KR100327247B1 - 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드와 잉크젯 프린트 헤드에 전원 및 신호를 인가하는 전원 및 신호인가선을 연결함에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터의 상부전극중 전원 및 신호인가선과 연결하고자 하는 부분에 결합패드를 형성하는 단계; 형성된 결합패드의 상부에 접착용 금속을 형성하는 단계; 상기 접착용 금속을 녹는점 이상의 온도로 가열하여 용융시키는 단계; 및 용융된 접착용 금속과 전원 및 신호인가선을 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법에 관한 것으로, 고성능이며 많은 수의 노즐을 가진 잉크젯 프린트 헤드의 경우에도 전원 및 신호인가선을 연결할 수 있고 액츄에이터를 소형화할 수 있으며 따라서 잉크젯 프린트 헤드의 고집적화가 가능하다.
Description
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전원과 신호파형을 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터에 전달하기 위하여 플립칩 본딩법을 이용하여 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터와 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법에 관한 것이다.
액츄에이터를 사용하는 잉크젯 프린트 헤드는 프린트 헤드의 하부구조의 상부에 진동판, 진동판의 상부에 형성된 하부전극, 하부전극의 상부에 형성된 압전체 및 압전체의 상부에 형성된 상부전극으로 구성된 액츄에이터가 형성되는 것이 일반적이다.
액츄에이터의 압전체는 전기장이 가해지면 폴링(polling :전기장을 가하면 압전체에 방향성이 형성됨)되는 성질이 있다. 폴링된 압전체의 상단과 하단에 형성된 상부전극과 하부전극에 전원이 인가되면 전극사이에 위치한 압전체가 변형과 복원을 반복하면서 진동을 하거나 기계적 변형을 하게 된다.
잉크젯 프린트 헤드에서는 이러한 액츄에이터의 압전체의 진동이나 기계적 변형에 의하여 잉크가 기록매체에 분사되게 된다.
이와 같이 액츄에이터는 전기장이 가해져야 작동을 하므로 액츄에이터를 작동시키기 위해서는 액츄에이터에 전원 및 신호파형을 지속적으로 인가시켜 주어야 한다.
액츄에이터에 전원 및 신호파형을 인가시키기 위해서는 전원 및 신호를 인가하는 선인 전원 및 신호인가선(Input Line)을 전원 및 신호파형을 형성하는 회로로부터 액츄에이터를 이루고 있는 상부전극사이에 연결시켜 주어야 한다.
액츄에이터의 상부전극과 전원 및 신호파형을 인가하는 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법으로 종래에는 와이어 본딩(Wire Bonding)을 이용하는 방법이나 열압착법을 사용하여 왔다.
먼저 와이어 본딩을 이용하여 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터의 상부전극과 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법을 도 1에 도시하였다.
도 1에 도시한 바와 같이 와이어 본딩을 이용하는 방법에서는, 리드프레임(lead frame)까지의 기판(10)위에 절연층(14)을 도포하고, 와이어가 결합하기 위한 패드(Pad)(16)(17)를 상부전극(12)과 절연층(14)에 각각 별도로 형성한다. 참조번호 11은 압전체이다.
상부전극(12)과 기판의 절연층(14)에 별도로 성형된 패드(16)(17)를 하나의 와이어(15)로 연결하고, 와이어(15)중 절연층(14)에 형성된 패드(17)에 결합된 부분을 다시 전원 및 신호인가선(13)과 연결시켜 준다. 이때 패드로는 주석/납(Sn/Pb)의 합금 등의 도전성 금속을 사용하는 것이 일반적이다.
이때 전원 및 신호인가선은 FPC(Flexible Printed Circuit)를 주로 사용하며, FPC는 필름이나 비닐 등의 절연성 기판상에 일정한 패턴으로 금속막을 형성한것을 말한다.
상기와 같이 와이어 본딩을 사용하여 액츄에이터와 전원을 연결하는 방법은 와이어가 결합하기 위한 패드를 상부전극과 기판의 절연층에 별도로 형성시켜 주어야 하고 각 패드에 와이어를 결합시켜 주어야 하므로 공정이 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
또한 프린트 헤드와 카트리지를 연결할 때 노출된 와이어가 장애가 되며 와이어가 끊어지기 쉬워 품질의 신뢰성과 내구성이 약한 문제점이 있다.
또한 와이어 본딩법에서는 잉크젯 프린트 헤드를 리드프레임에 올린 후 연결해야 하므로, 액츄에이터와 노즐이 같은 방향을 향하고 있는 잉크젯 프린트 헤드의 구조에 있어서도 구조상 노즐과 인쇄하고자 하는 용지와의 거리가 길어져 인쇄의 신뢰성에 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 경우 딥(DIP)방식에 의한 패키징이 가능하지만 패키징에 소요되는 비용과 구조상 발생되는 인쇄의 신뢰도 저하 등의 단점때문에 기술적 적용이 어렵다. 또한 액츄에이터와 노즐이 같은 방향으로 향하는 구조의 잉크젯 프린트 헤드의 경우 전원 및 신호인가선으로서 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)을 적용하는 것이 불가능한 문제점이 있다.
또한 각각의 와이어가 가지는 저항 등의 임피던스 차이로 인하여, 신호파형의 미세한 변화에도 민감하게 반응하는 고속 고화질의 잉크젯 프린트 헤드에는 적용이 불가능한 문제점이 있다.
다음은 열압착법에 의하여 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터의 상부전극과 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법을 도 2에 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같은 이 방법은 기판(20)에 절연층을 형성할 필요없이 상부전극(22)과 전원 및 신호인가선(23)을 열이나 압력으로 직접 연결하는 방법이다.
이 방법은 절연층을 형성할 필요가 없이 바로 상부전극과 전원 및 신호인가선을 연결하므로 전원과 액츄에이터를 연결하는 공정이 간단하다는 장점이 있다.
그러나 전원 및 신호인가선과 상부전극을 연결할 때 가해지는 압력과 열량을 액츄에이터의 압전체(21)가 직접 받게 되므로 압전체(21)가 변성되는 등 제품이 손상될 수 있다는 문제점이 있다.
또한 액츄에이터의 상부전극에 전원 및 신호인가선이 직접 연결되므로 상부전극에 전원이 인가되고 전원인가에 따라 액츄에이터가 작동을 하는 경우 액츄에이터의 변위에 영향을 줄 수 있다는 문제점이 있다.
특히 잉크젯 프린트 헤드가 점차 고성능화됨에 따라 적은 면적에 많은 수의 노즐이 포함되어야 하며, 그에 따라 각각의 노즐로부터 잉크를 분사시킬 수 있는 에너지를 발생시키기 위한 액츄에이터의 셀수도 기하급수적으로 증가하고 있다.
또한 고화질의 인쇄를 위해서는 잉크젯 프린트 헤드로부터 작은 크기의 액적을 분사시켜야 하고, 이를 위해서는 노즐의 직경이 작고 잉크를 분사하는 액츄에이터 셀이 미세하도록 패터닝하여야 한다. 따라서 미세하게 패터닝된 액츄에이터를 구동시키기 위한 전원 및 신호인가선의 연결패드는 더 작아지게 된다.
잉크젯 프린트 헤드의 접착면과 기판(substrate)간의 미세한 정렬이 힘들기때문에 액츄에이팅하는 액츄에이터의 셀수가 증가하게 되면 상기와 같은 종래의 전원 및 신호인가선의 연결방법으로는 그 생산성이 낮아지는 문제점이 있으며, 접합패드가 더욱 미세해질 경우 접합의 신뢰성이 떨어지고 완성된 제품의 품질이 저하되는 문제점이 점점 심화된다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 미세하게 패터닝된 액츄에이터를 구동시키기 위한 전원 및 신호인가선과 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터를 연결함에 있어서, 접착용 금속의 표면장력에 의한 자기정렬특성을 이용하여 각각의 액츄에이터에서 발생되는 임피던스의 차이를 최소화하면서 미세한 패드와의 접합이 가능한 플립칩 본딩법을 이용하여 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래의 와이어 본딩법에 의하여 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터와 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법을 도시한 단면도,
도 2는 종래의 열압착법에 의하여 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터와 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 사용되는 플립칩 본딩의 메카니즘을 개략적으로 도시한 단면도,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터와 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법의 공정을 도시한 공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 20, 40 : 잉크젯 프린트 헤드의 기판
11, 21, 41 : 압전체 12, 22, 42 : 상부전극
13, 23, 43 : 전원 및 신호인가선 14 : 절연막
15 : 와이어 16, 17 : 패드
30, 38 : 기판 32, 36 : 결합패드
34 : 접착용 금속 44 : 결합패드
45 : 접착용 금속
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 잉크젯 프린트 헤드와 잉크젯 프린트 헤드에 전원 및 신호를 인가하는 전원 및 신호인가선을 연결함에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터의 상부전극중 전원 및 신호인가선과 연결하고자 하는 부분에 결합패드를 형성하는 단계와; 형성된 결합패드의 상부에 접착용 금속을 형성하는 단계와; 결합을 위해서 접착용 금속을 녹는점보다 약간 높은 온도로 가열해 용융시키는 단계와; 용융된 접착용 금속과 전원 및 신호인가선을 연결하는 단계를 포함하여, 접착용 금속 자체의 높은 표면장력에 의한 자기정렬특성에 의하여 전원 및 신호인가선과 바른 배열을 하게 되는 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법에 그 특징이 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법으로 플립칩 본딩법을 사용한다.
도 3은 본 발명에 사용된 플립칩 본딩의 메카니즘을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이 기판(30)의 상부에 결합패드(32)를 형성하고, 형성된 결합패드(32)의 상부에 접착용 금속(Solder)(34)을 형성한다. 또다른 기판(38)의 상부에 결합패드(36)를 형성한다. 별도로 형성된 기판(38)과 결합패드(36)를 상기 접착용 금속(34)의 상부에 결합시킨다.
결합시키는 과정에서 접착용 금속(34)을 녹는점 이상으로 가열하여 접착용 금속(34)을 액화시킨다. 액화된 접착용 금속(34)은 그 자체의 높은 표면장력(surface tension)에 의하여 접착시키고자 하는 기판의 결합패드와 자기정렬(self-align)되는 특성이 있어서 상부의 기판(38) 및 결합패드(36)의 구조와 하부의 기판(30) 및 결합패드(32)의 구조가 정확하게 배열되지 못한 경우에도 이러한 접착용 금속의 자기정렬 특성에 의하여 정확하게 배열된다.
상기와 같은 플립칩 본딩 메카니즘에 의하여 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선을 연결하는 본 발명의 방법에 대하여 설명한다.
플립칩 본딩 메카니즘에 의하여 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선을 연결하기 위해서는 먼저 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터의 상부전극의 전원 및신호인가선과 연결하고자 하는 부분에 결합패드를 형성한다.
결합패드로는 사용되는 기판과 사용되는 접착용 금속의 성질에 따라 선택한 여러 가지 금속을 진공증착 등의 반도체증착공정에 의하여 적층하여 사용한다.
접착용 금속과의 접착성을 향상시키기 위해서 금(Au)이나 구리(Cu)를, 주석(Sn)이 기판으로 침투하는 것을 방지하거나 티타늄(Ti)의 산화를 방지하기 위해서 백금(Pt)이나 니켈(Ni)을, 기판이 세라믹인 경우 접착성이 낮으므로 이러한 경우 기판과의 접착성을 향상시키기 위해 티타늄이나 크롬(Cr)을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 금속들을 용도에 맞게 적절히 적층하여 사용한다.
대표적으로 사용되는 결합패드는 니켈/금의 결합패드나 티타늄/백금/금의 결합패드이다.
결합패드의 크기는 액츄에이터의 크기에 따라 다르지만, 20-30㎛의 미세한 크기까지 형성할 수 있다. 또한 결합패드의 두께는 접착용 금속의 두께의 1/10 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 결합패드는 잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터에 직접 형성시킬 수 있으므로 기판을 금속으로 사용한 경우라도 별도의 절연층을 형성할 필요가 없어 공정이 간단해진다.
상기와 같이 형성된 결합패드의 상부에 접착용 금속을 일정한 두께로 형성한다. 접착용 금속으로는 공지의 접착용 금속을 대부분 사용할 수 있으며, 가장 대표적으로 사용되는 접착용 금속은 용융온도가 비교적 낮아 열로 인한 제품의 손상이 적은 납-주석(63:37)의 합금이다. 또한 용도에 따라 폴리솔더(polysolder)도 사용될 수 있다.
접착용 금속은 진공증착, 스크린 프린팅, 도금 등의 여러 가지 방법으로 형성할 수 있다.
상기의 방법에 의하여 결합패드와 접착용 금속이 형성된 잉크젯 프린트 헤드를 직접 전원 및 신호인가선에 결합시킨다.
이때 전원 및 신호인가선으로는 앞에서 설명한 바와 같이 필름이나 비닐 등의 절연성 기판위에 일정한 패턴으로 금속막을 형성한 FPC를 사용하는 것이 일반적이다.
결합을 위해서는 접착용 금속을 녹는점이상의 온도로 가열해 주어야 하며, 가열에 의하여 용융된 접착용 금속은 전원 및 신호인가선과 결합된다. 이때 접착용 금속이 전원 및 신호인가선과 바르게 배치되지 못하더라도 접착용 금속 자체의 높은 표면장력에 의한 자기정렬특성에 의하여 전원 및 신호인가선과 바른 배열을 하게 된다.
종래의 방법으로는 액츄에이터가 미세해지는 경우 전원 및 신호인가선과의 연결이 어려워 액츄에이터의 크기가 클 수 밖에 없었으나, 본 발명의 방법에 의하면 액츄에이터간 피치가 100㎛ 정도로 미세하더라도 액츄에이터와 전원 및 신호인가선을 바르게 연결할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 플립칩 본딩법을 이용하여 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선을 연결하는 방법의 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
먼저 잉크젯 프린트 헤드의 기판(40) 상에 압전체(41) 및 엑츄에이터의 상부전극(42)을 순차적으로 형성한 다음, 액츄에이터의 상부전극(42) 상에 결합패드(44)를 형성한다. 형성된 결합패드(44)의 상부에 접착용 금속(45)을 형성한다.
결합패드(44)와 접착용 금속(45)이 형성된 잉크젯 프린트 헤드를 직접 전원 및 신호인가선(43)에 결합시킨다.
결합을 위해서는 접착용 금속(45)을 녹는점 이상의 온도로 가열하여 용융시켜야 하며, 가열에 의하여 용융된 접착용 금속(45)은 전원 및 신호인가선(43)과 결합된다. 이때 전원 및 신호인가선(43)과 정확하게 배치되지 못하더라도 접착용 금속(45) 자체의 높은 표면장력에 의한 자기정렬특성에 의하여 전원 및 신호인가선(43)과 바른 배열을 하게 된다.
상기와 같은 본 발명은 전원 및 신호인가선의 수와 폭에 거의 무관하게 잉크젯 헤드와 전원 및 신호인가선을 연결할 수 있으므로 고성능이며 많은 수의 노즐을 가진 잉크젯 프린트 헤드의 경우에도 전원 및 신호인가선을 연결할 수 있다.
또한 전원 및 신호인가선과 접착용 금속이 바르게 배치되지 못한 경우라도 접착용 금속의 자기정렬특성에 의하여 바르게 배열이 될 수 있으므로 액츄에이터를 소형화할 수 있고 따라서 잉크젯 프린트 헤드의 고집적화가 가능하다.
Claims (6)
- 잉크젯 프린트 헤드와 잉크젯 프린트 헤드에 전원 및 신호를 인가하는 전원 및 신호인가선을 연결함에 있어서,잉크젯 프린트 헤드의 액츄에이터의 상부전극중 전원 및 신호인가선과 연결하고자 하는 부분에 결합패드를 형성하는 단계;형성된 결합패드의 상부에 접착용 금속을 형성하는 단계;상기 접착용 금속을 녹는점 이상의 온도로 가열하여 용융시키는 단계; 및용융된 접착용 금속과 전원 및 신호인가선을 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법.
- 제 1 항에 있어서, 결합패드는 반도체증착공정에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법.
- 제 1 항에 있어서, 결합패드로 니켈/금의 결합패드 또는 티타늄/백금/금의 결합패드를 사용하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법.
- 제 1 항에 있어서, 접착용 금속으로 납-주석(63:37)의 합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법
- 제 1 항에 있어서, 접착용 금속으로 폴리솔더(polysolder)를 사용하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법.
- 제 1 항에 있어서, 접착용 금속을 형성하는 방법은 진공증착법, 스크린 프린팅법, 도금법중 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019990021341A KR100327247B1 (ko) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990021341A KR100327247B1 (ko) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20010001857A KR20010001857A (ko) | 2001-01-05 |
| KR100327247B1 true KR100327247B1 (ko) | 2002-03-04 |
Family
ID=19591048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990021341A KR100327247B1 (ko) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 플립칩 본딩법을 이용한 잉크젯 프린트 헤드와 전원 및 신호인가선의 연결방법 |
Country Status (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101141405B1 (ko) * | 2009-12-04 | 2012-05-03 | 삼성전기주식회사 | 잉크젯 헤드 패키지 |
-
1999
- 1999-06-09 KR KR1019990021341A patent/KR100327247B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010001857A (ko) | 2001-01-05 |
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