KR100374594B1 - 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 래핑에 의해 필요로 하는 두께로 형성하면서 물성은 우수한 압전체를 제작하여 보다 우수한 성능이 발휘될 수 있도록 하는 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터 제조방법에 관한 것으로서, 압전체판을 100㎛ 이상의 두께로 소결 성형하는 제1 단계; 상기 압전체판의 적어도 일측면을 1차 래핑에 의해 연마하여 50㎛ 이상의 두께가 되도록 하는 제2 단계; 연마한 상기 압전체판의 적어도 일측의 표면을 초음파를 이용하여 클리닝하는 제3 단계; 상기 압전체판의 표면 가공한 일측면으로 하부 전극을 증착시키는 제4 단계; 상기 하부 전극에 진동판이 일체로 결합된 챔버판을 접합하는 제5 단계; 상기 압전체판의 상기 하부 전극을 증착시킨 면에 대응하는 이면을 2차 래핑에 의해 연마하여 상기 압전체판 5㎛∼40㎛의 두께로 되도록 하는 제6 단계; 상기 단계에서 연마한 상기 압전체판의 일면을 초음파를 이용하여 클리닝하는 제7 단계; 상기의 단계에서 클리닝한 상기 압전체판의 일면으로 리프트 오프법을 이용하여 상부 전극을 형성하는 제8 단계; 상기 압전체판과 상기 상부 전극의 상부로 포토 레지스터를 균일하게 도포하여 패터닝한 후 습식 에칭에 의해서 상기 압전체판을 패터닝하는 제9 단계를 포함한다.

Description

잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터 제조방법{A micro actuator manufacturing method of inkjet print head}

본 발명은 래핑에 의해 필요로 하는 두께로 형성하면서 물성은 우수한 압전체를 제작하여 보다 우수한 성능이 발휘될 수 있도록 하는 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터는 리스트릭터와 리저버 및 챔버와 노즐을 형성한 바디를 제외한 실질적으로 외부로부터 인가되는 전원에 의해 구동하게 되는 상부 전극과 압전체와 하부 전극, 그리고 진동판과 챔버판을 통칭하는 구성이다.

마이크로 액츄에이터는 압전체의 상하부에 형성되는 상부 전극과 하부 전극으로 전압이 인가되게 하므로서 그 사이의 압전체가 압축 및 팽창하는 작용에 의해 압전체와 일체로 결합된 진동판을 구동시켜 챔버판의 액실내 체적 변화에 의해 액실내 잉크가 토출되거나 유입되도록 하여 인쇄작용을 수행하게 된다.

도 1 은 이러한 마이크로 액츄에이터의 구성을 도시한 측단면도를 도시한 것으로서, 마이크로 액츄에이터는 전기한 바와같이 크게 상부 전극(6)과 압전체(1)와 하부 전극(2)과 진동판(3) 및 챔버판(5)으로 이루어지는 구성이다.

보다 상세하게 설명하면 액실(5a)이 형성된 챔버판(5)에는 일측면으로 진동판(3)이 결합되고, 이 진동판(3)에는 이면으로 하부 전극(2)이 형성되며, 하부 전극(2)에는 압전체(1)와 상부 전극(6)이 차례로 적층되는 구성이다.

이와같이 다수의 박막을 적층시킨 구조인 마이크로 액츄에이터에서 특히 압전체(1)는 상부 전극(6)과 하부 전극(2)간의 통전상태에 따라 압축 및 팽창을 하면서 진동판(3)을 진동시키게 되는 실질적인 구동수단이다.

이때의 압전체(1)는 통상 졸-겔법에 의해서 진동판(3)에 직접 형성하거나 스퍼터링에 의해 증착시키기도 하나 현재 가장 많이 사용되는 방법으로는 스크린 프린팅에 의해 형성이다.

졸-겔법에 의한 압전체(1)의 형성은 진동판(3)에서 한번 수행할 때마다 약 0.1~0.2㎛의 두께밖에 형성시킬 수가 없기 때문에 실질적인 구동수단으로서 적용이 가능한 두께를 형성하기 위해서는 최소한 동일한 작업을 5회 이상 실시하여야만 한다.

따라서 여러 차례 작업을 반복하게 되면 그 소요 시간도 대단히 지체될 뿐만 아니라 특히 두께가 2~3㎛정도가 되면 응력이 급격히 저하되어 진동판(3)으로부터 벗겨지게 되는 문제가 있다.

또한 스퍼터링에 의한 증착에서도 증착할 압전체의 성분 조절이 대단히 어렵고, 설사 증착시킨다 하더라도 물성이 좋지 않으며, 응력도 수㎛에 불과하므로 졸-겔법에서와 같이 증착 두께를 필요로 하는 정도로 늘릴 수 없는 단점이 있다.

따라서 졸-겔법이나 스퍼터링은 압전체를 제작하는데 있어서 경제성이 없으므로 다른 분야에서 필요로 되는 대단히 얇은 박막의 형성에는 유리하나 본 발명에서와 같은 잉크젯 프린트헤드에서는 적용하기가 거의 불가능하다.

한편 스크린 프린팅에 의한 방법은 현재 실제 적용되어 사용되고 있는 방법이기는 하나 이를 위해서는 반드시 고온의 열처리가 필요로 된다.

즉 압전체를 페이스트 형태로 스크린 프린팅에 의해 형성시키게 되더라도 이를 고온의 열처리로 경화시킨 후 상부 전극을 증착시키게 되는데 이때의 열처리 온도는 대단히 높기 때문에 하부의 진동판이나 챔버에 영향을 주면서 자칫 변형이 초래되는 사례가 많다.

따라서 압전체의 하부에 형성되는 하부 전극이나 진동판 및 챔버판도 압전체의 열처리에 필요한 온도에서 충분히 견딜 수 있는 재질로 형성시켜야만 하는 제한이 따른다.

또한 스크린 프린팅에 의해 형성되는 압전체의 형상이나 위치는 스크린이 배치되는 위치에 따라서 차이가 발생하게 되므로 재현성이 균일하지 못한 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정 보완하기 위한 것으로서, 본 발명은 두꺼운 두께로 최적의 물성을 갖도록 미리 제작한 압전체판을 기판으로 하여 금속재의 하부 전극과 진동판 및 챔버판이 증착되게 하므로서 압전체판이 보다 우수한 물성을 갖도록 하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 압전체판을 래핑에 의해 연마하므로서 구동 성능이 최대로발휘될 수 있는 두께로 형성할 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터 단면 구조도,

도 2 는 본 발명에 따른 압전체판의 초기 제작 단면도,

도 3 은 본 발명에 따른 압전체판을 1차 래핑에 의해 연마시키는 상태를 도시한 단면도,

도 4 는 본 발명에 따라 압전체판에 하부 전극이 증착되는 상태를 도시한 단면도,

도 5 는 본 발명에 따라 하부 전극에 챔버판을 접합시킨 상태를 도시한 단면도,

도 6 은 도 5 에서 진동판과 챔버판의 사이에 에칭 스탑층이 구비되는 상태를 도시한 단면도,

도 7 은 본 발명에 따라 압전체판을 2차 래핑시킨 상태를 도시한 단면도,

도 8 은 본 발명에 따라 압전체판에 상부 전극을 증착시킨 상태를 도시한 단면도,

도 9 는 본 발명에 따라 압전체가 패터닝된 상태를 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 압전체판 20 : 하부 전극

30 : 진동판 40 : 에칭 스탑층

50 : 챔버층 60 : 상부 전극층

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압전체판을 약 100㎛ 이상의 두께로 소결 성형하는 단계와;

상기 압전체판의 적어도 일측면을 1차 래핑에 의해 연마하여 약 50㎛ 이상의 두께가 되도록 하는 단계와;

연마한 상기 압전체판의 적어도 일측의 표면을 초음파를 이용하여 클리닝하는 단계와;

상기 압전체판의 표면 가공한 일측면으로 하부 전극을 증착시키는 단계와;

상기 하부 전극으로 진동판을 일체로 결합한 챔버판을 접합하는 단계와;

상기 압전체판의 상기 하부 전극을 증착시킨 면에 대응하는 이면을 2차 래핑에 의해 연마하여 약 5~40㎛가 되도록 하는 단계와;

상기 단계에서 연마한 상기 압전체판의 일면을 초음파를 이용하여 클리닝하는 단계와;

상기의 단계에서 클리닝한 상기 압전체판의 일면으로 리프트 오프법을 이용하여 상부 전극을 형성하는 단계와;

상기 압전체판과 상기 상부 전극의 상부로 포토 레지스터를 균일하게 도포하여 패터닝한 후 습식 에칭에 의해서 상기 압전체판을 패터닝하는 단계에 의해 형성되도록 하는데 주된 특징이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터의 구조는 종전과 동일하다.

다만 본 발명에서는 마이크로 액츄에이터를 제작함에 있어서 압전체판을 대단히 두꺼운 두께로서 우선 제작하여 이를 기판으로서 사용하면서 챔버판이 접합되도록 하고, 압전체판을 래핑에 의해 연마하여 필요로 하는 두께로서 형성될 수 있도록 하는데 가장 주된 특징이 있다.

다시말해 도 2 에서와 같이 본 발명에서는 우선 압전체판을 최소한 약 100㎛ 이상의 두께로서 소결 성형한다.

이렇게 성형되는 압전체판(10)은 다른 구조체에 전혀 영향을 받지 않으면서 단독으로 성형되므로 최적의 물성을 갖는 분위기와 온도를 자유롭게 선택 및 조절할 수가 있다.

즉 압전체판(10)의 성형시 가장 중요한 것은 필요로 하는 진동 특성을 나타낼 수 있도록 하는 것인데 이때 압전체판의 진동 특성을 결정하는 것이 압전체판의 물성이다.

따라서 프린트헤드에 적용될 압전체판이 최적의 물성을 갖도록 하기 위해서는 성형 단계에서의 가스 분위기와 소결 온도의 적절한 선택 및 조절이 필수적인바 본 발명에서는 압전체판(10)을 다른 구조물에 전혀 영향을 받지 않고 독자적으로 성형될 수 있도록 하는 것이다.

이와같이 성형되는 압전체판(10)은 도 3 에서와 같이 최소한 일면을 래핑에 의해 1차 연마하여 두께가 약 50㎛ 이상이 되도록 하며, 이렇게 연마한 가공면은초음파를 이용한 클리닝공정에 의해 표면 가공이 되도록 한다.

이때 압전체판(10)을 연마시 일측면만을 래핑하는 것보다는 양측면을 동시에 연마하는 것이 보다 안정된 작업을 제공하면서 연마 속도를 촉진시킬 수가 있으므로 양측면을 동시에 연마하는 것이 보다 바람직하다.

그리고 표면 가공된 일측면에는 다시 도 4 에서와 같이 하부 전극(20)이 균일한 두께로 증착되도록 하며, 이때의 하부 전극(20)은 압전체판(10)과의 접착력 증대를 위해 압전체판(10)측으로 우선 티타늄(Ti)을 증착시키도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이렇게 하부 전극(20)이 증착되고 나면 도 5 에서와 같이 접착제를 이용하여 이미 진동판(30)이 일체로 결합된 챔버판(50)이 접합되도록 한다.

이때 챔버판(50)에는 이미 액실(51)이 형성되게 할 수도 있고, 이후에 형성되게 할 수도 있으나 액실(51)은 습식 에칭에 의해서 형성하게 되므로 진동판(30)과 챔버판(50)의 사이에는 도 6 에서와 같이 액실(51)을 형성시 진동판(30)의 에칭이 방지될 수 있도록 하기 위하여 에칭스탑층(40)이 형성되게 하는 것이 가장 좋다.

상기와 같이 압전체판(10)의 일측으로 하부 전극(20)과 진동판(30) 및 챔버판(50)을 구비한 후 그와 대응되는 면으로는 도 7 에서와 같이 래핑에 의해서 재차 압전체판(10)을 연마하여 두께가 약 5~40㎛가 되게 한다.

그리고 이렇게 연마한 면은 다시 초음파를 이용한 클리닝공정에 의해 표면 가공을 한다.

압전체판(10)의 표면 가공한 면으로는 일정한 두께로 포토 레지스터를 도포한 후 노광 및 현상과 세척에 의해 불필요한 부분만 제거되도록 하고, 이렇게 포토 레지스터가 제거된 부위에는 리프트 오프법에 의해 상부 전극(60)이 형성되도록 한 후 남아있던 포토 레지스터를 제거하면 도 8 에서와 같은 형상으로 상부 전극(60)이 구비된다.

한편 상부 전극(60)을 포함하여 압전체판(10)으로 재차 포토 레지스터를 다시 균일하게 도포한 후 노광 및 현상과 세척에 의해서 포토 레지스터의 필요로 되는 부분만 남기고 나머지는 제거한다.

이와같이 포토 레지스터가 제거된 부위로 에칭 용액을 주입하게 되면 압전체판(10)이 에칭되면서 도 9 에서와 같은 형상으로 압전체판(10)을 패터닝하게 된다.

이와같은 공정에 따라 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터를 형성하게 되면 압전체판(10)은 보다 우수한 물성을 유지하게 되므로 구동 성능을 극대화시킬 수가 있게 된다.

또한 압전체판(10)에 진동판(30)이 일체로 결합된 챔버판(50)을 접합시키는 경우에도 보다 견고한 압전체판(10)에 지지되면서 특히 액실(51)이 형성된 부위의 진동판(30)의 변형을 방지시킬 수가 있게 된다.

특히 본 발명에 따른 제조방법에서는 진동판(30)과 챔버판(50)이 접합에 의해서 결합되므로 진동판(30)과 챔버판(50)의 재질적인 제한이 없게 되고, 따라서 보다 다양한 재질을 사용하여 진동판(30)의 진동 성능을 극대화시킬 수가 있다.

그러므로 본 발명에 따라 초기에는 상대적으로 두꺼운 압전체판(10)을 이용하게 되므로 취급이 용이하고, 보다 안정된 작업을 제공하게 된다.

또한 진동판(30) 및 챔버판(50)과의 결합에 따른 진동판(30)의 변형을 방지시키게 되고, 진동판(30)과 챔버판(50)의 재질 선택폭이 보다 자유로워지면서 진동판(30)에 의한 진동 특성을 극대화시킬 수가 있다.

특히 본 발명의 압전체판(10)은 최적의 물성을 갖게 되므로 액츄에이터의 구동 성능을 증대시키면서 인쇄 성능에 대한 신뢰성을 향상시키게 되는 매우 유용한 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 압전체판을 100㎛ 이상의 두께로 소결 성형하는 제1 단계;

   상기 압전체판의 적어도 일측면을 1차 래핑에 의해 연마하여 50㎛ 이상의 두께가 되도록 하는 제2 단계;

   연마한 상기 압전체판의 적어도 일측의 표면을 초음파를 이용하여 클리닝하는 제3 단계;

   클리닝된 상기 압전체판의 표면 가공한 일측면으로 하부 전극을 증착시키는 제4 단계;

   상기 하부 전극에 진동판이 일체로 결합된 챔버판을 접합하는 제5 단계;

   상기 압전체판의 상기 하부 전극을 증착시킨 면에 대응하는 이면을 2차 래핑에 의해 연마하여 상기 압전체판의 두께가 5㎛∼40㎛가 되도록 하는 제6 단계;

   상기 제6 단계에서 연마한 상기 압전체판의 일면을 초음파를 이용하여 클리닝하는 제7 단계;

   상기 제7 단계에서 클리닝한 상기 압전체판의 일면으로 리프트 오프법을 이용하여 상부 전극을 형성하는 제8 단계; 및

   상기 압전체판과 상기 상부 전극의 상부로 포토 레지스터를 균일하게 도포하여 패터닝한 후 습식 에칭에 의해서 상기 압전체판을 패터닝하는 제9 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제4 단계에서 상기 하부 전극과 압전체판사이에 접착층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 진동판과 챔버판 사이에 상기 챔버판의 액실 형성을 위한 에칭시에 상기 진동판이 에칭되는 것을 방지하기 위해 에칭 스탑층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 마이크로 액츄에이터 제조방법.