KR100225082B1 - 프린트 헤드의 잉크 분사 장치 구조 - Google Patents
프린트 헤드의 잉크 분사 장치 구조 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 프린트헤드의 잉크 분사장치는, 지지수단인 기판과; 산화작용에 따른 표면을 보호하기 외해 상기 기판에 증착되는 SiO2막과; 상기 SiO2막에 증착되어 전기적 에너지를 인가받고 열을 발생하고, 레지스터막으로 형성된 가열부와; 상기 가열부의 상면에 증착되어 전기적에너지를 인가받아 공급하는 복수의 전극과; 복수의 전극에 증착되어 가열체임버를 형성하는 가열 체임버 베리어와; 잉크를 드랍하여 분사하기 위한 개구부가 형성된 노즐 플레이트와; 상기 노즐 플레이트에 증착되어 잉크 체임버를 형성하는 잉크 체임버 베리어와; 및 상기 잉크 체임버 베리어에 증착되고, 상기 가열 체임버 베리어에 조립되는 복수의 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 잉크 체임버와 노즐 플레이트를 일체화하여 드랍(Drop) 분사 방향을 직선화시기기 위한 조립 작업이 용이하게 하여 공정 제조 비용의 절감과 드랍(Drop)의 직선화에 따라 인쇄 품질 및 신뢰도를 증가시킬 수 있다.
Description
본 발명은 프린트헤드의 분사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 프린트 헤드의 분사장치에서 노즐 플레이와 잉크 체임버 및 멤브레인을 일체화하고 가열 체임버를 분리시키도록 한 프린트헤드의 잉크 분사장치에 관한 것이다.
제1도는 종래의 프린트 헤드의 분사장치의 요부 확대 측단면도이다.
도시된 바와 같이, 프린트 헤드의 분사장치는 컴퓨터의 인쇄 명령 신호를 인가받아 용지에 인자를 형성하기 위해 노즐 플레이트(108)의 개구부(108a)로 잉크를 드랍한다. 노즐 플레이트(108)의 개구부(108a)로 잉크를 용지 위에 드랍하기 위해서는 개구부(180a)에 연곁된 두 전극(104), (104')에 전기적 에너지를 인가한다. 두전극(104), (104')은 전기적 에너지를 히터(H)로 인가하고, 히터(H)는 전기적 에너지를 주울(Joule) 열로 변환시킨다. 이때 히터(H)의 표면온도는 500℃∼550℃ 정도이고, 주울 열은 두 전극(104), (104')의 상부에 증착된 복수의 보호층(105), (105')으로 전도되어 그에 습착된 잉크로 전달된다. 이에 따라 잉크는 가열되고 잉크체임버(107) 내에서 발생되는 증기압에 의해 기포로 변화된다.
기포는 열에 의해 팽창되어 노즐 플레이트(108)의 개구브(108a) 즉, 노즐을 통하여 외부로 배출된다. 기포는 표면 장력에 의해 드랍 형태로 미디어에 분사되어 상을 형성한다. 이때, 순간적으로 두 전곡(104), (104')에 인가되는 전기적 에너지의 공급을 차단하면 히터(H)는 냉각되고 기포는 수축된다. 이에 따라 기포에는 정상적인 형태의 잉크로 복원하려는 복원력이 발생된다.
복원력은 잉크 체임버(107) 내의 압력을 저하시키고, 잉크 비아(도시되지 않음)를 통하여 잉크 체임버(107)로 잉크를 재충전시킨다.
이와 같은 종래의 잉크 분사 장치는 고열로 가열된 잉크의 열적 변화에 의해 발생되는 버블을 형성하고, 이렇게 형성된 버블에 의한 충격파로 내부 수명이 저하된다. 그리고, 잉크 분사 장치는 레지스터 층(103)과 두 전극(104), (104')이 복수의 보호층(105), (105')으로 접합됨에 따라 전기적인 전도에 의한 이온 상호 이동으로 산화 현상이 진행됨에 따라 프린트 헤드의 수명이 단축되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근 멤브레인을 이용하는 잉크 분사 장치가 개발되었으며, 이 잉크 분사 장치를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 잉크 분사 장치는 지지수단인 기판(111), 기판(111)에 증착되는 금속층(1l2), 금속층(112)에 증착되는 가열장치(113), 가열장치(113)에 전기적 에너지를 공급하는 두 전극(114),(114'), 두 전극(114), (114')의 상면에 증착되는 가열 체임버 베리어(115), 가열 체임버 베리어(115)에 의해 형성되는 가열 체임버(116), 가열 체임버(116)의 상면위에 접착되고 가열 장치(113)에서 인가되는 열을 인가 받아 팽창되어 체적 변형을 일으키는 멤브레인(117), (117'), 멤브레인(117), (117')의 상면에 접착되는 잉크 체임버 베리어(118), 잉크 체임버 베리어(118)에 의해 형성되는 잉크 체임버(119), 잉크 체임버(119)에 의해 형성된 드랍을 분사하기 위해 잉크 체임버(119)와 일치되는 개구부(120a)가 형성되는 노즐 플레이트(120)를 포함한다.
이와 같은 종래의 잉크 분사 장치에서 잉크를 분사하는 작용을 도 3내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 두 전극으로부터 출력되는 전기적에너지는 레지스터 층으로 형성된 가옅장치(113)에서 열 에녀지로 변환된다. 열에너지는 가열 체임버(116)내에서 잉크채널을 통해 공급되는 잉크에 열을 가하여 증기압을 발생시킨다.
이때 멤브레인(117), (117')은 가열된 잉크에 의해 발생된 증기압으로 인해 팽창되고, 이로 인해 잉크(121)는 포화상태가 된다.
즉, 제3도에 도시된 바와 같이, 잉크의 증기압은 화살표 방향과 갈이 진행하여 대류 현상을 발생시기고, 멤브레인(117), (117')과 같이 수평방향(E⌒E'), (F⌒F')으로 팽창된다. 이렇게 잉크의 증기압의 팽창이 계속되면, 도 5에 도시된 바와 같이 멤브레인(117), (117')에 계속 팽창되어 분사 직전의 상태가 된다.
이 상태에서 두 전극(114), (114')으로 인가되는 전기적 에너지를 차단하면, 복븍수의 멤브레인(117), (117')에는 도 6에 도시된 바와 같이 팽창에 대응하는 응력이 화살표 방향(G⌒G'), (J⌒J')으로 발생된다. 이에 따라 잉크 체임버(119)와 가열체임버(116) 내에는 화살표 방향으로 수축력이 발생된다.
따라서, 잉크(121)는 도 7에 도시된 바와 같이 자체 표면 장력에 의해 타원형으르 형성되고, 멤브레인(117), (117')에는 도 8에 도시된 바와 같이 화살표 방향(K)으로 버클링 현상이 발생된다. 이에 따라 잉크(121)의 드랍은 타원형을 유지하
여 미디어에 상을 형성한다.
분사 장치의 어레이칩(110)을 첨부된 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와같이, 개별 분사 장치의 어레이 칩(110)에는 조립의 정확성을 위한 언라인 패드(110j), (110k)와, 잉크 체임버(119)와 노즐 플레이트(120)의 개구부(120a)와의 정력을 위한 얼라인 키(110a), (110b), (110c), (110d), (110e), (110f), (110g), (110h), (110i)가 패턴닝 된다.
분사 장치의 어레이 칩(110)에 조립되는 노즐 플레이트(120)를 첨부된 도 10을 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 노즐 플레이트(120)에는 분사장치의 어레이 칩(110)의 각 얼라인 패드(110j), (110k)와 얼라인 키(110a), (110b), (110c), (110d), (110e), (110f), (110h), (110i)에 조립시 일치시키기 위해 얼라인 패드(120j), (120l)와 얼라인 키(120b), (120c), (120d), (120e), (120f), (120k), (120h), (120i), (120k)를 구성하여 조립을 용이하게 하는 다수의 개구부(120a)가 형성된다.
이렇게 멤브레인(117), (117')을 이용한 분사장치는 멤브레인(117), (117')이 분사장치와 일체화된 구조를 형성하기 때문에, 가열 체임버(116)를 형성하기 위해서 실리콘 기판(111)에 홀을 가공한 후 레지스트 층과 보호층을 형성하기 위한 리소그라피 작업으로 인해 공정을 증가시킨다.
또한, 노즐 플레이트(120)와 분사 장치의 잉크 체임버(119)를 일치시키기 위해 얼라인 패드 및 얼라인 키를 이용하고 있지만, 얼라인 패드 및 얼라인 키와 조립시 제조 작업자의 시각의 오차와 광학 오차로 인해서 정확하게 일치시키지 못하므르 인자의 선명도가 떨어지게 된다.
이러한 이유로 맴브레인(117), (117')을 이용한 분사장치에서 제조 공정의 용이성과 인쇄품질 개선을 위한 공정의 향상이 요구된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 노즐 플레이트와 임크체임버 및 멤브레인을 일체화시키고 가열체임버를 분리시켜서 제조하여 조립공정의 용이하게 함과 아울러 잉크 분사시 잉크 드랍의 직진성을 개선하도록 한 프린트헤드의 잉크 분사 장치를 제공하는데 있다.
제1도은 종래의 프린트헤드 분사 장치의 요부 확대 단면도,
제2도는 종래의 멤브레인을 이용한 프린트헤드 분사장치의 요부 확대 단면도,
제3도는 종래의 프린트 헤드 분사장치에서 잉크의 가열 개시를 나타낸 상태도,
제4도는 종래의 프린트 헤드 분사장치에서 잉크의 가열 및 팽창 상태를 나타낸 단면도,
제5도는 종래의 프린트 헤드 분사장치에서 잉크 팽창 및 포화상태를 나타낸 단면도,
제6도는 종래의 프린트 헤드 분사장치에서 잉크 분사 및 수축 개시상태를 나타낸 단면도,
제7도는 종래의 프린트헤드 분사장치에서 잉크의 급격한 수축 및 냉각상태를 나타낸 단면도,
제8도는 종래의 프린트헤드 분사장치에서 잉크의 버클링(Buckling)이 발생되는 상태를 나타낸 단면도,
제9도는 종래의 프린트헤드 분사장치의 어레이 칩(Array chip)을 나타낸 평면도,
제10도는 종래의 프린트헤드 분사장치의 노즐 플레이트를 나타낸 평면도이며,
제11도 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 조립이 완료된 상태를 나타낸 요부 발췌 단면도,
제12도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 전극층 패턴닝의 제1공정을 나타낸 단면도,
제13도은 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 전극층 패턴닝의 제2공정을 나타낸 단면도,
제14도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 전극층 패턴닝의 제3공정을 나타낸 단면도,
제15도는 본 발명에 따튼 프린트헤드 분사장치의 전극층 패턴닝의 제4공정을 나타낸 단면도,
제16도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 전극층 패턴닝의 제5공정을 나타낸 단면도,
제17도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 가열층 패턴닝의 제1공정을 나타낸 단면도,
제18도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 가열층 패턴닝의 제2공정을 나타낸 단면도,
제19도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 보호층 패턴닝의 제1공정을 나타낸 단면도,
제20도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 보호층 패턴닝의 제2공정을 나타낸 단면도,
제21도는 봄 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 보호층 패턴닝의 제3공정을 나타낸 단면도,
제22도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 보호층 패턴닝의 제4공정을 나타낸 단면도,
제23도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 보호층 패턴닝의 제5공정을 나타낸 단면도,
제24도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 보호층 패턴닝의 제6공정을 나타낸 단면도,
제25도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 가열 체임버 베리어 패턴닝의 제1공정을 나타낸 단면도,
제26도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 가열 체임버 베리어 패턴닝의 제2공정을 나타낸 단면도,
제27도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 노즐 플레이트 패턴닝의 제1곶정을 나타낸 단면도,
제28도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 노즐 플레이트 패턴닝의 제2공정을 나타낸 단면도,
제29도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 노즐 플레이트 패턴닝의 제3공정을 나타낸 단면도,
제30도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 노즐 플레이트 패턴닝의 제4공정을 나타낸 단면도,
제31도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 노즐 플레이트 패턴닝의 제5공정을 나타낸 단면도,
제32도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 노즐 플레이트 패턴닝의 제6공정을 나타낸 단면도,
제33도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 잉크 분사 체임버 패턴닝의 제1공정을 나타낸 단면도,
제34도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 잉크 분사 체임버 패턴닝의 제2공정을 나타낸 단면도,
제35도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 잉크 분사 체임버 패턴닝의 제3공정을 나타낸 단면도,
제36도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 멤브레인 패턴닝의 제1공정을 나타낸 단면도,
제37도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 멤브레인 패턴닝의 제2공정을 나타낸 단면도,
제38도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 멤브레인 패턴닝의 제3공정을 나타낸 단면도,
제39도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 멤브레인 패턴닝의 제4공정을 나타낸 단면도,
제40도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 멤브레인 패턴닝의 제5공정을 나타낸 단면도,
제41도는 본 발명에 따른 프린트헤드 분사장치의 멤브레인 패턴닝의 제6공정을 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 가열 장치 11 : 기판
12 : SiO2막 13 : 가열부
14, 14' : 전극 15, 15 : 보호층
16 : 가열 체임버 베리어 17 : 가열 체임버
20 : 노즐 플레이트 및 잉크 체임버부 21 : 노즐 플레이트
21a : 개구부 22 : 잉크 체임버 베리어
23 : 잉크 체임버 24, 24' : 멤브레인
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프린트 헤드의 잉크 분사 장치는 지지수단인 기판과, 산화작용에 따른 표면을 보호하기 위해 상기 기판에 증착되는 SiO2막과, 상기 SiO2막에 증착되어 전기적 에너지를 인가받고 열을 발생하고, 레지스터막으르 형성된 가열부와, 상기 가열부의 상면에 증착되어 전기적에너지를 인가받아 공급하는 복수의 전극과, 복수의 전극에 증착되어 가열체임버를 형성하는 가열 체임버 베리어와, 잉크를 드랍하여 분사하기 위한 개구부가 형성된 노즐 플레이트와, 상기 노즐 플레이트에 증착되어 잉크 체임버를 형성하는 잉크 체임버 베리어와, 및 상기 잉크 체임버 베리어에 증착되고, 상기 가열 체임버 베리어에 조립되는 복수의 멤브레인을 포함하는 것을 특징으르 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도 3 및 도4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도시된 바와 같이, 기지수단인 기판(11), 지지 기판(11)의 상면에 산화작용에 따른 표면을 보호하기 위해 증착된 SiO2막(12), SiO2막(12) 상면에 증착되어 전기적 에너지를 인가받고 인가된 전기적에너지를 따라 열을 발생하는 레지스터막으로 형성된 가열부(13), 가열부(13)의 상면에 증착되어 열을 발생하기 위해 전기적 에너지를 인가받아 공급하는 두 전극(14), (14'), 두 전극(14), (14')과 가열부(13)에서 발생되는 발열로 인한 내부 구조의 손상으로부터 보호하기 위한 복수의 보호층(15), (15'), 복수의 보호층(15), (15')에 증착되어 가열 체임버(17)를 형성하는 가열 체임버 베리어(16)를 일체로 형성한 가열 장치(10), 잉크 드랍을 분사하는 개구부(21a)를 가지는 노즐 플레이트(21), 노즐 플레이트(21)의 상면에 증착되어 잉크 체임버(23)를 형성하는 잉크 체임버 베리어(22), 잉크 체임버 베리어(22)의 상면에 증착되어 가열부(13)에서 발생되는 열을 인가 받아 팽창하여 체적의 변화를 발생하도록 멤브레인(24), (24')을 일체로 형성하여 가열 장치(10)의 가열 체임버 베리어(16)의 상면에 멤브레인(24), (24')을 접착시켜 분사장치를 조립하도록 형성된 노즐 플레이트(21) 및 잉크 체임버부(20)를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 프린트 헤드의 잉크 분사장치의 작용을 설명한다.
컴퓨터로부터 인쇄명령이 프린터에 인가되면, 가열 장치(10)의 두 전극(14), (14')에 전기적 에너지가 공급된다. 그러면, 두 전극(14), (14')은 인가된 전기적 에너지를 레지스터 층으로 형성된 가열부(13)로 공급한다.
전기적 에너지를 인가받은 가열부(13)는 공급되는 전기적 에너지에 따라 가열되어 가열 체임버(17) 내부의 온도를 증가시킨다. 이에 따라 가열 체임버(17) 내의 압력을 증가시킨다. 그리고, 기체 또는 액체 증기압의 증가로 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 멤브레인(24), (24')은 복수로 구성되어, 압력이 낮은 잉크 체임버(23)으로 체적 변형을 일으킨다.
이로 인하여 잉크 체임버(23) 내의 잉크는 노즐 플레이트(21) 및 잉크 체임버(23)의 노즐플레이트(21)에 형성된 개구부(21a)를 통해 용지로 드랍된다.
이때, 가열 장치(10)의 두 전극(14), (14')에 공급되는 전원을 차단하면, 지지수단인 규소 기관(11)과 금속 성분으르 증착되어 층을 통해서 열을 발열하여 가열 체임버(17)를 냉각시킨다. 이로 인하여 어느 시점에서 가열 체임버(l7)의 압력이 잉크 체임버(23)의 압력보다 낮아져 멤브레인(24), (24')은 버클링 현상이 발생하여 동시에 잉크 체임버(23) 내에는 흡입력이 발생된다. 잉크는 잉크 채널을 통해 공급된다.
조립시 멤브레인(24), (24')이 잉크 체임버 베리어(22) 상에 일체로 형성됨으로 인해 멤브레인(24), (24')이 압력이나 온도에 의해 변경되는 지지점이 잉크 체임버 베리어(22)의 경계면에서 이루어진다. 이로 인해 멤브레인(24), (24')은 열적 팽창될 때, 잉크 체임버(23)의 중심에서 체적 변형이 완성되어 균일한 형상으로 변형된다.
이러한 본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 잉크분사장치에 따른 잉크 분사 장치의 제조 방법은, 실리콘(Si) 기판(11) 위에 형성된 가열부(13)에 전기적 에너지를 공급하는 두 전극(14), (14')을 형성하고 난 후 가열 체임버 베리어(16)를 증착하여 가열 체임버(17)를 형성하는 가열장치 제조과정, 개구부(21a)를 가지는 노즐 플레이트(21)에 잉크 체임버 베리어(22)를 증착하여 잉크 체임버(23)를 형성하고 잉크 체임버(23) 위에 멤브레인(24), (24')을 일체로 형성하는 노즐 플레이트(21) 및 잉크 체임버 제조 과정, 가열 장치(10)의 가열 체임버(17)의 상면과 노즐 플레이트(21) 및 잉크 체임부(23)의 멤브레인(24), (24')을 기준면으로 접착하여 조립하는 과정을 포함한다.
이러한 잉크 분사 장치의 제조 과정 중에 먼저, 가열 장치의 제조 방법의 실시 예를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
제12도에 도시된 바와 같이, 실리콘(Si) 베어(Bare) 웨어퍼를 일정한 두께로 래핑(Lapping) 작업을 실행한 후 래핑된 면을 고르게 하기 위한 연마 작업을 한다. 이 과정을 통해 실리콘(Si) 웨이퍼가 왼하는 두께로 연마되면 실리콘(Si) 기판(11)의 표면에 산화 작용을 방지하기 위한 SiO2막(12)을 증착시킨다. 이 과정이 완료되면 가열부(13)와, 가열부(13)에 전기적 에너지를 공급하는 두 전극(14), (14')을 제조 과정이 실행된다.
가열부(13)와 두 전극(14), (14')의 게조 과정을 첨부된 도 13에서 도 16을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제13도에 도시된 바와 같이, 실리콘(Si) 기판(11) 위에 증착된 SiO2막(12)위에 일정한 두께의 TaAl층을 증착시키고, TaAl층에 일정한 두께의 Al층을 증착시킨다. 이 때, TaA1층과 Al층은 스퍼터(Sputter), (도시 않음)에 의해 증착된다. 스퍼터는 증착되는 TaAl과 Al 재료를 일정한 진공 체임버 내에 장착하여 플라즈마(plasma) 현상을 이용해 실리콘(Si) 기판(11)에 증착된 SiO2막(12)의 표면에 증착시킨다.
이러한 증착 과정이 완료되면 제14도에 도시된 바와 같이, Al층에 두 전극(14), (14')의 패턴을 형성하기 위해 Al층의 표면에 포토 레지스트(Photo resist ; 이하 PR이라 약칭), (30)를 코팅한다. 두 전극(14), (14')의 패턴을 형성하기 위한 마스크(Mask), (41)를 PR(30)에 접촉시켜 장착한다. 이 때, 마스크(41)는 두 전극(14), (14')의 패턴과 같은 모양으로 자외선이 통과하지 못하는 금속, 예를 들어 Cr 등으로 코팅된다. 따라서, 이 마스크(41)를 통해서 노광장비를 이용하여 자외선에 노출시기면 PR(30)은 반응을 일으킨다.
그리고, 제15도에 도시된 바와 같이, 자외선에 노출된 PR(30)을 PR 에칭 용액을 이용하여 제거한다. 이렇게 PR(30)이 제거되면 제16도에 도시된 바와 같이, 드라이 에칭 장치를 이용하여 PR(30)이 제거된 부분의 Al층을 에칭한다. 이 과정이 완료되면, PR(30)을 두 전극 (14), (14') 패턴에 코팅하고, 가열부(13)의 패턴을 형성하기 위한 마스크(42)를 제17도와 같이, PR(30)에 장착하여 자외선에 노출시킨다.
이후에. 제18도에 도시된 바와 같이, 자외선에 노출된 PR(30)을 제거하고 PR(30)이 제거된 부분에 드라이 에칭 장치로 TaAl층을 에칭하여 가열부(13)의 패턴을 형성한다.
이렇게 전기적 에너지를 공급하는 두 전극(14), (14')과 가열부(13)가 형성되면, 보호층(15), (15')의 패턴(Pattern)을 형성하는 과정이 실행된다. 이 과정을 첨부된 제19도에서 제24도를 이옹하여 설명하면 다음과 같다.
제19도에 도시된 바와 같이, 가열부(13)와 두 전극(14), (14')이 형성된 패턴 위에 케미컬 베이퍼 증착기(Chemical vapor deposition; 이하 CVD라 약칭함)를 이용하여 보호용 재료를 기체 상태로 증착 한다.
그런 다음, 제20도에 도시된 바와 같이, 보호층(15)의 표면에 PR(30)을 코팅하고 Au가 증착되는 패턴을 형성하기 위한 마스크(43)를 장착한다. 이후에, 보호층(15)에 코팅된 PR(30)을 자외선에 노출시긴다.
이렇게 PR(30)이 자외선에 노출되면 도 21에 도시된 바와 갈이, 노출된 부분의 PR(30)이 제거된다. Au가 증착되는 패턴이 형성되면 진공 증착기를 이용하여 PR(30)의 표면에 Au를 증착한다. 이렇게 Au의 증착이 완료되면 제22도에 도시된 바와 같이, PR(30)을 제거함과 동시에 PR(30)에 증착된 Au막도 동시에 제거한다.
이와 같이, Au의 증착이 완료되면 도 23에 도시된 바와 같이, 보호막인 Ta를 증착하고, Ta에 PR(30)을 코팅한다. Ta막에 PR(30) 코팅이 완료되면 보호층(15')의 패턴을 형성하기 위한 마스크(43)를 PR(30)이 코팅된 표면에 장착하여 자외선에 노출시킨다. 자외선에 노출된 PR(30)이 제거되면 도 24에 도시된 바와 같이, Ta 보호층(15')의 패턴이 형성된다.
Ta 보호층(15')이 형성되면 가열 체임버(17)를 형성하기 위한 과정이 실행된다.
즉, 제25도에 도시된 바와 같이, 보호층(15) 표면에 포토폴리머층을 증착하고, 포토폴리머층에 가열 체임버 베리어(16)의 패턴을 형성하기 위한 마스크(44)를 장착하여 자외선에 노광시킨다. 이때, 자의선에 노광된 포토플리머층을 에칭액으로 에칭함으로써 제26도에 도시된 바와 같이, 가열장치(10)의 제조공정이 완료된다.
그리고, 노즐 플레이트 및 잉크 체임버부(20)의 제조 공정을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 노즐 플레이트(21)의 제조 과정을 첨부된 제27도 및 제32도를 참조하여 설명한다.
실리콘(Si) 웨이퍼를 래핑과 폴리싱 작업으로 일정한 두께로 연마한다. 이 과정어 완료되면 도 27에 도시된 바와 같이, 일정한 두께로 연마된 실리콘(Si) 기판에 산화 작용을 방지하기 위한 SiO2막을 일정한 두께로 증착한다. 이렇게 기판(29)에 SiO2층(28)이 증착되면 제28도에 도시된 바와 같이, SiO2층(28)에 PR(30)을 코팅한다.
PR(30)의 코팅이 완료되면, 제29도에 도시된 바와 같이, 노즐 플레이트의 패턴을 형성하기 위한 마스크(45)를 장착한다. PR(30)에 마스크(45)가 장착되면 자외선에 노출시켜 제30도에 도시된 바와 같이, PR(30)을 제거한다. 이렇게 PR이 제거되면, 제31도에 도시된 바와 같이, 전조 도금 작업을 수행하여 SiO2층(28)에 노즐 플레이트(21)를 증착한다.
여기에서, 전조 도금 작업에는 Ni 도금이 주로 사용된다. 이와 같이, 전조도금 작업이 완료된 후에 PR(30)을 제거하면, 도 32에 도시된 바와 같이 노즐 플레이트(21)의 개구부(21a)가 형성된다.
이와갈이, 노즐 플레이트(21)의 개구부(21a)가 형성되면 제33도에서 도시된 바와 같이, 노즐플레이트(21)의 상면에 PR(30)을 코팅하고, PR(30)에 잉크 체임버의 패턴을 형성하기 위한 마스크(46)를 장착하여 자외선에 노출시킨다. 이렇게, 마스크(46)가 자외선에 노출되면 제34도에 도시된 바와 같이 포토폴리머(Photo-polymer)를 증착한다.
이 과정이 완료되어 PR(30)을 제거하면, 제35도에 도시된 바와 같이, 잉크 체임버 베리어(22)의 패턴이 형성된다.
이렇게, 잉크 체임버 베리어(22)의 패턴이 형성되면, 제36도는 도시된 바와 같이, 잉크 체임버(23)에 멤브레인(24), (24')를 증착하기 위한 PR을 코팅하기 위해 잉크 체임버 베리어(22)에 마스크(47)를 장착한다. 그런 다음, 잉크 체임버(23) 내에 PR을 코팅한다.
이렇게, 잉크 체임버(23) 내에 PR이 코팅되면, 제37도에 도시된 바와 같이, 1차 멤브레인(24)의 패턴을 형성하기 위한 마스크(48)를 잉크 체임버 베리어(22)의 상면에 장착한다. 그런 다음, PR(30)의 상면에 1차 멤브레인(24)을 증착한다.
이렇게, 1차 멤브레인(24)이 증착되면 제38도에 도시된 바와 같이, 마스크(48)를 통해서 2차 멤브레인(24')을 증착한다. 그런 다음, 제39도에 도시된 바와 같이, 마스크(48)를 제거하면 멤브레인(24), (24' )의 패턴이 형성된다. 이렇게, 멤브레인(24), (24')의 패턴이 형성되면, 제39도에 도시된 바와 같이, 실리콘(Si) 기판(29)과 SiO2막(28)을 에칭 용액으로 벗겨 낸다.
이와 같은 과정이 완료되면 제41도에 도시된 바와 갈이, 잉크 체임버(23) 내에 코팅된 PR을 제거하므로써, 노즐 플레이트 및 잉크 체임버부(20)의 제조 과정을 완료한다.
이와 같이, 가열장치(10)와 잉크 체임버부(20)의 제조 과정이 완료되면 멤브레인(24), (24')의 상면에 가열 장치(10)의 가열 체임버 베리어(16)의 상면을 접촉함으로써, 가열장치(10)와 잉크 체임버부(20)의 조립작업을 완료한다. 이 때, 멤브레인(24), (24')은 복수로 구성할 수 있다.
따라서, 일반적으로 열을 이용한 잉크젯 분사 장치의 제조 과정에서 가열부 중심과 노즐 플레이트의 노즐이 일정량 오프셋(Offset), (일 예로, 상호 위치 공차가 ±1 ㎛ 정도) 상태로 조립되는 반면에, 본 발명에 따른 분사 장치의 제조 방법은, 멤브레인을 노즐부와 공정을 일체화시켜 조립을 용이하게 하여, 상호 위치 공차를 최대 ±1 수 ㎛까지 허용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 잉크 체임버와 노즐 플레이트를 일체화하여 드랍(Drop) 분사 방향을 직선화시키기 위한 조립 작업이 용이하게 하여 공정 제조 비용의 절감과 드랍(Drop)의 직선화에 따라 인쇄 품질 및 신뢰도를 증가시키는 효과가 있다.
Claims (6)
- 지지수단인 기판과, 산화작용에 따른 표면을 보호하기 위해 상기 기판에 증착되는 SiO2막에 상기 S1O2막에 증착되어 전기적 에너지를 인가받고 열을 발생하고, 레지스터막으로 형성된 가열부와, 상기 가열부의 상면에 증착되어 전기적에너지를 인가받아 공급하는 복수의 전극과, 복수의 전극에 증착되어 가열체임버를 형성하는 가열 체임버 베리어와, 잉크를 드랍하여 분사하기 위한 개구부가 형성된 노즐 플레이트와, 상기 노즐 플레이트에 증착되어 잉크 체임버를 형성하는 잉크 체임버 베리어와, 및 상기 잉크 체임버 베리어에 증착되고, 상기 가열 체임버 베리어에 조립되는 복수의 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트 헤드의 잉크분사 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐 플레이트는 전조 도금에 의해 형성되며 잉크 체임버 베리어와 체적 변형 매체인 멤브레인(Membrane)을 상기 노즐 플레이트상에 리소그래피(Lothography) 공정으로 형성되는 것을 특징으르 하는 프린트헤드의 잉크 분사장치.
- 제1항에 있어서, 상기 멤브레인(Membrane)은, 상기 잉크 체임버 베리어에 의해 일체화되어 상기 잉크 체임버측으로 체적 변형을 일으키도록 된 것을 특징으로 프린트헤드의 잉크 분사 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 멤브레인(Membrane)은 상기 잉크 체임버 베리어에 의해 일체화되고, 상기 가열 체임버 베리어를 기준으로 상기 가열 체임버측으로 체적 변형을 일으키도록 된 것을 특징으로 하는 프린트헤드의 잉크 분사 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 멤프레인(Membrane)은, 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 재질로서, 복수의 층으로 된 것을 특징으로 하는 프린트헤드의 잉크 분사 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 전극에는 발옅로 인한 내부 구조의 손상을 방지하기 위한 복수의 보호층이 증착되는 것을 특징으로 하는 프린트헤드의 잉크 분사 장치.
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