JP2004351931A - インクジェットプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

インクジェットプリントヘッド及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2004351931A
JP2004351931A JP2004145605A JP2004145605A JP2004351931A JP 2004351931 A JP2004351931 A JP 2004351931A JP 2004145605 A JP2004145605 A JP 2004145605A JP 2004145605 A JP2004145605 A JP 2004145605A JP 2004351931 A JP2004351931 A JP 2004351931A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
ink
forming
substrate
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004145605A
Other languages
English (en)
Inventor
Min-Soo Kim
▲ミン▼秀 金
Su-Ho Shin
首鎬 申
Yong-Soo Oh
龍洙 呉
Hyung-Taek Lim
亨澤 林
Jong-Woo Shin
宋祐 辛
Seog-Soon Baek
錫淳 白
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of JP2004351931A publication Critical patent/JP2004351931A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/315—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
    • B41J2/32—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/335—Structure of thermal heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1601—Production of bubble jet print heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1628—Manufacturing processes etching dry etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629—Manufacturing processes etching wet etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1631—Manufacturing processes photolithography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1632—Manufacturing processes machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1637—Manufacturing processes molding
    • B41J2/1639—Manufacturing processes molding sacrificial molding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1642—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by CVD [chemical vapor deposition]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1643—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by plating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/1437—Back shooter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14387—Front shooter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】 インクジェットプリントヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 吐き出されるインクが充填されるインクチャンバがその表面側に形成され、インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドがその背面側に形成され、インクチャンバとマニホールドとを連結するインク流路がその表面に並んで形成された基板と、基板上に積層され、絶縁物質よりなる多数の保護層と、保護層上に積層され、熱伝導性のある金属物質よりなる熱発散層とを含み、インクチャンバと連結されるノズルが貫通されて形成されたノズルプレートと、ノズルプレートの保護層間に設けられるものであって、インクチャンバの上部に位置してインクチャンバの内部のインクを加熱するヒータと、ヒータに電流を印加する導体と、を備えるインクジェットプリントヘッドである。
【選択図】 図４

Description

本発明はインクジェットプリントヘッド及びその製造方法に係り、特にインク流路をインクチャンバと同じ平面上に形成することによって吐出性能を向上させ、基板上に金属ノズル板を設けることによって、ノズルを通じて吐き出される液滴の直進性を向上させ、ヒータから発生した熱を効果的に放熱して駆動周波数を向上させうるインクジェットプリントヘッド及びその製造方法に関する。
一般的に、インクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐き出して所定色相の画像で印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドは、インク液滴の吐出メカニズムによって大きく２つの方式に分類されうる。その一つは熱源を利用してインクにバブルを発生させてそのバブルの膨張力によりインク液滴を吐き出す熱駆動方式のインクジェットプリンタヘッドであり、他の一つは圧電体を使用してその圧電体の変形によりインクに加えられる圧力によりインク液滴を吐き出す圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。
前記熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドでのインク液滴吐出メカニズムをより詳細に説明すれば、次の通りである。抵抗発熱体からなるヒータにパルス状の電流が流れれば、ヒータから熱が発生しつつヒータに隣接したインクは約３００℃に瞬間加熱される。これにより、インクが沸騰しつつバブルが生成し、生成されたバブルは膨脹してインクが充填されたインクチャンバの内部に圧力を加える。これにより、ノズル付近にあったインクがノズルを通じて液滴状にインクチャンバの外部に吐き出される。
ここで、バブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とによって、前記熱駆動方式は再びトップシューティング、サイドシューティング、バックシューティング方式に分類されうる。トップシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが同じ方式であり、サイドシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが直角を成す方式であり、そしてバックシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが相互反対のインク液滴吐出方式である。
このような熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、一般的に、次のような要件を満足しなければならない。第一に、可能なかぎり、その製造が簡単で製造コストが低く、量産が可能でなければならない。第二に、高画質の画像を得るためには隣接したノズル間の干渉は抑制しつつも隣接したノズル間の間隔を可能なかぎり狭くしなければならない。すなわち、ＤＰＩ（ＤｏｔｓＰｅｒＩｎｃｈ）を高めるためには多数のノズルを高密度に配置できなければならない。第三に、高速印刷のためには、インクチャンバからインクが吐出された後、インクチャンバにインクがリフィルされる周期を可能なかぎり短くしなければならない。すなわち、加熱されたインクの冷却が速くなされて駆動周波数を高められなければならない。
図１は、従来のバックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの一例であって、特許文献１に開示されたインクジェットプリントヘッドの構造を示す斜視図である。図面を参照すれば、インクジェットプリントヘッド２４は、インク液滴が吐き出されるノズル１０と吐き出されるインクが充填されるインクチャンバ１６とが形成された基板１１、インクチャンバ１６とインク保存庫１２とを連結する貫通ホール２が形成されたカバープレート３、及びインクチャンバ１６にインクを供給するためのインク保存庫１２が順次に積層された構造を有する。ここで、前記基板１１のノズル１０の周囲にはヒータ４２が環状に配置されている。
前記構造で、ヒータ４２にパルス状の電流が供給されてヒータ４２に熱が発生すれば、インクチャンバ１６内のインクが沸騰してバブルが生成される。生成されたバブルは膨脹し続け、これにより、インクチャンバ１６内に充填されたインクに圧力が加えられてノズル１０を通じてインク液滴が外部に吐き出される。次いで、インク保存庫１２からカバープレート３に形成された貫通ホール２を通じてインクチャンバ１６の内部にインクが吸入されてインクチャンバ１６は再びインクで充填される。
しかし、このようなインクジェットプリントヘッドでは、インクチャンバの高さが基板の厚さとほぼ同じであるので、とても薄い基板を使用しないと、インクチャンバのサイズが大きくなる。したがって、インクの吐出に使用されなければならないバブルの圧力が周囲のインクによって分散される現象が発生することによって、結果的に吐出特性が悪くなる。一方、インクチャンバのサイズを小さくするために薄い基板を使用すれば、その基板の加工が難しくなる。すなわち、現在インクジェットプリントヘッドで一般的に使われるインクチャンバの高さは１０〜３０μｍ程度であって、この程度の高さを有するインクチャンバを形成するためには１０〜３０μｍのシリコン基板を使用しなければならない。しかし、半導体工程ではこのような厚さのシリコン基板の加工は不可能である。
一方、前記のような構造のインクジェットプリントヘッドを製造するためには、基板、カバープレート及びインク保存庫を接合しなければならない。したがって、その製作工程が複雑になり、吐出特性に敏感に影響を与える要素であるインク流路を精巧に形成できないという問題点がある。
図２は、従来のバックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの他の例であって、特許文献２に開示されたインクジェットプリントヘッドの構造を示す断面図である。図面を参照すれば、シリコンからなる基板３０の上部には半球形のインクチャンバ１５が形成されており、その下部にはインクチャンバ１５にインクを供給するマニホールド２６が形成されており、インクチャンバ１５とマニホールド２６との間にはインクチャンバ１５とマニホールド２６とを連結するインクチャンネル１３が基板３０の表面に垂直して円筒形に形成されている。基板３０の表面にはインク液滴１８が吐き出されるノズル２１が形成されたノズル板２０が位置し、インクチャンバ１５の上部壁を形成する。前記ノズル板２０にはノズル２１に隣接してこれを取り囲む環状のヒータ２２が形成されており、このヒータ２２には電流を印加するための電気線（図示せず）が連結されている。
前記構造で、マニホールド２６及びインクチャンネル１３を通じて供給されたインクがインクチャンバ１５に充填された状態で、環状のヒータ２２にパルス状の電流を印加すれば、ヒータ２２から発生した熱によってヒータ２２の下部のインクが沸騰してバブルが生成される。これにより、インクチャンバ１５内に充填されたインクに圧力が加えられてノズル２１の付近にあったインクがノズル２１を通じて外部にインク液滴１８の形態に吐き出される。次いで、インクチャンネル１３を通じてインクが吸い込まれつつ、インクチャンバ１５内にインクが再び充填される。
このようなインクジェットプリントヘッドでは、基板の一部分だけをエッチングしてインクチャンバを形成するので、インクチャンバのサイズが小さくなり、また接合工程なしに一括工程でプリントヘッドを製造するので、その製造工程が簡単であるという長所がある。
しかし、インクチャンネルがノズルと一直線上に位置するので、バブル生成時にインクがインクチャンネル側に逆流する現象が発生して吐出特性が悪くなる。また、ノズルによって露出された基板をエッチングしてインクチャンバを形成するので、インクチャンバのサイズは小さくできるが、任意の形状を有するインクチャンバを製作できないという短所がある。したがって、最適の形状を有するインクチャンバを作り難い。
図３は、従来のバックシューティング方式のインクジェットプリントヘッドの他の例であって、特許文献３に開示されたインクジェットプリントヘッドの構造を示す概略的な断面図である。図面を参照すれば、インクジェットプリントヘッドは、ノズル５１が形成されたノズル板５０、インクチャンバ６１及びインクチャンネル６２が形成された絶縁層６０及び前記インクチャンバ６１にインクを供給するためのマニホールド５５が形成されたシリコン基板７０が順次に積層された構造である。
このようなインクジェットプリントヘッドでは、基板上に積層された絶縁層を利用してインクチャンバを形成することによってインクチャンバの形状を任意にでき、逆流現象も減らせる長所がある。
しかし、このようなインクジェットプリントヘッドの製造において、シリコン基板上に厚い絶縁層を蒸着し、これをエッチングしてインクチャンバを形成する方法が一般的に使用されるが、このような方法は、次のような問題がある。第一に、現存する半導体工程では基板上に厚い絶縁層を積層し難く、第二に、厚い絶縁層をエッチングし難い。したがって、このようなインクジェットプリントヘッドではインクチャンバの高さに一定の限界があり、これにより約６μｍほどのインクチャンバとノズルとが図３に示されている。しかし、この程度のインクチャンバの高さでは比較的大きなドロップサイズを有するインクジェットプリントヘッドを製作することは不可能である。
米国特許第５,５０２,４７１号明細書 米国特許第５,８４１,４５２号明細書 米国特許第６,３８２,７８２号明細書
本発明は前記問題点を解決するために考案されたものであって、インク流路をインクチャンバと同じ平面上に形成することによって吐出性能を向上させ、基板上に金属ノズル板を設けることによってノズルを通じて吐き出される液滴の直進性を向上させ、ヒータから発生した熱を効果的に放熱して駆動周波数を向上させうる改善された構造のインクジェットプリントヘッド及びその製造方法を提供するのにその目的がある。
前記目的を達成するために、本発明によるインクジェットプリントヘッドは、吐き出されるインクが充填されるインクチャンバがその表面側に形成され、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドがその背面側に形成され、前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインク流路がその表面に並んで形成された基板と、前記基板上に積層され、絶縁物質よりなる多数の保護層と、前記保護層上に積層され、熱伝導性ある金属物質よりなる熱発散層とを含み、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通されて形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートの前記保護層間に設けられるものであって、前記インクチャンバの上部に位置して前記インクチャンバ内部のインクを加熱するヒータと、前記ヒータに電流を印加する導体と、を備える。
前記インク流路は、前記インクチャンバと同一平面上に形成されることが望ましい。ここで、前記インク流路は、前記インクチャンバと連結される少なくとも一つのインクチャンネル、及び、前記インクチャンネルと前記マニホールドとを連結するインクフィードホールを備える。
前記保護層は、前記基板上に順次に積層された第１保護層、第２保護層及び第３保護層を含み、前記ヒータは前記第１保護層と前記第２保護層との間に設けられ、前記導体は前記第２保護層と前記第３保護層との間に設けられる。
前記多数の保護層には前記ノズルの下部が形成され、前記熱発散層には前記ノズルの上部が形成される。
前記熱発散層に形成される前記ノズルの上部は出口側に行くほど断面積が狭くなるテーパ状よりなることが望ましい。
前記熱発散層は少なくとも一つの金属層よりなり、前記金属層各々はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及び金（Ａｕ）よりなる群から選択される何れか一つの金属物質よりなりうる。ここで、前記熱発散層は、電気メッキにより１０〜１００μｍの厚さに形成されることが望ましい。
前記保護層上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層が形成されうる。ここで、前記シード層は少なくとも一つの金属層よりなり、前記金属層各々はＣｕ、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、Ａｕ及びＮｉよりなる群から選択される何れか一つの金属物質よりなりうる。
一方、本発明によるインクジェットプリントヘッドの製造方法は、基板の表面側に所定深さの犠牲層を形成する段階と、前記犠牲層が形成された前記基板上に多数の保護層を順次に積層しつつ、ヒータと前記ヒータとに連結される導体を前記保護層間に形成する段階と、前記保護層上に金属よりなる熱発散層を形成し、インクが吐き出されるノズルを前記熱発散層と前記保護層とを貫通するように形成して前記犠牲層を露出させる段階と、前記基板の背面側にインクを供給するマニホールドを形成する段階と、前記犠牲層を除去してインクチャンバ及びインク流路を形成する段階と、前記マニホールドと前記インク流路とを連結する段階と、を含む。
前記犠牲層を形成する段階は、前記基板の表面をエッチングして所定深さのグルーブを形成する段階と、前記グルーブが形成された前記基板の表面を酸化させて酸化物層を形成する段階と、前記グルーブの内部に所定の物質を充填した後、前記基板の表面を平坦化させる段階と、を含みうる。ここで、前記グルーブの内部に所定の物質を充填する段階は、前記グルーブの内部にポリシリコンをエピタキシャル成長させて充填する段階であることが望ましい。
前記犠牲層を形成する段階は、ＳＯＩ基板の上部シリコン基板に絶縁層を露出させる所定形状のトレンチを形成する段階と、前記トレンチの内部に所定物質を充填する段階と、を含みうる。ここで、前記所定物質はシリコン酸化物であることが望ましい。
前記保護層を形成する段階は、前記犠牲層が形成された前記基板の表面に第１保護層を形成する段階と、前記第１保護層上に前記ヒータを形成する段階と、前記第１保護層及び前記ヒータ上に第２保護層を形成する段階と、前記第２保護層上に前記導体を形成する段階と、前記第２保護層及び前記導体上に第３保護層を形成する段階と、を含む。
前記熱発散層は少なくとも一つの金属層よりなり、前記金属層各々はＮｉ、Ｃｕ、Ａｌ及びＡｕよりなる群から選択される何れか一つの金属物質を電気メッキすることによって形成されうる。ここで、前記熱発散層は１０〜１００μｍの厚さに形成されることが望ましい。
前記熱発散層及び前記ノズルを形成する段階は、前記犠牲層の上部の前記保護層をエッチングして下部ノズルを形成する段階と、前記下部ノズルの内部に下部メッキ枠を形成する段階と、前記下部メッキ枠上に上部ノズルの形成のための所定形状の上部メッキ枠を形成する段階と、前記保護層上に前記熱発散層を電気メッキにより形成する段階と、前記上部及び下部メッキ枠を除去して前記上部ノズル及び前記下部ノズルよりなるノズルを形成する段階と、を含みうる。ここで、前記下部メッキ枠及び上部メッキ枠は、フォトレジストまたは感光性ポリマーよりなることが望ましい。
前記熱発散層及び前記ノズルを形成する段階は、前記犠牲層の上部の前記保護層をエッチングして下部ノズルを形成する段階と、上部ノズルの形成のための所定形状のメッキ枠を前記下部ノズルの内部から垂直方向に形成する段階と、前記保護層上に前記熱発散層を電気メッキにより形成する段階と、前記メッキ枠を除去して前記上部ノズルと前記下部ノズルとよりなる前記ノズルを形成する段階と、を含みうる。ここで、前記メッキ枠は、フォトレジストまたは感光性ポリマーよりなることが望ましい。
前記下部ノズルは、前記保護層を反応性イオンエッチングによりドライエッチングすることによって形成されうる。
前記保護層上には前記熱発散層の電気メッキのためのシード層を形成することが望ましい。ここで、前記シード層は少なくとも一つの金属層よりなり、前記金属層各々は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ及びＮｉよりなる群から選択される何れか一つの金属物質を蒸着することによって形成されうる。
前記熱発散層を形成する段階後には、前記熱発散層の上面を化学機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程によって平坦化させることが望ましい。
本発明によるインクジェットプリントヘッド及びその製造方法は、次のような効果を有する。
第一に、インク流路をインクチャンバと同一平面上で基板の表面に並んで形成することによって、インクの逆流現象による吐出不良を防止してプリントヘッドの性能を向上させうる。
第二に、熱発散層が厚く形成されうるので、ノズルを十分に長く確保できる。これにより、ノズルを通じて吐き出されるインク液滴の直進性を向上させうる。
第三に、金属物質よりなる熱発散層を通じてヒータ及びその周辺に残留する熱を基板及び外部に発散させることによって効果的な放熱がなされうる。これにより、ノズル部位の温度上昇を抑制でき、その結果、駆動周波数を向上させうる。
以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施例を詳細に説明する。図面で同じ参照符号は同じ要素を表し、図面上で各要素のサイズや厚さは説明の明瞭性のために便宜上誇張されていることもある。また、一層が基板や他の層の上に存在すると説明される時、その層は基板や他の層に直接接しつつ上に存在することもあり、その間に第３の層が存在することもある。
図４は、本発明によるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。図４を参照すれば、インクジェットプリントヘッドは、インク吐出部１０３が２列に配置され、各インク吐出部１０３と電気的に連結されるボンディングパッド１０１が配置されている。図面ではインク吐出部１０３が２列に配置されているが、１列に配置されることもあり、解像度をさらに高めるために３列以上に配置されることもある。
図５は図４のＡ部分を拡大して示す平面図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ′線に沿って見たインクジェットプリントヘッドの垂直構造を示す断面図であり、図７は基板の表面に形成されたインクチャンバ及びインク流路を表す基板の一部斜視図である。
図面を参照すれば、インクジェットプリントヘッドの基板１００にはその表面側に吐き出されるインクが充填されるインクチャンバ１０６が所定深さに形成され、その背面側にはインクチャンバ１０６にインクを供給するためのマニホールド１０２が形成される。
ここで、インクチャンバ１０６及びマニホールド１０２は各々基板１００の表面及び背面をエッチングして形成されるので、その形状が多様に変形されうる。ここで、前記インクチャンバ１０６は、約１０〜８０μｍの深さに形成されることが望ましい。そして、前記インクチャンバ１０６の下部に形成されたマニホールド１０２は、インクを含んでいるインク保存庫（図示せず）と連結される。
インクチャンバ１０６とマニホールド１０２との間には、これらを相互連結するインク流路１０５が基板１００の表面側に形成される。ここで、インク流路１０５は、インクチャンバ１０６と同様に基板１００の表面をエッチングして形成される。したがって、インク流路１０５の形状も多様に変形されうる。そして、前記インク流路１０５は、インクチャンバ１０６と同じ平面上で基板１００の表面に並んで形成される。このようなインク流路１０５は、インクチャンネル１０５ａとインクフィードホール１０５ｂとからなり、前記インクチャンネル１０５ａはインクチャンバ１０６と連結され、前記インクフィードホール１０５ｂはマニホールド１０２と連結される。一方、前記インクチャンネル１０５ａは、吐出特性を考慮して複数に形成されることもある。
前記インクチャンバ１０６、インク流路１０５及びマニホールド１０２が形成された基板１００の上部にはノズルプレート１２０が設けられる。このようなノズルプレート１２０は、インクチャンバ１０６及びインク流路１０５の上部壁をなす。そして、このノズルプレート１２０にはインクチャンバ１０６からインクの吐出されるノズル１０４が垂直に貫通されて形成される。
前記ノズルプレート１２０は、基板１００上に積層された多数の物質層からなる。この物質層は、第１、第２及び第３保護層１２１，１２２，１２６と、金属からなる熱発散層１２８とを含む。そして、第１保護層１２１と第２保護層１２２との間にはヒータ１０８が設けられ、第２保護層１２２と第３保護層１２６との間には導体（図５の１１２）が設けられる。
前記第１保護層１２１は、ノズルプレート１２０をなす多数の物質層のうち最下部の物質層であって基板１００の上面に形成される。前記第１保護層１２１は、ヒータ１０８と基板１００との間の絶縁及びヒータ１０８の保護のための物質層であってシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなりうる。
インクチャンバ１０６の上部の第１保護層１２１上にはインクチャンバ１０６の内部のインクを加熱するヒータ１０８が形成される。前記ヒータ１０８は、複数形成され、その形成位置や形状を図面とは異ならせてもよい。したがって、前記ヒータ１０８は、ノズル１０４を取り囲む環状に形成されることもある。このようなヒータ１０８は、不純物がドーピングされたポリシリコン、タンタルアルミニウム合金、タンタル窒化物、チタン窒化物またはタングステンシリサイドのような発熱抵抗体からなる。
前記第２保護層１２２は、第１保護層１２１及びヒータ１０８上に設けられる。前記第２保護層１２２は、ヒータ１０８の保護のために設けられるものであって、前記第１保護層１２１と同様にシリコン窒化物またはシリコン酸化物からなりうる。
一方、図６には示されていないが、第２保護層１２２上にはヒータ１０８と電気的に連結されてヒータ１０８にパルス状の電流を印加する導体（図５の１１２）が設けられる。前記導体（図５の１１２）の一端部は、第２保護層１２２上に形成されたコンタクトホール（図示せず）を通じてヒータ１０８と接続され、その他端部はボンディングパッド（図４の１０１）に電気的に連結される。前記導体（図５の１１２）は電気及び熱伝導性が良い金属、例えば、ＡｌやＡｌ合金またはＡｕや銀からなりうる。
前記第３保護層１２６は、導体（図５の１１２）及び第２保護層１２２上に設けられる。前記第３保護層１２６は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）酸化物またはシリコン酸化物からなりうる。
前記熱発散層１２８は、ノズルプレート１２０をなす多数の物質層のうち最上部の物質層である。前記熱発散層１２８は、熱伝導性が良好な金属、例えばＮｉ、Ｃｕ、ＡｌまたはＡｕからなりうる。また、前記熱発散層１２８は、複数の金属層からなることもある。このような熱発散層１２８は、前記金属物質の電気メッキによって約１０〜１００μｍの厚さに形成されうる。このために、第３保護層１２６の上面及び基板１００表面の両側には前記金属物質の電気メッキのためのシード層１２７が設けられる。前記シード層１２７は導電性が良好な金属、例えば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＡｕまたはＮｉからなりうる。また、前記シード層１２７は、複数の金属層からなることもある。
前記熱発散層１２８は、ヒータ１０８及びその周辺の熱を外部に発散させる機能を行う。すなわち、インクが吐出された後にヒータ１０８及びその周辺に残留する熱は熱発散層１２８を通じて基板１００及び外部に発散される。したがって、インクが吐出された後にさらに速く放熱され、ノズル１０４の周囲の温度が低くなるので、高い駆動周波数で安定した印刷が可能になる。
前記のように熱発散層１２８は、比較的厚く形成されうるので、ノズル１０４を十分に長く確保できる。したがって、安定した高速印刷が可能になり、ノズル１０４を通じて吐き出されるインク液滴の直進性が向上する。すなわち、吐き出されるインク液滴が基板１００に対して正確に垂直方向に吐出されうる。
一方、前記ノズル１０４は、下部ノズル１０４ａ及び上部ノズル１０４ｂからなる。下部ノズル１０４ａは第１、第２及び第３保護層１２１，１２２，１２６に円筒状に形成され、上部ノズル１０４ｂは熱発散層１２８に出口側に行くほど直径が小さくなるテーパ状に形成される。このように、上部ノズル１０４ｂがテーパ状に形成される場合には、インクの吐出後にインクの表面のメニスカスがさらに速く安定される長所がある。
前記のような構造のインクジェットプリントヘッドで、インクがノズル１０４を通じて吐き出されるメカニズムを説明する。
まず、インクチャンバ１０６とノズル１０４との内部にインクが充填された状態で、導体１１２を通じてヒータ１０８にパルス状の電流が印加されれば、ヒータ１０８から熱が発生する。このように発生した熱は、ヒータ１０８の下部の第１保護層１２１を通じてインクチャンバ１０６内のインクに伝えられ、これによりインクが沸騰してバブルが生成される。生成されたバブルは継続的な熱の供給によって膨脹し、これによりノズル１０４内のインクはノズル１０４の外部に押し出される。
次いで、印加した電流を遮断すれば、バブルは収縮して消滅する。この時、ノズル１０４の外部に押されたインクは液滴状に吐き出される。一方、インク液滴の吐出後にヒータ１０８とその周辺に残留している熱が熱発散層１２８を通じて基板１００及び外部に発散されるので、ヒータ１０８とその周辺の温度は速く低下する。
次いで、インクチャンバ１０６の内部は、マニホールド１０２からインクチャンネル１０５ａ及びインクフィードホール１０５ｂを通じて供給されるインクで再充填される。インクのリフィルが完了して初期状態に復帰すれば、前記過程が反復される。
前記のような本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドでは、インク流路１０５がインクチャンバ１０６と同一平面上で基板１００の表面に並んで形成されるので、インクの逆流現象を減らせる。そして、インクチャンバ１０６及びインク流路１０５がエッチング方法によって形成されるので、その形状を多様に変形できる。したがって、最適の形状を有するインクチャンバ１０６及びインク流路１０５を形成できる。また、金属からなる熱発散層１２８はメッキ工程によって形成されるので、インクジェットプリントヘッドの他の構成要素と一体に形成され、また比較的厚く形成されうるので効果的に放熱されうる。
以下では、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの製造方法を説明する。図８ないし図１９は、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す断面図である。
図８は、基板１００の表面にグルーブを形成した後、前記基板１００を酸化させて基板１００の表面及び背面にシリコン酸化物層１３０，１４０を形成した状態を示す図面である。
まず、本実施例では、基板１００としてはシリコンウェーハを約３００〜７００μｍほどの厚さに加工して使用する。これはシリコンウェーハが半導体素子に広く使われるものであって、量産に効果的であるためである。
一方、図８に示されたものは、シリコンウェーハの極めて一部を示すものであって、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドは、一つのウェーハに数十ないし数百個のチップ状態で製造されうる。
そして、準備されたシリコン基板１００の上面にエッチングされる部位を限定するエッチングマスクを形成する。前記エッチングマスクは、基板１００の上面にフォトレジストを所定厚さに塗布した後、これをパターニングすることによって形成されうる。
次いで、前記エッチングマスクを通じて露出された基板１００をエッチングして、所定形状のグルーブを形成する。前記基板１００のエッチングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のようなドライエッチング法により行われうる。前記グルーブは、以後にインクチャンバ（図６の１０６）及びインク流路（図６の１０５）が形成される部分であって、その深さは約１０〜８０μｍほどが望ましい。一方、このようなグルーブは、基板１００の表面のエッチング形態によって多様な形状に形成され、これにより所望の形状のインクチャンバ及びインク流路が得られる。前記グルーブを形成した後には、基板１００上のエッチングマスクを除去する。
次いで、前記グルーブが形成された基板１００を酸化させて基板１００の表面及び背面に各々シリコン酸化物層１３０，１４０を形成する。
図９は、基板１００に形成されたグルーブの内部に犠牲層２５０を形成した後、基板１００の表面を平坦化させた状態を示す図面である。
具体的に、酸化された基板１００の表面に形成されたグルーブの内部にポリシリコンをエピタキシャル方法で成長させて犠牲層２５０を形成する。次いで、化学機械的研磨によって前記犠牲層２５０と基板１００の表面とを同じ平面に平坦化させる。この時、外部に突出したシリコン酸化物層１４０も共に除去される。
図１０は、図９に示された結果物の全面に第１保護層１２１を形成し、その上にヒータ１０８、第２保護層１２２、導体（図５の１１２）及び第３保護層１２６を順次に積層した状態を示す図面である。
具体的に、まず平坦化された基板１００の表面に第１保護層１２１を形成する。前記第１保護層１２１は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を蒸着することによってなりうる。
次いで、前記第１保護層１２１上にヒータ１０８を形成する。前記ヒータ１０８は、第１保護層１２１の全面に不純物がドーピングされたポリシリコン、タンタルアルミニウム合金、タンタル窒化物、チタン窒化物またはタングステンシリサイドの発熱抵抗体を所定厚さに蒸着した後、これをパターニングすることによって形成されうる。具体的に、ポリシリコンは不純物であって、例えばリン（Ｐ）のソースガスと共に低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって約０.７〜１μｍの厚さに蒸着され、タンタルアルミニウム合金、タンタル窒化物、チタン窒化物またはタングステンシリサイドは、スパッタリング又は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって約０.１〜０.３μｍの厚さに蒸着されうる。この発熱抵抗体の蒸着厚さは、ヒータ１０８の幅と長さとを考慮して適正な抵抗値を有するように他の範囲にしうる。第１保護層１２１の全面に蒸着された発熱抵抗体は、フォトマスク及びフォトレジストを利用した写真工程とフォトレジストパターンをエッチングマスクとしてエッチングするエッチング工程とによってパターニングされうる。
次いで、ヒータ１０８が形成された第１保護層１２１の全面にシリコン酸化物またはシリコン窒化物からなる第２保護層１２２を約０.２〜１μｍの厚さに蒸着することによってなりうる。次いで、前記第２保護層１２２をエッチングして導体（図５の１１２）と接続される部分のヒータ１０８を露出させるコンタクトホール（図示せず）を形成する。
次いで、前記第２保護層１２２の全面に電気及び熱伝導性が良い金属、例えば、ＡｌやＡｌ合金またはＡｕや銀（Ａｇ）をスパッタリングによって約０.５〜２μｍの厚さに蒸着し、これをパターニングすることによって導体（図５の１１２）を形成する。これにより、導体（図５の１１２）は前記コンタクトホール（図示せず）を通じてヒータ１０８と接続される。
次いで、第２保護層１２２及び導体（図５の１１２）の上面に第３保護層１２６を形成する。具体的に、前記第３保護層１２６は、導体（図５の１１２）と以後に形成される熱発散層（図６の１２８）との間の絶縁のためのものであって、ＴＥＯＳ酸化物をプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって約０.７〜３μｍほどの厚さに蒸着することによってなりうる。
図１１は、下部ノズル１０４ａを形成した状態を示す図面である。前記下部ノズル１０４ａは、第３保護層１２６、第２保護層１２２及び第１保護層１２１をＲＩＥ法によってエッチングすることによって形成されうる。このようなエッチング過程によって基板１００の表面側に形成された犠牲層２５０の一部と基板１００の表面の両側が露出される。
図１２は、下部ノズル１０４ａの内部に下部メッキ枠３５０を形成し、その上にシード層１２７を形成した状態を示す図面である。具体的に、前記下部メッキ枠３５０は、図１１の結果物の全面にフォトレジストを所定厚さに塗布した後、これをパターニングして下部ノズル１０４ａの内部に充填されたフォトレジストだけ残すことによって形成されうる。一方、前記下部メッキ枠３５０は、フォトレジストだけでなく感光性ポリマーからなることもある。
次いで、前記段階の結果物の全面に電気メッキのためのシード層１２７を形成する。前記シード層１２７は、電気メッキのために導電性が良好なＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＡｕまたはＮｉのような金属をスパッタリングによって約５００〜３０００Åの厚さに蒸着することによってなりうる。一方、前記シード層１２７は、複数の金属層からなることもある。
図１３は、上部ノズル（図６の１０４ｂ）形成のための上部メッキ枠４５０を形成した状態を示す図面である。前記上部メッキ枠４５０は、シード層１２７の全面にフォトレジストを塗布した後、これをパターニングして上部ノズル（図６の１０４ｂ）が形成される部位にだけフォトレジストを残存させることによって形成されうる。一方、前記上部メッキ枠４５０はフォトレジストだけでなく、感光性ポリマーからなることもある。上部メッキ枠４５０は、上側に行くほどその直径が次第に小さくなるテーパ状に形成される。一方、上部ノズルは円筒状になることもあり、この場合に上部メッキ枠は柱状に形成される。
一方、前記下部メッキ枠３５０及び上部メッキ枠４５０は、次のような段階を経て形成されることもある。図１９を参照すれば、下部メッキ枠３５０を形成する前に、図１１の結果物の全面に電気メッキのためのシード層１２７′を形成する。次いで、下部メッキ枠３５０と上部メッキ枠４５０とを順次に形成する。一方、前記下部及び上部メッキ枠３５０，４５０は、一体に共に形成されることもある。
図１４は、シード層１２７の上面に所定厚さの金属物質からなる熱発散層１２８を形成した状態を示す図面である。前記熱発散層１２８は、熱伝導性が良好な金属、例えばＮｉ、Ｃｕ、ＡｌまたはＡｕをシード層１２７の表面に電気メッキさせて約１０〜１００μｍの厚さに形成されうる。この時、前記熱発散層１２８は、複数の金属層からなることもある。この熱発散層１２８の厚さは、上部ノズルの断面積と断面形状、基板１００及び外部への放熱能力を考慮して適正に決定されうる。
電気メッキが完了した後の熱発散層１２８の表面は、その下部に形成された物質層によって凹凸を有する。したがって、ＣＭＰによって熱発散層１２８の表面を平坦化しうる。
次いで、上部メッキ枠４５０と、上部メッキ枠４５０の下部のシード層１２７と、下部メッキ枠３５０とを順次に除去する。前記上部及び下部メッキ枠４５０，３５０は、通常的にフォトレジスト除去方法によって除去されうる。前記シード層１２７は、熱発散層１２８をなす金属物質とシード層１２７をなす金属物質とのエッチング選択性を考慮してシード層１２７のみを選択的にエッチングできるエッチング液を使用するウェットエッチングによってエッチングされうる。例えば、シード層１２７がＣｕからなる場合には酢酸ベースエッチング液を、そしてシード層１２７がＴｉからなる場合にはＨＦベースエッチング液を使用できる。それにより、図１５に示されたように、下部ノズル１０４ａと上部ノズル１０４ｂとが連結されて完全なノズル１０４が形成され、多数の物質層が積層されたノズルプレート１２０が完成される。この時、インクチャンバ（図６の１０６）及びインク流路（図６の１０５）を形成する空間に充填されている犠牲層２５０の一部表面がノズル１０４を通じて露出される。
図１６は、基板１００の背面にマニホールド１０２を形成した状態を示す図面である。具体的に、シリコン基板１００の背面に形成されたシリコン酸化物層１３０をパターニングしてエッチングされる領域を限定するエッチングマスクを形成する。次いで、前記エッチングマスクによって露出されたシリコン基板１００をエッチング液でＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）または水酸化カルシウム（ＫＯＨ：ｐｏｔａｓｓｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を使用してウェットエッチングすれば、図示されたように側面が傾斜したマニホールド１０２が形成される。一方、前記マニホールド１０２は、基板１００の背面を異方性ドライエッチングすることによって形成されることもある。
図１７は、基板１００の表面にインクチャンバ１０６及びインク流路１０５を形成した状態を示す図面である。前記インクチャンバ１０６及びインク流路１０５は、犠牲層（図１６の２５０）を等方性エッチングすることによって形成できる。具体的に、ＸｅＦ２ガスまたはＢｒＦ３ガスをエッチングガスとして使用してノズル１０４を通じて露出された犠牲層（図１６の２５０）を所定時間ドライエッチングする。この時、犠牲層（図１６の２５０）のエッチングは、等方性エッチングによってなされるので、犠牲層（図１６の２５０）はノズル１０４を通じて露出された部分から全ての方向に同じ速度でエッチングされる。しかし、エッチング阻止壁としての役割を行うシリコン酸化物層１４０でこれ以上のエッチングが阻止される。これにより、図示されたようにインクチャンバ１０６及びインク流路１０５が同一平面上で基板１００の表面に並んで形成される。ここで、基板１００の表面に形成されるインクチャンバ１０６及びインク流路１０５の深さは約１０〜８０μｍほどとなる。前記インク流路１０５は、インクチャンバ１０６と連結されるインクチャンネル１０５ａと、マニホールド１０２と連結されるインクフィードホール１０５ｂとで構成される。
図１８は、基板１００に形成されたインク流路１０５とマニホールド１０２とを連結した状態を示す図面である。具体的に、基板１００の表面に形成されたインク流路１０５と基板１００の背面に形成されたマニホールド１０２との間にあるシリコン酸化物層１４０をエッチングによって除去すれば、インク流路１０５とマニホールド１０２とが連結される。これにより、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドが完成される。
図２０ないし図２２は、本発明によるインクジェットプリントヘッドを製造する他の過程を示す断面図である。この製造方法は、犠牲層を形成する段階を除いては、前述したインクジェットプリントヘッドの製造方法と同じであるので、以下では犠牲層を形成する段階だけを説明する。
まず、本製造方法では、図２０に示されたように、基板として二つのシリコン基板３１０，３３０間に絶縁層３２０が介在されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板３００が使われる。ここで、上部シリコン基板３３０の厚さは約１０〜８０μｍであり、下部シリコン基板３１０の厚さは約３００〜７００μｍである。
次いで、図２１に示されたように、上部シリコン基板３３０の表面をエッチングして絶縁層３２０が露出されるように所定形状のトレンチ３４０を形成する。上部シリコン基板３３０のエッチングは、ＲＩＥ法のようなドライエッチング法によって行われうる。前記トレンチ３４０は、インクチャンバ（図６の１０６）及びインク流路（図６の１０５）が形成される部位を取り囲む形状に形成され、その幅はその内部に所定の物質が容易に充填されうるように数μｍほどに形成される。
次いで、図２２に示されたように、前記トレンチ３４０にシリコン酸化物３７０を充填した後、上部シリコン基板３３０の表面を平坦化させる。これにより、前記シリコン酸化物３７０によって取り囲まれた部分がインクチャンバ（図６の１０６）及びインク流路（図６の１０５）の形成のための犠牲層２５０′となる。したがって、本製造方法によって形成された犠牲層２５０′は、前述したポリシリコンとは異なりシリコンからなる。
以後の段階は、前述した図１０ないし図１８に示された段階と同じである。
以上、本発明の望ましい実施例が詳細に説明されたが、本発明の範囲はこれに限定されず、多様な変形及び均等な他の実施例が可能である。したがって、本発明によるインクジェットプリントヘッドの各要素は、例示された物質と異なる物質が使用され、各物質の積層及び形成方法も単に例示されたものであって、多様な蒸着方法及びエッチング方法が適用されうる。また、本発明によるインクジェットプリントヘッドの製造方法において、各段階の順序は、場合によって、例示されたものと異にすることもある。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
本発明は印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像で印刷するインクジェットプリントヘッドに適用可能である。
従来のインクジェットプリントヘッドの一例を示す斜視図である。 従来のインクジェットプリントヘッドの他の例を示す斜視図である。 従来のインクジェットプリントヘッドのさらに他の例を示す斜視図である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。 図４のＡ部分を拡大して示す平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ′線に沿って見たインクジェットプリントヘッドを示す断面図である。 インクチャンバ及びインク流路が形成された基板の一部斜視図である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示す図面である。 本発明によるインクジェットプリントヘッドを製造する他の過程を示す断面図である。 本発明によるインクジェットプリントヘッドを製造する他の過程を示す断面図である。 本発明によるインクジェットプリントヘッドを製造する他の過程を示す断面図である。
符号の説明
１０１ ボンディングパッド
１０３ インク吐出部

Claims (30)

  1. 吐き出されるインクが充填されるインクチャンバがその表面側に形成され、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホールドがその背面側に形成され、前記インクチャンバと前記マニホールドとを連結するインク流路がその表面に並んで形成された基板と、
    前記基板上に積層され、絶縁物質よりなる多数の保護層と、前記保護層上に積層され、熱伝導性のある金属物質よりなる熱発散層とを含み、前記インクチャンバと連結されるノズルが貫通して形成されたノズルプレートと、
    前記ノズルプレートの前記保護層間に設けられるものであって、前記インクチャンバの上部に位置して前記インクチャンバ内部のインクを加熱するヒータと、前記ヒータに電流を印加する導体と、
    を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
  2. 前記インク流路は、前記インクチャンバと同一平面上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
  3. 前記インク流路は、前記インクチャンバと連結される少なくとも一つのインクチャンネル、及び、前記インクチャンネルと前記マニホールドとを連結するインクフィードホール、を備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
  4. 前記保護層は、前記基板上に順次に積層された第１保護層、第２保護層及び第３保護層を含み、前記ヒータは、前記第１保護層と前記第２保護層との間に設けられ、前記導体は、前記第２保護層と前記第３保護層との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
  5. 前記多数の保護層には前記ノズルの下部が形成され、前記熱発散層には前記ノズルの上部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
  6. 前記熱発散層に形成される前記ノズルの上部は出口側に行くほど断面積が狭くなるテーパ状からなることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
  7. 前記熱発散層は、少なくとも一つの金属層からなり、前記金属層各々はニッケル、銅、Ａｌ及び金からなる群より選択される何れか一つの金属物質からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
  8. 前記熱発散層は、電気メッキにより１０〜１００μｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
  9. 前記保護層上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
  10. 前記シード層は、少なくとも一つの金属層からなり、前記金属層各々は銅、クロム、チタン、金及びニッケルからなる群より選択される何れか一つの金属物質からなることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
  11. 基板の表面側に所定深さの犠牲層を形成する段階と、
    前記犠牲層が形成された前記基板上に多数の保護層を順次に積層しつつ、ヒータと前記ヒータに連結される導体とを前記保護層間に形成する段階と、
    前記保護層上に金属からなる熱発散層を形成し、インクが吐き出されるノズルを前記熱発散層と前記保護層とを貫通するように形成して前記犠牲層を露出させる段階と、
    前記基板の背面側にインクを供給するマニホールドを形成する段階と、
    前記犠牲層を除去してインクチャンバ及びインク流路を形成する段階と、
    前記マニホールドと前記インク流路とを連結する段階と、
    を含むことを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  12. 前記犠牲層を形成する段階は、
    前記基板の表面をエッチングして所定深さのグルーブを形成する段階と、
    前記グルーブが形成された前記基板の表面を酸化させて酸化物層を形成する段階と、
    前記グルーブの内部に所定の物質を充填した後、前記基板の表面を平坦化させる段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  13. 前記グルーブの内部に所定の物質を充填する段階は、前記グルーブの内部にポリシリコンをエピタキシャル成長させて充填する段階であることを特徴とする請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  14. 前記犠牲層を形成する段階は、
    ＳＯＩ基板の上部シリコン基板に絶縁層を露出させる所定形状のトレンチを形成する段階と、
    前記トレンチ内部に所定物質を充填する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  15. 前記所定物質は、シリコン酸化物であることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  16. 前記保護層を形成する段階は、
    前記犠牲層が形成された前記基板の表面に第１保護層を形成する段階と、
    前記第１保護層上に前記ヒータを形成する段階と、
    前記第１保護層及び前記ヒータ上に第２保護層を形成する段階と、
    前記第２保護層上に前記導体を形成する段階と、
    前記第２保護層及び前記導体上に第３保護層を形成する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  17. 前記熱発散層は少なくとも一つの金属層からなり、前記金属層各々はニッケル、銅、Ａｌ及び金からなる群より選択される何れか一つの金属物質を電気メッキすることによって形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  18. 前記熱発散層は、１０〜１００μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  19. 前記熱発散層及び前記ノズルを形成する段階は、
    前記犠牲層上部の前記保護層をエッチングして下部ノズルを形成する段階と、
    前記下部ノズルの内部に下部メッキ枠を形成する段階と、
    前記下部メッキ枠上に上部ノズル形成のための所定形状の上部メッキ枠を形成する段階と、
    前記保護層上に前記熱発散層を電気メッキにより形成する段階と、
    前記上部及び下部メッキ枠を除去して前記上部ノズルと前記下部ノズルとからなるノズルを形成する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  20. 前記下部メッキ枠及び上部メッキ枠は、フォトレジストまたは感光性ポリマーからなることを特徴とする請求項１９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  21. 前記熱発散層及び前記ノズルを形成する段階は、
    前記犠牲層上部の前記保護層をエッチングして下部ノズルを形成する段階と、
    上部ノズル形成のための所定形状のメッキ枠を前記下部ノズルの内部から垂直方向に形成する段階と、
    前記保護層上に前記熱発散層を電気メッキにより形成する段階と、
    前記メッキ枠を除去して前記上部ノズル及び前記下部ノズルからなる前記ノズルを形成する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  22. 前記メッキ枠は、フォトレジストまたは感光性ポリマーからなることを特徴とする請求項２１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  23. 前記下部ノズルは、前記保護層を反応性イオンエッチングによりドライエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項１９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  24. 前記下部ノズルは、前記保護層を反応性イオンエッチングによりドライエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項２１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  25. 前記保護層上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  26. 前記保護層上に前記熱発散層の電気メッキのためのシード層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項２１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  27. 前記シード層は少なくとも一つの金属層からなり、前記金属層各々は銅、クロム、チタン、金及びニッケルからなる群より選択される何れか一つの金属物質を蒸着することによって形成されることを特徴とする請求項２５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  28. 前記シード層は少なくとも一つの金属層からなり、前記金属層各々は銅、クロム、チタン、金及びニッケルからなる群より選択される何れか一つの金属物質を蒸着することによって形成されることを特徴とする請求項２６に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  29. 前記熱発散層を形成する段階後に、前記熱発散層の上面を化学機械的研磨工程によって平坦化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
  30. 前記熱発散層を形成する段階後に、前記熱発散層の上面を化学機械的研磨工程によって平坦化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。

JP2004145605A 2003-05-27 2004-05-14 インクジェットプリントヘッド及びその製造方法 Pending JP2004351931A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030033840A KR100590527B1 (ko) 2003-05-27 2003-05-27 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004351931A true JP2004351931A (ja) 2004-12-16

Family

ID=33129041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004145605A Pending JP2004351931A (ja) 2003-05-27 2004-05-14 インクジェットプリントヘッド及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1481806B1 (ja)
JP (1) JP2004351931A (ja)
KR (1) KR100590527B1 (ja)
DE (1) DE602004014845D1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007015381A (ja) * 2005-07-04 2007-01-25 Samsung Electronics Co Ltd インクジェットプリントヘッド及びその製造方法
CN100389960C (zh) * 2005-06-01 2008-05-28 明基电通股份有限公司 流体喷射装置的制造方法
JP2009039928A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Canon Inc 液体吐出ヘッドおよびその製造方法
KR100955963B1 (ko) * 2006-10-12 2010-05-04 캐논 가부시끼가이샤 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법
US8100508B2 (en) 2007-06-15 2012-01-24 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet printing head

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100499150B1 (ko) 2003-07-29 2005-07-04 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
KR100723428B1 (ko) * 2006-05-30 2007-05-30 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
WO2008029650A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and method of manufacturing the same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6019457A (en) * 1991-01-30 2000-02-01 Canon Information Systems Research Australia Pty Ltd. Ink jet print device and print head or print apparatus using the same
AU657720B2 (en) 1991-01-30 1995-03-23 Canon Kabushiki Kaisha A bubblejet image reproducing apparatus
DE4214555C2 (de) 1992-04-28 1996-04-25 Eastman Kodak Co Elektrothermischer Tintendruckkopf
US6382782B1 (en) 2000-12-29 2002-05-07 Eastman Kodak Company CMOS/MEMS integrated ink jet print head with oxide based lateral flow nozzle architecture and method of forming same
KR100668294B1 (ko) * 2001-01-08 2007-01-12 삼성전자주식회사 반구형 잉크 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드 및 그제조방법
TW510858B (en) * 2001-11-08 2002-11-21 Benq Corp Fluid injection head structure and method thereof
KR100493160B1 (ko) * 2002-10-21 2005-06-02 삼성전자주식회사 테이퍼 형상의 노즐을 가진 일체형 잉크젯 프린트헤드 및그 제조방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100389960C (zh) * 2005-06-01 2008-05-28 明基电通股份有限公司 流体喷射装置的制造方法
JP2007015381A (ja) * 2005-07-04 2007-01-25 Samsung Electronics Co Ltd インクジェットプリントヘッド及びその製造方法
KR100955963B1 (ko) * 2006-10-12 2010-05-04 캐논 가부시끼가이샤 잉크 젯 프린트 헤드 및 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법
US8562845B2 (en) 2006-10-12 2013-10-22 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet print head and method of manufacturing ink jet print head
US8100508B2 (en) 2007-06-15 2012-01-24 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet printing head
JP2009039928A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Canon Inc 液体吐出ヘッドおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040101862A (ko) 2004-12-03
EP1481806A1 (en) 2004-12-01
DE602004014845D1 (de) 2008-08-21
KR100590527B1 (ko) 2006-06-15
EP1481806B1 (en) 2008-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7487590B2 (en) Method for manufacturing monolithic ink-jet printhead having heater disposed between dual ink chambers
US7169539B2 (en) Monolithic ink-jet printhead having a tapered nozzle and method for manufacturing the same
US7069656B2 (en) Methods for manufacturing monolithic ink-jet printheads
JP2004181968A (ja) 一体型インクジェットプリントヘッド及びその製造方法
JP2004358971A (ja) 一体型インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法
US7036913B2 (en) Ink-jet printhead
US20060238575A1 (en) Monolithic ink-jet printhead having a metal nozzle plate and manufacturing method thereof
KR100590527B1 (ko) 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
KR100499132B1 (ko) 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
KR100499150B1 (ko) 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
KR100612883B1 (ko) 잉크젯 프린트헤드의 제조방법
KR20050056000A (ko) 두 쌍의 히터를 가진 일체형 잉크젯 프린트헤드 및 그제조 방법
KR20060070696A (ko) 열구동 방식의 일체형 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060519

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060522

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060615

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070307

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090310

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091020