(gòu)就形成了。
上述各聚合物層中，形成的表面的一般特征是隨機(jī)形狀和排列的微米尺度凸(凹)體。盡管實(shí)際的接觸線密度和這種表面的臨界接觸線密度值由于凸(凹)體個(gè)體的變化而很難確定，但是如果表面的接觸線密度值等于或超過表面的臨界接觸線密度，這些表面將呈現(xiàn)超憎液特性。對(duì)于這樣的表面，由于各凸(凹)體的尺寸和幾何排列不同，實(shí)際的接觸線密度一定是表面的平均值。此外，等式9和11中的凸(凹)體上升角ω應(yīng)該是表面的平均值。
在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)特征的前提下，可以用其他特定形式實(shí)施本發(fā)明，因此，無論從哪方面看，本發(fā)明的實(shí)施例都應(yīng)認(rèn)為是說明性而非限制性的。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)案化工藝、化學(xué)蝕刻法、溶膠-凝膠沖壓法、膠體墨水印刷法，或者在基底上排列一層平行的納米碳管的方法形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是還包括選擇上述凸(凹)體的幾何形狀的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是還包括選擇上述凸(凹)體的排列形式的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是還包括選擇至少一種凸(凹)體尺寸和利用接觸線密度等式確定至少一種其他凸(凹)體尺寸的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是還包括按照以下公式確定以米計(jì)量的臨界凸(凹)體高度值Zc的步驟 其中d是相鄰?fù)?凹)體之間的距離，θa，0是在表面上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角的度數(shù)。
20.一種承載物件的承載器，其特征是包括具有基底和基底上的聚合物外層的主體，該外層具有一個(gè)表面，其上具有多種用來形成和液體接觸的超憎液表面的凸(凹)體，這些凸(凹)體的分布使表面具有一個(gè)平均接觸線密度等于或大于按以下公式確定的臨界接觸線密度值ΛL 其中γ是與上述表面接觸的液體表面張力的每米牛頓數(shù)，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體的上升角度數(shù)，P是設(shè)定液壓值的每米千克數(shù)。其中在液壓最高達(dá)到、且包括設(shè)定液壓值時(shí)，該超憎液表面呈現(xiàn)和液體接觸的液-固-氣界面。
21.一種承載物件的承載器，其特征是包括具有基底和基底上的聚合物外層的主體，該外層具有一個(gè)表面，其上具有多種用來形成以液滴形式和液體接觸的超憎液表面的凸(凹)體，這些凸(凹)體的分布使表面具有一個(gè)平均接觸線密度等于或大于臨界接觸線密度值ΛL 其中V是液體體積的立方米數(shù)，(ρ)是液體密度的每立方米千克數(shù)，(g)是重力加速度的每平方秒米數(shù)，(h)是液體深度的米數(shù)，(γ)是液體表面張力的每米牛頓數(shù)，ω是相對(duì)于基底凸(凹)體側(cè)面的平均上升角度數(shù)，θa是液滴在表面上明顯的前進(jìn)接觸角，(θa，0)是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的承載器，其特征是上述聚合物外層包括含氟聚合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的承載器，其特征是上述聚合物外層包括烷基乙烯酮二聚物。
24.一種制作具有超憎液表面部分的承載器的方法，其特征是該方法包括提供一個(gè)承載器，其包括一個(gè)具有外表面的基底；及利用化學(xué)氣相沉積處理在外表面上沉積聚合物材料層以形成超憎液表面部分，該聚合物材料層具有外表面，其上分布這些凸(凹)體使超憎液表面具有一個(gè)以每平方米表面積上接觸線的米數(shù)測(cè)量的接觸線密度等于或大于按照以下公式確定的臨界接觸線密度值ΛL 其中γ是與上述表面接觸的液體的表面張力的每米牛頓數(shù)，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角的度數(shù)，P是設(shè)定液壓值的每米千克數(shù)。其中在液壓最高達(dá)到、且包括設(shè)定液壓值時(shí)，該超憎液表面呈現(xiàn)和液體接觸的液-固-氣界面。
權(quán)利要求
1.一種承載物件的承載器，其特征是包括主體，具有帶表面的基底部分，上述表面的至少一部分上具有大量形狀實(shí)質(zhì)上相同的凸(凹)體，形成超憎液表面，每個(gè)凸(凹)體具有相對(duì)基底的相同的凸(凹)體上升角，該凸(凹)體的位置使超憎液表面的以每平方米表面積上接觸線的米數(shù)計(jì)量的接觸線密度等于或大于按以下公式確定的接觸線密度值ΛL 其中，γ是和上述表面接觸的液體的表面張力的每米牛頓數(shù)，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角的度數(shù)，P是設(shè)定液壓值的每米千克數(shù)，其中液壓最高達(dá)到且包括設(shè)定壓力值的液體和超憎液表面接觸時(shí)，該超憎液表面呈現(xiàn)和液體接觸的液-固-氣界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載器，其特征是上述凸(凹)體是凸出體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的承載器，其特征是上述凸(凹)體是多面體形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的承載器，其特征是每一個(gè)凸(凹)體具有一般為正方形的橫截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的承載器，其特征是上述凸(凹)體是圓柱形或橢圓柱形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載器，其特征是上述凸(凹)體是形成在基底上的凹穴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載器，其特征是其中的凸(凹)體實(shí)質(zhì)上排列成統(tǒng)一的陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的承載器，其特征是其中的凸(凹)體排列成矩形陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載器，其特征是上述凸(凹)體具有相對(duì)基底部分的實(shí)質(zhì)上統(tǒng)一的高度，并且該凸(凹)體高度大于按以下公式確定的臨界凸(凹)體高度“Zc” 其中，d是相鄰?fù)?凹)體之間的距離，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角度數(shù)。
10.一種制造具有超憎液表面部分的承載器的方法，其特征是該方法包括提供一個(gè)承載器，其包括一個(gè)具有外表面的基底；及在基底的外表面上形成大量形狀實(shí)質(zhì)上統(tǒng)一的凸(凹)體，每個(gè)凸(凹)體相對(duì)于基底部分有一個(gè)共同的凸(凹)體上升角，這些凸(凹)體的排列使上述表面的以每平方米表面積上接觸線的米數(shù)計(jì)量的接觸線密度等于或大于按以下公式確定的接觸線密度值ΛL 其中γ是和上述表面接觸的液體的表面張力的每米牛頓數(shù)，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角的度數(shù)，P是設(shè)定液壓值的每米千克數(shù)，其中在液壓最高達(dá)到、并包括設(shè)定液壓值時(shí)，該超憎液表面呈現(xiàn)和液體接觸的液-固-氣界面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征是上述凸(凹)體用光刻法形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征是上述凸(凹)體用選自下組方法中的一種方法形成，該組方法包括納米加工工藝、微沖壓工藝、微接觸印刷工藝、自組裝金屬膠體單分子膜工藝、原子力微復(fù)制納米加工工藝、溶膠-凝膠模制法、自組裝單分子膜定向圖案化工藝、化學(xué)蝕刻法、溶膠-凝膠沖壓法、膠體墨水印刷法以及在基底上排列一層平行的納米碳管的方法。
13.一種具有液壓最高達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)具有超憎液特性的表面的承載器的生產(chǎn)方法，其特征是該方法包括選擇一個(gè)凸(凹)體上升角；按照以下公式確定臨界接觸線密度值ΛL 其中P是設(shè)定壓力值，γ是液體的表面張力，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體的上升角；提供一個(gè)具有基底部分的承載器；以及在基底部分形成大量凸起的凸(凹)體，使得表面具有一個(gè)等于或大于臨界接觸線密度的實(shí)際接觸線密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是上述凸(凹)體用光刻法形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是其中的凸(凹)體用納米加工工藝、微沖壓工藝、微接觸印刷工藝、自組裝金屬膠體單分子膜工藝、原子力微復(fù)制納米加工工藝、溶膠-凝膠模制法、自組裝單分子膜定向圖案化工藝、化學(xué)蝕刻法、溶膠-凝膠沖壓法、膠體墨水印刷法，或者在基底上排列一層平行的納米碳管的方法形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是還包括選擇上述凸(凹)體的幾何形狀的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是還包括選擇上述凸(凹)體的排列形式的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是還包括選擇至少一種凸(凹)體尺寸和利用接觸線密度等式確定至少一種其他凸(凹)體尺寸的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是還包括按照以下公式確定以米計(jì)量的臨界凸(凹)體高度值Zc的步驟 其中d是相鄰?fù)?凹)體之間的距離，θa，0是在表面上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角的度數(shù)。
20.一種承載物件的承載器，其特征是包括具有基底和基底上的聚合物外層的主體，該外層具有一個(gè)表面，其上具有多種用來形成和液體接觸的超憎液表面的凸(凹)體，這些凸(凹)體的分布使表面具有一個(gè)平均接觸線密度等于或大于臨界接觸線密度值，其中在液壓最高達(dá)到、且包括設(shè)定液壓值時(shí)，該超憎液表面呈現(xiàn)和液體接觸的液-固-氣界面。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的承載器，其特征是其中的臨界接觸線密度值ΛL按照以下公式確定 其中γ是與上述表面接觸的液體表面張力的每米牛頓數(shù)，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體的上升角度數(shù)，P是設(shè)定液壓值的每米千克數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的承載器，其特征是其中液體是以液滴的形式和表面接觸，且臨界接觸線密度值ΛL按照以下公式確定 其中V是液體體積的立方米數(shù)，(ρ)是液體密度的每立方米千克數(shù)，(g)是重力加速度的每平方秒米數(shù)，(h)是液體深度的米數(shù)，(γ)是液體表面張力的每米牛頓數(shù)，ω是相對(duì)于基底凸(凹)體側(cè)面的平均上升角度數(shù)，θa是液滴在表面上的表觀前進(jìn)接觸角，(θa，0)是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的承載器，其特征是上述聚合物外層包括含氟聚合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的承載器，其特征是上述聚合物外層包括烷基乙烯酮二聚物。
25.一種制作具有超憎液表面部分的承載器的方法，其特征是該方法包括提供一個(gè)承載器，其包括一個(gè)具有外表面的基底；及利用化學(xué)氣相沉積處理在外表面上沉積聚合物材料層以形成超憎液表面部分，該聚合物材料層具有外表面，其上分布這些凸(凹)體使超憎液表面具有一個(gè)以每平方米表面積上接觸線的米數(shù)測(cè)量的接觸線密度等于或大于臨界接觸線密度值，其中在液壓最高達(dá)到、且包括設(shè)定液壓值時(shí)，該超憎液表面呈現(xiàn)和液體接觸的液-固-氣界面。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征是其中的臨界接觸線密度值ΛL按照以下公式確定 其中γ是與上述表面接觸的液體的表面張力的每米牛頓數(shù)，θa，0是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的凸(凹)體材料上液體的實(shí)際前進(jìn)接觸角的度數(shù)，ω是凸(凹)體上升角的度數(shù)，P是設(shè)定液壓值的每米千克數(shù)。
全文摘要
一種具有超憎液表面的承載器，以促進(jìn)承載器更加有效的清潔和干燥。在本發(fā)明中，承載器(12)的全部或部分表面被制成超憎液表面。承載器的超憎液表面使可能和該表面接觸的液體，例如用來清潔的液體很快而且很容易地“滑落”，而不留下液膜或一定量的液滴。其結(jié)果是，減少了用于干燥表面消耗的時(shí)間和能源，重復(fù)沉積的殘留被最小化，從而改善總的工藝質(zhì)量。此外，該超憎液表面可以抵抗最初的致污物的沉積物，這里的致污物可以是液態(tài)或汽態(tài)。
文檔編號(hào)B01L3/00GK1805887SQ200480016621
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者查爾斯·W·艾克斯川德 申請(qǐng)人:安堤格里斯公司