KR100650708B1

KR100650708B1 - 마이크로 노즐 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100650708B1
Application number: KR1020050111133A
Authority: KR
Inventors: 박성준; 정재우; 심원철
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2006-11-27

Abstract

마이크로 노즐 및 그 제조방법이 개시된다. 회전축에 의해 지지되는 테이블 상에 안착되는 대상물에 발수물질을 제1 방향으로 증착시키는 진공증착챔버 내에서 마이크로 노즐을 제조하는 방법으로서, (a) 제1 방향에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향을 향하는 경사면을 형성하는 테이블에 마이크로 노즐이 형성된 기판을 안착시키는 단계, (b) 테이블을 회전축을 중심으로 회전시키면서, 진공증착에 의해 노즐의 내주면에 발수층을 형성하는 단계를 포함하는 마이크로 노즐 제조방법은, 잉크젯 헤드의 노즐 등 마이크로 노즐에 형성되는 발수층의 깊이를 균일하게 제어하고, 노즐 후면에 발수층이 증착되는 것을 방지하여 발수 처리된 노즐들의 균일성 및 재현성이 우수하게 된다.

마이크로 노즐, 잉크젯 헤드, 발수층, 진공증착

Description

마이크로 노즐 및 그 제조방법{Micro nozzle and the method of manufacturing the same}

도 1은 종래의 진공 증착법에 의한 잉크젯 헤드용 노즐의 발수처리 방법을 나타낸 흐름도.

도 2는 종래의 진공 증착법에 의한 잉크젯 헤드용 노즐 표면에 발수층을 형성하는 공정을 나타낸 흐름도.

도 3은 잉크젯 헤드용 노즐의 노즐부를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 노즐의 제조방법을 나타낸 순서도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 노즐을 나타낸 확대도.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 노즐 제조장치를 나타낸 블록도.

도 7은 도 6의 'A'에 대한 확대도.

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발수층이 형성된 마이크로 노즐을 나타낸 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 진공증착챔버 10 : 테이블

12 : 회전축 20 : 기판

22 : 노즐 24 : 단턱

40 : 제1 방향 50 : 제2 방향

60 : 발수층

본 발명은 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 노즐 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 마이크로 노즐은 산업용 또는 OA용 프린터에 사용되는 잉크젯 헤드의 노즐 등이 있으며, 본 발명은 이러한 마이크로 노즐에 대한 발수처리를 통한 노즐 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 잉크는 미세한 액적의 형태로 분사되며, 인쇄 품질을 높이기 위해서는 잉크가 완전한 액적 형태로 안정되게 분사되어야 한다. 이를 위해서 노즐 부위를 발수(Hydrophobicity) 처리하여 매니스커스(Meniscus) 형성이 원활히 이루어지도록 해야 한다.

잉크젯 헤드의 노즐과 같은 마이크로 노즐의 발수 처리를 위해, 종래에는 전주 도금법에 의하여 노즐을 형성하는 방법과 마이크로 펀칭과 연마 공정에 의하여 노즐을 형성하는 방법이 사용되고 있다. 상기 방법들에 의하여 제조되는 노즐의 출구 부위는 잉크젯 헤드에서 분사되는 잉크 액적의 크기, 잉크의 분사 성능, 잉크 분사의 안정성과 연속 분사에 중요한 영향을 미치는 인자이다.

노즐의 표면이 발수성을 가지지 못하는 경우에는 잉크의 분사가 반복됨에 따라 노즐 표면이 젖게 되는 웨팅(wetting) 현상이 발생하게 된다. 이러한 웨팅 현상이 발생하면 분사되는 잉크가 노즐의 표면에 젖어있는 잉크와 하나의 덩어리를 형성하게 되어 잉크가 완전한 액적의 형태를 가지지 못한 채 흘러내리게 된다. 그 결과 인쇄의 상태가 나쁘고, 잉크의 분사 후 형성되는 매니스커스도 불안정하게 된다.

따라서 잉크젯 헤드의 신뢰성을 확보하기 위해서는 노즐의 표면을 발수 처리하는 것이 필수적이다. 한편, 노즐면의 발수 처리를 위한 종래 기술로서 진공 증착법을 이용하여 발수 물질을 잉크젯 노즐 부위에 도포하는 방법도 사용되고 있다.

도 1은 종래의 진공 증착법에 의한 잉크젯 헤드용 노즐의 발수처리 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 종래의 진공 증착법에 의한 잉크젯 헤드용 노즐 표면에 발수층을 형성하는 공정을 나타낸 흐름도이다. 도 1 및 도 2는 노즐의 후면에 진공 증착법의 직진성을 이용하여 균일한 부도체박막을 형성하고 노즐 전면에 전체적으로 발수 물질을 도금하는 방법을 도시하고 있다.

도 1과 같이 노즐(30)에 발수처리를 하기 전에 노즐의 후면에 진공 증착법에 의하여 부도체 박막(32)을 형성한다. 부도체 박막(32)이 형성된 노즐(30)에 테플론계 발수 물질을 증착하여 발수층(34)을 형성한다. 노즐(30)의 표면에 발수층(34)이 형성되면 노즐(30)을 열처리하여 노즐의 발수처리를 완료한다.

또한, 도 2와 같이 진공 증착법의 직진성을 이용하여 발수층의 원료 물질(34)을 직진 운동시켜 노즐(30)의 마주하는 부위에 증착하게 한다.

일반적으로 잉크젯 헤드용 노즐의 발수층은 노즐의 입구에 위치하며, 노즐 내부로 수 ㎛ 안쪽까지 형성된다. 전술한 종래의 잉크젯 헤드용 노즐의 발수층 형성 방법들은 노즐 후면에 발수층이 증착되는 것을 완전하게 방지하기 어렵고, 발수층이 노즐 내부로 균일한 깊이로 형성되도록 제어하는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 이로 인해, 발수처리 후 액적 분사시 액적의 크기가 균일하지 못하거나 반복 인쇄의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 전술한 종래 기술은 공정이 복잡하여 공정 조건을 관리하기 어렵고, 노즐 후면부에 발수층이 형성될 가능성이 있으며, 노즐 후면에 발수층이 형성되는 것을 방지한다 하더라도 발수처리를 위해 코팅된 노즐 플레이트의 수율이 낮거나 노즐마다 코팅된 정도가 불균일하다는 문제점이 있다.

잉크젯 헤드용 노즐의 발수처리에 관한 종래기술로서, 첫째, 노즐의 후면에만 절연막을 형성하여 발수층의 깊이를 제어하는 기술의 경우 절연막 형성과정에서 발수층의 깊이가 결정되므로 발수층 깊이를 균일하게 제어하는 정밀도가 떨어진다는 문제가 있다.

둘째, 콘택트 프린팅 방법을 사용하여 안정적으로 발수층 형성하는 기술의 경우 발수층을 노즐 내부로 균일한 깊이로 형성하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 잉크젯 헤드의 노즐 등 마이크로 노즐에 형성되는 발수층의 깊이를 균일하게 제어할 수 있고 노즐 후면에 발수층이 처리되는 것을 방지할 수 있는 마이크로 노즐 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 회전축에 의해 지지되는 테이블 상에 안착되는 대상물에 발수물질을 제1 방향으로 증착시키는 진공증착챔버 내에서 마이크로 노즐을 제조하는 방법으로서, (a) 제1 방향에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향을 향하는 경사면을 형성하는 테이블에 마이크로 노즐이 형성된 기판을 안착시키는 단계, (b) 테이블을 회전축을 중심으로 회전시키면서, 진공증착에 의해 노즐의 내주면에 발수층을 형성하는 단계를 포함하는 마이크로 노즐 제조방법이 제공된다.

단계 (a)는 테이블을 제2 방향을 향하도록 기울이는 단계를 포함할 수 있다. 소정 각도는 노즐의 내주면에 발수층이 형성되는 깊이에 대응하는 것이 바람직하다. 소정 각도는 하기의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다.

θ=90 - tan^-1(D_H/D_N)

- 여기서 D_H는 발수층이 형성되는 깊이, D_N은 노즐의 지름이다.-

노즐의 주변과 기판의 표면 사이에 단턱이 형성될 수 있다. 소정 각도는 하기의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다.

θ=90 - tan^-1{(h+D_H)/(w+D_N)}

- 여기서 h는 단턱의 높이, D_H는 노즐의 내주면에 발수층이 형성되는 깊이, w는 노즐의 단부에서 단턱까지의 거리, D_N은 노즐의 지름이다.-

또한, 제1 방향으로 진공증착이 이루어지는 진공증착챔버와, 진공증착챔버 내에 결합되는 회전축과, 회전축에 회전 가능하게 지지되며, 마이크로 노즐이 형성된 기판을 안착시키기 위한 테이블을 포함하되, 테이블은 제1 방향에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향을 향하는 경사면을 형성하는 마이크로 노즐 제조장치가 제공된다.

회전축은 테이블이 경사면을 형성하도록 진공증착챔버에 결합되는 것이 바람직하다. 회전축과 테이블 사이에는 힌지축이 개재되며, 힌지축의 회전에 의해 테이블은 경사면을 형성할 수 있다.

노즐의 주변과 기판의 표면 사이에 단턱이 형성될 수 있다. 소정 각도는 노즐의 내주면에 진공증착이 되는 깊이에 대응하는 것이 바람직하다. 소정 각도는 하기의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다.

θ=90 - tan^-1{(h+D_H)/(w+D_N)}

- 여기서 h는 단턱의 높이, D_H는 노즐의 내주면에 진공증착이 되는 깊이, w는 노즐의 단부에서 단턱까지의 거리, D_N은 노즐의 지름이다.-

또한, 기판과, 기판의 일부가 천공되어 형성되는 노즐과, 노즐의 내주면에 증착되는 발수층을 포함하되, 발수층은, 제1 방향으로 발수물질을 진공증착시키는 진공증착챔버 내에서, 회전축에 의해 지지되며 제1 방향에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향을 향하는 경사면을 형성하는 테이블 상에 기판을 안착시키고, 테이블을 회전축을 중심으로 회전시키면서 진공증착 공정을 수행함으로써 형성되는 제조되는 마이크로 노즐이 제공된다.

노즐의 주변과 기판의 표면 사이에 단턱이 형성될 수 있다. 발수층이 증착되는 깊이는 하기의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다.

D_H = (w+D_N)tan(90-θ) - h

- 여기서 h는 단턱의 높이, w는 노즐의 단부에서 단턱까지의 거리, D_N은 노즐의 지름, θ는 소정 각도이다.-

발수층이 증착되는 깊이는 소정 각도에 대응하는 것이 바람직하다. 발수층이 증착되는 깊이는 하기의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다.

D_H = D_N tan(90-θ)

- 여기서 D_N은 노즐의 지름, θ는 소정 각도이다.-

또한, 기판과, 기판의 일부가 천공되어 형성되는 노즐과, 노즐의 주변이 기판의 표면으로부터 함입되어 형성되는 단턱과, 기판의 표면 및 노즐의 내주면에 증착되는 발수층을 포함하되, 발수층의 표면은 기판의 표면에 대해 소정 각도 경사지 게 형성된 부분을 포함하는 마이크로 노즐이 제공된다.

노즐의 내주면에 발수층이 증착되는 깊이는 소정 각도에 대응하는 것이 바람직하다. 노즐의 내주면에 발수층이 증착되는 깊이는 하기의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다.

D_H = (w+D_N)tan(90-θ) - h

이하, 본 발명에 따른 마이크로 노즐 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 노즐의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 노즐을 나타낸 확대도이다. 도 5를 참조하면, 기판(20), 노즐(22), 단턱(24), 제1 방향(40), 제2 방향(50)이 도시되어 있다.

잉크젯 헤드의 노즐(22)에 형성되는 발수층은 일반적으로 도 3과 같은 형상으로 형성된다. 즉, 발수층(141)이 노즐(22) 주변의 기판(20)의 표면 및 노즐(22)의 내주면 안쪽으로 수 ㎛까지 형성되는 것이 보통이다. 전술한 바와 같이, 잉크젯 헤드의 노즐(22)에 발수층을 형성하기 위한 종래의 기술들은 노즐(22) 후면에 발수층이 증착되는 것을 완전하게 방지하기 어렵고, 모든 노즐(22)에 대해 균일한 깊이로 발수층을 형성하는 것이 곤란하며, 따라서 발수 처리 후 액적 분사시 액적 크기가 균일하지 못하거나 반복 인쇄의 신뢰성이 저하된다는 문제가 있다.

본 발명은 잉크젯 헤드의 노즐(22) 기판(20)에 진공증착으로 발수층을 형성하는 경우에 있어서, 진공증착시 증착챔버 내에 안착된 기판(20)을 소정 각도 기울임으로써 노즐부 후면에 발수층이 형성되는 것을 방지하기 위한 전처리 공정 없이도 발수층 처리를 용이하게 하고, 노즐(22)의 내주면에 형성되는 발수층의 깊이를 균일하게 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 진공증착챔버 내에 위치한 기판(20)을 소정 각도 기울여서 회전시킬 수 있도록 하여 노즐(22) 후면에 발수층 형성을 막음과 동시에 발수층 형성시 노즐(22)의 내주면에 증착되는 깊이 용이하게 제어하여 균일한 노즐(22) 형성이 가능하게 한다.

즉, 본 발명은 회전축에 의해 지지되는 테이블 상에 노즐 기판(20) 등의 대상물을 안착시키고, 발수물질을 제1 방향(40)으로 증착시키는 진공증착챔버 내에서 마이크로 노즐을 제조하는 방법으로서, 먼저, 제1 방향(40)에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향(50)을 향하는 경사면을 형성하는 테이블에 마이크로 노즐이 형성된 기판(20)을 안착시킨다(100).

진공증착챔버 내에서 발수물질은 직진성을 갖고 기판(20)에 증착되므로, 노즐(22)이 형성된 기판(20)을 발수물질이 증착되는 방향과 다른 방향을 향하도록 안 착시킴으로써 노즐(22)의 후면에 발수층이 증착되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 후술하는 바와 같이 노즐(22)이 형성된 기판(20)이 향하는 방향을 발수물질이 증착되는 방향과 달리하는 정도에 따라 노즐(22)의 내주면에 발수층이 증착되는 깊이를 제어할 수 있게 된다.

이를 위해, 진공증착이 이루어지는 챔버 내에 진공증착의 대상물인 기판(20)을 올려놓는 테이블을 소정 각도 만큼 기울이거나 기울일 수 있도록 함으로써 기판(20)이 향하는 방향과 증착이 이루어지는 방향 간의 각도를 조절할 수 있다.

즉, 본 실시예에서 진공증착챔버 내에 기판(20)을 올려놓기 위한 테이블은 증착이 이루어지는 방향에 대해 소정 각도를 갖는 방향을 향하는 경사면을 형성하게 되며, 이는 테이블을 상기 경사면을 형성한 상태로 진공증착챔버 내에 설치하거나, 테이블에 힌지축 등을 개재하여 테이블 면이 회전축에 대해 소정 각도 기울여지도록 제작하거나, 회전축에 회동 관절 등을 개재하여 회전축의 전부 또는 일부가 소정 각도 기울여지도록 하는 등 당업자에게 자명한 범위 내에서 테이블이 소정의 경사각을 유지하도록 하는 모든 구성으로 구현 가능하다.

즉, 본 발명 마이크로 노즐 제조방법은 진공증착챔버 내에서 증착이 이루어지는 방향에 대해 소정의 각도를 갖는 테이블에 진공증착의 대상이 되는 마이크로 노즐이 형성된 기판(20)을 안착시킴으로써 개시된다.

여기서 테이블이 소정 각도로 기울여질 수 있도록 구성된 경우에는, 테이블에 기판(20)을 안착시킨 후 기판(20)이 제2 방향(50)을 향하도록 테이블을 기울이거나, 테이블이 제2 방향(50)을 향하도록 기울인 후에 테이블면에 기판(20)을 안착 시킬 수 있다.

다음으로, 테이블을 회전축을 중심으로 회전시키면서, 진공증착에 의해 노즐(22)의 내주면에 발수층을 형성한다(110). 본 발명은 기판(20)을 소정 각도 기울인 상태에서 진공증착에 의해 발수층을 형성하는 것이므로, 기판(20)이 정지된 상태에서는 노즐(22)의 내주면 중 일부에만 발수층이 증착되게 된다. 따라서, 노즐(22)의 내주면에 균일하게 발수층이 형성되도록 하기 위해서는 노즐(22)을 중심으로 기판(20)을 회전시키면서 진공증착을 수행한다.

이를 위해 본 발명의 테이블을 회전시키는 회전축은 테이블이 그 위에 안착된 기판(20)의 한 점, 예를 들어 노즐(22)이 형성된 지점을 중심으로 면내 회전이 이루어지도록 구성한다. 회전축을 중심으로 테이블을 소정 각도 기울일 수 있도록 구성하는 경우, 회전축의 회전하더라도 소정 각도 기울여진 테이블이 면내에서 회전하지 않게 되며, 따라서 노즐(22)의 내주면에 골고루 발수층이 증착되지 않는다.

전술한 바와 같이 진공증착챔버 내에서 증착이 이루어지는 방향과 기판(20)이 향하는 방향을 달리할 경우 그 다른 정도, 즉 증착이 이루어지는 방향과 기판(20)이 향하는 방향 사이의 각도에 대응하여 노즐(22)의 내주면에 발수층이 형성되는 깊이가 결정된다.

도 5를 참조하면, 노즐(22)이 형성된 기판(20)이 향하는 제2 방향(50)에 대해 발수층이 증착되는 제1 방향(40)이 이루는 각도를 θ라 할 때, 다음과 같은 수학식이 성립하게 된다.

Tan(90-θ) = (D_H+h) / (D_N+w)

도 5에 도시된 바와 같이, D_H는 노즐(22)의 내주면에 발수층이 형성되는 깊이, h는 단턱(24)의 높이, D_N은 노즐(22)의 지름, w는 노즐(22)의 단부에서 단턱(24)까지의 거리이다. 예를 들어 θ=45°이고 h=42㎛, D_N=30㎛, w=10㎛이면 증착 깊이 D_H는 2㎛가 된다. 위의 식을 제1 방향(40)과 제2 방향(50)이 이루는 각도인 θ에 대해 정리하면 다음과 같다.

θ=90 - tan^-1{(h+D_H)/(w+D_N)}

즉, 본 발명에 따른 소정 각도는 상기의 수학식을 만족하게 된다. 한편, 본 발명이 노즐(22)의 주변과 기판(20)의 표면 사이에 반드시 단턱(24)을 형성하는 것에 한정되는 것은 아니므로, 단턱(24)이 없는 경우에 대해 상기 식을 정리하면 다음과 같다.

θ=90 - tan^-1(D_H/D_N)

상기 식에서 알 수 있듯이, 노즐(22)의 내주면에 발수층이 증착되는 깊이는 노즐(22)의 지름과 증착 방향에 대해 기판(20)이 기울여진 각도에 따라 달라진다. 즉, 본 발명 마이크로 노즐 제조방법은 노즐(22)이 형성된 기판(20)을 진공증착챔버 내에서 소정 각도 기울임으로써 노즐(22)의 내주면에 발수층이 증착되는 깊이를 균일하게 제어할 수 있게 된다.

즉, 증착이 이루어지는 방향에 대해 노즐(22)이 형성된 기판(20)을 소정 각도 기울이게 되면, 기울임 각보다 낮게 진행하는 이온 입자들은 그 직진성 때문에 단턱(24)에 걸리게 되고, 기울임 각보다 높게 진행하는 입자들은 노즐(22)의 내주면에 증착이 되어야 하는 소정 깊이 윗쪽으로 증착된다. 따라서 미리 설계된 기판(20)의 기울임 각도에 따라 노즐(22) 내부로 발수층이 증착되는 깊이가 정해진다.

즉, 본 발명에 따른 마이크로 노즐의 주변에 형성되는 단턱(24)은 발수층을 보호할 뿐만 아니라, 기판(20)을 기울여서 노즐(22)의 내주면에 발수층이 증착되는 깊이를 조절하는 것을 보다 용이하게 하는 역할을 한다.

한편, 도 5에는 노즐(22)의 주변을 함입시켜 계단형상의 단턱(24)이 형성된 경우를 도시하였으나, 본 발명이 반드시 이와 같은 단턱(24)의 형상에 한정되는 것은 아니고, 돌기형상, 방파제형상 등 당업자에게 자명한 범위 내에서 다른 형상의 단턱(24)을 포함함은 물론이며, 노즐(22)의 주변에 경사면을 형성하여 노즐(22)과 그 주변간에 단차가 존재하도록 하는 경우도 포함한다.

발수층의 원료 물질로는 다이아몬드 유사 탄소(Diamond-Like carbon), TiC, TiCN 또는 테플론(Teflon)계인 C₄F₈ 등이 사용될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 발수물질이 반드시 전술한 물질에 한정되는 것은 아니며, 진공증착에 의해 마이크로 노즐이 형성된 기판(20)에 증착될 수 있는 범위 내에서 다른 발수물질도 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 노즐 제조장치를 나 타낸 블록도이고, 도 7은 도 6의 'A'에 대한 확대도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 진공증착챔버(1), 테이블(10), 회전축(12), 기판(20), 제1 방향(40), 제2 방향(50)이 도시되어 있다.

본 발명에 따른 발수층은 진공증착챔버(1) 내에서 노즐(22)이 형성된 기판(20)의 표면에 발수층의 원료 물질을 진공증착법으로 증착함으로써 형성된다. 여기서 진공증착법은 통상의 스퍼터링(sputtering), 이베포레이션(evaporation), 화학증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등이 사용될 수 있다. 화학 증착법 중에서 대표적인 방법은 RF 마그네트론 플라즈마 화학증착법(Radio Frequency Magnetron Plasma CVD)이며, 이 방법은 무선 주파수(Radio Frequency, RF)에 자장을 걸어서 플라즈마를 활성화시켜 원료 물질을 원하는 부위에 증착시키는 방법이다.

도 6은 본 발명에 사용되는 마이크로 노즐 제조장치로서, 진공증착이 이루어지는 챔버의 기본구성을 도시한 것이다. 다만, 본 발명이 반드시 특정의 진공증착법에 한정되는 것은 아니며, 발수물질을 특정 방향으로 직진시켜 증착이 이루어지도록 하는 범위 내에서 다른 진공증착법 및 진공증착 장치가 사용될 수 있음은 물론이다.

도 6에서 발수층이 증착되는 기판(20)을 올려놓는 테이블(10)을 증착 공정 과정에서 도 7과 같이 소정 각도로 기울인 상태에서 회전할 수 있도록 제작하여 노즐(22) 내주면에 동일한 깊이로 발수층을 형성하여 노즐(22)간의 발수 처리 균일도를 우수하게 하였다.

이는 진공증착법의 특징으로 인해 발수 물질이 직선으로 증착된다는 점을 이용한 것으로, 증착되는 기판(20)을 일정 각도로 기울이고 회전시키면 원하는 노즐(22) 깊이까지 균일하게 증착이 가능하다.

즉, 본 발명에 따른 마이크로 노즐 제조장치는, 제1 방향(40)으로 진공증착이 이루어지는 진공증착챔버(1) 내에 회전축(12) 및 그에 회전 가능하게 지지되는 테이블(10)로 구성된다. 진공증착챔버(1) 내에서 진공증착이 이루어지도록 하는 다른 구성요소들은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

테이블(10)에는 잉크젯 헤드의 노즐(22)과 같이 마이크로 노즐이 형성된 기판(20)을 안착시키며, 테이블(10)은 제1 방향(40)에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향(50)을 향하도록 설치된다. 이는 진공증착챔버(1) 내에서 진공증착이 이루어지는 방향에 대해 소정 각도를 갖도록 테이블(10)을 설치하거나, 또는 진공증착이 이루어지는 방향에 대향하여 테이블(10)이 설치된 기존의 진공증착챔버(1)에 있어서 테이블(10)이 소정 각도로 경사질 수 있도록 힌지축 등을 부가함으로써 구현될 수 있다.

즉, 진공증착챔버(1) 내에서 테이블(10)을 지지하는 회전축(12)을 제1 방향(40)에 대해 소정 각도를 갖도록 결합하거나, 테이블(10)을 지지하는 회전축(12)과 테이블(10) 사이에 힌지축을 개재시켜 테이블(10)이 힌지축을 중심으로 소정 각도만큼 회전하여 제2 방향(50)을 향하도록 한다.

전술한 바와 같이 테이블(10) 및 그 위에 안착된 기판(20)이 회전함에 따라 노즐(22)의 내주면에 발수층이 고르게 증착되도록 하기 위해서는 테이블(10) 및 기판(20)이 면내에서 회전이 이루어지도록 회전축(12)을 구성해야 한다.

또한, 전술한 바와 같이 노즐(22)의 주변과 기판(20)의 표면 사이에는 노즐(22)의 주변을 함입시킴으로써 단턱(24)을 형성하는 것이 좋다. 단턱(24)은 노즐(22)의 내주면에 발수층이 증착되는 깊이를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 노즐(22) 주변에 증착된 발수층을 와이핑(wiping) 등으로부터 보호하는 역할을 한다.

도 5에서 설명한 바와 같이 기판(20)을 기울인 각도와 노즐(22)의 내주면에 발수층이 진공증착이 되는 깊이는 서로 대응하며, 보다 상세하게는 다음과 같은 수학식을 만족한다. 여기서 h는 단턱(24)의 높이, D_H는 노즐(22)의 내주면에 발수층이 진공증착이 되는 깊이, w는 노즐(22)의 단부에서 단턱(24)까지의 거리, D_N은 노즐(22)의 지름이다.

θ=90 - tan^-1{(h+D_H)/(w+D_N)}

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발수층이 형성된 마이크로 노즐을 나타낸 확대도이다. 도 8을 참조하면, 기판(20), 노즐(22), 단턱(24), 발수층(60), 경사부(62)가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 잉크젯 노즐(22)은 기판(20)의 일부가 천공되어 형성되며, 노즐(22)의 표면 및 내주면에는 발수층(60)이 증착된다. 발수층(60)은 진공증착에 의해 형성되며, 진공증착이 이루어지는 제1 방향(40)에 대해 기판(20)을 소정 각도 기울인 제2 방향(50)을 향하도록 설치하고, 면내 방향으로 회전시키면서 진공증착 공정을 수행함으로써 노즐(22) 내주면에 균일한 깊이로 증착되게 된다.

전술한 바와 같이 기판(20)을 소정 각도만큼 기울이기 위해서는 테이블(10)이 제2 방향(50)을 향하도록 회전축(12)을 설치하거나, 회전축(12)과 테이블(10) 사이에 힌지축이 개재시켜 테이블(10)을 소정 각도만큼 기울일 수 있도록 구성한다.

또한, 노즐(22)의 주변과 기판(20)의 표면 사이에는 발수층(60)이 증착되는 깊이를 조절하고 발수층(60)을 보호하기 위해 단턱(24)을 형성한다. 진공증착이 이루어지는 방향과 기판(20)이 향하는 방향 간의 각도에 대응하여 본 발명에 따른 마이크로 노즐의 내주면에 발수층(60)이 증착되는 깊이(D_H)가 달라지며, 이는 다음의 수학식과 같다. 여기서 D_N은 노즐(22)의 지름, θ는 전술한 각도이며, 단턱(24)이 형성되는 경우, h는 단턱(24)의 높이, w는 노즐(22)의 단부에서 단턱(24)까지의 거리이다.

D_H = D_N tan(90-θ) : 단턱(24)이 형성되지 않은 경우

D_H = (w+D_N)tan(90-θ) - h : 단턱(24)이 형성된 경우

한편, 본 실시예에서와 같이 기판(20)을 소정각도 기울여 회전시키면서 발수층(60)을 진공증착에 의해 형성하는 경우에는, 기판(20)에 형성된 단턱(24) 등의 모서리 부위에 증착되는 발수층(60)의 형태가 기판(20)에 수직한 방향으로 진공증착을 한 경우와는 달리 소정의 경사부(62)가 형성되게 된다.

즉, 기판(20)의 일부가 천공되어 형성되는 노즐(22)과, 노즐(22)의 주변이 기판(20)의 표면으로부터 함입되어 형성되는 단턱(24)을 포함하는 기판(20)의 경우, 도 7에서와 같이 기판(20)을 소정 각도 기울여서 진공증착 공정을 적용하면, 도 8에 도시된 바와 같이 기판(20)의 표면 및 노즐(22)의 내주면에 증착되는 발수층(60)에는 기판(20)의 표면에 대해 소정 각도 경사진 경사부(62)가 형성되게 된다.

즉, 기판(20)의 표면에 대해 수직한 방향으로 진공증착을 하는 종래기술과는 달리, 기판(20)의 표면에 대해 소정 각도 기울여진 방향에서 발수물질이 증착되기 때문에, 단턱(24) 등의 모서리 부위에 형성되는 발수층(60)은 진공증착 방향에 대향하는 면, 즉 기판(20)의 표면에 대해서는 소정 각도 경사진 면을 형성하게 된다.

한편, 기판(20)의 표면에 대해 소정 각도 기울여진 방향에서 발수물질이 증착되기 때문에 노즐(22)의 내주면에 일정한 깊이로 발수층(60)이 증착되며, 이 깊이는 상기 소정 각도에 대응하여 달라진다.

즉, 발수물질이 증착되는 방향과 노즐(22)의 표면이 향하는 방향 간의 각도를 θ, h를 단턱(24)의 높이, w를 노즐(22)의 단부에서 단턱(24)까지의 거리, D_N을 노즐(22)의 지름이라 할 때, 노즐(22)의 내주면에 발수층(60)이 증착되는 깊이(D_H)는 다음 수학식을 만족한다.

D_H = (w+D_N)tan(90-θ) - h

본 실시예는 잉크젯 노즐에 발수층이 형성되는 것에 대해 설명하였으나, 본 발명이 반드시 잉크젯 노즐에 한정되는 것은 아니며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다른 용도의 마이크로 노즐에 발수층 등의 피복층을 형성하는 기술에도 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 기술 사상이 상술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상술한 실시예는 그 설명을 위한 것이지 그 제한을 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 잉크젯 헤드의 노즐 등 마이크로 노즐에 형성되는 발수층의 깊이를 균일하게 제어하고, 노즐 후면에 발수층이 증착되는 것을 방지하여 발수 처리된 노즐들의 균일성 및 재현성이 우수하게 된다.

또한, 발수 처리된 노즐들이 균일하므로 분사되는 잉크 액적 크기가 균일하게 되고 발수처리에 의해 젖음 현상이 일어나지 않으므로 인쇄 성능을 향상할 수 있다.

또한, 잉크젯 헤드의 메인터넌스(maintenance)를 위해 인쇄 전후에 헤드의 노즐면에 대한 와이핑(wiping) 등의 작업이 반복적으로 적용될 경우 발수층이 마모되거나 제거될 수 있으나, 본 발명에서와 같이 노즐면에 단턱을 두고 발수층을 형성하게 되면 와이핑 작업에 의해 접촉하는 노즐면과 노즐의 출구 사이에 단차가 존재하므로, 발수층이 마모될 가능성이 적어 노즐 출구 부위에서 항상 일정한 발수 성능을 유지할 수 있게 된다.

Claims

회전축에 의해 지지되는 테이블 상에 안착되는 대상물에 발수물질을 제1 방향으로 증착시키는 진공증착챔버 내에서 마이크로 노즐을 제조하는 방법으로서,

(a) 상기 제1 방향에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향을 향하는 경사면을 형성하는 상기 테이블에 상기 마이크로 노즐이 형성된 기판을 안착시키는 단계;

(b) 상기 테이블을 상기 회전축을 중심으로 회전시키면서, 진공증착에 의해 상기 노즐의 내주면에 발수층을 형성하는 단계를 포함하는 마이크로 노즐 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 단계 (a)는 상기 테이블을 상기 제2 방향을 향하도록 기울이는 단계를 포함하는 마이크로 노즐 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 소정 각도는 상기 노즐의 내주면에 상기 발수층이 형성되는 깊이에 대응하는 마이크로 노즐 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 소정 각도는 하기의 수학식을 만족하는 마이크로 노즐 제조방법.

θ=90 - tan^-1(D_H/D_N)

- 여기서 D_H는 상기 발수층이 형성되는 깊이, D_N은 상기 노즐의 지름이다.-
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 노즐의 주변과 상기 기판의 표면 사이에 단턱이 형성되는 마이크로 노즐 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 소정 각도는 하기의 수학식을 만족하는 마이크로 노즐 제조방법.

θ=90 - tan^-1{(h+D_H)/(w+D_N)}

- 여기서 h는 상기 단턱의 높이, D_H는 상기 노즐의 내주면에 상기 발수층이 형성되는 깊이, w는 상기 노즐의 단부에서 상기 단턱까지의 거리, D_N은 상기 노즐의 지름이다.-
제1 방향으로 진공증착이 이루어지는 진공증착챔버와;

상기 진공증착챔버 내에 결합되는 회전축과;

상기 회전축에 회전 가능하게 지지되며, 마이크로 노즐이 형성된 기판을 안착시키기 위한 테이블을 포함하되,

상기 테이블은 상기 제1 방향에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향을 향하는 경사면을 형성하는 마이크로 노즐 제조장치.
제7항에 있어서,

상기 회전축은 상기 테이블이 상기 경사면을 형성하도록 상기 진공증착챔버에 결합되는 마이크로 노즐 제조장치.
제7항에 있어서,

상기 회전축과 상기 테이블 사이에는 힌지축이 개재되며, 상기 힌지축의 회전에 의해 상기 테이블은 상기 경사면을 형성하는 마이크로 노즐 제조장치.
제7항에 있어서,

상기 노즐의 주변과 상기 기판의 표면 사이에 단턱이 형성되는 마이크로 노즐 제조장치.
제10항에 있어서,

상기 소정 각도는 상기 노즐의 내주면에 진공증착이 되는 깊이에 대응하는 마이크로 노즐 제조장치.
제11항에 있어서,

상기 소정 각도는 하기의 수학식을 만족하는 마이크로 노즐 제조장치.

θ=90 - tan^-1{(h+D_H)/(w+D_N)}

- 여기서 h는 상기 단턱의 높이, D_H는 상기 노즐의 내주면에 상기 진공증착이 되는 깊이, w는 상기 노즐의 단부에서 상기 단턱까지의 거리, D_N은 상기 노즐의 지름이다.-
기판과;

상기 기판의 일부가 천공되어 형성되는 노즐과;

상기 노즐의 내주면에 증착되는 발수층을 포함하되, 상기 발수층은,

제1 방향으로 발수물질을 진공증착시키는 진공증착챔버 내에서, 회전축에 의해 지지되며 상기 제1 방향에 대해 소정 각도를 갖는 제2 방향을 향하는 경사면을 형성하는 테이블 상에 상기 기판을 안착시키고, 상기 테이블을 상기 회전축을 중심으로 회전시키면서 진공증착 공정을 수행함으로써 형성되는 제조되는 마이크로 노즐.
제13항에 있어서,

상기 회전축은 상기 테이블이 상기 경사면을 형성하도록 상기 진공증착챔버에 결합되는 마이크로 노즐.
제13항에 있어서,

상기 회전축과 상기 테이블 사이에는 힌지축이 개재되며, 상기 힌지축의 회전에 의해 상기 테이블은 상기 경사면을 형성하는 마이크로 노즐.
제13항에 있어서,

상기 노즐의 주변과 상기 기판의 표면 사이에 단턱이 형성되는 마이크로 노즐.
제16항에 있어서,

상기 발수층이 증착되는 깊이는 하기의 수학식을 만족하는 마이크로 노즐.

D_H = (w+D_N)tan(90-θ) - h

- 여기서 h는 상기 단턱의 높이, w는 상기 노즐의 단부에서 상기 단턱까지의 거리, D_N은 상기 노즐의 지름, θ는 상기 소정 각도이다.-
제13항에 있어서,

상기 발수층이 증착되는 깊이는 상기 소정 각도에 대응하는 마이크로 노즐.
제18항에 있어서,

상기 발수층이 증착되는 깊이는 하기의 수학식을 만족하는 마이크로 노즐.

D_H = D_N tan(90-θ)

- 여기서 D_N은 상기 노즐의 지름, θ는 상기 소정 각도이다.-
기판과;

상기 기판의 일부가 천공되어 형성되는 노즐과;

상기 노즐의 주변이 상기 기판의 표면으로부터 함입되어 형성되는 단턱과;

상기 기판의 표면 및 상기 노즐의 내주면에 증착되는 발수층을 포함하되, 상기 발수층의 표면은 상기 기판의 표면에 대해 소정 각도 경사지게 형성된 부분을 포함하는 마이크로 노즐.
제20항에 있어서,

상기 노즐의 내주면에 상기 발수층이 증착되는 깊이는 상기 소정 각도에 대응하는 마이크로 노즐.
제21항에 있어서,

상기 노즐의 내주면에 상기 발수층이 증착되는 깊이는 하기의 수학식을 만족하는 마이크로 노즐.

D_H = (w+D_N)tan(90-θ) - h

- 여기서 h는 상기 단턱의 높이, w는 상기 노즐의 단부에서 상기 단턱까지의 거리, D_N은 상기 노즐의 지름, θ는 상기 소정 각도이다.-