KR100288700B1

KR100288700B1 - 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법과 이를 위한 조립장치

Info

Publication number: KR100288700B1
Application number: KR1019990007329A
Authority: KR
Inventors: 안병선; 듀네브보리스니콜라에비치
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2001-04-16
Also published as: KR20000034823A; RU2144471C1; JP2000141668A; EP0999051A2; EP0999051A3; CN1253038A; JP3045500B2

Abstract

본 발명은 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법과 이를 위한 조립장치에 관한 것으로, 본 발명에서는 먼저, 다수개의 히터칩들이 형성된 히터칩 웨이퍼를 진공벤치에 고정시킨다. 이어서, 분사칩의 제조과정과 상관 없이 개별부품으로 제조된 멤브레인을 히터칩 웨이퍼와 일정거리 이격시킨 상태로 얼라인시킨다. 계속해서, 히터칩 웨이퍼의 상부에 멤브레인을 고정시킨 후, 히터칩 웨이퍼와 멤브레인을 접착시킨다.

이 경우, 멤브레인은 얼라인공정, 조립공정 중에 잦은 움직임이 억제됨으로써, 손상을 미리 방지받을 수 있다. 또한, 멤브레인을 개별 히터칩에 얼라인할 필요성이 없어짐으로써, 전체적인 물품의 조립완성시간이 현저히 저하되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법과 이를 위한 조립장치{Method for assembling a micro injecting device and apparatus for assembling the same}

본 발명은 잉크젯 프린터, 의료기기의 마이크로 펌프, 연료 분사장치 등에 적용되는 마이크로 인젝팅 디바이스에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 멤브레인을 다수개의 히터칩들에 동시에 부착시킬 수 있도록 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법에 관한 것이다. 더욱이 본 발명은 이를 실현하기 위한 조립장치에 관한 것이다.

통상, 마이크로 인젝팅 디바이스는 잉크, 주사액, 휘발류 등의 목적물을 특정 대상물, 예컨대, 인쇄용지, 인체, 자동차 등에 미량으로 공급하고자 하는 경우, 목적물로 일정 크기의 전기적·열적 에너지를 가하여, 목적물의 체적변화를 유도함으로써, 미량의 목적물을 원하는 대상물에 적절히 공급할 수 있도록 설계된 장치를 일컫는다.

최근, 전기·전자 기술의 발달에 힘입어 이러한 마이크로 인젝팅 디바이스 또한 빠른 발전을 거듭하고 있으며, 전반적인 생활영역에 걸쳐 광범위한 영역을 확대해 가고 있다. 마이크로 인젝팅 디바이스가 실 생활에 적용되는 실례로, 예컨대, 잉크젯 프린터를 예시할 수 있다.

마이크로 인젝팅 디바이스의 한 종류인 잉크젯 프린터는 기존의 도트 프린터와 달리 카트리지의 사용에 따라 다양한 칼라의 구현이 가능하고 소음이 적으며, 인자품질이 미려하다는 많은 장점을 갖고 있어 점차 그 사용영역이 확대되고 있는 추세에 있다.

한편, 이와 같은 장점을 지닌 잉크젯 프린터에는 통상, 미소직경의 노즐을 갖는 프린터 헤드가 장착되는 것이 일반적인데, 이러한 프린터 헤드는 외부로부터 온/오프되는 전기적인 신호를 통해 액체상태의 잉크를 기포상태로 변환·팽창시킨 후 이를 외부로 분사시킴으로써, 인쇄용지에 원활한 인쇄작업이 진행되도록 하는 역할을 수행한다.

종래의 기술에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 다양한 구성, 동작원리 등은 예컨대, 미국특허공보 제 4490728 호 '써멀 잉크젯 프린터(Thermal inkjet printer)', 미국특허공보 제 4809428 호 '잉크젯 프린터 헤드용 박막 디바이스와 그 제조방법(Thin film device for an ink jet printhead and process for the manufacturing same)', 미국특허공보 제 5140345 호 '리퀴드 젯 레코딩 헤드용 기판의 제조방법과 그 제조방법에 의해 제조된 기판(Method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head and substrate manufactured by the method)', 미국특허공보 제 5274400 호 '잉크젯 프린트헤드의 고온구동을 위한 잉크 경로 배열(Ink path geometry for high temperature operation of ink-jet printheads), 미국특허공보 제 5420627 호 '잉크젯 프린트헤드(Inkjet Printhead)' 등에 상세하게 제시되어 있다.

이러한 종래의 잉크젯 프린터 헤드에서는 잉크를 외부로 분사하기 위해 가열층에 의한 고열을 이용하게 되는데, 이때, 가열층에 의해 발생된 고열의 영향이 장시간 잉크챔버 내부의 잉크에 미치게 되면 잉크성분의 열적변화가 발생하여 이를 수용하고 있는 장치의 내구성이 급격히 저하되는 문제점이 야기될 수 있다.

최근들어, 이러한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방안으로, 가열층과 잉크 챔버 사이에 판상의 멤브레인을 개재시키고, 가열챔버를 채운 워킹용액(Working liquid), 예컨대, 헵탄용액의 증기압을 통해 멤브레인의 동적변형을 유도함으로써, 잉크챔버내의 잉크를 외부로 원활히 분사하는 새로운 방법이 제안되고 있다.

이 경우, 잉크챔버와 가열층 사이에는 멤브레인이 개재되기 때문에, 잉크와 가열층은 서로 직접적인 접촉을 피할 수 있음으로써, 잉크는 자신의 열적변화를 최소화할 수 있다.

이러한 멤브레인을 응용한 유사한 실시형태는 예컨대, 미국특허공보 제 5681152 호 '멤브레인 타입 유체펌프(Membrane type fluid pump)', 미국특허공보 제 5659346 호 '간소화된 잉크젯 헤드(Simplified ink jet head)' 등에 좀더 상세하게 제시되어 있다.

통상, 이러한 멤브레인은 노즐 플레이트/잉크챔버 베리어층으로 구성된 분사칩의 상부에 소정의 증착법, 예컨대, 화학기상증착법에 의해 증착된다.

이후, 멤브레인이 증착된 분사칩은 멤브레인을 개재시켜 가열층/가열챔버 베리어층으로 구성된 히터칩에 일체의 물품으로 조립됨으로써, 완성된 구조의 잉크젯 프린터 헤드를 구성한다. 이때, 멤브레인이 증착된 분사칩은 하나의 개별 구성을 이루어 각각의 히터칩에 독립적으로 조립된다.

이러한 멤브레인을 형성하는 방법, 히터칩에 분사칩을 조립하는 방법 등의 유사한 실시형태는 예컨대, 미국특허공보 제 5752303 호 '잉크젯 프린터 헤드의 페이스 쇼터 제조방법(Method for manufacturing a face shooter ink jet printing head)', 미국특허공보 제 5703632 호 '잉크젯 헤드 오리피스 플레이트 마운팅 배열(Ink jet head orifice plate mounting arrangement)' 등에 좀더 상세하게 제시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 마이크로 인젝팅 디바이스, 예컨대, 잉크젯 프린터 헤드의 조립방법에는 몇 가지 중대한 문제점이 있다.

상술한 바와 같이, 멤브레인이 증착된 분사칩은 하나의 개별 구성을 이루어 각각의 히터칩에 독립적으로 조립되는데, 이때, 멤브레인은 분사칩과 일체로 형성되어 함께 움직이기 때문에, 멤브레인 역시 각각의 히터칩에 독립적으로 조립된다.

이와 같이, 멤브레인이 각각의 히터칩에 독립적으로 조립되면, 전체적인 잉크젯 프린터 헤드의 조립완성 시간이 현저히 증가하는 문제점이 야기된다.

또한, 전체적인 조립완성 시간의 증가로 인하여, 전체적인 생산체계가 최근 요구되는 물품대량생산에 탄력적으로 대응할 수 없는 또 다른 문제점이 야기된다.

한편, 상술한 바와 같이, 멤브레인이 증착된 분사칩은 멤브레인을 개재시켜 히터칩에 일체의 물품으로 조립됨으로써, 완성된 구조의 잉크젯 프린터 헤드를 구성하는데, 이때, 분사칩을 히터칩의 해당 위치에 조립하기 위해서는 이들 사이의 위치를 정확히 조절하는 얼라인 과정이 필수적으로 진행되어야 한다.

그런데, 분사칩과 히터칩 사이에 개재되는 멤브레인은 통상, 매우 얇은 박막으로 형성되기 때문에, 상술한 바와 같이, 분사칩이 멤브레인을 증착한 상태로 그것과 함께 움직여 얼라인공정, 조립공정 등을 수행받는 경우, 멤브레인은 주변의 여러 보조툴들, 예컨대, 이송툴, 압력툴 등과의 접촉에 의해 예측하지 못한 손상을 입는다.

이 경우, 멤브레인은 기능이 현저히 저하됨으로써, 자신에게 주어진 잉크분사 기능을 신속히 수행할 수 없다.

더욱이, 조립공정이 진행되는 경우, 멤브레인은 분사칩과 히터칩 사이에 개재되어 외부로의 노출이 차단되기 때문에, 만약 그것의 일정 부위에 손상이 야기되더라도 작업자는 이를 신속히 확인할 수 없다.

이와 같이, 멤브레인의 손상이 확인되지 않은 상태에서, 프린터 헤드가 전자기기에 장착되는 경우, 이를 장착한 전자기기, 예컨대, 잉크젯 프린터는 양호한 인쇄품질을 유지할 수 없다.

결과적으로, 상술한 각 문제점들에 의하여, 전체적인 프린팅 성능이 현저히 저하된다.

따라서, 본 발명의 목적은 멤브레인과 히터칩의 개별적인 조립을 지양하여 전체적인 잉크젯 프린터 헤드의 조립완성 시간을 저감시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 조립완성 시간의 감소를 유도하여, 전체적인 생산체계를 최근 요구되는 물품대량생산에 탄력적으로 대응시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 얼라인공정, 조립공정 중에 멤브레인의 움직임을 억제시킴으로써, 멤브레인의 손상을 미리 방지하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 손상방지를 통해 멤브레인의 잉크분사기능을 향상시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 조립공정이 진행될 때, 멤브레인의 외부 노출을 확보하여 그것의 손상을 신속히 확인하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 멤브레인에 야기된 손상을 신속히 확인함으로써, 최종 완성되는 프린터 헤드의 프린팅 성능을 현저히 향상시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법을 순차적으로 도시한 순서도.

도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스 조립장치를 도시한 분해 사시도.

도 3은 도 2의 결합 단면도.

도 4는 본 발명의 조립방법을 구현하기 위한 고온/고압 조건의 킬른을 도시한 예시도.

도 5는 본 발명의 실시에 의해 조립되는 마이크로 인젝팅 디바이스를 도시한 예시도.

도 6과 도 7은 도 5의 동작도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 멤브레인을 분사칩의 상부에 일체로 증착시키지 않고 멤브레인을 분사칩과 상관 없이 별도의 개별부품으로 제조한다. 이 경우, 멤브레인은 잉크젯 프린터 헤드의 조립과정이 진행되더라도 분사칩의 움직임과 별도의 과정을 거쳐 히터칩에 조립될 수 있다. 결과적으로, 멤브레인은 얼라인공정, 조립공정 중에 잦은 움직임이 억제됨으로써, 멤브레인은 자신에게 발생되는 손상을 미리 방지받을 수 있다. 더욱이, 멤브레인은 분사칩과 분리되어 조립되기 때문에, 조립공정 중에 분사칩과 히터칩 사이에 개재되지 않고 외부로의 노출을 확보할 수 있고, 결국, 작업자는 멤브레인의 손상을 쉽게 확인할 수 있음으로써, 이에 대응되는 조치를 신속히 취할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 멤브레인을 개별 히터칩에 독립적으로 부착시키지 않고, 멤브레인을 웨이퍼 단위를 이루는 다수개의 히터칩들에 한꺼번에 부착시킨다. 이 경우, 멤브레인은 다수개의 히터칩들에 일괄적으로 얼라인된다. 결과적으로, 멤브레인을 개별 히터칩에 얼라인할 필요성이 없어지고, 전체적인 잉크젯 프린터 헤드의 조립완성 시간은 현저히 저하한다. 이러한 조립완성 시간의 감소를 통해, 전체적인 생산체계를 최근 요구되는 물품대량생산에 탄력적으로 대응시킬 수 있다.

이를 위하여, 본 발명에서는 먼저, 다수개의 히터칩들이 형성된 히터칩 웨이퍼를 진공벤치에 고정시킨다. 이어서, 분사칩의 제조과정과 상관 없이 개별부품으로 제조된 멤브레인을 히터칩 웨이퍼와 일정거리, 예컨대, 4μm~6μm 이격시킨 상태로 얼라인시킨다. 계속해서, 히터칩 웨이퍼의 상부에 멤브레인을 고정시킨 후, 히터칩 웨이퍼와 멤브레인을 접착시킨다. 이에 따라, 멤브레인은 다수개의 히터칩들에 일괄적으로 얼라인되어 한꺼번에 조립된다.

한편, 본 발명의 목적이 양호하게 달성되기 위해서는 본 발명의 다른 측면에 따른 조립장치가 구비되어야 한다.

이러한 조립장치는 진공을 통해 히터칩 웨이퍼를 고정시키는 진공벤치(Vaccum bench)와, 진공벤치의 상부에서 멤브레인의 외주면을 균일한 압력으로 눌러 히터칩 웨이퍼의 상부에 고정시키는 멤브레인 고정링과, 멤브레인 고정링을 지지하는 고정링 지지홀더와, 고정링 지지홀더를 고정시키며, 멤브레인을 히터칩 웨이퍼에 얼라인시키는 멤브레인 얼라인테이블과, 멤브레인과 히터칩 웨이퍼로 적외선 복사광을 출사시켜 멤브레인과 히터칩 웨이퍼를 가열 접착시키는 히팅툴의 조합으로 이루어진다. 이러한 조립장치의 작용에 의하여 멤브레인은 다수개의 히터칩들에 일괄적으로 조립될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 멤브레인을 분사칩과 별개로 조립공정에 투여함과 아울러 다수개의 히터칩을 멤브레인에 한꺼번에 조립시킴으로써, 전체적인 잉크젯 프린터 헤드의 조립시간을 현저히 저하시킬 수 있다.

이하, 상기한 본 발명의 목적들, 특징들 및 장점들을 첨부된 도면에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.

후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로서 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법을 설명하기에 앞서 이를 위한 조립장치의 구성을 설명한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 측면에 따른 조립장치(200)에서, 진공벤치(201)는 진공에어홀(205)을 통해, 다수개의 히터칩들(101)이 구비된 히터칩 웨이퍼(100)를 고정시킨다. 이때, 각 진공에어홀(205)은 진공펌프(208)와 연결되어 양호한 흡입력을 유지한다.

여기서, 진공벤치(201)의 상부에는 멤브레인 고정링(202)이 설치되는데, 이러한 멤브레인 고정링(202)은 멤브레인(20)을 핸들링한 후 그것의 외주면을 균일한 압력으로 눌러 멤브레인(20)이 히터칩 웨이퍼(100)의 상부와 일정 간격을 유지한 상태로 고정되도록 하는 역할을 수행한다. 이때, 멤브레인 고정링(202)에 의해 고정되는 멤브레인(20)은 히터칩 웨이퍼(100)의 전면을 덮을 수 있도록 넓은 면적의 박막 레이어 구조를 이룬다.

여기서, 멤브레인 고정링(202)은 고정링 지지홀더(204)에 의해 지지되는데, 이러한 고정링 지지홀더(204)는 멤브레인 고정링(202)을 지지함과 아울러 멤브레인(20)의 밑면으로 일정 길이 삽입됨으로써, 멤브레인(20)이 히터칩 웨이퍼(100)와 일정한 간격을 유지할 수 있도록 한다.

이때, 고정링 지지홀더(204)는 멤브레인 얼라인 테이블(203)을 관통하여 고정되는데, 이러한 멤브레인 얼라인 테이블(203)은 구동 실린더(도시안됨)와 연결됨으로써, 전후좌우로 원활하게 움직일 수 있다. 여기서, 멤브레인(20)이 히터칩 웨이퍼(100)에 얼라인되는 경우, 멤브레인 얼라인 테이블(203)은 구동 실린더의 작용에 의해 전후좌우로 신속한 이동을 이루어, 자신의 움직임이 고정링 지지홀더(204)를 통해 멤브레인(20)으로 정확히 전달되도록 함으로써, 결국, 멤브레인(20)이 히터칩 웨이퍼(100)의 해당위치에 신속하게 얼라인될 수 있도록 한다.

한편, 상술한 멤브레인 얼라인 테이블(203)의 상부에는 복사광 출사기능을 갖는 히팅툴(207)이 배치되는데, 이러한 히팅툴(207)은 복사광을 멤브레인(20)과 히터칩 웨이퍼(100)로 출사시킴으로써, 멤브레인(20)이 히터칩 웨이퍼(100)에 견고하게 부착되도록 하는 역할을 수행한다. 이때, 멤브레인(20)의 밑면에는 접착제(Glue;21)가 일정 두께, 예컨대, 1μm의 두께로 도포되며, 이러한 접착제(21)는 히팅툴(207)로부터 출사되는 복사광에 의해 용해됨으로써, 멤브레인(20)이 히터칩 웨이퍼(100)에 보다 견고하게 부착될 수 있도록 보조한다.

이때, 바람직하게, 상술한 멤브레인 얼라인테이블(203)에는 히팅툴(207)로부터 출사되는 적외선 복사광을 멤브레인(20)과 히터칩 웨이퍼(100)로 통과시키기 위한 관통개구(206)가 더 형성된다. 이에 따라, 히팅툴(207)로부터 출사되는 적외선 복사광은 별 다른 방해물 없이 멤브레인(20)과 히터칩 웨이퍼(100)에 신속히 도달할 수 있다.

이하, 상술한 조립장치를 이용한 멤브레인과 히터칩 웨이퍼의 조립방법을 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저, 작업자는 이송장치(도시안됨)를 통해 히터칩 웨이퍼(100)를 조립장치(200)로 이송시킨 후, 이송된 히터칩 웨이퍼(100)를 진공벤치(201)에 고정시킨다(단계 S1). 이때, 상술한 바와 같이, 히터칩 웨이퍼(100)에는 다수개의 히터칩들(101)이 배열된다. 여기서, 진공벤치(201)는 진공에어홀(205)과 연결된 진공펌프(208)를 통해 히터칩 웨이퍼(100)의 밑면을 빨아들임으로써, 히터칩 웨이퍼(100)가 진공벤치(201)의 상부에 보다 견고하게 고정될 수 있도록 한다.

이때, 멤브레인(20)은 멤브레인 고정링(202)에 의해 눌린 후 고정링 지지홀더(204)에 의해 지지되어 히터칩 웨이퍼(100)와 일정한 간격, 바람직하게, 4μm~6μm을 유지한 상태로 히터칩 웨이퍼(100)의 상부에 고정된다. 이 경우, 멤브레인(20)은 상술한 바와 같이, 히터칩 웨이퍼(100)에 형성된 다수개의 히터칩들(101)과 일괄적으로 조립될 수 있도록 넓은 면적의 박막 레이어 구조를 이룬다.

여기서, 바람직하게, 본 발명에 적용되는 멤브레인(20)과 각 히터칩들(101)은 일부 패턴, 예컨대, 잉크 비아홀(Ink via hole)을 형성되지 않은 상태로 조립공정에 투입된다. 즉, 본 발명에서는 멤브레인(20)과 각 히터칩들(101)에 잉크 비아홀을 형성시키지 않은 상태에서 먼저 조립공정을 진행시킨다.

이와 같이, 본 발명에서 멤브레인(20)과 각 히터칩들(101)에 잉크 비아홀을 형성시키지 않은 상태에서 먼저 조립공정을 진행시키는 이유는 후술하는 조립공정을 통해 멤브레인(20)을 다수개의 히터칩들(101)에 한꺼번에 조립시킨 후, 멤브레인(20)과 히터칩들(101)로 일괄적인 잉크 비아홀 형성공정을 진행시키기 위함이다. 이 경우, 개별적으로 분리된 멤브레인(20)과 히터칩들(101)에 일일이 잉크 비아홀을 형성시킬 필요성이 제거됨으로써, 전체적인 공정수가 현저히 저하된다. 이의 상세한 내용은 후술한다.

계속해서, 멤브레인 얼라인 테이블(203)은 구동 실린더의 작용에 의해 전후좌우로 신속한 이동을 이룸으로써, 멤브레인(20)을 히터칩 웨이퍼(100)의 해당위치에 신속하게 얼라인시킨다(단계 S2). 이때, 바람직하게, 히터칩 웨이퍼(100)와 멤브레인(20)은 각각 자신의 중심을 서로 정확히 맞추어 얼라인된다.

이와 같이, 본 발명에서는 멤브레인(20)을 다수개의 히터칩들(101)에 한꺼번에 부착시키기 때문에, 본 발명에서는 단지, 히터칩 웨이퍼(100)와 멤브레인(20)의 외곽선만 맞추는 것으로 복잡한 얼라인 과정을 신속하게 완료할 수 있다.

이어서, 상술한 얼라인과정이 완료되면, 멤브레인 얼라인 테이블(203)은 전후좌우로의 움직임을 멈추고, 히터칩 웨이퍼(100)의 적정 위치에 멤브레인(20)을 고정시킨다(단계 S3). 이에 따라, 멤브레인(20)은 위치변동 없이 히터칩 웨이퍼(100)의 상부에 고정됨으로써, 히터칩 웨이퍼(100)와 일체로 조립될 준비를 갖춘다. 물론, 상술한 바와 같이, 멤브레인(20)과 히터칩 웨이퍼(100) 사이에는 접착제(21)가 개재되어, 후술하는 접착공정이 이루어질 때, 신속히 용해됨으로써, 멤브레인(20)이 히터칩 웨이퍼(100)에 보다 견고하게 접착될 수 있도록 보조한다.

계속해서, 상술한 멤브레인(20)의 고정과정이 완료되면, 멤브레인(20)을 히터칩 웨이퍼(100)에 접착시키는 공정이 진행된다(단계 S4).

먼저, 1차 접착공정이 진행되는데, 이때, 히팅툴(207)은 진공벤치(201)의 상부에 연속적으로 배치된 멤브레인(20)과 히터칩 웨이퍼(100)로 복사광, 바람직하게, 적외선 복사광(Infrared ray radiation light)을 출사시킴으로써, 멤브레인(20)의 밑면에 도포된 접착제(21)가 신속히 용해되도록 유도한다(단계 S5). 이러한 히팅툴(207)의 가열작용에 따라, 멤브레인(20)은 히터칩 웨이퍼(100)의 전면에 견고하게 접착된다.

이때, 바람직하게, 히팅툴(207)의 적외선 복사광에 의해 히터칩 웨이퍼(100)와 멤브레인을 1차 가열시키는 단계는 200℃~280℃의 온도에서 15초~30초 동안 이루어진다.

이어서, 상술한 1차 접착공정이 완료되면, 2차 접착공정이 진행되는데, 이때, 작업자는 1차 접착에 의해 일체로 조립된 멤브레인/히터칩 웨이퍼 어셈블리를 이송장치를 통해 반출시킨 후 이를 도 4에 도시된 바와 같은 고온/고압 조건의 킬른(Kiln;300)에 반입시킨다(단계 S6).

여기서, 킬른(300)은 바람직하게, 150℃~400℃의 온도, 좀더 바람직하게, 200℃~350℃의 온도에서 바람직하게, 1㎏/㎠~15㎏/㎠의 압력, 좀더 바람직하게, 2㎏/㎠~10㎏/㎠의 압력을 자신의 내부에 가하여, 1차 접착된 상태로 반입된 멤브레인/히터칩 웨이퍼 어셈블리가 서로의 계면에서 일정한 화학적, 물리적 반응을 일으키도록 유도함으로써, 결국, 멤브레인/히터칩 웨이퍼 어셈블리가 좀더 견고한 2차 접착 상태를 이룰 수 있도록 한다.

이후, 상술한 1, 2차 접착과정이 모두 완료되면, 서로 개별적으로 분리되어 있던 멤브레인과 히터칩 웨이퍼 어셈블리는 서로 견고하게 부착됨으로써, 하나의 멤브레인/히터칩 웨이퍼 어셈블리를 이룬다.

요컨대, 본 발명에서는 멤브레인(20)을 분사칩과 상관 없이 별도의 개별부품으로 제조시켜 분사칩의 움직임과 별도로 히터칩(101)에 조립시키고, 이를 통해, 분사칩의 움직임에 따른 멤브레인(20)의 유동을 억제시킴으로써, 주변 보조툴들과의 충격에 의한 멤브레인의 손상을 미리 방지시킬 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 멤브레인(20)을 분사칩과 분리시켜 독자적으로 히터칩(101)과 조립시킴으로써, 멤브레인(20)이 조립공정 중에 분사칩과 히터칩(101) 사이에 개재됨이 없이 외부로 폭 넓게 노출될 수 있도록 하고, 그 결과, 작업자가 멤브레인(20)의 손상을 쉽게 확인할 수 있도록 함으로써, 이에 대응되는 조치를 신속히 취할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에서는 멤브레인(20)을 개별 히터칩에 독립적으로 부착시키지 않고, 멤브레인(20)을 웨이퍼 단위를 이루는 다수개의 히터칩들(101)에 한꺼번에 부착시킴으로써, 전체적인 잉크젯 프린터 헤드의 조립완성 시간을 현저히 저하시킬 수 있다.

이러한 본 발명을 실 생산라인에 채용할 경우, 제품을 조립완성하는 시간이 자연스럽게 감소됨으로써, 물품의 대량생산이 용이하게 이루어진다.

한편, 상술한 히터칩 웨이퍼와 멤브레인을 접착시키는 단계 후에, 히터칩 웨이퍼(100) 및 멤브레인(20) 모두에 잉크 비아홀을 형성시키는 단계가 더 진행된다.

이에 따라, 멤브레인/히터칩 웨이퍼 어셈블리를 이루는 각 요소, 예컨대, 멤브레인(20), 히터칩 웨이퍼(100)는 바람직하게, CO₂가스 레이저(도시안됨)의 레이저 분사를 통해 특정 형상으로 에칭됨으로써, 자신의 일정부에 잉크 비아홀을 형성받는다(단계 S7). 이 경우, 작업자는 개별적으로 분리된 멤브레인(20)과 히터칩들(101)에 일일이 잉크 비아홀을 형성시킬 필요 없이, 다수개의 히터칩들(101) 및 이들과 한꺼번에 조립된 멤브레인(20) 모두에 일괄적으로 잉크 비아홀을 형성시킬 수 있음으로써, 전체적인 공정수가 현저히 저하되는 효과를 얻을 수 있다.

이후, 얼라인공정, 조립공정, 잉크 비아홀 형성공정을 모두 거쳐 일체로 조립된 멤브레인/히터칩 웨이퍼 어셈블리는 이들과 별개의 공정으로 제조된 분사칩과 통상의 조립공정을 통해 조립됨으로써, 도 5에 도시된 바와 같은 완성된 구조의 잉크젯 프린터 헤드로 제조·완료된다.

이러한 잉크젯 프린터 헤드에서, 예컨대, Si 재질의 기판(1) 상부에는 SiO₂재질의 보호막(2)이 형성되며, 보호막(2)의 상부면에는 외부로부터 인가되는 전기적인 에너지에 의해 가열되는 가열층(11)이 형성되고, 가열층(11)의 상부에는 외부의 전기적인 에너지를 가열층(11)으로 공급하는 전극층(3)이 형성된다. 전극층(3)은 공통전극(12)과 연결되며, 전극층(3)으로부터 공급된 전기적인 에너지는 가열층(11)에 의해 열에너지로 변환된다.

이때, 가열층(11)이 고립되도록 전극층(3)의 상부에는 가열챔버 배리어층(5)에 의해 둘러싸인 가열챔버(4)가 형성되며, 가열층(11)에 의해 변환된 열은 가열챔버(4)로 전달된다.

이러한 각 구성요소, 예컨대, 가열층(11), 가열챔버 베리어층(5)은 복수의 레이어를 형성하여 상술한 바와 같은 히터칩들(101)을 이룬다.

이때, 가열챔버(4)의 내부에는 증기압 발생이 용이한 워킹용액이 충진되며, 워킹용액은 가열층(11)으로부터 전달된 열에 의해 급속히 기화된다. 또한, 워킹용액의 기화에 의해 발생된 증기압은 가열챔버 배리어층(5)상에 형성된 멤브레인(20)으로 전달된다.

여기서, 상술한 바와 같이, 멤브레인(20)은 본 발명의 실시에 의해 다수개의 히터칩들(101)과 일괄적으로 조립됨으로써, 안정적인 구조를 이루고 있다.

이때, 멤브레인(20)의 상부에는 잉크챔버 배리어층(7)에 의해 둘러싸여지고, 상술한 가열챔버(4)와 동일축상에 놓이는 잉크챔버(9)가 형성되며, 잉크챔버(9)의 내부에는 적정량의 잉크가 채워진다.

여기서, 잉크챔버(9)가 커버되도록 잉크챔버 배리어층(7)의 상부에는 노즐(10)이 형성되어 외부로 드롭되는 잉크의 분사게이트(Jet gate) 역할을 수행한다. 이러한 노즐(10)은 상술한 가열챔버(4), 잉크챔버(9)와 동일축상에 놓이도록 노즐 플레이트(8)를 관통하여 형성된다. 이러한 각 구성요소, 예컨대, 노즐 플레이트(8), 잉크챔버 베리어층(7)은 복수의 레이어를 형성하여 상술한 바와 같은 분사칩(102)을 이룬다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저, 외부의 전원으로부터 전극층(3)으로 전기적인 신호가 인가되면, 전극층(3)과 접촉된 가열층(11)은 이러한 전기적인 에너지를 공급받아 순간적으로 500℃ 이상의 고온으로 급속 히팅된다. 이 과정에서 전기적인 에너지는 500℃~550℃ 정도의 열에너지로 변환된다.

이어서, 변환된 열은 가열층(11)과 접촉된 가열챔버(4)로 전달되고, 가열챔버(4) 내부에 충진된 워킹용액은 전달된 열에 의해 급속히 기화되어, 일정 크기의 증기압을 발생시킨다.

계속해서, 증기압은 가열챔버 배리어층(5) 상부에 놓여진 멤브레인(20)으로 전달되며, 이에 따라, 멤브레인(20)에는 일정크기의 충격력 P가 가해진다.

이러한 경우, 멤브레인(20)은 화살표 방향으로 급속히 팽창되어 라운드형으로 굽어진다. 이에 따라, 그 상부에 형성된 잉크챔버(9) 내부에 채워진 잉크(400)에는 강한 충격력이 전달되며, 잉크(400)는 상술한 충격력에 의해 포화되어 분사직전의 상태에 놓여진다.

한편, 이러한 상태에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 외부의 전원으로부터 공급되던 전기적인 신호가 차단되어 가열층(11)이 급속히 냉각되면, 가열챔버(4)의 내부에서 유지되던 증기압은 급속히 저감되며, 이에 따라, 가열챔버(4) 내부는 신속한 진공상태를 이룬다. 이러한 진공은 멤브레인(20)으로 상술한 충격력에 대응하는 강한 버클링력 B를 가함으로써, 멤브레인(20)이 순간적으로 수축되어 초기화되도록 한다.

이러한 경우, 멤브레인(20)은 화살표 방향으로 급속히 수축되어 잉크챔버의 내부로 강한 버클링력을 전달한다. 이에 따라, 멤브레인(20)의 팽창과정을 통하여 분사직전의 상태에 놓여있던 잉크(400)는 자체의 중량에 의해 타원형/원형으로 차례로 변형되어, 외부의 인쇄용지로 분사된다. 이에 따라, 외부의 인쇄용지에는 신속한 프린팅이 이루어진다.

이러한 본 발명은 단지 상술한 잉크젯 프린터 헤드의 조립공정에 국한되지 않으며, 멤브레인을 채용하는 다른 여러 가지 마이크로 인젝팅 디바이스, 예컨대, 마이크로 펌프, 연료 분사장치 등에서 전반적으로 유용한 효과를 나타낸다.

그리고, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 인제팅 디바이스의 조립방법과 이를 위한 조립장치에서는 먼저, 다수개의 히터칩들이 형성된 히터칩 웨이퍼를 진공벤치에 고정시킨다. 이어서, 분사칩의 제조과정과 상관 없이 개별부품으로 제조된 멤브레인을 히터칩 웨이퍼와 일정거리 이격시킨 상태로 얼라인시킨다. 계속해서, 히터칩 웨이퍼의 상부에 멤브레인을 고정시킨 후, 히터칩 웨이퍼와 멤브레인을 접착시킨다.

이 경우, 멤브레인은 얼라인공정, 조립공정 중에 잦은 움직임이 억제됨으로써, 손상을 미리 방지받을 수 있다. 또한, 멤브레인을 개별 히터칩에 얼라인할 필요성이 없어짐으로써, 전체적인 잉크젯 프린터 헤드의 조립완성시간이 현저히 저하되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

다수개의 히터칩들이 형성된 히터칩 웨이퍼를 진공벤치에 고정시키는 단계와;

접착제가 도포된 멤브레인을 상기 히터칩 웨이퍼와 소정 거리 이격시킨 상태로 얼라인시키는 단계와;

상기 히터칩 웨이퍼의 상부에 상기 멤브레인을 고정시키는 단계와;

상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인을 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 1 항에 있어서, 상기 얼라인단계에서, 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인 사이의 이격거리는 4μm~6μm인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 1 항에 있어서, 상기 얼라인단계에서, 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인은 각각 중심을 서로 맞추어 얼라인되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 1 항에 있어서, 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인을 접착시키는 단계는

히팅툴로부터 출력되는 복사광을 이용하여 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인을 1차 가열시키는 단계와;

고온/고압의 조건을 갖는 킬른(Kiln) 내에서 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인을 2차 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 4 항에 있어서, 상기 히팅툴로부터 출력되는 복사광은 적외선 복사광(Infrared ray radiation light)인 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 4 항에 있어서, 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인을 1차 가열시키는 단계는 200℃~280℃의 온도에서 15초~30초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 4 항에 있어서, 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인을 2차 가열시키는 단계는 150℃~400℃의 온도에서 1㎏/㎠~15㎏/㎠의 압력으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 4 항에 있어서, 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인을 2차 가열시키는 단계는 200℃~350℃의 온도에서 2㎏/㎠~10㎏/㎠의 압력으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 1 항에 있어서, 상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인을 접착시키는 단계 후에,

상기 히터칩 웨이퍼와 상기 멤브레인에 잉크 비아홀을 형성시키는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
제 9 항에 있어서, 상기 잉크 비아홀은 CO₂가스 레이저에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립방법.
진공을 통해 히터칩 웨이퍼를 고정시키는 진공벤치(Vaccum bench)와;

상기 진공벤치의 상부에 배치되며, 멤브레인의 외주면을 균일한 압력으로 눌러 상기 히터칩 웨이퍼의 상부에 고정시키는 멤브레인 고정링과;

상기 멤브레인 고정링을 지지하는 고정링 지지홀더와;

상기 고정링 지지홀더를 고정시키며, 상기 멤브레인이 상기 히터칩 웨이퍼에 얼라인되는 경우, 전후좌우로 이동하여 상기 멤브레인의 중심을 상기 히터칩 웨이퍼의 중심에 대응시켜 위치시키는 멤브레인 얼라인테이블과;

상기 멤브레인 얼라인테이블의 상부에 배치되며, 상기 멤브레인과 상기 히터칩 웨이퍼로 적외선 복사광을 출사시켜 상기 멤브레인과 상기 히터칩 웨이퍼를 가열 접착시키는 히팅툴을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립장치.
제 11 항에 있어서, 상기 상기 멤브레인 얼라인테이블에는 상기 히팅툴로부터 출사되는 적외선 복사광을 상기 멤브레인과 상기 히터칩 웨이퍼로 통과시키기 위한 관통개구가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인젝팅 디바이스의 조립장치.