KR100539499B1 - 잉크젯 프린트헤드의 노즐 그룹을 위한 잔유물 가드 - Google Patents

잉크젯 프린트헤드의 노즐 그룹을 위한 잔유물 가드 Download PDF

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Abstract

노즐 가드(80)는 노즐 어레이(14)에 개별적으로 대응하는 구멍(84)들의 배열을 구비한다. 잉크 방울은 상기 구멍(84)를 통하여 프린트되는 매체 위로 분사된다. 와이퍼 블레이드(143)는, 상기 노즐 가드(82)의 외부면(142)에 달라붙은 먼지 및 잔유잉크(144)를 청소하며, 상기 외부면은 하나 또는 그 이상의 리세스(recess)를 구비하고, 각각의 리세스는 상기 구멍의 그룹을 둘러쌈으로써, 와이퍼 블레이드가 상기 그룹의 어떤 구멍과 인접한 외부면과 즉시 결합하는 것을 방지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

잉크젯 프린트헤드의 노즐 그룹을 위한 잔유물 가드{RESIDUE GUARD FOR NOZZLE GROUPS OF AN INK JET PRINTHEAD}
본 발명은 디지털 프린터(digital printer)의 제조에 관한 것으로, 특히 잉크젯 프린터(ink jet printer)에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 프린트 매체의 제조를 위한 잘 알려지고 널리 사용되는 형식이다. 착색제, 일반적으로 잉크(ink)는, 마이크로 프로세서(micro-processor)에 의해 조절되는 프린트헤드(printhead)상의 노즐 어레이(an array of nozzles)로 공급된다. 프린트헤드가 매체상을 지나갈 때, 상기 노즐 어레이로부터 착색제가 분사되어 상기 매체 기판상에 프린팅을 형성한다.
프린터 작업은, 비용, 프린트 품질, 작동속도 및 사용의 용이함과 같은 인자(factors)에 의존한다. 노즐로부터 분사되는 각 잉크 방울의 질량, 빈도 및 속도가 이러한 작업 인자에 영향을 미칠 것이다.
최근, 노즐 어레이는 마이크로 일렉트로 메카니컬 시스템(micro electro mechanical systems, MEMS) 기술을 이용하여 형성되어 왔으며, 이는 마이크론 이하(sub-micron)의 두께를 갖춘 기계적 구조를 가지고 있다. 이러한 구조는, 피코리터(×10-12 리터) 범위 크기의 잉크방울을 신속하게 분사할 수 있는 프린트헤드의 제조를 가능하게 한다.
이러한 프린트헤드의 미세(microscopic)구조는 높은 속도로 상대적으로 저가의 좋은 프린트 품질을 얻을 수 있는 반면, 그 크기로 인하여 노즐이 극도로 취약하고 상처를 입기 쉬워, 손가락, 먼지 또는 매체 기판과 약간만 접촉하여도 손상될 수 있다. 이로 인하여, 상기 프린트헤드는 어느 정도의 강도(robustness)가 요구되는 많은 응용분야에 대해서는 비실용적이 될 수 있다. 더욱이, 손상된 노즐은 공급되는 착색제를 분사하지 못할 수도 있다. 착색제가 노즐의 외부에 구슬(bead) 모양으로 부착됨에 따라, 주위 노즐로부터의 착색제의 분사가 영향을 받거나 손상된 노즐로부터 착색제가 프린트된 기판상으로 누출될 수 있다. 양쪽 상황 모두 프린트 품질에 악영향을 미친다.
이를 해결하기 위해서, 구멍을 가진 가드(apertured guard)를 상기 노즐 위에 고정하여 손상을 입히는 접촉으로부터 노즐을 보호하도록 할 수 있다. 노즐로부터 분사된 잉크는 상기 구멍을 통과하여 종이 또는 다른 프린트될 기판으로 보내진다. 그러나, 효과적으로 노즐을 보호하기 위하여, 상기 구멍은 잉크방울을 통과시키면서도 외부물질의 침입을 최대한 방지할 수 있도록, 가능한 한 작을 것이 요구된다. 이상적으로는, 각 노즐은 가드에 있는 그 자신의 개개의 구멍을 통하여 잉크를 분사하여야 한다.
상기 가드의 구멍은 일반적으로 극히 미세하므로 쉽게 막힌다. 따라서, 특히 상대적으로 높은 수준의 먼지 및 다른 부유입자(airborne particulates)의 환경에서는, 노즐 가드의 외부를 깨끗하게 하는 것이 바람직하다. 이는, 먼지 또는 잉크 잔유물을 제거하기 위하여 가드의 외부면을 정기적으로 청소하는 와이퍼 블레이드(wiper blade)를 사용함으로써 간편하게 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 와이퍼상의 잔유물은, 종종 외부림(rim) 특히 상기 와이퍼의 이동방향과 면하는 림의 부분에 박히게 된다. 이는 와이퍼에 의해 제거되지 않으며 곧 구멍을 막을 수 있는 잔유물을 증가시킨다.
이를 극복하기 위하여, 상기 와이퍼 블레이드가 상기 구멍림(aperture rim)과 결합하지 않고 지나가도록, 상기 외부면은 각각의 구멍 주위에 리세스를 구비할 수 있다. 그러나, 각각의 구멍 주위의 상기 리세스는, 인접한 구멍들간의 간격이 증가될 것을 필요로 한다. 이것은 차례로 상기 프린트헤드에서의 노즐 충진 밀도(nozzle packing density)를 낮추고, 그 때문에 상기 프린트헤드의 제조비용을 증가시킨다.
도 1은, 잉크젯 프린트헤드용 노즐 어셈블리의 3차원 개략도,
도 2 내지 도 4는, 도 1의 노즐 어셈블리의 개략적인 3차원 작동 일례도,
도 5는, 노즐 어레이의 3차원도,
도 6은, 도 5의 어레이의 부분 확대도,
도 7은, 노즐 가드를 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 3차원도,
도 7a는, 와이퍼 블레이드에 의해 깨끗해지는 도 7의 잉크젯 프린트헤드 및 노즐 가드의 부분 측단면도,
도 7b는, 와이퍼 블레이드에 의해 청소되는 본 발명에 따른 노즐 가드의 부분 단면 사시도,
도 7c는, 도 7b의 노즐 가드의 외부면의 평면도,
도 8a 내지 도 8r은, 잉크젯 프린트헤드의 노즐 어셈블리의 제조단계에 대한 3차원도,
도 9a 내지 도 9r은, 제조단계에 대한 측단면도,
도 10a 내지 도 10k는, 상기 제조공정의 여러 단계에서 사용되는 마스크의 레이아웃(layout)을 도시한 것이고,
도 11a 내지 도 11c는, 도8 및 도9의 방법에 따라 제조된 노즐 어셈블리의 작동에 대한 3차원도,
도 12a 내지 도 12c는, 도 8 및 도 9의 방법에 따라 제조된 노즐 어셈블리의 작동에 대한 측단면도.
본 발명은, 프린트되는 기판 위로 착색제를 분사하기 위한 노즐(nozzle)의 어레이(array)를 구비하는, 구멍이 형성된 잉크젯 프린트헤드(ink jet printhead)용 노즐 가드(nozzle guard)에 있어서,
착색제가 노즐로부터 분사되고 구멍을 통과하여 프린트되는 기판 위에 분사되는 것은 허용하는 반면에, 손상을 야기하는 노즐과의 접촉을 방지하기 위하여, 상기 노즐 가드는, 노즐의 외부로 연장되도록 프린트헤드상에 위치되게 개선되고;
상기 노즐 가드는, 사용시 매체에 면하는 외부면을 포함하며;
상기 외부면은, 잔유물을 제거하기 위하여 표면을 주기적으로 청소하는 와이퍼 블레이드(wiper blade)와 결합되어 형성되고;
상기 외부면은 하나 또는 그 이상의 리세스(recess)를 구비하고, 각각의 리세스는 상기 구멍의 그룹을 둘러쌈으로써, 와이퍼 블레이드가 상기 그룹의 어떤 구멍과 인접한 외부면과 즉시 결합하는 것을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드를 제공한다.
본 명세서에서 "노즐"이라는 말은 개구부를 형성하는 부재로서 이해되어야 하며, 개구부 자체로 이해되어서는 안된다.
바람직하게는, 상기 외부면은, 각각의 리세스에 디플렉터 리지(deflector ridge)를 더 포함하고, 상기 디플렉터 리지는, 상기 와이퍼 블레이드가 상기 그룹 안의 어떤 구멍 위를 지나기 전에, 상기 와이퍼 블레이드와 결합하기 위해 위치된다. 하나의 편리한 형태에서는, 상기 디플렉터 리지는, 잔유물을 상기 구멍으로부터 상기 리세스의 모서리로 편향시키기 위하여, 상기 와이퍼 블레이드의 방향으로 기울어진다. 유사하게, 상기 리세스는 전체적으로 직사각형이고, 상기 리세스의 각 측면은 각각의 청소(sweep)의 도중에 상기 와이퍼 블레이드의 방향으로 기울어진다. 특히 바람직한 실시예는, 상기 와이퍼 블레이드에 의해 청소되는 상기 직사각형 리세스의 마지막 모퉁이에 의하여 부분적으로 형성되는 축적영역(accumulation area)을 구비한다.
상기 노즐 가드는, 상기 노즐 어레이에 외부 입자가 축적되는 것을 방지하기 위하여, 유체를 노즐로 안내하고 통로를 통하여 나오도록 하는 유체 흡입 개구(fluid inlet opening)를 더 포함할 수 있다.
상기 노즐 가드는, 일체적으로 형성된 한 쌍의 이격된 지지부재(support element)를 포함하고, 상기 한 쌍 중 하나의 지지부재는, 상기 노즐 가드의 각각의 끝단에 배열될 수 있다.
이 실시예에서는, 상기 유체 흡입 개구는, 상기 지지부재 중 하나에 배열될 수 있다.
공기가 상기 개구를 통하여 상기 노즐 어레이로 안내되고 상기 통로를 통하여 나오도록 될 때에, 상기 노즐 어레이상으로의 외부 입자의 축적은 억제될 것이다.
상기 유체 흡입 개구는, 상기 노즐 어레이의 본드 패드(bond pad)로부터 떨어진 지지부재에 배열될 수 있다.
상기 와이퍼 블레이드의 효율성을 최적화하기 위하여, 상기 외부면은, 상기 리세스와 상기 디플렉트 리지를 제외하고는 편평하다. 실리콘(silicon)으로부터 상기 가드를 형성함으로써, 상기 가드의 열팽창 계수는 상기 노즐 어레이의 그것과 실질적으로 조화된다. 이것은 상기 가드에서의 구멍들의 배열이 상기 노즐 어레이와 정합되지 않는 것을 방지할 수 있다. 실리콘을 사용하는 것은, 또한 쉴드(shield)가 MEMS 기술을 사용하여 정확하게 미세가공(micro-machined)될 수 있도록 한다. 더욱이, 실리콘은 아주 단단하고 실질적으로 변형되지 않는다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 통해 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 노즐 어셈블리(nozzle assembly)는 일반적으로 참조부호 10으로 명기되어 있다. 잉크젯 프린트헤드(ink jet printhead)는 실리콘 기판(16) 위의 어레이(array, 14)(도 5 및 도 6) 내에 배치된 복수개의 노즐 어셈블리(10)를 구비한다. 상기 어레이(14)는 아래에 더 상세히 기재될 것이다.
상기 어셈블리(10)는, 유전체층(dielectric layer, 18)이 증착된 실리콘 기판(16)을 포함한다. CMOS 부동태층(passivation layer, 20)은, 상기 유전체층(18) 위에 증착된다.
각 노즐 어셈블리(10)는, 노즐 개구부(24)를 형성하는 노즐(22), 레버 아암(lever arm, 26)의 형태인 연결부재(connecting member) 및 액츄에이터(actuator, 28)를 포함하고 있다. 상기 레버 아암(26)은, 상기 액츄에이터(28)와 상기 노즐(22)을 연결한다.
도 2 내지 도 4에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 상기 노즐(22)은, 그 크라운부(crown portion, 30) 및 상기 크라운부에 연결된 스커트부(skirt portion, 32)를 포함한다. 상기 스커트부(32)는, 노즐 챔버(34)의 주벽(peripheral wall)의 일부를 형성한다. 상기 노즐 개구부(24)는 상기 노즐 챔버(34)와 유체가 흐르도록 연결된다. 주목할 것은, 상기 노즐 개구부(24)가 상기 노즐 챔버(34)내에서 잉크체(body of ink, 40)의 메니스커스(meniscus, 38)를 "구속하는" 돌출된 림(raised rim, 36)에 의해 둘러싸여 있다는 것이다.
잉크 흡입 구멍(ink inlet aperture, 42, 도 6에 가장 명확하게 도시됨)은, 상기 노즐 챔버(34)의 바닥(floor, 46) 내에 형성된다. 상기 흡입 구멍(42)은, 기판(16)를 통과하여 형성되는 잉크 흡입 채널(ink inlet channel, 48)과 유체가 흐르도록 연결된다.
벽부(wall portion, 50)는, 상기 흡입 구멍(42)과 경계를 이루고, 상기 바닥부(floor portion, 46)로부터 위쪽으로 연장된다. 상기 노즐(22)의 스커트부(32)는, 전술한 바와 같이, 상기 노즐 챔버(34)의 주벽의 제1 부분을 형성하고, 상기 벽부(50)는 상기 노즐 챔버(34)의 주벽의 제2 부분을 형성한다.
상기 벽부(50)는, 이하에서 보다 상세히 기재하는 바와 같이, 상기 노즐(22)이 이동될 때, 잉크가 새는 것을 방지하는 유체 씰(fluidic seal)로서 작용하는 립(lip, 52)이 그 자유단(free end)에서 안쪽을 향해 있다. 잉크(40)의 점성 및 상기 립(52)과 상기 스커트부(32) 사이의 적은 치수의 공간때문에, 안쪽으로 향해 있는 립(52)과 표면장력은, 상기 노즐 챔버(34)로부터 잉크가 새는 것을 방지하기 위한 효과적인 씰로서 작용한다.
상기 액츄에이터(28)는, 열적 벤드 액츄에이터(thermal bend actuator)이며, 상기 기판(16), 자세히는 상기 CMOS 부동태층(20)으로부터 위쪽으로 연장되는 앵커(anchor, 54)에 연결된다. 상기 앵커(54)는, 상기 액츄에이터(28)와 전기적인 접속을 형성하는 도체패드(conductive pad, 56) 위에 장착된다.
상기 액츄에이터(28)는, 제2 수동빔(passive beam, 60) 위에 배열된 제1 능동빔(active beam, 58)을 포함한다. 바람직한 실시예로는, 빔(58, 60)이 모두 질화티타늄(TiN)과 같은 전도성 세라믹 재료로 되거나 전도성 세라믹 재료를 포함하는 것이다.
두 빔(58, 60)은 상기 앵커(54)에 고정되는 제1 끝단과 상기 아암(26)과 연결되는 대향하는 끝단을 갖는다. 상기 능동빔(58)을 통해 전류가 흐를 때 상기 능동빔(58)의 열팽창이 초래된다. 전류가 흐르지 않는 수동빔(60)은 동일한 속도로 팽창되지 않으므로, 벤딩 모멘트(bending moment)가 상기 아암(26)에 생겨, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(22)이 상기 기판(16) 쪽으로 아래로 변위하게 된다. 이로 인해, 도 3에서 62로 도시된 바와 같이, 노즐 개구부(24)를 통해 잉크의 분사를 일으킨다. 열원이 상기 능동빔(58)으로부터 제거될 때, 즉 전류 흐름이 차단됨으로써, 상기 노즐(22)이 도 4에 도시된 바와 같은 정지 위치로 돌아간다. 상기 노즐(22)이 정지 위치로 돌아갈 때, 잉크 방울(64)은, 도 4에서 66으로 도시된 바와 같이, 잉크 방울의 네크(neck)가 파단된 결과로서 형성된다. 그 다음, 상기 잉크 방울(64)은, 종이와 같은 인쇄 매체 위로 이동한다. 상기 잉크 방울(64)이 형성된 결과로서, 도 4에서 68로 도시된 바와 같이, "음"의 메니스커스(meniscus)가 형성된다. 이러한 "음"의 메니스커스(68)는, 상기 노즐 챔버(34) 내로 상기 잉크(40)의 유입을 초래함으로써, 상기 노즐 어셈블리(10)로부터의 다음 잉크 방울 분사에 대비하여 새로운 메니스커스(38, 도 2)가 형성되도록 한다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 노즐 어레이(14)를 보다 자세히 설명한다. 상기 어레이(14)는 4색 프린트헤드용이다. 따라서, 상기 어레이(14)는 노즐 어셈블리의 4그룹(70)을 포함하며, 각 색깔당 하나의 그룹이다. 각 그룹(70)은 2열(row, 72, 74)로 배열된 노즐 어셈블리(10)를 갖는다. 하나의 그룹(70)이 도 6에 보다 자세히 도시되어 있다.
상기 열(72, 74)에 있는 노즐 어셈블리(10)의 밀집된 배치를 용이하게 하기 위해서, 상기 열 74에 있는 노즐 어셈블리(10)는 상기 열 72에 있는 노즐 어셈블리(10)에 대하여 경사지거나 또는 엇갈리게 놓여 있다. 또한, 상기 열 74에 있는 노즐 어셈블리(10)의 레버 아암(26)이, 상기 열 72에 있는 어셈블리(10)의 인접한 노즐(22) 사이를 지날 수 있도록, 상기 열 72에 있는 노즐 어셈블리(10)는 서로 충분한 공간을 두고 떨어져 있다. 각 노즐 어셈블리(10)는, 상기 열 72에 있는 노즐(22)이 상기 노즐(22)과 상기 열 74에 있는 인접한 노즐 어셈블리(10)의 액츄에이터(28) 사이 끼워지도록, 실질적으로 아령(dumbbell) 형상으로 되어 있다.
또한, 상기 열(72, 74)에 있는 노즐(22)의 밀집된 배치를 용이하게 하기 위하여, 각 노즐(22)은 실질적으로 6각형 형상이다.
이 분야의 당업자라면, 상기 노즐(22)이 기판(16)쪽으로 변위될 때, 사용 시, 상기 노즐 개구부(24)가 상기 노즐 챔버(34)에 대하여 약간의 각도를 이루기 때문에, 잉크가 수직에서 약간 벗어나 분사된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 5 및 도 6에 도시된 배열의 장점은, 상기 열(72, 74)에 있는 노즐 어셈블리(10)의 액츄에이터(28)가 상기 열(72, 74)의 한쪽면에 대해 동일한 방향으로 확장된다는 것이다. 따라서, 상기 열 72의 노즐(22)로부터 분사된 잉크와 상기 열 74의 노즐(22)로부터 분사된 잉크는, 같은 각도로 서로에 대하여 나란히 놓여 있어 개선된 인쇄 품질을 가져온다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(16)은, 상기 패드(76)를 경유하여 상기 노즐 어셈블리(10)의 액츄에이터(28)에 전기적인 접속을 제공하도록 배열된 본드패드(bond pad, 76)를 갖는다. 이들 전기적인 접속은 상기 CMOS층(미도시)을 경유하여 형성된다.
도 7을 참조하면, 노즐 어레이 및 노즐 가드가 도시되어 있다. 앞의 도면과 관련하여, 특별한 명기가 없으면, 동일한 참조부호는 동일한 부품을 나타낸다.
노즐 가드(80)는 상기 어레이(14)의 기판(16) 위에 장착된다. 상기 노즐 가드(80)는, 관통하는 복수개의 구멍(84)을 구비한 쉴드(shield, 82)를 포함한다. 잉크가 어떤 하나의 노즐 개구부(24)로부터 분사될 때, 상기 잉크가 인쇄 매체에 도달하기 전에 연관된 구멍(84)을 통과하도록, 상기 구멍(84)은 상기 어레이(14)의 노즐 어셈블리(10)의 노즐 개구부(24)와 일치한다.
상대적으로 높은 수준의 먼지 또는 부유입자하의 환경에서, 상기 구멍(84)은 막히게 될 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 노즐 가드(80)의 외부면(142)은 손상된 노즐로부터 누출된 잉크를 축적할 수 있다. 이러한 경우에는, 외부면(142)으로부터 잔유물(144)을 주기적으로 청소하는 와이퍼 블레이드(143)를 구비하는 것이 편리하다. 불행하게도, 상기 와이퍼(143)의 잔유물(144)은 종종 구멍(84)의 외부림, 특히 상기 와이퍼의 이동방향(145)과 면하는 림의 부분에 박히게 된다. 쌓인 이 잔유물(144)은 상기 와이퍼(143)에 의해 제거되지 않는 경향이 있으며, 상기 구멍(84)을 곧 막히게 할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 다수의 구멍(84) 또는 구멍(84)의 무리의 주위의 외부면(142)에 리세스(recess)를 제공한다. 와이퍼 블레이드(143)는 상기 구멍(84)의 무리 위를 지나므로, 모여진 잔유물(144)은 어떤 림에도 박히지 않는다. 이러한 안전장치에 더하여, 각각의 리세스(146)는 디플렉터 리지(deflector ridge, 147)를 구비한다. 도 7c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 디플렉터 리지(147)는, 와이퍼 블레이드(143)가 상기 구멍의 무리 중 어떤 구멍(84)의 위를 지나기 전에, 즉시 상기 와이퍼 블레이드(143)와 결합한다. 상기 디플렉터 리지(147)는, 잔유물(144)이 상기 구멍(84)으로 떨어질 가능성을 줄이기 위하여, 상기 블레이드(143)상의 잔유물(144)을 제거한다. 상기 디플렉터 리지(147)는, 축적된 잔유물(144)을 상기 구멍(84)으로부터 상기 리세스(146)의 모서리로 이동시키기 위하여, 상기 와이퍼 블레이드(143)의 방향 145로 기울어진다. 이와 유사하게, 상기 구멍(146)의 모서리는, 상기 잔유물이 상기 블레이드(143)에 의해 청소되는 마지막 모퉁이에 축적되는 경향을 갖도록, 상기 와이퍼 블레이드의 방향 145로 기울어진다.
구멍의 무리를 둘러싸는 리세스를 제공함으로써, 각각의 구멍간의 간격보다 한 무리의 구멍간의 간격만이 증가한다. 따라서, 상기 노즐 가드는 먼지에 의해 막하는 것을 여전히 효율적으로 회피하는 반면에, 프린트헤드의 노즐 충진 밀도는 단지 근소하게 증가하는 것이 필요하다.
상기 가드(80)는 실리콘으로서, 종이, 먼지 또는 사용자의 손가락에 접촉으로 인한 손상으로부터 노즐 어레이(14)를 보호하기 위하여 필요한 강도와 강성(rigidity)을 가진다. 실리콘으로 상기 가드를 만들기 때문에, 그 열팽창계수는 실질적으로 노즐 어레이의 열팽창계수와 부합하게 된다. 가드를 실리콘으로 한 것은, 프린트헤드가 통상의 작동온도 이상으로 가열됨에 따라, 쉴드(82) 내의 구멍(84)이 상기 노즐 어레이(14)와 일치하지 않게 되는 것을 방지하고자 한 것이다. 실리콘은 또한, 노즐 어셈블리(10)의 제조와 관련하여 이하에서 보다 자세하게 설명될 MEMS 기술을 이용한 정확한 미세가공(micro-machining)에 아주 적합하다.
상기 쉴드(82)는, 다리(limb) 또는 지주(strut)(86)에 의해 상기 노즐 어셈블리(10)에 대하여 상대적으로 공간을 두고 장착된다. 하나의 지주(86)는, 그 속에서 형성된 공기 흡입 개구(air inlet opening, 88)를 갖는다.
사용 시, 상기 어레이(14)가 작동할 때, 공기는 상기 공기 흡입 개구(88)를 통해 공급되어, 상기 구멍(84)을 통과하는 잉크와 함께 상기 구멍(84)을 강제로 지나게 된다.
상기 잉크 방울(64)의 속도와 다른 속도로 공기가 상기 구멍(84)을 통하여 공급되기 때문에, 상기 잉크는 공기 속에 부유되어 운반되지 않는다. 예컨대, 상기 잉크 방울(64)은 상기 노즐(22)로부터 약 3m/s의 속도로 분사된다. 공기는 약 1m/s의 속도로 구멍(84)을 통하여 공급된다.
공기를 공급하는 목적은, 상기 구멍(84)을 외부 입자로부터 깨끗하게 유지하기 위함이다. 전술한 바와 같이, 먼지 입자와 같은 외부 입자들은 상기 노즐 어셈블리(10) 위에 떨어져, 그 작동에 나쁜 영향을 줄 수 있는 위험이 존재한다. 이러한 문제는, 상기 노즐 가드(80)에 공기 흡입 개구(88)를 제공함으로써 개선된다. 도 8 내지 도 10에는, 노즐 어셈블리(10)를 제조하기 위한 공정이 도시되어 있다.
우선, 실리콘 기판 또는 웨이퍼(wafer, 16)로 설명하면, 유전체층(18)은 상기 웨이퍼(16)의 표면 위에 증착된다. 상기 유전체층(18)은 약 1.5마이크론(micron)의 CVD 산화물 형태이다. 상기 유전체층(18) 위에는 레지스트(resist)가 스핀코팅되며, 상기 유전체층(18)은 마스크(100)에 노광되고 실질적으로 현상된다.
현상된 후, 상기 유전체층(18)은 실리콘층(16)을 향하여 아래로 플라즈마 에칭된다. 그 다음, 상기 레지스트는 벗겨지고 상기 유전체층(18)은 청정하게 된다. 이러한 단계에서 잉크 흡입 구멍(42)이 형성된다.
도 8b에는, 약 0.8마이크론의 알루미늄(aluminum, 102)이 상기 유전체층(18) 위에 증착되고 있다. 레지스트가 스핀코팅되며, 상기 알루미늄(102)이 마스크(104)에 노광되고 현상된다. 상기 알루미늄(102)은 상기 유전체층(18)을 향해 아래로 플라즈마 에칭되고, 상기 레지스트는 벗겨지며 장치는 깨끗하게 된다. 이러한 단계에서 본드 패드가 제공되며, 상기 잉크젯 액츄에이터(28)와 상호 연결된다. 이러한 상호 연결은 NMOS 구동 트랜지스터(drive transistor)와 CMOS층(미도시)에 만들어진 결선(connection)을 구비한 파워면(power plane)을 연결한다.
약 0.5마이크론의 PECVD 질화물이 CMOS 부동태층(20)으로서 증착된다. 레지스트가 스핀코팅되며, 상기 부동태층(20)은 마스크(106)에 노광되고, 그 후 현상된다. 현상 후, 상기 질화물은, 흡입 구멍(42)의 지역에 있는 알루미늄층(102)과 상기 실리콘층(16)을 향해 플라즈마 에칭된다. 상기 레지스트는 벗겨지며 장치는 깨끗하게 된다.
희생물질(sacrificial material)로 이루진 층(108)이 상기 부동태층(20) 위에 스핀코팅된다. 상기 층(108)은 6마이크론의 감광성 폴리이미드(photo-sensitive polyimide) 또는 약 4㎛의 고온 레지스트(resist)이다. 상기 층(108)은 소프트베이크(softbaked)되며, 그 후 마스크(110)에 노광되고, 그 다음 현상된다. 그 후, 상기 층(108)이 폴리이미드를 포함할 경우 상기 층(108)은 400℃에서 1시간 동안 또는 상기 층(108)이 고온 레지스트인 경우 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크(hardbake)된다.
도면에서 주목해야 할 것은, 수축에 의한 폴리이미드층(108)의 패턴 의존성 변형(pattern-dependent distortion)이 상기 마스크(110)의 설계에서 고려된다는 것이다.
다음 단계에서는, 도 8e에 도시된 바와 같이, 제2 희생층(second sacrificial layer, 112)이 적용된다. 상기 층(112)은, 스핀코팅된 2㎛의 감광성 폴리이미드 또는 약 1.3㎛의 고온 레지스트이다. 상기 층(112)는 소프트베이크되고 마스크(114)에 노광된다. 상기 마스크(114)에 노광된 후, 상기 층(112)은 현상된다. 상기 층(112)이 폴리이미드인 경우에, 상기 층(112)는 약 1시간 동안 400℃에서 하드베이크된다. 상기 층(112)이 레지스트인 경우, 약 1시간 동안 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크된다.
그 다음, 0.2마이크론 다층 금속층(multi-layer metal layer)이 증착된다. 이 층(116)의 일부는 상기 액츄에이터(28)의 수동빔(60)을 형성한다.
상기 층(116)은, 약 300℃에서 1000Å의 질화티타늄(TiN)을 스퍼터링(sputtering)하고, 그 후 50Å의 질화탄탈룸(TaN)이 스퍼터링함으로써 형성된다. 또한, 1000Å의 TiN이 더 스퍼터링되고, 그 위에 50Å의 TaN과 다시 1000Å의 TiN이 추가로 스퍼터링된다. TiN 대신에 사용될 수 있는 다른 재료는 TiB2, MoSi2 또는 (Ti, Al)N이다.
그 다음, 상기 층(116)은 마스크(118)에 노광되며, 현상되고, 상기 층(112)을 향해 아래로 플라즈마 에칭되며, 그 후 상기 층(116)에 적용된 레지스트는 경화된 층(108 또는 112)이 제거되지 않도록 주의하면서 습식으로 벗겨진다.
제3 희생층(120)은, 4㎛의 감광성 폴리이미드 또는 대략 2.6㎛ 고온 레지스트를 스핀코팅함으로써 적용된다. 상기 층(120)은 소프트베이크되고, 그 후 마스크(122)에 노광된다. 그 다음, 상기 노광된 층은 현상된 후 하드베이크된다. 폴리이미드의 경우, 상기 층(120)은 대략 1시간 동안 400℃에서 하드베이크되거나, 상기 층(120)이 레지스트를 포함한 경우 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크된다.
제2 다층 금속층(124)이 상기 층(120)에 적용된다. 상기 층(124)의 구성은 상기 층(116)과 같으며, 동일한 방식으로 적용된다. 상기 층(116, 124)은 모두 전기적 전도층이다.
상기 층(124)는, 마스크(126)로 노광된 후 현상된다. 상기 층(124)은 상기 폴리이미드 또는 레지스트층(120)을 향하여 아래로 플라즈마 에칭되며, 그 후 상기 층(124)에 적용된 레지스트는 상기 경화된 층(108, 112 또는 120)이 제거되지 않도록 주의하면서 습식으로 벗겨진다. 상기 층(124)의 나머지 부분은 상기 액츄에이터(28)의 능동빔(58)을 형성한다.
제4 희생층(128)은, 4㎛의 감광성 폴리이미드 또는 대략 2.6㎛의 고온 레지스트를 스핀코팅하여 적용된다. 상기 층(128)은 소프트베이크되며, 마스크(130)에 노광되고, 그 후 도 9k에 도시된 바와 같은 섬 부분(island portion)이 남도록 현상된다. 상기 층(128)의 나머지 부분은, 폴리이미드인 경우 대략 1시간 동안 400℃에서 하드베이크되거나, 레지스트인 경우 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크된다.
도 8l에 도시된 바와 같이, 높은 영률(Young's modulus)의 유전체층(132)이 증착된다. 상기 층(132)은, 대략 1㎛의 질화실리콘 또는 산화알루미늄으로 구성된다. 상기 층(132)은, 상기 희생층(108, 112, 120, 128)의 하드베이크 온도(hardbake temperature)보다 낮은 온도에서 증착된다. 이러한 유전체층(132)에 요구되는 주된 특징은, 고탄성율, 화학적 불활성 및 TiN과의 양호한 접합성이다.
제5 희생층(134)은, 2㎛의 감광성 폴리이미드 또는 대략 1.3㎛의 고온 레지스트로 스핀코팅함으로써 적용된다. 상기 층(134)은 소프트베이크되며, 마스크(136)에 노광되고 현상된다. 상기 층(134)의 나머지 부분은, 폴리이미드인 경우 1시간 동안 400℃에서 하드베이크되거나, 레지스트인 경우 300℃보다 높은 온도에서 하드베이크된다.
상기 유전체층(132)은, 어떠한 희생층(134)도 제거되지 않도록 주의하면서, 상기 희생층(128)을 향하여 아래로 플라즈마 에칭된다.
이러한 단계는, 상기 노즐 어셈블리(10)의 노즐 개구부(24), 레버 아암(26) 및 앵커(54)를 형성한다.
높은 영률의 유전체층(138)이 증착된다. 상기 층(138)은 상기 희생층(108, 112, 120 및 128)의 하드베이크 온도보다 낮은 온도에서 0.2㎛의 질화실리콘 또는 질화알루미늄을 증착함으로써 형성된다.
그 다음, 도 8p에 도시된 바와 같이, 상기 층(138)은 0.35마이크론의 깊이로 이방적(異方的)으로 플라즈마 에칭된다. 이 에칭은, 상기 유전체층(132) 및 희생층(134)의 측벽을 제외한 모든 표면으로부터 유전물질을 제거하려는 것이다. 이러한 단계에서는, 상술한 바와 같이, 상기 노즐 개구부(24) 둘레에 잉크의 메니스커스를 "구속하는" 노즐 림(nozzle rim, 36)을 형성한다.
자외선(UV) 릴리스 테이프(release tape, 140)가 적용된다. 4㎛의 레지스트가 상기 실리콘 웨이퍼(16)의 배면에 스핀코팅된다. 상기 웨이퍼(16)는 마스크(142)에 노광되고, 상기 웨이퍼(16)를 백에칭(back etching)하여 상기 잉크 흡입 채널(48)을 형성한다. 그 다음, 상기 레지스트는 상기 웨이퍼(16)로부터 벗겨진다.
또 다른 UV 릴리스 테이프(미도시)가 상기 웨이퍼(16)의 배면에 적용되고, 상기 테이프(140)는 제거된다. 상기 희생층(108, 112, 120, 128 및 134)은, 도 8r 및 도 9r에 도시된 바와 같이, 최종 노즐 어셈블리(10)를 제공하기 위하여 산소 플라즈마로 벗겨진다. 쉽게 참조하기 위하여, 이들 두개의 도면에서 예시된 참조부호들은, 상기 노즐 어셈블리(10)의 관련 부품을 나타내기 위하여, 도 1의 그것과 동일하다. 도 11 및 도 12는, 도 8 및 도 9를 참조하여 전술한 공정에 의해 제조된 상기 노즐 어셈블리(10)의 작동을 도시하고 있으며, 이들 도면들은 도 2 내지 도 4에 대응한다.
명백히 기재된 바와 같이, 이 기술분야의 당업자라면, 상기 특정한 실시예에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 요지 및 영역을 벗어나지 않고 본 발명에 대한 여러 실시예 및/또는 변형예들을 만들 수 있다고 여겨진다. 따라서, 본 발명의 실시예는, 모든 관점에서 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 프린트되는 기판 위로 착색제를 분사하기 위한 노즐(nozzle)의 어레이(array)를 구비하는, 구멍이 형성된 잉크젯 프린트헤드(ink jet printhead)용 노즐 가드(nozzle guard)에 있어서,
    착색제가 노즐로부터 분사되고 구멍을 통과하여 프린트되는 기판 위에 분사되는 것은 허용하는 반면에, 손상을 야기하는 노즐과의 접촉을 방지하기 위하여, 상기 노즐 가드는, 노즐의 외부로 연장되도록 프린트헤드상에 위치되게 개선되고;
    상기 노즐 가드는, 사용시 매체에 면하는 외부면을 포함하며;
    상기 외부면은, 잔유물을 제거하기 위하여 표면을 주기적으로 청소하는 와이퍼 블레이드(wiper blade)와 결합되어 형성되고;
    상기 외부면은 하나 또는 그 이상의 리세스(recess)를 구비하고, 각각의 리세스는 상기 구멍의 그룹을 둘러쌈으로써, 와이퍼 블레이드가 상기 그룹의 어떤 구멍과 인접한 외부면과 즉시 결합하는 것을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부면은, 각각의 리세스에 디플렉터 리지(deflector ridge)를 더 포함하고, 상기 디플렉터 리지는, 상기 와이퍼 블레이드가 상기 그룹 안의 어떤 구멍 위를 지나기 전에, 상기 와이퍼 블레이드와 결합하기 위해 위치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디플렉터 리지는, 잔유물을 상기 구멍으로부터 상기 리세스의 모서리로 편향시키기 위하여, 상기 와이퍼 블레이드의 방향으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리세스는 전체적으로 직사각형이고, 상기 리세스의 각 측면은 상기 와이퍼 블레이드의 방향으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각각의 리세스는, 각각의 청소(sweep)의 도중에, 상기 와이퍼 블레이드에 의해 청소되는 상기 직사각형 리세스의 마지막 모퉁이에 의하여 부분적으로 형성되는 축적영역(accumulation area)을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 어레이에 외부 입자가 축적되는 것을 방지하기 위하여, 유체를 노즐로 안내하고 통로를 통하여 나오도록 하는 유체 흡입 개구(fluid inlet opening)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  7. 제6항에 있어서,
    일체적으로 형성된 한 쌍의 이격된 지지부재(support element)를 더 포함하고, 상기 한 쌍 중 하나의 지지부재는, 상기 노즐 가드의 각각의 끝단에 배열되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유체 흡입 개구는, 상기 지지부재 중 하나에 배열되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유체 흡입 개구는, 상기 노즐 어레이의 본드 패드(bond pad)로부터 떨어진 지지부재에 배열되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 외부면은, 상기 리세스와 상기 디플렉트 리지를 제외하고는 편평한 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가드는, 실리콘(silicon)으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 노즐 가드.
KR10-2004-7003054A 2001-08-31 2002-08-21 잉크젯 프린트헤드의 노즐 그룹을 위한 잔유물 가드 KR100539499B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

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