KR100318675B1 - Fabrication method of micro spraying device and its fluid spraying device - Google Patents
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Abstract
미소구조의 유체분사장치 제작방법 및 그 유체분사장치를 개시한다. 개시된 본 발명은 기판 위에 절연층, 발열체 및 전극부를 형성하고, 상기 발열체 및 전극부를 포함하여 구동유체가 저장되는 구동유체방이 마련되도록 상기 절연층 위에 상기 구동유체방의 주변을 감싸는 하부벽을 형성하는 단계와; 상기 하부벽, 절연층, 발열체 및 전극부가 이루는 연장표면 위에 그 형상대로 감싸도록 보호층을 형성하고, 상기 보호층 위에 희생층을 형성하고, 상기 구동유체방에 투입된 상기 희생층과 상기 보호층으로 감싸여진 상기 하부벽이 이루는 연장표면 위에 멤브레인을 형성하는 단계와; 상기 발열체 및 전극부를 포함하는 구동유체방에 대응하는 위치의 멤브레인의 위에 메탈마스크를 형성하고, 상기 멤브레인 및 메탈마스크 위에 임시층을 형성하고, 상기 하부벽에 대응하는 위치의 상기 임시층 위에 다른 메탈마스크를 형성하고, 상기 메탈마스크가 형성되지 않은 상기 임시층을 제거하여 토출유체가 저장되는 토출유체방과 구동유체주입구를 갖는 상부벽을 형성하고, 상기 메탈마스크를 제거함과 아울러 상기 구동유체주입구를 통하여 상기 구동유체방에 투입된 희생층을 제거하는 단계; 및 상기 구동유체주입구를 통하여 상기 구동유체방 내부에 구동유체를 투입하고, 상기 토출유체방에 대응하도록 형성된 노즐을 갖는 노즐판을 상기 상부벽 위에 접착하는 단계를 포함한다.Disclosed are a method of manufacturing a microfluidic fluid injection device and a fluid injection device thereof. According to the present invention, an insulating layer, a heating element, and an electrode part are formed on a substrate, and a lower wall surrounding the driving fluid room is formed on the insulating layer to provide a driving fluid room for storing a driving fluid including the heating element and the electrode part. Wow; A protective layer is formed on the extending surface formed by the lower wall, the insulating layer, the heating element, and the electrode, and the sacrificial layer is formed on the protective layer, and the sacrificial layer and the protective layer are introduced into the driving fluid chamber. Forming a membrane on an extended surface of the wrapped lower wall; A metal mask is formed on the membrane at a position corresponding to the driving fluid chamber including the heating element and the electrode, a temporary layer is formed on the membrane and the metal mask, and another metal is formed on the temporary layer at the position corresponding to the lower wall. A mask is formed, and the temporary layer on which the metal mask is not formed is removed to form an upper wall having a discharge fluid chamber and a driving fluid inlet for storing the discharge fluid, and the metal mask is removed and through the driving fluid inlet. Removing the sacrificial layer introduced into the driving fluid chamber; And injecting a driving fluid into the driving fluid chamber through the driving fluid inlet, and adhering a nozzle plate having a nozzle formed to correspond to the discharge fluid chamber on the upper wall.
Description
본 발명은 미소구조의 유체분사장치 제작방법 및 그 유체분사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열압축방식으로 그 내부에 저장된 유체를 외부로 분사시키도록 하는 미소구조의 유체분사장치 제작방법 및 그 유체분사장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a fluid injection device having a micro structure and a fluid injection device thereof, and more particularly, to a method for manufacturing a fluid injection device having a micro structure to inject a fluid stored therein by a heat compression method to the outside. It relates to a fluid injection device.
일반적으로 잉크젯 프린터 헤드와 같은 열압축방식의 유체분사장치는, 발열부재에서 발생하는 열에 의해 구동유체가 열팽창하게 되고 그 상부에 존재하는 멤브레인을 구동하여 잉크를 토출하는 원리로 구동된다. 이때, 잉크를 토출하는데 필요한 힘을 멤브레인이 전달해주기 때문에 무엇보다도 멤브레인의 신뢰성 여부가 유체분사장치의 성능을 좌우하는 매우 중요한 요소가 된다.In general, a fluid compression device of a thermal compression method, such as an inkjet printer head, is driven by the principle of discharging ink by driving a membrane existing thereon by thermal expansion by heat generated from a heat generating member. At this time, since the membrane transmits the force necessary to discharge the ink, the reliability of the membrane is a very important factor that determines the performance of the fluid injection device.
도 1은 종래 유체분사장치를 나타낸 단면도이고, 도 2a 내지 2c는 종래 유체분사장치의 제작방법을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional fluid injection value, Figures 2a to 2c is a cross-sectional view showing a manufacturing method of a conventional fluid injection device.
도 1에 의하면, 실리콘 기판(11) 위에 절연층(12)이 형성되고, 이 절연층(12) 위에 차례로 소정 크기의 발열체(13) 및 전극부(14)가 형성된다. 또한, 발열체(13) 및 전극부(14)를 중심으로 하여 구동유체(16a)가 저장되는 구동유체방(16; 도 2c 참조)이 마련되도록 그 주변을 감싸는 하부벽(15)이 형성된다. 또한, 구동유체방(16)을 상부에서 밀폐시키는 멤브레인(21)이 하부벽(15) 위에 접착되고, 이 멤브레인(21) 위에 그 내부에 토출유체가 저장되는 토출유체방(33)이 마련되도록 그 주변으로 상부벽(34)이 형성된다. 이 상부벽(34) 위에는 토출유체방(33)과 대응되는 위치에 소정 직경의 노즐(32)을 갖는 노즐판(31)이 접착된다.According to FIG. 1, an insulating layer 12 is formed on a silicon substrate 11, and a heating element 13 and an electrode portion 14 having a predetermined size are sequentially formed on the insulating layer 12. In addition, a lower wall 15 is formed around the heating element 13 and the electrode part 14 to surround the driving fluid chamber 16 (see FIG. 2C) in which the driving fluid 16a is stored. In addition, a membrane 21 for sealing the driving fluid chamber 16 at the top thereof is adhered to the lower wall 15, and a discharge fluid chamber 33 in which the discharge fluid is stored therein is provided on the membrane 21. The upper wall 34 is formed around it. On the upper wall 34, a nozzle plate 31 having a nozzle 32 of a predetermined diameter is bonded to a position corresponding to the discharge fluid chamber 33.
따라서, 상기 전극부(14)에 전원이 인가되면 발열체(13)에서는 열이 발생되고, 이에 따라 구동유체방(16) 내부의 구동유체(16a)가 열팽창하여 멤브레인(21)을 상단으로 밀어 올리게 된다. 이렇게 멤브레인(21)이 밀어 올려지면, 이 멤브레인(21) 위의 토출유체방(33)이 압축되어 그 내부의 토출유체가 노즐(32)을 통하여 외부로 토출되는 것이다.Accordingly, when power is applied to the electrode unit 14, heat is generated in the heating element 13, and accordingly, the driving fluid 16a inside the driving fluid chamber 16 thermally expands to push the membrane 21 upward. do. When the membrane 21 is pushed up in this way, the discharge fluid chamber 33 on the membrane 21 is compressed and the discharge fluid therein is discharged to the outside through the nozzle 32.
한편, 이와 같은 종래 유체분사장치는 도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이 발열부재(10), 멤브레인부재(20), 노즐부재(30) 등 3개의 개별부재를 각각 제작한 후 3회의 접착공정을 거쳐 완성된다.Meanwhile, as shown in FIGS. 2A to 2C, the conventional fluid spraying device is manufactured with three separate members such as the heating member 10, the membrane member 20, and the nozzle member 30, respectively, and then performs three bonding processes. After completion.
즉, 노즐부재(30)는 실리콘웨이퍼(35) 위에 소정 직경의 노즐(32)을 갖는 노즐판(31)을 형성하고, 중심부에 토출유체방(33)이 형성되도록 노즐판(31) 위에 상부벽(34)을 형성한 후 상기 실리콘웨이퍼(35)를 제거하여 완성한다(도 2a 참조).That is, the nozzle member 30 forms a nozzle plate 31 having a nozzle 32 having a predetermined diameter on the silicon wafer 35, and an upper portion on the nozzle plate 31 so that the discharge fluid chamber 33 is formed at the center thereof. After the wall 34 is formed, the silicon wafer 35 is removed and completed (see FIG. 2A).
멤브레인부재(20)는 실리콘웨이퍼(23) 위에 멤브레인(21)을 형성하고, 그 위에 접착층(22)을 도포한 후 별도의 지그(미도시)에 임시 접착하여 상기 실리콘웨이퍼(23)로부터 분리시킨다(도 2b 참조).The membrane member 20 forms a membrane 21 on the silicon wafer 23, and then applies an adhesive layer 22 thereon to be temporarily bonded to a separate jig (not shown) to separate from the silicon wafer 23. (See FIG. 2B).
발열부재(10)는 실리콘 기판(11) 위에 절연층(12)을 형성하고, 이어 절연층(12) 위에 소정 크기의 발열체(13)를 형성하며, 발열체(13) 위에 전극부(14)를 차례로 형성한다. 또한, 발열체(13) 및 전극부(14)를 중심으로 하여 구동유체(16a)가 저장되는 구동유체방(16)이 마련되도록 그 주변을 감싸는 하부벽(15)을 형성한다(도 2c 참조).The heat generating member 10 forms an insulating layer 12 on the silicon substrate 11, and then forms a heating element 13 having a predetermined size on the insulating layer 12, and forms the electrode portion 14 on the heating element 13. Form in turn. In addition, a lower wall 15 is formed around the heat generating element 13 and the electrode part 14 to surround the driving fluid chamber 16 in which the driving fluid 16a is stored (see FIG. 2C). .
이렇게 각각의 부재(10)(20)(30)를 완성시킨후 먼저, 상기와 같이 지그를 통하여 분리된 멤브레인부재(20)를 상기 발열부재(10) 위에 접착시킨다. 이후, 멤브레인부재(20) 위에 노즐부재(30)를 접착시킴으로써 유체분사장치를 제작한다.After completing the respective members 10, 20, 30 in this manner, first, the membrane member 20 separated through the jig as described above is bonded to the heating member 10. Thereafter, the nozzle sprayer 30 is bonded onto the membrane member 20 to prepare a fluid spraying device.
그러나, 이와 같은 종래 유체분사장치의 제작방법에 있어서 과다한 접착공정을 통하여 작업의 속도 및 접착성이 저하되고, 특히 헤드의 생명인 멤브레인의 신뢰성에 큰 문제를 발생시키게 된다. 즉, 멤브레인과 발열부재 또는 노즐부재 상호간에 올바른 접착이 이루어지지 않고 떨어지거나, 약한 접착을 이루기 때문에 구동유체가 누설되거나, 또는 구동중 상호 분리되는 각종 이상현상이 발생하는 문제점이 있었다.However, in the conventional manufacturing method of the fluid spray device, the excessive speed of adhesion and adhesion are reduced through an excessive adhesion process, and in particular, a great problem arises in the reliability of the membrane which is the life of the head. That is, there is a problem that various abnormal phenomena occur that the driving fluid is leaked or separated from each other during driving because the membrane and the heating member or the nozzle member are not properly adhered to each other, or fall apart or have weak adhesion.
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 유체분사장치의 생산작업중 특히 접착공정을 최소화하여 작업의 신속성 및 접착성을 향상시킨 미소구조의 유체분사장치 제작방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention devised to solve such a problem is to provide a method of manufacturing a fluid spray device having a microstructure, which improves the speed and adhesion of the work by minimizing the bonding process, especially during the production of the fluid spray device. .
본 발명의 다른 목적은, 상기 미소구조의 유체분사장치 제작방법에 의하여 제작된 유체분사장치를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a fluid spraying device manufactured by the method for fabricating a fluid spray device having a microstructure.
도 1은 종래 유체분사장치를 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing a conventional fluid injection value,
도 2a 내지 2c는 종래 유체분사장치의 제작방법을 나타낸 단면도,Figure 2a to 2c is a cross-sectional view showing a manufacturing method of a conventional fluid injection device,
도 3은 본 발명에 따른 유체분사장치의 분해 사시도,3 is an exploded perspective view of a fluid spray device according to the present invention;
도 4a 내지 7b는 본 발명에 따른 미소구조의 유체분사장치 제작방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 도 3의 A-A′선 단면도,4a to 7b is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of Figure 3 showing a preferred embodiment of a method for manufacturing a micro-fluidic fluid injection device according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 유체분사장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing another embodiment of a fluid spray device according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 기판 101 : 절연층100 substrate 101 insulation layer
102 : 발열체 103 : 전극부102 heating element 103 electrode part
104 : 하부벽 105 : 구동유체방104: lower wall 105: driving fluid
106 : 보호층 107 : 희생층106: protective layer 107: sacrificial layer
108 : 멤브레인 109, 111 : 메탈마스크108: membrane 109, 111: metal mask
110a : 상부벽 112 : 토출유체방110a: upper wall 112: discharge fluid
113 : 구동유체주입구 114 : 노즐판113: driving fluid inlet 114: nozzle plate
115 : 노즐 116 : 구동유체115: nozzle 116: driving fluid
120 : 가이드층120: guide layer
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미소구조의 유체분사장치 제작방법의 특징은, 기판 위에 절연층을 형성하고, 절연층 위에 차례로 적층된 소정 크기의 발열체 및 전극부를 형성하고, 상기 발열체 및 전극부를 포함하여 구동유체가 저장되는 구동유체방이 마련되도록 상기 절연층 위에 상기 구동유체방의 주변을 감싸는 하부벽을 형성하는 단계와; 상기 하부벽, 절연층, 발열체 및 전극부가 이루는 연장표면 위에 그 형상대로 감싸도록 보호층을 형성하고, 상기 보호층 위에 희생층을 형성하고, 상기 하부벽을 감싸고 있는 보호층의 상단이 노출되도록 상기 구동유체방에 투입되지 않은 상기 희생층을 제거하고, 상기 구동유체방에 투입된 상기 희생층과 상기 하부벽을 감싼 상기 보호층이 이루는 연장표면 위에 멤브레인을 형성하는 단계와; 상기 발열체 및 전극부를 포함하는 구동유체방에 대응하는 위치의 멤브레인의 위에 메탈마스크를 형성하고, 상기 멤브레인 및 메탈마스크 위에 임시층을 형성하고, 상기 하부벽에 대응하는 위치의 상기 임시층 위에 다른 메탈마스크를 형성하고, 상기 메탈마스크가 형성되지 않은 상기 임시층을 제거하여 토출유체가 저장되는 토출유체방과 구동유체주입구를 갖는 상부벽을 형성하는 단계; 및 상기 메탈마스크를 제거함과 아울러 상기 구동유체주입구를 통하여 상기 구동유체방에 투입된 희생층을 제거하고, 상기 구동유체주입구를 통하여 상기 구동유체방 내부에 구동유체를 투입하고, 상기 토출유체방에 대응하도록 형성된 노즐을 갖는 노즐판을 상기 상부벽 위에 접착하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a microfluidic fluid spraying device, comprising: forming an insulating layer on a substrate, forming a heating element and an electrode part of a predetermined size stacked on the insulating layer, and forming the heating element and Forming a lower wall surrounding the periphery of the driving fluid chamber on the insulating layer to provide a driving fluid chamber including an electrode unit to store the driving fluid; Forming a protective layer on the extending surface formed by the lower wall, the insulating layer, the heating element, and the electrode unit, forming a sacrificial layer on the protective layer, and exposing an upper end of the protective layer surrounding the lower wall. Removing the sacrificial layer not introduced into the driving fluid chamber, and forming a membrane on an extended surface formed by the sacrificial layer introduced into the driving fluid chamber and the protective layer surrounding the lower wall; A metal mask is formed on the membrane at a position corresponding to the driving fluid chamber including the heating element and the electrode, a temporary layer is formed on the membrane and the metal mask, and another metal is formed on the temporary layer at the position corresponding to the lower wall. Forming a mask and removing the temporary layer on which the metal mask is not formed to form an upper wall having a discharge fluid chamber storing a discharge fluid and a driving fluid inlet; And removing the metal mask and removing the sacrificial layer introduced into the driving fluid chamber through the driving fluid inlet, and introducing a driving fluid into the driving fluid chamber through the driving fluid inlet, and corresponding to the discharge fluid chamber. Adhering a nozzle plate having a nozzle formed so as to adhere onto the top wall.
또한, 본 발명에 따른 유체분사장치의 특징은, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 절연층과, 상기 절연층 위에 돌출되도록 차례로 형성된 소정 크기의 발열체 및 전극부와, 상기 발열체 및 전극부를 포함하여 구동유체가 저장되는 구동유체방이 마련되도록 상기 절연층 위에 상기 구동유체방의 주변을 감싸도록 형성된 하부벽과, 상기 하부벽, 절연층, 발열체 및 전극부가 이루는 연장표면 위에 그 형상대로 감싸도록 형성된 보호층과, 상기 발열체 및 전극부를 포함하는 상기 구동유체방의 상부를 밀폐하도록 상기 하부벽을 감싼 상기 보호층 상단에 형성되는 멤브레인과, 토출유체가 저장되는 토출유체방과 구동유체주입구를 갖도록 상기 하부벽에 대응하는 위치의 상기 멤브레인 상에 형성되는 상부벽 및 상기 상부벽 위에 접착되며 상기 토출유체방에 대응하도록 형성된 노즐을 갖는 노즐판을 포함한다.In addition, a feature of the fluid ejection apparatus according to the present invention is a drive fluid including a substrate, an insulating layer formed on the substrate, a heating element and an electrode portion of a predetermined size formed so as to protrude on the insulating layer, and the heating element and the electrode portion A lower wall formed to cover the periphery of the driving fluid chamber on the insulating layer to provide a driving fluid chamber in which the driving fluid chamber is stored, and a protective layer formed to wrap in the shape on the extended surface formed by the lower wall, the insulating layer, the heating element, and the electrode; A membrane formed on an upper end of the protective layer surrounding the lower wall to seal the upper portion of the driving fluid chamber including the heating element and the electrode unit, a position corresponding to the lower wall to have a discharge fluid chamber storing a discharge fluid and a driving fluid inlet; An upper wall formed on the membrane of the upper wall and bonded to the upper wall, And a nozzle plate having a nozzle formed to correspond.
따라서, 유체분사장치의 생산작업중 특히 접착공정을 최소화하여 작업의 신속성 및 접착성을 향상시킴과 아울러 제작원가를 절감시키고 제품의 신뢰성을 향상시키게 된다.Therefore, during the production of the fluid spray device, in particular, the adhesion process is minimized, thereby improving the speed and adhesiveness of the work, and reducing the manufacturing cost and improving the reliability of the product.
이하, 본 발명에 따른 미소구조의 유체분사장치 제작방법 및 그 유체분사장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method of manufacturing a microfluidic fluid injection device and a preferred embodiment of the fluid injection device according to the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명에 따른 유체분사장치의 분해 사시도이다. 기판(100)과, 상기 기판(100) 위에 형성된 절연층(101)과, 상기 절연층(101) 위에 돌출되도록 차례로 형성된 소정 크기의 발열체(102) 및 전극부(103)와, 상기 발열체(102) 및 전극부(103)를 포함하여 구동유체가 저장되는 구동유체방(105)이 마련되도록 상기 절연층(101) 위에 상기 구동유체방(105)의 주변을 감싸도록 형성된 하부벽(104)과, 상기 하부벽(104), 절연층(101), 발열체(102) 및 전극부(103)가 이루는 연장표면 위에 그 형상대로 감싸도록 형성된 보호층(106)과, 상기 발열체(102) 및 전극부(103)를 포함하는 상기 구동유체방(105)의 상부를 밀폐하도록 상기 하부벽(104)을 감싼 상기 보호층(106) 상단에 형성되는 멤브레인(108)과, 토출유체가 저장되는 토출유체방(112)과 구동유체주입구(113)를 갖도록 상기 하부벽(104)에 대응하는 위치의 상기 멤브레인(108) 상에 형성되는 상부벽(110a) 및 상기 상부벽(110a) 위에 접착되며 상기 토출유체방(112)에 대응하도록 형성된 노즐(115)을 갖는 노즐판(114)으로 구성된다. 여기서, 미설명부호 117은 토출유체공급구이다.3 is an exploded perspective view of the fluid spray device according to the present invention. A substrate 100, an insulating layer 101 formed on the substrate 100, a heating element 102 and an electrode portion 103 having a predetermined size formed so as to protrude on the insulating layer 101, and the heating element 102. And a lower wall 104 formed to cover the periphery of the driving fluid chamber 105 on the insulating layer 101 to provide the driving fluid chamber 105 including the electrode unit 103 and a driving fluid storage chamber. And a protective layer 106 formed so as to surround the lower wall 104, the insulating layer 101, the heating element 102, and the electrode portion 103 in the shape thereof, and the heating element 102 and the electrode portion. Membrane 108 formed on top of the protective layer 106 surrounding the lower wall 104 to seal the upper portion of the driving fluid chamber 105 including the 103 and the discharge fluid chamber in which the discharge fluid is stored An upper portion formed on the membrane 108 at a position corresponding to the lower wall 104 to have a 112 and a driving fluid inlet 113 (110a) and is bonded on the upper wall (110a) it consists of a nozzle plate 114 having a nozzle 115 formed to correspond to the discharge fluid chamber (112). Here, reference numeral 117 denotes a discharge fluid supply port.
도 4a 내지 7b는 본 발명에 따른 미소구조의 유체분사장치 제작방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 단면도이다.4a to 7b are cross-sectional views showing a preferred embodiment of a method for manufacturing a micro-fluidic fluid injection device according to the present invention.
도 4a 내지 4d 에서는, 기판(100) 위에 절연층(101)을 형성하고, 절연층(101) 위에 차례로 적층된 소정 크기의 발열체(102) 및 전극부(103)를 형성하고, 상기 발열체(102) 및 전극부(103)를 포함하여 구동유체가 저장되는 구동유체방(105)이 마련되도록 상기 절연층(101) 위에 상기 구동유체방(105)의 주변을 감싸는 하부벽(103)을 형성하는 단계를 도시한다.4A to 4D, the insulating layer 101 is formed on the substrate 100, and a heating element 102 and an electrode portion 103 having a predetermined size, which are sequentially stacked on the insulating layer 101, are formed, and the heating element 102 is formed. And a lower wall 103 surrounding the periphery of the driving fluid chamber 105 on the insulating layer 101 so that the driving fluid chamber 105 including the electrode unit 103 is provided. Shows the steps.
도 5a 내지 5d 에서는, 상기 하부벽(104), 절연층(101), 발열체(102) 및 전극부(103)가 이루는 연장표면 위에 그 형상대로 감싸도록 보호층(106)을 형성하고, 상기 보호층(106) 위에 희생층(107)을 형성하고, 상기 하부벽(104)을 감싸고 있는 보호층(106)의 상단이 노출되도록 상기 구동유체방(105)에 투입되지 않은 상기 희생층(107)을 제거하고, 상기 구동유체방(105)에 투입된 상기 희생층(107)과 상기 하부벽(104)을 감싼 상기 보호층(106)이 이루는 연장표면 위에 멤브레인(108)을 형성하는 단계를 도시한다.5A to 5D, a protective layer 106 is formed on the extension surface formed by the lower wall 104, the insulating layer 101, the heating element 102, and the electrode portion 103 in such a manner as to surround the protective layer 106. The sacrificial layer 107 is formed on the layer 106, and the sacrificial layer 107 is not introduced into the driving fluid chamber 105 so that the upper end of the protective layer 106 surrounding the lower wall 104 is exposed. And forming the membrane 108 on the extended surface formed by the sacrificial layer 107 introduced into the driving fluid chamber 105 and the protective layer 106 surrounding the lower wall 104. .
도 6a 내지 6d 에서는, 상기 발열체(102) 및 전극부(103)를 포함하는 구동유체방(105)에 대응하는 위치의 멤브레인(108)의 위에 메탈마스크(109)를 형성하고, 상기 멤브레인(108) 및 메탈마스크(109) 위에 임시층(110)을 형성하고, 상기 하부벽(104)에 대응하는 위치의 상기 임시층(110) 위에 다른 메탈마스크(111)를 형성하고, 상기 메탈마스크(111)가 형성되지 않은 상기 임시층(110)을 제거하여 토출유체가 저장되는 토출유체방(112)과 구동유체주입구(113)를 갖는 상부벽(110a)을 형성하는 단계를 도시한다.6A to 6D, a metal mask 109 is formed on the membrane 108 at a position corresponding to the driving fluid chamber 105 including the heating element 102 and the electrode portion 103, and the membrane 108 is formed. And a temporary layer 110 on the metal mask 109, another metal mask 111 is formed on the temporary layer 110 at a position corresponding to the lower wall 104, and the metal mask 111. ) And forming the upper wall 110a having the discharge fluid chamber 112 and the driving fluid inlet 113 in which the discharge fluid is stored by removing the temporary layer 110 in which the discharge layer is not formed.
도 7a 내지 7b 에서는 상기 메탈마스크(109)(111)를 제거함과 아울러 상기 구동유체주입구(113)를 통하여 상기 구동유체방(105)에 투입된 희생층(107)을 제거하고, 상기 구동유체주입구(113)를 통하여 상기 구동유체방(105) 내부에 구동유체(116)를 투입하고, 상기 토출유체방(112)에 대응하도록 형성된 노즐(115)을 갖는 노즐판(114)을 상기 상부벽(110a) 위에 접착하는 단계를 도시한다.7A to 7B, the metal masks 109 and 111 are removed, and the sacrificial layer 107 introduced into the driving fluid chamber 105 is removed through the driving fluid inlet 113, and the driving fluid inlet ( The drive fluid 116 is introduced into the drive fluid chamber 105 through 113, and the upper plate 110a is provided with a nozzle plate 114 having a nozzle 115 formed to correspond to the discharge fluid chamber 112. ) Is a step of bonding on.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured in this way in more detail as follows.
먼저, 기판(100) 위에 절연층(101)을 형성한다(도 4a 참조). 여기서, 상기 기판(100)은 통상 실리콘웨이퍼(silicon wafer)가 사용된다. 이어 절연층(101) 위에 차례로 적층된 소정 크기의 발열체(102) 및 전극부(103)를 형성한다(도 4b 및 4c 참조). 여기서, 발열체(102)는 통상 탄탈알루미늄(TaAl) 또는 폴리실리콘(H5B2) 등의 재질로서 리소그라피(lithography)와 스퍼터링(sputtering) 또는 리프트 오프(lift-off) 공정을 이용하여 형성하고, 전극부(103)는 리소그라피와 습식식각 공정을 이용하여 형성함이 바람직하다.First, the insulating layer 101 is formed on the substrate 100 (see FIG. 4A). Here, the substrate 100 is typically used a silicon wafer (silicon wafer). Subsequently, a heating element 102 and an electrode portion 103 having a predetermined size stacked on the insulating layer 101 are formed (see FIGS. 4B and 4C). Here, the heating element 102 is generally formed of a material such as tantalum aluminum (TaAl) or polysilicon (H 5 B 2 ), using lithography, sputtering, or lift-off processes. The electrode unit 103 is preferably formed using a lithography and a wet etching process.
또한, 상기 발열체(102) 및 전극부(103)를 포함하여 구동유체(116)가 저장되는 구동유체방(105)이 마련되도록 상기 절연층(101) 위에 상기 구동유체방(105)의 주변을 감싸는 하부벽(104)을 형성한다(도 4d 참조). 이때, 상기 구동유체방(105)을 형성하기 위하여 폴리이미드(polyimide)를 스핀 코딩(spin coating) 후 큐어링(curing) 공정으로 처리하여 임시층을 형성하고, 메탈마스크를 패턴닝(patterning)한 후 드라이 에칭(dry etching)을 수행하면 구동유체가 저장되는 구동유체방(105)을 갖는 하부벽(104)이 형성된다.In addition, the periphery of the driving fluid chamber 105 is disposed on the insulating layer 101 such that the driving fluid chamber 105 including the heat generating body 102 and the electrode unit 103 is provided therein for storing the driving fluid 116. Form the enclosing bottom wall 104 (see FIG. 4D). In this case, in order to form the driving fluid chamber 105, a polyimide is spin-coated, followed by a curing process to form a temporary layer, and a metal mask is patterned. After dry etching, the lower wall 104 having the driving fluid chamber 105 in which the driving fluid is stored is formed.
이후, 상기 하부벽(104), 절연층(101), 발열체(102) 및 전극부(103)가 이루는 연장표면 위에 그 형상대로 감싸도록 보호층(106)을 형성하고(도 5a 참조), 상기 보호층(106) 위에 희생층(107)을 형성한다(도 5b 참조). 여기서, 양질의 멤브레인(108) 제작을 위해 희생층(107)의 두께를 구동유체방(105)의 높이보다 낮은 두께로 증착하고, 리소그라피와 습식식각 공정을 이용하여 패터닝한다.Subsequently, a protective layer 106 is formed on the extension surface formed by the lower wall 104, the insulating layer 101, the heating element 102, and the electrode part 103 in such a shape (see FIG. 5A). A sacrificial layer 107 is formed over the protective layer 106 (see FIG. 5B). Here, the thickness of the sacrificial layer 107 is deposited to a thickness lower than the height of the driving fluid chamber 105 in order to fabricate the high quality membrane 108, and patterned by using lithography and wet etching processes.
또한, 상기 하부벽(104)을 감싼 보호층(106)의 상단이 노출되도록 상기 구동유체방(105)에 투입되지 않은 상기 희생층(107)을 제거한다(도 5c 참조). 이때 통상의 습식에칭 공정을 수행하며, 그 표면형상은 구동유체방(105)을 구성하는 공간에만 희생층(107)이 존재하고, 그 외의 공간에는 기존의 폴리이미드 등으로 형성된 하부벽(104) 상단의 보호층(106)이 존재하게 된다.In addition, the sacrificial layer 107 which is not introduced into the driving fluid chamber 105 is removed so that the upper end of the protective layer 106 surrounding the lower wall 104 is exposed (see FIG. 5C). At this time, a conventional wet etching process is performed, and the surface shape is a sacrificial layer 107 only in the space constituting the driving fluid chamber 105, and the lower wall 104 formed of the existing polyimide in the other space. The upper protective layer 106 will be present.
한편, 희생층(107)은 멤브레인(108)을 형성한 후 습식식각에 의해 제거될 예정이기 때문에 발열체(102) 및 전극부(103)와의 선택적 식각을 위하여 희생층(107)을 형성하기 전에 상술한 바와 같이 보호층(106)을 미리 형성하는 것이다. 이 보호층(106)은 필수적으로 절연성과 열전도도가 좋아야 한다. 그 이유는, 발열체(102)에서 발생하는 열은 멤브레인(108)을 구동시킨 후 신속히 방열되어 다음 신호에 대응해야 하기 때문이다. 또한 도면에 예시하지는 않았으나 외부 프린터제어기와 연결되는 패드부는 희생층(107) 식각시 보호될 수 있도록 희생층 식각액에 보호되는 메탈계로 형성함이 바람직할 것이다.On the other hand, since the sacrificial layer 107 is to be removed by wet etching after the membrane 108 is formed, the sacrificial layer 107 is formed before the sacrificial layer 107 for selective etching with the heating element 102 and the electrode portion 103. As described above, the protective layer 106 is formed in advance. This protective layer 106 should necessarily have good insulation and thermal conductivity. This is because heat generated in the heating element 102 must be rapidly dissipated after driving the membrane 108 to respond to the next signal. In addition, although not illustrated in the drawings, the pad part connected to the external printer controller may be formed of a metal based on the sacrificial layer etchant so as to be protected during the etching of the sacrificial layer 107.
이후, 상기 구동유체방(105)에 투입된 상기 희생층(107)과 상기 보호층(106)으로 감싸여진 상기 하부벽(104)이 이루는 연장표면 위에 멤브레인(108)을 형성한다(도 5d 참조). 즉, 상기와 같이 습식에칭이 완료된 후 접착성질을 갖는 폴리이미드와 일반 폴리이미드를 각각 스핀 코팅 후 큐어링 공정으로 처리하여 멤브레인(108)을 형성하게 된다. 이때, 서로 다른 두 종류의 폴리이미드를 통하여 멤브레인(108)을 형성하고 각각의 스핀 코팅 조건에 의하여 멤브레인(108)의 두께가 결정된다. 한편 상술한 접착 성징을 갖는 폴리이미드 또는 일반 폴리이미드를 각각 독자적으로 사용하여 멤브레인(108)을 형성할 수도 있다.Thereafter, a membrane 108 is formed on an extended surface formed by the sacrificial layer 107 introduced into the driving fluid chamber 105 and the lower wall 104 surrounded by the protective layer 106 (see FIG. 5D). . That is, after the wet etching is completed as described above, the membrane 108 is formed by spin coating the polyimide and the general polyimide having an adhesive property, respectively, by a curing process. At this time, the membrane 108 is formed through two different types of polyimide, and the thickness of the membrane 108 is determined by the respective spin coating conditions. Meanwhile, the membrane 108 may be formed by using each of the polyimide or the general polyimide having the above-described adhesive properties independently.
이와 같이 멤브레인(108)을 형성한 상태에서, 상기 발열체(102) 및 전극부(103)를 포함하는 구동유체방(105)에 대응하는 위치의 멤브레인(108)의 위에 메탈마스크(109)를 형성하고(도 6a 참조), 상기 멤브레인(108) 및 메탈마스크(109) 위에 임시층(110)을 형성하며(도 6b 참조), 상기 하부벽(104)에 대응하는 위치의 상기 임시층(110) 위에 다른 메탈마스크(111)를 형성한다(도 6c 참조).In the state where the membrane 108 is formed as described above, a metal mask 109 is formed on the membrane 108 at a position corresponding to the driving fluid chamber 105 including the heating element 102 and the electrode portion 103. 6A), forming a temporary layer 110 over the membrane 108 and the metal mask 109 (see FIG. 6B), and the temporary layer 110 at a location corresponding to the bottom wall 104. Another metal mask 111 is formed thereon (see FIG. 6C).
즉, 토출유체방(112)과 구동유체주입구(113)를 형성하기 위하여 폴리이미드 등으로 스핀 코딩과 큐어링 공정을 수행하여 임시층(110)을 형성한다. 이때에도 역시 스핀 코팅 조건에 의하여 임시층(110)의 두께가 결정된다. 여기서, 폴리이미드로 된 임시층(110)은 드라이 에칭에 의하여 토출유체방(112)과 구동유체주입구(113)를 형성해야 하므로 2개의 메탈마스크(109)(111)를 형성하는 공정이 필요하다. 하나는 토출유체방(112)과 구동유체주입구(113)를 형성하기 위한 것이고, 다른 하나는 토출유체방(112)과 구동유체주입구(113)를 형성할 때에 상기 발열체(102) 및 전극부(103)를 포함하는 구동유체방(105)에 대응하는 멤브레인(108)을 보호하기 위한 것이다. 여기서, 각각의 메탈마스크(109)(111)는 리소그라피와 습식식각 공정을 거쳐 패터닝된다.That is, in order to form the discharge fluid chamber 112 and the driving fluid inlet 113, a temporary layer 110 is formed by performing spin coding and curing processes using polyimide or the like. In this case, the thickness of the temporary layer 110 is also determined by the spin coating condition. Here, the temporary layer 110 made of polyimide needs to form the discharge fluid chamber 112 and the driving fluid inlet 113 by dry etching, so that two metal masks 109 and 111 need to be formed. . One is for forming the discharge fluid chamber 112 and the driving fluid inlet 113, and the other is for forming the discharge fluid chamber 112 and the driving fluid inlet 113, the heating element 102 and the electrode portion ( And to protect the membrane 108 corresponding to the drive fluid 105 including the 103. Here, each of the metal masks 109 and 111 is patterned through lithography and a wet etching process.
이후, 상기 메탈마스크(111)가 형성되지 않은 상기 임시층(110)을 제거하여 토출유체가 저장되는 토출유체방(112)과 구동유체주입구(113)를 갖는 상부벽(110a)을 형성하고(도 6d 참조), 상기 메탈마스크(109)(111)를 제거함과 아울러 상기 구동유체주입구(113)를 통하여 상기 구동유체방(105)에 투입된 희생층(107)을 제거한다(도 7a 참조). 즉, 드라이 에칭에 의해 토출유체방(112)과 구동유체주입구(113)가 형성되고, 이어서 각각의 메탈마스크(109)(111)를 습식식각으로 제거하고, 구동유체주입구(113)를 통하여 소정의 처리용액을 주입하여 희생층(107) 역시 제거한다. 또한, 상기 토출유체방(112) 형성시 그 일측에 토출유체공급구(117 : 도 3에 도시됨)도 함께 형성된다.Thereafter, the temporary layer 110 in which the metal mask 111 is not formed is removed to form an upper wall 110a having a discharge fluid chamber 112 and a driving fluid inlet 113 in which discharge fluid is stored ( 6D), the metal masks 109 and 111 are removed, and the sacrificial layer 107 introduced into the driving fluid chamber 105 is removed through the driving fluid inlet 113 (see FIG. 7A). That is, the discharge fluid chamber 112 and the driving fluid inlet 113 are formed by dry etching, and then, each of the metal masks 109 and 111 is removed by wet etching, and the predetermined fluid is injected through the driving fluid inlet 113. The sacrificial layer 107 is also removed by injecting a treatment solution. In addition, when the discharge fluid chamber 112 is formed, a discharge fluid supply port 117 (shown in FIG. 3) is also formed at one side thereof.
이와 같은 상태에서, 상기 구동유체주입구(113)를 통하여 상기 구동유체방(105) 내부에 구동유체(116)를 투입하고, 상기 토출유체방(112)에 대응하도록 형성된 노즐(115)을 갖는 노즐판(114)을 상기 상부벽(110a) 위에 접착한다(도 7b 참조). 따라서, 상기 노즐판(114)을 제외한 모든 구조를 일체형으로 제작하여 접착공정이 삭제되며, 다만 상기 노즐판(114)을 접착하기 위한 1회의 접착공정만을 수행하게 된다. 아울러, 상기와 같이 제작된 유체분사장치의 작용은 종래기술을 통하여 상세히 설명한 바와 동일하므로, 여기서 그 세세한 설명은 생략하기로 한다.In this state, the driving fluid 116 is introduced into the driving fluid chamber 105 through the driving fluid inlet 113 and has a nozzle 115 formed to correspond to the discharge fluid chamber 112. Plate 114 is adhered on top wall 110a (see FIG. 7B). Therefore, the bonding process is eliminated by fabricating all structures except the nozzle plate 114 in one piece, but only one bonding process for bonding the nozzle plate 114 is performed. In addition, the operation of the fluid injection device manufactured as described above is the same as described in detail through the prior art, the detailed description thereof will be omitted here.
한편, 도 8은 본 발명에 따른 유체분사장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 다른 실시예에 따른 유체분사장치는 상술한 바람직한 일실시예의 유체분사장치와 그 구성이 동일하며 다만, 상기 발열체(102) 및 전극부(103)가 상기 절연층 (101)위로 돌출되지 않도록 상기 발열체(102) 및 전극부(103)의 주변에 그 적층 높이와 대략 같은 높이로 형성된 가이드층(120)을 더 포함한다. 따라서, 멤브레인(108)의 표면을 더욱 평탄하게 제작하여 그 동작 효율을 상승시킬 수 있다.On the other hand, Figure 8 is a cross-sectional view showing another embodiment of the fluid injection device according to the present invention. The fluid injection device according to another embodiment has the same configuration as the fluid injection device of the above-described preferred embodiment, except that the heating element 102 and the electrode portion 103 do not protrude above the insulating layer 101. And a guide layer 120 formed around the electrode 102 and at the same height as the stacking height thereof. Therefore, the surface of the membrane 108 can be made even more flat to increase its operating efficiency.
상술한 바와 같이 본 발명의 미소구조의 유체분사장치 제작방법 및 그 유체분사장치에 의하면, 유체분사장치의 생산작업중 특히 노즐판을 제외한 모든 구조를 일체형으로 제작하고, 상기 노즐판을 접착하는 단 1회의 접착공정만을 수행함에 따라, 그 접착공정이 최소화되어 작업의 신속성 및 접착성을 향상시킴과 아울러 제작원가를 절감시키고 제품의 신뢰성을 향상시키게 되는 등의 다양한 효과가 있다.As described above, according to the method of manufacturing a fluid spray device having a microstructure and the fluid spray device of the present invention, in the production operation of the fluid spray device, in particular, all structures except the nozzle plate may be integrally manufactured, and the nozzle plate may be bonded to each other. As only the assembly process is performed, the adhesion process is minimized, thereby improving the speed and adhesiveness of the work, and reducing the manufacturing cost and improving the reliability of the product.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments, the invention is not limited to the embodiments described above, but in the field to which the invention pertains without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
Claims (4)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019980040447A KR100318675B1 (en) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | Fabrication method of micro spraying device and its fluid spraying device |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0911479A (en) * | 1995-06-30 | 1997-01-14 | Canon Inc | Manufacture of ink jet head |
| JPH10181032A (en) * | 1996-11-11 | 1998-07-07 | Canon Inc | Preparation of through hole, silicon substrate having through hole, device using the substrate, manufacture of ink jet head, and ink jet head |
| US5825385A (en) * | 1995-04-12 | 1998-10-20 | Eastman Kodak Company | Constructions and manufacturing processes for thermally activated print heads |
-
1998
- 1998-09-29 KR KR1019980040447A patent/KR100318675B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5825385A (en) * | 1995-04-12 | 1998-10-20 | Eastman Kodak Company | Constructions and manufacturing processes for thermally activated print heads |
| JPH0911479A (en) * | 1995-06-30 | 1997-01-14 | Canon Inc | Manufacture of ink jet head |
| JPH10181032A (en) * | 1996-11-11 | 1998-07-07 | Canon Inc | Preparation of through hole, silicon substrate having through hole, device using the substrate, manufacture of ink jet head, and ink jet head |
Also Published As
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