KR20070074359A - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20070074359A
KR20070074359A KR1020060002369A KR20060002369A KR20070074359A KR 20070074359 A KR20070074359 A KR 20070074359A KR 1020060002369 A KR1020060002369 A KR 1020060002369A KR 20060002369 A KR20060002369 A KR 20060002369A KR 20070074359 A KR20070074359 A KR 20070074359A
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이진욱
김경일
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삼성전자주식회사
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Abstract

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는 잉크피드홀이 관통되어 형성된 기판; 이 기판 상에 마련되는 것으로, 잉크피드홀로부터 잉크가 채워지는 잉크챔버를 한정하며, 잉크챔버를 외부와 연결하는 적어도 하나의 관통공이 형성된 챔버층; 및 이 챔버층 상에 마련되는 것으로, 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성되며, 고체 필름 레지스트로 이루어진 노즐층;을 구비한다.

Description

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet printhead and method of manufacturing the same}
도 1 내지 도 6b는 잉크젯 프린트헤드의 종래의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 내지 도 9b는 종래 다른 잉크젯 프린트헤드의 다른 종래의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 잉크피드홀이 기판에 관통하여 형성된 잉크젯 프린트헤드를 종래의 제조방법에 의하여 제조하는 경우 노즐층이 부풀어 오른 모습을 보여주는 SEM 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 분리 사시도이다.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드가 카트리지에 부착된 상태를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210... 기판 211... 잉크피드홀
212... 챔버층 213... 잉크챔버
214... 관통공 216... 노즐층
216'... 고체 필름 레지스트 217... 노즐
230... 카트리지 250... 밀봉제
본 발명은 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 챔버층 및 노즐증의 두께를 정밀하게 조절할 수 있고, 제조공정을 단순화시킬 수 있는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린트헤드는 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내부에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
여기에서, 버블의 성장방향과 잉크 액적의 토출 방향에 따라 상기 열구동 방식은 다시 탑-슈팅(top-shooting), 사이드-슈팅(side-shooting), 백-슈팅(back-shooting) 방식으로 분류될 수 있다. 탑-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 동일한 방식이고, 사이드-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 방식이며, 그리고 백-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 잉크 액적 토출 방식을 말한다.
이와 같은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위해서는 인접한 노즐 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 한 좁아야 한다. 즉, DPI(dots per inch)를 높이기 위해서는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속 인쇄를 위해서는, 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 리필되는 주기가 가능한 한 짧아야 하고, 동시에 가열된 잉크와 히터의 냉각이 빨리 이루어져 구동 주파수를 높일 수 있어야 한다.
도 1 내지 도 6b에는 열구동 방식 잉크젯 프린트헤드의 종래의 제조방법을 도시한 단면도가 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 토출될 잉크가 채워지는 잉크챔버를 한정하는 챔버층(12)을 형성한다. 상기 챔버층(12)은 기판(10) 상에 제1 포토레지스트를 소정 두께로 도포하고, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면 챔버층(12)에 형성된 잉크챔버를 채우도록 기판(10) 및 챔버층(12) 상에 희생층(15)을 형성한다. 여기서, 상기 희생층(15)은 기판(10) 및 챔버층(12) 상에 제2 포토레지스트를 소정 두께로 도포함으로써 형성될 수 있다. 도 3을 참조하면 상기 희생층(15) 및 챔버층(12)은 화학적 기계적 연마(CMP;Chemical Mechanical Polishing) 공정에 의하여 평탄화된다. 도 4를 참조하면 상기 챔버층(12) 및 희생층(15)의 상면에 노즐(17)이 형성된 노즐층(16)을 형성한다. 구체적으로, 상기 챔버층(12) 및 희생층(15)의 상면에 제3 포토레지스트를 소정 두께로 도포하고, 이를 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 패터닝함으로써 노즐(17)을 형성하게 되면 노즐층(16)이 완성된다. 이어서, 상기 희생층(15)을 솔벤트(solvent)로 제거하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이 챔버층(12)에는 잉크챔버(13)가 형성된다. 도 6a 및 도 6b는 완성된 잉크젯 프린트헤드를 서로 직교하는 방향으로 절단한 단면도들이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 기판(10)을 수직으로 식각하여 잉크챔버(13)에 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀(ink feedhole,11)을 형성하게 되면 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
상기와 같은 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에서는, 챔버층(12)의 두께가 오직 화학적 기계적 연마(CMP) 공정에 의하여 결정되는데, 이러한 화학적 기계적 연마 공정으로는 챔버층(12)의 두께를 균일하게 하는 것이 매우 어렵다고 알려져 있 으며, 또한 공정 비용도 올라간다. 그리고, 희생층(15)의 도포 및 제거 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡해지고, 수율도 떨어지게 된다.
열구동 방식 잉크젯 프린트헤드의 다른 종래의 제조방법이 도 7 내지 도 9b에 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 기판(20) 상에 토출될 잉크가 채워지는 잉크챔버(23) 및 상기 잉크챔버(23)로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀(도 9b의 21)을 한정하는 챔버층(22)을 적층한다. 상기 챔버층(22)은 기판(20) 상에 제1 고체 필름 레지스트(solid film resist)을 라미네이션(lamimation) 방법에 의하여 적층한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 도 8을 참조하면, 상기 챔버층(22)의 상면에 제2 고체 필름 레지스트(26')를 라미네이션 방법에 의하여 적층한다. 도 9a 및 도 9b는 완성된 잉크젯 프린트헤드를 서로 직교하는 방향으로 절단한 단면도들이다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 제2 고체 필름 레지스트(26')를 포토리소그라피 공정에 의하여 패터닝하여 노즐(27)을 형성하게 되면 상기 챔버층(22)의 상면에 노즐층(26)이 형성된다.
상기와 같은 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에서는, 챔버층(22) 및 노즐층(26)을 형성하기 위하여 기존의 액상 레지시트 대신 고체 필름 레지스트를 이용함으로써 챔버층(22) 및 노즐층(26)의 두께를 정밀하게 조절할 수 있으며, 또한 제조공정도 단순하다는 장점이 있다.
전술한 바와 같은 잉크챔버(23) 및 잉크피드홀(21)이 챔버층(22)에 형성되는 구조를 가지는 잉크젯 프린트헤드에서는 노즐층(26)의 형성을 위한 고체 필름 레지 스트의 라미네이션 및 노광 시에 요구되는 열처리 공정에 의하여 문제가 발생되지 않는다. 왜냐하면, 챔버층(22)의 상면에 고체 필름 레지스트로 이루어진 노즐층(26)을 형성할 때 잉크챔버(23)는 잉크피드홀(21)을 통하여 외부와 통하여 있기 때문이다.
그러나, 현재 상용화된 대부분의 잉크젯 프린트헤드는 잉크챔버로 잉크를 공급하는 잉크피드홀이 기판에 수직하게 관통되어 형성된 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드를 고체 필름 레지스트를 이용하여 제조하기 위해서는 공정상의 문제가 발생하게 된다. 구체적으로, 잉크피드홀이 기판에 수직하게 관통되어 형성되는 구조를 가지는 잉크젯 프린트헤드에서는, 챔버층의 상면에 노즐층을 형성할 때 잉크피드홀이 기판에 먼저 관통되어 형성되어 있지 않다면 잉크챔버 내의 공기는 외부와 차단되어 있다. 따라서, 열처리 공정시 잉크챔버 내의 공기가 팽창하게 되어 도 10에 도시된 바와 같이 노즐층이 부풀어 오르는 현상이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 챔버층 및 노즐증의 두께를 정밀하게 조절할 수 있고, 제조공정을 단순화시킬 수 있는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
잉크피드홀이 관통되어 형성된 기판;
상기 기판 상에 마련되는 것으로, 상기 잉크피드홀로부터 잉크가 채워지는 잉크챔버를 한정하며, 상기 잉크챔버를 외부와 연결하는 적어도 하나의 관통공이 형성된 챔버층; 및
상기 챔버층 상에 마련되는 것으로, 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성되며, 고체 필름 레지스트로 이루어진 노즐층;을 구비한다.
상기 고체 필름 레지스트는 에폭시 계열의 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 잉크챔버를 한정하며, 상기 잉크챔버를 외부와 연결하는 적어도 하나의 관통공이 형성된 챔버층을 형성하는 단계;
상기 챔버층 상에 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계; 및
상기 기판에 잉크피드홀을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 노즐층을 형성하는 단계는,
상기 챔버층 상에 고체 필름 레지스트를 라미네이션(lamination) 방법에 의하여 적층하는 단계; 및
상기 고체 필름 레지스트를 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 패터닝하여 상기 노즐을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설 명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 존재할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이다. 그리고, 도 12는 도 11에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 분리 사시도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 기판(210)에는 잉크 공급을 위한 잉크 피드홀(211)이 관통되어 형성되어 있다. 여기서, 상기 잉크피드홀(211)은 기판(210)의 표면에 수직하게 형성된다. 상기 기판(210)으로는 일반적으로 실리콘 기판이 사용된다.
상기 기판(210) 위에는 잉크피드홀(211)로부터 유입되는 잉크가 채워지는 잉크챔버(213)를 한정하는 챔버층(212)이 마련되어 있다. 또한, 상기 챔버층(212)에는 상기 잉크챔버(213)를 외부와 연결하는 관통공(214)이 형성되어 있다. 이러한 관통공(214)은 후술하는 바와 같이 챔버층(212) 위에 노즐층(216)을 형성할 때, 잉크챔버(213)가 관통공(214)에 의하여 외부와 통함으로써 노즐층(216)이 부풀어 오르는 현상을 방지하기 위한 것이다. 상기 챔버층(212)은 기판(210) 상에 소정 두께의 고체 필름 레지스트(solid film resist)를 적층하고, 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 고체 필름 레지스트는 내화학성 및 접착성이 매우 우수한 에폭시 계열의 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 챔버층(212)은 기판(210) 상에 액상의 레지스트를 도포한 다음, 이를 패터닝함으로써 형 성될 수도 있다. 도11 및 도 12에는 챔버층(212)에 하나의 관통공(214)이 형성된 경우가 도시되어 있으나, 도시된 바와 달리 상기 챔버층(212)에 두 개 이상의 관통공(214)이 형성될 수도 있다. 상기 챔버층(212)에 형성된 관통공(214)은 잉크젯 프린트헤드를 카트리지(도 18의 230)에 접착시키는 과정에서 밀봉제(sealant,도 18의 250)에 의하여 밀폐됨으로써 잉크젯 프린트헤드 내부의 잉크가 밖으로 세어나가지 않게 된다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 잉크챔버(213)의 바닥면을 이루는 기판(210)의 표면에는 잉크챔버(213) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시기 위한 히터 및 이 히터에 전류를 인가하기 위한 도체(conductor)가 형성되어 있다.
상기 챔버층(212) 위에는 잉크챔버(213) 내의 잉크가 외부로 토출되는 노즐(217)이 형성된 노즐층(216)이 마련되어 있다. 상기 노즐층(216)은 챔버층(212) 위에 소정 두께의 고체 필름 레지스트를 적층하고, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 고체 필름 레지스트는 에폭시 계열의 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는, 노즐층(216)이 지정된 두께의 고체 필름 레지스트를 적층하여 형성됨으로써 노즐층(216)의 두께가 정밀하게 조절될 수 있다. 또한, 상기 챔버층(212)도 고체 필름 레지스트로 이루어지는 경우에는 상기 챔버층(212)의 두께도 정밀하게 조절될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 13 내지 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 13을 참조하면, 먼저 기판(210)을 준비한다. 상기 기판(210)으로는 일반적으로 실리콘 기판이 사용된다. 이어서, 도 14를 참조하면, 상기 기판(210) 상에 챔버층(212)을 형성한다. 여기서, 상기 챔버층(212)에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크챔버(213)가 형성되어 있으며, 상기 잉크챔버(213)를 외부와 연결하는 관통공(214)이 형성되어 있다. 도면에 도시된 바와 달리 상기 챔버층(212)에는 두 개 이상의 관통공(214)이 형성될 수도 있다. 상기 챔버층(212)은 기판(210) 상에 소정 두께의 고체 필름 레지스트(미도시)를 라미네이션(lamination)방법에 의하여 적층한 다음, 이를 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 고체 필름 레지스트는 내화학성 및 접착성이 매우 우수한 에폭시 계열의 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 챔버층(212)을 미리 지정된 두께의 고체 필름 레지스트를 이용하여 형성하는 경우에는, 챔버층(212)의 두께가 정밀하게 조절될 수 있다. 한편, 상기 챔버층(212)은 기판(210) 상에 액상의 레지스트(미도시)를 도포한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수도 있다.
도 15를 참조하면, 상기 챔버층(212) 상에 노즐층(216) 형성을 위한 고체 필름 레지스트(216')를 라미네이션 방법에 의하여 적층한다. 여기서, 고체 필름 레지스트(216')는 전술한 바와 같이 에폭시 계열의 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다. 다음으로, 도 16을 참조하면, 상기 고체 필름 레지스트(216')를 포토리소그라피 공정을 이용하여 패터닝하면 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(217)이 형성된 노즐층(216)이 완성된다. 상기 노즐층(216)은 미리 지정된 두께의 고체 필름 레지 스트(216')를 이용하여 형성됨으로써 노즐층(216)의 두께가 정밀하게 조절될 수 있다. 또한, 챔버층(212) 상에 고체 필름 레지스트(216')를 적층하고, 이를 패터닝하여 노즐층(216)을 형성하는 과정에서는 잉크챔버(213)가 관통공(214)을 통하여 외부와 통하여 있게 된다. 따라서, 고체 필름 레지스트(216')의 라미네이션 및 노광 시에 요구되는 열처리 공정에 의해서도 상기 노즐층(216)이 부풀어 오르는 현상은 발생하지 않게 된다.
마지막으로, 도 17을 참조하면, 상기 기판(210)을 관통하도록 식각하여 잉크챔버(213)에 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀(211)을 형성하면 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 여기서, 상기 잉크피드홀(211)은 기판(210)의 표면에 대하여 수직으로 형성된다. 상기 잉크피드홀(211)은 기판(210)을 건식 식각 또는 습식 식각함으로써 형성될 수 있다.
이와 같이 완성된 잉크젯 프린트헤드가 카트리지(cartridge)에 부착된 상태가 도 18에 도시되어 있다. 도 18을 참조하면, 기판(210), 챔버층(212) 및 노즐층(216)으로 이루어진 잉크젯 프린트헤드는 접착성 물질로 이루어진 밀봉제(sealant,250)에 의하여 카트리지(230)에 부착된다. 이 과정에서, 상기 챔버층(212)에 형성된 관통공(도 17의 214)은 상기 밀봉제(250)에 의하여 밀폐됨으로써 잉크젯 프린트헤드 내부의 잉크가 밖으로 세어나가지 않게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 챔버층에 잉크챔버와 외부를 연결하는 관통공을 형성함으로써, 챔버층 상에 노즐층을 형성할 때 노즐층이 부풀어 오르는 현상을 방지할 수 있다.
둘째, 미리 지정된 두께의 고체 필름 레지스트를 이용하여 챔버층 및 노즐층을 형성함으로써 제조공정을 단순화시킬 수 있고, 챔버층 및 노즐층의 두께를 정밀하게 조절할 수 있다.

Claims (5)

  1. 잉크피드홀이 관통되어 형성된 기판;
    상기 기판 상에 마련되는 것으로, 상기 잉크피드홀로부터 잉크가 채워지는 잉크챔버를 한정하며, 상기 잉크챔버를 외부와 연결하는 적어도 하나의 관통공이 형성된 챔버층; 및
    상기 챔버층 상에 마련되는 것으로, 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성되며, 고체 필름 레지스트로 이루어진 노즐층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 필름 레지스트는 에폭시 계열의 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  3. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 잉크챔버를 한정하며, 상기 잉크챔버를 외부와 연결하는 적어도 하나의 관통공이 형성된 챔버층을 형성하는 단계;
    상기 챔버층 상에 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판에 잉크피드홀을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 노즐층을 형성하는 단계는,
    상기 챔버층 상에 고체 필름 레지스트를 라미네이션(lamination) 방법에 의하여 적층하는 단계; 및
    상기 고체 필름 레지스트를 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 패터닝하여 상기 노즐을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고체 필름 레지스트는 에폭시 계열의 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103129145A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 三星电机株式会社 硅基底及其制造方法以及喷墨印刷头

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