KR100400229B1 - 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트 헤드에 따르면, 기판의 표면쪽에는 잉크 챔버가 형성되고, 기판의 배면쪽에는 매니폴드가 잉크 챔버의 아래쪽에 위치하도록 형성되며, 잉크 챔버와 매니폴드 사이에는 수직으로 관통된 잉크 채널이 형성된다. 매니폴드와 잉크 채널은 기판을 그 배면쪽에서 식각함으로써 형성된다. 기판 상에는 노즐판이 일체로 형성되며, 노즐판에는 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 노즐이 형성된다. 노즐판 상에는 노즐을 둘러싸는 환상으로 형성된 히터와 히터에 전류를 인가하는 전극이 형성된다. 여기에서,잉크 챔버는 실질적으로 반구형의 형상을 가지고, 잉크 채널은 잉크 챔버의 가장자리 부근에 형성된다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 잉크의 역류가 방지되어 잉크의 토출 성능이 향상되고, 실리콘 웨이퍼 기판에 일체로 형성된 고밀도의 잉크젯 프린트 헤드를 구현할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐판이 기판상에 일체로 형성되고 반구형 잉크 챔버의 가장자리 부근에 수직한 잉크 채널이 형성된 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터의 잉크 토출 방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 전기-열 변환 방식(electro-thermal transducer, 버블젯 방식)과, 압전체를 이용하여 압전체의 변형으로 인해 생기는 잉크의 체적 변화에 의해 잉크를 토출시키는 전기-기계 변환 방식(electro-mechanical transducer)이 있다.
상술한 버블젯 방식의 잉크 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 전원을 인가하면, 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이 때 잉크 내부에 버블이 생성되고, 생성된 버블은 성장하여 그 부피 팽창으로 인해 잉크가 충만된 잉크 챔버 내부에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
이와 같은 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다. 둘째, 하나의 노즐에서 잉크를 토출하거나 잉크의 토출후 잉크 챔버로 잉크가 다시 채워질 때, 잉크를 토출하지 않는 인접한 다른 노즐과의 간섭(cross talk)이 가능한 한 억제되어야 한다. 이를 위해서는 잉크 토출시 노즐 반대방향으로 잉크가 역류하는 현상(back flow)을 억제하여야 한다. 셋째, 고속 프린트를 위해서는, 가능한 한 잉크 토출후 리필되는 주기가 짧아야 한다. 즉, 구동 주파수가 높아야 한다.
그런데, 이러한 잉크젯 프린트 헤드의 요건들은 잉크 챔버, 잉크 유로 및 히터의 구조, 그에 따른 버블의 생성 및 팽창 형태, 또는 각 요소의 상대적인 크기와밀접한 관련이 있으며, 또한 서로 상충되는 경우가 많다. 따라서, 종래의 특허나 문헌을 통해 제시된 구조의 잉크젯 프린트 헤드는 전술한 요건들 중 일부는 만족할지라도 전체적으로 만족할 만한 수준은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 일례로서, 미국특허 US 4,882,595호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 구조를 나타내 보인 절개 사시도 및 그 잉크 액적 토출 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 기판(10)과, 그 기판(10) 위에 설치되어 잉크(49)가 채워지는 잉크 챔버(26)를 형성하는 격벽부재(38)와, 잉크 챔버(26) 내에 설치되는 히터(12)와, 잉크 액적(49')이 토출되는 노즐(16)이 형성된 노즐판(18)을 포함하고 있다. 상기 잉크 챔버(26) 내에는 도시되지 않은 잉크 저장고와 연결된 잉크 공급 매니폴드(14)로부터 잉크 채널(24)을 통해 잉크(49)가 채워지며, 잉크 챔버(24)와 연통된 노즐(16) 내에도 모세관 현상에 의해 잉크(49)가 채워진다. 그리고, 프린트 헤드에는 다수의 노즐(16)과 이에 대응하여 다수의 히터(12) 및 잉크 챔버(26) 등이 마련되는데. 이들은 각 잉크 공급 매니폴드(14)마다 이에 인접하여 1 열씩 배열되거나, 매니폴드(14) 양측에 각 1열씩 배열되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 히터(12)에 전류가 공급되면 히터(12)가 발열되면서 챔버(26) 내에 채워진 잉크(49) 안에 버블(48)이 형성된다. 그 후, 이 버블(48)은 계속적으로 팽창하게 되고, 이에 따라 챔버(26) 내에 채워진 잉크(49)에 압력이 가해져 노즐(24)을 통해 외부로 잉크 액적(49')를 밀어내게 된다. 그 다음에, 잉크채널(24)을 통해 잉크(49)가 흡입되면서 챔버(26)에 다시 잉크(49)가 채워진다.
그런데, 이러한 구조를 가진 종래의 프린트 헤드를 제조하기 위해서는 노즐(16)이 형성된 노즐판(18)과 잉크 챔버(26) 및 잉크 채널(24) 등이 그 위에 형성된 기판(10)을 따로 제작하여 본딩하여야 하므로, 제조 공정이 복잡하고 노즐판(18)과 기판(10)의 본딩시에 오정렬의 문제가 발생될 수 있는 단점이 있다. 또한, 잉크 챔버(26), 잉크 채널(24) 및 매니폴드(14)가 평면상에 배열되어 있으므로, 단위 면적당 노즐(16)의 수, 즉 노즐 밀도를 높이는데 한계가 있으며, 이에 따라 높은 인쇄 속도와 고해상도를 가진 고밀도 잉크젯 프린트 헤드를 구현하기가 곤란하다.
도 2는 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 다른 예로서, 미국특허 US 6,019,457호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 구조를 나타내 보인 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(50)을 상하로 관통하는 잉크 챔버(53)의 상단부에는 노즐(56)이 마련되어 있고, 그 반대쪽의 하단부에는 잉크 채널(55)이 마련되어 있다. 그리고 노즐(56)의 둘레에 여러 형태로 배치된 히터(54)가 마련되어 잉크 챔버(53) 내에 채워진 잉크(59)를 가열하여 버블(58)을 생성시킨다. 이 버블(58)은 계속적으로 팽창하게 되고, 이에 따라 챔버(53) 내에 채워진 잉크(59)에 압력이 가해져 노즐(56)을 통해 외부로 잉크 액적(59')를 밀어내게 된다. 그 다음에, 매니폴드(57)로부터 잉크 채널(55)을 통해 잉크(59)가 흡입되면서 잉크 챔버(53)에 다시 잉크(59)가 채워진다.
그런데, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 종래의 잉크젯 프린트 헤드는 잉크 챔버(53) 아래쪽에 잉크 채널(53)과 매니폴드(57)가 배치되어 있으므로 노즐 밀도를 높일 수 있는 장점은 있으나, 그 반면에 노즐(56), 잉크 챔버(53) 및 잉크 채널(55)이 일직선상에 배열되어 있으므로 아래쪽으로 팽창하는 버블(58)에 의해 잉크(59)가 잉크 채널(55)을 통해 역류하는 현상이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 노즐이 형성된 노즐판이 반구형 잉크 챔버가 형성된 기판상에 일체로 형성되어 있으며 잉크의 역류를 방지할 수 있도록 수직한 잉크 채널이 잉크 챔버의 가장자리 부근에 형성되어 있는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 일례를 나타내 보인 절개 사시도 및 잉크 액적 토출 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 다른 예를 나타내 보인 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3에 표시된 A-A 선을 따른 본원 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 수직 단면도이다.
도 5a는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 일례를 나타낸 평면도이다.
도 5b는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 5c는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 또 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 잉크가 토출되는메카니즘을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7 내지 도 19는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 20 내지 도 22는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 다른 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,100',100"...잉크 토출부 110,110a,110b...기판
112...매니폴드 114...잉크 챔버
116,116'...잉크 채널 120...노즐판
122...노즐 130,130'...히터
140...제1 보호막 150,150'...전극
160...제2 보호막 170...노즐 가이드
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 그 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 그 배면쪽에는 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 상기 잉크 챔버의 아래쪽에 위치하도록 형성되며, 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드 사이에는 수직으로 관통된 잉크 채널이 형성된 기판; 상기 기판 상에 일체로 형성되며, 상기 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐판; 상기 노즐판 상에 상기 노즐을 둘러싸는 형상으로 형성된 히터; 및 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 전극;을 구비하며, 상기 잉크 챔버는 실질적으로 반구형의 형상을 가지고, 상기 잉크 채널은 상기 노즐과 일직선상에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다.
여기에서, 상기 잉크 채널은 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근에 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 히터가 링 형상인 경우에는, 상기 잉크 채널은 상기 히터의 상기 전극과 접속되는 부분 아래쪽에 위치하는 것이 바람직며, 상기 히터가 오메가 형상인 경우에는, 상기 잉크 채널은 상기 히터의 목부위 아래쪽에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 잉크 채널의 단면 형상은 원형 또는 사각형인 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼이며, 상기 노즐판은 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 노즐의 가장자리에서 상기 잉크 챔버의 깊이 방향으로 연장된 노즐 가이드가 형성된 것이 바람직하다.
한편, 상기 기판은 상기 잉크 챔버와 상기 잉크 채널이 형성된 제1 기판과, 상기 매니폴드가 형성된 제2 기판이 접합되어 이루어질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 프린트 헤드에 따르면, 잉크젯 프린트 헤드의 제반 요건들을 만족할 수 있게 되며, 특히 잉크 채널이 잉크 챔버의 가장자리 부근에 수직하게 형성되므로 잉크의 역류가 방지되어 잉크의 토출 성능이 향상되고 고밀도의 잉크젯 프린트 헤드를 구현할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 상기한 구조의 프린트 헤드를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법은: 기판의 표면에 노즐판을 형성하는 단계; 상기 노즐판 상에 환상의 히터를 형성하는 단계; 상기 노즐판 상에 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계; 상기 히터의 안쪽으로 상기 히터의 직경보다 작은 직경으로 상기 노즐판을 식각하여 잉크의 토출이 이루어지는 노즐을 형성하는 단계; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 식각하여, 실질적으로 반구형의 형상을 가지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및 상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드와, 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근까지 관통된 수직 잉크 채널을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼이고, 상기 노즐판을 형성하는 단계는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는, 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 등방성 건식식각함으로써 상기 잉크 챔버를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 이방성 식각하여 소정 깊이의 홀을 형성하는 단계와, 상기 이방성 식각된 기판의 전면에 소정의 물질막을 소정 두께로 증착하는 단계와, 상기 물질막을 이방성 식각하여 상기 홀의 바닥을 노출함과 동시에 상기 홀의 측벽에 상기 물질막으로 이루어진 노즐 가이드를 형성하는 단계와, 상기 홀의 바닥에 노출된 상기 기판을 등방성 식각하여 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 매니폴드와 잉크 채널을 형성하는 단계는; 상기 기판의 배면에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하고, 다시 그 위에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 소정 깊이의 잉크 채널 형성용 홀을 형성하는 단계와, 상기 잉크 채널용 식각 마스크를 제거하여 상기 매니폴드용 식각 마스크를 노출시키는 단계와, 상기 매니폴드용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 매니폴드와 상기 잉크 채널을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우에, 상기 매니폴드용 식각 마스크는 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 이루어질 수 있으며, 상기 잉크 채널용 식각 마스크는 포토레지스트를 스핀 코팅법에 의해 도포한 뒤 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.
한편, 상기 매니폴드와 잉크 채널을 형성하는 단계는; 상기 기판의 배면에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 매니폴드용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 매니폴드를 형성하는 단계와, 상기 매니폴드가 형성된 상기 기판의 배면에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크 채널을 형성하는 단계와, 상기 잉크 채널용 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 경우에, 상기 매니폴드용 식각 마스크는 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 이루어지며, 상기 잉크 채널용 식각 마스크는 포토레지스트를 스프레이 코팅법에 의해 도포한 뒤 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.
위의 두가지 경우에 있어서, 상기 기판 배면의 식각은 건식 식각법에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 상기한 구조의 프린트 헤드를 두 개의 기판을 사용하여 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 프린트 헤드의 다른 제조방법은: 제1 기판의 표면에 노즐판을 형성하는 단계; 상기 노즐판 상에 환상의 히터를 형성하는 단계; 상기 노즐판 상에 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계; 상기 히터의 안쪽으로 상기 히터의 직경보다 작은 직경으로 상기 노즐판을 식각하여 잉크의 토출이 이루어지는 노즐을 형성하는 단계; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 제1 기판을 식각하여, 실질적으로 반구형의 형상을 가지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 상기 제1 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근까지 관통된 수직 잉크 채널을 형성하는 단계; 제2 기판에 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계; 및 상기 제2 기판 위에 상기 제1 기판을 접합하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 제1 기판과 제2 기판은 모두 실리콘 웨이퍼이고, 상기 노즐판을 형성하는 단계는 상기 제1 기판용 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 잉크 채널은, 상기 제1 기판의 배면에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하고, 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 제1 기판의 배면을 건식 식각함으로써 형성될 수 있다.
상기 매니폴드는, 상기 제2 기판의 소정 부위를 식각에 의해 제거하거나 샌드 블라스트에 의해 제거함으로써 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 제조방법에 따르면, 노즐이 형성된 노즐판이 잉크 챔버가 형성된 기판상에 일체로 형성되므로 노즐과 잉크 챔버의 오정렬의 문제가 해소되며, 일반적인 반도체 소자의 제조공정과 호환이 가능하여 대량생산이 용이해진다. 한편, 두 개의 기판을 사용하는 제조방법의 경우에도 잉크 챔버가 형성된 제1 기판과 노즐판은 일체로 형성되므로 상기와 같은 장점을 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 점선으로 표시된 잉크 공급 매니폴드(112) 위에 잉크 토출부(100)들이 2열로 배열되어 있고, 각 잉크 토출부(100)와 전기적으로 연결되고 와이어가 본딩될 본딩 패드(102)들은 잉크 토출부(100)의 양측에 배치되어 있다. 또한, 매니폴드(112)는 잉크를 담고 있는 잉크 저장고(미도시)와 연결된다. 한편, 매니폴드(112)는 잉크 토출부(100)의 각 열마다 하나씩 형성될 수도 있다. 도면에서 잉크 토출부(100)들은 2열로 배치되어 있지만, 1열로 배치될 수도 있고, 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 이상으로 배치될 수도 있다. 한편, 도면에는 한 가지 색상의 잉크만을 사용하는 프린트 헤드가 도시되어 있지만, 컬러 인쇄를 위해 각 색상별로 3군 또는 4군의 잉크 토출부군이 배치될 수도 있다.
도 4는 도 3에 표시된 A-A 선을 따른 본원 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 수직 단면도이다.
도시된 바와 같이, 잉크 토출부의 기판(110)에는 그 표면쪽에 잉크가 채워지는 잉크 챔버(114)가 형성되고, 그 배면쪽에는 잉크 챔버(114)로 잉크를 공급하는 매니폴드(112)가 형성된다. 여기에서, 기판(110)은 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하며, 잉크 챔버(114)는 대략 반구형의 형상으로 된 것이 바람직하다.
그리고, 잉크 챔버(114)와 매니폴드(112) 사이에는 이들을 서로 연결하는 잉크 채널(116)이 형성된다. 잉크 채널(114)은 잉크 챔버(114)의 가장자리에 수직으로 형성되며, 그 단면 형상은 원형으로 된 것이 바람직하다. 한편, 잉크 채널(116)의 위치와 그 단면 형상은 변경될 수 있다. 즉, 잉크 채널(116)의 위치는 정확히 잉크 챔버(114)의 가장자리에 형성되지 않더라도, 후술하는 노즐(122)과 일직선 상에 있지 않도록 잉크 챔버(114)의 중심부를 벗어난 위치, 예컨대 잉크 챔버(114)의 가장자리 부근에 형성될 수 있다. 그리고, 잉크 채널(116)의 단면 형상은 원형이 아니더라도 타원형이나 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
기판(110)의 표면에는 잉크 챔버(114)의 중심에 대응하는 위치에 노즐(122)이 마련된 노즐판(120)이 적층되며, 이 노즐판(120)은 잉크 챔버(114)의 상부 벽을 이루게 된다. 노즐판(120)은, 기판(110)이 실리콘으로 이루어진 경우, 실리콘 기판(110)을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 본원 발명의 프린트 헤드에서는, 노즐(122)은 잉크 챔버(114)의 중심부에 위치하게 되나, 잉크 채널(114)은 잉크 챔버(114)의 중심부를 벗어나 그 가장자리 부근에 배치된다. 따라서, 노즐(122)과 잉크 챔버(114) 및 잉크 채널(116)은 일직선으로 배열되지 않는다. 이러한 잉크 채널(116)의 배치는 버블의 팽창에 의해 잉크가 잉크 채널(116)을 통해 역류되는 문제점을 방지하는데 효과적이며, 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 잉크 챔버(114)의 아래쪽에 잉크 채널(116)과 매니폴드(112)가 배치되므로 단위 노즐(122)이 점유하는 면적이 좁아져서 노즐 밀도가 높아지게 된다.
노즐판(120) 위에는 노즐(122)을 둘러싸는 형상으로 버블 생성용 히터(130)가 형성된다. 이 히터(130)는 바람직하게는 원형의 링 형상으로 되어 있으며, 불순물이 도핑된 폴리 실리콘이나 탄탈륨-알루미늄 합금과 같은 저항 발열체로 이루어진다. 그리고, 히터(130)의 외경은 잉크 챔버(114)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.
노즐판(120)과 히터(130) 위에는 히터(130)를 보호하기 위한 제1 보호막(140)이 형성된다. 상기 제1 보호막(140)으로서 바람직하게는 실리콘 질화막이 사용될 수 있다.
그리고, 히터(130)에는 펄스상 전류를 인가하기 위하여 통상 금속으로 이루어진 전극(150)이 연결된다. 도 5a는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 일례를 나타낸 평면도로서, 이를 참조하면 링 형상의 히터(130)에 전극(150)이 서로 마주보며 연결되어 있다. 즉, 이 히터(130)는 전극(150) 사이에서 병렬로 접속되어 있는 형태이다. 그리고, 링 형상의 히터(130)를 가진 잉크 토출부(100)에서 잉크 채널(116)은 히터(130)의 전극(150)과 접속되는 부분 아래쪽에 위치한다.
한편, 도 5b는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 다른 예를 나타낸 평면도로서, 이를 참조하면 히터(130')는 노즐(122)을 둘러싸는 대략 오메가 형상으로 형성되어 있으며, 전극(150')은 히터(130')의 양단부에 각각 접속된다. 즉, 도 5b에 도시된 히터(130')는 전극(150') 사이에서 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 오메가 형상의 히터(130')를 가진 잉크 토출부(100')에서, 잉크 채널(116)은 히터(130')의 목부위 아래쪽에 위치한다. 이는 버블의 성장과 토출 과정에서 잉크 챔버(114) 내의 유체 압력의 불균일도를 최소화시킬 수 있기 때문이다.
그리고, 도 5a와 도 5b에서 잉크 채널(116)의 단면 형상은 원형으로 도시되어 있으나, 잉크 리필과 토출 주파수를 향상시키기 위하여 사각형이나 타원형 등으로 될 수도 있다. 예컨대, 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 또 다른 예를 나타낸 도 5c에 도시된 바와 같이, 잉크 채널(116')은 사각형의 단면 형상을 가질 수 있으며, 또한 잉크 챔버(114) 밖으로 다소 벗어날 수도 있다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 전극(150) 위에는 이를 보호하기 위한 제2 보호막(160)이 형성된다. 상기 제2 보호막(160)으로는 실리콘 산화막 또는 TEOS(Tetraethyle ortho silicate) 산화막이 형성될 수 있다.
그리고, 잉크 챔버(114)의 상부에는 노즐(122)의 가장자리로부터 잉크 챔버(114)의 깊이 방향으로 연장되는 노즐 가이드(170)가 형성될 수 있다. 노즐 가이드(170)는 토출되는 잉크 액적을 가이드하여 잉크 액적이 기판(110)에 정확히 수직한 방향으로 토출될 수 있도록 하는 기능을 한다.
이하에서는 도 6a 및 6b를 참조하며 본 발명에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 잉크 액적 토출 메카니즘을 설명하기로 한다.
먼저 도 6a를 참조하면, 모세관 현상에 의해 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)을 통해 잉크 챔버(114) 내부로 잉크(190)가 공급된다. 잉크 챔버(114) 내부에 잉크(190)가 채워진 상태에서, 전극(150)을 통해 히터(130)에 펄스상 전류가 인가되면 히터(130)에서 열이 발생된다. 발생된 열은 히터(130) 아래의 노즐판(120)을 통해 잉크 챔버(114) 내부의 잉크(190)로 전달되고, 이에 따라 잉크(190)가 비등하여 버블(195)이 생성된다. 이 버블(195)의 형상은 히터(130)의 형상에 따라 대략 도우넛 형상이 된다.
도우넛 형상의 버블(195)은 시간이 지남에 따라 팽창하게 되고, 도 6b에 도시된 바와 같이 팽창된 버블(196)에 의한 압력에 의해 잉크 챔버(114)로부터 노즐(122)을 통해 잉크 액적(191)이 토출된다.
이때, 팽창된 버블(196)이 잉크 챔버(114)의 가장자리에 위치한 잉크 채널(116)을 막게 되므로 잉크(190)의 역류가 방지된다. 따라서, 서로 인접한 다른잉크 토출부와의 간섭(cross talk)이 억제되므로 잉크토출 특성이 향상된다.
그리고, 토출되는 액적(191)은 노즐 가이드(170)에 의해 토출방향이 가이드되어 정확히 기판(110)에 수직한 방향으로 토출될 수 있게 된다.
또한, 잉크 챔버(114)의 형상이 반구형으로 되어 있어 종래의 직육면체 또는 피라밋 모양의 잉크 챔버에 비해 버블(195, 196)의 팽창 경로가 안정적이다.
다음으로, 본 발명에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 19는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 본 실시예에서 기판(110)은 그 두께가 대략 300㎛인 실리콘 기판을 사용한다. 이는, 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼를 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이기 때문이다. 이 실리콘 기판(110)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 실리콘 기판(110)의 표면 및 배면이 산화되어 실리콘 산화막(120, 122)이 형성된다. 기판(110) 표면쪽의 실리콘 산화막(120)은 전술한 노즐판이고, 배면쪽의 실리콘 산화막(122)은 도 17에 도시된 바와 같이 매니폴드(112)를 형성하기 위한 제1 식각 마스크(122')로서 이용될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 것은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 프린트 헤드는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩 상태로 제조된다. 또한, 도 7에서는 기판(110)의 표면과 배면 모두에 실리콘 산화막(120,122)이 형성된 것으로 도시되었는데, 이는 실리콘 웨이퍼의 배면도 산화 분위기에 노출되는 배치식 산화로를 사용하였기 때문이다. 그러나, 웨이퍼의 표면만 노출되는 매엽식 산화로를 사용하는 경우는 배면에 실리콘 산화막(122)이 형성되지 않는다.
이어서, 기판(110) 표면 쪽의 실리콘 산화막(120) 상에 히터(130)를 형성한다. 이 히터(130)는 실리콘 산화막(120) 전면에 불순물이 도핑된 폴리 실리콘을 증착시킨 다음 이를 환상으로 패터닝함으로써 형성된다. 구체적으로, 불순물이 도핑된 폴리 실리콘은 저압 화학기상증착법(Low pressure chemical vapor deposition; LPCVD)으로 불순물로서 예컨대 인(P)의 소스가스와 함께 증착함으로써 대략 0.7 내지 1㎛ 두께로 형성될 수 있다. 이 폴리 실리콘막의 증착 두께는, 히터(130)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 다른 범위로 할 수도 있다. 실리콘 산화막(120) 전면에 증착된 폴리 실리콘막은 포토마스크와 포토레지스트를 이용한 사진공정과 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각하는 식각공정에 의해 패터닝된다.
도 8은 도 7의 결과물 전면에 히터(130)를 보호하기 위한 제1 보호막(140)을 형성한 후, 다시 그 위에 전극(150)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 제1 보호막(140)은 예컨대, 실리콘 질화막을 대략 0.5㎛ 두께로 화학기상증착법으로 증착함으로써 이루어질 수 있다. 그리고, 제1 보호막(140)을 부분적으로 식각하여 전극(150)과 접속될 부분의 히터(130)를 노출한다. 이어서, 전극(150)은 도전성이 좋고 패터닝이 용이한 금속 예컨대, 알루미늄이나 알루미늄 합금을 대략 1㎛ 두께로 스퍼터링법으로 증착하고 패터닝함으로써 형성된다. 이때, 전극(150)을 이루는 금속막은 기판(110) 상의 다른 부위에서 배선(미도시)과 본딩 패드(도 3의 102)를 이루도록 동시에 패터닝된다.
도 9는 전극(150)이 형성된 기판(110) 전면에 전극(150)을 보호하기 위한 제2 보호막(160)과 잉크가 토출되는 노즐(122)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 제2 보호막(160)은 TEOS 산화막을 대략 0.7 ~ 1㎛ 정도의 두께로 플라즈마 화학기상증착법에 의해 증착함으로써 이루어질 수 있다. 이어서, 히터(130)의 안쪽으로 히터(130)의 직경보다 작은 직경, 예컨대 16∼20㎛ 정도의 직경으로 제2 보호막(160), 제1 보호막(140) 및 실리콘 산화막(120)을 순차 식각하여 노즐(122)을 형성한다. 노즐(122)은 포토마스크와 포토레지스트를 이용한 사진공정과 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각하는 식각공정에 의해 형성될 수 있다.
도 10과 도 11은 노즐 가이드(170)를 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다. 한편, 노즐 가이드(170)를 형성하지 않는 경우에는 도 10과 도 11에 도시된 단계는 수행되지 않는다.
먼저 도 10에 도시된 바와 같이, 노즐(122)에 의해 노출된 기판(110)을 이방성 식각하여 소정 깊이의 홀(172)을 형성한다. 이어서, 잉크 토출부의 전면에 소정의 물질막, 예컨대 TEOS 산화막(174)을 대략 1㎛ 두께로 증착한다. 다음으로, TEOS 산화막(174)을 기판(110)이 노출될 때까지 이방성 식각하면 도 11에 도시된 바와 같이 홀(172)의 측벽에 노즐 가이드(170)가 형성된다.
도 12는 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116)을 형성한 상태를 도시한 것이다.구체적으로, 잉크 챔버(114)는 노즐(122)에 의해 노출된 기판(110)을 등방성 식각함으로써 형성할 수 있다. 구체적으로, XeF2가스 또는 BrF3가스를 식각가스로 사용하여 기판(110)을 소정 시간 동안 건식식각한다. 그러면 도시된 바와 같이, 그 깊이와 반경이 대략 30㎛인 대략 반구형의 잉크 챔버(114)가 형성된다.
도 13 내지 도 17은 기판(110)의 배면을 식각하여 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 13에 도시된 바와 같이 기판(110)의 배면에 제1 식각 마스크(122')를 형성한다. 제1 식각 마스크(122')는 도 17의 단계에서 매니폴드(112)를 형성하기 위한 것으로, 도 7의 단계에서 기판(110)의 배면에 증착된 실리콘 산화막(122)을 패터닝함으로써 이루어질 수 있다. 한편, 제1 식각 마스크(122')는 기판(110)의 배면에 실리콘 산화막(122)과는 별도의 물질층을 증착한 후 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.
다음에는, 도 14에 도시된 바와 같이 제1 식각 마스크(122')가 형성된 기판(110)의 배면에 다시 제2 식각 마스크(124)를 형성한다. 제2 식각 마스크(124)는 도 15의 단계에서 채널 형성용 홀(116')을 형성하기 위한 것으로, 기판(110)의 배면에 포토레지스트를 스핀 코팅법에 의해 도포하고 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.
이어서, 도 15에 도시된 바와 같이 제2 식각 마스크(124)에 의해 노출된 기판(110)의 배면을 식각하여 소정 깊이의 채널 형성용 홀(116')을 형성한다. 구체적으로, 채널 형성용 홀(116')은 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma - ReactiveIon Etching) 법을 이용하여 기판(110)의 배면을 대략 60㎛ 깊이로 건식 식각함으로써 형성될 수 있다. 채널 형성용 홀(116')을 형성한 후에는 제2 식각 마스크(124)를 제거하여 도 16에 도시된 바와 같이 제1 식각 마스크(122')와 기판(110)의 배면 중 매니폴드(도 17의 112)가 형성될 부위를 노출시킨다.
마지막으로, 도 17에 도시된 바와 같이 노출된 기판(110)의 배면을 식각하여 매니폴드(112)를 형성한다. 이와 동시에 채널 형성용 홀(116')은 더욱 깊게 식각되어 잉크 챔버(114)의 가장자리와 연결됨으로써 잉크 채널(116)이 형성된다. 이와 같은 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)의 형성 단계도 ICP-RIE 법을 사용한 건식 식각에 의해 수행될 수 있다.
한편, 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)은 전술한 방법과는 다른 방법으로 형성될 수 있으며, 이러한 방법은 도 18과 도 19에 도시되어 있다.
먼저, 도 13의 단계에서 기판(110)의 배면에 제1 식각 마스크(122')를 형성한 후, 도 18에 도시된 바와 같이 노출된 기판(110)의 배면을 식각하여 매니폴드(112)를 형성한다. 매니폴드(112)는 전술한 바와 같이 ICP-RIE 법을 사용한 건식 식각에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 도 19에 도시된 바와 같이 매니폴드(112)가 형성된 기판(110)의 배면에 제2 식각 마스크(124')를 형성한다. 제2 식각 마스크(124')는 기판(110)의 배면에 포토레지스트를 스프레이 코팅법에 의해 도포하고 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.
마지막으로, 패터닝된 제2 식각 마스크(124')에 의해 노출된 기판(110)을ICP-RIE 법을 사용하여 건식 식각한 뒤 제2 식각 마스크(124')를 제거하면, 도 17에 도시된 바와 같이 잉크 채널(116)이 형성됨으로써 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드가 완성된다.
한편, 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)의 형성은 습식 식각법에 의해 수행될 수도 있으나, 상기한 바와 같이 ICP-RIE 법에 의한 건식 식각에 의하는 것이 바람직하다. 이는 건식 식각법에 의하면 잉크 채널(116)의 위치와 크기를 용이하게 조절할 수 있고, 이에 따라 매니폴드(112)의 면적을 보다 작게 형성하여 구조적으로 견고한 프린트 헤드를 제조할 수 있으며, 또한 식각액에 의한 기판(110)의 오염도 방지될 수 있기 때문이다. 그리고, 기판(110)을 그 표면쪽에서 식각하여 잉크 채널(116)을 형성하지 않고, 기판(110)을 그 배면쪽에서 식각하여 잉크 채널(116)을 형성하게 되므로, 기판(110) 표면에 형성된 구성요소들이 플라즈마에 의해 손상받지 않는다.
도 20 내지 도 22는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 다른 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 이 제조방법은 잉크 챔버와 잉크 채널은 제1 기판에 형성하고, 매니폴드는 제1 기판과는 별도의 제2 기판에 형성한 후, 제1 기판과 제2 기판을 접합함으로써 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드를 제조하는 방법이다.
먼저, 도 20에 도시된 바와 같이 제1 기판(110a)의 표면쪽에 히터(130), 전극(150), 노즐(122), 노즐 가이드(170) 및 반구형 잉크 챔버(114)를 순차적으로 형성한다. 여기에서, 제1 기판(110a)은 그 두께가 대략 100㎛인 실리콘 기판을 사용한다. 그리고, 제1 기판(110a)의 표면쪽에 형성되는 히터(130) 등의 구성요소들은전술한 방법과 같은 방법으로 형성되므로 그 설명은 생략한다. 이어서, 제1 기판(110a)의 배면에 잉크 채널(116)이 형성될 부위를 노출시키는 식각 마스크를 형성하고, 노출된 제1 기판(110a)의 배면을 식각하여 잉크 챔버(114)의 가장자리에 연결되는 잉크 채널(116)을 형성한다. 잉크 채널(116)은 ICP-RIE 법을 사용하여 제1 기판(110a)의 배면을 건식 식각함으로써 형성될 수 있다. 잉크 채널(114)이 형성된 후에 식각 마스크는 제거될 수 있다.
상기한 제1 기판(110a)에 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116) 등을 형성하는 과정과는 별도로, 도 21에 도시된 바와 같이 제2 기판(110b)에 매니폴드(112)를 형성한다. 여기에서, 제2 기판(110b)은 그 두께가 대략 600㎛인 실리콘 기판을 사용한다. 매니폴드(112)는 상기한 건식 식각법에 의해 형성될 수 있으며, 또는 에칭액(etchant)으로서 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)를 사용하는 습식 식각법에 의해 형성될 수 있다. 한편, 매니폴드(112)는 제2 기판(110b)의 매니폴드(112)가 형성될 부위를 샌드 블라스트(sand blast)에 의해 제거함으로써 형성될 수도 있다.
마지막으로, 도 20에 도시된 제1 기판(110a)과 도 21에 도시된 제2 기판(110b)를 접합함으로써, 도 22에 도시된 바와 같은 두 개의 기판(110a, 110b)이 접합되어 이루어진 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드가 완성된다. 여기에서, 두 개의 기판(110a, 110b)의 접합은 잘 알려져 있는 SDB(Silicon Direct Bonding)법에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, 본 발명에서 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있다. 즉, 기판은 반드시 실리콘이 아니라도 가공성이 좋은 다른 물질로 대체될 수 있고, 히터나 전극, 실리콘 산화막, 질화막 등도 마찬가지이다. 또, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법과 식각방법이 적용될 수 있다. 아울러, 각 단계에서 예시된 구체적인 수치는 제조된 프린트 헤드가 정상적으로 작동할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 예시된 범위를 벗어나 조정가능하다. 또한, 본 발명의 프린트 헤드 제조방법의 각 단계의 순서는 예시된 바와 달리할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 잉크 채널이 잉크 챔버의 중심부를 벗어나 그 가장자리 부근에 배치되므로, 팽창된 버블이 잉크 채널을 막게 되어 잉크의 역류가 방지된다. 따라서, 서로 인접한 다른 잉크 토출부와의 간섭이 억제되고 잉크토출 특성이 향상된다.
둘째, 잉크 챔버의 아래쪽에 잉크 채널과 매니폴드가 배치되므로 노즐 밀도가 높아져서 고해상도의 프린트 헤드를 구현하기가 용이하다.
셋째, 잉크 챔버와 잉크 채널이 형성된 기판상에 노즐이 마련된 노즐판이 일체화되어 형성되므로, 잉크 챔버와 노즐이 오정렬되는 종래의 문제점이 해소된다. 한편, 두 개의 기판을 사용하는 경우에도 잉크 챔버가 형성된 제1 기판과 노즐판은일체로 형성되므로 상기와 같은 장점을 가진다. 또한, 일반적인 반도체 소자의 제조공정과 호환이 가능하며 대량생산이 용이해진다.
넷째, 히터를 환상으로 형성하고, 잉크 챔버의 형상을 반구형으로 형성함으로써, 버블의 팽창 경로가 안정적이고 잉크의 역류가 억제되어 다른 잉크 토출부와의 간섭을 피할 수 있으며, 노즐 가이드에 의해 액적의 토출방향이 가이드되어 액적이 기판에 정확히 수직한 방향으로 토출될 수 있게 된다.
Claims (25)
- 그 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 그 배면쪽에는 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 상기 잉크 챔버의 아래쪽에 위치하도록 형성되며, 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드 사이에는 수직으로 관통된 잉크 채널이 형성된 기판;상기 기판 상에 일체로 형성되며, 상기 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐판;상기 노즐판 상에 상기 노즐을 둘러싸는 형상으로 형성된 히터; 및상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 전극;을 구비하며,상기 잉크 챔버는 실질적으로 반구형의 형상을 가지고, 상기 잉크 채널은 상기 노즐과 일직선상에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 잉크 채널은 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근에 형성된 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 히터는 링 형상이며, 상기 잉크 채널은 상기 히터의 상기 전극과 접속되는 부분 아래쪽에 위치하는 것을 특징을 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 히터는 오메가 형상이며, 상기 잉크 채널은 상기 히터의 목부위 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 잉크 채널의 단면 형상은 원형인 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 잉크 채널의 단면 형상은 사각형인 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 기판은 실리콘 웨이퍼이며, 상기 노즐판은 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 노즐의 가장자리에서 상기 잉크 챔버의 깊이 방향으로 연장된 노즐 가이드가 형성된 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
- 제 1항에 있어서,상기 기판은 상기 잉크 챔버와 상기 잉크 채널이 형성된 제1 기판과, 상기 매니폴드가 형성된 제2 기판이 접합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.
- 기판의 표면에 노즐판을 형성하는 단계;상기 노즐판 상에 환상의 히터를 형성하는 단계;상기 노즐판 상에 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계;상기 히터의 안쪽으로 상기 히터의 직경보다 작은 직경으로 상기 노즐판을식각하여 잉크의 토출이 이루어지는 노즐을 형성하는 단계;상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 식각하여, 실질적으로 반구형의 형상을 가지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드와, 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근까지 관통된 수직 잉크 채널을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,상기 기판은 실리콘 웨이퍼이고, 상기 노즐판을 형성하는 단계는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,상기 히터 위에는 제1 보호막이 형성되며, 상기 제1 보호막 상에 상기 전극이 형성되고, 상기 전극 위에 제2 보호막이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는, 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 등방성 건식식각함으로써 상기 잉크 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯프린트 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는;상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 이방성 식각하여 소정 깊이의 홀을 형성하는 단계와,상기 이방성 식각된 기판의 전면에 소정의 물질막을 소정 두께로 증착하는 단계와,상기 물질막을 이방성 식각하여 상기 홀의 바닥을 노출함과 동시에 상기 홀의 측벽에 상기 물질막으로 이루어진 노즐 가이드를 형성하는 단계와,상기 홀의 바닥에 노출된 상기 기판을 등방성 식각하여 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 14항에 있어서,상기 물질막은 TEOS 산화막인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 매니폴드와 잉크 채널을 형성하는 단계는;상기 기판의 배면에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하고, 다시 그 위에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하는 단계와,상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여소정 깊이의 잉크 채널 형성용 홀을 형성하는 단계와,상기 잉크 채널용 식각 마스크를 제거하여 상기 매니폴드용 식각 마스크를 노출시키는 단계와,상기 매니폴드용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 매니폴드와 상기 잉크 채널을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 16항에 있어서,상기 매니폴드용 식각 마스크는 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 이루어지며, 상기 잉크 채널용 식각 마스크는 포토레지스트를 스핀 코팅법에 의해 도포한 뒤 이를 패터닝함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 매니폴드와 잉크 채널을 형성하는 단계는;상기 기판의 배면에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하는 단계와,상기 매니폴드용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 매니폴드를 형성하는 단계와,상기 매니폴드가 형성된 상기 기판의 배면에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하는 단계와,상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여상기 잉크 채널을 형성하는 단계와,상기 잉크 채널용 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 18항에 있어서,상기 매니폴드용 식각 마스크는 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 이루어지며, 상기 잉크 채널용 식각 마스크는 포토레지스트를 스프레이 코팅법에 의해 도포한 뒤 이를 패터닝함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 16항 또는 제 18항에 있어서,상기 기판 배면의 식각은 건식 식각법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제1 기판의 표면에 노즐판을 형성하는 단계;상기 노즐판 상에 환상의 히터를 형성하는 단계;상기 노즐판 상에 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계;상기 히터의 안쪽으로 상기 히터의 직경보다 작은 직경으로 상기 노즐판을 식각하여 잉크의 토출이 이루어지는 노즐을 형성하는 단계;상기 노즐에 의해 노출된 상기 제1 기판을 식각하여, 실질적으로 반구형의형상을 가지는 잉크 챔버를 형성하는 단계;상기 제1 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근까지 관통된 수직 잉크 채널을 형성하는 단계;제2 기판에 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계; 및상기 제2 기판 위에 상기 제1 기판을 접합하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 21항에 있어서,상기 제1 기판과 제2 기판은 모두 실리콘 웨이퍼이고, 상기 노즐판을 형성하는 단계는 상기 제1 기판용 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 21항에 있어서,상기 잉크 채널을 형성하는 단계는, 상기 제1 기판의 배면에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하고, 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 제1 기판의 배면을 건식 식각하여 상기 잉크 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 21항에 있어서,상기 매니폴드를 형성하는 단계는, 상기 제2 기판에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하고, 상기 식각 마스크에 의해 노출된 상기 제2 기판의 소정 부위를 식각에 의해 제거함으로써 상기 매니폴드를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제 21항에 있어서,상기 매니폴드를 형성하는 단계는, 상기 제2 기판의 소정 부위를 샌드 블라스트에 의해 제거함으로써 상기 매니폴드를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH05338178A (ja) * | 1991-12-23 | 1993-12-21 | Canon Inf Syst Res Australia Pty Ltd | インクジェットプリントデバイス |
| JP2001088297A (ja) * | 1999-09-21 | 2001-04-03 | Fuji Xerox Co Ltd | インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録方法及びインクジェット記録装置 |
| KR100374788B1 (ko) * | 2000-04-26 | 2003-03-04 | 삼성전자주식회사 | 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조방법 및잉크 토출방법 |
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| KR100374788B1 (ko) * | 2000-04-26 | 2003-03-04 | 삼성전자주식회사 | 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조방법 및잉크 토출방법 |
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