KR100435020B1 - 잉크 제트 기록 헤드 및 그의 제조 방법 - Google Patents

잉크 제트 기록 헤드 및 그의 제조 방법 Download PDF

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스기야마히로유끼
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Abstract

본 발명은 발열 저항기의 가열에 의한 잉크 기포를 사용하여 잉크를 토출하는 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법으로, 발열 저항기가 마련된 기판을 준비하는 단계와, 노즐 채널과 가동 부재를 형성하는 제1 주형을 마련하도록 기판 상에 제1 수지를 도포하는 단계와, 제1 수지를 사용하여 제1 주형을 형성하는 단계와, 기판 상에, 노즐 채널과 가동 부재를 형성하는 제1 주형 위에 제2 수지를 도포하는 단계와, 제1 주형을 제거하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에 의해, 가동 부재가 잉크 입구와 발열 저항기 사이에서 노즐 채널 내에 형성되어 적절한 토출 성능을 유지하면서 주파수 응답성을 향상시킬 수 있는 고밀도, 고정밀 잉크 제트 기록 헤드가 제공된다.

Description

잉크 제트 기록 헤드 및 그의 제조 방법{Ink Jet Recording Head and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 오리피스로부터 액체를 토출하여 액적을 형성하기 위한 잉크 제트 기록 헤드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
오리피스로부터 액체를 토출하여 액적을 형성하기 위한 이러한 종류의 잉크 제트 기록 헤드와 관련하여, 예를 들어 일본 특개평54-51837호에 개시된 잉크 제트 기록 방법은 액체에 열 에너지를 가하여 액적을 토출하기 위한 구동력을 얻는다는 점에서 다른 방법과는 상이한 특징을 갖고 있다.
즉, 상기 공보에 개시된 기록 방법은 액체가 열 에너지의 작용을 받아 가열되어 기포를 생성하고, 이는 결국 액적이 기록 헤드부의 팁에서 오리피스로부터 토출되게 하고, 그 다음 액적은 기록 매체에 부착되어 정보를 기록한다.
이러한 기록 방법에 적용되는 기록 헤드는 보편적으로 액체가 토출되는 오리피스 및 오리피스와 연통하는 액체 채널을 가지며 열 에너지가 액체에 작용하여 액적을 토출시키는 열 작용부를 구성요소로서 포함하는 액체 토출부와, 열 변환기로서 사용되며 열 에너지를 발생시키기 위한 수단인 발열 저항 층과, 이러한 발열 저항 층을 잉크로부터 보호하기 위한 중첩 보호 층과, 열을 축적하기 위한 하부 층을 포함한다.
액체에 열 에너지를 가함으로써 액체 토출을 위한 구동력을 얻는 그러한 잉크 제트 기록 헤드의 인쇄 속도를 개선하기 위하여, 성능 상의 문제점을 해결하기 위해 그의 주파수 응답성이 개선될 수 있다. 주파수 응답성을 개선하기 위하여, 액적 토출 후의 잉크 재충전 성능을 개선할 필요가 있다. 잉크 재충전 성능을 개선하기 위하여, 결국 잉크 입구로부터 잉크 오리피스로의 통로에 걸쳐 유동 저항을 감소시킬 필요가 있다.
그러나 유동 저항이 감소되면, 기포 형성 압력이 잉크 입구를 향해 빠져 나가서 토출 속도의 저하와 열악한 안정성의 결과를 낳고, 따라서 인쇄 시의 토출 성능을 악화시킨다. 따라서, 토출 성능을 적절한 수준으로 유지하면서 주파수 응답성을 개선하기가 어려웠다.
더욱이, 높은 화상 품질에 대한 최근의 시장 요구를 충족시키고 작은 액적을사용하여 고해상도의 인쇄를 얻기 위하여, 잉크 제트 인쇄 헤드는 고밀도로 배열되어 오리피스로부터 미세 액적을 토출시킬 필요가 있다.
다른 한편으로, 잉크 입구와 오리피스 사이에서 노즐 채널 내에 소위 유체 다이오드를 제공하는 가동 부재를 제공하여 적절한 토출 성능을 유지하면서 주파수 응답성을 개선하는 것이 제안되었다. 그러나, 그러한 종래의 잉크 제트 기록 헤드는 때때로 가동 부재가 박피되거나 파손되는 것을 겪을 수 있다.
이러한 관점에서, 본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점들을 해결하는 고밀도, 고정밀, 고신뢰성 잉크 제트 기록 헤드를 제공하여, 잉크 입구와 오리피스 사이에서 노즐 채널 내에 가동 부재를 형성하여 적절한 토출 성능을 유지하면서 주파수 응답성을 개선하는 것이다.
도1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법을 보여주기 위한 개략적인 단면도이고, 도1b는 도1a의 선1B-1B를 따라 취해진 단면도이고, 도1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법의 도1a의 단계를 따르는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도1d는 도1c의 선1D-1D를 따라 취해진 단면도.
도2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법의 도1c의 단계를 따르는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도2b는 도2a의 선2B-2B를 따라 취해진 단면도이고, 도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법의 도2a의 단계를 따르는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도2d는 도2c의 선2D-2D를 따라 취해진 단면도.
도3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법의 도2c의 단계를 따르는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도3b는 도3a의 선3B-3B를 따라 취해진 단면도이고, 도3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법의 도3a의 단계를 따르는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도3d는 도3c의 선3D-3D를 따라 취해진 단면도.
도4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법의 도3c의 단계를 따르는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도4b는 도4a의 선4B-4B를 따라 취해진 단면도이고, 도4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법의 도4a의 단계를 따르는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도4d는 도4c의 선4D-4D를 따라 취해진 단면도.
도5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도4c의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도5b는 도5a의 선 5B-5B를 따라 취한 단면도.
도6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법을 도시하는 개략적 단면도이고, 도6b는 도6a의 선 6B-6B를 따라 취한 단면도이고, 도6c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도6a의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도6d는 도6c의 선 6D-6D를 따라 취한 단면도.
도7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도6c의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도7b는 도7a의 선 7B-7B를 따라 취한 단면도이고, 도7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도7a의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도7d는 도7c의 선 7D-7D를 따라 취한 단면도.
도8a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도7c의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도8b는 도8a의 선 8B-8B를 따라 취한 단면도이고, 도8c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도8a의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도8d는 도8c의 선 8D-8D를 따라 취한 단면도.
도9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도8c의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도9b는 도9a의 선 9B-9B를 따라 취한 단면도.
도10은 본 발명의 제2 실시예에서 도7a의 단계에서 사용된 마스크 패턴을 도시하는 평면도.
도11은 본 발명의 제2 실시예에의 변형예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 도시하는 평면도.
도12a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법을 도시하는 개략적 단면도이고, 도12b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도12a의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도12c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도12b의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도12d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도12c의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도12e는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도12d의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도.
도13a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도12e의 단계에 후속하는 단계을 설명하는 개략적 단면도이고, 도13b는 본 발명의제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도13a의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도13c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도13b의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도13d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도13c의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도.
도14a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도13d의 단계에 후속하는 단계을 설명하는 개략적 단면도이고, 도14b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도14a의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도이고, 도14c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드 제조 방법의 도14b의 단계에 후속하는 단계를 설명하는 개략적 단면도.
도15a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도15b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도15a의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도15c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도15b의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도15d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도15c의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도16a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도15a의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도16b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도16a의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도16c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도16b의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도17a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도16c의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도17b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도17a의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도17c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법에서 도17b의 단계에 후속하는 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드의 노즐부를 도시한 평면도.
도19a는 본 발명의 제4 실시예의 변형예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 도시한 개략적인 단면도이며, 도19b는 본 발명의 제4 실시예의 변형예에 의해 달성되는 헤드 칩을 도시하기 위해 도19a의 선 19b-19b를 따라 취한 개략적인 단면도.
도20a 및 도20b는 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드를 사용하여 잉크 액적을 토출하는 작동을 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도21a 및 도21b는 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드를 사용하여 잉크 액적을 토출하는 작동을 설명하기 위해 도20a 및 도20b에 후속하는 개략적인 단면도.
도22는 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드를 도시한 개략적인 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판
3 : 발열 저항기
5 : 잉크 입구
7 : 오리피스
105, 505, 605 : 잉크 입구
106, 406, 606 : 노즐
110, 310, 410, 510, 610 : 가동 부재
208 : 포토레지스트
301 : 소자 기판
303 : 가열기
이를 위해, 기판 상에 마련된 발열 저항기와, 상기 발열 저항기에 대응하여 마련된 잉크 오리피스와, 상기 잉크 오리피스와 연통하는 노즐 채널을 갖고, 발열 저항기에 의해 발생된 열에 의해 노즐 채널 내의 잉크에 발생된 기포가 잉크 오리피스로부터 잉크를 토출하기 위해 사용되는 구성으로 노즐 채널 내로 잉크를 공급하기 위한 잉크 입구와 발열 저항기 사이에서 노즐 채널 내에 형성된 가동 부재를 구비한, 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 본 발명의 방법은, 상기 발열 저항기가 마련된 기판을 준비하는 단계와, 상기 노즐 채널과 가동 부재를 형성하는 제1 주형을 마련하도록 기판 상에 제1 수지를 도포하는 단계와, 상기 제1 수지를 사용하여제1 주형을 형성하는 단계와, 상기 기판 상에, 노즐 채널과 가동 부재를 형성하는 제1 주형 위에 제2 수지를 도포하는 단계와, 상기 제1 주형을 제거하는 단계를 포함한다.
이러한 제조 방법에 의해, 가동 부재는 노즐 주형과 동시에 성형될 수 있어서, 고밀도, 고정밀도로 포토리소그래피에 의해 노즐 채널과 함께 성형될 수 있으므로, 고밀도, 고정밀 잉크 제트 기록 헤드를 제조할 수 있다.
또한, 가동 부재를 형성하기 위해서, 상기 제1 수지의 해상도 한계 보다 작은 폭을 갖는 마스크 패턴이, 상기 가동 부재를 형성하는데 사용될 상기 제1 주형의 일부분을 형성하고 후에 그 일부분 상에 도포되는 수지를 사용하도록 사용될 수 있어서, 동일한 마스크를 사용하여 노즐 채널과 가동 부재 형성부의 주형을 형성한다. 따라서, 노즐 채널과 가동 부재는 마스크를 형성하는 정밀도로 형성될 수 있다. 더욱이, 하나의 패터닝 단계를 없애므로, 비용을 절감할 수 있다.
잉크 오리피스로부터 잉크를 토출하기 위해, 잉크가 발열 저항기에 의해 가열될 때 노즐 채널 내의 잉크에 발생된 기포를 사용하는 다른 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드는, 상기 발열 저항기가 마련된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 노즐 채널을 포함하고, 상기 노즐 오리피스 내로 잉크를 공급하기 위한 잉크 입구와 발열 저항기 사이에서 노즐 채널 내에 가동 부재가 형성되고, 상기 가동 부재는 기판에 대향되도록 노즐 채널의 벽에 지지점을 갖고 기판의 측부 상의 노즐 채널의 표면 상에 자유단을 갖고 기판에 대향된 벽과 일체로 형성된다.
이러한 잉크 제트 기록 헤드에 있어서, 잉크 채널 및 가동 부재를 일체로 형성하도록 동일한 재료가 사용될 수 있고, 그 결과 매우 신뢰성 있는 잉크 제트 기록 헤드를 제조할 수 있으며 가동 부재가 파열 또는 파괴되지 않도록 할 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예를 설명한다. 도22는 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드의 개략적인 사시도를 도시하고 있다. 잉크 입구(5)와 발열 저항기(3)를 구비한 기판(1) 상에 잉크 채널과 오리피스(7)로 구성된 부재(12)가 형성된다. 본 명세서에서 (제1 실시예의) 도1a 내지 도5b, (제2 실시예의) 도6a 내지 도9b, (제3 실시예의) 도12a 내지 도14c 및 (제4 실시예의) 도15a 내지 도17c의 실시예들에서 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법을 도시한 단면도들은 도22의 선A-A'를 따라 취한 단면도에 상응하는 것임을 주지해야 한다.
제1 실시예
이하에서 도1a 내지 도5b를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법을 설명할 것이다.
우선, (도1a 및 도1b의) 보호층(104) 상에 형성된 600dpi 의 25-㎛ ×25-㎛ 가열기(발열 저항기, 103)와 열 축적층(102)이 실리콘 기판(101) 상에 형성된다.
다음으로, 제1 주형 방식제(resist)(108)가 3㎛ 두께로 도포된다(도1c 및 도1d).
다음으로, 제1 주형 방식제(108)가 노출 및 현상에 의해 노즐 채널의 형상으로 패턴닝된다(도2a 및 도2b).
다음으로, 형성된 패턴 상에 제2 주형 방식제(109)가 12㎛ 두께로 도포된다(도2c 및 도2d).
다음으로, 제2 주형 방식제(109)가 노출 및 현상에 의해 가동 부재 형상(111, 5㎛ ×25㎛) 및 노즐 채널 형상으로 패터닝된다(도3a 및 도3b).
다음으로, 노즐 채널, 오리피스 및 가동 부재를 형성하도록 감광 에폭시 재료(112)가 도포된다(도3c 및 도3d).
다음으로, 오리피스(107)가 노출 및 현상에 의해 18㎛의 직경을 갖도록 패터닝된다. (도4a 및 도4b)
다음으로, 잉크 입구(105)가 후방면 측 상의 기판에 건식-에칭을 수행하여 형성된다. (도4c 및 4d)
최종적으로, 주형 형상으로 사용된 방식제들이 내부에 형성된 가동 부재(110)를 갖는 노즐(106)을 구비한 헤드 칩을 완성하기 위해 방식제를 사용하여 에칭된다. (도5a 및 5b) 따라서, 노즐 채널 내에 형성된 가동 부재는 발열성 저항기가 장착된 기판의 표면과 기판의 이러한 측면 상의 자유 단부에 대향하도록 구성된 노즐 채널의 벽부 상에 지지점을 갖는다.
전기적 장착은 잉크를 공급하기 위해 가열기와 튜브를 가열하는 전원을 공급하여 수행돼, 잉크 제트 기록 헤드를 완성한다.
따라서, 완성된 헤드는 높은 주파수 반응과 양호한 토출 성능을 갖는다. 따라서, 신속하고 바람직한 인쇄가 가능하다.
또한, 가동 부재는 포토리소그래피에 의해 패터닝되기 때문에 매우 정밀하게 형성될 수 있으며, 또한 가열기, 노즐 및 오리피스에 대해 정밀하게 배치될 수 있다. 따라서, 미래의 보다 작은 액적 및 보다 높은 밀도에 대한 요구를 충분히 만족시킬 수 있다.
또한, 헤드는 오리피스와 노즐의 에폭시 재료와 함께 일체식으로 제조될 수 있으므로 잉크가 방식 특성을 갖도록 선택된다면 에폭시 재료의 용해 또는 팽창되거나 또는 박피되거나 파손되지 않는다.
매우 신뢰성 있는 헤드를 제공하는 것이 가능하다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예를 따르는 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 다른 방법이 도6a 내지 9b를 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
우선, 제1 실시예의 경우에서와 같이, 가로 세로가 25-㎛인 가열기에 의해 배열된 가열기를 구비한 기판이 제작된다. (도6a 및 도6b)
다음으로, 주형 형상을 제공하는 포토레지스트(208)는 20㎛의 두께로 도포된다. (도6c 및 도6d)
다음으로, 도10에 도시된 바와 같이 가동 부재 형상과 노즐 채널 형상의 마스크 패턴을 갖는 마스크를 사용하여, 패턴이 노출과 현상을 통해 형성된다. (도7a 및 도7b)
이 실시예에 사용된 포토레지스트(208)는 20㎛의 두께로 도포될 때 4㎛의 해상도를 가지며, 그 결과 이러한 패터닝에 사용된 마스크는 마스크 패턴 내의 가동 부재의 두께에 상응하는 부분에서 그 폭(W)이 해상도 한계보다 작은 2㎛일 수 있도록 선택된다.
해상도 한계보다 작은 폭을 갖도록 구성된 이러한 마스크는 도7a 및 도7b에도시된 바와 같이 방식제가 절반 정도 패터닝되는 형태로 사용된다. 따라서, 패턴은 기판에 닿지 않으며 가동 부재의 주형 형상으로 기능할 수 있다.
다음으로, 감광성 에폭시가 노즐 채널, 오리피스 및 가동 부재를 형성하기 위해 도포된다. (도7c 및 도7d)
다음으로, 오리피스가 노출과 현상에 의해 18㎛의 직경을 갖도록 패터닝된다. (도8a 및 도8b)
다음으로, 건식-에칭이 잉크 입구를 형성하는 후방면 측상의 기판상에 수행된다. (도8c 및 도8d)
최종적으로, 주형 형상으로 사용된 방식제들이 노즐을 구비한 기판을 완성하기 위해 방식제를 사용하여 에칭된다. (도9a 및 도9b)
그 후, 잉크를 공급하기 위한 (도시되지 않은) 튜브와 가열기에 전력을 공급하도록 전원을 공급하기 위한 (도시되지 않은) 인쇄된 와이어링 보드(printed wiring board)는 기판에 연결되어, 잉크 제트 기록 헤드를 완성한다.
따라서, 완성된 헤드는 높은 주파수 응답성과 양호한 토출 성능을 갖는다. 정보를 신속하고 양호하게 인쇄할 수 있다.
제1 실시예의 효과 이외에, 이 실시예는 주형 방식을 위해 도포, 노출 및 현상 단계 중 하나의 단계를 생략할 수 있어, 제작 비용이 절감될 수 있다.
또한, 노즐 채널과 가동 부재는 동일한 마스크를 사용하여 형성될 수 있으며, 정렬시의 정밀도를 추가로 개선할 수 있다.
또한, 노즐 채널에 형성된 가동 부재는 제1 실시예의 경우에서와 같이 노즐채널의 벽과 함께 일체식으로 형성되며, 지지점 측 두께(t1)가 자유 단부 측 두께(t2)보다 커서 스스로를 덜 박피되거나 파손되도록 한다.
또한, 도11에 도시된 바와 같이, 노즐이 가동 부재와 입구 사이의 노즐 채널의 일부가 가동 부재의 폭보다 좁아져서 가동 부재가 입구를 향해 변위되는 것을 제한하는 방식으로 그의 채널을 형성하도록 패터닝된다면, 기포압이 입구를 향해 누출되어서 일어나는 것보다 더욱 억제될 수 있어서, 제조 상에 요구되는 단계를 증가시키지 않고 더 높은 토출 성능을 갖는 헤드를 제작한다.
제3 실시예
이하에서는 도12a 내지 14c를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드(잉크 제트 인쇄 헤드)를 제작하는 다른 방법을 설명할 것이다.
우선, 예컨대 도12a에 도시된 바와 같이, 복수의 가열기(303) 및 이러한 가열기(303)에 전압을 공급하는 (도시되지 않은) 소정의 배선을 갖는 실리콘 칩이 패터닝 등에 의해 그 위에 장착되어, 소자 기판(301)을 형성한다. 그 후에 도12b에 도시된 바와 같이, 상기 소자 기판(301) 상에 입구(305)를 향해 변위되는 것으로부터 상기 가동 부재(310)를 제한하는 돌출 차단부(313')를 형성하기 위해 오리피스 기판(312)과 동일한 조성을 갖는 약 5.0 ㎛ 두께의 투명한 네가티브형 수지에 적용된다.
그 후에 도12c에 도시된 바와 같이, UV선이 돌출 패턴(돌출 차단부; 313)을 형성하는데 사용된다. 다음에 도12d 및 12e에 도시된 바와 같이, 연속적인 스핀코팅으로 상기 기판(301) 상에 하부 수지층(308)과 상부 수지층(309)이 도포될 것이다. 이러한 하부 및 상부 수지층(308, 309)은 330㎚ 이하의 파장을 갖는 원자외선(이후에는 DUV선이라 한다)이 조사될 때 분자의 내부 결합이 파괴되기 때문에 용해될 수 있는 수지로 제조된다. 또한, 하부 수지층의 재료와 같이 탈수/응축되기 때문에 교차 링킹 특성을 나타내는 수지를 이용함으로써, 하부 및 상부 수지층(308, 309)의 상호 용융은 상부 수지층(309)이 스핀 코팅에 의해 인가될 때 방지될 수 있다. 하부 수지층(308)의 재료와 같이, 예컨대 메타크릴산 메틸(MMA)과 메타크릴산(MAA)의 중합체 라디칼에 의해 중합된 바이너리 공중합체(P(MMA-MAA)=90:10)인 사이클로헥사논 용매에서 용융됨으로써 얻어진 용액이 사용된다. 반면, 상부 수지층(309)의 재료와 같이, 예컨대 사이클로헥사논 용매 내의 폴리-메틸 이소프로페닐 케톤(PMIPK)을 용융함으로써 얻어진 용액이 사용된다. 하부 수지층의 재료로써 사용된 바이너리 공중합체(P(MMA-MAA))는 탈수/응축 반응에 기인한 견고한 교차 링킹 필름을 제공하도록 180 내지 200℃의 온도에서 30 내지 2 시간 동안 가열될 수 있다. DUV선과 같은 전자 비임을 조사할 때 이러한 교차 링킹 필름이 용매 내에서 용융 가능하지만, 분해시키고 분자 중량을 감소시켜 일부만이 전자 비임에 의해 조사되고 용매 내에서 용융된다.
그 후에 도13a에 도시된 바와 같이, 260㎚ 이하의 파장을 갖는 DUV선을 차단하는 필터가 근자외선(이후에 NUV선이라고 한다)을 노출시키고 현상하기 위해 대략 260 내지 330㎚의 파장을 갖는 NUV선을 상부 수지층(309)에 인가하도록 260㎚ 이상의 파장을 갖는 그러한 광선만을 전송하는 파장 선택 수단으로 사용하기 위해 DUV선을 인가하는 노출 장치에 장착되어, 상부 수지층(309)의 사용에 의해 소정의 노즐 패턴(309')을 형성한다. 약 260 내지 330㎚의 파장을 갖는 NUV선의 감광성 비율이 상부 수지층과 하부 수지층(309, 308) 사이에서 약 40:1이기 때문에, 하부 수지층(308)은 광선에 노출되지 않아서 상부 수지층(P(MMA-MAA))이 분해되지 않는다. 또한, 하부 수지층(308)은 열 교차 링킹 필름으로 제조되어서 상부 수지층의 현상에서 현상제에 용융되지 않는다.
그 후에 도13b에 도시된 바와 같이, 위에서 언급한 노출 장치는 하부 수지층을 노출시켜 현상하도록 210 내지 330㎚의 파장을 갖는 DUV선을 인가하는데 사용되어, 하부 수지층(308)의 사용에 의해 소정의 노즐 패턴(308')을 형성한다. 하부 수지층(308)을 형성하는데 사용되는 P(MMA-MAA) 재료는 고해상도를 가져서 5 내지 20㎛ 정도의 두께를 형성하더라도 0 내지 5°정도 경사진 측벽을 갖는 트랜치 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
그 후에, 분자 내 교차 링킹 결합이 그 위에 형성된 노즐 패턴(308', 309')을 갖는 DUV선에 의해 파괴되기 때문에 상부 및 하부 수지층(309, 308)이 용융 가능하게 되고, 투명한 커버 수지(312)가 도13c에 도시된 바와 같은 오리피스 기판을 제공하도록 인가된다.
그후, 도13d에 도시된 바와 같이, 노광 장치는 자외선을 폐쇄 수지층(312)에 적용하여 오리피스(307)에 대응하는 부분을 에칭하도록 노출하고 현상하여, 오리피스 기판을 형성한다. 양호하게는, 이러한 오리피스 기판에 형성된 오리피스의 측벽의 경사각은 상기 소자 기판의 주 표면에 수직인 평면에 대하여 거의 0°이다.또한, 경사각이 0 내지 10°인 한에서는, 액적 토출 성질이 불리하게 영향을 받지는 않는다.
그후, 도14a에 도시된 바와 같이, 화학 에칭에서 오리피스 플레이트의 우측을 보호하기 위해, 유기 수지 필름(314)이 그 위에 도포된다. 그후, 도14b에 도시된 바와 같이, 화학 에칭이 소자 기판(301)의 후방측 상에 수행되어, 내부에 입구(305)를 형성한다. 이러한 화학 에칭은 예를 들어, 강알칼리성 용액(KOH, NaOH, TMAH)을 사용하는 이방성 공정이다.
그후, 도14c에 도시된 바와 같이, 300nm 이하의 파장을 갖는 DUV이 소자 기판(301)의 주 표면측으로부터 폐쇄 수지층(312)을 통해 인가되어, 소자 기판(301)과 오리피스 기판(312) 사이에 위치되는 노즐 주형 헝상인 상부 및 하부 수지층(309, 398)을 용해시킨다.
따라서, 가동 부재(310)가 오리피스(307) 및 입구(305)와 서로 연통하는 공급 통로(노즐 채널) 내의 오리피스(307)와 입구(305) 사이에서 그리고 가열기(303)와 입구(305) 사이에서 형성되어, 칩에는 이러한 가동 부재가 입구를 향해 변위되는 것을 제한하기 위해 가동 부재(310)와 입구(305) 사이에 형성된 돌출 방벽을 갖는 노즐 채널(306)이 제공되게 한다. 가열기(303)를 구동하는 (도시되지 않은) 배선 기판과 이러한 칩을 전기적으로 서로 연결시키기 위해, 기록 헤드가 얻어진다.
또한, 여기서 이러한 방법에 의해 기록 헤드를 제조하기 위하여, DUV가 분자내 교차 링킹 결합을 파괴시키기 위해 인가되므로, 분해가능하게 이루어진 상부 수지층(41)과 하부 수지층(42)이 구성상 소자 기판(11)의 폭 방향으로 적층되어, 적어도 3개의 계단부를 갖도록 노즐(27)의 이러한 제어부를 제공함을 알아야 한다. 예를 들어, 400nm 이상의 파장을 갖는 빛에 대해 감광성을 갖는 수지 재료가 상부 수지층 위에 형성되는 다단계 구성이 형성될 수 있다.
제4 실시예
본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크 제트 프린트 헤드를 제조하기 위한 또 다른 방법을 도15a 내지 도17c를 참조하여 이하에서 상세히 기술하기로 한다.
먼저, 도15a에 도시된 바와 같이, 실시콘 칩이 복수의 전기 열 전환 소자(403)(가열기)와 이러한 가열기를 구동하기 위해 필요한 (도시되지 않은) 배선과 함께 패터닝 등에 의해 장착되어, 기판(401)을 제공한다.
그후, 도15b 및 도15c에 도시된 바와 같이, 기판(401)은 DUV(300nm 이하의 파장을 갖는 자외선)로 조사되어, 분자 내 교차 링킹 결합은 파괴되어 스핀 코팅에 의해 그 위에 연속적으로 인가된 분해가능 수지층(408, 409)을 갖게 된다. 이러한 단계에서, 열 교차 링킹형 수지가 하부 수지층(408)의 재료로서 사용되어, 상부 수지층(409)이 스핀 코팅에 의해 인가될 때, 하부 및 상부 수지층의 상호 용융을 방지하게 된다. 이러한 경우, 하부 수지층(408)의 재료로서 시클로헥산 용제 내에 P(MMA-MMC = 90:10)를 용해시킴으로써 얻어진 액체가 사용된다. 반면에, 상부 수지층의 재료로서, 시클로헥산 용제 내에 PMIRK를 용해시켜 얻어진 액체가 사용된다. 그후, DUV를 사용하는 노광 장치(캐논에 의해 제작된 PLA521)가 상부 수지층(409)의 노광 및 현상에서 거의 290nm의 파장을 갖는 DUV만 사용하기 위해 CM290과 함께 장착되어, 도15d에 도시된 바와 같은 노즐 패턴409'을 형성한다. 이러한 경우, 거의 290nm의 파장을 갖는 DUV에 대한 감광성의 비가 상부 수지층(409)과 하부 수지층(408)의 사이에서 약 50:1 이상이므로, 하부 수지층은 상기 자외선에 노출되어 패터닝되지 않는다. 다음으로, 동일한 노광 장치가 하부 수지층의 노광 및 현상에서 거의 250nm의 파장을 갖는 DUV만 사용하기 위해 CM250과 함께 장착되어, 도16a에 도시된 바와 같은 노즐 패턴을 형성한다. 다음으로, 그 위에 이러한 노즐이 형성되고 분자 내 교차 링킹 결합의 파괴에 의해 분해가능하게 제작되는 수지층(408, 409) 위에, 폐쇄 수지층(412)이 형성되고(도16b 참조), 오리피스(407)에 대응하는 것으로서 상기 폐쇄 수지층의 일부는 자외선을 사용하는 노광 장치(캐논에 의해 제작된 MPA-600)를 사용하여 노출되고 현상되고 제거된다(도16c 참조).
다음으로, 도17a에 도시되는 바와 같이, 화학적 에칭 시 오리피스 면측을 보호하도록 유기 수지막(414)이 도포된다. 그 후, 도17b 및 도17c에 도시되는 바와 같이, 예를 들면, 입구(3)를 형성하도록 기판(401)의 후면이 화학적 에칭된다. 더욱 구체적으로, 강알칼리 용액(KOH, NaOH, TMAH)이 비등방성 에칭에 사용되어 입구(405)를 형성한다. 최종적으로, DUV선(300 nm 이하의 파장을 갖는 자외선)이 소자 기판(401)의 표면으로부터 커버 수지 층(412)을 통해 인가되어 노즐 패턴인 수지 층(408', 409')을 용해시킨다. 따라서 잉크 제트 헤드 칩에 오리피스(407), 입구(405), 이들과 통하는 계단형 노즐(406), 노즐(406) 내의 전기 열 전환 소자(403)와 입구(405) 사이의 가동 부재(410), 가동 부재가 입구 쪽으로 변위되는 것을 제한하는 제어 부분(412')이 제공될 수 있다. 이 칩을 전기 열 전환 소자를 구동하는 와이어 보드와 전기적 연결함으로써, 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드를얻을 수 있다.
도18은 위에서 언급된 잉크 제트 기록 헤드의 노즐 부분의 평면도이다(도17c는 도18의 선 17C-17C를 따른 단면도이다). 위에서 언급된 가동 부재(410)는 기포가 가열기의 표면 상에 발생될 때 가동 부재(410)로부터 오리피스로 연장하는 부분을 대부분 둘러싸도록 가동 부재(410)가 잉크 제트(405) 쪽으로 변위되는 것을 제한할 수 있는 스토퍼(차단부)에 의해 노즐 채널(406)의 측벽의 부분(412')을 돌출시킴으로써 형성된다. 양호하게는 이 차단부의 크기는, 재충전되었을 때, 잉크가 입구로부터 오리피스 쪽으로 유동하는 것을 가능한 한 방해하지 않도록 작다. 또한, 가동 부재와 노즐 벽 사이에도 포토리소그래피 공정에 의해 주어질 수 있는 미세 간극이 있다. 양호하게는 이 간극은 가동 부재가 변위되는 것을 허용한다면 크기는 가능한 한 작다.
또한, 도19a 및 도19b에 도시된 잉크 제트 기록 헤드와 같이, 노즐 채널(506)의 측벽의 부분(512')을 돌출시킴으로써 그리고 본 실시예와 같이 가동 부재(510)와 잉크 입구(505) 사이에 형성함으로써 또한 제3 실시예와 같이 기판 상에 돌출 차단부(513')를 형성함으로써, 기포가 생성되고 있을 때 가동 부재(510)를 이용하여 잉크 입구(505) 쪽으로의 잉크의 유동을 보다 효과적으로 더욱 억제할 수 있고, 토출 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이 제작된 본 발명의 잉크 제트 기록 헤드(액체 토출 헤드)의 작동이 이하에서 도20a 및 도20b와 관련하여 간단히 설명될 것이다.
우선, 도20a에 도시된 바와 같이, 가열기로부터 오리피스로 연장되는 오리피스 채널과 가열기로부터 잉크 입구로 연장되는 노즐(606)은 L 형상을 형성하도록 결합된다. 노즐에서, 가동 부재는 노즐의 측면 상의 가열기가 제공된 기판의 표면에 수직 배치된다. 도20b에 도시되는 바와 같이, 다른 한편으로는, 기포(615)가 가열기에 의해 생성될 때, 가동 부재(610)가 잉크 제트(605) 쪽으로 약간 경사지도록, 압력파가 동시에 발생되고 잉크가 유동되기 시작하여, 노즐이 그 일부분 상에서 오리피스로부터 가동 부재로 가동 부재에 의해 대략 둘러싸인 상태에 유지되며, 돌출 차단부(613)가 HB(기판) 상에 형성되며, 스토퍼형 구조(612')가 가동 부재 뒤에 형성된다. 따라서 가열기 상의 압력을 대부분 오리피스의 측면에 집중시킬 수 있고, 그에 의해, 토출된 잉크 액적(616)을 효과적으로 흩날리게 한다(fly). 여기에서 주목해야 할 점은, 양호하게는 가동 부재와 돌출 차단부(613') 사이에 존재하는 미세 간극의 크기가 위에서 언급된 대략 둘러싸인 상태를 형성하도록 가능한 한 작다는 것이다. 또한, 가동 부재(610)와 노즐(606)의 측벽 사이에도 다른 미세 간극이 있다.
이제, 도21a에 도시된 바와 같이, 노즐이 가동 부재(610)와, 돌출 차단부(613')와, 스토퍼형 구조(612')에 의해 대략 둘러싸이기 때문에, 기포는 오리피스 쪽으로 더욱 커지고, 이에 의해 잉크 액적(616)을 오리피스로부터 더욱 안정되고 효과적으로 흩날리게 한다. 도21b에 도시되는 바와 같이, 후속적으로, 기포가 가열기 상에서 사라지기 시작할 때, 가동 부재(610)는 오리피스(607) 쪽으로 변위되기 시작한다. 그 후, 가동 부재(610)는 오리피스 쪽으로 크게 변위된다. 이러한 경우, 가동 부재의 오리피스 쪽으로의 변위는 기포 발생 시기의 잉크 입구쪽으로의 변위보다 크다. 따라서 잉크는 잉크 입구(605)로부터 복수의 잉크 노즐(606) 안으로 신속하게 재충전된다. 여기에서 주목해야 할 점은, 기포가 가동 부재(610)에 의해 생성될 때 잉크는 입구(605) 쪽으로 유동되는 것이 방해되며, 돌출 차단부(613')는 HB(기판)(601) 상에 형성되고, 스토퍼 구조(612')가 가동 부재 뒤에 형성되어, 노즐(606) 안으로 재충전되는 잉크의 양은 유동된 잉크의 체적과 거의 같은 최소량으로 감소될 수 있다.
본 발명은 고밀도, 고정밀, 고신뢰성 잉크 제트 기록 헤드를 제공하여, 잉크 입구와 오리피스 사이에서 노즐 채널 내에 가동 부재를 형성하여 적절한 토출 성능을 유지하면서 주파수 응답성을 개선할 수 있다.

Claims (12)

  1. 발열 저항기와, 상기 발열 저항기에 대응하여 마련된 잉크 오리피스와, 상기 잉크 오리피스와 연통하는 노즐 채널을 갖고, 발열 저항기에 의해 발생된 열에 의해 노즐 채널 내의 잉크에 발생된 기포가 잉크 오리피스로부터 잉크를 토출하기 위해 사용되는 구성으로 노즐 채널 내로 잉크를 공급하기 위한 잉크 입구와 발열 저항기 사이에서 노즐 채널 내에 형성된 가동 부재를 구비한, 잉크 제트 기록 헤드를 제조하는 방법이며,
    상기 발열 저항기가 마련된 기판을 준비하는 단계와,
    상기 노즐 채널과 가동 부재를 형성하는 제1 주형을 마련하도록 기판 상에 제1 수지를 도포하는 단계와,
    상기 제1 수지를 사용하여 제1 주형을 형성하는 단계와,
    상기 기판 상에, 노즐 채널과 가동 부재를 형성하는 제1 주형 위에 제2 수지를 도포하는 단계와,
    상기 제1 주형을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 수지는 포토레지스트이고, 상기 제1 주형을 형성하는 단계는 포토레지스트의 해상도 한계보다 크지 않은 폭을 갖는 마스크 패턴을 사용하여 제1 주형의 가동 부재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 수지를 도포하는 단계는 기판 상에 노즐 채널을 형성하기 위해 사용된 제2 주형을 마련하는 제3 수지를 도포하는 단계에 의해 선행되고, 제2 주형을 덮도록 하는 방식으로 기판 상에 제1 수지를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 수지를 도포하는 단계는 기판 상에 가동 부재와 입구 사이의 대응 위치에 돌출 장벽을 형성하는 추가 단계에 의해 선행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 잉크 오리피스로부터 잉크를 토출하기 위해, 잉크가 발열 저항기에 의해 가열될 때 노즐 채널 내의 잉크에 발생된 기포를 사용하는 잉크 제트 기록 헤드이며,
    상기 발열 저항기가 마련된 기판과,
    상기 기판 상에 형성된 노즐 채널을 포함하고,
    상기 노즐 오리피스 내로 잉크를 공급하기 위한 잉크 입구와 발열 저항기 사이에서 노즐 채널 내에 가동 부재가 형성되고, 상기 가동 부재는 기판에 대향되도록 노즐 채널의 벽에 지지점을 갖고 기판의 측부 상의 노즐 채널의 표면 상에 자유단을 갖고 기판에 대향된 벽과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 벽과 가동 부재는 수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가동 부재가 잉크 입구를 향해 변위되는 것을 제한하도록, 노즐 채널 내의 가동 부재와 잉크 입구 사이에 제한 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제한 섹션은 기판 상에 마련된 돌출 장벽인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제한 섹션은 노즐 채널의 내부 측벽을 구성하는 부재의 일부인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
  10. 발열 저항기와, 상기 발열 저항기에 대응하여 마련된 잉크 오리피스와, 상기 잉크 오리피스와 연통하는 노즐 채널을 갖고, 발열 저항기에 의해 발생된 열에 의해 노즐 채널 내의 잉크에 발생된 기포가 잉크 오리피스로부터 잉크를 토출하기 위해 사용되는 구성으로 노즐 채널 내로 잉크를 공급하기 위한 잉크 입구와 발열 저항기 사이에서 노즐 채널 내에 형성된 가동 부재를 구비한, 잉크 제트 기록 헤드이며,
    상기 가동 부재는 노즐 채널의 측부 상의 발열 저항기가 마련된 기판의 표면에 직각으로 배열되고, 기판에 대향되도록 노즐 채널의 표면에 지지점을 갖고 기판의 측부 상의 노즐 채널의 표면 상에 자유단을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가동 부재가 잉크 입구를 향해 변위되는 것을 제한하도록, 노즐 채널 내의 가동 부재와 잉크 입구 사이에 제한 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
  12. 제10항에 있어서, 상기 잉크 입구를 향한 가동 부재의 변위는 잉크 오리피스를 향한 가동 부재의 변위보다 작은 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 헤드.
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