KR100433528B1

KR100433528B1 - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100433528B1
Application number: KR10-2001-0074962A
Authority: KR
Inventors: 정명송; 박성준; 김태균; 민재식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2004-06-02
Also published as: US20030098899A1; US7758165B2; KR20030044264A; US20080096296A1; US7341332B2

Abstract

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는공간부가 형성된 기판과, 기판의 상측에 설치되어 잉크가 저장되는 잉크챔버가 형성된 유로판과, 유로판의 상면에 설치되어 잉크가 토출되는 노즐이 형성되어 있는 노즐판과, 기판과 유로판의 사이에 마련되어 잉크챔버의 체적을 변화시켜 잉크를 토출시키기 위한 압력을 발생시키는 것으로 공간부의 적어도 일부를 덮도록 기판의 상면에 형성되는 기저층과, 잉크챔버에 접하도록 형성되어 온도변화에 따라 형상이 변화되는 박막형상기억합금과, 기저층과 박막형상기억합금의 사이에 마련되어 열을 발생시키는 발열부재와, 발열부재와 박막형상기억합금의 사이에 형성되어 발열부재에서 발생된 열을 형상기억합금에 전달하는 절연층을 구비한다. 이와 같은 구성에 의하면 발열부재의 온도저항계수가 안정되어 전압의 높이와 폭 조절이 용이해져 정밀하게 전력제어가 가능하므로 일정한 화상품질을 가질 수 있으며, 발열부재가 잉크와 직접 접촉하지 않으므로 안전성이 있다.

Description

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet printhead and manufacturing method thereof}

본 발명은 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형상기억합금을 이용한 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린트헤드는 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지상의 원하는 위치에 토출 시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치로서, 필요한 경우에만 기록용지상에 잉크의 미소한 액적을 분사하는 DOD(Drop On Demand)방식을 주로 이용하고 있다.

DOD(Drop On Demand)방식을 이용하는 잉크젯 프린트헤드의 잉크 토출방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 기포(버블)를 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 가열식 분사방식과, 압전체를 이용하여 압전체의 변형으로 인해 생기는 잉크의 체적변화에 의해 잉크를 토출시키는 진동식 분사방식 및 형상기억합금을 이용하여 기억하고 있는 원래의 형상으로 복귀함으로 인해 생기는 잉크의 체적변화에 의해 잉크를 토출시키는 형상기억합금을 이용한 분사방식이 있다.

가열식 분사방식은 헤드의 챔버 내에 열을 공급할 수 있는 히터를 장착하여 매우 짧은 시간 안에 상당히 큰 전기에너지를 공급함에 따라 히터의 고유저항 때문에 열이 발생한다. 이 열이 히터와 절연막에 전달되어, 접촉하고 있는 잉크로 전달되어 수용성잉크가 임계점 이상으로 온도가 급격히 상승하게 된다. 잉크의 온도가 임계점 이상으로 상승하게 되면 기포가 형성되고, 형성된 기포는 주변의 잉크에 압력을 가하면서 형성된 기포의 부피만큼 잉크를 밀어낸다. 압력과 부피변화에 의한운동에너지를 받은 잉크는 노즐을 통해 토출된다. 이때 토출되는 잉크는 잉크 고유의 표면에너지를 최소화하기 위해 잉크방울을 형성하면서 지면으로 토출된다.

이와 같은 가열식 분사방식은 열에너지에 의해 발생되는 기포의 붕괴시 발생하는 압력으로 인한 연속적인 충격 때문에 내구성에 문제가 있으며, 잉크방울의 크기를 조절하기 어렵다.

진동식 분사방식은 헤드의 챔버에 압력을 가할 수 있도록, 다이아프램에 압전물질을 부착하여 전압이 인가되면 힘을 발생시키는 압전특성을 이용하여 챔버에 압력을 제공하여 잉크를 밀어내는 방식이다.

이와 같은 진동식 분사방식을 이용한 잉크젯 프린터헤드는 고가의 압전소자를 사용하기 때문에 가격이 비싸며, 압전소자를 전극, 절연층, 보호층 등과 잘 조화시켜야 하기 때문에 그 제조공정이 까다로워 수율이 저조한 문제점이 있다.

도 1은 종래의 형상기억합금을 이용한 잉크젯 프린트 헤드를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 발명은 미국특허 US 6130689에 도시된 내용이다.

도 1을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 관통되어 형성된 공간부(11)를 구비하는 기판(10)과, 상기 기판(10)의 상면에 공간부(11)를 덮도록 설치되는 진동판(12)과, 상기 진동판(12)에 일측이 접촉되도록 설치되어 진동판(12)에 전류를 인가하는 전극(21a)과, 상기 기판(10)위에 설치되어 잉크(20)가 토출되는 노즐(19)이 형성된 노즐판(18)과, 상기 기판(10)과 노즐판(18)의 사이에 개재되어 잉크(20)가 저장되는 챔버(14)를 형성하는 유로판(13)과, 상기 챔버(14)에 잉크(20)가 흘러갈 수 있는 통로를 제공하는 유로(16)로 구성되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 잉크젯 프린트헤드는 진동판(12)이 도 1에 도시된 바와 같이 잔류응력에 의해 변형되어 공간부(11)쪽으로 휘어져 있다가 외부로부터 전류가 전극(21a)을 통하여 인가되면 상기 진동판(12)은 노즐판(18)쪽으로 움직여 원래의 형상으로 편평하게 복귀된다. 이때, 상기 챔버(14)의 체적은 변화되어 그 운동에너지에 의하여 잉크(20)가 노즐(19)을 통하여 인쇄용지로 토출된다.

상기와 같은 형상기억합금을 이용한 잉크젯 프린트헤드는 형상기억합금 자체의 비저항이 일반적인 발열부재에 비해 1/2이하로 낮아 공급되는 전력이 많아야 한다. 특히, 형상기억합금이 마르텐사이트 상(martensite phase)에서 오스테나이트 상(austenite phase)으로 상 변태시에 비 저항값이 바뀌게 되어, 예를들어 70-80μΩ·㎝에서 100-120 μΩ·㎝로 바뀌어 공급되는 전력의 변동폭이 커지게 되어 정밀한 전력 제어가 어렵게 된다. 이렇게 전력제어가 정밀하지 않으면 토출되는 잉크의 양을 정확하게 제어할 수 없게되어 일정한 화상품질을 가질 수 없게 된다.

또한, 형상기억합금이 잉크와 직접 접촉하고 있기 때문에 전극을 통하여 전달된 전류가 잉크에 직접 전달되어 잉크의 조성이 변화되므로 목적하는 잉크의 토출이 불가능하게 될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안한 것으로, 별도의 발열부재를 이용하여 형상기억합금에 간접적으로 열이 전달되도록 개선된 잉크젯 프린트 헤드를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 도 1은 종래의 형상기억합금을 이용한 잉크젯 프린트 헤드를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직구조를 도시한 단면도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 토출메카니즘을 설명하기 위한 단면도.

도 4a 내지 도 4k는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 과정을 도시한 단면도들.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30...기판 31, 31'...기저층

32... 공간부 33...발열부재

34...전극 35...절연층

36...박막형상기억합금 37...잉크챔버

38...진동판 40...유로판

50...노즐판 51...노즐

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 잉크젯 프린트헤드는 공간부가 형성된 기판과, 상기 기판의 상측에 설치되어 잉크가 저장되는 잉크챔버가 형성된 유로판과, 상기 유로판의 상면에 설치되어 잉크가 토출되는 노즐이 형성되어 있는 노즐판과, 상기 기판과 유로판의 사이에 마련되어 상기 잉크챔버의 체적을 변화시켜 잉크를 토출시키기 위한 압력을 발생시키는 진동판을 구비하는 잉크젯 프린트 헤드에 있어서, 상기 진동판은 상기 공간부의 적어도 일부를 덮도록 상기 기판의 상면에 형성되는 기저층과, 상기 잉크챔버에 접하도록 형성되어 온도변화에 따라 형상이 변화되는 박막형상기억합금과, 상기 기저층과 박막형상기억합금의 사이에 마련되어 열을 발생시키는 발열부재와, 상기 발열부재와 박막형상기억합금의 사이에 형성되어 상기 발열부재에서 발생된 열을 상기 형상기억합금에 전달하는 절연층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 발열부재와 절연층 사이에 마련되어 외부전원으로부터 전류를 상기 발열부재에 인가시키는 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 기저층의 두께는 0.5㎛ ∼ 3㎛이다.

본 발명에 따르면, 상기 발열부재의 두께는 0.05㎛ ∼ 0.3㎛이며, 비저항이 100μΩㆍ㎝ 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 전극의 두께는 0.2㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 절연층은 실리콘 탄소화물이나, DLC(Diamond Like Carbon)로 구성되어 있으며, 그 두께는 0.05㎛ ∼ 1㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 박막형상기억합금의 두께는 0.5㎛ ∼ 5㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법은

기판의 양 표면에 기저층을 형성하는 단계, 상기 기저층의 상부에 열을 발생시키는 발열부재를 형성하는 단계, 상기 발열부재의 상부에 외부전원으로부터 전류를 인가시키는 전극을 형성하는 단계, 상기 전극의 상부에 상기 발열부재에서 발생된 열을 전달하는 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층의 상부에 온도변화에 따라 형상이 변화하는 박막형상기억합금을 형성하는 단계, 상기 기판을 식각하여 공간부를 형성하는 단계, 상기 박막형상기억합금의 상부에 감광층을 적층하고 패터닝하여 유로판을 형성하는 단계, 잉크를 토출시키는 통로인 노즐이 형성된 노즐판을 별도로 형성하는 단계, 상기 노즐판을 유로판에 접합시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 전극을 형성하는 단계와 절연층을 형성하는 단계 사이에, 상기 전극의 일부를 식각하여 상기 발열부재의 일부를 노출시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 절연층을 형성하는 단계와 박막형상기억합금을 형성하는 단계사이에, 상기 절연층의 일부를 식각하여 외부전원과 연결될 수 있도록 상기 전극의 일부를 노출시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 전극의 일부를 노출시키는 단계는 상기 박막형상기억합금을 형성하는 단계이후에 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 유로판을 형성하는 단계에서, 상기 감광층은 필름형태의 포토레지스트를 라미네이션(lamination) 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 유로판을 형성하는 단계에서, 상기 감광층은 액상형태의 포토레지스트를 스핀코팅(spin coating) 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 노즐판을 형성하는 단계에서, 상기 노즐판은 도금공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직구조를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 기판(30)과, 진동판(38), 잉크챔버(37), 유로판(40) 및 노즐판(50)을 구비한다.

상기 기판(30)은 배면 쪽으로부터 표면 쪽으로 관통되어 있으며, 그 표면에는 기저층(base layer, 31)으로 덮혀 형성된 공간부(space portion, 32)를 구비한다.상기 기판(30)은 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 진동판(38)은 상기 기판(30)의 상면에 설치되어 온도변화에 따라 형상이 변화하는 형상기억합금의 성질을 이용하여 잉크챔버의 체적을 변화시킴에 따라 발생되는 잉크챔버(37)의 높은 압력에 의하여 잉크를 토출시키는 것으로,기저층(31), 발열부재(33), 전극(34), 절연층(35) 및 박막형상기억합금(36)을 구비한다.

상기 기저층(31)은 상기 기판(30)의 상면에 상기 공간부(32)를 덮도록 형성되며, 또한, 상기 기판(30)의 배면에도 상기 공간부(32)를 제외하고는 형성되어 있다. 상기 기저층(31)은 상기 기판(30)을 산화시켜 이루어진 실리콘 산화물인 SiOx로 이루어지며, 그 두께는 0.5㎛ ∼ 3㎛인 것이 바람직하다. 상기 기저층(31)은 그 내부에 잔류압축응력을 가지고 있어 상기 공간부(32)쪽으로 휨 변형된다.

상기 발열부재(33)는 상기 기저층(31)의 상면에 설치되어 형상기억합금(36)에 전달되는 열을 방열한다. 상기 발열부재(33)는 TaAl, NiCr, TaN, Ta, Ni, dopped Poly-Si등 비저항이 100μΩ·㎝이상이고, 온도저항계수(TCR)가 ±1000ppm이하인 재료 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 발열부재(33)는 상기 기저층(31)위에 스퍼터링(sputtering)이나 증발(evaporation), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)등의 방법으로 형성된다. 상기 발열부재(33)의 용융점은 섭씨 800℃ 이상인 것이 바람직하며, 그 두께는 0.05㎛ 내지 0.3㎛인 것이 바람직하다.

상기 전극(34)은 상기 발열부재(33)의 적어도 양측에 접촉되어 외부전원으로부터 전류를 상기 발열부재(33)에 전달한다. 상기 전극(34)은 Al, Au, Pt, Poly-Si, WSi2 등 비저항이 10 ∼ 100 μΩ·㎝이고, 용융점은 섭씨 800도 이상 것이 바람직하다. 상기 전극(34)의 두께는 0.2㎛ 이상인 것이 바람직하다.

상기 절연층(35)은 상기 발열부재(33)와 전극(34)의 상면에 형성되어 상기발열부재(33)에서 발생된 열을 상기 박막형상기억합금(36)에 전달하는 역할을 하며, 전기적으로는 절연되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 절연층(35)은 SiNx, SiC, DLC(Diamond Like Carbon), SiOx 등 열전도율이 좋고 비열이 낮으며, 내잉크성이 높으면서 기계적 강도가 우수한 부동태층(passivation layer)을 화학기상증착(CVD)나 스퍼터링의 방법으로 증착 시켜서 형성한다. 상기 절연층(35)의 두께는 0.05 내지 1㎛인 것이 바람직하다.

상기 박막형상기억합금(36)은 상기 절연층(35)의 상면에 형성되어 있으며, 온도변화에 따라 연속적으로 상 변화하고, 이 상 변화 과정에서 상기 잉크챔버(37)의 체적을 변화시킨다. 상기 박막형상기억합금(36)은 열처리(400 ∼ 700℃)를 통하여 소정온도에서의 모상을 기억하고 있다가, 상기 발열부재(33)로부터 열을 전달받아 소정온도에 도달하면 모상으로 복귀된다.

본 발명에 있어서, 상기 박막형상기억합금(36)은 냉각 시, 즉 상기 발열부재(33)로부터 열을 전달받지 않는 때에는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 공간부(32)쪽으로 휘어져 있다가, 상기 발열부재(33)로부터 열을 전달받아 소정온도로 상승하면 모상인 편평한 상태로 복귀되며, 냉각되면 다시 상기 공간부(32)쪽으로 휘어지게 된다. 상기 박막형상기억합금(36)은 Ni, Ti 및 Cu로 구성되며, 그 두께는 0.5 내지 5㎛인 것이 바람직하다.

상기 잉크챔버(37)는 상기 진동판(38)의 상면에 형성되어 토출될 잉크(39)를 저장할 수 있도록 그 둘레를 상기 유로판(40)이 감싸고 있다. 따라서, 상기 박막형상기억합금(36)은 잉크(39)에 직접 접촉되어 있지만, 상기 발열부재(33)는 상기 절연층(34)에 의하여 상기 박막형상기억합금(36)과 이격되어 있으므로 잉크(39)와 직접 접촉하지 않아 전류가 직접 잉크(39)에 전달될 염려가 없다. 이는 본 발명의 주요한 특징이다.

상기 유로판(40)에는 도면에 도시되지 않은 잉크유입구이 형성되어 있다. 그러므로, 잉크(39)는 상기 잉크유입구(미도시)를 통하여 잉크저장탱크(미도시)로부터 모세관현상에 의하여 상기 잉크챔버(37)로 유입된다. 상기 유로판(40)은 photoresistive film-vacrel, Su-8, pymel등 감광물질을 라미네이팅(laminating) 방법에 의하여 형성한다.

상기 노즐판(50)은 상기 유로판(40)의 상면에 설치되어 상기 잉크챔버(37)의 중앙부에 잉크(39)를 인쇄용지에 토출시키기 위해 형성된 노즐(51)을 구비한다. 상기 노즐(51)의 직경은 상기 잉크챔버(37)의 직경보다 작다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드가 잉크를 인쇄용지에 토출시키는 메카니즘을 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한다. 도 2와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 구성요소를 나타낸다.

먼저, 도 3a를 참조하면, 상기 기저층(31)은 내부에 잔류압축응력이 존재하므로 상기 공간부(32)쪽으로 휘어지게 된다. 따라서, 상기 기저층(31)위에 발열부재(33), 절연층(35) 및 박막형상기억합금(36)이 순차적으로 적층되어 형성되는 상기 진동판(38)은 상기 공간부(32)쪽으로 휘어지는 휨(buckling)현상이 발생된다. 따라서, 잉크저장고(미도시)에 저장되어 있던 잉크(39)가 잉크유입구(미도시)를 통해 모세관현상에 의하여 상기 잉크챔버(37)로 유입된다. 따라서, 상기잉크챔버(37)는 잉크(39)가 충만된 상태에 있다.

도 3b를 참조하면, 상기 전극(34)을 통하여 외부전원(미도시)으로부터 전류가 상기 발열부재(33)에 전달되면, 상기 발열부재(33)는 열을 발열한다. 상기 발열부재(33)로부터 발열된 열의 일부는 상기 기저층(31)을 통하여 공간부(32)나 기판(30)으로 전달되지만, 대부분의 열은 상기 절연층(35)을 통하여 상기 박막형상기억합금(36)에 전달된다.

상기 형상기억합금(36)은 전달된 열에 의하여 온도가 상승되어, 그 온도가 소정의 온도로 올라가게 되면 기억하고 있던 편평한 상태가 된다. 그러면, 상기 진동판(38)은 상기 박막형상기억합금(36)이 편평한 상태로 복귀하려는 힘에 의하여 상기 기저층(31)의 잔류압축응력을 극복하고 화살표 방향으로 움직여 편평한 상태가 된다.

따라서, 상기 진동판(38)이 휘어져 있다가 편평한 상태가 되면서 상기 잉크챔버(37)내에는 순간적으로 대단히 높은 압력이 형성되면서 채워져 있던 잉크(39)를 노즐(51)을 통하여 외부로 밀어낸다. 잉크(39a)가 노즐(51)을 통하여 외부로 밀려나온다.

도 3c를 참조하면, 상기 전극(34)에 전달되는 전류가 공급되지 않으면, 상기 발열부재(33)는 열을 발열하지 않으므로 상기 박막형상기억합금(36)은 냉각된다. 그러면, 상기 진동판(38)은 화살표방향으로 움직여 상기 공간부(32)쪽으로 휘어지게 된다. 상기 잉크액적(39a)은 상기 노즐(51)로부터 분리되어 인쇄용지(미도시)에 토출된다. 그리고, 잉크유입구(미도시)를 통하여 다시 잉크(39)가 잉크챔버(37)에유입되어 충만된다.

연속적인 인쇄 시에는 상기의 단계를 반복적으로 수행하여 잉크젯 프린트헤드는 잉크(39)를 인쇄용지에 토출시킨다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 4a 내지 4k는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법의 각 단계들을 나타내 보인 단면도들이다. 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은 크게 도 4a 내지 4f에 도시된 바와 같이 기판(30)상에 진동판(38)을 형성하는 단계와, 도 4g 내지 도 4h에 도시된 바와 같이 공간부(32)를 형성하는 단계와, 도 4i와 4k에 도시된 바와 같이 유로판(40)을 형성하고 별도로 제작된 노즐판(50)을 접합시켜 잉크젯 프린트헤드를 완성하는 단계로 나뉘어질 수 있다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 기판(30)의 표면과 배면에 산화막(31)을 형성한다. 기판(30)은 실리콘 기판을 사용하는 데 이는 반도체소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘웨이퍼를 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이기 때문이다. 실리콘 기판(30)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 실리콘 기판(30)의 양 표면에 실리콘 산화막(SiOx, 31, 31')이 형성된다. 여기서, 상기 기판(30)의 표면에 형성된 실리콘 산화막(31)을 기저층(base layer)라 한다.

도 4b를 참조하면, 상기 기판(30)의 표면에 형성된 실리콘 산화막(31)위에 발열부재(33)를 형성한다. 상기 발열부재(33)는 비저항이 100μΩ·㎝이상이고, 온도저항계수(TCR)가 ±1000ppm이하인 재료를 스퍼터링(Sputtering)이나증발(Evaporation) 및 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 0.05㎛ ∼ 0.3㎛ 두께로 도포하여 형성된다.

도 4c를 참조하면, 상기 발열부재(33)에 위에 상기 발열부재(33)에 전류를 공급하기 위한 전극(34)을 형성한다. 상기 전극(34)은 비저항이 수십 μΩ·㎝이하인 도전재료를 스퍼터링(Sputtering)이나 증발(Evaporation) 및 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 0.2㎛ 이상 두께로 도포하여 형성된다.

도 4d를 참조하면, 상기 발열부재(33)위에 형성된 상기 전극(34)을 패터닝하고 리소그라피(lisographic)공정과 에칭(eching)공정을 이용하여 식각함으로써 상기 발열부재(33)는 노출시킨다. 식각되지 않은 상기 전극(34)은 발열부재(33)에 접촉되어 있다.

다음으로, 상기 전극(34)과 노출된 발열부재(33)위에 절연층(35)을 형성한다. 상기 절연층(35)은 상기 발열부재(33)와 박막형상기억합금(36)을 분리시켜 서로 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 전기적으로는 절연되지만 상기 발열부재(33)에서 발생된 열은 전달할 수 있어야 한다. 따라서, 상기 절연층(35)은 열전율은 우수하면서 비열이 낮고 내잉크성이 높으면서 기계적강도가 우수한 부동태층(passivation layer)을 화학기상증착(CVD)이나 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 증착된다.

도 4e와 4f를 참조하면, 상기 절연층(35)위에 형상기억합금(Shape Memory Alloy, 36)을 스퍼터링 등에 의해 얇은 박막형태(thin film)로 증착한다. 그리고,섭씨 400 내지 700℃도에서 열처리를 실시하여 모상을 기억시킨다. 본 발명에서는 상기 형상기억합금(36)은 편평한 상태를 모상으로 기억한다.

그 다음에, 상기 박막형상기억합금(36)을 사용하고자 하는 영역의 크기로 리소그라피공정과 에칭공정에 의해 패터링(pattering)하고 식각한다.

한편, 상기 공정다음에 도면에 도시되지는 않았지만 상기 전극(34)에 외부전원에 연결되어 전류가 공급되는 경로를 형성하기 위하여 상기 절열층(35)의 일부를 에칭하여 상기 전극(34)를 노출시키는 공정을 추가될 수 있다. 상기 전극(34)를 노출시키는 단계는 전술한 박막형상기억합금(36)을 형성하는 단계이후에 수행할 수도 있다.

상기와 같은 공정을 통하여 상기 기판(30)위에는 진동판(38)이 형성된다.

도 4g와 4h를 참조하면, 상기 기판(30)의 배면에 형성된 실리콘 산화막(31')을 패터닝하고 식각하여, 상기 기판(30)의 일부를 노출시킨다.

그 다음에, 노출된 상기 기판(30)을 소정깊이로 습식 또는 건식 식각하여 공간부(32)를 형성한다. 상기 공간부(32)가 형성되면서, 상기 공간부(32)를 덮고 있는 기저층(31)은 휨(buckling)현상에 의하여 공간부(32)쪽으로 휘어진다.

이는 상기 기저층(31)은 그 내부에 잔류압축응력이 존재하므로, 상기 기저층(31)의 양끝에서 중앙부로 압축응력이 작용하여 휘어지려고 한다. 하지만, 상기 기저층(31)은 위에는 발열부재(33), 절연층(35) 및 박막형상기억합금(36)이 순차적으로 적층되어 있고, 그 아래에는 기판(30)에 의하여 방해를 받고 있기 때문에 어느 쪽으로도 휘어지는 것이 방지된다. 이때, 상기 기판(30)이 제거됨으로써상기 기저층(31)은 압축응력에 의하여 공간부(32)쪽으로 휘어진다. 상기 기저층(31)은 상기 발열부재(33), 절연층(35) 및 박막형상기억합금(36)과 접합되어 있으므로 함께 휘어진다.

도 4i와 4j를 참조하면, 상기 진동판(38)위에 감광층을 필름형태의 포토레지스트(photoresist)를 라미네이션(lamination) 방법 또는 액상형태의 포토레지스트를 스핀코팅(spin coating) 방법에 의하여 적층하고, 이를 패터닝하고 식각하여 잉크챔버(37)와 이를 둘러싸는 유로판(40)을 형성한다. 따라서, 상기 박막형상기억합금(36)은 잉크챔버(37)에 노출된다.

그 다음에, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 잉크챔버(37)에 잉크저장고(미도시)로부터 잉크를 공급하는 통로인 잉크유입구를 형성하는 단계가 실행될 수 있다.

도 4k를 참조하면, 상기 유로판(40)위에 별도로 제작된 노즐판(50)을 접합시켜 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드를 완성한다. 상기 노즐판(50)에는 잉크가 토출되는 통로인 노즐(51)이 형성되어 있다. 상기 노즐판(50)은 도금공정, 연마가공 또는 레이저 가공에 의하여 형성될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.

따라서, 본 발명에서 잉크젯 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있으며, 또한, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법 및 식각방법이 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드 제조방법에 있어서, 각 단계의 순서는 경우에 따라서 예시된 바와 달리할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는

첫째, 발열부재의 비저항이 높아 발열효율이 높아져 이에 소비되는 전력을 감소시킬수 있어 절전형 잉크젯 프린트헤드를 구현시킬 수 있다.

둘째, 발열부재의 온도저항계수가 안정되어 전압의 높이와 폭 조절이 용이해져정밀하게 전력제어가 가능하므로, 토출되는 잉크의 양을 정확하게 제어할 수 있어 일정한 화상품질을 가질 수 있다.

셋째, 발열부재가 잉크와 직접 접촉하지 않으므로 안전성이 있다.

넷째, 진동판의 두께가 두꺼워져 내충격성과 내구성이 증대되는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

공간부가 형성된 기판과, 상기 기판의 상측에 설치되어 잉크가 저장되는 잉크챔버가 형성된 유로판과, 상기 유로판의 상면에 설치되어 잉크가 토출되는 노즐이 형성되어 있는 노즐판과, 상기 기판과 유로판의 사이에 마련되어 상기 잉크챔버의 체적을 변화시켜 잉크를 토출시키기 위한 압력을 발생시키는 진동판을 구비하는 잉크젯 프린트 헤드에 있어서,

상기 진동판은 상기 공간부의 적어도 일부를 덮도록 상기 기판의 상면에 형성되는 기저층과;

상기 잉크챔버에 접하도록 형성되어 온도변화에 따라 형상이 변화되는 박막형상기억합금과;

상기 기저층과 박막형상기억합금의 사이에 마련되어 열을 발생시키는 발열부재와;

상기 발열부재와 박막형상기억합금의 사이에 형성되어 상기 발열부재에서 발생된 열을 상기 형상기억합금에 전달하는 절연층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 발열부재와 절연층 사이에 마련되어 외부전원으로부터 전류를 상기 발열부재에 인가시키는 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 기저층의 두께는 0.5㎛ ∼ 3㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 발열부재는 비저항이 100μΩ·㎝이상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 발열부재의 두께는 0.05㎛ ∼ 0.3㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 전극의 두께는 0.2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 절연층은 실리콘 탄소화물인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 절연층은 DLC(Diamond Like Carbon)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 절연층의 두께는 0.05㎛ ∼ 1㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 박막형상기억합금의 두께는 0.5㎛ ∼ 5㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
기판의 양 표면에 기저층을 형성하는 단계;

상기 기저층의 상부에 열을 발생시키는 발열부재를 형성하는 단계;

상기 발열부재의 상부에 외부전원으로부터 전류를 인가시키는 전극을 형성하는 단계;

상기 전극의 상부에 상기 발열부재에서 발생된 열을 전달하는 절연층을 형성하는 단계;

상기 절연층의 상부에 온도변화에 따라 형상이 변화하는 박막형상기억합금을 형성하는 단계;

상기 기판을 식각하여 공간부를 형성하는 단계;

상기 박막형상기억합금의 상부에 감광층을 적층하고 패터닝하여 유로판을 형성하는 단계;

잉크를 토출시키는 통로인 노즐이 형성된 노즐판을 별도로 형성하는 단계;

상기 노즐판을 유로판에 접합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 전극을 형성하는 단계와 절연층을 형성하는 단계 사이에, 상기 전극의 일부를 식각하여 상기 발열층의 일부를 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 절연층을 형성하는 단계와 박막형상기억합금을 형성하는 단계사이에, 상기 절연층의 일부를 식각하여 외부전원과 연결될 수 있도록 상기 전극의 일부를 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 전극의 일부를 노출시키는 단계는 상기 박막형상기억합금을 형성하는 단계이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 기저층을 형성하는 단계에서, 상기 기저층의 두께는 0.5㎛ ∼ 3㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 발열부재를 형성하는 단계에서, 상기 발열부재의 두께는 0.05㎛ ∼ 0.3㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 발열부재를 형성하는 단계에서, 상기 발열부재의 비저항은 100μΩ·㎝이상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 전극을 형성하는 단계에서, 상기 전극의 두께는 0.2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 절연층을 형성하는 단계에서, 상기 절연층의 두께는 0.05㎛ ∼ 1㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 박막형상기억합금을 형성하는 단계에서, 상기 박막형상기억합금의 두께는 0.5㎛ ∼ 5㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 유로판을 형성하는 단계에서, 상기 감광층은 필름형태의 포토레지스트를 라미네이션(lamination) 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 유로판을 형성하는 단계에서, 상기 감광층은 액상형태의 포토레지스트를 스핀코팅(spin coating) 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 노즐판을 형성하는 단계에서, 상기 노즐판은 도금공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.