KR100400229B1 - Bubble-jet type inkjet printhead and manufacturing method threrof - Google Patents

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Abstract

버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트 헤드에 따르면, 기판의 표면쪽에는 잉크 챔버가 형성되고, 기판의 배면쪽에는 매니폴드가 잉크 챔버의 아래쪽에 위치하도록 형성되며, 잉크 챔버와 매니폴드 사이에는 수직으로 관통된 잉크 채널이 형성된다. 매니폴드와 잉크 채널은 기판을 그 배면쪽에서 식각함으로써 형성된다. 기판 상에는 노즐판이 일체로 형성되며, 노즐판에는 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 노즐이 형성된다. 노즐판 상에는 노즐을 둘러싸는 환상으로 형성된 히터와 히터에 전류를 인가하는 전극이 형성된다. 여기에서,잉크 챔버는 실질적으로 반구형의 형상을 가지고, 잉크 채널은 잉크 챔버의 가장자리 부근에 형성된다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 잉크의 역류가 방지되어 잉크의 토출 성능이 향상되고, 실리콘 웨이퍼 기판에 일체로 형성된 고밀도의 잉크젯 프린트 헤드를 구현할 수 있게 된다.A bubble jet inkjet print head and a method of manufacturing the same are disclosed. According to the disclosed inkjet print head, an ink chamber is formed on the surface side of the substrate, a manifold is formed below the ink chamber on the rear side of the substrate, and a vertically penetrated ink channel is formed between the ink chamber and the manifold. Is formed. The manifold and ink channel are formed by etching the substrate on its back side. The nozzle plate is integrally formed on the board | substrate, and a nozzle is formed in the nozzle plate in the position corresponding to the center part of the ink chamber. On the nozzle plate, a heater formed in an annular shape surrounding the nozzle and an electrode for applying a current to the heater are formed. Here, the ink chamber has a substantially hemispherical shape, and the ink channel is formed near the edge of the ink chamber. According to the present invention, the reverse flow of the ink is prevented to improve the discharge performance of the ink, it is possible to implement a high-density inkjet print head formed integrally on the silicon wafer substrate.

Description

버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법{Bubble-jet type inkjet printhead and manufacturing method threrof}Bubble-jet type inkjet printhead and its manufacturing method {Bubble-jet type inkjet printhead and manufacturing method threrof}

본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐판이 기판상에 일체로 형성되고 반구형 잉크 챔버의 가장자리 부근에 수직한 잉크 채널이 형성된 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inkjet printhead, and more particularly, to a bubblejet inkjet printhead having a nozzle plate integrally formed on a substrate and having an ink channel perpendicular to an edge of a hemispherical ink chamber, and a method of manufacturing the same. .

일반적으로 잉크젯 프린트 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터의 잉크 토출 방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 전기-열 변환 방식(electro-thermal transducer, 버블젯 방식)과, 압전체를 이용하여 압전체의 변형으로 인해 생기는 잉크의 체적 변화에 의해 잉크를 토출시키는 전기-기계 변환 방식(electro-mechanical transducer)이 있다.In general, an inkjet print head is an apparatus for printing a predetermined color image by ejecting a small droplet of printing ink to a desired position on a recording sheet. The ink ejection method of the inkjet printer includes an electro-thermal transducer (bubble jet method) in which a bubble is generated in the ink by using a heat source to eject the ink with this force, and a piezoelectric material. There is an electro-mechanical transducer in which ink is ejected by a volume change of ink caused by deformation of the piezoelectric body.

상술한 버블젯 방식의 잉크 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 전원을 인가하면, 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이 때 잉크 내부에 버블이 생성되고, 생성된 버블은 성장하여 그 부피 팽창으로 인해 잉크가 충만된 잉크 챔버 내부에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 잉크 챔버 밖으로 토출된다.The above-described bubble jet ink ejection mechanism is described in more detail as follows. When power is applied to the heater made of the resistive heating element, the ink adjacent to the heater is instantaneously heated to approximately 300 ° C. At this time, bubbles are generated inside the ink, and the generated bubbles grow and apply pressure to the ink chamber filled with ink due to the volume expansion thereof. As a result, the ink near the nozzle is discharged out of the ink chamber through the nozzle.

이와 같은 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다. 둘째, 하나의 노즐에서 잉크를 토출하거나 잉크의 토출후 잉크 챔버로 잉크가 다시 채워질 때, 잉크를 토출하지 않는 인접한 다른 노즐과의 간섭(cross talk)이 가능한 한 억제되어야 한다. 이를 위해서는 잉크 토출시 노즐 반대방향으로 잉크가 역류하는 현상(back flow)을 억제하여야 한다. 셋째, 고속 프린트를 위해서는, 가능한 한 잉크 토출후 리필되는 주기가 짧아야 한다. 즉, 구동 주파수가 높아야 한다.Such bubble jet inkjet printheads generally have to meet the following requirements. First, the production should be as simple as possible, inexpensive to manufacture, and capable of mass production. Second, when ejecting ink from one nozzle or refilling the ink into the ink chamber after ejecting the ink, cross talk with other adjacent nozzles that do not eject ink should be suppressed as much as possible. To this end, it is necessary to suppress back flow of ink in the opposite direction of the nozzle during ink ejection. Third, for high speed printing, the period of refilling after ink discharge should be as short as possible. In other words, the driving frequency must be high.

그런데, 이러한 잉크젯 프린트 헤드의 요건들은 잉크 챔버, 잉크 유로 및 히터의 구조, 그에 따른 버블의 생성 및 팽창 형태, 또는 각 요소의 상대적인 크기와밀접한 관련이 있으며, 또한 서로 상충되는 경우가 많다. 따라서, 종래의 특허나 문헌을 통해 제시된 구조의 잉크젯 프린트 헤드는 전술한 요건들 중 일부는 만족할지라도 전체적으로 만족할 만한 수준은 아니다.However, the requirements of such inkjet printheads are intimately related to the structure of the ink chamber, the ink flow path and the heater, and thus the form and expansion of bubbles, or the relative size of each element, and often conflict with each other. Therefore, the inkjet printhead of the structure proposed through the conventional patent or literature is not entirely satisfactory, although some of the above requirements are satisfied.

도 1a 및 도 1b는 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 일례로서, 미국특허 US 4,882,595호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 구조를 나타내 보인 절개 사시도 및 그 잉크 액적 토출 과정을 설명하기 위한 단면도이다.1A and 1B are cutaway perspective views showing the structure of an inkjet printhead disclosed in US Pat. No. 4,882,595 as an example of a conventional bubblejet inkjet printhead, and a cross sectional view for explaining the ink droplet ejection process thereof.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 기판(10)과, 그 기판(10) 위에 설치되어 잉크(49)가 채워지는 잉크 챔버(26)를 형성하는 격벽부재(38)와, 잉크 챔버(26) 내에 설치되는 히터(12)와, 잉크 액적(49')이 토출되는 노즐(16)이 형성된 노즐판(18)을 포함하고 있다. 상기 잉크 챔버(26) 내에는 도시되지 않은 잉크 저장고와 연결된 잉크 공급 매니폴드(14)로부터 잉크 채널(24)을 통해 잉크(49)가 채워지며, 잉크 챔버(24)와 연통된 노즐(16) 내에도 모세관 현상에 의해 잉크(49)가 채워진다. 그리고, 프린트 헤드에는 다수의 노즐(16)과 이에 대응하여 다수의 히터(12) 및 잉크 챔버(26) 등이 마련되는데. 이들은 각 잉크 공급 매니폴드(14)마다 이에 인접하여 1 열씩 배열되거나, 매니폴드(14) 양측에 각 1열씩 배열되어 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a conventional bubble jet inkjet printhead includes a substrate 10 and a partition wall formed on the substrate 10 to form an ink chamber 26 filled with ink 49. The member 38, the heater 12 provided in the ink chamber 26, and the nozzle plate 18 in which the nozzle 16 which discharges the ink droplet 49 'are formed are included. The ink chamber 26 is filled with ink 49 through an ink channel 24 from an ink supply manifold 14 connected to an ink reservoir (not shown), and the nozzle 16 is in communication with the ink chamber 24. The ink 49 is also filled in by capillary action. The print head is provided with a plurality of nozzles 16, correspondingly with a plurality of heaters 12, an ink chamber 26, and the like. These are arranged one row adjacent to each ink supply manifold 14 or one row each on both sides of the manifold 14.

이와 같은 구성에 있어서, 히터(12)에 전류가 공급되면 히터(12)가 발열되면서 챔버(26) 내에 채워진 잉크(49) 안에 버블(48)이 형성된다. 그 후, 이 버블(48)은 계속적으로 팽창하게 되고, 이에 따라 챔버(26) 내에 채워진 잉크(49)에 압력이 가해져 노즐(24)을 통해 외부로 잉크 액적(49')를 밀어내게 된다. 그 다음에, 잉크채널(24)을 통해 잉크(49)가 흡입되면서 챔버(26)에 다시 잉크(49)가 채워진다.In such a configuration, when a current is supplied to the heater 12, bubbles 48 are formed in the ink 49 filled in the chamber 26 while the heater 12 is heated. Thereafter, the bubble 48 continues to expand, thereby applying pressure to the ink 49 filled in the chamber 26 to push the ink droplet 49 'out through the nozzle 24. Then, the ink 49 is filled again into the chamber 26 while the ink 49 is sucked through the ink channel 24.

그런데, 이러한 구조를 가진 종래의 프린트 헤드를 제조하기 위해서는 노즐(16)이 형성된 노즐판(18)과 잉크 챔버(26) 및 잉크 채널(24) 등이 그 위에 형성된 기판(10)을 따로 제작하여 본딩하여야 하므로, 제조 공정이 복잡하고 노즐판(18)과 기판(10)의 본딩시에 오정렬의 문제가 발생될 수 있는 단점이 있다. 또한, 잉크 챔버(26), 잉크 채널(24) 및 매니폴드(14)가 평면상에 배열되어 있으므로, 단위 면적당 노즐(16)의 수, 즉 노즐 밀도를 높이는데 한계가 있으며, 이에 따라 높은 인쇄 속도와 고해상도를 가진 고밀도 잉크젯 프린트 헤드를 구현하기가 곤란하다.However, in order to manufacture a conventional print head having such a structure, a nozzle plate 18 having a nozzle 16 and an ink chamber 26, an ink channel 24, etc. are separately manufactured and manufactured thereon. Since the bonding process is complicated, a manufacturing process is complicated and a problem of misalignment may occur during bonding of the nozzle plate 18 and the substrate 10. In addition, since the ink chamber 26, the ink channel 24, and the manifold 14 are arranged on a plane, there is a limit to increasing the number of nozzles 16 per unit area, that is, the nozzle density, and thus high printing. It is difficult to realize high density inkjet print heads with speed and high resolution.

도 2는 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 다른 예로서, 미국특허 US 6,019,457호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 구조를 나타내 보인 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an ink jet print head disclosed in US Pat. No. 6,019,457 as another example of a conventional bubble jet ink jet print head.

도 2를 참조하면, 기판(50)을 상하로 관통하는 잉크 챔버(53)의 상단부에는 노즐(56)이 마련되어 있고, 그 반대쪽의 하단부에는 잉크 채널(55)이 마련되어 있다. 그리고 노즐(56)의 둘레에 여러 형태로 배치된 히터(54)가 마련되어 잉크 챔버(53) 내에 채워진 잉크(59)를 가열하여 버블(58)을 생성시킨다. 이 버블(58)은 계속적으로 팽창하게 되고, 이에 따라 챔버(53) 내에 채워진 잉크(59)에 압력이 가해져 노즐(56)을 통해 외부로 잉크 액적(59')를 밀어내게 된다. 그 다음에, 매니폴드(57)로부터 잉크 채널(55)을 통해 잉크(59)가 흡입되면서 잉크 챔버(53)에 다시 잉크(59)가 채워진다.2, the nozzle 56 is provided in the upper end of the ink chamber 53 which penetrates the board | substrate 50 up and down, and the ink channel 55 is provided in the opposite lower end part. In addition, heaters 54 arranged in various forms around the nozzles 56 are provided to heat the ink 59 filled in the ink chamber 53 to generate bubbles 58. The bubble 58 continuously expands, and thus pressure is applied to the ink 59 filled in the chamber 53 to push the ink droplet 59 'out through the nozzle 56. Then, the ink 59 is filled in the ink chamber 53 again while the ink 59 is sucked from the manifold 57 through the ink channel 55.

그런데, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 종래의 잉크젯 프린트 헤드는 잉크 챔버(53) 아래쪽에 잉크 채널(53)과 매니폴드(57)가 배치되어 있으므로 노즐 밀도를 높일 수 있는 장점은 있으나, 그 반면에 노즐(56), 잉크 챔버(53) 및 잉크 채널(55)이 일직선상에 배열되어 있으므로 아래쪽으로 팽창하는 버블(58)에 의해 잉크(59)가 잉크 채널(55)을 통해 역류하는 현상이 발생하기 쉬운 단점이 있다.However, the conventional inkjet printhead having the structure as described above has an advantage of increasing the nozzle density since the ink channel 53 and the manifold 57 are disposed below the ink chamber 53, whereas, on the other hand, Since the nozzle 56, the ink chamber 53, and the ink channel 55 are arranged in a straight line, the ink 59 flows backward through the ink channel 55 by the bubble 58 expanding downward. It has the disadvantage of being easy to do.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 노즐이 형성된 노즐판이 반구형 잉크 챔버가 형성된 기판상에 일체로 형성되어 있으며 잉크의 역류를 방지할 수 있도록 수직한 잉크 채널이 잉크 챔버의 가장자리 부근에 형성되어 있는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드와 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, in particular, a nozzle plate with a nozzle is integrally formed on a substrate on which a hemispherical ink chamber is formed, and a vertical ink channel is provided to prevent backflow of ink. It is an object of the present invention to provide a bubble jet inkjet printhead formed near the edge of the ink chamber and a method of manufacturing the same.

도 1a 및 도 1b는 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 일례를 나타내 보인 절개 사시도 및 잉크 액적 토출 과정을 설명하기 위한 단면도이다.1A and 1B are cutaway perspective views and cross-sectional views illustrating an ink droplet ejection process showing an example of a conventional bubble jet inkjet print head.

도 2는 종래의 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 다른 예를 나타내 보인 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing another example of a conventional bubble jet inkjet print head.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 평면도이다.3 is a schematic plan view of a bubble jet inkjet printhead according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 표시된 A-A 선을 따른 본원 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 수직 단면도이다.4 is a vertical sectional view of the inkjet printhead of the present invention along the line A-A shown in FIG.

도 5a는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 일례를 나타낸 평면도이다.FIG. 5A is a plan view illustrating an example of a shape and a layout of a heater, an electrode, and an ink channel in the ink ejecting part illustrated in FIG. 4.

도 5b는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 다른 예를 나타낸 평면도이다.FIG. 5B is a plan view illustrating another example of the shape and arrangement of the heater, the electrode, and the ink channel in the ink ejecting portion illustrated in FIG. 4.

도 5c는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 또 다른 예를 나타낸 평면도이다.FIG. 5C is a plan view illustrating still another example of the shape and arrangement of the heater, the electrode, and the ink channel in the ink ejecting portion illustrated in FIG. 4.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드에서 잉크가 토출되는메카니즘을 설명하기 위한 단면도들이다.6A and 6B are cross-sectional views illustrating a mechanism in which ink is ejected from an inkjet print head according to the present invention.

도 7 내지 도 19는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7 to 19 are cross-sectional views for explaining a preferred manufacturing method of an inkjet print head according to the present invention.

도 20 내지 도 22는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 다른 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.20 to 22 are cross-sectional views illustrating another method of manufacturing an inkjet print head according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100,100',100"...잉크 토출부 110,110a,110b...기판100,100 ', 100 "... ink discharge part 110,110a, 110b ... substrate

112...매니폴드 114...잉크 챔버112 Manifold 114 Ink chamber

116,116'...잉크 채널 120...노즐판116,116 '... ink channel 120 ... nozzle plate

122...노즐 130,130'...히터122 Nozzle 130,130 '... heater

140...제1 보호막 150,150'...전극140 First protective film 150,150 '... electrode

160...제2 보호막 170...노즐 가이드160 ... 2nd Shield 170 ... Nozzle Guide

상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 그 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 그 배면쪽에는 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 상기 잉크 챔버의 아래쪽에 위치하도록 형성되며, 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드 사이에는 수직으로 관통된 잉크 채널이 형성된 기판; 상기 기판 상에 일체로 형성되며, 상기 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐판; 상기 노즐판 상에 상기 노즐을 둘러싸는 형상으로 형성된 히터; 및 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 전극;을 구비하며, 상기 잉크 챔버는 실질적으로 반구형의 형상을 가지고, 상기 잉크 채널은 상기 노즐과 일직선상에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides an ink chamber filled with ink to be discharged on a surface thereof, and a manifold for supplying ink to the ink chamber is provided below the ink chamber. A substrate formed so as to be positioned, and having an ink channel vertically penetrated between the ink chamber and the manifold; A nozzle plate integrally formed on the substrate and having a nozzle configured to discharge ink at a position corresponding to the center of the ink chamber; A heater formed on the nozzle plate in a shape surrounding the nozzle; And an electrode provided on the nozzle plate and electrically connected to the heater to apply a current to the heater, wherein the ink chamber has a substantially hemispherical shape, and the ink channel is aligned with the nozzle. It provides a bubble jet inkjet printhead, characterized in that not located in the.

여기에서, 상기 잉크 채널은 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근에 형성된 것이 바람직하다.Here, the ink channel is preferably formed near the edge of the ink chamber.

그리고, 상기 히터가 링 형상인 경우에는, 상기 잉크 채널은 상기 히터의 상기 전극과 접속되는 부분 아래쪽에 위치하는 것이 바람직며, 상기 히터가 오메가 형상인 경우에는, 상기 잉크 채널은 상기 히터의 목부위 아래쪽에 위치하는 것이 바람직하다.In the case where the heater is ring-shaped, the ink channel is preferably located below a portion connected to the electrode of the heater. When the heater is an omega shape, the ink channel is a neck portion of the heater. It is preferable to be located below.

또한, 상기 잉크 채널의 단면 형상은 원형 또는 사각형인 것이 바람직하다.In addition, the cross-sectional shape of the ink channel is preferably circular or rectangular.

또한, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼이며, 상기 노즐판은 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막인 것이 바람직하다.Preferably, the substrate is a silicon wafer, and the nozzle plate is a silicon oxide film formed by oxidizing a surface of the silicon wafer.

그리고, 상기 노즐의 가장자리에서 상기 잉크 챔버의 깊이 방향으로 연장된 노즐 가이드가 형성된 것이 바람직하다.And, it is preferable that a nozzle guide extending from the edge of the nozzle in the depth direction of the ink chamber is formed.

한편, 상기 기판은 상기 잉크 챔버와 상기 잉크 채널이 형성된 제1 기판과, 상기 매니폴드가 형성된 제2 기판이 접합되어 이루어질 수 있다.The substrate may be formed by bonding the ink chamber, the first substrate on which the ink channel is formed, and the second substrate on which the manifold is formed.

이와 같은 본 발명의 프린트 헤드에 따르면, 잉크젯 프린트 헤드의 제반 요건들을 만족할 수 있게 되며, 특히 잉크 채널이 잉크 챔버의 가장자리 부근에 수직하게 형성되므로 잉크의 역류가 방지되어 잉크의 토출 성능이 향상되고 고밀도의 잉크젯 프린트 헤드를 구현할 수 있게 된다.According to the printhead of the present invention, it is possible to satisfy all the requirements of the inkjet printhead, and in particular, since the ink channel is formed perpendicular to the edge of the ink chamber, the backflow of the ink is prevented to improve the ejection performance of the ink and to achieve high density. It is possible to implement the inkjet print head.

그리고, 본 발명은 상기한 구조의 프린트 헤드를 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a print head of the above-described structure.

본 발명의 제조방법은: 기판의 표면에 노즐판을 형성하는 단계; 상기 노즐판 상에 환상의 히터를 형성하는 단계; 상기 노즐판 상에 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계; 상기 히터의 안쪽으로 상기 히터의 직경보다 작은 직경으로 상기 노즐판을 식각하여 잉크의 토출이 이루어지는 노즐을 형성하는 단계; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 식각하여, 실질적으로 반구형의 형상을 가지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및 상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드와, 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근까지 관통된 수직 잉크 채널을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the present invention comprises the steps of: forming a nozzle plate on the surface of the substrate; Forming an annular heater on the nozzle plate; Forming an electrode electrically connected to the heater on the nozzle plate; Forming a nozzle through which the ink is ejected by etching the nozzle plate to a diameter smaller than the diameter of the heater inside the heater; Etching the substrate exposed by the nozzle to form an ink chamber having a substantially hemispherical shape; And forming a manifold for supplying ink by etching the rear surface of the substrate, and forming a vertical ink channel penetrated from the manifold to the vicinity of the edge of the ink chamber.

여기에서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼이고, 상기 노즐판을 형성하는 단계는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 것이 바람직하다.Here, the substrate is a silicon wafer, and the step of forming the nozzle plate preferably forms a silicon oxide film having a predetermined thickness by oxidizing the surface of the silicon wafer.

상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는, 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 등방성 건식식각함으로써 상기 잉크 챔버를 형성하는 것이 바람직하다.In the forming of the ink chamber, it is preferable to form the ink chamber by isotropic dry etching the substrate exposed by the nozzle.

상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 이방성 식각하여 소정 깊이의 홀을 형성하는 단계와, 상기 이방성 식각된 기판의 전면에 소정의 물질막을 소정 두께로 증착하는 단계와, 상기 물질막을 이방성 식각하여 상기 홀의 바닥을 노출함과 동시에 상기 홀의 측벽에 상기 물질막으로 이루어진 노즐 가이드를 형성하는 단계와, 상기 홀의 바닥에 노출된 상기 기판을 등방성 식각하여 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.Forming the ink chamber; Anisotropically etching the substrate exposed by the nozzle to form a hole having a predetermined depth; depositing a predetermined material film to a predetermined thickness on the entire surface of the anisotropically etched substrate; and anisotropically etching the material film to form a hole of the hole. The method may include forming a nozzle guide including the material film on the sidewalls of the holes and exposing the bottom and isotropically etching the substrate exposed to the bottom of the holes to form the ink chamber.

상기 매니폴드와 잉크 채널을 형성하는 단계는; 상기 기판의 배면에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하고, 다시 그 위에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 소정 깊이의 잉크 채널 형성용 홀을 형성하는 단계와, 상기 잉크 채널용 식각 마스크를 제거하여 상기 매니폴드용 식각 마스크를 노출시키는 단계와, 상기 매니폴드용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 매니폴드와 상기 잉크 채널을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Forming an ink channel with the manifold; Forming an etch mask for the manifold on the back of the substrate, and forming an etch mask for the ink channel thereon, and etching the back of the substrate exposed by the etch mask for the ink channel to etch an ink channel having a predetermined depth Forming a forming hole, removing the ink channel etching mask to expose the manifold etching mask, and etching the back surface of the substrate exposed by the manifold etching mask to etch the manifold. And forming the ink channel simultaneously.

이 경우에, 상기 매니폴드용 식각 마스크는 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 이루어질 수 있으며, 상기 잉크 채널용 식각 마스크는 포토레지스트를 스핀 코팅법에 의해 도포한 뒤 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.In this case, the etch mask for the manifold may be formed by patterning a silicon oxide film formed on the rear surface of the substrate, and the etching mask for the ink channel may be formed by applying a photoresist by spin coating and then patterning the same. .

한편, 상기 매니폴드와 잉크 채널을 형성하는 단계는; 상기 기판의 배면에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 매니폴드용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 매니폴드를 형성하는 단계와, 상기 매니폴드가 형성된 상기 기판의 배면에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크 채널을 형성하는 단계와, 상기 잉크 채널용 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.On the other hand, forming the ink channel with the manifold; Forming an manifold etching mask on the back surface of the substrate, etching the back surface of the substrate exposed by the manifold etching mask to form the manifold, and Forming an etch mask for an ink channel on the back surface, etching the back surface of the substrate exposed by the etch mask for the ink channel to form the ink channel, and removing the etch mask for the ink channel It can be made, including.

이 경우에, 상기 매니폴드용 식각 마스크는 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 이루어지며, 상기 잉크 채널용 식각 마스크는 포토레지스트를 스프레이 코팅법에 의해 도포한 뒤 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.In this case, the etch mask for the manifold is made by patterning a silicon oxide film formed on the back of the substrate, the etching mask for the ink channel may be made by applying a photoresist by spray coating method and then patterning it.

위의 두가지 경우에 있어서, 상기 기판 배면의 식각은 건식 식각법에 의해 수행되는 것이 바람직하다.In the above two cases, the etching of the back surface of the substrate is preferably performed by a dry etching method.

그리고, 본 발명은 상기한 구조의 프린트 헤드를 두 개의 기판을 사용하여 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a print head of the above structure using two substrates.

본 발명의 프린트 헤드의 다른 제조방법은: 제1 기판의 표면에 노즐판을 형성하는 단계; 상기 노즐판 상에 환상의 히터를 형성하는 단계; 상기 노즐판 상에 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계; 상기 히터의 안쪽으로 상기 히터의 직경보다 작은 직경으로 상기 노즐판을 식각하여 잉크의 토출이 이루어지는 노즐을 형성하는 단계; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 제1 기판을 식각하여, 실질적으로 반구형의 형상을 가지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 상기 제1 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근까지 관통된 수직 잉크 채널을 형성하는 단계; 제2 기판에 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계; 및 상기 제2 기판 위에 상기 제1 기판을 접합하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.Another method of manufacturing a print head of the present invention comprises the steps of: forming a nozzle plate on a surface of a first substrate; Forming an annular heater on the nozzle plate; Forming an electrode electrically connected to the heater on the nozzle plate; Forming a nozzle through which the ink is ejected by etching the nozzle plate to a diameter smaller than the diameter of the heater inside the heater; Etching the first substrate exposed by the nozzle to form an ink chamber having a substantially hemispherical shape; Etching a rear surface of the first substrate to form a vertical ink channel penetrating to an edge of the ink chamber; Forming a manifold for supplying ink to the second substrate; And bonding the first substrate on the second substrate.

여기에서, 상기 제1 기판과 제2 기판은 모두 실리콘 웨이퍼이고, 상기 노즐판을 형성하는 단계는 상기 제1 기판용 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 것이 바람직하다.Here, the first substrate and the second substrate are both silicon wafers, and the forming of the nozzle plate preferably forms a silicon oxide film having a predetermined thickness by oxidizing the surface of the silicon wafer for the first substrate.

상기 잉크 채널은, 상기 제1 기판의 배면에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하고, 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 제1 기판의 배면을 건식 식각함으로써 형성될 수 있다.The ink channel may be formed by forming an etching mask for an ink channel on a rear surface of the first substrate and dry etching the rear surface of the first substrate exposed by the etching mask for the ink channel.

상기 매니폴드는, 상기 제2 기판의 소정 부위를 식각에 의해 제거하거나 샌드 블라스트에 의해 제거함으로써 형성될 수 있다.The manifold may be formed by removing a portion of the second substrate by etching or by sand blast.

상기한 본 발명의 제조방법에 따르면, 노즐이 형성된 노즐판이 잉크 챔버가 형성된 기판상에 일체로 형성되므로 노즐과 잉크 챔버의 오정렬의 문제가 해소되며, 일반적인 반도체 소자의 제조공정과 호환이 가능하여 대량생산이 용이해진다. 한편, 두 개의 기판을 사용하는 제조방법의 경우에도 잉크 챔버가 형성된 제1 기판과 노즐판은 일체로 형성되므로 상기와 같은 장점을 가진다.According to the above-described manufacturing method of the present invention, since the nozzle plate on which the nozzle is formed is integrally formed on the substrate on which the ink chamber is formed, the problem of misalignment between the nozzle and the ink chamber is solved, and it is compatible with the manufacturing process of a general semiconductor device, thereby allowing a large amount of Production becomes easy. On the other hand, in the case of the manufacturing method using two substrates, the first substrate and the nozzle plate on which the ink chamber is formed have the advantages as described above.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, when one layer is described as being on top of a substrate or another layer, the layer may be present over and in direct contact with the substrate or another layer, with a third layer in between.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 개략적인 평면도이다.3 is a schematic plan view of a bubble jet inkjet printhead according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 점선으로 표시된 잉크 공급 매니폴드(112) 위에 잉크 토출부(100)들이 2열로 배열되어 있고, 각 잉크 토출부(100)와 전기적으로 연결되고 와이어가 본딩될 본딩 패드(102)들은 잉크 토출부(100)의 양측에 배치되어 있다. 또한, 매니폴드(112)는 잉크를 담고 있는 잉크 저장고(미도시)와 연결된다. 한편, 매니폴드(112)는 잉크 토출부(100)의 각 열마다 하나씩 형성될 수도 있다. 도면에서 잉크 토출부(100)들은 2열로 배치되어 있지만, 1열로 배치될 수도 있고, 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 이상으로 배치될 수도 있다. 한편, 도면에는 한 가지 색상의 잉크만을 사용하는 프린트 헤드가 도시되어 있지만, 컬러 인쇄를 위해 각 색상별로 3군 또는 4군의 잉크 토출부군이 배치될 수도 있다.Referring to FIG. 3, in the bubble jet inkjet printhead according to the present invention, the ink ejection portions 100 are arranged in two rows on the ink supply manifold 112 indicated by a dotted line, and each ink ejection portion 100 is connected to each other. Bonding pads 102 to be electrically connected and to which wires are to be bonded are disposed at both sides of the ink ejection part 100. Manifold 112 is also connected to an ink reservoir (not shown) containing ink. Meanwhile, one manifold 112 may be formed for each column of the ink ejection unit 100. Although the ink ejection parts 100 are arranged in two rows in the drawing, they may be arranged in one row or may be arranged in three or more rows to further increase the resolution. Meanwhile, although a print head using only one color of ink is illustrated in the drawing, three or four groups of ink ejection units may be disposed for each color for color printing.

도 4는 도 3에 표시된 A-A 선을 따른 본원 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 수직 단면도이다.4 is a vertical sectional view of the inkjet printhead of the present invention along the line A-A shown in FIG.

도시된 바와 같이, 잉크 토출부의 기판(110)에는 그 표면쪽에 잉크가 채워지는 잉크 챔버(114)가 형성되고, 그 배면쪽에는 잉크 챔버(114)로 잉크를 공급하는 매니폴드(112)가 형성된다. 여기에서, 기판(110)은 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하며, 잉크 챔버(114)는 대략 반구형의 형상으로 된 것이 바람직하다.As shown in the drawing, an ink chamber 114 in which ink is filled is formed on the surface side of the substrate 110 of the ink ejecting unit, and a manifold 112 is formed on the back side thereof to supply ink to the ink chamber 114. do. Here, it is preferable that the board | substrate 110 consists of silicon widely used for manufacture of an integrated circuit, and it is preferable that the ink chamber 114 has a substantially hemispherical shape.

그리고, 잉크 챔버(114)와 매니폴드(112) 사이에는 이들을 서로 연결하는 잉크 채널(116)이 형성된다. 잉크 채널(114)은 잉크 챔버(114)의 가장자리에 수직으로 형성되며, 그 단면 형상은 원형으로 된 것이 바람직하다. 한편, 잉크 채널(116)의 위치와 그 단면 형상은 변경될 수 있다. 즉, 잉크 채널(116)의 위치는 정확히 잉크 챔버(114)의 가장자리에 형성되지 않더라도, 후술하는 노즐(122)과 일직선 상에 있지 않도록 잉크 챔버(114)의 중심부를 벗어난 위치, 예컨대 잉크 챔버(114)의 가장자리 부근에 형성될 수 있다. 그리고, 잉크 채널(116)의 단면 형상은 원형이 아니더라도 타원형이나 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.An ink channel 116 is formed between the ink chamber 114 and the manifold 112 to connect them to each other. The ink channel 114 is formed perpendicular to the edge of the ink chamber 114, and its cross-sectional shape is preferably circular. On the other hand, the position of the ink channel 116 and its cross-sectional shape can be changed. That is, although the position of the ink channel 116 is not exactly formed at the edge of the ink chamber 114, the position outside the center of the ink chamber 114, for example, the ink chamber (not to be in line with the nozzle 122 described later) 114) may be formed near the edges. In addition, the cross-sectional shape of the ink channel 116 may have various shapes such as an ellipse or a polygon, even if it is not circular.

기판(110)의 표면에는 잉크 챔버(114)의 중심에 대응하는 위치에 노즐(122)이 마련된 노즐판(120)이 적층되며, 이 노즐판(120)은 잉크 챔버(114)의 상부 벽을 이루게 된다. 노즐판(120)은, 기판(110)이 실리콘으로 이루어진 경우, 실리콘 기판(110)을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.On the surface of the substrate 110, a nozzle plate 120 provided with a nozzle 122 is stacked at a position corresponding to the center of the ink chamber 114, and the nozzle plate 120 forms an upper wall of the ink chamber 114. Is achieved. When the substrate 110 is made of silicon, the nozzle plate 120 may be formed of a silicon oxide film formed by oxidizing the silicon substrate 110.

이와 같이 본원 발명의 프린트 헤드에서는, 노즐(122)은 잉크 챔버(114)의 중심부에 위치하게 되나, 잉크 채널(114)은 잉크 챔버(114)의 중심부를 벗어나 그 가장자리 부근에 배치된다. 따라서, 노즐(122)과 잉크 챔버(114) 및 잉크 채널(116)은 일직선으로 배열되지 않는다. 이러한 잉크 채널(116)의 배치는 버블의 팽창에 의해 잉크가 잉크 채널(116)을 통해 역류되는 문제점을 방지하는데 효과적이며, 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 잉크 챔버(114)의 아래쪽에 잉크 채널(116)과 매니폴드(112)가 배치되므로 단위 노즐(122)이 점유하는 면적이 좁아져서 노즐 밀도가 높아지게 된다.As described above, in the print head of the present invention, the nozzle 122 is positioned at the center of the ink chamber 114, but the ink channel 114 is disposed near the edge thereof beyond the center of the ink chamber 114. Thus, the nozzle 122 and the ink chamber 114 and the ink channel 116 are not arranged in a straight line. This arrangement of the ink channel 116 is effective to prevent the problem of ink flowing back through the ink channel 116 by the expansion of the bubble, which will be described in detail later. In addition, since the ink channel 116 and the manifold 112 are disposed below the ink chamber 114, the area occupied by the unit nozzle 122 is narrowed to increase the nozzle density.

노즐판(120) 위에는 노즐(122)을 둘러싸는 형상으로 버블 생성용 히터(130)가 형성된다. 이 히터(130)는 바람직하게는 원형의 링 형상으로 되어 있으며, 불순물이 도핑된 폴리 실리콘이나 탄탈륨-알루미늄 합금과 같은 저항 발열체로 이루어진다. 그리고, 히터(130)의 외경은 잉크 챔버(114)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.The heater 130 for bubble generation is formed on the nozzle plate 120 in a shape surrounding the nozzle 122. The heater 130 preferably has a circular ring shape and is made of a resistive heating element such as polysilicon or a tantalum-aluminum alloy doped with impurities. The outer diameter of the heater 130 is preferably smaller than the diameter of the ink chamber 114.

노즐판(120)과 히터(130) 위에는 히터(130)를 보호하기 위한 제1 보호막(140)이 형성된다. 상기 제1 보호막(140)으로서 바람직하게는 실리콘 질화막이 사용될 수 있다.A first passivation layer 140 is formed on the nozzle plate 120 and the heater 130 to protect the heater 130. As the first passivation layer 140, a silicon nitride layer may be preferably used.

그리고, 히터(130)에는 펄스상 전류를 인가하기 위하여 통상 금속으로 이루어진 전극(150)이 연결된다. 도 5a는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 일례를 나타낸 평면도로서, 이를 참조하면 링 형상의 히터(130)에 전극(150)이 서로 마주보며 연결되어 있다. 즉, 이 히터(130)는 전극(150) 사이에서 병렬로 접속되어 있는 형태이다. 그리고, 링 형상의 히터(130)를 가진 잉크 토출부(100)에서 잉크 채널(116)은 히터(130)의 전극(150)과 접속되는 부분 아래쪽에 위치한다.In addition, an electrode 150 made of a metal is usually connected to the heater 130 to apply a pulsed current. FIG. 5A is a plan view illustrating an example of a shape and arrangement of a heater, an electrode, and an ink channel in the ink ejecting part illustrated in FIG. 4. Referring to this, the electrodes 150 are connected to each other in a ring-shaped heater 130. It is. That is, the heater 130 is connected in parallel between the electrodes 150. In the ink discharge part 100 having the ring-shaped heater 130, the ink channel 116 is positioned below a portion that is connected to the electrode 150 of the heater 130.

한편, 도 5b는 도 4에 도시된 잉크 토출부에서 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 다른 예를 나타낸 평면도로서, 이를 참조하면 히터(130')는 노즐(122)을 둘러싸는 대략 오메가 형상으로 형성되어 있으며, 전극(150')은 히터(130')의 양단부에 각각 접속된다. 즉, 도 5b에 도시된 히터(130')는 전극(150') 사이에서 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 오메가 형상의 히터(130')를 가진 잉크 토출부(100')에서, 잉크 채널(116)은 히터(130')의 목부위 아래쪽에 위치한다. 이는 버블의 성장과 토출 과정에서 잉크 챔버(114) 내의 유체 압력의 불균일도를 최소화시킬 수 있기 때문이다.Meanwhile, FIG. 5B is a plan view illustrating another example of the shape and arrangement of the heater, the electrode, and the ink channel in the ink ejecting part illustrated in FIG. 4. Referring to this, the heater 130 ′ may roughly surround the nozzle 122. It is formed in an omega shape, and the electrodes 150 'are connected to both ends of the heater 130', respectively. That is, the heater 130 'shown in FIG. 5B is connected in series between the electrodes 150'. Then, in the ink ejection part 100 'having the heaters OMEGA 130', the ink channel 116 is located below the neck of the heater 130 '. This is because it is possible to minimize the non-uniformity of the fluid pressure in the ink chamber 114 during the growth and ejection of bubbles.

그리고, 도 5a와 도 5b에서 잉크 채널(116)의 단면 형상은 원형으로 도시되어 있으나, 잉크 리필과 토출 주파수를 향상시키기 위하여 사각형이나 타원형 등으로 될 수도 있다. 예컨대, 히터, 전극 및 잉크 채널의 형상과 배치에 대한 또 다른 예를 나타낸 도 5c에 도시된 바와 같이, 잉크 채널(116')은 사각형의 단면 형상을 가질 수 있으며, 또한 잉크 챔버(114) 밖으로 다소 벗어날 수도 있다.5A and 5B, the cross-sectional shape of the ink channel 116 is shown as a circle, but may be rectangular or elliptical to improve ink refill and discharge frequency. For example, as shown in FIG. 5C, which shows another example of the shape and arrangement of the heater, electrode, and ink channel, the ink channel 116 ′ may have a rectangular cross-sectional shape, and also out of the ink chamber 114. It may be a bit off.

다시 도 4를 참조하면, 상기 전극(150) 위에는 이를 보호하기 위한 제2 보호막(160)이 형성된다. 상기 제2 보호막(160)으로는 실리콘 산화막 또는 TEOS(Tetraethyle ortho silicate) 산화막이 형성될 수 있다.Referring back to FIG. 4, a second passivation layer 160 is formed on the electrode 150 to protect it. As the second passivation layer 160, a silicon oxide layer or a tetraethyletho ortho silicate (TEOS) oxide layer may be formed.

그리고, 잉크 챔버(114)의 상부에는 노즐(122)의 가장자리로부터 잉크 챔버(114)의 깊이 방향으로 연장되는 노즐 가이드(170)가 형성될 수 있다. 노즐 가이드(170)는 토출되는 잉크 액적을 가이드하여 잉크 액적이 기판(110)에 정확히 수직한 방향으로 토출될 수 있도록 하는 기능을 한다.In addition, a nozzle guide 170 extending from the edge of the nozzle 122 in the depth direction of the ink chamber 114 may be formed on the ink chamber 114. The nozzle guide 170 serves to guide the ejected ink droplets so that the ink droplets can be ejected in a direction that is exactly perpendicular to the substrate 110.

이하에서는 도 6a 및 6b를 참조하며 본 발명에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드의 잉크 액적 토출 메카니즘을 설명하기로 한다.Hereinafter, the ink droplet ejection mechanism of the bubble jet inkjet printhead according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

먼저 도 6a를 참조하면, 모세관 현상에 의해 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)을 통해 잉크 챔버(114) 내부로 잉크(190)가 공급된다. 잉크 챔버(114) 내부에 잉크(190)가 채워진 상태에서, 전극(150)을 통해 히터(130)에 펄스상 전류가 인가되면 히터(130)에서 열이 발생된다. 발생된 열은 히터(130) 아래의 노즐판(120)을 통해 잉크 챔버(114) 내부의 잉크(190)로 전달되고, 이에 따라 잉크(190)가 비등하여 버블(195)이 생성된다. 이 버블(195)의 형상은 히터(130)의 형상에 따라 대략 도우넛 형상이 된다.Referring first to FIG. 6A, ink 190 is supplied into the ink chamber 114 through the manifold 112 and the ink channel 116 by capillary action. In a state where the ink 190 is filled in the ink chamber 114, when a pulsed current is applied to the heater 130 through the electrode 150, heat is generated in the heater 130. The generated heat is transferred to the ink 190 inside the ink chamber 114 through the nozzle plate 120 under the heater 130, whereby the ink 190 boils to generate bubbles 195. The shape of the bubble 195 becomes a substantially donut shape according to the shape of the heater 130.

도우넛 형상의 버블(195)은 시간이 지남에 따라 팽창하게 되고, 도 6b에 도시된 바와 같이 팽창된 버블(196)에 의한 압력에 의해 잉크 챔버(114)로부터 노즐(122)을 통해 잉크 액적(191)이 토출된다.The donut shaped bubble 195 expands over time, and as shown in FIG. 6B, ink droplets (i.e., through the nozzle 122 from the ink chamber 114 by the pressure of the expanded bubble 196) are shown. 191 is discharged.

이때, 팽창된 버블(196)이 잉크 챔버(114)의 가장자리에 위치한 잉크 채널(116)을 막게 되므로 잉크(190)의 역류가 방지된다. 따라서, 서로 인접한 다른잉크 토출부와의 간섭(cross talk)이 억제되므로 잉크토출 특성이 향상된다.At this time, since the expanded bubble 196 blocks the ink channel 116 located at the edge of the ink chamber 114, the back flow of the ink 190 is prevented. Therefore, cross talk with other ink ejecting portions adjacent to each other is suppressed, thereby improving ink ejection characteristics.

그리고, 토출되는 액적(191)은 노즐 가이드(170)에 의해 토출방향이 가이드되어 정확히 기판(110)에 수직한 방향으로 토출될 수 있게 된다.In addition, the discharged droplet 191 is guided in the discharge direction by the nozzle guide 170 so that the discharged droplet 191 may be discharged in a direction perpendicular to the substrate 110.

또한, 잉크 챔버(114)의 형상이 반구형으로 되어 있어 종래의 직육면체 또는 피라밋 모양의 잉크 챔버에 비해 버블(195, 196)의 팽창 경로가 안정적이다.In addition, since the shape of the ink chamber 114 is hemispherical, the expansion paths of the bubbles 195 and 196 are more stable than the conventional rectangular parallelepiped or pyramid ink chambers.

다음으로, 본 발명에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.Next, a method of manufacturing a bubblejet inkjet printhead according to the present invention will be described.

도 7 내지 도 19는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7 to 19 are cross-sectional views for explaining a preferred manufacturing method of an inkjet print head according to the present invention.

먼저, 도 7을 참조하면, 본 실시예에서 기판(110)은 그 두께가 대략 300㎛인 실리콘 기판을 사용한다. 이는, 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼를 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이기 때문이다. 이 실리콘 기판(110)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 실리콘 기판(110)의 표면 및 배면이 산화되어 실리콘 산화막(120, 122)이 형성된다. 기판(110) 표면쪽의 실리콘 산화막(120)은 전술한 노즐판이고, 배면쪽의 실리콘 산화막(122)은 도 17에 도시된 바와 같이 매니폴드(112)를 형성하기 위한 제1 식각 마스크(122')로서 이용될 수 있다.First, referring to FIG. 7, in this embodiment, the substrate 110 uses a silicon substrate having a thickness of approximately 300 μm. This is because silicon wafers widely used in the manufacture of semiconductor devices can be used as they are and are effective for mass production. When the silicon substrate 110 is placed in an oxidation furnace and wet or dry oxidized, the front and back surfaces of the silicon substrate 110 are oxidized to form silicon oxide films 120 and 122. The silicon oxide film 120 on the surface side of the substrate 110 is the nozzle plate described above, and the silicon oxide film 122 on the back side is the first etching mask 122 for forming the manifold 112 as shown in FIG. 17. Can be used as').

한편, 도 7에 도시된 것은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 프린트 헤드는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩 상태로 제조된다. 또한, 도 7에서는 기판(110)의 표면과 배면 모두에 실리콘 산화막(120,122)이 형성된 것으로 도시되었는데, 이는 실리콘 웨이퍼의 배면도 산화 분위기에 노출되는 배치식 산화로를 사용하였기 때문이다. 그러나, 웨이퍼의 표면만 노출되는 매엽식 산화로를 사용하는 경우는 배면에 실리콘 산화막(122)이 형성되지 않는다.On the other hand, shown in Figure 7 shows a very small portion of the silicon wafer, the print head according to the present invention is manufactured in the state of tens to hundreds of chips on one wafer. In addition, in FIG. 7, the silicon oxide films 120 and 122 are formed on both the surface and the back surface of the substrate 110 because the back surface of the silicon wafer is also used in a batch oxidation furnace in which the oxide atmosphere is exposed. However, in the case of using a single-layer oxide furnace in which only the surface of the wafer is exposed, the silicon oxide film 122 is not formed on the back side.

이어서, 기판(110) 표면 쪽의 실리콘 산화막(120) 상에 히터(130)를 형성한다. 이 히터(130)는 실리콘 산화막(120) 전면에 불순물이 도핑된 폴리 실리콘을 증착시킨 다음 이를 환상으로 패터닝함으로써 형성된다. 구체적으로, 불순물이 도핑된 폴리 실리콘은 저압 화학기상증착법(Low pressure chemical vapor deposition; LPCVD)으로 불순물로서 예컨대 인(P)의 소스가스와 함께 증착함으로써 대략 0.7 내지 1㎛ 두께로 형성될 수 있다. 이 폴리 실리콘막의 증착 두께는, 히터(130)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 다른 범위로 할 수도 있다. 실리콘 산화막(120) 전면에 증착된 폴리 실리콘막은 포토마스크와 포토레지스트를 이용한 사진공정과 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각하는 식각공정에 의해 패터닝된다.Subsequently, a heater 130 is formed on the silicon oxide film 120 toward the surface of the substrate 110. The heater 130 is formed by depositing polysilicon doped with impurities on the entire surface of the silicon oxide film 120 and then patterning it in an annular shape. Specifically, the doped polysilicon may be formed to a thickness of approximately 0.7 to 1 μm by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) by depositing with a source gas of phosphorus (P), for example, as an impurity. The deposition thickness of this polysilicon film may be set in another range so as to have an appropriate resistance value in consideration of the width and length of the heater 130. The polysilicon film deposited on the entire surface of the silicon oxide film 120 is patterned by a photolithography process using a photomask and a photoresist and an etching process by etching the photoresist pattern as an etch mask.

도 8은 도 7의 결과물 전면에 히터(130)를 보호하기 위한 제1 보호막(140)을 형성한 후, 다시 그 위에 전극(150)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 제1 보호막(140)은 예컨대, 실리콘 질화막을 대략 0.5㎛ 두께로 화학기상증착법으로 증착함으로써 이루어질 수 있다. 그리고, 제1 보호막(140)을 부분적으로 식각하여 전극(150)과 접속될 부분의 히터(130)를 노출한다. 이어서, 전극(150)은 도전성이 좋고 패터닝이 용이한 금속 예컨대, 알루미늄이나 알루미늄 합금을 대략 1㎛ 두께로 스퍼터링법으로 증착하고 패터닝함으로써 형성된다. 이때, 전극(150)을 이루는 금속막은 기판(110) 상의 다른 부위에서 배선(미도시)과 본딩 패드(도 3의 102)를 이루도록 동시에 패터닝된다.FIG. 8 illustrates a state in which the electrode 150 is formed on the first passivation layer 140 to protect the heater 130 on the entire surface of the resultant of FIG. 7. Specifically, the first passivation layer 140 may be formed by, for example, depositing a silicon nitride layer by a chemical vapor deposition method to a thickness of about 0.5 μm. The first passivation layer 140 is partially etched to expose the heater 130 of the portion to be connected to the electrode 150. Subsequently, the electrode 150 is formed by depositing and patterning a metal having good conductivity and easy patterning, such as aluminum or an aluminum alloy, by a sputtering method to a thickness of about 1 μm. At this time, the metal film constituting the electrode 150 is patterned at the same time to form a wiring (not shown) and a bonding pad (102 in FIG. 3) at other portions of the substrate 110.

도 9는 전극(150)이 형성된 기판(110) 전면에 전극(150)을 보호하기 위한 제2 보호막(160)과 잉크가 토출되는 노즐(122)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 제2 보호막(160)은 TEOS 산화막을 대략 0.7 ~ 1㎛ 정도의 두께로 플라즈마 화학기상증착법에 의해 증착함으로써 이루어질 수 있다. 이어서, 히터(130)의 안쪽으로 히터(130)의 직경보다 작은 직경, 예컨대 16∼20㎛ 정도의 직경으로 제2 보호막(160), 제1 보호막(140) 및 실리콘 산화막(120)을 순차 식각하여 노즐(122)을 형성한다. 노즐(122)은 포토마스크와 포토레지스트를 이용한 사진공정과 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각하는 식각공정에 의해 형성될 수 있다.9 illustrates a state in which a second passivation layer 160 for protecting the electrode 150 and a nozzle 122 through which ink is discharged are formed on the entire surface of the substrate 110 on which the electrode 150 is formed. Specifically, the second passivation layer 160 may be formed by depositing the TEOS oxide layer by a plasma chemical vapor deposition method with a thickness of about 0.7 to 1 μm. Subsequently, the second passivation layer 160, the first passivation layer 140, and the silicon oxide layer 120 are sequentially etched into a diameter smaller than the diameter of the heater 130, for example, about 16 to 20 μm, into the heater 130. The nozzle 122 is formed. The nozzle 122 may be formed by a photo process using a photomask and a photoresist and an etching process by etching the photoresist pattern as an etching mask.

도 10과 도 11은 노즐 가이드(170)를 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다. 한편, 노즐 가이드(170)를 형성하지 않는 경우에는 도 10과 도 11에 도시된 단계는 수행되지 않는다.10 and 11 are diagrams for describing a step of forming the nozzle guide 170. On the other hand, when the nozzle guide 170 is not formed, the steps shown in FIGS. 10 and 11 are not performed.

먼저 도 10에 도시된 바와 같이, 노즐(122)에 의해 노출된 기판(110)을 이방성 식각하여 소정 깊이의 홀(172)을 형성한다. 이어서, 잉크 토출부의 전면에 소정의 물질막, 예컨대 TEOS 산화막(174)을 대략 1㎛ 두께로 증착한다. 다음으로, TEOS 산화막(174)을 기판(110)이 노출될 때까지 이방성 식각하면 도 11에 도시된 바와 같이 홀(172)의 측벽에 노즐 가이드(170)가 형성된다.First, as shown in FIG. 10, the substrate 110 exposed by the nozzle 122 is anisotropically etched to form holes 172 having a predetermined depth. Subsequently, a predetermined material film, such as TEOS oxide film 174, is deposited on the entire surface of the ink ejection portion to a thickness of about 1 탆. Next, when the TEOS oxide film 174 is anisotropically etched until the substrate 110 is exposed, the nozzle guide 170 is formed on the sidewall of the hole 172 as shown in FIG. 11.

도 12는 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116)을 형성한 상태를 도시한 것이다.구체적으로, 잉크 챔버(114)는 노즐(122)에 의해 노출된 기판(110)을 등방성 식각함으로써 형성할 수 있다. 구체적으로, XeF2가스 또는 BrF3가스를 식각가스로 사용하여 기판(110)을 소정 시간 동안 건식식각한다. 그러면 도시된 바와 같이, 그 깊이와 반경이 대략 30㎛인 대략 반구형의 잉크 챔버(114)가 형성된다.12 shows a state in which the ink chamber 114 and the ink channel 116 are formed. Specifically, the ink chamber 114 is formed by isotropic etching of the substrate 110 exposed by the nozzle 122. Can be. Specifically, the substrate 110 is dry-etched for a predetermined time using XeF 2 gas or BrF 3 gas as an etching gas. Then, as shown, an approximately hemispherical ink chamber 114 having a depth and radius of approximately 30 mu m is formed.

도 13 내지 도 17은 기판(110)의 배면을 식각하여 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.13 to 17 illustrate the steps of forming the manifold 112 and the ink channel 116 by etching the back surface of the substrate 110.

먼저, 도 13에 도시된 바와 같이 기판(110)의 배면에 제1 식각 마스크(122')를 형성한다. 제1 식각 마스크(122')는 도 17의 단계에서 매니폴드(112)를 형성하기 위한 것으로, 도 7의 단계에서 기판(110)의 배면에 증착된 실리콘 산화막(122)을 패터닝함으로써 이루어질 수 있다. 한편, 제1 식각 마스크(122')는 기판(110)의 배면에 실리콘 산화막(122)과는 별도의 물질층을 증착한 후 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.First, as shown in FIG. 13, a first etching mask 122 ′ is formed on the rear surface of the substrate 110. The first etching mask 122 ′ is for forming the manifold 112 in the step of FIG. 17. The first etching mask 122 ′ may be formed by patterning the silicon oxide film 122 deposited on the back surface of the substrate 110 in the step of FIG. 7. . Meanwhile, the first etching mask 122 ′ may be formed by depositing a material layer separate from the silicon oxide layer 122 on the back surface of the substrate 110 and then patterning the material layer.

다음에는, 도 14에 도시된 바와 같이 제1 식각 마스크(122')가 형성된 기판(110)의 배면에 다시 제2 식각 마스크(124)를 형성한다. 제2 식각 마스크(124)는 도 15의 단계에서 채널 형성용 홀(116')을 형성하기 위한 것으로, 기판(110)의 배면에 포토레지스트를 스핀 코팅법에 의해 도포하고 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.Next, as shown in FIG. 14, the second etching mask 124 is formed on the rear surface of the substrate 110 on which the first etching mask 122 'is formed. The second etching mask 124 is for forming the channel forming hole 116 ′ in the step of FIG. 15. The second etching mask 124 may be formed by applying a photoresist to the back surface of the substrate 110 by spin coating and patterning the photoresist. .

이어서, 도 15에 도시된 바와 같이 제2 식각 마스크(124)에 의해 노출된 기판(110)의 배면을 식각하여 소정 깊이의 채널 형성용 홀(116')을 형성한다. 구체적으로, 채널 형성용 홀(116')은 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma - ReactiveIon Etching) 법을 이용하여 기판(110)의 배면을 대략 60㎛ 깊이로 건식 식각함으로써 형성될 수 있다. 채널 형성용 홀(116')을 형성한 후에는 제2 식각 마스크(124)를 제거하여 도 16에 도시된 바와 같이 제1 식각 마스크(122')와 기판(110)의 배면 중 매니폴드(도 17의 112)가 형성될 부위를 노출시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 15, the rear surface of the substrate 110 exposed by the second etching mask 124 is etched to form a channel forming hole 116 ′ having a predetermined depth. In detail, the channel forming hole 116 ′ may be formed by dry etching the rear surface of the substrate 110 to a depth of about 60 μm using an ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching) method. After forming the channel forming hole 116 ′, the second etching mask 124 is removed to form a manifold (refer to FIG. 16) of the back surface of the first etching mask 122 ′ and the substrate 110 as shown in FIG. 16. 112 of 17) exposes the site to be formed.

마지막으로, 도 17에 도시된 바와 같이 노출된 기판(110)의 배면을 식각하여 매니폴드(112)를 형성한다. 이와 동시에 채널 형성용 홀(116')은 더욱 깊게 식각되어 잉크 챔버(114)의 가장자리와 연결됨으로써 잉크 채널(116)이 형성된다. 이와 같은 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)의 형성 단계도 ICP-RIE 법을 사용한 건식 식각에 의해 수행될 수 있다.Finally, as shown in FIG. 17, the rear surface of the exposed substrate 110 is etched to form the manifold 112. At the same time, the channel forming hole 116 ′ is deeply etched and connected to the edge of the ink chamber 114 to form the ink channel 116. Such a step of forming the manifold 112 and the ink channel 116 may also be performed by dry etching using the ICP-RIE method.

한편, 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)은 전술한 방법과는 다른 방법으로 형성될 수 있으며, 이러한 방법은 도 18과 도 19에 도시되어 있다.On the other hand, the manifold 112 and the ink channel 116 may be formed by a method different from the above-described method, which is illustrated in FIGS. 18 and 19.

먼저, 도 13의 단계에서 기판(110)의 배면에 제1 식각 마스크(122')를 형성한 후, 도 18에 도시된 바와 같이 노출된 기판(110)의 배면을 식각하여 매니폴드(112)를 형성한다. 매니폴드(112)는 전술한 바와 같이 ICP-RIE 법을 사용한 건식 식각에 의해 형성될 수 있다.First, after forming the first etching mask 122 ′ on the back surface of the substrate 110 in FIG. 13, the back surface of the exposed substrate 110 is etched as shown in FIG. 18 to manifold 112. To form. Manifold 112 may be formed by dry etching using the ICP-RIE method as described above.

이어서, 도 19에 도시된 바와 같이 매니폴드(112)가 형성된 기판(110)의 배면에 제2 식각 마스크(124')를 형성한다. 제2 식각 마스크(124')는 기판(110)의 배면에 포토레지스트를 스프레이 코팅법에 의해 도포하고 이를 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.Subsequently, as illustrated in FIG. 19, a second etching mask 124 ′ is formed on the rear surface of the substrate 110 on which the manifold 112 is formed. The second etching mask 124 ′ may be formed by applying and patterning a photoresist on the back surface of the substrate 110 by spray coating.

마지막으로, 패터닝된 제2 식각 마스크(124')에 의해 노출된 기판(110)을ICP-RIE 법을 사용하여 건식 식각한 뒤 제2 식각 마스크(124')를 제거하면, 도 17에 도시된 바와 같이 잉크 채널(116)이 형성됨으로써 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드가 완성된다.Finally, when the substrate 110 exposed by the patterned second etching mask 124 'is dry-etched using the ICP-RIE method and then the second etching mask 124' is removed, the substrate 110 shown in FIG. As the ink channel 116 is formed, the inkjet print head according to the present invention is completed.

한편, 매니폴드(112)와 잉크 채널(116)의 형성은 습식 식각법에 의해 수행될 수도 있으나, 상기한 바와 같이 ICP-RIE 법에 의한 건식 식각에 의하는 것이 바람직하다. 이는 건식 식각법에 의하면 잉크 채널(116)의 위치와 크기를 용이하게 조절할 수 있고, 이에 따라 매니폴드(112)의 면적을 보다 작게 형성하여 구조적으로 견고한 프린트 헤드를 제조할 수 있으며, 또한 식각액에 의한 기판(110)의 오염도 방지될 수 있기 때문이다. 그리고, 기판(110)을 그 표면쪽에서 식각하여 잉크 채널(116)을 형성하지 않고, 기판(110)을 그 배면쪽에서 식각하여 잉크 채널(116)을 형성하게 되므로, 기판(110) 표면에 형성된 구성요소들이 플라즈마에 의해 손상받지 않는다.On the other hand, the formation of the manifold 112 and the ink channel 116 may be performed by a wet etching method, it is preferable to dry etching by the ICP-RIE method as described above. According to the dry etching method, the position and size of the ink channel 116 can be easily adjusted, thereby making the area of the manifold 112 smaller, thereby making it possible to manufacture a structurally robust print head. This is because contamination of the substrate 110 may be prevented. Since the substrate 110 is not etched from the surface side thereof to form the ink channel 116, the substrate 110 is etched from the rear side thereof to form the ink channel 116, so that the substrate 110 is formed on the surface of the substrate 110. The elements are not damaged by the plasma.

도 20 내지 도 22는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 다른 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 이 제조방법은 잉크 챔버와 잉크 채널은 제1 기판에 형성하고, 매니폴드는 제1 기판과는 별도의 제2 기판에 형성한 후, 제1 기판과 제2 기판을 접합함으로써 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드를 제조하는 방법이다.20 to 22 are cross-sectional views illustrating another method of manufacturing an inkjet print head according to the present invention. In this manufacturing method, an ink chamber and an ink channel are formed on a first substrate, and a manifold is formed on a second substrate separate from the first substrate, and then the first substrate and the second substrate are bonded to each other to thereby inkjet print the present invention. The method of manufacturing the head.

먼저, 도 20에 도시된 바와 같이 제1 기판(110a)의 표면쪽에 히터(130), 전극(150), 노즐(122), 노즐 가이드(170) 및 반구형 잉크 챔버(114)를 순차적으로 형성한다. 여기에서, 제1 기판(110a)은 그 두께가 대략 100㎛인 실리콘 기판을 사용한다. 그리고, 제1 기판(110a)의 표면쪽에 형성되는 히터(130) 등의 구성요소들은전술한 방법과 같은 방법으로 형성되므로 그 설명은 생략한다. 이어서, 제1 기판(110a)의 배면에 잉크 채널(116)이 형성될 부위를 노출시키는 식각 마스크를 형성하고, 노출된 제1 기판(110a)의 배면을 식각하여 잉크 챔버(114)의 가장자리에 연결되는 잉크 채널(116)을 형성한다. 잉크 채널(116)은 ICP-RIE 법을 사용하여 제1 기판(110a)의 배면을 건식 식각함으로써 형성될 수 있다. 잉크 채널(114)이 형성된 후에 식각 마스크는 제거될 수 있다.First, as shown in FIG. 20, the heater 130, the electrode 150, the nozzle 122, the nozzle guide 170, and the hemispherical ink chamber 114 are sequentially formed on the surface side of the first substrate 110a. . Here, the first substrate 110a uses a silicon substrate whose thickness is approximately 100 μm. Since the components such as the heater 130 formed on the surface of the first substrate 110a are formed by the same method as described above, the description thereof will be omitted. Subsequently, an etching mask is formed on the rear surface of the first substrate 110a to expose a portion where the ink channel 116 is to be formed, and the rear surface of the exposed first substrate 110a is etched to the edge of the ink chamber 114. The ink channel 116 to be connected is formed. The ink channel 116 may be formed by dry etching the back surface of the first substrate 110a using the ICP-RIE method. The etching mask may be removed after the ink channel 114 is formed.

상기한 제1 기판(110a)에 잉크 챔버(114)와 잉크 채널(116) 등을 형성하는 과정과는 별도로, 도 21에 도시된 바와 같이 제2 기판(110b)에 매니폴드(112)를 형성한다. 여기에서, 제2 기판(110b)은 그 두께가 대략 600㎛인 실리콘 기판을 사용한다. 매니폴드(112)는 상기한 건식 식각법에 의해 형성될 수 있으며, 또는 에칭액(etchant)으로서 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)를 사용하는 습식 식각법에 의해 형성될 수 있다. 한편, 매니폴드(112)는 제2 기판(110b)의 매니폴드(112)가 형성될 부위를 샌드 블라스트(sand blast)에 의해 제거함으로써 형성될 수도 있다.Apart from the process of forming the ink chamber 114, the ink channel 116, and the like on the first substrate 110a, the manifold 112 is formed on the second substrate 110b as shown in FIG. 21. do. Here, the second substrate 110b uses a silicon substrate whose thickness is approximately 600 µm. The manifold 112 may be formed by the dry etching method described above, or may be formed by a wet etching method using Tetramethyl Ammonium Hydroxide (TMAH) as an etchant. Meanwhile, the manifold 112 may be formed by removing a portion where the manifold 112 of the second substrate 110b is to be formed by a sand blast.

마지막으로, 도 20에 도시된 제1 기판(110a)과 도 21에 도시된 제2 기판(110b)를 접합함으로써, 도 22에 도시된 바와 같은 두 개의 기판(110a, 110b)이 접합되어 이루어진 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드가 완성된다. 여기에서, 두 개의 기판(110a, 110b)의 접합은 잘 알려져 있는 SDB(Silicon Direct Bonding)법에 의해 수행될 수 있다.Finally, by bonding the first substrate 110a shown in FIG. 20 and the second substrate 110b shown in FIG. 21, two substrates 110a and 110b as shown in FIG. 22 are bonded to each other. An inkjet print head according to the invention is completed. Here, the bonding of the two substrates 110a and 110b may be performed by a well-known silicon direct bonding (SDB) method.

이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, 본 발명에서 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있다. 즉, 기판은 반드시 실리콘이 아니라도 가공성이 좋은 다른 물질로 대체될 수 있고, 히터나 전극, 실리콘 산화막, 질화막 등도 마찬가지이다. 또, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법과 식각방법이 적용될 수 있다. 아울러, 각 단계에서 예시된 구체적인 수치는 제조된 프린트 헤드가 정상적으로 작동할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 예시된 범위를 벗어나 조정가능하다. 또한, 본 발명의 프린트 헤드 제조방법의 각 단계의 순서는 예시된 바와 달리할 수 있다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and equivalent other embodiments are possible. For example, the materials used to construct each element of the printhead in the present invention may use materials not illustrated. That is, the substrate may be replaced with another material having good processability even if it is not necessarily silicon. The same applies to a heater, an electrode, a silicon oxide film, and a nitride film. In addition, as a method of laminating and forming each material is merely illustrated, various deposition methods and etching methods may be applied. In addition, the specific values exemplified in each step may be adjusted beyond the exemplified ranges within the range in which the manufactured print head can operate normally. In addition, the order of each step of the printhead manufacturing method of the present invention may be different from that illustrated.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.As described above, the bubblejet inkjet printhead and its manufacturing method according to the present invention have the following effects.

첫째, 잉크 채널이 잉크 챔버의 중심부를 벗어나 그 가장자리 부근에 배치되므로, 팽창된 버블이 잉크 채널을 막게 되어 잉크의 역류가 방지된다. 따라서, 서로 인접한 다른 잉크 토출부와의 간섭이 억제되고 잉크토출 특성이 향상된다.First, since the ink channel is located near the edge of the ink chamber, the expanded bubble blocks the ink channel and prevents backflow of the ink. Therefore, interference with other ink ejecting portions adjacent to each other is suppressed and ink ejection characteristics are improved.

둘째, 잉크 챔버의 아래쪽에 잉크 채널과 매니폴드가 배치되므로 노즐 밀도가 높아져서 고해상도의 프린트 헤드를 구현하기가 용이하다.Second, since the ink channel and the manifold are disposed below the ink chamber, the nozzle density is increased, so that it is easy to realize a high resolution print head.

셋째, 잉크 챔버와 잉크 채널이 형성된 기판상에 노즐이 마련된 노즐판이 일체화되어 형성되므로, 잉크 챔버와 노즐이 오정렬되는 종래의 문제점이 해소된다. 한편, 두 개의 기판을 사용하는 경우에도 잉크 챔버가 형성된 제1 기판과 노즐판은일체로 형성되므로 상기와 같은 장점을 가진다. 또한, 일반적인 반도체 소자의 제조공정과 호환이 가능하며 대량생산이 용이해진다.Third, since the nozzle plate provided with the nozzle is integrally formed on the substrate on which the ink chamber and the ink channel are formed, the conventional problem of misaligning the ink chamber and the nozzle is solved. Meanwhile, even when two substrates are used, the first substrate and the nozzle plate on which the ink chambers are formed are integrally formed, and thus have the above advantages. In addition, it is compatible with the general manufacturing process of semiconductor devices, and mass production becomes easy.

넷째, 히터를 환상으로 형성하고, 잉크 챔버의 형상을 반구형으로 형성함으로써, 버블의 팽창 경로가 안정적이고 잉크의 역류가 억제되어 다른 잉크 토출부와의 간섭을 피할 수 있으며, 노즐 가이드에 의해 액적의 토출방향이 가이드되어 액적이 기판에 정확히 수직한 방향으로 토출될 수 있게 된다.Fourth, by forming the heater in an annular shape and forming the shape of the ink chamber in a hemispherical shape, the expansion path of the bubble is stable, the back flow of ink is suppressed, and interference with other ink ejecting portions can be avoided. The discharge direction is guided so that the droplets can be discharged in a direction that is exactly perpendicular to the substrate.

Claims (25)

그 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 그 배면쪽에는 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 상기 잉크 챔버의 아래쪽에 위치하도록 형성되며, 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드 사이에는 수직으로 관통된 잉크 채널이 형성된 기판;An ink chamber filled with ink to be discharged is formed on a surface thereof, and a manifold for supplying ink to the ink chamber is formed below the ink chamber, and an ink chamber and the manifold A substrate having an ink channel vertically penetrated therebetween; 상기 기판 상에 일체로 형성되며, 상기 잉크 챔버의 중심부에 대응되는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐판;A nozzle plate integrally formed on the substrate and having a nozzle configured to discharge ink at a position corresponding to the center of the ink chamber; 상기 노즐판 상에 상기 노즐을 둘러싸는 형상으로 형성된 히터; 및A heater formed on the nozzle plate in a shape surrounding the nozzle; And 상기 노즐판 상에 마련되며, 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 전극;을 구비하며,An electrode provided on the nozzle plate and electrically connected to the heater to apply a current to the heater; 상기 잉크 챔버는 실질적으로 반구형의 형상을 가지고, 상기 잉크 채널은 상기 노즐과 일직선상에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.And the ink chamber has a substantially hemispherical shape, and wherein the ink channel is not located in line with the nozzle. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 잉크 채널은 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근에 형성된 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.And the ink channel is formed near an edge of the ink chamber. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터는 링 형상이며, 상기 잉크 채널은 상기 히터의 상기 전극과 접속되는 부분 아래쪽에 위치하는 것을 특징을 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.The heater is a ring-shaped, the ink channel is a bubble jet inkjet printhead, characterized in that located below the portion connected to the electrode of the heater. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터는 오메가 형상이며, 상기 잉크 채널은 상기 히터의 목부위 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.The heater is omega-shaped, the ink channel is a bubble jet inkjet print head, characterized in that located below the neck of the heater. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 잉크 채널의 단면 형상은 원형인 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.The cross-sectional shape of the ink channel is a bubble jet inkjet printhead, characterized in that the circular. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 잉크 채널의 단면 형상은 사각형인 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의잉크젯 프린트 헤드.The cross-sectional shape of the ink channel is a bubble jet inkjet printhead, characterized in that the rectangular. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼이며, 상기 노즐판은 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.The substrate is a silicon wafer, and the nozzle plate is a bubble jet inkjet printhead, characterized in that the silicon oxide film formed by oxidizing the surface of the silicon wafer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐의 가장자리에서 상기 잉크 챔버의 깊이 방향으로 연장된 노즐 가이드가 형성된 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.And a nozzle guide extending from the edge of the nozzle in the depth direction of the ink chamber. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 상기 잉크 챔버와 상기 잉크 채널이 형성된 제1 기판과, 상기 매니폴드가 형성된 제2 기판이 접합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 버블젯 방식의 잉크젯 프린트 헤드.The substrate is a bubble jet inkjet printhead, characterized in that the ink chamber, the first substrate on which the ink channel is formed, and the second substrate on which the manifold is formed are bonded. 기판의 표면에 노즐판을 형성하는 단계;Forming a nozzle plate on the surface of the substrate; 상기 노즐판 상에 환상의 히터를 형성하는 단계;Forming an annular heater on the nozzle plate; 상기 노즐판 상에 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계;Forming an electrode electrically connected to the heater on the nozzle plate; 상기 히터의 안쪽으로 상기 히터의 직경보다 작은 직경으로 상기 노즐판을식각하여 잉크의 토출이 이루어지는 노즐을 형성하는 단계;Forming a nozzle in which ink is ejected by etching the nozzle plate to a diameter smaller than the diameter of the heater inside the heater; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 식각하여, 실질적으로 반구형의 형상을 가지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및Etching the substrate exposed by the nozzle to form an ink chamber having a substantially hemispherical shape; And 상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드와, 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근까지 관통된 수직 잉크 채널을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.And forming a manifold for supplying ink by etching the rear surface of the substrate, and forming a vertical ink channel penetrated from the manifold to the vicinity of the edge of the ink chamber. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼이고, 상기 노즐판을 형성하는 단계는 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.The substrate is a silicon wafer, and the forming of the nozzle plate comprises oxidizing the surface of the silicon wafer to form a silicon oxide film having a predetermined thickness. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 히터 위에는 제1 보호막이 형성되며, 상기 제1 보호막 상에 상기 전극이 형성되고, 상기 전극 위에 제2 보호막이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.A first passivation film is formed on the heater, the electrode is formed on the first passivation film, and the second passivation film is formed on the electrode. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는, 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 등방성 건식식각함으로써 상기 잉크 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯프린트 헤드의 제조방법.The forming of the ink chamber may include forming the ink chamber by isotropic dry etching the substrate exposed by the nozzle. 제 10항에 있어서, 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는;The method of claim 10, wherein forming the ink chamber; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 이방성 식각하여 소정 깊이의 홀을 형성하는 단계와,Anisotropically etching the substrate exposed by the nozzle to form a hole having a predetermined depth; 상기 이방성 식각된 기판의 전면에 소정의 물질막을 소정 두께로 증착하는 단계와,Depositing a predetermined material layer on a surface of the anisotropically etched substrate to a predetermined thickness; 상기 물질막을 이방성 식각하여 상기 홀의 바닥을 노출함과 동시에 상기 홀의 측벽에 상기 물질막으로 이루어진 노즐 가이드를 형성하는 단계와,Anisotropically etching the material film to expose the bottom of the hole and simultaneously forming a nozzle guide made of the material film on the sidewall of the hole; 상기 홀의 바닥에 노출된 상기 기판을 등방성 식각하여 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.And isotropically etching the substrate exposed at the bottom of the hole to form the ink chamber. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 물질막은 TEOS 산화막인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.The material film is a manufacturing method of an inkjet print head, characterized in that the TEOS oxide film. 제 10항에 있어서, 상기 매니폴드와 잉크 채널을 형성하는 단계는;11. The method of claim 10, wherein forming the manifold and ink channels; 상기 기판의 배면에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하고, 다시 그 위에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하는 단계와,Forming an etch mask for a manifold on the back surface of the substrate, and forming an etching mask for an ink channel thereon; 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여소정 깊이의 잉크 채널 형성용 홀을 형성하는 단계와,Etching the back surface of the substrate exposed by the etching mask for the ink channel to form an ink channel forming hole having a predetermined depth; 상기 잉크 채널용 식각 마스크를 제거하여 상기 매니폴드용 식각 마스크를 노출시키는 단계와,Removing the etching mask for the ink channel to expose the etching mask for the manifold; 상기 매니폴드용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 매니폴드와 상기 잉크 채널을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.And etching the back surface of the substrate exposed by the etch mask for manifold to form the manifold and the ink channel at the same time. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 매니폴드용 식각 마스크는 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 이루어지며, 상기 잉크 채널용 식각 마스크는 포토레지스트를 스핀 코팅법에 의해 도포한 뒤 이를 패터닝함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.The etching mask for the manifold is formed by patterning a silicon oxide film formed on the back surface of the substrate, and the etching mask for the ink channel is formed by applying a photoresist by spin coating and patterning the same. Manufacturing method. 제 10항에 있어서, 상기 매니폴드와 잉크 채널을 형성하는 단계는;11. The method of claim 10, wherein forming the manifold and ink channels; 상기 기판의 배면에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하는 단계와,Forming an etch mask for a manifold on a rear surface of the substrate; 상기 매니폴드용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 매니폴드를 형성하는 단계와,Etching the back surface of the substrate exposed by the manifold etching mask to form the manifold; 상기 매니폴드가 형성된 상기 기판의 배면에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하는 단계와,Forming an etching mask for an ink channel on a rear surface of the substrate on which the manifold is formed; 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여상기 잉크 채널을 형성하는 단계와,Etching the back surface of the substrate exposed by the etching mask for the ink channel to form the ink channel; 상기 잉크 채널용 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.Removing the etch mask for the ink channel. 제 18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 매니폴드용 식각 마스크는 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 이루어지며, 상기 잉크 채널용 식각 마스크는 포토레지스트를 스프레이 코팅법에 의해 도포한 뒤 이를 패터닝함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.The etching mask for the manifold is formed by patterning a silicon oxide film formed on the back surface of the substrate, and the etching mask for the ink channel is formed by applying a photoresist by spray coating and patterning the same. Manufacturing method. 제 16항 또는 제 18항에 있어서,The method of claim 16 or 18, 상기 기판 배면의 식각은 건식 식각법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.And etching the back surface of the substrate by a dry etching method. 제1 기판의 표면에 노즐판을 형성하는 단계;Forming a nozzle plate on the surface of the first substrate; 상기 노즐판 상에 환상의 히터를 형성하는 단계;Forming an annular heater on the nozzle plate; 상기 노즐판 상에 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계;Forming an electrode electrically connected to the heater on the nozzle plate; 상기 히터의 안쪽으로 상기 히터의 직경보다 작은 직경으로 상기 노즐판을 식각하여 잉크의 토출이 이루어지는 노즐을 형성하는 단계;Forming a nozzle through which the ink is ejected by etching the nozzle plate to a diameter smaller than the diameter of the heater inside the heater; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 제1 기판을 식각하여, 실질적으로 반구형의형상을 가지는 잉크 챔버를 형성하는 단계;Etching the first substrate exposed by the nozzle to form an ink chamber having a substantially hemispherical shape; 상기 제1 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크 챔버의 가장자리 부근까지 관통된 수직 잉크 채널을 형성하는 단계;Etching a rear surface of the first substrate to form a vertical ink channel penetrating to an edge of the ink chamber; 제2 기판에 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계; 및Forming a manifold for supplying ink to the second substrate; And 상기 제2 기판 위에 상기 제1 기판을 접합하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.Bonding the first substrate onto the second substrate. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 제1 기판과 제2 기판은 모두 실리콘 웨이퍼이고, 상기 노즐판을 형성하는 단계는 상기 제1 기판용 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.The first substrate and the second substrate are both silicon wafers, and the forming of the nozzle plate comprises oxidizing a surface of the silicon wafer for the first substrate to form a silicon oxide film having a predetermined thickness. Manufacturing method. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 잉크 채널을 형성하는 단계는, 상기 제1 기판의 배면에 잉크 채널용 식각 마스크를 형성하고, 상기 잉크 채널용 식각 마스크에 의해 노출된 제1 기판의 배면을 건식 식각하여 상기 잉크 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.The forming of the ink channel may include forming an ink channel etching mask on a rear surface of the first substrate, and dry etching the back surface of the first substrate exposed by the ink channel etching mask to form the ink channel. A method of manufacturing an inkjet print head, characterized in that. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 매니폴드를 형성하는 단계는, 상기 제2 기판에 매니폴드용 식각 마스크를 형성하고, 상기 식각 마스크에 의해 노출된 상기 제2 기판의 소정 부위를 식각에 의해 제거함으로써 상기 매니폴드를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.The forming of the manifold may include forming the manifold by forming an etch mask for the manifold on the second substrate and removing a predetermined portion of the second substrate exposed by the etching mask by etching. A method of manufacturing an inkjet print head, characterized in that. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 매니폴드를 형성하는 단계는, 상기 제2 기판의 소정 부위를 샌드 블라스트에 의해 제거함으로써 상기 매니폴드를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.The forming of the manifold may include forming the manifold by removing a predetermined portion of the second substrate by sand blasting.
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