KR20050066997A - 잉크 제트 기록 헤드 및 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법 - Google Patents

잉크 제트 기록 헤드 및 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잉크 제트 기록 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 지지 요소 상에 형성되어 관통 구멍이 형성되도록 마스크를 사용하여 노광되는 감광 수지층을 포함한다. 감광 수지층의 양 측면 상의 관통 구멍의 직경은 동일하도록 제조되기 때문에, 기판에 대한 필터의 접합 면적이 확보되며, 단위 면적당 관통 구멍의 개구 면적이 증가된다. 최대 개구 직경은 토출 노즐의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하가 되도록 제조된다. 헤드 기판 및 필터는 압접된다. 지지 요소는 제거된다. 최종적인 기록 헤드는 잉크 토출 불능에 기인하는 수율 저감을 방지할 수 있다.

Description

잉크 제트 기록 헤드 및 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법{INK-JET RECORDING HEAD AND METHOD FOR MANUFACTURING INK-JET RECORDING HEAD}
본 발명은 필터가 마련된 잉크 제트 기록 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 복수개의 토출 노즐을 포함하는 기판의 저면에서 상면까지 관통된 잉크 공급 구멍이 마련된 잉크 제트 기록 헤드 및 그 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에 관한 것이다.
공지된 잉크 제트 기록 헤드는 잉크를 토출하는 토출 노즐을 소형화함으로써 미세한 잉크 액적을 형성할 수 있으며, 최근에는 주된 광-실사(photorealistic) 프린터가 되었다. 그러나, 토출 노즐이 더 미세해짐에 따라, 잉크에 함유된 먼지로 인해 토출 노즐이 막히는 문제가 발생한다.
결국, 먼지 제거를 위해 필터를 합체한 잉크 제트 기록 헤드가 개발되었다.
도1은 필터가 마련된 공지된 잉크 제트 기록 헤드의 일 예를 도시한 측단면도이다.
잉크 제트 기록 헤드(420)는 비록 도면에 도시되어 있지 않지만, 잉크 유로(415)에서 전기 신호에 따라 잉크의 막 비등을 일으키는 열 에너지를 생성하는 전열 전환 소자와, 전열 전환 소자에 따른 위치에 배치되어 잉크를 토출하는 토출 노즐(411)과, 잉크 탱크에서 잉크 유로(415)로 잉크를 공급하는 잉크 공급 구멍(412)과, 잉크 유로(415)에 배치된 원주상 필터(404)를 포함한다. 도2의 (a) 내지 도2의 (c)에 도시된 바와 같이, 이 필터(404)는 토출 노즐면(상면)측에서 도시된 평면도에서 필터(404)에서의 공간(A)이 토출 노즐(411)의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐(411)의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하가 되도록 배치된다. 즉, 도2의 (a) 내지 도2의 (c)에 도시된 구성에서, 토출 노즐은 원형이기 때문에, 토출 노즐(411)의 기하학적 중심은 원의 중심이다. 따라서, 이 중심을 통과하고 토출 노즐(411)의 원 둘레와의 여러 교차점 사이에서 최대 거리를 갖는 직선이 직경(토출 노즐(411)이 예컨대 타원형일 때 장축)이다. 따라서, 필터(404)는 공간(A)이 토출 노즐(411)의 직경(A') 이하가 되도록 배치된다.
잉크 유로(415)에서 기둥이 설정된 필터(404)와 관련하여 위치들 간의 2차원적 관계를 상면에서 본다면 도2의 (a) 내지 도2의 (c)에 도시된 공간(A)은 토출 노즐(411)의 직경 이하이다. 그러나, 미세 액적을 토출하는 기록 헤드에서 토출 노즐의 직경이 감소되더라도 잉크 재충전 성능은 유지되어야 하기 때문에 잉크 유로 높이(B)를 이에 대응해서 감소시키기 어렵다. 결국, 이런 기록 헤드를 도2의 (b)에 도시된 화살표 D에 의해 지시된 방향에서 볼 때, 잉크 유로(415)의 높이(B)는 도2의 (c)에 도시된 바와 같이 필터(404)의 공간(A)보다 크기 때문에, 가느다란 먼지가 수직하게 배향되어 잉크 유로(415) 내로 흘러 들어오면, 이 먼지는 필터(404)를 통과한다. 그러나, 먼지는 토출 노즐(411)를 통해 토출될 수 없고, 결국 잉크의 토출 불능(non-ejecting)이 야기될 수 있다.
한편, 먼지의 유입을 방지하기 위한 방안이 고안될 수 있다. 미세한 구멍들이 마련된 요소가 복수개의 잉크 유로에 잉크를 공급하는 잉크 공급 구멍에 부착되거나, 잉크 유로의 일부가 관통 구멍을 갖도록 가공될 수 있다.
예컨대, 일본 특허 공개 공보 제5-254120호는 잉크 유로 및 액체 챔버의 여러 적절한 부분에 미세 관통 구멍을 하류측 가공으로 형성하는 방법을 개시한다. 본 방법에서, 잉크 유로 및 잉크 챔버를 형성하기 위해 적절한 강도를 갖는 요소가 요구된다. 일반적으로, 레이저 가공이 관통 구멍을 천공하기 위해 사용된다. 그러나, 하류측 가공이 레이저 가공 또는 다른 수단에 의해 수행될 때, 요소에 천공 구멍을 형성하는 과정에서 먼지가 잉크 유로 및 액체 챔버 내로 진입할 수 있다. 그 결과, 관통 구멍(필터)의 특징으로 인해 먼지가 취출될 수 없기 때문에 기대에도 불구하고 잉크 토출 불능의 원인이 생성되 수 있다.
일본 특허 공개 공보 제5-208503호(대응 미국 특허 제5,141,596호)는 실리콘을 이온 주입하여 에칭에 민감한 부분과 에칭에 저항성이 있는 부분을 형성함으로써 잉크 공급 구멍과 잉크 챔버를 형성함과 동시에, 토출 노즐의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 상술한 토출 노즐의 둘레의 두 교차점 사이의 최소 거리 이하의 치수를 갖는 관통 구멍을 천공하는 방법을 개시한다.
그러나, 이 방법에서는 관통 구멍의 면적이 이온 확산에 기초해서 결정되기 때문에, 확산으로 인한 농도는 에칭에 민감한 부분과 에칭에 저항성이 있는 부분에 대응하는 두 개의 값이 되지 않지만, 농도는 서서히 변화된다. 따라서, 관통 구멍의 크기는 정밀하게 제어될 수 없다. 관통 구멍이 마련되는 표면에 대향되는 표면에는 이방성 에칭이 수행되기 때문에 관통 구멍(필터)이 마련되는 부분의 면적이 증가하는 경우 액체 챔버가 되는 면적이 증가하며, 따라서 그 형성이 어렵게 된다. 따라서, 관통 구멍이 마련되는 부분의 면적은 제한된다. 관통 구멍이 마련되는 부분은 이방성 실리콘 에칭에 의해 형성되기 때문에 아주 좁게 된다. 결국, 잉크가 복수개의 토출 노즐에서 토출되는 고체 인쇄 등이 수행되는 경우, 압력 강하가 증가되며, 따라서 고속 인쇄는 어렵게 된다. 또한, 액체 챔버가 배치되기 때문에 토출 노즐을 포함하는 웨이퍼에 연결하기 위해 정렬이 요구된다.
일본 특허 공개 공보 제2000-094700호는 면적이 넓은 부분에 상술한 미세 관통 구멍이 형성되는 것을 개시한다. 그러나, 잉크 공급 구멍의 형성은 동시에 수행되기 때문에, 잉크 공급 구멍을 형성하기 위한 에칭 용액은 미세 관통 구멍을 통과해야 하며, 잉크 유로용 성형재가 제거될 때 토출 노즐 및 관통 구멍 모두가 작은 구멍이라는 조건 하에서 잉크 유로용 성형재는 용융되어서 제거되어야 한다. 따라서, 제거 작업성이 열악하고 이 방법은 비현실적이다.
본 발명은 잉크의 토출 불능로 인한 수율 저감을 방지하고 비용을 저감할 뿐만 아니라 고속 인쇄에도 호환 가능한, 따라서 작은 액적을 토출하는 고화질 프린터에도 적용 가능한 잉크 제트 기록 헤드에 관한 것이다. 본 발명은 또한 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 잉크 제트 기록 헤드는 제1 표면 및 제1 표면에 대향된 제2 표면을 갖는 기판과, 제1 표면에 대해 마련된 토출 노즐과, 제1 표면에서 토출 노즐에 대해 배치된 열 에너지 생성 소자와, 상기 제1 표면에서 상기 제2 표면까지 관통된 잉크 공급 구멍과, 제2 표면의 잉크 공급 구멍을 덮도록 상기 기판의 제2 표면 상에 배치된 필터를 포함하며, 필터는 복수개의 관통 구멍을 포함하며, 각각의 관통 구멍의 개구 직경은 상기 토출 노즐의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 상기 토출 노즐의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하인 것을 특징으로 한다.
상술한 구성의 잉크 제트 기록 헤드에서, 본 발명에 따르면, 필터에는 큰 크기(즉, 토출 노즐의 막힘을 야기할 수 있는 크기)로 인해 토출 노즐을 통해 토출될 수 없는 먼지가 필터를 통과하지 않도록 형성된 관통 구멍이 마련된다. 따라서, 필터를 통과한 먼지로 인한 토출 노즐에서의 토출 불능이 방지될 수 있다.
다른 태양에서, 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법은 지지 요소를 형성하는 단계와, 지지 요소 상에 수지층을 형성하는 단계와, 각각의 관통 구멍의 개구 직경이 상기 토출 노즐의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 상기 토출 노즐의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하가 되도록 복수개의 관통 구멍을 상기 수지층에 형성하는 단계와, 제1 표면 및 제1 표면에 대향된 제2 표면을 갖는 기판과 제1 표면에 대해 마련된 토출 노즐과 제1 표면에서 토출 노즐에 대해 배치된 열 에너지 생성 소자와 상기 제1 표면을 거쳐 상기 제2 표면까지 관통된 잉크 공급 구멍을 형성하는 단계와, 기판의 제2 표면에 수지층을 연결하는 단계와, 상기 수지층에서 지지 요소를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성의 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에서, 본 발명에 따르면, 필터에는 큰 크기로 인해 토출 노즐을 통해 토출될 수 없는 먼지가 필터를 통과하지 않도록 형성된 관통 구멍이 마련된다. 이 필터는 잉크 공급 구멍이 큰 개구 면적을 갖는 기판의 저면측에 연결된다. 결국, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드는 필터를 통과하지 않는 먼지로 인해 토출 노즐의 토출 불능이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 관통 구멍의 수는 필터가 기판의 상면측 상에 배치되는 경우 커지며, 따라서 유동 저항은 잉크가 잉크 유로 내로 유동할 때 감소될 수 있다. 즉, 본 발명의 제조 방법은 잉크의 토출 불능으로 인한 수율 저감을 방지하고 비용을 저감할 수 있을 뿐 아니라 고속 인쇄에도 호환 가능한, 따라서 작은 액적을 토출하는 고화질 프린터에도 적용 가능한 잉크 제트 기록 헤드를 생산할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드에 따르면 잉크의 토출 불능으로 인한 수율 저감이 방지될 수 있고 비용이 저감될 수 있다. 또한, 기록 헤드는 고화질 프린터에도 호환 가능하며, 따라서 작은 액적을 토출하는 고화질 프린터에도 적용 가능하다.
본 발명의 특징 및 장점은 (첨부 도면을 참조하여) 다음의 본 발명의 실시예에 대한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
제1 실시예
도3의 (a) 내지 도3의 (d)는 본 발명에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에서 필터 형성 공정을 도시한 공정 단면도이다.
후술하는 감광 수지층(1)을 지지하는 지지 요소(2)로서 작용하는 실리콘, 알루미늄 등과 같은 에칭 가능한 금속이 헤드 기판(10)을 형성하기 위해 실리콘 웨이퍼의 크기와 유사한 크기로 형성된다[도3의 (c)]. 지지 요소(2)는 광중합 반응 개시체를 함유하는 약 20 ㎛ 두께의 에폭시 수지로 스핀 피복된다. 수지에서 용매를 증발시키기 위해 예비 소성이 수행됨으로써, 감광 수지층(1)이 형성된다[도3의 (a)].
감광 수지층(1) 제조 방법은 상술한 스핀 피복법에 제한되지 않으며, 분사법, 인쇄법 등일 수 있다. 다양한 방법에 의해 소정 두께의 피복이 도포될 수 있으며, 예컨대 일정 폭을 갖는 슬릿에서 분사가 선형으로 수행됨으로써 웨이퍼가 균일 속도 및 균일 간격으로 피복되는 슬릿 피복법과, 그림이 단일 놀림 브러시로 그려지는 경우와 유사한 방법으로 적하 노즐이 이동되는 동안 회전하는 웨이퍼가 중심 또는 원주부로부터 피복되는 방법이 수행될 수 있다.
이런 감광 수지층(1)은 네거티브형이고 광에 노출되는 부분은 현상 용액에 비용해성이 되도록 교차 연결됨으로써, 패턴화가 수행될 수 있다. 직경이 약 5 ㎛인 수직 구멍이 20 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 감광 수지층(1)의 두께는 안전을 위해 약 20 ㎛로 설정된다. 그러나, 잉크의 압력 강하가 큰 경우 두께는 더 감소될 수 있다. 액체 수지 외에도, 감광 에폭시 수지[마이크로켐 코포레이션(MicroChem Corp.) 등에서 생성된 SU-8 2005]가 건조막으로 제조되어서 지지 요소(2) 상에 적층될 수 있다.
감광 수지층(1)은 (도면에 도시안된) 관통 구멍(3)의 마스크를 이용하여 노광 장치에 의해 노광된다. 본 실시예에서, 직경이 약 6 ㎛인 원형 관통 구멍이 형성된다. 본 실시예에서 사용되는 수지는 네거티브형이고 노광되지 않는 부분은 현상 용액에 용해되며, 노광되는 부분은 현상 용액에서 비용해성이 되도록 교차 연결된다. 메틸 이소부틸 케톤(MIBK) 및 크실렌의 혼합 용액이 현상 용액으로서 사용된다. 다르게는, 본 실시예에서와 달리, 감광 수지가 사용되지 않고 열경화성 에폭시 수지가 배치되어서 에칭에 대한 저항성이 높은 레지스트로 피복될 수 있다. 이어서, 관통 구멍(3)의 패턴이 상술한 방법과 유사한 방법으로 노광 장치에 의해 형성되고 관통 구멍(3)이 건식 에칭에 의해 형성될 수 있다.
관통 구멍(3)이 마련되는 영역의 면적과 관련하여, 관통 구멍(3)은 전체 감광 수지층(1) 위에 배치되거나, 잉크 공급 구멍(12)의 저면(10a)측의 개구 면적보다 큰 면적으로 배치된다. 이 방식에서, 관통 구멍(3)이 마련된 영역과 잉크 공급 구멍(12)이 정렬 구조에서 어느 정도 오정렬되더라도, 필터(4)의 관통 구멍(3)이 마련된 부분은 아무 문제없이 잉크 공급 구멍(12)의 부분에 위치되기 때문에 의도적인 정렬 작업이 요구되지 않는다.
이하, 도4의 (a) 내지 도4의 (c)에 대해 설명하기로 한다. 관통 구멍(3)의 마스크를 사용하여 노광 장치에 의해 감광 수지층(1)을 노광시킴으로써 관통 구멍(3)이 형성될 때, 감광 수지층(1)의 양면측 상의 관통 구멍의 직경은 작은 크기의 직경(d1)이 될 수 있다[도4의 (a) 및 도4의 (b)].
한편, 도4의 (c)에 도시된 바와 같이, 직경이 d2인 관통 구멍(3')이 이방성 실리콘 에칭에 의해 형성되는 경우, 이방성 에칭 시작측의 직경(d2')은 직경(d2)보다 커진다. 결국, 관통 구멍(3')의 단위 면적당 개구 면적은 본 실시예의 경우보다 불가피하게 작아진다. 관통 구멍(3')이 이방성 에칭에 의해 형성되고, 또한 관통 구멍(3')의 단위 면적당 개구 면적이 증가되는 경우, 기판에 대한 접합 면적은 적절히 확보될 수 없다. 상술한 바와 같이, 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 기판(13)에 대한 필터(4)의 접합 면적은 적절히 확보될 수 있으며, 또한 관통 구멍(3)의 단위 면적당 개구 면적이 증가될 수 있다.
관통 구멍(3)의 직경(d1)은 토출 노즐면(상면)측에서 볼 때 평면도에서 토출 노즐(11)의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐(11)의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하가 되도록 제조된다. 즉, 토출 노즐(11)이 원형일 때, 직경(d1)은 토출 노즐(11)의 직경(d0) 이하가 되도록 제조된다[도4의 (a) 및 도4의 (b)]. 토출 노즐(11)의 형상이 예컨대 타원형일 때, 토출 노즐(11)의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐(11)의 모서리의 교차점 간의 최대 거리는 장축이 되며, 이 경우 관통 구멍(3)의 직경(d1)은 타원형 토출 노즐(11)의 장축보다 짧다. 토출 노즐(11)의 형상이 직사각형일 때, 토출 노즐(11)의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐(11)의 모서리의 교차점 간의 최대 거리는 대각선이 되며, 이 경우 관통 구멍(3)의 직경(d1)은 직사각형 토출 노즐(11)의 대각선보다 짧다.
관통 구멍(3)이 상술한 바와 같이 형성된 후, 내화학성(chemical agent resistance)을 개선하기 위해, 소성 작업이 1 시간 동안 100 ℃에서 수행됨으로써, 필터(4)가 지지 요소(2) 상에 형성된다[도3의 (b)].
이어, 약 5 ㎛의 폴리아미드가 헤드 기판(10)의 저면(10a)으로 전달된다.
헤드 기판(10)은 일반적인 과정에 의해 미리 형성된다. 그러나, 이 과정은 유로 형성 요소가 복수개의 토출 노즐(11) 및 각 토출 노즐(11)에 따른 복수개의 잉크 유로(6)로서 작용하는 채널을 형성하는 동안, 기판(13)에 대한 유로 형성 요소의 밀착을 개선하기 위해 고온 소성에 앞서 중단된다. 즉, 헤드 기판(10)은 후술하는 바와 같이 미리 형성된다. 비록 도면에 도시되어 있지 않지만, 잉크를 토출하기 위해 열 에너지를 생성하는 열 에너지 생성 요소가 기판(13)의 상면(10b) 상에서 복수개의 토출 노즐(11)에 따른 위치에 배치된다. 복수개의 잉크 유로(6)로서 작용하는 채널에 따른 (도면에 도시안된) 성형재가 기판(13) 상에 형성된다. 또한, 유로 형성 요소(5)로서 작용하는 노즐재가 성형재를 덮도록 형성된다. 잉크 공급 구멍(12)은 저면(10a)측으로부터 이방성 에칭에 의해 형성된다. 이 방식에서, 저면(10a)측의 개구 면적이 상면측(10b)측의 개구 면적보다 큰 잉크 공급 구멍(12)이 형성된다. 이어서, 잉크 유로(6)로서 작용하는 채널에 따른 성형재가 제거되어서 토출 노즐(11)과 잉크 유로(6)가 유로 형성 요소(5)에 의해 형성됨으로써 헤드 기판(10)이 형성된다. 그러나, 이 과정은 유로 형성 요소(5)의 밀착을 개선하기 위해 최종 고온 소성에 앞서 중단된다.
폴리아미드는 상술한 바와 같이 미리 마련된 헤드 기판(10)의 저면(10a)으로 전사된다. 전사 방법에서, 테플론(Teflon)이 5 ㎛ 두께의 폴리아미드로 피복되며 헤드 기판(10)은 그 위에 위치된다. 결국, 폴리아미드는 잉크 공급 구멍(12)으로 진입하지 않으며 폴리아미드는 단지 접합부(14) 상에서만 전사될 수 있다. 에칭이 수직하게 수행되는 경우, 토출 노즐(11)측과 저면(10a)측의 잉크 공급 구멍(12)의 개구 면적은 서로 동일하게 된다. 잉크 공급 구멍(12)이 실리콘으로 제조된 기판(13)에 대한 이방성 에칭에 의해 형성되는 경우, 저면(10a)측의 개구 면적은 최대가 된다. 따라서, 잉크 공급 구멍(12)는 실리콘 기판(13)의 이방성 에칭에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 접착제로 사용되는 폴리아미드는, 예컨대 히다치 케미컬 콤패니(Hitachi Chemical Company) 주식회사에서 제조한 HL-1200일 수 있다.
관통 구멍(3)이 마련된 감광 수지층(1)을 지지하는 지지 요소(2)의 감광 수지층(1)측인 접합면은 이 헤드 기판(10)의 저면(10a)의 접합부(14) 상에 위치되며 이들은 그 사이에 간극이 형성되지 않도록 압접된다. 이런 조건 하에서, 오븐에서 1시간 동안 200 ℃로 가열됨으로써, 폴리아미드가 경화되고 관통 구멍(3)이 마련된 감광 수지층(1)과 헤드 기판(10)은 밀접 접촉된다[도3의 (c)].
지지 요소(2)가 제거된다. 본 실시예에서, 헤드 기판(10)의 토출 노즐(11)이 마련된 표면과 에칭 용액이 접촉하는 것을 방지하기 위해 (도면에 도시 안된) 지그가 사용되며 지지 요소(2)는 85 ℃로 가열된 유기 알칼리성 테트라메틸암모늄 수산화물(TMAH: tetramethylammonium hydroxide)에서 용해됨으로써 제거된다. 본 실시예에서, 지지 요소(2)는 두께가 약 0.2 ㎜이고 약 6 시간후 완전히 제거된다. 이외에, 지지 요소(2)를 제거하기 위한 방법의 예로서, 예컨대 백 그라인드(back grind), 화학 기계식 평탄화(CMP:chemical mechanical planarization), 또는 스핀 에칭과 같이 기판을 얇게 감량하는 기술이 있다.
지지 요소(2)가 제거된 후 물 세척이 수행됨으로써, 잉크 공급 구멍(12)의 개구(12A) 상에 필터(4)가 마련된 잉크 제트 기록 헤드(20)가 형성된다[도3의 (d)].
그후, 공지된 방식에서와 같이, 웨이퍼는 원하는 형상을 갖도록 분리되며, 외부 전극이 연결되고, 예컨대 잉크 탱크에 연결되는 요소가 부착된다.
이 방식에서, 관통 구멍(3)의 직경이 토출 노즐(11)의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐(11)의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하가 되도록 형성되는 필터(4)가 마련된 본 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드(20)가 완성된다.
본 실시예의 잉크 제트 기록 헤드(20)의 필터(4)에서, 관통 구멍(3)은 상술한 개구 치수를 갖는다. 결국, 필터(4)의 관통 구멍(3)을 통과하는 먼지는 토출 노즐(11)로부터 토출될 수 있는 크기를 가지며, 따라서 필터를 통과하는 먼지로 인한 잉크의 토출 불능 문제가 극복된다.
필터(4)는 잉크 공급 구멍(12)이 큰 개구 면적을 갖는 기판(13)의 저면(10a)측에 연결되기 때문에, 관통 구멍의 수는 필터가 기판의 상면측에 배치되는 경우보다 커진다. 따라서, 잉크가 잉크 유로 내로 유동할 때 유동 저항은 감소될 수 있다. 즉, 본 실시예의 잉크 제트 기록 헤드(20)는 잉크의 토출 불능으로 인한 수율 저감을 방지하고 비용을 저감시킬 뿐 아니라, 고속 인쇄에도 호환 가능하며, 따라서 작은 액적을 토출하는 고화질 프린터에도 적용 가능한 잉크 제트 기록 헤드가 생산될 수 있다.
본 실시예의 잉크 제트 기록 헤드(20)의 필터(4)는 약 20 ㎛의 두께(t2)를 갖지만 유로 형성 요소(5)는 약 20 내지 30 ㎛의 두께(t1)를 갖는다. 필터 두께는 유로 형성 요소의 두께와 동일한 수준(동일 차수)로 제조되고 동일 수준의 두께를 갖는 수지층이 기판의 양면 상에 배치되기 때문에, 유로 형성 요소가 도3의 (c)의 기판과 밀접 접촉하게 될 때 생성되는 기판 말림이 감소될 수 있다. 상술한 기판 말림 감소를 구현하기 위해 바람직하게는 필터(4)를 기판의 전체 저면 상에 배치한다.
제2 실시예
도5의 (a) 내지 도5의 (e)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에서 필터 형성 공정을 도시한 공정 단면도이다.
본 실시예에서, 에칭 보호막이 필터 형성 단계에서 형성되며, 그 밖의 단계는 제1 실시예에서의 단계와 유사하다. 따라서, 이하에서는 제1 실시예와 상이한 단계에 대해서만 설명하기로 한다.
에칭 보호막(105)으로 작용하는 약 3,000 Å의 이산화 규소(SiO2)가 감광 수지층(101)이 마련될 측 상에서 지지 요소(102) 상에 형성된다. 이어, 감광 수지층(101)이 제1 실시예와 유사한 방식으로 에칭 보호막(105) 상에 형성된다[도5의 (a)].
관통 구멍(103)은 제1 실시예에서와 같이 감광 수지층(101)에 형성되며[도5의 (b)], 관통 구멍(103)이 마련된 감광 수지층(101)은 헤드 기판(110)의 저면(110a)의 접합부(114)에 연결된다[도5의 (c)].
지지 요소(102)는 85 ℃로 가열된 유기 알칼리성 테트라메틸암모늄 수산화물(TMAH)에서 용해됨으로써 제거된다. 본 실시예에서, 지지 요소(102)는 두께가 약 0.2 mm이고 약 6 시간후 완전히 제거된다. 시간이 약 6 시간을 초과하더라도 이산화 규소로 제조된 에칭 보호막은 에칭 정지층으로서 작용한다. 따라서, 에칭 용액은 잉크 공급 구멍(112)으로 진입하지 않으며 그 내측은 깨끗하게 유지된다[도5의 (d)].
이어서, 에칭 보호막(105)은 플루오르화 암모늄으로 제거되며, 물 세척이 수행됨으로써 잉크 공급 구멍(112)의 개구(112A) 상에 필터(104)가 마련된 잉크 제트 기록 헤드(120)가 형성된다[도5의 (e)]. 그후, 공지된 바와 같이, 웨이퍼는 원하는 형상을 갖도록 분리되고 외부 전극이 연결되며, 예컨대 잉크 탱크에 연결되는 요소가 부착된다.
이 방식으로, 관통 구멍(103)의 직경이 토출 노즐(111)의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐(111)의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하가 되도록 형성되는 필터(104)가 마련된 본 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드가 완성된다.
제3 실시예
도6의 (a) 내지 도6의 (e)는 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에서 필터 형성 공정을 도시한 공정 단면도이다.
본 실시예에서, 헤드 기판과 필터 사이의 연결이 금속성 접합에 의해 수행되고, 그 밖의 단계는 제1 및 제2 실시예에서의 단계와 유사하다. 따라서, 이하에서는 제2 실시예와 상이한 단계에 대해서만 설명하기로 한다.
에칭 보호막(205)으로 작용하는 약 3,000 Å의 이산화 규소(SiO2)가 감광 수지층(201)이 마련될 측 상에서 지지 요소(202) 상에 형성된다. 이어, 감광 수지층(201)이 제1 및 제2 실시예와 유사한 방식으로 에칭 보호막(205) 상에 형성되며, 금속층(206)이 추가로 형성된다[도6의 (a)]. 본 실시예에서, 금속층(206)은 두께가 약 5,000 Å인 금으로 형성된다. 금속층 형성 방법의 예로서는 진공 증착, 스퍼터링, 전기 분해 및 무전해 도금이 있다. 본 실시예에서, 금속층(206)은 스퍼터링에 의해 형성된다.
관통 구멍(203)은 제1 및 제2 실시예에서와 같이 감광 수지층(201)에 형성됨으로써 필터(204)가 지지 요소(202) 상에 형성된다[도6의 (b)].
한편, 제1 실시예에서 설명된 바와 같이, 헤드 기판(210)은 일반적인 과정으로 미리 형성되며, 이 과정은 유로 형성 요소가 복수개의 토출 노즐(211) 및 각 토출 노즐(211)에 따른 복수개의 잉크 유로(6)로서 작용하는 채널을 형성하는 동안, 기판(13)에 대한 유로 형성 요소의 밀착을 개선하기 위해 고온 소성에 앞서 중단된다. 이때, 기판측 금속층(215)이 헤드 기판(210)의 잉크 공급 구멍(212)을 형성하는 단계에서 저면(210a) 상에 형성되어서 접합부(214)에 남는다. 바람직하게는, 금, 알루미늄, 구리 등이 기판측 금속층(215)으로서 사용되며, 기판측 금속층(215) 제조 방법은 진공 증착, 스퍼터링, 전기 분해, 무전해 도금 등 중에서 임의의 방법일 수 있다.
이런 방식으로, 최상부층으로서 금속층(206)을 포함하는 필터(204)와 저면(210a)의 접합부(214) 상에 기판측 금속층(215)을 포함하는 헤드 기판(210)이 형성된다.
필터(204)의 금속층(206)과 헤드 기판(210)의 기판측 금속층(215)은 서로 대면되며, 비록 도면에 도시되어 있지는 않지만 진공 챔버 내로 장입된다. 세척 가스로서 아르곤이 사용되며, 금속면은 아르곤 플라즈마를 이용한 역전 스퍼터링이 가해짐으로써 각 금속면은 세척된 표면이 된다. 기판들은 더 이상 처리됨이 없이 서로 접촉되고, 약 4.9 N의 힘이 가해짐으로써 금속층(206)과 기판측 금속층(215)은 연결된다[도6의 (c)]. 금속층(206)과 기판측 금속층(215)은 대기 온도에서 연결되거나 가열에 의해 연결될 수 있다. 금속층(206)과 기판측 금속층(215)은 압력을 인가하지 않고도 접촉됨으로써 연결될 수 있으며, 이때 연결은 대기 온도에서 또는 가열에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 지지 요소(202)가 상술한 각각의 실시예에서와 같이 용해되어 제거되며[도6의 (d)], 에칭 보호막(205)은 플루오르화 암모늄으로 제거되며, 물 세척이 수행됨으로써 잉크 공급 구멍(212)의 개구(212A) 상에 필터(204)가 마련된 잉크 제트 기록 헤드(220)가 형성된다[도6의 (e)]. 그후, 공지된 방식에서와 같이, 웨이퍼는 원하는 형상을 갖도록 분리되며, 외부 전극이 연결되고, 예컨대 잉크 탱크에 연결되는 요소가 부착된다.
이 방식에서, 관통 구멍(203)의 직경이 토출 노즐(211)의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐(211)의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하가 되도록 형성되는 필터(204)가 마련된 본 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드가 완성된다.
이하, 상술한 실시예에서의 제조 방법에 대한 추가적인 설명을 하기로 하며, 도7의 (a) 및 도7의 (b)와 도8의 (a) 및 도8의 (b)를 참조하여 각 실시예에 적용 가능한 변경예를 설명하기로 한다.
본 발명의 각각의 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에서, 지지 요소 상에 배치된 필터는 잉크 공급 구멍이 마련된 기판에 접합 또는 연결된다. 각 실시예에 대한 설명에서, 기록 헤드의 수는 설명을 단순화시키기 위해 하나로 제한되었다. 그러나, 실무에 있어, 복수개의 기록 헤드(칩)가 예컨대 반도체 제조 공정을 통해서 하나의 웨이퍼 상에 마련된다. 그후, 웨이퍼는 절단되며, 최종적인 기록 헤드가 외부 전극 및 잉크 탱크에 연결된다.
여기에서, 도7의 (a)에 도시된 바와 같이 유로 형성 요소가 마련된 헤드 기판(10)에 필터가 부착되는 경우, 웨이퍼는 본 발명에서 서로 연결된다. 이때, 상술한 필터(4)는 전체 지지 요소 위에 형성되기 때문에 필터가 연결 동안 각 칩의 잉크 공급 구멍(12)과 적절히 정렬되도록 만드는 것이 불필요하게 된다. 도7의 (b)는 기판의 이면에서 본 기록 헤드의 개략도로서, 본 도면에서 기록 헤드는 복수개의 관통 구멍이 일정한 간격을 두고 배치된 후 웨이퍼로부터 절단되었다. 본 개략도에서 명백한 바와 같이, 관통 구멍은 헤드의 기판의 이면 전체에 걸쳐 일정한 간격을 두고 배치되고 잉크 공급 구멍(12)이 마련되는 부분이 제공되어서 필터로서의 기능을 실질적으로 수행한다.
도8의 (a) 및 도8의 (b)는 본 발명의 각 실시예에 적용 가능한 변경예를 도시한다. 상술한 각각의 실시예에서, 하나의 기록 헤드에는 하나의 잉크 공급 구멍이 마련된다. 그러나, 도8의 (a) 및 도8의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 복수개의 잉크 공급 구멍(12)이 마련된 기록 헤드에 적용될 수 있다. 잉크 공급 구멍은 서로 다른 유형의 잉크가 공급되거나 동일한 잉크가 공급될 수 있다. 마찬가지로 이런 기록 헤드에도 본 발명을 적용함으로써 도8에 도시된 바와 같이 필터가 각각의 잉크 공급 구멍 상에 배치될 때 정렬에 주의할 필요가 없다. 그 결과, 원하는 먼제 제거 성능을 갖는 기록 헤드가 용이하게 마련될 수 있다.
비록 본 발명은 본 명세서에서 여러 실시예를 참조하여 설명되었지만 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다. 그 보다, 본 발명은 첨부된 청구항의 정신 및 범위에 속하는 다양한 변경 및 균등한 구조를 포괄한다. 후술하는 청구항의 범위는 모든 이런 변경 및 균등한 구조와 기능을 포괄하도록 최광의로 해석되어야 한다.
상술한 바로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크 제트 기록 헤드는 잉크의 토출 불능로 인한 수율 저감을 방지하고 비용을 저감시킬 뿐만 아니라, 고속 인쇄에도 호환 가능한 효과를 제공함으로써 작은 액적을 토출하는 고화질 프린터에도 적용 가능하다는 효과를 갖는다.
도1은 필터가 마련된 공지된 잉크 제트 기록 헤드의 구조의 일 예를 도시한 측단면도.
도2의 (a) 내지 도2의 (c)는 도5의 (a) 내지 도5의 (e)에 도시된 잉크 제트 기록 헤드의 필터의 상세한 구조를 도시한 부분 단면도.
도3의 (a) 내지 도3의 (d)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에서 필터 형성 공정을 도시한 공정 단면도.
도4의 (a) 내지 도4의 (c)는 필터를 형성하는 방법에 따른 관통 구멍의 개구 직경의 차이를 설명하기 위한 개략도.
도5의 (a) 내지 도5의 (e)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에서 필터 형성 공정을 도시한 공정 단면도.
도6의 (a) 내지 도6의 (e)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법에서 필터 형성 공정을 도시한 공정 단면도.
도7의 (a) 및 도7의 (b)는 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법을 도시한 개략도로서, 도7의 (a)는 지지 요소 및 필터가 기판에 연결된 조건을 설명하기 위한 사시도이고, 도7의 (b)는 도7의 (a)에 도시된 방법에 의해 필터가 연결된 잉크 제트 기록 헤드를 후방에서 볼 때 필터 및 잉크 공급 구멍의 위치를 설명하기 위한 개략도.
도8의 (a) 및 도8의 (b)는 본 발명의 잉크 제트 기록의 변경예를 도시한 개략도로서, 도8의 (a)는 측단면도이고, 도8의 (b)는 잉크 제트 기록 헤드를 후방에서 볼 때 필터 및 잉크 공급 구멍의 위치를 설명하기 위한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 감광 수지층
2: 지지 요소
3: 관통 구멍
5: 유로 형성 요소
10: 헤드 기판
10a: 저면
11: 토출 노즐
12: 잉크 공급 구멍
13: 기판
14: 접합부

Claims (19)

  1. 제1 표면 및 제1 표면에 대향된 제2 표면을 갖는 기판과,
    제1 표면에 대해 마련된 토출 노즐과,
    제1 표면에서 토출 노즐에 대해 배치된 열 에너지 생성 소자와,
    제1 표면을 거쳐 제2 표면까지 관통된 잉크 공급 구멍과,
    제2 표면의 잉크 공급 구멍을 덮도록 기판의 제2 표면 상에 배치된 필터를 포함하며,
    필터는 복수개의 관통 구멍을 포함하며, 각각의 관통 구멍은 개구 직경이 상기 토출 노즐의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 상기 토출 노즐의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하인 잉크 제트 기록 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 기판의 제1 표면은 토출 노즐을 포함하는 유로 형성 요소와 토출 노즐 및 잉크 공급 구멍을 연결하는 채널을 포함하는 잉크 제트 기록 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 기판은 복수개의 잉크 공급 구멍을 포함하는 잉크 제트 기록 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 복수개의 관통 구멍의 각각은 직경이 선형 거리 이하인 사실상 원형인 형상을 갖는 잉크 제트 기록 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 필터는 기판의 제2 표면에 접착되는 감광 수지를 포함하는 잉크 제트 기록 헤드.
  6. 제1항에 있어서, 필터 상에 배치되는 제1 금속층과, 기판의 제2 표면 상에 배치되는 제2 금속층을 추가로 포함하며, 제1 및 제2 금속층은 접합되는 잉크 제트 기록 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 기판의 제2 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적은 제1 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적보다 큰 잉크 제트 기록 헤드.
  8. 제2항에 있어서, 기판의 제2 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적은 제1 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적보다 큰 잉크 제트 기록 헤드.
  9. 제3항에 있어서, 기판의 제2 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적은 제1 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적보다 큰 잉크 제트 기록 헤드.
  10. 제4항에 있어서, 기판의 제2 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적은 제1 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적보다 큰 잉크 제트 기록 헤드.
  11. 토출 노즐이 마련된 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법이며,
    지지 요소를 형성하는 단계와,
    지지 요소 상에 수지층을 형성하는 단계와,
    각각의 관통 구멍의 개구 직경이 토출 노즐의 기하학적 중심을 통과하는 직선과 토출 노즐의 모서리의 교차점 간의 최대 직선 거리 이하가 되도록 복수개의 관통 구멍을 수지층에 형성하는 단계와,
    제1 표면 및 제1 표면에 대향된 제2 표면과, 제1 표면에 대해 마련된 토출 노즐과, 제1 표면에서 토출 노즐에 대해 배치된 열 에너지 생성 소자 및 제1 표면을 거쳐 제2 표면까지 관통된 잉크 공급 구멍을 포함하는 기판을 형성하는 단계와,
    기판의 제2 표면에 수지층을 접합하는 단계와,
    상기 수지층에서 지지 요소를 제거하는 단계를 포함하는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 지지 요소는 에칭 가능한 금속 및 실리콘 웨이퍼 중 적어도 하나를 포함하는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 수지층은 감광 수지를 포함하는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 수지층 접합 단계는,
    폴리아미드를 이용하여 헤드 기판의 제2 표면을 피복하는 단계와,
    폴리아미드로 피복된 제2 표면과 밀접 접촉하도록 관통 구멍이 마련된 수지층을 접합하는 단계와,
    열 접착을 수행하는 단계를 포함하는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    지지 요소 상에 수지층을 형성하는 단계후 수지층 상에 금속층을 형성하는 단계와,
    금속층과 수지층에 관통 구멍을 형성하는 단계와,
    기판의 제2 표면 상에 헤드측 금속층을 형성하는 단계와,
    진공 대기에서 세척 가스를 이용하여 금속층 및 헤드측 금속층을 세척하는 단계와,
    금속층을 헤드측 금속층과 밀접 접촉되게 접합하고 이어서 헤드측 금속층에 접합된 금속층을 가압하는 단계를 추가로 포함하는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 금속층을 헤드측 금속층과 밀접 접촉되게 접합하는 단계후, 헤드측 금속층에 접합된 금속층을 가열하는 단계를 추가로 포함하는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서, 관통 구멍을 형성하는 단계는 잉크 공급 구멍의 개구 면적보다 큰 수지층 면적으로 관통 구멍을 형성하는 단계를 포함하는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서, 기판 형성 단계는 제2 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적이 제1 표면의 잉크 공급 구멍의 개구 면적보다 크도록 잉크 공급 구멍을 형성하는 단계를 포함하는 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법.
  19. 제11항에 따른 방법에 의해 제조된 잉크 제트 기록 헤드.
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