TW506905B - Ink-jet head base board, ink-jet head, and ink-jet apparatus - Google Patents

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506905 A7 ________—. B7 五、發明說明（1 ) 發明領域與相關技術 本發明有關形成噴墨頭之基板，噴墨頭可印文字、符 號及影像等在紙、塑膠片、織物或一般物品記錄介質，係 噴出作用液體在記錄介質上，如墨。本發明亦有關包含此 基板之噴墨頭，一記錄單元，如噴墨紙，包含一貯墨部以 貯存供至噴墨頭之墨，及設置噴墨頭之噴墨裝置。 S己錄單兀有各式結構’如噴墨筆。其—*爲卡匪。卡厘 可一體或獨立包含一噴墨頭及一貯墨部。噴墨記錄單元可 用移除方式置於一帶動機構，並位於影像形成裝置之主結 構側。 與本發明相容之噴墨裝置包含與一資訊讀取裝置結合 之複印裝置，可收發資訊之傳真裝置，在織物印刷之機器 ，加上整合之噴墨裝置，作爲一輸出端，整合於資訊處理 裝置，如文字處理器或電腦等。 噴墨記錄裝置之特色爲由小孔噴出微墨而高速精確印 刷。近來，此噴墨記錄裝置使用電熱轉換器，利用外熱電 阻材料產生能量以噴墨，或利用電熱轉換器產生熱能引起 墨沸起泡，均適用於高速記錄形成高解析影像，且可減少 其尺寸，並可對記錄頭及記錄裝置上色（如揭示於美國專 利號4，723，129及4，740，796)。 一般噴記錄頭包含：多數噴孔，多數逐一引至噴孔之 墨徑；及多數電熱轉換器，可產生噴墨所用熱能。各電熱 轉換器有一放熱電阻部及電極，並覆以電絕緣膜而彼此絕 緣。各墨徑引至共同液體室，係於噴孔相對之側。共同液 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) - - - -----訂i —線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 506905 A7 ___B7____ 五、發明說明f ) 體室中，貯存作爲谷墨部之墨容器所供之墨。墨供入共同 液體室後，引入各墨徑’並保留於該處’形成凹面靠近噴 孔外緣。噴墨頭如此時’選地驅動電熱轉換器所生熱能突 然對接觸受驅動電熱轉換器之熱加熱’使墨沸泡’。於是 墨由液體變氣體，產生壓力，以壓力噴墨。 ·' 當噴墨時，與墨熱接觸之噴墨頭部分受到發熱電阻材 料之強熱，亦受到墨泡形成及崩潰之震波（凹陷電波）。 此外亦受墨化學影響。即受到多重因素影響。 噴墨頭之熱互動部一般覆以頂部保護層，以保護電熱 轉換器免於凹陷震波*亦防止墨化學影響電熱轉換器。 圖3詳述上述熱互動部上氣泡產生及崩潰及詳細細節 〇 圖3曲線（a )顯示頂部保護層表面溫度變化，當一 電壓V ο ρ提供至發熱構件（發熱電阻件）而開始，電壓 Vop爲1 · 3xVth (Vth爲墨沸開始之門檻電壓 )振幅，驅動頻率6kHz，脈寬5/isec。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) !參 圖3曲線（b )顯示產生之氣泡生長，於電壓加至發 熱構件時開始。如曲線（a )顯示，施加電壓後溫度開始 上升，在脈波一定期間終止後即抵峰値（熱由發熱構件抵 頂部保護層須時甚短）。抵峰値後，因散熱而下降。如曲 線（b )顯示，頂部保護層溫度抵3 0 0 °C時氣泡開始生 長，抵最大尺寸後開始崩潰。實際運作時，噴墨頭重複上 述程序。頂部保護層之表面溫度抵6 0 0 °C時，氣泡生長 。由圆3可見執行噴墨記錄時溫度所抵水準。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 506905 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明f ) 與墨接.觸之頂部保護層宜耐熱、機械強度佳、化學穩 定、耐氧化、耐鹼等特性。就項部保護層之材料，已知有 貴金屬、高熔點過渡金屬、其合金、氮化物、硼化物、矽 化物、碳化物、非晶矽等。 曰本公開專利1 4 5 1 5 8 / 1 9 9 0揭示一記錄頭 ，耐用可靠，係由一頂層實現，頂層由

Me (F ei〇〇-y-xN iyC r z) id〇-x (Μ 表不由 Ti、 Zr、Hf、 Hb、 Ta及W選出一或以上元素， x、y及z表示原子百分比（原子％)，範圍對應20 -70原子％，5 — 30原子％，及10 - 30原子％)， 在絕緣層上作爲發熱電阻層。 近年來，亟須提高噴墨記錄裝置之影像品質及記錄速 度，爲滿足需求，有多方面嘗試提高噴墨記錄裝置之特性 ，如頭結構、及墨本身等。 圖2爲一基板結構例，即噴墨頭之構成部分之一。 圖2 (a)所示基板中，一保護層2006及一頂部 保護層2 0 0 7累積在一電熱轉換器上，電熱轉換器由一 發熱電阻層2004及一電極層2005構成。圖2(b )所示基板如圖2 ( a )基板，但改良其保護層。尤其， 圖2 (b)之基板之保護層分成二次層，故發熱電阻層 2 0 0 4之熱量在熱互動部2 0 0 8更有效作用於墨。此 外，保護層厚度在熱互動部2 0 0 8下方已降低。製造圖 2(b)之基板時，第一保護次層2006由Si〇、 S i N等形成，在垂直方向位置對應熱互動部之面積才除 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i— H*—.— **1 ·1 n i— 1 1 mmmt Bi · n n mmmt n ·1 n 一0， 蠢 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 506905 A7 _______________________________________________........ B7 五、發明說明f ) 去第一保護次層，利用定圖案等。然後第二保護次層 2002由SiO、 SiN等形成。結果，熱互動部 2 0 0 8下方保護層整個厚度變小。最後形成頂部保護層 2 0 0 7° 上述基板中電熱轉換器上之保護層須電氣絕緣，並耐 墨。亦須耐噴墨時發生之凹陷震波。若圖2 (a)中保護 層厚度實質增加，保護層就保護性所用材料之品質水準可 降低，即該材料不足以完美防止發熱電阻層免於因噴墨時 凹陷震波而受損，仍可作爲保護層材料。此係因保護層愈 厚，則損及發熱電阻層所需時間愈長，故噴墨頭壽命更長 〇 同時，已可控制墨滴流（顏色不同之二面積間滴流） ，以處理高速記錄。墨之鉋和度、耐水性等改善，以符合 高影像品質需求。使用添加劑完成改善，若使用此改良墨 ，尤係合成分，如C a及Mg，可形成雙價金屬鹽或螯形 複合物，保護層易因保護層與墨間發生電化學反應而腐蝕 。增加保護層厚度可有效延墨用此墨之噴墨頭壽命。 但增加保護層厚度致發熱電阻層所生熱引至熱互動表 面之效率下降。 因此，保護層在對應圖2 (b)熱互動部之面積之厚 度減少，發熱電阻層2 0 0 4之熱能更有效經由第二保護 次層2006 >及頂部保護層2007導至墨’提高熱效 率。 若保護層厚度降低，因凹陷震波及或墨腐飩效應引起 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· ϋ n n —c n at n 蠢 « 經濟部智慧財產局員X消費合作社印製 506905 A7 __B7____ 五、發明說明f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 熱互動部之傷害快速抵發熱電阻層，較保護層不降低厚度 時快，雖亦取決保護層材料種類。換言之，減少保護層厚 度有害於噴墨頭壽命。尤常墨之成分如C a或Mg會形成 雙價鹽或螯形複合物，上述現象更嚴重。故使用此墨時， 宜慎選保護層材料。 爲增加噴墨記錄速度，必須使用較習知短之驅動脈衝 。即增加驅動頻率。如此，噴墨頭之熱互動部發生加熱氣 泡發展-氣泡崩潰-冷却之重複周期較習知頻率高。當驅 動脈衝之寬度短，噴墨頭熱互動部受到更高頻率之熱應力 。以較短脈衝驅動噴墨頭使保護層受到更集中之凹陷震波 ，於更短時間因墨氣泡產生及崩潰而致。故若使用較短之 驅動脈衝，保護層必須極耐機械震波。 雖然圖2 ( b )所示噴墨頭結構使用薄保護層，適合 以短脈衝驅動噴墨頭，薄保護層與厚者無不同，均須耐凹 陷震波，耐墨以提高影像品質，並於短驅動脈衝之獨特熱 應力充分耐用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 目前，足以適用多種墨，可應付較習知快之記錄速度 ，可增長記錄頭之壽命之保護層並未揭示。設計保護層結 構時，必須考慮多種記錄頭特性，而選擇保護層之材料及 結構。就習知技術，可增加保護層厚度處理墨腐蝕性問題 ，但關於熱效率記錄速度增加之問題即告無解。 發明槪述 鑒於記錄頭熱互動部之保護層各問題，乃有本發明。 -g-—一 — 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規格（210x297公釐） 506905 A7B7 波 震 耐 層 護 保 其 頭 錄 記 墨 噴 1 供 提 )欲 的 ΑΓ目 S要 1Γ主 明月 發日 T發五本 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱及墨、耐酸且極耐用，解決習知噴墨頭關於上述保護層 問題，尤係接觸墨之部分。 本發明另一目的提供配備此保護層之噴墨基板’可配 合點尺寸縮小而提升解析度影像品質，及高速記錄之高速 驅動，不論選擇何墨均極耐用，並提供配合此保護層之噴 墨頭，及配備此噴墨頭之噴墨裝置。 本發明之噴墨頭基板包含：一片基片；多數發熱構件 置於基片上，各置於一對電極之間；及一頂部保護層置於 多數發熱構件上之絕緣層上。 在噴墨頭基板中，頂層保護層特徵爲非晶合金構成’ 如組成由以下公式（I )表示：

TaaFe^NirCr<5 ......(1) (10原子原子％，α+沒<80原子 % , α〈泠；，及 J + 冷 + Τ + ^ = 100 原子％) 且其包含其組成成分之氧化物，至少於靠近接觸墨之 表面部分。 此外，本發明之噴墨頭包含：多數小孔，供噴出液體 ;多數液體徑，係逐一接至多數小孔，有一部分可供提供 噴出液體之熱能作用於液體；多數發熱構件可產生熱能； 及頂部保護層，可蓋住多數發熱構件’有一絕緣層間置。 此噴墨頭中，頂部保護層特徵在於非晶合金構成’其 組成由以下公式表示（I ): 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 506905 Α7 Β7 五、發明說明f ) ΎaaFeβNiγCτδ *·····(Ι) (1 0原子原子％，α十冷<80原子 % ; (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 冷；（5>τ ,及 α + 泠 + T + d = l〇〇 原子 ％) 而接觸墨之頂部保護層表面亦包含該組成成分之氧化 物。 本發明之噴墨記錄單元特徵在於具上述結構之噴墨頭 ’及一貯墨部，內貯存欲供至噴墨頭之墨。 此外，本發明噴墨裝置之特徵在於具上述結構之噴墨 頭或噴墨記錄單元，及一載具可移動噴墨頭或噴墨記錄單 元，係根據記錄資訊爲之。 本發明製造噴墨頭基板之方法特徵在於上述噴墨頭基 板之頂部保護層之形成方法係使用由含T a、F e、C r 及Ni之金屬合金靶，以滿足上述組成公式（I)。 本發明製造噴墨頭基板之另一方法特徵在以上述噴墨 頭基板之頂部保護層之形成方法係使用雙元素濺鍍，係使 用含Ta、Fe、Cr及Ni並滿足上述公式（I)之金 屬合金爲靶、及Ta靶。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明許多特性之一，即使使用不同性質之墨， 接觸墨之頂部保護層不會腐蝕，故噴墨頭之保護層極耐震 、耐熱、耐墨且耐氧化。本發明可應用於具保護層之噴墨 頭基板，不論點尺寸，可耐久，且解析度高，可高速驅動 以高速記錄。本發明亦可適用噴墨裝置之噴墨頭單元，其 包含一貯墨部可貯存欲供至上述噴墨記錄頭之墨，及應用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 506905 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ----^五、發明說明f ) 於置有此噴墨頭之噴墨裝置。 本發日月以±及其他目的’特性及優點可參考附圖由較 佳實施例說明而了解。 圖式簡要說明 .. 圖1爲本發明之噴墨頭基板示意圖。 圖2爲圖1所示噴墨頭基板部分截面係單 點線X - X /切開面之截面，與基板垂直，（b )爲圖1 噴墨頭基板變化形式之截面画，採取面係對應圖1之平面 圖。 圖3顯示電壓提供後，頂部保護層溫度改變，及氣泡 體積改變。 圖4顯示一膜形成裝置，供形成本發明噴墨記錄頭之 各層。 園5爲顯示本發明頂部保護層之膜組成値。 圖6爲本發明噴墨記錄頭之垂直截面。 圖7爲噴墨記錄頭之熱互動部在耐久測試前、中、後 之截面圖，（a ) -（ d )表示熱互動部腐飩階段。 圖8爲配備本發明記錄頭之噴墨記錄裝置立體_ ° 主要元件對照表 10 0 1 噴孔 1002 電熱轉換器 1 0 0 3 墨徑 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -t 訂丨| ;線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐) +4 506905 A7 B7 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 五、發明說明? 10 0 4 10 0 5 10 0 6 10 0 7 10 0 9 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 10 0 2 10 1 2 10 2 2 10 3 2 10 4 2 10 5 2 10 6 2 10 7 2 10 8 2 10 9 2 110 2 111 2 112 基片 發熱電阻構件 電極接線 絕緣膜 共同液體室 發熱電阻層 電極層 保護層 頂部保護層 熱互動部 噴墨記錄裝置 驅動馬達 傳動齒輪 傳動齒輪 引導螺釘 壓紙板 平板 光耦合器 光耦合器 槓桿 支承件 蓋件 吸引機構 淸潔刀片 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 42 A7 B7 2 1 1 4 刀 片 移 動件 2 1 1 6 支 承 板 2 1 1 7 槓 桿 2 1 1 8 凸 輪 2 2 0 0 記 錄 頭 4 0 0 1 靶 4 0 0 2 平 磁 鐵 4 0 0 3 基 片 容 sa 播 4 0 0 4 基 片 4 0 0 5 內 加 熱 as 播 4 0 0 6 電 源 4 0 0 7 .真 空 泵 4 0 0 8 外加 熱 器 4 0 0 9 膜 形 成 至 4 0 1 1 快 門 506905 五、發明說明P ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳實施例說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1爲應用本發明之噴墨頭於基板側之部分於垂直液 體（墨）徑壁之平面水平截面圖。其顯示對多數電熱轉換 器定位以令墨產生氣泡。圖2 (a)及2(b)分別爲圖 1所示噴墨頭基板於圖1所示單點線X - X /平面所指截 面圖，及對應單點線X - X /平面之另一噴墨頭基板。 圖1所示噴墨頭有多數噴孔1 〇 〇 1 ’多數徑體徑 1 0 0 3逐一接至多數噴孔，及多數電熱轉換器1 0 0 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 506905 κι Β7 _ 五、發明說明V ) 置於一片基片1 0 0 4上，係逐一對應多數液體徑 1 0 0 3。各電熱轉換器1 0 0 2基本包含：一發熱電阻 構件1 0 0 5 ;以電力供應發熱電阻構件之電極線 1 0 0 6 ;及一絕緣膜供保護前述二組件。關於發熱電阻 構件，在電極層2 0 0 5二相對電極之間之發熱電阻層 2 0 0 4之部分並未覆以電極層，電極層構成電極線，乃 構成發熱電阻構件。 各墨徑1 0 0 3之實現，係將一體包含多數流徑壁之 頂板（未示）接合至基板，頂板與基板關於多數流徑壁與 基片1 0 0 4上多數電熱轉換器之位置關係彼此對齊，係 利用一影像處理機構。各墨徑1 〇 〇 3以相對噴孔側之端 接至共同液體室1009 (部分例示）。在共同液體室 1 009中，貯存由墨容器（未示）供應之墨。送至共同 液體室1009之後，墨引入各墨徑1〇〇3 ，保留於內 ，並形成一凹面靠近噴孔1 〇 〇 1向外側。如此，選擇驅 動電熱轉換器1 0 0 2，以所選電熱轉換器產生熱能而加 熱熱互動部上之墨，令墨部分突然沸泡，故以墨突然沸泡 之影響令墨噴出。 圖2 (a)中，符號2〇〇1爲一片矽基片； 2002爲貯熱層，即熱氧化膜層；2003爲間層膜層 ，由SiO、 SiN等形成，亦作爲貯熱層；2004爲 發熱電阻層，由金屬材料Al、Al— Si、Al— Cu 等形成；2 0 0 6爲保護膜層，由s i 〇、S i N等形成 ，亦作爲絕緣層；2 〇 〇 7爲頂部保護層，保護電熱轉換 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼χ 297公爱)----—-- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -0 1 *· I- ϋ n n n i 1 n ϋ 1 n ϋ ϋ I ^ 經濟部智慧財產局員X消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 506905 A7 B7 _ 五、發明說明P ) 器不受發熱電阻層之熱所生化學及物理震波影響；及 2 0 0 8爲熱互動部，可將發熱電阻構件之熱作用於墨。 一般圖2 (a)所示保護層2006之厚度介於 500nm— l〇〇〇nm〇 噴墨頭之熱互動部不僅受到發熱電阻構件之熱所致高 溫，亦受到墨氣泡產生之凹陷震波，及墨引起之化學反應 。因此，熱互動部覆有頂部保護層以保護電熱轉換器不受 墨引起之凹陷震波及化學反應等。接觸墨之頂部保護層須 極耐熱、機械強度高、化學穩定、耐氧化、耐鹼。根據本 發明，頂部保護層爲非晶合金，其化學成分如公式（I ) 〇 公式（I )之符號α滿足以下不等式：1 〇原子 2 0原子％。另滿足以下不等式：r > 7原子％及（5 > 1 5原子％，較佳r2 8原子％及5^ 1 7原子％。頂 部保護層厚度介於1 〇 - 5 0 0 nm，宜5 0 — 2 0 0 n m ° 此非晶合金膜中，T a量介於1 〇原子％至2 0原子 %，低於習知T a合金者。如此低量T a可使非晶合金被 動化，減少晶界數，即腐蝕開始之點，保持凹陷耐性於適 當値，提高耐墨性。在非晶合金表面部分，出現非晶合金 成分之氧化物，較佳非晶合金表面覆上非晶合金成分之氧 化物膜。換言之，非晶合金構成之頂部保護層表面覆以非 晶合金層成分之氧化物之膜，至少在接觸墨之表面。氧化 層厚度須不小於5 n m，不大於3 0 n m。 4€---- 14^ -----------------馨 線# <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 506905 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（13) 頂部保護層表面上形成氧化膜（圖2 ( a )氧化層 2009)至成分爲Cr ，不論墨種類，可防止氧化膜以 下部分爲墨腐蝕，即使墨包含成分如C a或Mg，形成雙 價金屬鹽或螯形複合物，因爲上述非晶合金氧化使合金被 動化。 . 關於形成上述氧化膜之方法，其主成分爲C r ，有一 方法可在大氣空氣或氧氣氛中熱處理頂部保護層。例如， 在5 0°C至2 0 爐中熱處理頂部保護層，或在使用濺 鍍裝置形成頂部保護層後’氧引入濺鍍裝置並加熱而形成 氧化膜，此外，在形成噴墨頭後應用脈衝驅動噴墨頭而形 成氧化膜。 頂部保護層承受壓力，尤係壓縮應力，應力大小應不 大於 1 · ΟΧΙΟ1。達因/cm2。 圖2 (b)顯示圖2 (a)噴墨頭之改良版垂直截面 。其中，保護層分爲二次層，保護層之厚度（熱互動部至 發熱電阻層距離）在熱互動部以下之區減少’故發熱電阻 層之熱更有效作用熱互動部部之墨。首先，以s i N或 S i 0形成第一保護次層2006，並以定圖案防止第一 保護次層2006越過熱互動部，以S i 0或S i Ν形成 第二保護層2 0 0 6 >，故越過熱互動部之保護層厚度較 周圍薄。最後，形成頂部保護層2007。如上述減少越 過熱互動部之保護層厚度，可令發熱電阻層2 〇 〇 4之熱 經第二保護次層2 0 0 6 /及頂部保護層2 0 0 7導至墨 ，更有效使用熱能。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 着： -ϋ n I n n —訂！！線！ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公爱） -16- 506905 A7 B7 五、發明說明（14) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可用任何習知方法形成上述結構。可用各式膜形成法 形成頂部保護層2 0 0 7。一般使用高頻（RF )電源或 直流（D C )電源之磁控濺鍍。 画4顯示形成頂部保護層之濺鍍裝置。圏中， 4001爲Ta— Fe — Cr—Ni合金構成之靶，形成 預定組成比之非晶合金滿足組成公式（I ) ; 4 0 0 2爲 平磁鐵；4 0 0 1爲快門，控制膜形成在基片上；4 0 0 3爲基片容器；4006爲電源，接至靶400 1及基片 容器4003。圖4中，4008爲外加熱器，給膜形成 室4 0 0 9外表面設置。外加熱器4 0 0 8控制膜形成室 4 0 0 9內表面之周圍溫度。基片容器4 0 0 3背側放置 一內加熱器以控制基片溫度。較佳結合內加熱器4 0 0 5 及外加熱器4 0 0 8控制基片4 0 0 4溫度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使用圖4所示裝置，如下形成膜。首先，以真空泵 4007抽空膜形成室4009至lxl0~5— lx 1 0 · 6 P a。氬氣經質量流控制器（未示）及引氣開口 40 10引入膜形成室4009。引入氬氣時，調整內外 加熱器4005及4008，使基片溫度及膜形成室 4 0 0 9之內周圍溫度抵預定値。接著以電源供應電力至 靶4 0 0 1而啓動放電（濺鍍放電），同時調整快門 4011，在基片4004上形成薄膜。 形成頂部保護層之方法不限於使用上述T a — F e -C r 一 N i合金形成之靶濺鍍，可用一濺鍍方法，使用二 分開靶，一爲Ta ，一爲Fe — Cr — Ni合金，並由二 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公Ϊ) _17- 506905 A7 B7 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 五、發明說明（15) 不同電源逐一供電。如此可個別控制對各靶之供電。 當形成頂部保護層時保持基片受熱至1 0 0至3 0 0 °c，使頂部保護層與以下之層高度黏著。另此，使用濺鍍 之膜形成法，係如上述形成大量動能粒子，可產生高度膜 黏著力。 關於膜應力，提供頂部保護層至少少量壓縮應力，fP 不大於1 · ΟΧΙΟ1。達因/cm2，亦產生高度膜黏著 力。可適當調整引入膜形成裝置之氬氣，作用靶之功率及 加熱基片之溫度水準，可因而調整膜應力値。 不論其上形成頂部保護層之保護層厚薄，本發明以非 晶合金形成之頂部保護層可與其下形成之保護層相容。 圖6爲本發明具頂部保護層之噴墨頭垂直截面，說明 噴墨頭整體結構。參考圖6，由墨容器（未示）供墨後， 墨在熱互動部中受熱而沸泡，此時以驅動機構供應特定脈 衝至發熱電阻層。 圖8爲應用本發明之噴墨裝置例外觀。其中，本發明 噴墨頭置於一卡匣2 1 2 0上，其一部分嚙入一引導螺釘 2 0 1 4之螺旋槽2 1 2 1，以前後轉之驅動馬達 2 1 0 1正或反向轉動之，係利用驅動力傳送齒輪 2 1 0 2及2 1 0 3。利用驅動馬達2 1 0 1之驅動力， 使噴墨頭與卡匣2 1 2 0往返於一對箭頭i及b所指方向 。符號2 1 0 5爲一壓紙板，在卡匣往返之方向整個平板 2 1 0 6之範圍，可將一記錄紙P壓住，紙P由一記錄介 質傳送裝置（未示）送至平板2 1 0 6。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Φ: II 訂---------線·

-^ Mi n n — ϋ n ϋ n ^ n I n is— n ϋ K— I* ^ n I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） -18 - 506905 A7 _— B7 五、發明說明（16) 2 1 07及2 1 08爲光耦合器二基本部分，構成一 主位置偵測機構，如沿著卡匣2 1 2 0之一槓桿3 1 0 9 ，當光耦合器偵測槓桿2 1 0 9出現時，驅動馬達 2 1 0 1之轉向改變。2 1 1 0爲一支承構件，可支承一 蓋件2 1 1 1，以蓋任一記錄頭2 2 0 0於整個噴射面； 2 1 1 2爲一吸引機構，以吸引蓋件2 1 1 1內部，由通 過蓋件2 1 1 1之孔抽吸記錄頭2 2 0 0內部，以保持記 錄頭2200之性能；21 14爲一淸潔刀片；2115 爲一刀片移動件，可使淸潔刀片2 1 1 4前後移動。所有 上述元件由主裝置側之支承板2 1 1 6支承。淸潔刀片不 限其結構，只要可置於支承件上即可，爲習知構件。 符號2 1 1 7爲一槓桿，可啓動抽吸而回復記錄頭性 倉g，係由一凸輪2 1 1 8嚙合引導螺釘2 1 0 4而移動， 以習知傳動機構控制，如離合器，控制驅動馬達2 1 0 1 之驅力。記錄裝置之機側有一記錄控制區（未示），可送 出信號至記錄頭2 2 0 0中發熱部，並控制上述機構之各 驅動。 噴墨記錄裝置2 1 0 0中，以上述記錄介質傳送裝置 傳送記錄紙P至平扳2 106，再以記錄頭2200記錄 影像，同時在記錄紙P整個寬度往返。因記錄裝置 2 1 0 0之記錄頭以上述製法完成，可高速精確記錄。 〔實施例〕 參考非晶合金膜形成例，說明本發明，噴墨頭具上述 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) %: 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 丨丨丨丨· -19- 506905 A7

五、發明說明（17 ) 非晶合金形成之頂部保護層。本發明不限於以下例。 (膜形成實例1 ) 以下測g式中’相當於頂部保護層之非晶合金膜形成在 一片矽晶圓上’利用圖4裝置及上述膜形成方法。評估·所 成非晶合金膜之特性。以下說明形成膜之操作，及評估結 果。 <膜形成操作> 首先，將單晶矽表面熱氧化，此矽晶園（基片 4 0 0 4 )置於圖4裝置之膜形成室4 0 0 9之基片容器 4 0 0 3上。接著以真空泵4 0 0 7抽空膜形成室 4009內部至8xlO—6Pa ，之後，氬氣經由引氣開 口 4 0 1 0引入膜形成室，膜形成室4 0 0 9內調整如下 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} — 訂----- 線— 〔膜形成條件〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 基片溫度：2 0 0 °C 膜形成室中氣氛溫度：200t 膜形成室中氣體最大壓力：〇·3Pa 接著使用雙靶濺渡法，在矽晶圓之熱氧化膜上形成’ 3片（膜樣品1 一 4) 200nm厚之膜，其組成爲 TaaFe 泠 Ni rCr(5 ，利用 Ta 靶及 Fe— Ni 一 Cr— Ni (Fe74NisCr8)祀，固定送至 TafE 之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20- 506905 A7 _____— B7 五、發明說明（18) 功率，送至F e — N i - C r合金靶之功率爲變動。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) <評估膜性> 以R B S ( Rutherford後散式）分析所得膜樣品1 — 4 ，取得公式TaaFe/3NirCr5之α、泠、r及5 値。結果如表1及圆5。圖5顯示四金屬組成比（密度） 相對送至F e—N i — C r合金靶（送至Ta靶功率固定 )，曲線（A )、 （ B )、 （ C )及（D )分別表示丁 a 、Fe、 Ni及Cr密度。由園5可見功率送至Fe— Ni— Cr合金愈大，所得膜中Fe、Cr及Ni密度愈 高。 接著，測量上述基片4 0 0 4上形成頂部保護層，或 T a a F e 3 N i r C r 5膜之X光衍射分析結構。結果 顯示T a量愈小衍射峰愈寬，意味非晶度愈大。 <膜應力> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以膜形成開始及結束之間變‘形量，測量各膜樣品之膜 應力。結果顯示F e — C r - N i合金之成分比愈高，拉 伸應力量相對壓縮應力量愈大，意味膜黏著力愈小。例如 ，以膜樣品1爲例，顯示出現至少壓縮應力，當壓縮應力 不大於1 0 X 1 01Q達因/cm2，可得大膜附著力。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 506905 A7 B7 五、發明說明（19 ) 表1 樣品 功率[W] T a Fe?4NhCri8 膜組成 1 300 520 Tai 〇Fe6iNii2Cri7 2 300 400 Ta F e 5 6 N i 9 C π 6 3 300 300 Ta 2sFe5〇NiyCri5 4 300 250 Ta 4〇FC4〇Nl6Cr Μ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (實施例2 ) <評估膜樣品之適合作爲噴射之頂部保護層> 本例受評估決定噴墨特性之樣品基片爲一片平S i基 片，或已有驅動I C在內之S i基片。若爲平S i基片， 以習知C V D，濺鍍或熱氧化法，形成s i 0 2 1 · 8 μ m 厚之貯熱層2002 (圖2 (b))。若爲具I C之Si 基片，在製造程序中，類似平S i基片，形成貯熱層，或 S i 0 2 層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著以濺鍍，C V D等法形成S i 0 2 1 · 2 # m厚之 間層絕緣膜2 0 0 3。以T a — S i合金靶，藉反應濺鍍 法形成500nm厚Ta35S i22N43合金層，即發熱 電阻層2 0 0 4。形成發熱電阻層中，保持基片溫度於 2 0 0°C。並以濺鍍形成5 5 0 nm厚之A 1膜爲電極接 線層2 0 0 5。 以光飩法形成一圖案，並形成熱互動部2008，尺 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 506905 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（20 ) 寸爲2 0 3 0/im ’由此除去A 1膜。接著以電槳 CVD法形成8 0 0 nm厚S i 0膜，作爲第一保護次膜 2 0 0 6，同時定圖案以防止絕緣層形成越過熱互動部。 。然後，以電漿C V D法形成另一絕緣層，爲2 0 0 n m 厚S i N。最後，以濺鍍法形成1 5 0 n m厚 TaaFe3NirCr(5合金，其組成如表2 ，作爲頂 部保護層2 0 0 7 °以光蝕法形成圆2 ( b )結構之噴墨 頭基板。 上述噴墨頭基板用於製造噴墨頭。圖6爲本發明具一 頂部保護層之噴墨頭垂直截面圖’並說明其一般結構。圖 中，由墨容器（未示）供應後，墨在熱互動部加熱沸泡， 並噴出墨。其中，以驅動機構供應一定規格之脈衝至發熱 電阻層。 測試噴墨頭之耐久性。其中，以1 0 k Η Z驅動頻率 ，2/i s e c寬之脈衝持續驅動噴墨頭，直至不能再噴出 ，測試其壽命，驅動電壓V ο p爲1 · 3 X V t h， V t h爲墨足沸以噴出之門鑑電壓。所用墨包含雙價金屬 鹽，含（Ca (N〇3)2、4H2O)約 4%。 由表2可見，即使持續施加2 X 1 09脈衝，噴墨頭可 持續噴出。 耐久測試後，拆下噴墨頭檢視，發現頂部保護層完全 未腐蝕，證明Ta aF e i r C r <5合金構成之頂部 保護層極耐久。故可知有效防止腐飩，約2 0 n m厚氧化 膜，主要含Cr ，已產生在頂部保護層表現，經由頂面保 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^I n n Bn 線， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） »23- 506905 A7 ________________ B7 五、發明說明（21) 護層截靣分析發現，此氧化膜處於被動狀態。 (比較例1 ) 製造與第一實施例相同之噴墨頭，但T a頂部保護層 不同，亦對其測試耐久性，如第一例。結果如表2。若.爲 比較例1，在3 · OxlO7脈衝後，噴墨頭不能噴出。舉 受到3 . 0 X 1 0 7脈衝後失效相同之多數噴墨頭受到5 X 106、1· 0Χ107或3· OxlO7脈衝後，被拆下 檢視。圖7 (a) — 7 (d)爲熱互動部截面，各表示受 到不同驅動脈衝數，並顯示熱互動部對於施加脈衝數之變 化。其中，脈衝數愈多，頂部保護層腐蝕愈嚴重。就脈衝 數抵3 . 0 X 1 〇7時持續噴出墨之噴墨頭，腐蝕已抵發熱 電阻層，致毁損。 (實施例2 - 5 ) 提供與第一相同之噴墨頭，但頂部保護層2 0 0 7之 組成及厚度如表2，如第一例測試耐久性。結果如表2所 不 〇 (比較例2 — 5 ) 準備與第一例相同之噴墨頭，但頂部保護層2 0 0 7 之組成及厚度如表2。 類似第一例測試噴墨頭耐久性。結果如表2所示。其 中增加T a頂部保護層厚度未能明顯改善。若爲比較例3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 線丨_丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 506905 A7 __— B7 五、發明說明（22) 一 5，持續2 . 〇 X 1 0 8脈衝後，不能令噴墨頭保持正確 噴出。 耐久測試後，拆下噴墨頭撿視。發現頂部保護層已腐 ，有些噴墨頭中，腐飩已抵發熱電阻層，致毁損。 (實施例6 — 9 ) 準備與第一例相同之噴墨頭，但使用濺鍍法形成頂部 保護層，其中使用預定組成（原子組成比）之T a - F e - C r - N i靶與氬氣。這些噴墨頭之頂部保護層之組成 及厚度如表2所示。類似第一例測試這些噴墨頭。結果如 表2所示。 測試結果發現，噴墨頭壽命取決頂部保護層內T a、 Fe、 Ni與Cr之組成比，Fe-Cr一Ni比愈大， 噴墨頭壽命愈長，就頂部.保護層之組成 TaaFe^SNi rCr5，滿足以下需求： 10原子％€α^30原子％ 沒<80原子％ a < β \ β > r ;及 α+沒+τ+5=100原子％ 頂部保護層厚度應不小於1 0 n m，且不大於5 0 0 n m，若小於1 〇 n m，頂部保護層之保護性不夠強，若 大於5 0 0 nm，則發熱電阻層之熱不能有效導至墨。 即使有時頂部保護層厚度不大於時1 5 0 nm ’可具 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 雩： * n n IE n EE ft— 一-OJt mhhii HHiaia mw VMM NHH · n 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） -25- 506905 A7 B7 五、發明說明（23 ) 極佳耐久性。就膜應力，當至少存在壓縮應力，可產生大 量膜黏著力，其大小不大於1.0\101()達因/€：1112 〇 以上說明並不欲限定本發明，而申請專利範圍內可有 各式變化，均不脫其精神範圍。 經濟部智慧財產局員Η消費合作杜印製 表2 膜組成 源子％) Ta+Fe 膜厚 (nm) 耐用脈衝 上保護 層 實施例1 Tal8Fe57Ni8Crl7 75 150 ^ 2·0χ109 無損壞 實施例2 Tal5Fe58Ni9Crl8 73 150 ^ 2·0χ109 無損壞 實施例3 Tal2Fe59Ni9Cr20 71 50 ^ 2.0xl09 無損壞 實施例4 Tal4Fe55Nil2Crl9 69 100 ^ 2.0xl09 無損壞 實施例5 Ta28Fe50Ni7Crl5 78 150 ^ 8.0xl08 略損壞 實施例6 Tal9Fe57Ni9Crl5 76 150 ^ 2.0xl09 無損壞 實施例7 TallFe60NiBCr21 71 200 ^ 2.0xl09 無損壞 實施例8 Tal6Fe55Ni9Cr20 71 250 ^ 2.0xl09 無損壞 實施例9 Ta22Fe54Ni7Crl7 76 150 ^ l.OxlO9 略損壞 比較例1 Ta 100 150 ^ 3.0xl07 損壞 比較例2 Ta 100 230 ^ 4.5xl07 損壞 比較例3 Ta35Fe45Ni7Crl3 80 150 ^ 2.0x10s 損壞 比較例4 Ta40Fe41Ni5Crl4 81 150 ^ 2.0x10s 損壞 比較例5 Ta31Fe45Nil4CrlO 76 150 ^ 2.0xl08 損壌 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9. -n n n n ϋ 一：°4ft n n IB n

丨丨丨丨I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -26-

Claims (1)

1. 506905 A8 BB C8 D8 __ 六、申請專利範圍 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 · 一種噴墨頭之基板，基板包含一基片，一發熱電 阻位於一對電極之間，於一絕緣層上之上保護層，絕緣層 進而位於發熱電阻上，保護層有一接觸面可接觸墨，特徵 在於： 上保護層爲非晶含金構成，其組成物公式爲 Ta^Fe^NirCri ······ (I) 其中1 0原子0原子％，α + 々<80原 子％， α〈泠；占>7，及a+^+r+占=1〇〇原子％，至 少上保護層之接觸面包含一構成成分之氧化物。 2 .如申請專利範圍第1項之基板，其中1 0原子％ 原子％。 3 ·如申請專利範圍第2項之基板，其中r ^ 7原子 %，5^15原子％。 4 ·如申請專利範圍第2項之基板，其中r 2 8原子 %，原子％。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 ·如申請專利範圍第1項之基板，其中上保護層之 至少接觸面覆以上保護層之構成成分之氧化膜。 6 .如申請專利範圍第5項之基板，其中氧化膜包含 C r爲主要成分。 7 ·如申請專利範圆第5項之基板，其中氧化膜厚度 不小於5 n m且不大於3 0 n m。 8 ·如申請專利範圍第1項之基板，其中上保護層之 膜厚不小於1 0 nm且不大於5 0 〇 nm。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） » 1 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 506905 A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 9 ·如申請專利範圍第8項之基板，其中上保護層之 膜厚不小於50nm且不大於200nm。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之基板，其中上保護層 之膜應力包含至少壓縮應力，不大於1 . 〇x 1 01。達因 X c m 2 ° 11.一種噴墨頭，包含一噴口供噴出液體，一液體 流徑，有一部分可提供液體熱能以噴出液體，一發熱電阻 可產生熱能，及一上保護層可蓋住發熱電阻，其間有一絕 緣層，特徵在於： ' 上保護層由非晶合金構成，具以下組成公式 TaaFe^NirCrcJ ··*··· ( I ) 其中10原子0原子％，α +泠<80原 子％，，a + ^S + r + 5 = l〇〇 原子 ％ ，上保護層接觸墨之表面包含上保護層構成成分之氧化物· D 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之噴墨頭，另包含墨 之成分可形成螯形複合物或雙價金屬鹽。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之噴墨頭，其中1 〇 原子原子％。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項之噴墨頭，其中r ^ 7原子％及5^15原子％。 15 ·如申請專利範圍第13項之噴墨頭，其中 8原子％及5 ^ 1 7原子％。 1 6 ·如申請專利範圍第11項之噴墨頭，其中上保 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） -2 - (請先H讀背面之注意事項再填寫本頁)

   506905 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 護層之至少接觸墨面覆以上保護層之構成成分之氧化膜。 1 7 ·如申請專利範圔第1 6項之噴墨頭，其中氧化 膜含Ci*爲主要成分。 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項之噴墨頭，其中氧化 膜厚度不小於5 nm且不大於3 0 nm。 1 9 .如申請專利範圍第1 1項之噴墨頭，其中上保 護層之膜厚不小於1 0 nm且不大於5 0 0 nm。 2 0 ·如申請專利範圍第1 1項之噴墨頭，其中上保 護層膜厚不小於50nm且不大於200nm。 · 2 1 .如申請專利範圍第1 1項之噴墨頭，其中上保 護層之膜應力包含至少壓縮應力，不大於1 . 〇x 1 〇 10 達因/ c m 2。 2 2 * —種噴墨記錄單兀，包含如申請專利範圍第 1 1至2 1項任一之噴墨頭，及包含欲供墨至噴墨頭之容. 墨咅〇 2 3 .如申請專利範圍第2 2項之噴墨記錄單元，其 中該單元爲一卡匣形式，具有噴墨頭及與其彼此一體之容 墨部。 2 4 _如申請專利範圍第2 2項之噴墨記錄單元，其 中噴墨頭與容墨部彼此以可拆卸方式設置。 2 5 · —種噴墨裝置，包含如申請專利範圍第1 1至 2 1項任一之噴墨頭’及一卡匣可根據欲記錄之資訊移動 噴墨頭。 2 6 · —種噴墨裝置，包含如申請專利範圍第2 2項 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）—ITI--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) CI! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ==»-I in In In …—1 in ·……--1 0 506905 AB B8 C8 D8 5、申請專利範圍 之噴墨記錄單元，及一卡匣可根據欲記錄之資訊移動記錄 單元。 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 7 · —種如申請專利範圍第1至1 〇項任一噴墨頭 之基板之製造方法，特徵在於使用合金靶以濺鍍法製成上 保護層，合金粑包含Ta，Fe，Cr及Ni作爲成分。 2 8 · —種如申請專利範圍第1至1 〇項任一噴墨頭 之基板之製造方法，特徵在於以二元濺鍍法製成上保護層 ，使用一合金靶及一 T a靶，所使用合金耙包含F e， N i及C r爲成分。 - 2 9 .如申請專利範圔第2 7或2 8項之方法，令包 含步驟爲以濺鍍法製成非晶合金膜之表面，而以氧化膜包 覆表面。 3 0 .如申請專利範圍第2 9項之方法，其中以熱氧 化法產生氧化膜。 3 1 .如申請專利範圍第2 7或2 8項之方法，其中 形成膜時非晶合金膜之膜應力爲壓縮應力，且不超過 1·0χ101()達因/ cm2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 -