KR100561864B1 - 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성코팅막을 형성하는 방법 - Google Patents

잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성코팅막을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법이 개시된다. 개시된 소수성 코팅막 형성 방법은, 다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 준비하는 단계와, 노즐 플레이트의 표면에 금속층을 형성하는 단계와, 금속층을 덮는 보호막을 형성하는 단계와, 보호막을 선택적으로 식각하여 금속층 중 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에 형성된 부분을 노출시키는 단계와, 노즐 플레이트를 황 화합물이 함유된 용액 내에 침지하여 노출된 금속층의 표면에 황 화합물로 이루어진 소수성 코팅막을 형성하는 단계를 구비한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있게 되므로, 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 성능이 향상된다.

Description

잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법{Method for forming hydrophobic coating layer on surface of nozzle plate of inkjet printhead}
도 1은 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막으로서 황 화합물층이 형성된 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 불소 수지를 포함하는 발수막이 형성된 예를 보여주는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 단계적으로 보여주는 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
120...노즐 플레이트 122...노즐
131...실리콘 산화막 132...금속층
133...보호막 134...소수성 코팅막
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
도 1은 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유로 플레이트(10)에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(13), 다수의 리스트릭터(12) 및 다수의 압력 챔버(11)가 형성되어 있으며, 노즐 플레이트(20)에는 다수의 압력 챔버(11) 각각에 대응하는 다수의 노즐(22)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 유로 플레이트(10)의 상부에는 압전 액츄에이터(40)가 마련되어 있다. 상기 매니폴드(13)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(11) 각각으로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(12)는 매니폴드(13)로부터 압력 챔버(11) 내부로 잉크가 유입되는 통로 이다. 상기 다수의 압력 챔버(11)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 매니폴드(13)의 일측 또는 양측에 배열되어 있다. 이러한 압력 챔버(11)는 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 이를 위해, 유로 플레이트(10)의 압력 챔버(11) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(40)에 의해 변형되는 진동판(14)의 역할을 하게 된다.
상기 압전 액츄에이터(40)는 유로 플레이트(10) 위에 순차 적층된 하부 전극(41)과, 압전막(42)과, 상부 전극(43)으로 구성된다. 그리고, 상기 하부 전극(41)과 유로 플레이트(10) 사이에는 절연막으로서 실리콘 산화막(31)이 형성되어 있다. 하부 전극(41)은 실리콘 산화막(31)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 압전막(42)은 압력 챔버(11)의 상부에 위치하도록 하부 전극(41) 위에 형성된다. 상부 전극(43)은 압전막(42) 위에 형성되며, 압전막(42)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 노즐 플레이트(20) 표면의 발수(water-repellant) 처리는 노즐(22)을 통해 토출되는 잉크 액적의 직진성과 토출 속도 등의 잉크 토출 성능에 직접적인 영향을 미치게 된다. 즉, 잉크 토출 성능을 향상시키기 위해서는, 노즐(22)의 내면은 친수성을 가져야 하고, 노즐(22) 외부의 노즐 플레이트(20) 표면은 발수성, 즉 소수성을 가져야 한다.
따라서, 일반적으로 노즐 플레이트 표면에는 소수성 코팅막이 형성되며, 이 러한 소수성 코팅막을 형성하는 방법으로는 여러가지가 알려져 있다. 종래의 소수성 코팅막 형성 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 그 한 가지는 일정한 물질으 표면에 선택적으로 코팅되는 코팅액을 사용하는 방법이고, 다른 한 가지는 비선택적인 코팅액을 사용하는 방법이다.
도 2는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막으로서 황 화합물층이 형성된 예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 노즐(55)이 관통 형성되어 있는 노즐 플레이트(51)의 표면에 먼저 금속층(52)을 형성한 후, 상기 금속층(52)의 표면에 황 화합물을 도포하여 황 화합물층(53)을 형성한다. 이 때, 황 화합물은 금속층(52)의 표면에만 선택적으로 도포된다.
그러나, 이러한 방법에 있어서는, 금속층(52)이 노즐 플레이트(51)의 표면 뿐만 아니라 노즐(55)의 내면에도 증착될 가능성이 높고, 또한 노즐(55)의 수가 많은 경우에는 다수의 노즐(55) 각각마다 다른 부분에 다른 면적으로 불균일하게 증착될 수 있다. 이 경우에는, 황 화합물층(53)도 노즐(55) 내면에 형성되거나 불균일하게 형성된다. 이와 같이, 소수성 코팅막인 황 화합물층(53)의 형성 상태가 양호하지 못하면, 노즐(55) 주변이 잉크에 의해 쉽게 오염되고, 잉크 액적의 토출 속도가 저하되거나 토출 방향이 불균일하게 되는 등 잉크 액적의 토출 성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
도 3은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 불소 수지를 포함하는 발수막이 형성된 예를 보여준다.
도 3을 참조하면, 노즐 플레이트(70)의 표면에는 발수막(90)이 형성되는데, 이 발수막(90)은 니켈 베이스(96)에 불소 수지 입자(94)와 경질체(98)가 함유된 구성을 가지며, 그 표면에는 불소 수지막(92)이 형성된다. 이러한 발수막(90)의 형성 방법은 다음과 같다. 먼저 노즐(72) 내부에 고분자 수지를 채운 뒤, 노즐 플레이트(70) 표면에 발수막(90)을 형성한 다음, 고분자 수지를 제거한다. 그러면, 노즐 플레이트(70)의 표면에만 발수막(90)이 형성된다.
그러나, 이러한 방법은, 노즐(72) 내부에 고분자 수지를 채운 뒤 이를 다시 제거하는 다소 복잡한 공정을 거쳐야 하는 단점이 있다.
한편, 일본 공개특허공보 평7-314693호에는, 노즐 내면에 발수막이 코팅되는 것을 방지하기 위해 노즐을 통해 가스를 불어 내면서 노즐 플레이트의 표면에 발수막을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 장치가 복잡하고 공정이 어려워서 실제로 적용하기가 곤란하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있는 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,
잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법 에 있어서,
다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 준비하는 단계;
상기 노즐 플레이트의 표면에 금속층을 형성하는 단계;
상기 금속층을 덮는 보호막을 형성하는 단계;
상기 보호막을 선택적으로 식각하여 상기 금속층 중 상기 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에 형성된 부분을 노출시키는 단계; 및
상기 노즐 플레이트를 황 화합물이 함유된 용액 내에 침지하여 상기 노출된 금속층의 표면에 상기 황 화합물로 이루어진 소수성 코팅막을 형성하는 단계;를 구비하는 소수성 코팅막 형성 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 노즐 플레이트는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 상기 금속층의 형성 단계 전에, 상기 노즐 플레이트의 표면과 상기 노즐의 내면에 실리콘 산화막이 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 금속층의 형성 단계는 스퍼터링 또는 전자빔 증착 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 금속층은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 인듐(In)으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 상기 금속층은 금(Au)으로 이루어진다.
상기 보호막의 형성 단계는 플라즈마 화학기상증착(PE-CVD) 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하며, 상기 보호막은 실리콘 산화막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 보호막의 식각 단계는 반응성 이온 식각(RIE) 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기 황 화합물은 티올 화합물인 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 따르면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 용이하게 형성할 수 있게 되므로, 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 성능이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 단계적으로 보여주는 단면도들이다. 한편, 이하의 도면들은 노즐 플레이트의 일부를 도시한 것으로서, 일반적인 노즐 플레이트에는 수십 내지 수백 개의 노즐이 1열 또는 복수의 열로 배열되어 있다.
먼저 도 4a에 도시된 바와 같이, 다수의 노즐(122)이 형성된 노즐 플레이트(120)를 준비한다. 이 때, 상기 노즐 플레이트(120)는 실리콘 웨이퍼로 이루어진 것이 바람직하다. 실리콘 웨이퍼는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 것으로서, 대량생산에 효과적이다. 한편, 상기 노즐 플레이트(120)로서 실리콘 웨이퍼 대신에 글라스 기판이나 금속 기판 등이 사용될 수도 있다.
그리고, 상기 노즐 플레이트(120)의 표면과 상기 노즐(122)의 내면에는 실리 콘 산화막(131)이 형성된 것이 바람직하다. 상기 실리콘 산화막(131)은 친수성을 가지므로 노즐(122)의 내면을 친수성으로 만들 수 있는 장점과 함께 잉크와의 반응성이 거의 없는 장점도 있다. 이러한 실리콘 산화막(131)은, 노즐 플레이트(120)를 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시킴으로써 형성될 수 있으며, 또한 화학기상증착(CVD ; Chemical Vapor Deposition) 방법에 의해 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 준비된 노즐 플레이트(120)의 표면에 금속층(132)을 형성한다. 상기한 바와 같이, 노즐 플레이트(120)의 표면에 실리콘 산화막(131)이 형성된 경우에는, 상기 금속층(132)은 실리콘 산화막(131)의 표면에 형성된다. 구체적으로, 상기 금속층(132)은 스퍼터링(sputtering) 또는 전자빔 증착(E-beam evaporation) 방법으로 소정의 금속 물질을 노즐 플레이트(120)의 표면에 소정 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 직진성이 보다 양호한 증착 방법인 전자빔 증착 방법에 의해 금속층(132)을 형성하는 것이 바람직하며, 또한 노즐 플레이트(120)를 회전시키며 금속 물질을 증착하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 금속 물질로는 후술하는 황 화합물을 화학적으로 흡착할 수 있는 금속 물질, 예컨대 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 인듐(In) 등이 사용될 수 있으며, 특히 화학적, 물리적 안정성이 우수한 금(Au)을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 4b에 도시된 단계에서, 상기 금속층(132)은 노즐 플레이트(120)의 바깥쪽 표면 뿐만 아니라 노즐(122)의 내면 일부에도 증착될 가능성이 높고, 또한 다수의 노즐(122) 각각마다 다른 부분에 다른 면적으로 불균일하게 증착될 수 있다. 이 경우에는, 전술한 바와 같이 불균일한 소수성 코팅막이 형성되어 잉크 액적 의 토출 성능을 저하시키게 된다.
이를 방지하기 위해, 본 발명에서는 다음의 단계들을 거치게 된다.
즉, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(132)을 덮는 보호막(passivation layer, 133)을 형성한다. 상기 보호막(133)은 상기한 바와 같은 장점을 가진 실리콘 산화막으로 이루어진 것이 바람직하다. 그리고, 상기 보호막(133)은 좁은 노즐(122) 내면에 증착된 금속층(132)의 표면에도 증착되어야 하므로, 종횡비(aspect ratio)가 비교적 큰 구조에 적합한 플라즈마 화학기상증착(PE-CVD) 방법에 의해 상기 보호막(133)을 증착하는 것이 바람직하다. 그러면, 도 4c에 도시된 바와 같이, 노즐 플레이트(120)의 바깥쪽 표면과 노즐(122)의 내면에 증착된 금속층(132)의 전 표면이 실리콘 산화막(133)에 의해 덮이게 된다.
이어서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(133)을 선택적으로 식각하여 상기 금속층(132) 중 노즐 플레이트(120)의 바깥쪽 표면에 형성된 부분을 노출시킨다. 구체적으로, 노즐 플레이트(120)의 표면에 대해 수직한 방향으로 상기 보호막(133)을 건식 식각한다. 이 때, 상기 보호막(133)의 식각은 직진성이 우수한 반응성 이온 식각(RIE; Reactive Ion Etching) 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 그러면, 도 4d에 도시된 바와 같이, 노즐 플레이트(120)의 바깥쪽 표면의 보호막(133)만 선택적으로 식각되고, 노즐(122) 내부의 보호막(133)은 잔존하게 됨으로써, 상기 금속층(132) 중 노즐 플레이트(120)의 바깥쪽 표면에 형성된 부분만 노출된다.
다음으로, 도 4e를 참조하면, 상기 노즐 플레이트(120)를 황 화합물이 함유 된 용액 내에 침지한다. 그러면, 상기 용액 내의 황 화합물(sulfur compound)이 금속층(132) 내의 금속 물질, 예컨대 금(Au)에 화학적으로 흡착되고, 이에 따라 노출된 금속층(132)의 표면에만 선택적으로 황 화합물로 이루어진 소수성 코팅막(134)이 형성되는 것이다.
여기에서, 황 화합물이란, 티올 관능기(thiol functional group)를 포함하는 화합물 또는 디설파이드 결합(disulfide bond)(S-S bonding)을 행하는 화합물의 총칭을 말한다. 황 화합물은 금(Au) 등의 금속 표면에 자발적이고 화학적으로 흡착하여 2차원의 결정 구조에 가까운 단분자막을 형성한다. 이러한 황 화합물로는 티올(thiol) 화합물이 바람직하다. 티올 화합물이란, 메르캅토기(-SH)를 가지는 유기 화합물(R-SH ; R은 알킬기 등의 탄화수소기)의 총칭을 말한다.
이와 같이 황 화합물로 이루어진 단분자막은 상당히 치밀하기 때문에 물 분자가 침입하기 힘들므로, 발수성(water repellant property), 즉 소수성을 가지게 되는 것이다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 도 4e에 도시된 바와 같이, 노즐 플레이트(120)의 바깥쪽 표면에만 균일한 소수성 코팅막(134)이 형성될 수 있으며, 노즐(122) 내면에는 소수성 코팅막(134)이 형성되지 않는 대신에 친수성을 가진 실리콘 산화막(131, 133)이 형성된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술 적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 소수성 코팅막 형성 방법에 의하면, 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에만 선택적으로 균일한 소수성 코팅막을 형성할 수 있게 된다. 따라서, 노즐을 통한 잉크 액적의 토출 속도 및 잉크 액적의 직진성 등 잉크 토출 성능이 향상되어 인쇄 품질이 향상될 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 종래에 비해 보다 단순화된 공정으로 보다 용이하게 소수성 코팅막을 형성할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법에 있어서,
    다수의 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 준비하는 단계;
    상기 노즐 플레이트의 표면에 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층을 덮는 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막을 선택적으로 식각하여 상기 금속층 중 상기 노즐 플레이트의 바깥쪽 표면에 형성된 부분을 노출시키는 단계; 및
    상기 노즐 플레이트를 황 화합물이 함유된 용액 내에 침지하여 상기 노출된 금속층의 표면에 상기 황 화합물로 이루어진 소수성 코팅막을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트는 실리콘 웨이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 금속층의 형성 단계 전에, 상기 노즐 플레이트의 표면과 상기 노즐의 내면에 실리콘 산화막이 형성되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속층의 형성 단계는 스퍼터링 또는 전자빔 증착 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 금속층은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 인듐(In)으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 금속층은 금(Au)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형 성 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 보호막의 형성 단계는 플라즈마 화학기상증착(PE-CVD) 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  8. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 보호막은 실리콘 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법,
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 보호막의 식각 단계는 반응성 이온 식각(RIE) 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 황 화합물은 티올 화합물인 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
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