KR100395529B1 - 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

잉크젯 헤드는 기판과, 기판 상면에 형성된 도넛 형상의 히터와, 히터의 주위를 감싸는 형태로 기판 상에 설치된 압력실벽과, 기판에 의해 바닥면이 압력실벽에 의해 측면이 각각 구획 형성된 압력실과, 히터의 표면과 수직한 방향으로 기판을 관통하여 형성되며 압력실과 순차적으로 연통된 좁은유로 및 넓은유로로 이루어진 잉크공급로와, 압력실의 상부에 적층되며 잉크의 토출을 위한 노즐을 구비한 노즐판을 포함한다. 잉크공급로는 히터 중앙부의 관통공 및 노즐과 동축적으로 연통된다. 이러한 잉크젯 헤드는, 잉크의 압축실로의 유입방향과 노즐을 향한 토출방향이 일치하므로 잉크의 토출이 안정적으로 이루어진다는 장점이 있다. 또한, 기판과 노즐판 사이에 압력실벽이 존재하므로, 히터의 냉각속도가 빠르며, 노즐판의 강도가 세다는 장점이 있다.

Description

잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법{Ink-jet print head and method for manufacturing the same}
본 발명은 잉크젯 프린터나 팩시밀리 등에 사용되는 잉크젯 헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열분사 잉크젯(TIJ: Thermal Ink-jet) 헤드에 관한 것이다.
일반적인 열분사 잉크젯 헤드에서는, 히터에 의하여 압력실 내의 잉크를 급속하게 가열시켜 버블(Bubble)을 발생시키고, 이 버블의 팽창력을 이용하여 잉크의 액적을 인쇄매체에 토출함으로써 화상을 인쇄한다.
한편, 열분사 잉크젯 프린트 헤드는 잉크 토출 방식에 따라, 에지슈터(Edgeshooter)방식과, 루프슈터(Roofshooter)방식과, 백슈터(Backshooter)방식 등으로 분류될 수 있다.
에지슈터 방식이란, 미국특허 제4,490,728호에 개시된 바와 같이, 잉크가 히터의 표면과 평행한 방향(즉, 압력실의 측면을 관통하는 방향)으로 압력실(Ink Chamber) 내부로 유입된 후에, 역시 히터의 표면과 평행한 방향으로 노즐을 통하여 토출되는 방식을 말한다. 에지슈터 방식의 잉크젯 헤드는, 압력실로의 잉크의 유입방향과 노즐을 통한 잉크의 토출방향이 일치하므로, 잉크의 흐름이 원활하고 토출이 안정적이라는 장점이 있다. 그러나, 잉크젯 헤드의 생산성이 떨어진다는 단점이 있다. 즉, 에지슈터 방식의 잉크젯 헤드를 제작하기 위해서는, 기판에 히터를 형성한 후에, 기판 위에 압력실을 형성하는 압력실벽(Ink Chamber Barrier)층과 노즐이 형성된 노즐판을 순차적으로 접착하는 2번의 접착공정이 필요하다.
루프슈터 방식이란, 미국특허 제6,010,208호에 개시된 바와 같이, 잉크가 히터의 표면과 평행한 방향으로 압력실 내부로 유입된 후에, 히터의 표면과 수직한 방향으로 노즐을 통하여 토출되는 방식을 말한다. 루프슈터 방식의 잉크젯 헤드는, 노즐판에 압력실을 형성하고 노즐판과 히터가 형성된 기판을 접착하는 방식으로 제작된다. 따라서, 1번의 접착공정만으로 제작이 완료되므로, 에지슈터 방식의 잉크젯 헤드에 비해서 생산성이 높다는 장점이 있다. 그러나, 압력실로의 잉크의 유입방향과 노즐을 통한 잉크의 토출방향이 서로 수직하게 되므로, 잉크의 토출이 불안정하게 될 염려가 있다는 문제점이 있다.
한편, 백슈터 방식이란, 미국특허 제5,760,804호에 개시된 바와 같이, 잉크가 히터면과 수직한 방향으로 히터를 관통하여 토출되는 방식을 말한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 백슈터 방식의 잉크젯 헤드는, 기판(1)과, 기판(1) 상면에 형성되며 중앙에 개구부를 갖는 도넛(doughnut) 형태의 히터(2)와, 히터(2)의 상면에 적층된 노즐판(3)을 구비한다. 기판(1)은 히터(2)의 하부에 형성된 압력실(4)과, 압력실(4)과 연통 형성된 잉크유로(5)를 구비한다. 노즐판(3)은 히터(2)의 개구부와 연통된 노즐(3a)을 구비한다. 노즐(3a)과, 히터(2)의 개구부와, 압력실(4)과, 잉크유로(5)는 동축적으로 연통된다. 잉크는 잉크유로(5)를 통하여 압력실(4)로 유입된 후 히터(2)의 표면과 수직한 방향으로 노즐(3a)을 통하여 토출된다. 이와 같이, 백슈터 방식의 잉크젯 헤드는, 잉크의 유입방향과 잉크의 토출방향이 일치하게 된다. 참조부호 6은 히터(2)가 가열됨으로써 발생된 버블을 나타낸다.
일반적인 백슈터 방식의 잉크젯 헤드는, 에지슈터 방식이나 루프슈터 방식의 잉크젯 헤드와 달리, 접착공정이 없는 이른바 "단판(Monolithic)"으로 제조된다. 먼저, 기판(1) 위에 히터(2)를 형성한 후에 노즐판(3)을 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 적층한다. 다음으로, 노즐판(3)에 노즐(3a) 형성한다. 이 노즐(3a)을 통하여 히터(2)를 에칭(Etching)하여 히터(2) 중앙에 개구부를 형성하고, 기판(1)을 에칭하여 압력실(4)과 잉크유로(5)를 순차적으로 형성한다. 이와 같이, 백슈터 방식의 잉크젯 헤드는, 노즐판(3)이나 압력실(4)을 형성하는데 접착공정이 필요치 않은 단판공정(Monolithic Process)에 의하여 제조되므로, 에지슈터 방식이나 루프슈터 방식의 잉크젯 헤드에 비하여 생산성이 높다는 장점이 있다.
그러나, 백슈터 방식의 잉크젯 헤드는, 도 1에 도시된 바와 같이, 히터(2)에서 발생한 열이 전도되는 경로가 에지슈터 방식이나 루프슈터 방식의 잉크젯 헤드에 비하여 훨씬 짧으므로, 히터(2)의 냉각속도가 느려지게 된다. 잉크젯 헤드에서 단위 시간당 토출 가능한 잉크 방울(6)의 수, 즉 토출 주파수는 히터(2)의 냉각속도에 의해 결정된다. 히터(2)의 냉각속도가 느리면 잉크의 토출 주파수가 낮게 되므로, 결국 프린터의 인쇄속도가 느려지게 된다. 또한, 백슈터 방식의 잉크젯 헤드에서는, 노즐판(3)이 기상증착 등의 방법으로 기판(1) 위에서 성장되어 형성되므로, 노즐판(3)의 두께가 에지슈터 방식이나 루프슈터 방식의 잉크젯 헤드에서 사용되는 노즐판의 두께(즉, 대략 10um 이상)보다 작을 수밖에 없어, 노즐판(3)의 강도가 약하다는 문제점이 있다. 또한, 백슈터 방식의 잉크젯 헤드에서는, 히터(2)가 노즐판(3)에 접합되어 있으므로, 노즐판(3)이 잉크 찌꺼기 등에 의하여 더러워지기 쉽다. 따라서, 에지슈터 방식이나 루프슈터 방식의 잉크젯 헤드에서보다 더 많은 와이핑(Wiping)량이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 백슈터 방식의 잉크젯 헤드에서는, 잉크의 유입방향과 잉크의 토출방향이 일치함에도 불구하고, 잉크의 토출이 에지슈터 방식이나 루프슈터 방식의 잉크젯 헤드에서 보다 불안정한 경우가 관찰된다. 이는 노즐판(3)의 두께가 너무 낮거나, 노즐(3a)의 형상을 이상적으로 형성할 수 없기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제작이 쉬어 생산성이 높을 뿐만 아니라, 우수한 토출 성능을 가지는 잉크젯 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 잉크젯 헤드의 개략적인 측단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 개략적인 측단면도.
도 3은 도 2의 I-I선 단면도.
도 4는 도 3의 잉크젯 헤드에서 전극 및 금속배선의 변형예를 나타낸 도면.
도 5a 내지 도 5j는 도 2의 잉크젯 헤드의 제조 공정을 순서대로 도시한 측단면도.
도 6a 내지 도 6d는 도 2의 잉크젯 헤드에서 좁은유로의 다양한 변형예를 나타낸 일부 측단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 나타낸 것으로서 노즐판이 부착되기 전의 상태를 도시한 평면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 나타낸 것으로서 노즐판이 부착되기 전의 상태를 도시한 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 기판 20 : 히터
30 : 압력실 31 : 압력실벽
40 : 노즐판 41 : 노즐
50 : 잉크공급로 51 : 좁은유로
52 : 넓은유로 61 : 전극
62 : 금속배선
상기와 같은 본 발명의 목적은, 기판과, 상기 기판 상면에 형성된 히터와, 상기 히터의 주위를 감싸는 형태로 상기 기판 상에 설치된 압력실벽과, 상기 기판에 의해 바닥면이 상기 압력실벽에 의해 측면이 각각 구획 형성된 압력실과, 상기히터의 표면과 수직한 방향으로 상기 기판을 관통하여 형성되며, 상기 압력실과 연통된 잉크공급로와, 상기 압력실의 상부에 적층되며, 잉크의 토출을 위한 노즐을 구비한 노즐판을 포함하는 잉크젯 헤드를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 히터는 중앙부에 관통공을 가지며, 상기 관통공은 상기 노즐 및 상기 잉크공급로와 동축적으로 연통된다. 상기 압력실벽은 드라이 필름 또는 열융착 필름으로 형성된 것이 바람직하다.
한편, 상기 잉크공급로는, 상기 기판의 상부에 형성되어, 상기 압력실과 연통된 좁은유로와, 상기 좁은유로 보다 넓은 단면적을 가지며, 상기 기판의 하부에 형성되어 상기 좁은유로와 연통된 넓은유로를 포함한다.
또한, 본 발명의 목적은, 기판 상에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막 상에 금속층을 증착하고 이를 패터닝하여 히터를 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 금속배선을 형성하는 단계와, 상기 히터의 표면과 수직한 방향으로 상기 기판을 상면으로부터 소정 깊이만큼 에칭하여 좁은유로를 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 압력실벽층을 증착하고 이를 패터닝하여 히터 주위를 둘러싸는 압력실을 형성하는 단계와, 상기 압력실벽층 상부에 노즐을 갖는 노즐판을 적층하고, 상기 노즐판을 가압하고 가열하여 상기 노즐판과 상기 기판을 접착하는 단계와, 상기 기판을 하면으로부터 에칭하여 상기 좁은유로와 연통되는 넓은유로를 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법에 의해 달성된다.
한편, 상기 잉크젯 헤드 제조방법은, 상기 금속배선의 형성이 완료된 후에, 상기 히터 상에 보호층을 적층하는 단계와, 상기 넓은유로의 에칭 끝점(endingpoint)을 정하기 위하여 상기 좁은유로의 형성이 완료된 후에 상기 좁은유로의 바닥면에 상기 기판과 성분이 다른 물질을 증착하는 단계와, 상기 넓은유로의 형성이 완료된 후에 상기 노즐판의 표면에 소수성 박막을 증착하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯 헤드는, 실리콘(Silicone) 또는 글래스(Glass) 재질의 기판(10)과, 기판(10)의 상면에 형성된 히터(20)와, 히터(20)의 상부에 배치된 압력실(30)과, 히터(20)의 주위를 감싸는 형태로 기판(10) 상면에 적층되어 압력실(30)의 측벽을 형성하는 압력실벽(31)과, 압력실벽(31) 위에 적층되며 노즐(41)을 갖는 노즐판(40)과, 히터(20)의 표면과 수직한 방향으로 기판을 관통하여 형성된 잉크공급로(50)를 구비한다.
별도로 도시하지는 않았지만, 기판(10)에는 히터(20)를 발열 구동하기 위한 구동회로부가 형성된다. 이 구동회로부와 히터(20)를 전기적으로 연결하기 위하여 기판(10)의 상면에는 전극(61)과 금속배선(62)이 형성된다. 전극(61)의 히터(20)와 접촉되며, 금속배선(62)은 구동회로부와 전극(61)을 전기적으로 연결한다.
잉크공급로(50)는, 기판(10)의 상부에 형성되어 압력실(30)과 연통된 좁은유로(51)와, 기판(20)의 하부에 형성되어 좁은유로(51)와 연통된 넓은유로(52)를 구비한다. 넓은유로(52)는 좁은유로(51)보다 넓은 단면적을 가진다. 이와 같이, 압력실(30)과 직접 연통된 좁은유로(51)의 단면적을 넓은유로(52)의 단면적보다 작게함으로써, 압력실(30) 내에 충진된 잉크가 넓은유로(52) 쪽으로 역류되는 것을 방지할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 히터(20)는 중앙부에 관통공(21)을 구비한 도넛(doughnut) 형상을 갖는다. 관통공(21)은 노즐(41), 좁은유로(51) 및 넓은유로(52)와 동축적으로 연통된다. 히터(20)로는 Ta-Al이 사용된다. 또는, 히터(20)로서 반도체 산업 분야에서 이미 안정성이 입증된 TiN 및 TiW가 사용될 수도 있으며, 표면에 안정된 산화막의 형성이 가능한 Si-metal 합금이 사용될 수도 있다.
전극(61)은 히터(20)를 사이에 두고 서로 마주보도록 한 쌍으로 형성된다. 즉, 한 쌍의 전극(61)은 180°간격으로 히터(20)의 좌우측에 접촉된다. 한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(61)은 나란하게 형성되어 히터(20)의 일측과 접촉되는 것도 가능하다.
도 2에 도시된 잉크젯 헤드에서, 구동회로부로부터 금속배선(62)과 전극(61)을 순차적으로 통하여 히터(20)에 전류가 공급되면, 히터(20)의 온도가 상승하게 된다. 히터(20)의 온도가 상승함에 따라, 히터(20) 표면에 버블(70)이 성장하게 된다. 버블(70)의 성장에 따라 압력실(30) 내부의 압력이 상승하여, 압력실(30) 내에 충진된 잉크는 노즐(41)을 통하여 노즐판(40) 외부로 밀려나가 기둥 형태로 성장한다. 이 때, 히터(20)에 공급되는 전류의 양이 감소하거나, 전류의 공급이 차단되면, 히터(20)가 냉각됨으로써 버블(70)은 수축하게 된다. 버블(70)의 수축으로 인하여 압력실(30) 내부에 음(-)압이 발생함으로써 잉크 기둥이 끊어진다. 잉크 기둥의 앞부분은 잉크 액적(80)이 되어 인쇄매체로 토출되며, 잉크 기둥의 뒷부분은 압력실(30) 내로 유입된다. 잉크 액적(80)이 토출된 후에, 압력실(30)에는 모세관 현상에 의하여 잉크공급로(50)를 통하여 잉크가 보충된다.
이하, 도 5a 내지 도 5j를 참조하여, 도 2에 도시된 잉크젯 헤드의 제조방법에 대해 설명한다.
(구동회로부 형성 공정)
먼저, 기판(10)의 상면에 히터(20)의 구동을 위한 구동회로부(미도시)를 형성한다. 구동회로부는 반도체 제조공정에 일반적으로 사용되는 표준 NMOS(Negative Metal Oxide Semiconductor) 공정에 의하여, 박막트랜지스터(TFT :Thin Film Transistor) 형태로 형성된다. 다만, 도 5a에 도시된 바와 같이, 일반적인 표준 NMOS 공정에서와는 달리, 히터(20)와 기판(10) 사이의 절연을 위하여, 기판(10) 상면의 히터(20)가 형성되는 부위에 SiO2로 이루어진 절연막(11)을 남겨둔다.
(히터 형성 공정)
도 5b에 도시된 바와 같이, 절연막(11) 위에 Ta-Al의 금속층을 증착한 다음, 이 Ta-Al층을 도넛 형태로 에칭하여 히터(20)를 형성한다.
(금속배선 형성 공정)
도 5c에 도시된 바와 같이, 히터(20)와 구동회로부의 상면에 Al층을 증착하고, 이 Al층을 패터닝하여 전극(61) 및 금속배선(62)을 형성한다. 금속배선(62)은 단층으로 형성할 수도 있으나, 단위 칩 내에 복수의 노즐(41)이 형성되는 경우에는2층 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
금속배선(62)을 2층으로 형성하기 위하여, 도 5d에 도시된 바와 같이, Al층 위에 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)를 증착하고, 이 BPSG를 에칭함으로써 중간절연층(63)을 형성한다.
다음으로, 도 5e에 도시된 바와 같이, 중간절연층(63) 위에 Al층을 다시 증착하고 이를 에칭하여 금속배선(62)을 형성한다.
(보호층 형성 공정)
도 5f에 도시된 바와 같이, 히터(20)와 금속배선(62) 위에 Si3N4/SiC 재질의 보호층(65)을 증착한다. 보호층(65)은 히터(61)와 금속배선(62)이 잉크와 화학 반응을 일으키는 것을 방지하며, 히터(61)를 절연시킨다. 또한, 보호층(65)은 버블(70)이 소멸할 때 발생되는 충격으로부터 히터(61)를 보호한다.
(좁은유로 형성 공정)
도 5g에 도시된 바와 같이, 건식에칭(dry etching) 방법으로 기판(10)의 상부를 에칭하여 좁은유로(51)를 형성한다. 이때, 좁은유로(51)의 깊이는 기판(11)의 상단으로부터 20㎛ 정도가 되는 것이 바람직하다. 좁은유로(51)의 평면 형상은 마스크(mask)를 이용하여 다양하게 형성할 수 있다. 마스크로서는, 일반적인 포토 레지스터(photo-resistor)를 사용할 수도 있고, 보호층(65)을 패터닝(patterning)하여 사용할 수도 있다.
한편, 좁은유로(51)의 측단면 형상은, 도 6a에 도시된 바와 같이, 직사각형에 근접한 형태 외에도, 플라즈마(Plasma)를 이용하여 에칭함으로써 다양하게 형성될 수 있다. 즉, 좁은유로(51)의 측단면 형상은, 도 6b에서와 같이 압력실(30)과 연결되는 상단부가 부드러운 곡선을 가지는 형태, 도 6c에서와 같이 상하단의 단면적보다 중앙부의 단면적이 좁은 형태, 도 6d에서와 같이 사다리꼴의 형태 등으로 다양하게 형성될 수 있다.
(압력실벽 형성 공정)
도 5h에 도시된 바와 같이, 기판(10) 및 히터(20)의 상부에 드라이필름(dry-film)을 증착한 후, 히터(20)가 노출되도록 이 드라이필름을 에칭하여 압력실벽(31)을 형성한다. 한편, 압력실벽(31)은 드라이필름을 노즐판(40)의 하면에 증착한 후에 이 드라이필름을 패터닝함으로써 형성될 수도 있다.
드라이필름으로는 잉크와 화학적 반응을 일으키지 않으며, 내열성을 가지는 종류의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 드라이필름 대신에, 광감응성(Photo-sensitive)이 있지는 않으나, 잉크와의 반응성이나 내열성의 면에서 매우 우수한 열융착필름을 사용하여 압력실벽(31)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 압력실벽(31)은 열융착필름을 기계적인 방법에 의하여 패터닝함으로써 형성된다.
(기판과 노즐판의 접착 공정)
도 5i에 도시된 바와 같이, 압력실벽(31) 위에 노즐(41)이 형성된 노즐판(40)을 올려놓고 가압 가열하면, 압력실벽(31)을 형성하는 드라이필름이 융착됨으로써 기판(10)과 노즐판(40)이 접착된다. 즉, 드라이필름은 압력실벽(31)의역할뿐만 아니라, 기판(10)과 노즐판(40)을 접착시키는 접착층의 역할도 하게 된다. 드라이필름 대신에 열융착필름을 사용하여 압력실벽(31)을 형성한 경우에는, 패터닝된 열융착필름을 기판(10)과 노즐판(40) 사이에 배치하고 가압하고 가열함으로써, 기판(10)과 노즐판(40)을 접착시킨다.
한편, 노즐판(40)은 니켈(Ni) 등과 같은 금속을 전주(Electroforming)가공하여 형성하거나, 스테인레스 박판을 펀칭가공하여 형성할 수 있다. 노즐(41)은 폴리머(Polymer)로 형성된 노즐판(40)을 레이저 가공함으로써 형성된다.
(넓은유로 형성 공정)
도 5j에 도시된 바와 같이, 기판(10)과 노즐판(40)의 접착이 완료되면, 건식에칭(dry etching) 방법에 의해 기판(10)의 하부를 에칭하여 넓은유로(52)를 형성한다. 넓은유로(52)를 형성하기 위하여, 기판 하면에 증착된 실리콘 산화막(미도시)을 패터닝하여 마스크로 이용한다. 이 실리콘 산화막은 기판(10)을 제작하는 초기 공정에서 형성되는 것이 바람직하다.
넓은유로(52)를 형성할 때, 가장 중요한 것은 에칭의 깊이이다. 에칭을 너무 깊게 하면 좁은유로(51)가 너무 짧아지거나 없어져 버릴 위험이 있으며, 에칭을 얕게 하면 넓은유로(52)와 좁은유로(51)가 연통되지 못하게 된다. 따라서, 기판(10)을 에칭할 때 넓은유로(52)와 좁은유로(51) 만나는 시점, 즉 에칭공정의 끝점(ending point)은, 단순히 에칭시간에 의하여 설정하는 것보다는 기판(10)의 가공되는 상태를 관찰하여 결정하는 것이 바람직하다.
에칭공정의 끝점을 결정하기 위한 방법으로는, 광센서를 이용하는 방법과,플라즈마 성분분석을 통한 방법과, 플라즈마를 발생시키는 전극에 인가되는 바이어스 전압차를 측정하는 방법 등이 있다.
광센서를 이용하는 방법은, 기판(10)을 에칭하면서 넓은유로(52) 내부의 조도를 측정하여 에칭공정의 끝점을 결정하는 방법이다. 즉, 넓은유로(52)와 좁은유로(51)가 연통되면 넓은유로(52) 내부의 조도가 증가하므로 이 때 에칭을 중단한다.
플라즈마 성분분석을 통한 방법은, 기판(10)을 에칭하면서 플라즈마의 성분을 분석함으로써 에칭공정의 끝점을 결정하는 방법이다. 플라즈마 성분분석을 통한 방법을 이용하기 위해서는, 좁은유로(51)의 형성이 완료된 후에 좁은유로(51)의 바닥면에 기판(10)과 성분이 다른 물질을 증착하여 두는 것이 좋다. 이렇게 하면, 넓은유로(52)와 좁은유로(51)가 연통될 때 기판(10)과는 다른 물질이 에칭됨으로써 플라즈마의 성분이 변하게 되며, 이 때 에칭을 중단한다.
바이어스 전압차를 측정하는 방법은, 플라즈마를 발생시키기 위하여 전극에 인가되는 바이어스 전압이 변화되는 것을 측정하여 에칭공정의 끝점을 결정하는 방법이다. 즉, 넓은유로(52)와 좁은유로(51)가 연통될 때 플라즈마의 양태(樣態)가 변하게 되며, 이에 따라 플라즈마를 발생시키기 위하여 전극에 인가되는 바이어스 전압이 변화되므로, 이때 에칭을 중단한다. 기판(10)과는 다른 성분을 갖는 물질이 에칭될 때 플라즈마의 양태 변화도 커지게 된다. 따라서, 플라즈마 성분분석을 통한 방법에서와 마찬가지로, 좁은유로(51)의 형성이 완료된 후에 좁은유로(51)의 바닥면에 기판(10)과 성분이 다른 물질을 증착하여 두는 것이 바람직하다.
(소수성 박막 코팅 공정)
이상의 헤드 제작공정이 완료된 후에, 플라즈마 등을 이용하는 방향성을 가지는 증착 방법을 이용하여 노즐판(40)의 표면에 소수성(疏水性) 박막을 코팅한다. 이와 같이, 노즐판(40) 표면에 소수성 박막을 코팅할 때, 노즐(41)의 하부에는 히터(20)의 관통공(21: 도 3 참조)이 위치하게 되므로, 히터(20) 표면에는 소수성 박막이 거의 코팅되지 않는다.
(잉크 젖음성 향상 공정)
한편, 실리콘 재질의 기판(10)과 드라이필름으로 이루어진 압력실벽(31)에서는 잉크 젖음성이 좋지 않다. 좁은유로(51) 및 넓은유로(52)와 압력실(30) 내부의 잉크 젖음성을 향상시키기 위하여, 제조가 완료된 잉크젯 헤드에 잉크를 충진하기 전에, 잉크 젖음성이 좋으며 잉크와 유사한 성분을 가지는 액체 또는 기체를 좁은유로(51) 및 넓은유로(52)와 압력실(30) 내부에 흘려 보내주는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8은 히터의 형상 및 잉크공급로의 배치 등에 관한 본 발명의 다른 실시예들을 나타낸 것이다.
도 7의 잉크젯 헤드는, 사각형의 히터(120)와, 히터(120) 주위를 둘러싸는 압력실벽(131)과, 히터(120)의 좌우에 배치된 한 쌍의 잉크공급로(151, 152)를 구비한다. 히터(120)는 전극(161) 및 금속배선(162)을 통하여 구동회로부(미도시)와 전기적으로 연결된다. 잉크공급로(151, 152)들은, 도 2의 잉크젯 헤드에서와 마찬가지로, 히터(120)의 표면과 수직하게 형성되며, 각각 상호 연통된 좁은유로와 넓은유로의 2개 유로로 형성될 수 있다. 한편, 도 7의 잉크젯 헤드는, 히터(120)의형상과, 잉크공급로(151, 152)의 수량 등을 제외하고는 도 2의 잉크젯 헤드와 동일한 구성을 가진다.
도 8의 잉크젯 헤드는, 하나의 잉크공급로(250)와, 잉크공급로(250)의 좌우에 배치된 한 쌍의 사각형 히터(221, 222)와, 히터(221, 222)들 각각의 주위를 감싸는 한 쌍의 압력실벽(231, 232)을 구비한다. 히터(221, 222)들은 각각 전극(261) 및 금속배선(262)를 통하여 구동회로부(미도시)와 전기적으로 연결된다. 도 8의 잉크젯 헤드에 의하면, 히터 2개당 하나의 잉크공급로가 형성되므로, 기판에 다수의 잉크공급로가 형성됨으로써 기판이 취약해지는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드는, 잉크공급로(50)를 통하여 압력실(30) 내부로 유입되는 잉크의 유입방향과 압력실(30)로부터 노즐(41)을 통하여 토출되는 잉크의 토출방향이 일치함으로써, 루프슈터 방식이나 에지슈터 방식의 잉크젯 헤드에 비하여 잉크의 토출이 안정적으로 이루어지며, 인접한 노즐과의 상호간섭(cross-talk)이 적다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드는, 기판(10) 위에 드라이필름이나 열융착필름으로 압력실벽(31)을 형성하고 압력실벽(31) 위에 기판(10)을 접착하는 방법으로 제조된다. 이와 같이, 잉크젯 헤드를 완성하기까지 한 번의 접착공정만이 필요하므로, 에지슈터 방식의 잉크젯 헤드에 비하여 제작이 쉽고 생산성이 높다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드는, 기판(10)과 노즐판(40) 사이에압력실(30)을 형성하는 압력실벽(31)이 존재한다. 따라서, 도 2에 도시된 백슈터 방식의 잉크젯 헤드에 비하여, 히터(20)의 냉각속도가 빨라짐으로써 잉크의 토출 주파수가 높으며, 노즐판(40)의 두께를 적정하게 유지할 수 있으므로 노즐판(40)의 강도가 세다는 장점이 있다.
결론적으로, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드에 의하면, 종래의 백슈터 방식의 잉크젯 헤드의 단점인 히터의 냉각속도와 노즐판의 강도 문제를 해결할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (28)

  1. 기판;
    상기 기판 상면에 형성된 히터;
    상기 히터의 주위를 감싸는 형태로 상기 기판 상에 설치된 압력실벽;
    상기 기판에 의해 바닥면이, 상기 압력실벽에 의해 측면이 각각 구획 형성된 압력실;
    상기 히터의 표면과 수직한 방향으로 상기 기판을 관통하여 형성되며, 상기 압력실과 연통된 잉크공급로; 및
    상기 압력실의 상부에 적층되며, 잉크의 토출을 위한 노즐을 구비한 노즐판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 중앙부에 관통공을 가지며, 상기 관통공은 상기 노즐 및 상기 잉크공급로와 동축적으로 연통된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 압력실벽은 드라이 필름(dry film)으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 압력실벽은 열융착 필름으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 잉크공급로는,
    상기 기판의 상부에 형성되어, 상기 압력실과 연통된 좁은유로; 및
    상기 좁은유로 보다 넓은 단면적을 가지며, 상기 기판의 하부에 형성되어 상기 좁은유로와 연통된 넓은유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 잉크공급로는 한 쌍으로 형성되며, 상기 히터는 상기 한 쌍의 잉크공급로 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 한 쌍의 잉크공급로 각각은,
    상기 기판의 상부에 형성되어, 상기 압력실과 연통된 좁은유로; 및
    상기 좁은유로 보다 넓은 단면적을 가지며, 상기 기판의 하부에 형성되어 상기 좁은유로와 연통된 넓은유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력실은 한 쌍으로 형성되며, 상기 잉크공급로는 상기 한 쌍의 압력실 사이에 형성되고, 상기 한 쌍의 압력실 각각은 상기 잉크공급로 상단 양측과 각각 연통된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 히터를 구동하기 위한 구동회로부; 및
    일단은 상기 히터와 전기적으로 연결되며, 타단은 금속배선을 통하여 상기 구동회로부와 전기적으로 연결된 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전극은 상기 히터를 사이에 두고 마주보는 한 쌍으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 전극은 서로 나란하게 한 쌍으로 형성되어, 상기 히터의 일측에 접촉된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구동회로부는 박막트랜지스터(TFT)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 또는 글래스(glass) 재질인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  14. 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막 상에 금속층을 증착하고 이를 패터닝하여 히터를 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 금속배선을 형성하는 단계;
    상기 히터의 표면과 수직한 방향으로 상기 기판을 상면으로부터 소정 깊이만큼 에칭하여 좁은유로를 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 압력실벽층을 증착하고 이를 패터닝하여 히터 주위를 둘러싸는 압력실을 형성하는 단계;
    상기 압력실벽층 상부에 노즐을 갖는 노즐판을 적층하고, 상기 노즐판을 가압하고 가열하여 상기 노즐판과 상기 기판을 접착하는 단계; 및
    상기 기판을 하면으로부터 에칭하여 상기 좁은유로와 연통되는 넓은유로를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 압력실벽은 드라이 필름(dry film)으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 압력실벽은 열융착 필름으로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 절연막은 표준 NMOS 공정에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 금속배선은 2층으로 이루어지며, 이들 층 사이에 BPSG를 증착하고 에칭함으로써 중간절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 금속배선의 형성이 완료된 후에, 상기 히터 상에 보호층을 적층하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 보호층은 Si3N4/SiC 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 넓은유로의 에칭 끝점(ending point)을 정하기 위하여, 상기 좁은유로의 형성이 완료된 후에 상기 좁은유로의 바닥면에 상기 기판과 성분이 다른 물질을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 넓은유로는 플라즈마를 이용한 건식 에칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 넓은유로의 에칭 끝점은, 상기 플라즈마의 성분 변화를 분석함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 넓은유로의 에칭 끝점은, 상기 플라즈마의 발생을 위한 바이어스 전압의 변화를 측정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  25. 제 14 항에 있어서, 상기 넓은유로의 형성이 완료된 후에, 상기 노즐판의 표면에 소수성 박막을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 소수성 박막은 플라즈마를 이용한 증착법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  27. 제 14 항에 있어서, 상기 넓은유로의 형성이 완료된 후에, 상기 좁은유로와, 상기 넓은유로와, 상기 압력실의 내부에 잉크와 유사한 성분을 갖는 액체 또는 기체를 흘려 보내주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  28. 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막 상에 금속층을 증착하고 이를 패터닝하여 히터를 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 금속배선을 형성하는 단계;
    상기 히터의 표면과 수직한 방향으로 상기 기판을 상면으로부터 소정 깊이만큼 에칭하여 좁은유로를 형성하는 단계;
    노즐을 갖는 노즐판의 하면에 압력실벽층을 증착하고 이를 패터닝하여 히터 주위를 둘러싸는 압력실을 형성하는 단계;
    상기 노즐판을 상기 기판 상에 적층하고, 상기 노즐판을 가압하고 가열하여 상기 노즐판과 상기 기판을 접착하는 단계; 및
    상기 기판을 하면으로부터 에칭하여 상기 좁은유로와 연통되는 넓은유로를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
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