KR100544209B1 - 잉크 제트 프린트 헤드 - Google Patents
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Abstract
잉크 제트 프린트 헤드에 관해 기술된다. 잉크 제트 프린트 헤드는: 히터 및 이를 보호하는 패시베이션층이 형성된 기판과; 상기 히터에 대응하는 챔버 및 챔버로 연결되는 유로를 제공하는 유로판과; 상기 챔버에 대응하는 오리피스가 형성된 노즐판을; 구비하고, 상기 유로판은 포토레지스트로 형성되며, 상기 노즐판은 상기 유로판의 공정한계 온도 이하의 공정온도에서 형성 가능한 실리콘 계열의 저온증착화합물에 의해 형성된 특징을 가진다. 본 발명은 양호한 소수성의 노즐판을 가지며, 유로판에 대한 노즐판의 접착성이 향상된 모노리틱 잉크 제트 프린트 헤드를 제공한다.
잉크, 제트, 프린트, 소수성, 코팅막
Description
도 1 은 종래 잉크 제트 프린트 헤드의 개략적 구조를 보인 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 잉크 제트 프린트 헤드의 개략적 단면도이다.
도 3은 는 본 발명에 따른 잉크 제트 프린트 헤드의 제1실시예의 개략적 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 잉크 제트 프린트 헤드의 제2실시예의 개략적 단면도이다.
도 5A 내지 5F는 본 발명에 따른 잉크 제트 프린트 헤드의 제1실시예의 제조 공정을 보인다.
도 6A 내지 6H는 본 발명에 따른 잉크 제트 프린트 헤드의 제2실시예의 제조 공정을 보인다.
본 발명은 잉크 제트 프린트 헤드에 관한 것으로서, 상세히는 양호한 소수성과 접착성을 가지는 노즐판을 갖춘 잉크 제트 프린트 헤드에 관한 것이다.
잉크 제트 프린터 헤드는 열원을 이용하여 잉크에 기포(버블)를 발생시켜 이 힘으로 잉크 액적(液滴, droplet)을 토출시키는 전기-열 변환 방식(electro-thermal transducer, 버블 제트 방식)이 주종을 이룬다.
도 1은 종래 잉크 제트 프린트 헤드의 개략적 구조를 보이는 사시도 이며, 도 2는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크 제트 프린트 헤드는 잉크가 공급되는 메니폴드(미도시)를 구비하고 그 표면에 히터(12) 및 이를 보호하는 패시베이션층(11)이 형성된 기판(1)과, 기판(1) 상에 유로(22) 및 잉크 챔버(21)를 형성하는 유로층(2), 상기 유로판(2) 상에 형성되는 것으로 상기 잉크챔버(21)에 대응하는 오리피스(31)가 형성된 노즐판(3)을 구비한다.
일반적으로 유로층과 노즐판은 폴리이미드를 이용한 포토리소그래피법에 의해 형성된다. 종래의 잉크 제트 프린트 헤드에서, 상기 유로판과 노즐판은 같은 물질, 예를 들어 폴리이미드(poly imide)로 형성된다. 상기 노즐판은 폴리이미드가 가지는 약한 접착성에 의해 유로판으로부터 쉽게 떨어질 수 있다는 것이다.
이러한 문제를 해소하기 위하여, 종래의 잉크 제트 프린트 헤드의 한 제조방법에 의하면, 상기와 같이 유로층과 노즐판이 폴리이미드에 의해 별개의 층으로 형성되는 경우 유로판과 노즐판을 별도로 제작한 후 이를 기판에 접합하도록 한다. 이러한 방법은 구조적인 미스얼라인 등의 여러 문제로 인해 웨이퍼 레벨에서 노즐판을 부착할 수 없고, 웨이퍼로부터 분리된 칩의 각각에 대해 노즐판을 부착해야 하며, 따라서 제품 생산성에 매우 불리 하다. 또한, 폴리이미드로 유로층과 노즐판이 형성되는 경우 여전히 유로판과 노즐판의 박리가 문제되고 결국 이는 제품의 수율을 낮추게 된다.
한편, 종래의 한 잉크 제트 프린트 헤드의 다른 제조방법은 챔버 및 유로를 마련하기 위한 희생층으로서의 몰드층을 포토레지스트에 의해 형성한 후 이 위에 폴리이미드에 의해 유로판과 노즐판을 단일층으로서 형성하고, 최종적으로 희생층을 제거하여 상기 챔버 및 유로를 형성하도록 한다. 몰드층에 의해 유로 및 노즐을 형성하는 경우, 몰드층을 보호하기 위해 폴리이미드 등을 충분한 온도로 베이킹할 수 없는 문제가 있다.
이러한, 잉크 제트 프린트 헤드의 노즐판은 기록용지에 직접 대면하는 것으로서 노즐을 통해서 토출되는 잉크 액적의 토출에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지의 인자를 가진다. 이들 인자 중에는 노즐판의 표면의 소수성(疏水性, hydrophobic)이다. 소수성이 작을 경우 즉, 친수성(親水性)을 가지는 경우 노즐을 통해 토출되는 잉크의 일부가 노즐판의 표면으로 스며 나와 노즐판의 표면을 오염시킬 뿐 아니라 토출되는 잉크 액적의 크기, 방향 및 속도 등이 일정치 않은 문제가 발생된다. 상기와 같이 전술한 바와 같은 폴리이미드에 의한 노즐판은 친수성을 가지며 따라서 전술한 바와 같은 문제를 가진다. 이러한 친수성에 의한 문제점을 해소하기 위해서 일반적으로 폴리이미드로 된 노즐판의 표면에 소수화를 위한 코팅층의 형성이 추가적으로 요구된다. 상기 코팅막으로는 도금된 니켈(Ni), 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 탄탈륨(Ta) 등과 같은 금속과 FC(fluoronated carbon), F-Silane 또는 DLC(Diamond like carbon) 등과 같은 소수성이 뛰어난 과플루오르화(perfluoronated) 알켄 및 실란 화합물이 사용된다. 소수성 코팅막은 스프레이 코팅이나 스핀 코팅과 같은 습식법에 의해 형성될 수도 있으며, PECVD, 스퍼터링(Sputtering) 등과 같은 건식법을 사용하여 증착하게 된다. 이러한 소수화를 위한 코팅층은 결국 헤드의 제작비용을 증가시킨다.
본 발명은 양호한 소수성의 노즐판을 가지며, 유로판에 대한 노즐판의 접착성이 향상된 모노리틱 잉크 제트 프린트 헤드를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 잉크 제트 프린트 헤드는,
히터 및 이를 보호하는 패시베이션층이 형성된 기판과;
상기 히터에 대응하는 챔버 및 챔버로 연결되는 유로를 제공하는 유로판과;
상기 챔버에 대응하는 오리피스가 형성된 노즐판을; 구비하고,
상기 유로판은 포토레지스트로 형성되며,
상기 노즐판은 상기 유로판의 공정한계 온도 이하의 공정온도에서 형성 가능한 SiN, SiO2, SiON 중 어느 하나의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 프린트 헤드가 제공된다.
상기 본 발명의 잉크 제트 프린트 헤드에 있어서, 상기 유로판은 폴리이미드로 형성되며, 상기 노즐판은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐판은 유로판에 대향하는 제1노즐판과 제1노즐판에 형성되는제2노즐판을 포함하며, 상기 노즐은 제1노즐판에 형성되는 제1오리피스와, 제2노즐판에 형성되는 제2오리피스를 포함하며, 상기 제1오리피스는 제2오리피스에 비해 큰 직경을 가지는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 잉크 제트 프린트 헤드의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 잉크 제트 프린트 헤드의 제 1 실시예의 개략적 단면도이다.
실리콘(Si) 기판(100)의 표면에 히터(102)가 형성되어 있고 이의 위에 패시베이션층(101)이 형성되어 있다. 상기 히터(102)는 전기적 발열장치로서 기판(100)에 마련되는 컨덕터 및 패드 들에 연결되어 있다. 본 실시예에서는 이러한 컨덕터 및 패드에 관해서는 설명 및 도시되지 않는다. 상기 패시베이션층(101) 위에는 폴리이미드 등의 포토레지스트에 의한 유로판(200)이 위치한다. 유로판(200)은 히터(102)의 상방에 위치하는 잉크 챔버(201)와 잉크 챔버(201)로의 잉크 공급을 위한 잉크공급경로(미도시)를 제공한다. 상기 유로판(200)의 위에는 유로판(200)과는 다른 물질로 된 노즐판(300)이 위치한다. 상기 노즐판(300)은 폴리이미드 등의 포토레지스트와 접착성이 우수한 실리콘 계열의 물질, 예를 들어 SiO2, SiN 또는 SiON 으로 형성된다. 상기 노즐판(300)에는 상기 잉크 챔버(210)에 대응하며 잉크 액적을 토출하는 오리피스(310)가 형성되어 있다.
위의 구조에서, 유로판(200)은 포토레지스트, 특히 폴리이미드로 형성된다.폴리이미드는 소수성 및 접착성이 좋지 않은 것으로 알려졌다. 그러나 기판(100) 상의 패시베이션층(101) 및 유로판(200) 위의 노즐판(300)이 모두 실리콘 계열의 물질인 SiO2, SiN 또는 SiON 로 형성된다. 이러한 물질은 접착성이 좋고 따라서, 기판(100)에 대해 유로판(200) 및 노즐판(300)이 확고히 부착될 수 있다. 이러한 상기 노즐판(300)을 위한 물질은 상기 유로판(200)의 물질 특성에 의해 제한되는 공정 한계 온도 이하, 예를 들어 폴리이미드의 경우 350℃ 이하의 저온에서 증착될 수 있는 물질이며, 따라서 웨이퍼 레벨로 상기 유로판(200) 및 노즐판(300)을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 잉크 제트 프린트 헤드의 제 2 실시예를 보인다. 본 실시예 2에서, 노즐판(300)은 서로 다른 직경의 제1, 제2오리피스(311, 312)를 갖는 제 1 노즐판(301)과 제 2 노즐판(302)을 포함한다. 제1, 제2노즐판(302)은 동일한 물질, 특히 전술한 실리콘 계열의 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 제1, 제2노즐판(301, 302)에 형성된 제1, 제2오리피스(301,302)에 의해 제1, 제2노즐판에 의한 노즐판(300)의 오리피스(310)는 액적 진행방향으로 축소되는 직경을 가진다.
이하, 전술한 실시예 1 및 실시예 2의 잉크 제트 프린트 헤드의 제조방법을 각각 설명한다.
이하의 실시예들의 설명에 있어서, 일반적으로 알려진 공법, 특히 잉크 제트프린트 헤드 제조를 위해 사용되는 알려진 기술에 대해서는 깊이 설명되지 않는다.
도 5A 내지 도 5F는 도 3에 도시된 잉크 제트 프린트 헤드의 제조공정을 도시한다.
도 5A 에 도시된 바와 같이, 히터(102) 및 이를 보호하는 SiN 패시베이션층(101)을 포함하는 하부막질층이 형성된 실리콘 웨이퍼 상태의 기판(100)을 준비한다. 이 과정은 웨이퍼 레벨로 이루어지며, 히터물질 형성, 패터닝 그리고 패시베이션층의 증착 등을 수반한다.
도 5B에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 상에 포토레지스트, 예를 들어 폴리이미드를 수십 미크론, 예를 들어 30 미크론 두께로 전면 코팅한 후 이를 사진식각법에 의해 패터닝하여 잉크 챔버(210) 및 이에 연결되는 잉크유로(미도시)를 형성한다. 패터닝 이후에 하드 베이킹 과정을 통해 폴리이미드에 의한 유로판(200)을 완성한다.
도 5C에 도시된 바와 같이, 상기 잉크 챔버(210) 내부에 희생층으로서의 몰드층(211)을 포토레지스트로 형성한다. 여기에서는 유로판(200) 전체에 대한 포토레지스트의 코팅에 이어 전면 에칭에 의해 잉크 챔버(210)에만 포토레지스트를 잔류시키는 에치백 또는 부분 노광 및 식각을 수행하는 사진식각법이 적용될 수 있다.
도 5D에 도시된 바와 같이, 상기 유로판(200) 및 몰드층(211) 상에 400℃ 이하의 저온 증착법, 예를 들어 PE-CVD 에 의해 SiO2, SiN 또는 SiON 층을 증착하여 노즐판(300)을 형성한다.
도 5E에 도시된 바와 같이, 상기 노즐판(300)에 상기 잉크챔버(210)에 대응하는 오리피스(310)을 형성한다. 오리피스(310)는 포토레지스트에 의한 마스크 형성 및 습식 및 건식 식각에 의한 패터닝 과정에 의해 형성한다.
도 5F에 도시된 바와 같이, 잉크챔버(210) 내의 몰드층(211)을 제거한다. 오리피스(310) 형성 후 오리피스(310) 형성을 위해 사용된 마스크를 제거하는 공정에서 애슁 및 스트립을 진행하면 잉크챔버(210) 내의 몰드층(211)도 같이 제거할 수 있다. 몰드층(211)의 잔류물 및 다른 유로 상에 존재하는 포토레지스트는 기판(100)의 후면에 대해 실시되는 잉크 피드홀(feed hole) 등의 형성단계 이후에 습식 식각액에 의해 제거될 수 있다.
도 6A 내지 도 6H는 도 4에 도시된 잉크 제트 프린트 헤드의 제조공정을 도시한다.
도 6A 에 도시된 바와 같이, 히터(102) 및 이를 보호하는 SiN 패시베이션층(101)을 포함하는 하부막질층이 형성된 실리콘 웨이퍼 상태의 기판(100)을 준비한다. 이러한 과정은 웨이퍼 레벨로 이루어지며, 히터물질 형성, 패터닝 그리고 패시베이션층의 증착 등을 수반한다.
도 6B에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 상에 포토레지스트, 예를 들어 폴리이미드를 수십 미크론, 예를 들어 30 미크론 두께로 전면 코팅한 후 이를 사진식각법에 의해 패터닝하여 잉크 챔버(210) 및 이에 연결되는 잉크유로(미도시)를 형성한다. 패터닝 이후에 하드 베이킹 과정을 통해 폴리이미드에 의한 유로판(200)을 완성한다.
도 6C에 도시된 바와 같이, 상기 잉크 챔버(210) 내부에 희생층으로서의 몰드층(211)을 포토레지스트로 형성한다. 여기에서는 유로판(200) 전체에 대한 포토레지스트의 코팅에 이어 전면 에칭에 의해 잉크 챔버(210)에만 포토레지스트를 잔류시키는 에치백 또는 부분 노광 및 식각을 수행하는 사진식각법이 적용될 수 있다.
도 6D에 도시된 바와 같이, 상기 유로판(200) 및 몰드층(211) 상에 400℃ 이하의 저온 증착법, 예를 들어 PE-CVD 에 의해 SiO2, SiN 또는 SiON 층을 순차적으로 2개 층(301, 302)을 증착하여 노즐판(300)을 형성한다. 여기에서 하부의 제1노즐판(301)은 SiO2, 상부의 제2노즐판(302)는 SiO2에 대해 높은 습식 식각 선택도를 가지는 SiN으로 형성한다.
도 6E에 도시된 바와 같이, 상기 제1노즐판(301)과 제2노즐판(302)을 포함하는 노즐판(300)에 포토레지스트 마스크(401)를 형성한 후 이를 이용해 건식식각법으로 상기 잉크챔버(210)에 대응하는 오리피스(310)를 형성한다. 오리피스(310)는 제1노즐판(311)에 형성된 제1오리피스(311), 제2노즐판(312)에 형성된 제2오리피스(312)를 구비한다. 건식식각에 의한 에칭에 의해서 오리피스(310)의 제1오리피스(311) 및 제2오리피스(312)는 동일한 직경을 가진다.
도 6F에 도시된 바와 같이, 상기 마스크(401)를 에슁 및 스트립을 통해 제거한다. 이때에 잉크챔버(210) 내의 몰드층(211)도 같이 제거되며 일부 잔류물만 남는다.
도 6G에 도시된 바와 같이, 상기 오리피스(310)를 통해 HF, BOE, LAL을 공급하여 제1노즐판(301)의 제1오리피스(311)을 에칭하여 그 직경을 확대시킨다. 몰드층(211)의 잔류물 및 다른 유로 상에 존재하는 감광제는 기판(100)의 후면에 대해 실시되는 잉크 피드홀(feed hole) 등의 형성단계 이후에 습식 식각액에 의해 제거하여, 도 4에 도시된 바와 같은 목적하는 잉크 제트 프린트 헤드를 얻는다.
본 발명은 유로판과 노즐판이 별도의 몸체를 유지하는 구조를 가지면서도 유로판과 노즐판의 양호한 접착성을 가지기 때문에 웨이퍼 레벨로 유로판 및 노즐판을 연속 형성할 수 있다. 이러한 연속 형성의 가능성은 제품의 수율 향상 및 생산 단가의 감소를 불러온다. 또한, 노즐판이 실리콘 계열의 물질로 형성되기 때문에 소수성을 가진다. 따라서, 잉크에 의한 노즐판의 젖음 현상이 방지되고 따라서 잉크에 의한 노즐의 오염이 방지된다. 이러한 본 발명은 노즐판 자체가 소수성을 가지기 때문에 별도의 소수성 코팅층을 요구하지 않는다.
본 기술분야에서 숙련된 자들에게, 본 발명의 정신을 이탈하지 않고 전술한 바람직한 실시예를 고려한 많은 변화와 수정은 용이하고 자명하며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 보다 명확하게 지적된다. 본원의 기술내용의 개시 및 발표는 단지 예시에 불과하며, 첨부된 청구범위에 의해 보다 상세히 지적된 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안될 것이다.
Claims (5)
- 히터 및 이를 보호하는 패시베이션층이 형성된 기판과;상기 히터에 대응하는 챔버 및 챔버로 연결되는 유로를 제공하는 유로판과;상기 챔버에 대응하는 오리피스가 형성된 노즐판을; 구비하고,상기 유로판은 포토레지스트로 형성되며,상기 노즐판은 상기 유로판의 공정한계 온도 이하의 공정온도에서 형성 가능한 SiN, SiO2, SiON 중 어느 하나의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 잉크 제트 프린트 헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 유로판은 폴리이미드로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 프린트 헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 노즐판은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 프린트 헤드.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,상기 노즐판은 유로판에 대향하는 제1노즐판과 제1노즐판에 형성되는 제2노즐판을 포함하며, 상기 노즐은 제1노즐판에 형성되는 제1오리피스와, 제2노즐판에 형성되는 제2오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 프린트 헤드.
- 제 4 항에 있어서,상기 제1오리피스는 제2오리피스에 비해 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 프린트 헤드.
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Patent Citations (2)
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| JPH1170661A (ja) * | 1997-08-04 | 1999-03-16 | Xerox Corp | モノリシックサーマルインクジェットプリントヘッドの製造方法 |
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