KR100561865B1 - Piezo-electric type inkjet printhead and manufacturing method threrof - Google Patents

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Abstract

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 세 개의 단결정 실리콘 기판을 적층하여 접합함으로써 이루어진다. 세 개의 기판 중 상부 기판에는 잉크 도입구와 다수의 압력 챔버가 형성된다. 중간 기판에는, 그 저면으로부터 소정 깊이로 매니폴드가 형성되고, 매니폴드와 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 것으로 압력 챔버의 내측 벽면으로부터 소정 간격 떨어진 위치에 형성된 출구를 가진 리스트릭터가 형성되며, 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 연결되는 다수의 댐퍼가 수직으로 관통 형성된다. 하부 기판에는 다수의 노즐이 형성된다. 실리콘으로 이루어진 진동판을 형성하는 상부 기판 위에는 압전 액츄에이터가 일체형으로 형성된다. 그리고, 세 개의 기판을 순차적으로 적층하여 접합함으로써 잉크 도입구와 매니폴드로 이루어진 공통 유로와 리스트릭터, 압력 챔버, 댐퍼 및 노즐로 이루어진 개별 유로가 형성된다. 이와 같은 구성에 의하면, 리스트릭터의 출구가 상부 기판과는 상관 없이 중간 기판 만에 의해 정의되므로, 상부 기판과 중간 기판 사이에 정렬 오차가 발생하더라도 리스트릭터의 출구 단면적은 일정하게 유지되어 잉크 토출 성능이 향상된다.A piezoelectric inkjet printhead and a method of manufacturing the same are disclosed. The piezoelectric inkjet printhead disclosed is made by laminating and bonding three single crystal silicon substrates. The upper substrate of the three substrates is formed with an ink inlet and a plurality of pressure chambers. In the intermediate substrate, a manifold is formed at a predetermined depth from its bottom surface, and a restrictor having an outlet formed at a predetermined distance from an inner wall surface of the pressure chamber by connecting the manifold and one end of each of the plurality of pressure chambers is formed. A plurality of dampers connected to the other end of each of the plurality of pressure chambers are vertically penetrated. A plurality of nozzles are formed on the lower substrate. A piezoelectric actuator is integrally formed on the upper substrate forming the diaphragm made of silicon. Then, three substrates are sequentially stacked and bonded to form a common flow path consisting of an ink inlet and a manifold, and an individual flow path consisting of a restrictor, a pressure chamber, a damper, and a nozzle. According to this configuration, since the outlet of the restrictor is defined only by the intermediate substrate irrespective of the upper substrate, even if an alignment error occurs between the upper substrate and the intermediate substrate, the outlet cross-sectional area of the restrictor is kept constant so that the ink ejection performance This is improved.

Description

압전 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Piezo-electric type inkjet printhead and manufacturing method threrof}Piezoelectric inkjet printhead and its manufacturing method {Piezo-electric type inkjet printhead and manufacturing method threrof}

도 1은 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view for explaining a general configuration of a conventional piezoelectric inkjet printhead.

도 2는 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 일례를 나타내 보인 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view showing a specific example of a conventional piezoelectric inkjet printhead.

도 3은 도 2에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 종래의 프린트헤드의 부분 단면도이고, 도 4는 도 3에 표시된 A-A선을 따른 단면도이다. 3 is a partial cross-sectional view of a conventional printhead cut in the longitudinal direction of the pressure chamber shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view along the line A-A shown in FIG.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이다. 5 is an exploded perspective view of a piezoelectric inkjet printhead partially cut according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프린트헤드의 조립상태의 수직 단면도이다.FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of an assembled state of a printhead according to a preferred embodiment of the present invention cut in the longitudinal direction of the pressure chamber shown in FIG. 5.

도 7은 도 6에 표시된 B-B 선을 따른 수평 단면도이다. FIG. 7 is a horizontal cross-sectional view along the line B-B shown in FIG. 6.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법에 있어서 상부 기판에 베이스 마크를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다. 8A to 8E are cross-sectional views for explaining a step of forming a base mark on an upper substrate in a method of manufacturing a piezoelectric inkjet printhead according to the present invention.

도 9a 내지 도 9g는 상부 기판에 압력 챔버를 형성하는 단계를 설명하기 위 한 단면도들이다. 9A to 9G are cross-sectional views illustrating a step of forming a pressure chamber on an upper substrate.

도 10a 내지 도 10d는 상부 기판에 잉크 도입구를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.10A to 10D are cross-sectional views for describing a step of forming an ink inlet on an upper substrate.

도 11a 내지 도 11h는 중간 기판에 매니폴드, 리스트릭터 및 댐퍼를 형성하는 방법을 단계별로 보여주는 단면도들이다. 11A through 11H are cross-sectional views showing step by step methods of forming a manifold, a restrictor and a damper on an intermediate substrate.

도 12a 내지 도 12h는 하부 기판에 노즐을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.12A to 12H are cross-sectional views illustrating a process of forming a nozzle on a lower substrate.

도 13은 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판을 순차 적층하여 접합하는 단계를 보여주는 단면도이다. 13 is a cross-sectional view illustrating a step of sequentially stacking and bonding a lower substrate, an intermediate substrate, and an upper substrate.

도 14a 및 도 14b는 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성하여 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 완성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다. 14A and 14B are cross-sectional views illustrating a step of forming a piezoelectric actuator on an upper substrate to complete a piezoelectric inkjet printhead according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100...상부 기판 101...제1 실리콘 기판100 ... top substrate 101 ... first silicon substrate

102...중간 산화막 103...제2 실리콘 기판102 Intermediate Oxide 103 Second Silicon Substrate

110...잉크 도입구 120...압력 챔버110 Ink inlet 120 Pressure chamber

180...실리콘 산화막 190...압전 액츄에이터180 ... silicon oxide 190 ... piezoelectric actuator

191,192...하부 전극 193...압전막191,192 Lower electrode 193 Piezoelectric film

194...상부 전극 200...중간 기판194 upper electrode 200 intermediate substrate

210...매니폴드 215...격벽210 manifold 215 bulkhead

217...천정벽 220...리스트릭터217.Ceiling Wall 220 ... Lister

221...리스트릭터 출구 230...댐퍼221 ... List of outlets 230 ... Damper

300...하부 기판 310...노즐300 lower substrate 310 nozzle

311...잉크 유도부 312...잉크 토출구311 Ink inlet 312 Ink outlet

본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 가공 기술을 이용하여 실리콘 기판 상에 구현되는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드와 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an inkjet printhead, and more particularly, to a piezoelectric inkjet printhead implemented on a silicon substrate using a microfabrication technique and a method of manufacturing the same.

일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터의 잉크 토출 방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 전기-열 변환 방식(electro-thermal transducer, 버블젯 방식)과, 압전체를 이용하여 압전체의 변형으로 인해 생기는 잉크의 체적 변화에 의해 잉크를 토출시키는 전기-기계 변환 방식(electro-mechanical transducer, 압전 방식)이 있다. In general, an inkjet printhead is an apparatus for ejecting a small droplet of printing ink to a desired position on a recording sheet to print an image of a predetermined color. The ink ejection method of the inkjet printer includes an electro-thermal transducer (bubble jet method) in which a bubble is generated in the ink by using a heat source to eject the ink with this force, and a piezoelectric material. There is an electro-mechanical transducer (piezoelectric method) in which ink is ejected by a volume change of ink caused by deformation of the piezoelectric body.

상기한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 유로 형성판(1)의 내부에는 잉크 유로를 이루는 매니폴드(2), 리스트릭터(3), 압력 챔버(4)와 노즐(5)이 형성되어 있으며, 유로 형 성판(1)의 상부에는 압전 액츄에이터(6)가 마련되어 있다. 매니폴드(2)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 각 압력 챔버(4)로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(3)는 매니폴드(2)로부터 압력 챔버(4)로 잉크가 유입되는 통로이다. 압력 챔버(4)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. The general configuration of the piezoelectric inkjet printhead described above is shown in FIG. Referring to FIG. 1, a manifold 2, a restrictor 3, a pressure chamber 4, and a nozzle 5 constituting an ink flow path are formed inside the flow path forming plate 1. The piezoelectric actuator 6 is provided in the upper part of 1). Manifold (2) is a passage for supplying the ink flowing from the ink reservoir (not shown) to each of the pressure chamber (4), the restrictor (3) is the ink flow into the pressure chamber (4) from the manifold (2) It is a passage. The pressure chamber 4 is a place where the ink to be discharged is filled, and the volume thereof is changed by driving the piezoelectric actuator 6 to generate a pressure change for ejecting or inflowing ink.

유로 형성판(1)은 주로 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료의 다수의 박판을 각각 절삭 가공하여 상기한 잉크 유로의 부분을 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층함으로써 이루어진다. 그리고, 압전 액츄에이터(6)는 압력 챔버(4)의 위쪽에 마련되며, 압전박판과 이 압전박판에 전압을 인가하기 위한 전극이 적층된 형태를 가지고 있다. 이에 따라, 유로 형성판(1)의 압력 챔버(4) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(6)에 의해 변형되는 진동판(1a)의 역할을 하게 된다. The flow path forming plate 1 is mainly formed by cutting a plurality of thin plates of a ceramic material, a metal material or a synthetic resin material to form a portion of the ink flow path as described above, and then stacking the plurality of thin plates. The piezoelectric actuator 6 is provided above the pressure chamber 4, and has a form in which a piezoelectric thin plate and electrodes for applying a voltage to the piezoelectric thin plate are stacked. Accordingly, the portion of the flow path forming plate 1 that forms the upper wall of the pressure chamber 4 serves as the diaphragm 1a that is deformed by the piezoelectric actuator 6.

이러한 구성을 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 작동을 설명하면, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 변형되면 압력 챔버(4)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(4) 내의 압력 변화에 의해 압력 챔버(4) 내의 잉크는 노즐(5)을 통해 외부로 토출된다. 이어서, 압전 액츄에이터(6)의 구동에 의해 진동판(1a)이 원래의 형태로 복원되면 압력 챔버(4)의 부피가 증가하게 되고, 이에 따른 압력 변화에 의해 잉크가 매니폴드(2)로부터 리스트릭터(3)를 통해 압력 챔버(4) 내로 유입된다. Referring to the operation of a conventional piezoelectric inkjet printhead having such a configuration, when the diaphragm 1a is deformed by driving the piezoelectric actuator 6, the volume of the pressure chamber 4 is reduced, and thus the pressure chamber. The ink in the pressure chamber 4 is discharged to the outside through the nozzle 5 by the pressure change in 4. Subsequently, when the diaphragm 1a is restored to its original shape by the drive of the piezoelectric actuator 6, the volume of the pressure chamber 4 is increased, and ink is discharged from the manifold 2 by the pressure change. It enters into the pressure chamber 4 via 3.

이와 같은 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구체적인 예로서, 도 2에는 미국특허 US 5,856,837호에 개시된 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 도시되 어 있다. 그리고, 도 3은 도 2에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 종래의 프린트헤드의 부분 단면도이고, 도 4는 도 3에 표시된 A-A선을 따른 단면도이다. As a specific example of such a piezoelectric inkjet printhead, FIG. 2 shows a conventional piezoelectric inkjet printhead disclosed in US Pat. No. 5,856,837. 3 is a partial cross-sectional view of a conventional printhead cut in the longitudinal direction of the pressure chamber shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view along the line A-A shown in FIG.

도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 다수의 얇은 플레이트(11 ~ 16)를 적층하여 접합함으로써 이루어진다. 즉, 프린트헤드의 제일 아래에는 잉크를 토출하기 위한 노즐(11a)이 형성된 제1 플레이트(11)가 배치되고, 그 위에 매니폴드(12a)와 잉크 배출구(12b)가 형성되어 있는 제2 플레이트(12)가 적층되며, 다시 그 위에는 잉크 유입구(13a)와 잉크 배출구(13b)가 형성되어 있는 제3 플레이트(13)가 적층된다. 그리고, 제3 플레이트(13)에는 잉크 컨테이너(미도시)로부터 매니폴드(12a)로 잉크를 도입하기 위한 잉크 도입구(17)가 마련되어 있다. 제3 플레이트(13) 위에는 잉크 유입구(14a)와 잉크 배출구(14b)가 형성되어 있는 제4 플레이트(6)가 적층되며, 그 위에는 양단부가 각각 잉크 유입구(14a)와 잉크 배출구(14b)에 연통된 압력 챔버(15a)가 형성되어 있는 제5 플레이트(15)가 적층된다. 상기한 잉크 유입구들(13a, 14a)은 매니폴드(12a)로부터 압력 챔버(15a)로 잉크가 흘러 들어가는 통로 역할을 하게 되며, 잉크 배출구들(12b, 13b, 14b)은 압력 챔버(15a)로부터 노즐(11a) 쪽으로 잉크가 배출되는 통로 역할을 하게 된다. 제5 플레이트(15) 위에는 압력 챔버(15a)의 상부를 폐쇄하는 제6 플레이트(16)가 적층되며, 그 위에는 압전 액츄에이터로서 구동 전극(20)과 압전막(21)이 형성되어 있다. 따라서, 제6 플레이트(16)는 압전 액츄에이터에 의해 진동하게 되는 진동판으로서의 기능을 하게 되며, 그 휨 변형에 의해 그 아래의 압력 챔버(15a)의 부피를 변화시키게 된다. 2 to 4 together, a conventional piezoelectric inkjet printhead is formed by stacking and bonding a plurality of thin plates 11 to 16. That is, at the bottom of the printhead, a first plate 11 having a nozzle 11a for discharging ink is disposed, and a second plate having a manifold 12a and an ink discharge port 12b formed thereon ( 12 are stacked, and the third plate 13 having the ink inlet 13a and the ink outlet 13b is stacked thereon. The third plate 13 is provided with an ink inlet 17 for introducing ink from an ink container (not shown) into the manifold 12a. A fourth plate 6 having an ink inlet 14a and an ink outlet 14b is stacked on the third plate 13, and both ends thereof communicate with the ink inlet 14a and the ink outlet 14b, respectively. The fifth plate 15 on which the pressure chamber 15a is formed is stacked. The ink inlets 13a and 14a serve as a passage through which ink flows from the manifold 12a into the pressure chamber 15a, and the ink outlets 12b, 13b and 14b are discharged from the pressure chamber 15a. It serves as a passage through which ink is discharged toward the nozzle 11a. The sixth plate 16 that closes the upper portion of the pressure chamber 15a is stacked on the fifth plate 15, and the drive electrode 20 and the piezoelectric film 21 are formed thereon as a piezoelectric actuator. Therefore, the sixth plate 16 functions as a diaphragm vibrated by the piezoelectric actuator, and the volume of the pressure chamber 15a beneath it is changed by the bending deformation thereof.

상기한 제1, 제2 및 제3 플레이트(11, 12, 13)는 일반적으로 금속 박판을 에칭 또는 프레스 가공함에 의해 성형되며, 상기 제4, 제5 및 제6 플레이트(14, 15, 16)는 일반적으로 박판 형태의 세라믹 재료를 절삭 가공함에 의해 성형된다. 한편, 매니폴드(12a)가 형성된 제5 플레이트(12)는 얇은 플라스틱 재료나 필름 형태의 접착제를 사출 몰딩(injection molding)이나 프레스 가공함에 의해 성형될 수 있으며, 또는 페이스트(paste) 형태의 접착제를 스크린 프린팅(screen printing)함에 의해 성형될 수 있다. 그리고, 제6 플레이트(16) 위에 형성되는 압전막(21)은 압전 성질을 가진 페이스트 상태의 세라믹 재료를 도포한 뒤 소결함으로써 성형된다. The first, second and third plates 11, 12, 13 are generally formed by etching or pressing metal thin plates, and the fourth, fifth and sixth plates 14, 15, 16 are formed. Is generally formed by cutting a ceramic material in the form of a sheet. Meanwhile, the fifth plate 12 on which the manifold 12a is formed may be formed by injection molding or pressing a thin plastic material or an adhesive in the form of a film, or may be formed by pasting the adhesive in the form of a paste. It can be molded by screen printing. And the piezoelectric film 21 formed on the 6th plate 16 is shape | molded by apply | coating and sintering the ceramic material of the paste state which has piezoelectric property.

상술한 바와 같이 도 2에 도시된 종래의 압전 방식의 잉크 젯 프린트헤드를 제조하기 위해서는, 다수의 금속 플레이트와 세라믹 플레이트 각각을 다양한 가공 방법에 의해 별도로 가공한 뒤, 이들을 적층하여 소정의 접착제에 의해 서로 접합시키는 공정을 거치게 된다. 그런데, 종래의 프린트헤드에서는, 이를 구성하는 플레이트들의 수가 비교적 많으며, 이에 따라 플레이트들을 정렬시키는 공정이 많아져서 정렬 오차도 따라서 커지게 되는 단점이 있다. 정렬 오차가 발생하게 되면 잉크 유로를 통한 잉크의 흐름이 원활하지 못하며, 이는 프린트헤드의 잉크 토출 성능을 저하시킨게 된다. 특히, 해상도 향상을 위해 프린트헤드를 고밀도로 제작하는 최근의 추세에 따라, 상기한 정렬 공정에서의 정밀도 향상은 더욱 더 요구되며, 이는 제품의 가격 상승으로 이어지게 된다. As described above, in order to manufacture the conventional piezoelectric inkjet printhead shown in FIG. 2, each of a plurality of metal plates and ceramic plates are separately processed by various processing methods, and then laminated and laminated with a predetermined adhesive. Joining process with each other. By the way, in the conventional printhead, the number of plates constituting it is relatively large, and thus there is a disadvantage in that the number of processes for aligning the plates increases, thereby increasing the alignment error. When an alignment error occurs, the flow of ink through the ink flow path is not smooth, which degrades the ink ejection performance of the printhead. In particular, with the recent trend of manufacturing printheads at higher densities for improved resolution, the improvement in precision in the above-described alignment process is increasingly required, which leads to an increase in the price of the product.

그리고, 프린트헤드를 이루는 다수의 플레이트들이 서로 다른 재료로써 서로 다른 방법에 의해 제조되므로, 그 제조 공정의 복잡성과 이종 재료간의 접합에 따 른 어려움은 제품 수율을 저하시키게 된다. 또한, 다수의 플레이트들이 제조 과정에서 정확하게 정렬되어 접합되었다 하더라도, 사용 중에 주위 온도의 변화에 따라 이종 재료간의 열팽창계수의 차이로 인한 정렬 오차 또는 변형이 발생될 수 있는 문제점도 있다. In addition, since a plurality of plates constituting the printhead are manufactured by different methods with different materials, the complexity of the manufacturing process and the difficulty in joining dissimilar materials lowers product yield. In addition, even if a plurality of plates are precisely aligned and bonded in the manufacturing process, there is a problem that alignment error or deformation may occur due to the difference in the coefficient of thermal expansion between different materials in accordance with the change of the ambient temperature during use.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 2001년 12월 18일자로 출원되어 공개번호 2003-0050477호로 공개된 특허출원에서 세 개의 실리콘 기판이 적층된 형태로 구성되며 그 상부 기판상에 압전 액츄에이터가 일체화되어 있는 구조를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제안한 바 있다. 이러한 구조를 가진 프린트헤드는, 세 개의 기판이 모두 단결정 실리콘 기판으로 이루어져 서로간의 접합성이 우수하며, 이종 물질간의 적층 공정에서 나타나는 종래의 문제점들이 해소되는 장점을 가진다. In order to solve this problem, the present applicant is composed of three silicon substrates laminated in a patent application filed on December 18, 2001 and published as a publication No. 2003-0050477, and a piezoelectric actuator is integrated on the upper substrate. A piezoelectric inkjet printhead having a structure has been proposed. A printhead having such a structure has all three substrates made of a single crystal silicon substrate, and thus has excellent adhesion to each other, and has the advantage that conventional problems appearing in the lamination process between dissimilar materials are solved.

그런데, 상기한 프린트헤드에 있어서 정렬 오차의 발생 가능성이 줄었다 하더라도 이러한 정렬 오차를 완전히 없애는 것은 매우 곤란하다. 특히, 상기한 프린트헤드에 있어서는, 압력 챔버와 리스트릭터가 연결되는 부위에서의 리스트릭터의 출구가 그 위에 덮여지는 상부 기판에 의해 정의되는 구조를 가지고 있다. 따라서, 압력 챔버가 형성된 상부 기판과 리스트릭터가 형성된 중간 기판 사이에 미세한 정렬 오차가 발생하더라도, 매니폴드의 양측에 배열된 리스트릭터의 출구 단면적이 서로 달라지게 된다. 이와 같이, 리스트릭터 각각의 출구 단면적이 서로 달라지게 되면, 리스트릭터를 통해 압력 챔버에 공급되는 잉크의 체적이 달라지거나 잉크 재충전 시간이 달라지게 되고 압력 챔버 내의 압력에도 차이가 발생하게 되므로, 다 수의 노즐 각각을 통해 토출되는 잉크 액적의 체적과 속도에 편차가 발생하게 되어 잉크 토출 성능이 저하될 수 있다. By the way, even if the possibility of occurrence of alignment error in the printhead is reduced, it is very difficult to completely eliminate such alignment error. In particular, the printhead has a structure defined by an upper substrate on which an outlet of the restrictor at the site where the pressure chamber and the restrictor are connected is covered thereon. Therefore, even if a fine alignment error occurs between the upper substrate on which the pressure chamber is formed and the intermediate substrate on which the restrictor is formed, the outlet cross-sections of the restrictors arranged on both sides of the manifold are different from each other. As such, when the outlet cross-sectional area of each of the restrictors is different from each other, the volume of ink supplied to the pressure chamber through the restrictor may be changed or the ink refill time may be changed, and the pressure in the pressure chamber may be different. Deviation may occur in the volume and speed of the ink droplets ejected through the nozzles of the ink, thereby degrading the ink ejection performance.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 리스트릭터의 출구 단면적이 기판 사이의 정렬 오차에 의해 영향을 받지 않는 구조를 가짐으로써, 잉크 토출 성능의 편차를 줄일 수 있는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드와 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the above problems of the prior art, and in particular, since the exit cross-sectional area of the restrictor is not affected by the alignment error between the substrates, the variation in ink ejection performance can be reduced. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric inkjet printhead and a method of manufacturing the same.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, The present invention to achieve the above technical problem,

잉크가 도입되는 잉크 도입구가 관통 형성되고, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버가 그 저면에 형성된 상부 기판; An upper substrate on which an ink inlet through which ink is introduced is formed, and on which a plurality of pressure chambers filled with ink to be discharged are formed;

상기 잉크 도입구와 연결되는 매니폴드가 그 저면으로부터 소정 깊이로 형성되고, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 것으로 상기 압력 챔버의 내측 벽면으로부터 소정 간격 떨어진 위치에 형성된 출구를 가진 리스트릭터가 형성되며, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 연결되는 다수의 댐퍼가 수직으로 관통 형성된 중간 기판;A manifold connected to the ink inlet is formed at a predetermined depth from a bottom surface thereof, and has an outlet formed at a predetermined distance from an inner wall surface of the pressure chamber by connecting the manifold and one end of each of the plurality of pressure chambers. An intermediate substrate on which a restrictor is formed and a plurality of dampers connected to the other ends of each of the plurality of pressure chambers are vertically penetrated;

상기 다수의 댐퍼 각각에 대응되는 위치에 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐이 관통 형성된 하부 기판; 및A lower substrate having a plurality of nozzles therethrough for discharging ink at a position corresponding to each of the plurality of dampers; And

상기 상부 기판 위에 일체형으로 형성되어 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터;를 구비하며,A piezoelectric actuator integrally formed on the upper substrate to provide a driving force for ejecting ink to each of the plurality of pressure chambers;

상기 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판은 모두 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 순차적으로 적층되어 서로 접합됨으로써, 상기 잉크 도입구와 매니폴드로 이루어진 공통 유로와 상기 리스트릭터, 압력 챔버, 댐퍼 및 노즐로 이루어진 개별 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.The lower substrate, the intermediate substrate, and the upper substrate are all made of a single crystal silicon substrate, and are sequentially stacked and bonded to each other, so that the common flow path formed of the ink inlet and the manifold and the individual of the restrictor, the pressure chamber, the damper, and the nozzle are formed. It provides a piezoelectric inkjet printhead, characterized in that the flow path is formed.

여기에서, 상기 상부 기판은 제1 실리콘 기판과, 중간 산화막과, 제2 실리콘 기판이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼로 이루어지고, 상기 제1 실리콘 기판에 상기 압력 챔버가 형성되며, 상기 제2 실리콘 기판이 진동판으로서의 역할을 하도록 된 것이 바람직하다. Here, the upper substrate is composed of an SOI wafer having a structure in which a first silicon substrate, an intermediate oxide film, and a second silicon substrate are sequentially stacked, and the pressure chamber is formed on the first silicon substrate, and the second It is preferable that the silicon substrate is made to serve as a diaphragm.

상기 리스트릭터는 상기 매니폴드의 측면을 따라 상기 중간 기판을 수직으로 관통하도록 형성될 수 있으며, "T"자 형상의 단면을 가진 것이 바람직하다.The restrictor may be formed to vertically penetrate the intermediate substrate along the side of the manifold, and preferably has a cross section of a “T” shape.

상기 압력 챔버는 상기 매니폴드의 양측에 2 열로 배열될 수 있으며, 이 경우에는 상기 매니폴드의 내부에 그 길이 방향으로 격벽이 형성된 것이 바람직하다.The pressure chambers may be arranged in two rows on both sides of the manifold, and in this case, it is preferable that partition walls are formed in the longitudinal direction of the manifold.

상기 압전 액츄에이터는; 상기 상부 기판 위에 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 상기 압력 챔버의 상부에 위치하도록 형성되는 압전막과, 상기 압전막 위에 형성되어 상기 압전막에 전압을 인가하기 위한 상부 전극을 포함할 수 있다. The piezoelectric actuator; And a lower electrode formed on the upper substrate, a piezoelectric film formed on the lower electrode to be positioned above the pressure chamber, and an upper electrode formed on the piezoelectric film to apply a voltage to the piezoelectric film. .

상기 노즐은 상기 하부 기판의 아래 부분에 형성되는 잉크 토출구와, 상기 하부 기판의 윗 부분에 형성되어 상기 댐퍼와 상기 잉크 토출구를 연결하는 잉크 유도부를 포함할 수 있다.The nozzle may include an ink discharge port formed in a lower portion of the lower substrate, and an ink guide portion formed in an upper portion of the lower substrate to connect the damper and the ink discharge hole.

그리고, 본 발명은 상기한 구조의 프린트헤드를 제조하는 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method of manufacturing a printhead of the above-described structure.

본 발명의 제조방법은: The preparation method of the present invention is:

단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계;Preparing an upper substrate, an intermediate substrate, and a lower substrate composed of a single crystal silicon substrate;

준비된 상기 상부 기판을 미세 가공하여, 잉크 도입구와 다수의 압력 챔버를 형성하는 상부 기판 가공 단계;An upper substrate processing step of finely processing the prepared upper substrate to form an ink inlet and a plurality of pressure chambers;

준비된 상기 중간 기판을 미세 가공하여, 상기 잉크 도입구와 연결되는 매니폴드를 상기 중간 기판의 저면으로부터 소정 깊이로 형성하고, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터를 상기 매니폴드의 측면을 따라 상기 중간 기판을 수직으로 관통하도록 형성하면서 상기 리스트릭터의 출구를 상기 압력 챔버의 내측 벽면으로부터 소정 간격 떨어진 위치에 형성하며, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 연결되는 다수의 댐퍼를 상기 중간 기판을 관통하도록 형성하는 중간 기판 가공 단계; By processing the prepared intermediate substrate to form a manifold connected to the ink inlet to a predetermined depth from the bottom of the intermediate substrate, a plurality of restrictors for connecting the manifold and one end of each of the plurality of pressure chambers The outlet of the restrictor is formed at a predetermined distance from the inner wall surface of the pressure chamber while being formed to vertically penetrate the intermediate substrate along the side of the manifold, and is connected to the other ends of each of the plurality of pressure chambers. An intermediate substrate processing step of forming a plurality of dampers through the intermediate substrate;

준비된 상기 하부 기판을 미세 가공하여, 상기 댐퍼와 연결되는 노즐을 관통되도록 형성하는 하부 기판 가공 단계;A lower substrate processing step of finely processing the prepared lower substrate so as to pass through a nozzle connected to the damper;

상기 하부기판, 중간 기판 및 상부 기판을 적층하여 접합시키는 단계; 및Stacking and bonding the lower substrate, the intermediate substrate, and the upper substrate; And

상기 상부 기판 위에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계;를 구비한다.And forming a piezoelectric actuator on the upper substrate to provide a driving force for discharging ink.

그리고, 상기 기판 가공 단계 전에, 상기 세 개의 기판 각각에 상기 접합 단계에서의 정렬 기준으로 이용되는 베이스 마크를 형성하는 단계가 더 구비될 수 있 으며, 상기 압전 액츄에이터 형성 단계 전에, 상기 상부 기판 위에 실리콘 산화막을 형성하는 단계가 더 구비될 수 있다. The method may further include forming a base mark on each of the three substrates to be used as an alignment reference in the bonding step before the substrate processing step, and before forming the piezoelectric actuator, silicon on the upper substrate. Forming an oxide film may be further provided.

상기 상부 기판 가공 단계에서는, 상기 상부 기판의 저면을 소정 깊이로 건식 식각하여 상기 압력 챔버와 상기 잉크 도입구를 형성하는 것이 바람직하다.In the upper substrate processing step, it is preferable to dry-etch the bottom surface of the upper substrate to a predetermined depth to form the pressure chamber and the ink inlet.

상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 상부 기판으로서 제1 실리콘 기판과, 중간 산화막과, 제2 실리콘 기판이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼를 사용하며, 상기 중간 산화막을 식각 정지층으로 하여 상기 제1 실리콘 기판을 건식 식각함으로써 상기 압력 챔버와 잉크 도입구를 형성하는 것이 바람직하다. In the upper substrate processing step, an SOI wafer having a structure in which a first silicon substrate, an intermediate oxide film, and a second silicon substrate are sequentially stacked as the upper substrate is used, and the first oxide substrate is an etch stop layer. It is preferable to form the pressure chamber and the ink inlet by dry etching the silicon substrate.

상기 중간 기판 가공 단계는; 상기 중간 기판의 상면에 소정 패턴의 제1 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제1 식각 마스크를 이용하여 상기 중간 기판의 상면을 소정 깊이로 식각함으로써, 상기 댐퍼의 상부와 상기 리스트릭터의 출구를 형성하는 단계와, 상기 중간 기판의 저면에 소정 패턴의 제2 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제2 식각 마스크를 이용하여 상기 중간 기판의 저면을 소정 깊이로 식각함으로써, 상기 댐퍼의 상부와 연결되는 상기 댐퍼의 하부와, 상기 리스트릭터 출구와 연결되는 리스트릭터와, 상기 매니폴드를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The intermediate substrate processing step; Forming a first etching mask having a predetermined pattern on the upper surface of the intermediate substrate, and etching the upper surface of the intermediate substrate to a predetermined depth by using the first etching mask to thereby form an upper portion of the damper and an outlet of the restrictor. Forming a second etching mask having a predetermined pattern on a bottom surface of the intermediate substrate, and etching the bottom surface of the intermediate substrate to a predetermined depth by using the second etching mask, thereby connecting to the upper portion of the damper. And forming a lower portion of the damper, a restrictor connected to the restrictor outlet, and the manifold.

상기 하부 기판 가공 단계는; 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이 식각하여 상기 댐퍼와 연결되는 잉크 유도부를 형성하는 단계와, 상기 하부 기판의 저면을 식각하여 상기 잉크 유도부와 연결되는 잉크 토출구를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The lower substrate processing step; Etching an upper surface of the lower substrate to form an ink guide part connected to the damper, and forming an ink discharge hole connected to the ink guide part by etching the bottom surface of the lower substrate.

상기 접합 단계에서, 상기 세 개의 기판 사이의 접합은 실리콘 직접 접착(SDB) 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하다.In the bonding step, the bonding between the three substrates is preferably performed by a silicon direct bonding (SDB) method.

상기 압전 액츄에이터 형성 단계는; 상기 상부 기판 위에 Ti 층과 Pt 층을 순차적으로 적층하여 하부 전극을 형성하는 단계와, 상기 하부 전극 위에 압전막을 형성하는 단계와, 상기 압전막 위에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The piezoelectric actuator forming step may include; The method may include forming a lower electrode by sequentially stacking a Ti layer and a Pt layer on the upper substrate, forming a piezoelectric film on the lower electrode, and forming an upper electrode on the piezoelectric film.

상기한 본 발명에 따르면, 리스트릭터의 출구가 상부 기판과는 상관 없이 중간 기판 만에 의해 정의되므로, 상부 기판과 중간 기판 사이에 정렬 오차가 발생하더라도 리스트릭터의 출구 단면적은 일정하게 유지되어 잉크 토출 성능이 향상된다.According to the present invention described above, since the outlet of the restrictor is defined by only the intermediate substrate irrespective of the upper substrate, even if an alignment error occurs between the upper substrate and the intermediate substrate, the outlet cross-sectional area of the restrictor is kept constant to discharge the ink. Performance is improved.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, when one layer is described as being on top of a substrate or another layer, the layer may be present over and in direct contact with the substrate or another layer, with a third layer in between.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 부분 절단하여 나타낸 분해 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 압력 챔버의 길이 방향으로 절단한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프린트헤드의 조립상태의 수직 단면도이고, 도 7은 도 6에 표시된 B-B 선을 따른 수평 단면도이다. FIG. 5 is an exploded perspective view showing a piezoelectric inkjet printhead partially cut according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cutaway view in a longitudinal direction of the pressure chamber shown in FIG. FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of the printhead assembled, and FIG. 7 is a horizontal cross-sectional view along the BB line shown in FIG. 6.

도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 세 개의 기판(100, 200, 300)을 적층하여 접합함으로써 이루어진다. 그리 고, 세 개의 기판(100, 200, 300) 각각에는 잉크 유로를 이루게 되는 구성요소들이 형성되며, 상부 기판(100) 위에는 잉크의 토출을 위한 구동력을 발생시키는 압전 액츄에이터(190)가 마련된다. 특히, 세 개의 기판(100, 200, 300)은 모두 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있다. 이에 따라, 포토리소그라피(photolithography)와 식각(etching)과 같은 미세 가공(micromachining) 기술을 이용하여 세 개의 기판(100, 200, 300) 각각에 잉크 유로를 이루게 되는 구성요소들을 보다 미세한 크기로 정밀하고 용이하게 형성할 수 있다. 5 to 7 together, the piezoelectric inkjet printhead according to the present invention is formed by laminating and bonding three substrates 100, 200, and 300. Each of the three substrates 100, 200, and 300 is formed with components forming an ink flow path, and a piezoelectric actuator 190 for generating a driving force for ejecting ink is provided on the upper substrate 100. In particular, all three substrates 100, 200, and 300 are made of a single crystal silicon wafer. Accordingly, by using micromachining techniques such as photolithography and etching, the components forming the ink flow path on each of the three substrates 100, 200, and 300 are finer and more precise. It can be formed easily.

상기한 잉크 유로는, 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 잉크가 도입되는 잉크 도입구(110)와, 토출될 잉크가 채워지며 잉크를 토출시키기 위한 압력 변화를 발생시키는 압력 챔버(120)와, 잉크 도입구(110)를 통해 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(120)에 공급하는 공통 유로인 매니폴드(210)와, 매니폴드(210)로부터 각각의 압력 챔버(120)로 잉크를 공급하기 위한 개별 유로인 리스트릭터(220)와, 압력 챔버(120)로부터 잉크가 토출되는 노즐(310)로 이루어진다. 그리고, 압력 챔버(120)와 노즐(310) 사이에는 압전 액츄에이터(190)에 의해 압력 챔버(120)에서 발생된 에너지를 노즐(310)쪽으로 집중시키고 급격한 압력 변화를 완충하기 위한 댐퍼(230)가 형성될 수 있다. 이러한 잉크 유로를 형성하는 구성요소들은 상술한 바와 같이 세 개의 기판(100, 200, 300)에 나뉘어져 배치된다. The ink flow path includes an ink inlet 110 through which ink is introduced from an ink reservoir (not shown), a pressure chamber 120 in which ink to be ejected is filled, and a pressure change for ejecting ink, and an ink inlet Manifold 210, which is a common flow path for supplying ink introduced through the 110 to the plurality of pressure chambers 120, and individual flow paths for supplying ink from the manifolds 210 to the respective pressure chambers 120. It consists of an instructor 220 and a nozzle 310 through which ink is discharged from the pressure chamber 120. In addition, between the pressure chamber 120 and the nozzle 310, a damper 230 for concentrating energy generated in the pressure chamber 120 by the piezoelectric actuator 190 toward the nozzle 310 and buffering a sudden pressure change is provided. Can be formed. Components forming the ink flow path are divided into three substrates 100, 200, and 300 as described above.

먼저, 상부 기판(100)의 저면에는 소정 깊이의 압력 챔버(120)가 형성되고, 그 일측에는 관통된 잉크 도입구(110)가 형성된다. 압력 챔버(120)는 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상으로 되어 있으며, 중간 기판(200)에 형성되는 매니폴드(210)의 양측에 2 열로 배열되어 있다. 그러나, 압력 챔버(120)는 매니폴드(210)의 일측에 1 열로만 배열될 수도 있다. First, a pressure chamber 120 having a predetermined depth is formed on a bottom surface of the upper substrate 100, and a penetrating ink inlet 110 is formed at one side thereof. The pressure chambers 120 have a longer rectangular parallelepiped shape in the ink flow direction, and are arranged in two rows on both sides of the manifold 210 formed on the intermediate substrate 200. However, the pressure chamber 120 may be arranged in only one row on one side of the manifold 210.

상부 기판(100)은 집적회로의 제조에 널리 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 특히 SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼로 이루어진 것이 바람직하다. SOI 웨이퍼는 일반적으로 제1 실리콘 기판(101)과, 제1 실리콘 기판(101) 상에 형성된 중간 산화막(102)과, 중간 산화막(102) 상에 접착되는 제2 실리콘 기판(103)의 적층 구조를 가지고 있다. 제1 실리콘 기판(101)은 실리콘 단결정으로 이루어지고 대략 수백 ㎛ 정도의 두께를 가지고 있으며, 중간 산화막(102)은 제1 실리콘 기판(101)의 표면을 산화시킴으로써 형성될 수 있으며, 그 두께는 대략 1~2㎛ 정도이다. 제2 실리콘 기판(103)도 실리콘 단결정으로 이루어지며, 그 두께는 대략 수㎛ 내지 수십㎛ 정도이다. 이와 같이 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 이유는 압력 챔버(120)의 높이를 정확하게 조절할 수 있기 때문이다. 즉, SOI 웨이퍼의 중간 층을 이루는 중간 산화막(102)이 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 하게 되므로, 제1 실리콘 기판(101)의 두께가 정해지면 압력 챔버(120)의 높이도 따라서 정해진다. 또한, 압력 챔버(120) 상부벽을 이루는 제2 실리콘 기판(103)은 압전 액츄에이터(190)에 의해 휨 변형됨으로써 압력 챔버(120)의 부피를 변화시키는 진동판의 역할을 하게 되는데, 이 진동판의 두께도 제2 실리콘 기판(103)의 두께에 의해 정해진다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다. The upper substrate 100 is made of a single crystal silicon wafer widely used in the manufacture of integrated circuits, and particularly preferably made of a silicon-on-insulator (SOI) wafer. The SOI wafer generally has a stacked structure of a first silicon substrate 101, an intermediate oxide film 102 formed on the first silicon substrate 101, and a second silicon substrate 103 bonded onto the intermediate oxide film 102. Have The first silicon substrate 101 is made of silicon single crystal and has a thickness of about several hundred micrometers, and the intermediate oxide film 102 may be formed by oxidizing the surface of the first silicon substrate 101, and the thickness thereof is approximately It is about 1-2 micrometers. The second silicon substrate 103 is also made of silicon single crystal, and its thickness is about several micrometers to several tens of micrometers. The reason why the SOI wafer is used as the upper substrate 100 is that the height of the pressure chamber 120 can be adjusted accurately. That is, since the intermediate oxide layer 102 forming the intermediate layer of the SOI wafer serves as an etch stop layer, when the thickness of the first silicon substrate 101 is determined, the height of the pressure chamber 120 also depends. It is decided. In addition, the second silicon substrate 103 forming the upper wall of the pressure chamber 120 is deformed by the piezoelectric actuator 190 to serve as a diaphragm for changing the volume of the pressure chamber 120, the thickness of the diaphragm. It is determined by the thickness of the second silicon substrate 103. This will be described in detail later.

상부 기판(100) 위에는 압전 액츄에이터(190)가 일체형으로 형성된다. 그리고, 상부 기판(100)과 압전 액츄에이터(190) 사이에는 실리콘 산화막(180)이 형성 된다. 실리콘 산화막(180)은 절연막으로서의 기능뿐만 아니라, 상부 기판(100)과 압전 액츄에이터(190) 사이의 확산을 억제하고 열적 스트레스를 조절하는 기능도 가진다. 압전 액츄에이터(190)는 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(191, 192)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(193)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(194)을 구비한다. 하부 전극(191, 192)은 상기한 실리콘 산화막(180)의 전 표면에 형성되며, Ti 층(191)과 Pt 층(192)의 두 개 금속박막층으로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같은 Ti/Pt 층(191, 192)은 공통 전극의 역할을 할 뿐만 아니라, 그 위에 형성되는 압전막(193)과 그 아래의 상부 기판(100) 사이의 상호 확산(inter-diffusion)을 방지하는 확산방지층(diffusion barrier layer)의 역할도 하게 된다. 압전막(193)은 하부 전극(191, 192) 위에 형성되며, 압력 챔버(120)의 상부에 위치하도록 배치된다. 압전막(193)은 전압의 인가에 의해 변형되며, 그 변형에 의해 압력 챔버(120)의 상부벽을 이루는 상부 기판(100)의 제2 실리콘 기판(103), 즉 진동판을 휨 변형시키는 역할을 하게 된다. 상부 전극(194)은 압전막(193) 위에 형성되며, 압전막(193)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다. The piezoelectric actuator 190 is integrally formed on the upper substrate 100. A silicon oxide film 180 is formed between the upper substrate 100 and the piezoelectric actuator 190. The silicon oxide film 180 not only functions as an insulating film but also functions to suppress diffusion and control thermal stress between the upper substrate 100 and the piezoelectric actuator 190. The piezoelectric actuator 190 includes lower electrodes 191 and 192 serving as a common electrode, a piezoelectric film 193 deformed by application of a voltage, and an upper electrode 194 serving as a driving electrode. The lower electrodes 191 and 192 are formed on the entire surface of the silicon oxide film 180, and are preferably made of two metal thin films, a Ti layer 191 and a Pt layer 192. The Ti / Pt layers 191 and 192 not only serve as a common electrode, but also prevent inter-diffusion between the piezoelectric film 193 formed thereon and the upper substrate 100 thereunder. It also serves as a diffusion barrier layer. The piezoelectric film 193 is formed on the lower electrodes 191 and 192 and is disposed to be positioned above the pressure chamber 120. The piezoelectric film 193 is deformed by the application of a voltage, and acts to flexurally deform the second silicon substrate 103 of the upper substrate 100 that forms the upper wall of the pressure chamber 120, that is, the diaphragm. Done. The upper electrode 194 is formed on the piezoelectric film 193 and serves as a driving electrode for applying a voltage to the piezoelectric film 193.

상기 중간 기판(200)에는 상기 잉크 도입구(110)와 연결되어 잉크 도입구(110)를 통해 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(120)에 공급하는 공통 유로인 매니폴드(210)가 형성된다. 상기 매니폴드(210)는 중간 기판(200)의 저면으로부터 소정 깊이만큼 형성되고, 이에 따라 매니폴드(210)의 상부에는 소정 두께의 천정벽(217)이 잔존된다. 즉, 상기 매니폴드(210)의 하단은 하부 기판(300)에 의해 한정되고, 그 상단은 중간 기판(200)의 잔존된 부분인 천정벽(217)에 의해 한정된다. 그리고, 상술한 바와 같이, 압력 챔버(120)가 매니폴드(210)의 양측에 2 열로 배열되는 경우에는, 매니폴드(210)의 내부에 그 길이방향으로 격벽(215)을 형성하여 매니폴드(210)를 좌우로 분리시킨 것이 잉크의 원활한 흐름과 매니폴드(210) 양측의 압전 액츄에이터(190)를 구동시킬 때 상호 간의 크로스토크(cross-talk)를 방지하는 데 있어서 바람직하다. The intermediate substrate 200 is provided with a manifold 210 that is connected to the ink inlet 110 and is a common flow path for supplying ink introduced through the ink inlet 110 to the plurality of pressure chambers 120. . The manifold 210 is formed to a predetermined depth from the bottom surface of the intermediate substrate 200, and thus a ceiling wall 217 of a predetermined thickness remains on the upper portion of the manifold 210. That is, the lower end of the manifold 210 is defined by the lower substrate 300, and the upper end thereof is defined by the ceiling wall 217, which is a remaining portion of the intermediate substrate 200. As described above, when the pressure chambers 120 are arranged in two rows on both sides of the manifold 210, the partition wall 215 is formed in the longitudinal direction of the manifold 210 to form the manifold ( Separation of the 210 from side to side is preferable in preventing smooth flow of ink and cross-talk between each other when driving the piezoelectric actuators 190 on both sides of the manifold 210.

상기 중간 기판(200)에는 매니폴드(210)와 압력 챔버(120) 각각의 일단부를 연결하는 개별 유로인 리스트릭터(220)가 형성된다. 상기 리스트릭터(220)는 매니폴드(210)의 측면을 따라 중간 기판(200)을 수직으로 관통하도록 형성되며, 그 출구(221)는 압력 챔버(210)의 일단부와 연통되도록 형성된다. 특히, 상기 리스트릭터(220)의 출구(221)는 중간 기판(200)에 의해서만 정의되며, 상부 기판(100)에 형성된 압력 챔버(120)의 내측 벽면으로부터 소정 간격(D) 떨어진 위치에 형성된다. 또한, 상기 리스트릭터(220)는 "T"자 형상의 단면을 가질 수 있다. 이러한 리스트릭터(220)는 매니폴드(210)로부터 압력 챔버(120)로 적정 량의 잉크를 공급하는 역할 뿐만 아니라, 잉크가 토출될 때 압력 챔버(120)로부터 매니폴드(210)쪽으로 잉크가 역류하는 것을 억제하는 역할도 하게 된다. The intermediate substrate 200 has a restrictor 220 which is a separate flow path connecting one end of each of the manifold 210 and the pressure chamber 120. The restrictor 220 is formed to vertically penetrate the intermediate substrate 200 along the side of the manifold 210, and the outlet 221 is formed to communicate with one end of the pressure chamber 210. In particular, the outlet 221 of the restrictor 220 is defined only by the intermediate substrate 200, and is formed at a position spaced apart from the inner wall surface of the pressure chamber 120 formed on the upper substrate 100 by a predetermined distance D. . In addition, the restrictor 220 may have a “T” shaped cross section. The restrictor 220 not only supplies an appropriate amount of ink from the manifold 210 to the pressure chamber 120, but also ink flows back from the pressure chamber 120 toward the manifold 210 when the ink is ejected. It also plays a role in restraining you from doing.

그리고, 상기 중간 기판(200)에는 압력 챔버(120)의 타단부에 대응되는 위치에 압력 챔버(120)와 노즐(310)을 연결하는 댐퍼(230)가 수직으로 관통 형성된다. In addition, a damper 230 connecting the pressure chamber 120 and the nozzle 310 is vertically penetrated in the intermediate substrate 200 at a position corresponding to the other end of the pressure chamber 120.

상기한 바와 같이, 매니폴드(210)의 상부에 천정벽(217)이 형성되고, 리스트릭터(220)의 출구(221)가 상부 기판(100)과는 상관 없이 중간 기판(200) 만에 의해 정의되면, 리스트릭터(220)의 출구(221)와 압력 챔버(120)의 내측 벽면 사이의 간격(D)보다 작은 범위 내에서 상부 기판(100)과 중간 기판(200) 사이에 정렬 오차가 발생하더라도 리스트릭터(220)의 출구(221) 단면적이 변하지 않는다. 따라서, 다수의 리스트릭터(220)를 통해 다수의 압력 챔버(120)에 공급되는 잉크의 체적과 잉크 재충전 시간이 균일하게 유지될 수 있으므로, 매니폴드(210)의 양측에 배열된 노즐(310)을 통해 토출되는 잉크 액적의 체적과 속도에 편차가 발생하지 않게 되어 잉크 토출 성능이 향상될 수 있다. As described above, the ceiling wall 217 is formed on the upper part of the manifold 210, and the outlet 221 of the restrictor 220 is formed only by the intermediate substrate 200 regardless of the upper substrate 100. If defined, an alignment error occurs between the upper substrate 100 and the intermediate substrate 200 within a range smaller than the distance D between the outlet 221 of the restrictor 220 and the inner wall surface of the pressure chamber 120. Even if the cross-sectional area of the outlet 221 of the restrictor 220 does not change. Therefore, since the volume and ink refill time of the ink supplied to the plurality of pressure chambers 120 through the plurality of restrictors 220 can be maintained uniformly, the nozzles 310 arranged on both sides of the manifold 210. Since the deviation does not occur in the volume and speed of the ink droplets discharged through the ink discharge performance can be improved.

상기 하부 기판(300)에는 댐퍼(230)와 대응되는 위치에 관통된 노즐(310)이 형성된다. 노즐(310)은 하부 기판(300)의 아래 부분에 형성되며 잉크가 토출되는 잉크 토출구(312)와, 하부 기판(300)의 윗 부분에 형성되어 댐퍼(230)와 잉크 토출구(312)를 연결하며 댐퍼(230)로부터 잉크 토출구(312)쪽으로 잉크를 가압 유도하는 잉크 유도부(311)로 이루어져 있다. 잉크 토출구(312)는 일정한 직경을 가진 수직 홀의 형상으로 되어 있으며, 잉크 유도부(311)는 댐퍼(230)로부터 잉크 토출구(312)쪽으로 가면서 점차 그 단면적이 감소하는 사각뿔 형상으로 되어 있다. 한편, 잉크 유도부(311)는 사각뿔 형상이 아니더라도 원뿔 등의 형상으로 될 수도 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진 하부 기판(300)에는 사각뿔 형상의 잉크 유도부(311)를 형성하는 것이 용이하다. The lower substrate 300 has a nozzle 310 penetrated at a position corresponding to the damper 230. The nozzle 310 is formed at a lower portion of the lower substrate 300 and is formed at an ink discharge port 312 through which ink is discharged, and is formed at an upper portion of the lower substrate 300 to connect the damper 230 and the ink discharge port 312. And an ink guide part 311 for pressurizing ink from the damper 230 toward the ink discharge port 312. The ink discharge port 312 has a shape of a vertical hole having a constant diameter, and the ink guide portion 311 has a square pyramid shape whose cross sectional area gradually decreases from the damper 230 toward the ink discharge port 312. On the other hand, the ink guide portion 311 may be in the shape of a cone or the like even if the shape is not square. However, as will be described later, it is easy to form an ink guide part 311 having a square pyramid shape on the lower substrate 300 made of a single crystal silicon wafer.

이와 같이 형성된 세 개의 기판(100, 200, 300)은 전술한 바와 같이 적층되어 서로 접합됨으로써 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 이루게 된다. 그리고, 세 개의 기판(100, 200, 300) 내부에는 잉크 도입구(110), 매니폴드(210), 리스트릭터(220), 압력 챔버(120), 댐퍼(230) 및 노즐(310)이 차례대로 연결되어 이루어진 잉크 유로가 형성된다. The three substrates 100, 200, and 300 thus formed are stacked as described above and bonded to each other to form a piezoelectric inkjet print head according to the present invention. In addition, the ink inlet 110, the manifold 210, the restrictor 220, the pressure chamber 120, the damper 230, and the nozzle 310 are sequentially inside the three substrates 100, 200, and 300. The ink flow paths formed by the connection are formed.

이러한 구성을 가진 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 작동을 설명하면 다음과 같다. 잉크 저장고(미도시)로부터 잉크 도입구(110)를 통해 매니폴드(210) 내부로 유입된 잉크는 다수의 리스트릭터(220)를 통해 다수의 압력 챔버(120) 각각의 내부로 공급된다. 이때, 상기한 바와 같이 리스트릭터(220)의 출구(221) 단면적이 일정하므로, 다수의 리스트릭터(220)를 통해 다수의 압력 챔버(120)에 공급되는 잉크의 체적과 잉크 재충전 시간이 균일하게 유지된다. 이와 같이, 압력 챔버(120) 내부에 잉크가 채워진 상태에서, 압전 액츄에이터(190)의 상부 전극(194)을 통해 압전막(193)에 전압이 인가되면 압전막(193)은 변형되며, 이에 따라 진동판 역할을 하는 상부 기판(100)의 제2 실리콘 기판(103)은 아래쪽으로 휘어지게 된다. 제2 실리콘 기판(103)의 휨 변형에 의해 압력 챔버(120)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(120) 내의 압력 상승에 의해 압력 챔버(120) 내의 잉크는 댐퍼(230)를 거쳐 노즐(310)을 통해 외부로 토출된다. 이때, 본 발명에 의하면, 매니폴드(210)의 양측에 배열된 노즐(310)을 통해 토출되는 잉크 액적의 체적과 속도에 편차가 발생하지 않게 되어 잉크 토출 성능이 향상될 수 있다. Referring to the operation of the piezoelectric inkjet printhead according to the present invention having such a configuration is as follows. Ink introduced into the manifold 210 from the ink reservoir (not shown) through the ink inlet 110 is supplied into each of the plurality of pressure chambers 120 through the plurality of restrictors 220. At this time, since the cross-sectional area of the outlet 221 of the restrictor 220 is constant as described above, the volume and ink refilling time of the ink supplied to the pressure chambers 120 through the plurality of restrictors 220 are uniform. maintain. As such, when the ink is filled in the pressure chamber 120, when the voltage is applied to the piezoelectric film 193 through the upper electrode 194 of the piezoelectric actuator 190, the piezoelectric film 193 is deformed. The second silicon substrate 103 of the upper substrate 100 serving as the diaphragm is bent downward. Due to the bending deformation of the second silicon substrate 103, the volume of the pressure chamber 120 is reduced, and accordingly, the ink in the pressure chamber 120 passes through the damper 230 by the pressure increase in the pressure chamber 120. It is discharged to the outside through the nozzle 310. At this time, according to the present invention, there is no variation in the volume and speed of the ink droplets discharged through the nozzles 310 arranged on both sides of the manifold 210 can improve the ink discharge performance.

이어서, 압전 액츄에이터(190)의 압전막(193)에 인가되던 전압이 차단되면 압전막(193)은 원상 복원되고, 이에 따라 진동판 역할을 하는 제2 실리콘 기판(103)이 원상으로 복원되면서 압력 챔버(120)의 부피가 증가하게 된다. 이에 따른 압력 챔버(120) 내의 압력 감소와 노즐(310) 내에 형성된 잉크의 메니스커스 에 의한 표면장력에 의해 매니폴드(210)로부터 잉크가 리스트릭터(220)를 통해 압력 챔버(120) 내로 유입된다.Subsequently, when the voltage applied to the piezoelectric film 193 of the piezoelectric actuator 190 is cut off, the piezoelectric film 193 is restored to its original state, whereby the second silicon substrate 103 serving as the diaphragm is restored to its original state and thus the pressure chamber. The volume of 120 is to be increased. Accordingly, ink flows from the manifold 210 into the pressure chamber 120 through the restrictor 220 due to the decrease in pressure in the pressure chamber 120 and the surface tension of the ink formed in the nozzle 310 by the meniscus. do.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a piezoelectric inkjet printhead according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

우선, 본 발명의 바람직한 제조방법을 개괄적으로 설명하면, 먼저 잉크 유로를 이루는 구성요소들이 형성된 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 각각 제조하고, 이어서 제조된 세 개의 기판을 적층하여 접합한 뒤, 마지막으로 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성함으로써 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 한편, 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 제조하는 단계들은 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 즉, 하부 기판이나 중간 기판이 먼저 제조될 수도 있으며, 두 개 또는 세 개의 기판이 동시에 제조될 수도 있다. 다만, 설명의 편의상 아래에서는 상부 기판, 중간 기판, 하부 기판의 순서로 그 각각의 제조방법을 설명하기로 한다. First, a general description of the preferred manufacturing method of the present invention, first manufacturing the upper substrate, the intermediate substrate and the lower substrate on which the components constituting the ink flow path, respectively, and then laminated and bonded three prepared substrates, and finally By forming a piezoelectric actuator on the upper substrate, the piezoelectric inkjet printhead according to the present invention is completed. Meanwhile, the steps of manufacturing the upper substrate, the intermediate substrate, and the lower substrate may be performed in any order. That is, the lower substrate or the intermediate substrate may be manufactured first, or two or three substrates may be manufactured at the same time. However, for convenience of description, the respective manufacturing methods will be described in the order of the upper substrate, the intermediate substrate, and the lower substrate.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법에 있어서 상부 기판에 베이스 마크를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다. 8A to 8E are cross-sectional views for explaining a step of forming a base mark on an upper substrate in a method of manufacturing a piezoelectric inkjet printhead according to the present invention.

먼저, 도 8a을 참조하면, 본 실시예에서 상부 기판(100)은 단결정 실리콘 기판으로 이루어진다. 이는, 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼를 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이기 때문이다. 상부 기판(100)의 두께는 대략 100 ~ 200㎛, 바람직하게는 대략 150㎛ 정도이며, 이는 상부 기판(100)의 저 면에 형성되는 압력 챔버(도 5의 120)의 높이에 따라 적절하게 정해질 수 있다. 그리고, 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 것이 압력 챔버(도 5의 120)의 높이를 정확하게 형성할 수 있으므로 바람직하다. SOI 웨이퍼는 전술한 바와 같이 제1 실리콘 기판(101)과, 제1 실리콘 기판(101) 상에 형성된 중간 산화막(102)과, 중간 산화막(102) 상에 접착된 제2 실리콘 기판(103)의 적층 구조를 가지고 있다. 특히, 제2 실리콘 기판(103)은 상기한 진동판의 두께를 최적화하기 위한 조건으로 수㎛ 내지 수십㎛의 두께를 가진다. First, referring to FIG. 8A, in the present embodiment, the upper substrate 100 is made of a single crystal silicon substrate. This is because silicon wafers widely used in the manufacture of semiconductor devices can be used as they are and are effective for mass production. The thickness of the upper substrate 100 is approximately 100 to 200 µm, preferably approximately 150 µm, which is appropriately determined according to the height of the pressure chamber (120 in FIG. 5) formed on the bottom surface of the upper substrate 100. Can be done. It is preferable to use an SOI wafer as the upper substrate 100 because the height of the pressure chamber (120 in FIG. 5) can be accurately formed. As described above, the SOI wafer is formed of the first silicon substrate 101, the intermediate oxide film 102 formed on the first silicon substrate 101, and the second silicon substrate 103 bonded onto the intermediate oxide film 102. It has a laminated structure. In particular, the second silicon substrate 103 has a thickness of several micrometers to several tens of micrometers as a condition for optimizing the thickness of the diaphragm.

이러한 상부 기판(100)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 상부 기판(100)의 상면과 저면이 산화되어 실리콘 산화막(151a, 151b)이 형성된다. When the upper substrate 100 is placed in an oxidation furnace and wet or dry oxidation, the upper and lower surfaces of the upper substrate 100 are oxidized to form silicon oxide films 151a and 151b.

다음에, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)의 상면과 저면에 형성된 실리콘 산화막(151a, 151b) 표면에 각각 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 현상하여 상부 기판(100)의 가장자리 부근에 베이스 마크를 형성하기 위한 개구부(141)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 8B, photoresist PR is applied to the surfaces of the silicon oxide films 151a and 151b formed on the upper and lower surfaces of the upper substrate 100, respectively. Subsequently, the coated photoresist PR is developed to form an opening 141 for forming a base mark near the edge of the upper substrate 100.

다음으로, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(141)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(151a, 151b)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 습식 식각하여 제거함으로써 상부 기판(100)을 부분적으로 노출한 뒤, 포토레지스트(PR)를 스트립한다. Next, as illustrated in FIG. 8C, the upper substrate 100 may be wet-etched and removed using the photoresist PR as an etch mask to remove the silicon oxide layers 151a and 151b exposed through the opening 141. After partially exposing the photoresist (PR) is stripped.

다음에는, 도 8d에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 상부 기판(100)을 실리콘 산화막(151a, 151b)을 식각 마스크로 하여 소정 깊이로 습식 식각함으로써, 베이스 마크(140)를 형성한다. 이때, 상부 기판(100)의 습식 식각에서는 실리콘용 에 칭액(etchant)으로서, 예컨대 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide ; 테트라메틸 수산화 암모늄) 또는 KOH(수산화 칼륨)를 사용할 수 있다. 베이스 마크(140)가 형성된 후에는, 잔존된 실리콘 산화막(151a, 151b)을 습식 식각에 의해 제거할 수 있다. 이는 상기한 단계들을 거치는 과정에서 발생되는 부산물 등 이물질을 실리콘 산화막(151a, 151b)의 제거와 함께 세척하기 위한 것이다. Next, as shown in FIG. 8D, the base mark 140 is formed by wet etching the upper substrate 100 of the exposed portion using the silicon oxide films 151a and 151b as an etching mask to a predetermined depth. At this time, in wet etching of the upper substrate 100, for example, TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide; tetramethyl ammonium hydroxide) or KOH (potassium hydroxide) may be used as an etchant for silicon. After the base mark 140 is formed, the remaining silicon oxide films 151a and 151b may be removed by wet etching. This is to clean the foreign materials such as by-products generated in the process of the above steps with the removal of the silicon oxide film (151a, 151b).

이로써, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상면과 저면 가장자리 부근에 베이스 마크(140)가 형성된 상태의 상부 기판(100)이 준비된다. As a result, as shown in FIG. 8E, the upper substrate 100 having the base mark 140 formed near the top and bottom edges is prepared.

상기한 단계들을 거쳐 형성되는 베이스 마크(140)는 상부 기판(100)과 후술되는 중간 기판 및 하부 기판을 적층하여 접합할 때, 이들을 정확하게 정렬시키기 위한 기준으로 사용된다. 따라서, 상부 기판(100)의 경우에는 상기 베이스 마크(140)는 그 저면에만 형성될 수도 있다. 또한, 다른 정렬 방법이나 장치가 사용되는 경우에는 상기한 베이스 마크(140)는 필요 없을 수도 있으며, 이 경우에는 상기한 단계들은 수행되지 않는다. The base mark 140 formed through the above steps is used as a reference for accurately aligning the upper substrate 100 and the intermediate substrate and the lower substrate which will be described later. Therefore, in the case of the upper substrate 100, the base mark 140 may be formed only on the bottom surface. In addition, when the other alignment method or apparatus is used, the base mark 140 may not be necessary, and in this case, the above steps are not performed.

도 9a 내지 도 9g는 상부 기판에 압력 챔버를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다. 9A to 9G are cross-sectional views illustrating a process of forming a pressure chamber on an upper substrate.

먼저, 도 9a에 도시된 바와 같이, 준비된 상부 기판(100)을 습식 또는 건식 산화시켜, 상부 기판(100)의 상면과 저면에 실리콘 산화막(152a, 152b)을 형성한다. 이때, 상부 기판(100)의 저면에만 실리콘 산화막(152b)을 형성할 수 있다. First, as shown in FIG. 9A, the prepared upper substrate 100 is wet or dry oxidized to form silicon oxide films 152a and 152b on the upper and lower surfaces of the upper substrate 100. In this case, the silicon oxide film 152b may be formed only on the bottom surface of the upper substrate 100.

다음에, 도 9b를 참조하면, 상부 기판(100) 저면의 실리콘 산화막(152b) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 포토레지스트(PR)를 현상하여 상부 기 판(100)의 저면에 압력 챔버를 형성하기 위한 개구부(121)를 형성한다. Next, referring to FIG. 9B, photoresist PR is applied to the surface of the silicon oxide film 152b on the bottom surface of the upper substrate 100. Next, the photoresist PR is developed to form an opening 121 for forming a pressure chamber on the bottom surface of the upper substrate 100.

다음으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(121)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(152b)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 RIE(Reactive Ion Etching ; 반응성 이온 식각)와 같은 건식 식각에 의해 제거함으로써 상부 기판(100)의 저면을 부분적으로 노출시킨다. 이때, 실리콘 산화막(152b)은 건식 식각이 아니라 습식 식각에 의해 제거될 수도 있다. Next, as illustrated in FIG. 9C, the silicon oxide film 152b of the portion exposed through the opening 121 may be formed using a photoresist PR as an etching mask, such as reactive ion etching (RIE). The bottom surface of the upper substrate 100 is partially exposed by removing by dry etching. In this case, the silicon oxide layer 152b may be removed by wet etching instead of dry etching.

다음에는, 도 9d에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 상부 기판(100)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 소정 깊이 식각함으로써, 압력 챔버(120)를 형성한다. 이때, 상부 기판(100)의 식각은 ICP(Inductively Coupled Plasma ; 유도결합 플라즈마)에 의한 건식 식각법에 의해 수행될 수 있다. Next, as shown in FIG. 9D, the pressure chamber 120 is formed by etching the upper substrate 100 of the exposed portion by using the photoresist PR as an etching mask for a predetermined depth. In this case, etching of the upper substrate 100 may be performed by a dry etching method using an inductively coupled plasma (ICP).

그리고, 도시된 바와 같이 상부 기판(100)으로서 SOI 웨이퍼를 사용하면, SOI 웨이퍼의 중간 산화막(102)이 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 하게 되므로, 이 단계에서는 제1 실리콘 기판(101)만 식각된다. 따라서, 제1 실리콘 기판(101)의 두께를 웨이퍼 연마 공정에서 조절하게 되면 압력 챔버(120)를 원하는 높이로 정확하게 맞출 수 있게 된다. 한편, 압력 챔버(120)의 상부벽을 이루는 제2 실리콘 기판(103)은 전술한 바와 같이 진동판의 역할을 하게 되는데, 그 두께도 마찬가지로 웨이퍼 연마 공정에서 쉽게 조절될 수 있다.In addition, when the SOI wafer is used as the upper substrate 100 as shown, since the intermediate oxide layer 102 of the SOI wafer serves as an etch stop layer, the first silicon substrate 101 may be used in this step. ) Is only etched. Therefore, when the thickness of the first silicon substrate 101 is adjusted in the wafer polishing process, the pressure chamber 120 can be accurately adjusted to a desired height. Meanwhile, the second silicon substrate 103 constituting the upper wall of the pressure chamber 120 serves as a diaphragm as described above, and the thickness thereof may be easily adjusted in the wafer polishing process.

압력 챔버(120)가 형성된 후에, 포토레지스트(PR)를 스트립하면, 도 9e에 도시된 바와 같은 상태의 상부 기판(100)이 준비된다. 그런데, 이와 같은 상태에서는 전술한 식각 과정에서 발생되는 부산물이나 폴리머 등의 이물질이 상부 기판(100) 의 표면에 부착되어 있을 수 있다. 따라서, 이들 이물질을 제거하기 위해 황산 용액 또는 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide ; 테트라메틸 수산화 암모늄)를 사용하여 상부 기판(100) 전표면을 세척하는 것이 바람직하다. 이 때, 잔존된 실리콘 산화막(152a, 152b)도 습식 식각에 의해 제거되며, 상부 기판(100)의 중간 산화막(102)의 일부, 즉 압력 챔버(120)의 상부 벽면을 이루는 부위도 제거된다. After the pressure chamber 120 is formed, the photoresist PR is stripped to prepare the upper substrate 100 in a state as shown in FIG. 9E. However, in this state, foreign substances such as by-products or polymers generated in the above-described etching process may be attached to the surface of the upper substrate 100. Therefore, it is preferable to clean the entire surface of the upper substrate 100 by using sulfuric acid solution or tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) to remove these foreign substances. At this time, the remaining silicon oxide films 152a and 152b are also removed by wet etching, and a portion of the intermediate oxide film 102 of the upper substrate 100, that is, a part of the upper wall surface of the pressure chamber 120 is removed.

이로써, 도 9f에 도시된 바와 같이, 상면과 저면 가장자리 부근에 베이스 마크(140)가 형성되고 그 저면에 압력 챔버(120)가 형성된 상태의 상부 기판(100)이 준비된다. As a result, as shown in FIG. 9F, the base substrate 140 is formed near the top and bottom edges, and the upper substrate 100 having the pressure chamber 120 formed thereon is prepared.

위에서는, 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 상부 기판(100)을 건식 식각하여 압력 챔버(120)를 형성한 후 포토레지스트(PR)를 스트립하는 것으로 도시되고 설명되었다. 그러나, 이와는 달리 먼저 포토레지스트(PR)를 스트립한 뒤 실리콘 산화막(152b)을 식각 마스크로 하여 상부 기판(100)을 건식 식각함으로써 압력 챔버(120)를 형성할 수도 있다. In the above, the upper substrate 100 is dry etched using the photoresist PR as an etching mask to form the pressure chamber 120, and then the photoresist PR is stripped. Alternatively, the pressure chamber 120 may be formed by first etching the upper substrate 100 by stripping the photoresist PR and then using the silicon oxide layer 152b as an etching mask.

그리고, 도 9g에 도시된 바와 같이, 도 9f에 도시된 상태의 상부 기판(100)의 상면과 저면에 다시 실리콘 산화막(153a, 153b)을 형성할 수 있다. 이 때, 도 9f에 도시된 단계에서 일부 제거되었던 중간 산화막(102)이 상기 실리콘 산화막(153b)에 의해 보충된다. 이와 같이, 실리콘 산화막(153a, 153b)을 형성하게 되면, 후술하는 도 15a의 단계에서 상부 기판(100) 상에 절연막으로서 실리콘 산화막(180)을 형성하는 단계를 생략할 수 있다. 또한, 잉크 유로를 형성하는 압력 챔버(120)의 내면에 실리콘 산화막(153b)이 형성되면, 실리콘 산화막(153b)의 특성상 잉크와의 반응성이 거의 없으므로 다양한 종류의 잉크를 사용할 수 있게 된다. As illustrated in FIG. 9G, the silicon oxide films 153a and 153b may be formed on the upper and lower surfaces of the upper substrate 100 in the state illustrated in FIG. 9F. At this time, the intermediate oxide film 102 that has been partially removed in the step shown in FIG. 9F is supplemented by the silicon oxide film 153b. As such, when the silicon oxide films 153a and 153b are formed, the step of forming the silicon oxide film 180 as the insulating film on the upper substrate 100 may be omitted in the step of FIG. 15A described later. In addition, when the silicon oxide film 153b is formed on the inner surface of the pressure chamber 120 forming the ink flow path, various kinds of inks may be used since the silicon oxide film 153b has little reactivity with the ink.

한편, 도시되지는 않았지만 잉크 도입구(도 10a의 110)도 도 9a 내지 도 9g에 도시된 단계를 거쳐 압력 챔버(120)와 함께 형성된다. 즉, 도 9e에 도시된 단계에 이르면, 도 10a에 도시된 바와 같이 상부 기판(100)의 저면에는 소정 깊이의 압력 챔버(120)와 함께 이와 같은 깊이의 잉크 도입구(110)가 형성된다. 이와 같이 상부 기판(100)의 저면에 소정 깊이로 형성된 잉크 도입구(110)는, 기판들의 접합과 압전 액츄에이터의 설치 공정이 완료된 후, 상부 기판(100)을 관통시키는 후가공을 통해 잉크 저장고(미도시)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 잉크 도입구(100)의 관통은 압전 액츄에이터의 형성 단계가 완료된 후에 수행될 수 있다. 한편, 이와 같은 상부 기판(100)을 관통시키는 후가공은, 도 9f에 도시된 단계에서 잉크 도입구(100) 위에 남은 제2 실리콘 기판(103)을 가공함으로써 형성될 수 있다. On the other hand, although not shown, an ink inlet (110 in FIG. 10A) is also formed together with the pressure chamber 120 through the steps shown in FIGS. 9A-9G. That is, when the step shown in FIG. 9E is reached, an ink inlet 110 having such a depth is formed on the bottom surface of the upper substrate 100 along with the pressure chamber 120 having a predetermined depth. As such, the ink inlet 110 formed at a predetermined depth on the bottom surface of the upper substrate 100 has an ink reservoir (not shown) through post-processing through the upper substrate 100 after the bonding process of the substrates and the installation process of the piezoelectric actuator are completed. Can be connected to That is, the penetration of the ink inlet 100 may be performed after the forming step of the piezoelectric actuator is completed. Meanwhile, the post-processing through the upper substrate 100 may be formed by processing the second silicon substrate 103 remaining on the ink inlet 100 in the step illustrated in FIG. 9F.

또한, 상기와 같은 상부 기판(100)의 가공 공정 중 도 9e에 도시된 단계 후에, 추가적인 제2 실리콘 기판(103)의 건식 식각 공정을 수행함으로써 잉크 도입구(100)의 개방이 이루어질 수 있다. 이 방법을 아래의 도면들을 참조하며 보다 상세하게 설명하기로 한다.In addition, after the process illustrated in FIG. 9E of the upper substrate 100 as described above, the ink inlet 100 may be opened by performing a dry etching process of the additional second silicon substrate 103. This method will be described in more detail with reference to the drawings below.

도 10a 내지 도 10d는 상부 기판에 잉크 도입구를 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다.10A to 10D are cross-sectional views for describing a step of forming an ink inlet on an upper substrate.

도 10a를 참조하면, 잉크 도입구(110)는 도 9a 내지 도 9g에 도시된 단계를 거쳐 압력 챔버(120)와 함께 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10A, the ink inlet 110 may be formed together with the pressure chamber 120 through the steps illustrated in FIGS. 9A to 9G.

다음에, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)의 상면에 형성된 실리 콘 산화막(152a) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 현상하여 상부 기판(100)의 상면에 잉크 도입구(110)의 관통을 위한 개구부(111)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 10B, photoresist PR is applied to the surface of the silicon oxide film 152a formed on the upper surface of the upper substrate 100. Subsequently, the coated photoresist PR is developed to form an opening 111 for penetrating the ink inlet 110 on the upper surface of the upper substrate 100.

다음으로, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(111)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(152a)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 RIE(반응성 이온 식각)와 같은 건식 식각에 의해 제거함으로써 상부 기판(100)의 상면을 부분적으로 노출시킨다. 이때, 실리콘 산화막(152a)은 건식 식각이 아니라 습식 식각에 의해 제거될 수도 있다. Next, as shown in FIG. 10C, the silicon oxide film 152a of the portion exposed through the opening 111 is subjected to dry etching such as RIE (reactive ion etching) using the photoresist PR as an etching mask. By removing, the upper surface of the upper substrate 100 is partially exposed. In this case, the silicon oxide layer 152a may be removed by wet etching instead of dry etching.

다음에는, 도 10d에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 상부 기판(100)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 소정 깊이 식각한 후, 포토레지스트(PR)를 스트립한다. 이때, 상부 기판(100)의 식각은 ICP(유도결합 플라즈마)에 의한 건식 식각법에 의해 수행될 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 포토레지스트(PR)를 먼저 스트립한 후, 실리콘 산화막(152a)을 식각 마스크로 하여 상부 기판(100)을 식각할 수도 있다. 이 단계에서는, 상부 기판(100)으로 사용한 SOI 웨이퍼의 중간 산화막(102)이 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 하게 되므로, 제2 실리콘 기판(103)만 식각되고, 잉크 도입구(110) 위에 중간 산화막(102)은 잔존하게 된다. 잔존된 중간 산화막(102)는 전술한 바와 같이 후가공을 통해 제거되고, 이에 따라 잉크 도입구(110)는 관통된다. Next, as illustrated in FIG. 10D, the exposed upper substrate 100 is etched to a predetermined depth using the photoresist PR as an etching mask, and then the photoresist PR is stripped. In this case, etching of the upper substrate 100 may be performed by a dry etching method using ICP (inductively coupled plasma). As described above, after the photoresist PR is first stripped, the upper substrate 100 may be etched using the silicon oxide film 152a as an etching mask. In this step, since the intermediate oxide film 102 of the SOI wafer used as the upper substrate 100 serves as an etch stop layer, only the second silicon substrate 103 is etched and the ink inlet 110 ), The intermediate oxide film 102 remains. The remaining intermediate oxide film 102 is removed through post processing as described above, and thus the ink inlet 110 is penetrated.

이 후에는 전술한 바와 같이 도 9f와 도 9g의 단계를 거쳐 상부 기판(100)이 완성될 수 있다. Thereafter, as described above, the upper substrate 100 may be completed through the steps of FIGS. 9F and 9G.

도 11a 내지 도 11h는 중간 기판에 매니폴드, 리스트릭터 및 댐퍼를 형성하는 방법을 단계별로 보여주는 단면도들이다. 11A through 11H are cross-sectional views showing step by step methods of forming a manifold, a restrictor and a damper on an intermediate substrate.

도 11a을 참조하면, 중간 기판(200)은 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 그 두께는 대략 200 ~ 300㎛ 정도이다. Referring to FIG. 11A, the intermediate substrate 200 is made of a single crystal silicon substrate, and its thickness is about 200 to 300 μm.

먼저, 중간 기판(200)의 상면과 저면 가장자리 부근에 베이스 마크(240)를 형성한다. 중간 기판(200)에 베이스 마크(240)를 형성하는 단계들은 도 8a 내지 도 8e에 도시된 단계들과 동일하므로, 중간 기판(200)을 위해 별도의 도시와 그 설명은 생략한다. First, the base mark 240 is formed near the top and bottom edges of the intermediate substrate 200. Since the steps of forming the base mark 240 on the intermediate substrate 200 are the same as those shown in FIGS. 8A to 8E, a separate illustration and description thereof will be omitted for the intermediate substrate 200.

이와 같이 베이스 마크(240)가 형성된 상태의 중간 기판(200)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 도 11a에 도시된 바와 같이 중간 기판(200)의 상면과 저면이 산화되어 실리콘 산화막(251a, 251b)이 형성된다. When the intermediate substrate 200 having the base mark 240 formed thereon is placed in an oxidation furnace and wet or dry oxidized, the top and bottom surfaces of the intermediate substrate 200 are oxidized, as shown in FIG. , 251b) is formed.

다음에, 도 11b에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(251a) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 도 5에 도시된 중간 기판(200)의 상면과 같은 패턴으로 현상하여, 다수의 댐퍼를 형성하기 위한 제1 개구부(241)과 다수의 리스트릭터 출구를 형성하기 위한 제2 개구부(242)를 형성한다. 이때, 도시되지는 않았지만, 상부 기판(100)에 형성된 잉크 도입구(110)와 연통되는 매니폴드(210)의 입구가 형성될 부위에도 개구부가 형성된다. Next, as shown in FIG. 11B, photoresist PR is applied to the surface of the silicon oxide film 251a formed on the upper surface of the intermediate substrate 200. Subsequently, the applied photoresist PR is developed in the same pattern as the upper surface of the intermediate substrate 200 shown in FIG. 5 to form the first openings 241 and the plurality of restrictor outlets for forming the plurality of dampers. The second opening 242 is formed for the purpose. At this time, although not shown, an opening is formed in a portion where an inlet of the manifold 210 communicating with the ink inlet 110 formed in the upper substrate 100 is to be formed.

다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 개구부(241, 242)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251a)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하 여 습식 식각하여 제거함으로써 중간 기판(200)의 상면을 부분적으로 노출한다. 이때, 실리콘 산화막(251a)은 습식 식각이 아니라 RIE(반응성 이온 식각)와 같은 건식 식각에 의해 제거될 수도 있다. Next, as shown in FIG. 11C, the silicon oxide layer 251a of the portions exposed through the first and second openings 241 and 242 is wet-etched using the photoresist PR as an etching mask. As a result, the upper surface of the intermediate substrate 200 is partially exposed. In this case, the silicon oxide layer 251a may be removed by dry etching such as RIE (reactive ion etching) instead of wet etching.

이어서, 포토레지스트(PR)를 스트립한 후, 도 11d에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 중간 기판(200)을 실리콘 산화막(251a)을 제1 식각 마스크로 하여 소정 깊이로 건식 식각하면, 중간 기판(200)의 상면으로부터 소정 깊이의 리스트릭터 출구(221)과 댐퍼(230)의 상부가 형성된다. 이때, 중간 기판(200)의 식각은 ICP(유도결합 플라즈마)에 의한 건식 식각법에 의해 수행될 수 있다. Subsequently, after the photoresist PR is stripped, as shown in FIG. 11D, when the intermediate substrate 200 of the exposed portion is dry etched to a predetermined depth using the silicon oxide film 251a as the first etching mask, the intermediate substrate 200 is dried. An upper portion of the restrictor outlet 221 and the damper 230 having a predetermined depth is formed from an upper surface of the substrate 200. In this case, etching of the intermediate substrate 200 may be performed by a dry etching method using ICP (inductively coupled plasma).

다음에, 도 11e에 도시된 바와 같이, 중간 기판(200)의 저면에 형성된 실리콘 산화막(251b) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 도 7에 도시된 바와 같은 패턴으로 현상하여, 다수의 댐퍼를 형성하기 위한 제3 개구부(243)과 매니폴드와 다수의 리스트릭터를 형성하기 위한 제4 개구부(244)를 형성한다. 이때, 매니폴드의 내부에 격벽을 형성할 경우에는, 격벽이 형성될 부위에 포토레지스트(PR)를 잔존시키고, 리스트릭터가 형성될 부위의 포토레지스트(PR)는 "T"자형으로 패터닝될 수 있다. Next, as shown in FIG. 11E, photoresist PR is applied to the surface of the silicon oxide film 251 b formed on the bottom surface of the intermediate substrate 200. Subsequently, the coated photoresist PR is developed in a pattern as shown in FIG. 7 to form a third opening 243 for forming a plurality of dampers and a fourth opening for forming a manifold and a plurality of restrictors. 244 is formed. At this time, when the partition wall is formed inside the manifold, the photoresist PR remains at the site where the partition is to be formed, and the photoresist PR at the site where the restrictor is to be formed may be patterned in a “T” shape. have.

다음으로, 도 11f에 도시된 바와 같이, 상기 제3 및 제4 개구부(243, 244)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(251b)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 습식 식각하여 제거함으로써 중간 기판(200)의 저면을 부분적으로 노출한다. 이때, 실리콘 산화막(251b)은 습식 식각이 아니라 RIE(반응성 이온 식각)와 같은 건식 식각에 의해 제거될 수도 있다. Next, as illustrated in FIG. 11F, the silicon oxide layer 251b of the portions exposed through the third and fourth openings 243 and 244 may be wet-etched and removed using the photoresist PR as an etching mask. The bottom surface of the intermediate substrate 200 is partially exposed. In this case, the silicon oxide layer 251 b may be removed by dry etching such as RIE (reactive ion etching), not wet etching.

이어서, 포토레지스트(PR)를 스트립한 후, 도 11g에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 중간 기판(200)을 실리콘 산화막(251b)을 제2 식각 마스크로 하여 소정 깊이로 건식 식각한다. 이때, 중간 기판(200)의 식각은 ICP(유도결합 플라즈마)에 의한 건식 식각법에 의해 수행될 수 있다. 그러면, 중간 기판(20)의 상면에 미리 형성된 댐퍼(230)의 상부와 중간 기판(200)의 저면에 형성된 댐퍼(230)의 하부가 연결되어 중간 기판(200)을 수직으로 관통하는 댐퍼(230)가 형성된다. 그리고, 중간 기판(200)의 저면으로부터 소정 깊이로 형성된 매니폴드(210)가 형성되고, 이 매니폴드(210)의 상부에는 천정벽(217)이 형성되며, 매니폴드(210) 내부에는 이를 좌우로 분리시키는 격벽(215)이 형성된다. 또한, 중간 기판(200)의 저면에 소정 깊이로 형성된 리스트릭터(220)가 중간 기판(200)의 상면에 미리 형성된 출구(221)와 연결되어, 매니폴드(210)의 측면을 따라 중간 기판(200)을 수직으로 관통하는 리스트릭터(220)가 형성된다.Subsequently, after stripping the photoresist PR, as illustrated in FIG. 11G, the intermediate substrate 200 of the exposed portion is dry-etched to a predetermined depth using the silicon oxide film 251b as a second etching mask. In this case, etching of the intermediate substrate 200 may be performed by a dry etching method using ICP (inductively coupled plasma). Then, the upper portion of the damper 230 formed in advance on the upper surface of the intermediate substrate 20 and the lower portion of the damper 230 formed on the lower surface of the intermediate substrate 200 is connected to the damper 230 that vertically penetrates the intermediate substrate 200. ) Is formed. In addition, a manifold 210 formed to a predetermined depth from a bottom surface of the intermediate substrate 200 is formed, and a ceiling wall 217 is formed on an upper portion of the manifold 210, and the left and right sides of the manifold 210 are left and right. The partition wall 215 is formed to be separated. In addition, the restrictor 220 formed at a predetermined depth on the bottom surface of the intermediate substrate 200 is connected to the outlet 221 formed in advance on the upper surface of the intermediate substrate 200, and thus the intermediate substrate ( A restrictor 220 penetrating 200 is formed vertically.

다음으로, 잔존된 실리콘 산화막(251a, 251b)을 습식 식각에 의해 제거할 수 있다. 이는 상기한 단계들을 거치는 과정에서 발생되는 부산물 등 이물질을 실리콘 산화막(251a, 251b)의 제거와 함께 세척하기 위한 것이다. 한편, 이물질은 황산 등과 같은 용액으로 세척할 수도 있다.Next, the remaining silicon oxide films 251a and 251b may be removed by wet etching. This is for cleaning foreign matters such as by-products generated in the process of the above steps with the removal of the silicon oxide films 251a and 251b. On the other hand, the foreign matter may be washed with a solution such as sulfuric acid.

이로써, 도 11h에 도시된 바와 같이, 베이스 마크(240)가 형성되어 있고, 중간 기판(200)을 관통하는 댐퍼(230)와 리스트릭터(220) 및 그 저면으로부터 소정 깊이의 매니폴더(210)가 형성되어 있는 상태의 중간 기판(200)이 준비된다. As a result, as shown in FIG. 11H, the base mark 240 is formed, and the manifold 210 having a predetermined depth from the damper 230 and the restrictor 220 penetrating the intermediate substrate 200 and the bottom surface thereof. The intermediate substrate 200 in a state where is formed is prepared.

도 12a 내지 도 12h는 하부 기판에 노즐을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다. 12A to 12H are cross-sectional views illustrating a process of forming a nozzle on a lower substrate.

도 12a을 참조하면, 하부 기판(300)은 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 그 두께는 대략 100 ~ 200㎛ 정도이다. Referring to FIG. 12A, the lower substrate 300 is made of a single crystal silicon substrate, and its thickness is about 100 to 200 μm.

먼저, 하부 기판(300)의 상면과 저면 가장자리 부근에 베이스 마크(340)를 형성한다. 하부 기판(300)에 베이스 마크(340)를 형성하는 단계들은 도 8a 내지 도 8e에 도시된 단계들과 동일하므로, 그 설명은 생략한다. First, the base mark 340 is formed near the top and bottom edges of the lower substrate 300. The steps of forming the base mark 340 on the lower substrate 300 are the same as those shown in FIGS. 8A to 8E, and thus description thereof will be omitted.

이와 같이 베이스 마크(340)가 형성된 상태의 하부 기판(300)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 도 12a에 도시된 바와 같이 하부 기판(300)의 상면과 저면이 산화되어 실리콘 산화막(351a, 351b)이 형성된다. When the lower substrate 300 having the base mark 340 formed thereon is placed in an oxidation furnace and wet or dry oxidized, as shown in FIG. 12A, the top and bottom surfaces of the lower substrate 300 are oxidized to form a silicon oxide film 351a. , 351b) is formed.

다음에, 도 12b에 도시된 바와 같이, 하부 기판(300)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(351a) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 현상하여 하부 기판(300)의 상면에 노즐의 잉크 유도부를 형성하기 위한 개구부(315)를 형성한다. 상기 개구부(315)는 도 11h에 도시된 중간 기판(200)에 형성된 댐퍼(230)에 대응되는 위치에 형성된다. Next, as shown in FIG. 12B, photoresist PR is applied to the surface of the silicon oxide film 351a formed on the upper surface of the lower substrate 300. Subsequently, the coated photoresist PR is developed to form an opening 315 for forming an ink guide part of the nozzle on the upper surface of the lower substrate 300. The opening 315 is formed at a position corresponding to the damper 230 formed in the intermediate substrate 200 shown in FIG. 11H.

다음으로, 도 12c에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(315)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(351a)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 습식 식각 또는 건식 식각하여 제거함으로써 하부 기판(300)의 상면을 부분적으로 노출한 뒤, 포토레지스트(PR)을 스트립한다. Next, as shown in FIG. 12C, the lower substrate 300 may be removed by wet etching or dry etching by removing the silicon oxide layer 351a of the portion exposed through the opening 315 using the photoresist PR as an etching mask. The photoresist PR is stripped after partially exposing the top surface.

다음에는, 도 12d에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 하부 기판(300)을 실리콘 산화막(351a)을 식각 마스크로 하여 소정 깊이로 습식 식각함으로써, 잉크 유 도부(311)를 형성한다. 이때, 하부 기판(300)의 습식 식각에서는 에칭액(etchant)으로서 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide ; 테트라메틸 수산화 암모늄) 또는 KOH(수산화 칼륨)를 사용한다. 그리고, 하부 기판(300)으로서 (100)면 실리콘 기판을 사용하게 되면, (100)면과 (111)면의 이방성 습식 식각 특성을 이용하여 사각뿔 형태의 잉크 유도부(311)를 형성할 수 있다. 즉, (111)면의 식각 속도는 (100)면의 식각 속도에 비해 상당히 느리므로, 결과적으로 하부 기판(300)은 (111)면을 따라 경사 식각되어 사각뿔 형태의 잉크 유도부(311)를 형성한게 된다. 그리고, 잉크 유도부(311)의 바닥면은 (100)면이 된다. Next, as shown in FIG. 12D, the ink substrate 311 is formed by wet etching the lower substrate 300 of the exposed portion using the silicon oxide film 351a as an etching mask to a predetermined depth. In this case, in the wet etching of the lower substrate 300, TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide) or KOH (Potassium hydroxide) is used as an etchant. In addition, when the (100) plane silicon substrate is used as the lower substrate 300, an ink guide part 311 having a square pyramid shape may be formed using the anisotropic wet etching characteristics of the (100) plane and the (111) plane. That is, since the etching speed of the (111) plane is considerably slower than the etching speed of the (100) plane, the lower substrate 300 is obliquely etched along the (111) plane to form an ink guide part 311 having a square pyramid shape. It is done. And the bottom surface of the ink guide part 311 becomes a (100) surface.

다음에는, 도 12e에 도시된 바와 같이, 하부 기판(300)의 저면에 형성된 실리콘 산화막(351b) 표면에 포토레지스트(PR)를 도포한다. 이어서, 도포된 포토레지스트(PR)를 현상하여 하부 기판(300)의 저면에 노즐의 잉크 토출구를 형성하기 위한 개구부(316)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 12E, photoresist PR is applied to the surface of the silicon oxide film 351b formed on the bottom surface of the lower substrate 300. Subsequently, the coated photoresist PR is developed to form an opening 316 for forming an ink discharge port of the nozzle on the bottom surface of the lower substrate 300.

다음으로, 도 12f에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(316)를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막(351b)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 습식 식각 또는 건식 식각하여 제거함으로써 하부 기판(300)의 저면을 부분적으로 노출한다. Next, as illustrated in FIG. 12F, the lower substrate 300 may be removed by wet etching or dry etching the silicon oxide layer 351b of the portion exposed through the opening 316 using the photoresist PR as an etching mask. Partially expose bottom of).

다음에는, 도 12g에 도시된 바와 같이, 노출된 부위의 하부 기판(300)을 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 관통되도록 식각함으로써, 잉크 유도부(311)와 연결되는 잉크 토출구(312)를 형성한다. 이때, 하부 기판(300)의 식각은 ICP(유도결합 플라즈마)에 의한 건식 식각법에 의해 수행될 수 있다. Next, as shown in FIG. 12G, the lower substrate 300 of the exposed portion is etched to penetrate using the photoresist PR as an etch mask, thereby forming an ink discharge port 312 connected to the ink guide part 311. Form. In this case, etching of the lower substrate 300 may be performed by a dry etching method using ICP (inductively coupled plasma).

이어서, 포토레지스트(PR)를 스트립하면, 도 12h에 도시된 바와 같이, 상면 과 저면 가장자리 부근에 베이스 마크(340)가 형성되고, 잉크 유입구(311)와 잉크 토출구(312)로 이루어진 노즐(310)이 형성된 상태의 하부 기판(300)이 준비된다. Subsequently, when the photoresist PR is stripped, as shown in FIG. 12H, a base mark 340 is formed near the top and bottom edges, and a nozzle 310 including an ink inlet 311 and an ink outlet 312. ) Is formed on the lower substrate 300.

한편, 하부 기판(300)의 상면과 저면에 형성되어 있는 실리콘 산화막(351a, 351b)은 세척을 위해 제거될 수 있으며, 이어서 하부 기판(300)의 전 표면에 새로운 실리콘 산화막을 다시 형성할 수도 있다. Meanwhile, the silicon oxide layers 351a and 351b formed on the upper and lower surfaces of the lower substrate 300 may be removed for cleaning, and then new silicon oxide layers may be formed on the entire surface of the lower substrate 300 again. .

도 13은 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판을 순차 적층하여 접합하는 단계를 보여주는 단면도이다. 13 is a cross-sectional view illustrating a step of sequentially stacking and bonding a lower substrate, an intermediate substrate, and an upper substrate.

도 13을 참조하면, 전술한 단계들을 거쳐 준비된 하부 기판(300), 중간 기판(200) 및 상부 기판(100)을 순차 적층하고, 이들을 서로 접합시킨다. 이때, 하부 기판(300) 위에 중간 기판(200)을 접합시킨 후, 다시 중간 기판(200) 위에 상부 기판(300)을 접합시키게 되나, 그 순서는 바뀔 수 있다. 세 개의 기판(100, 200, 300)은 마스크 정렬장치(mask aligner)를 사용하여 정렬시키게 되며, 더욱이 세 개의 기판(100, 200, 300) 각각에 정렬용 베이스 마크(140, 240 340)가 형성되어 있으므로, 정렬 정밀도가 높다. 그리고, 세 개의 기판(100, 200, 300) 사이의 접합은 잘 알려져 있는 SDB(Silicon Direct Bonding ; 실리콘 직접 접착) 방법에 의해 수행될 수 있다. 한편, SDB(실리콘 직접 접착) 공정에 있어서, 실리콘과 실리콘 사이의 접합성보다 실리콘과 실리콘 산화막 사이의 접합성이 우수하다. 따라서, 바람직하게는, 도 13에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)과 하부 기판(300)은 그 표면에 각각 실리콘 산화막(153a, 153b, 351a, 351b)이 형성되어 있는 상태로 사용되고, 중간 기판(200)은 그 표면에 실리콘 산화막이 형성되어 있지 않은 상태로 사용될 수 있다. Referring to FIG. 13, the lower substrate 300, the intermediate substrate 200, and the upper substrate 100 prepared by the above-described steps are sequentially stacked and bonded to each other. In this case, after the intermediate substrate 200 is bonded to the lower substrate 300, the upper substrate 300 is bonded to the intermediate substrate 200 again, but the order may be changed. The three substrates 100, 200, and 300 are aligned using a mask aligner, and further, alignment base marks 140, 240 340 are formed on each of the three substrates 100, 200, and 300. As a result, the alignment accuracy is high. In addition, the bonding between the three substrates 100, 200, and 300 may be performed by a well-known silicon direct bonding (SDB) method. On the other hand, in the SDB (silicon direct adhesion) process, the bonding property between silicon and the silicon oxide film is superior to the bonding property between silicon and silicon. Therefore, preferably, as shown in FIG. 13, the upper substrate 100 and the lower substrate 300 are used with the silicon oxide films 153a, 153b, 351a, and 351b formed on their surfaces, respectively, The substrate 200 may be used without a silicon oxide film formed on the surface thereof.

이상과 같이 세 개의 기판(100, 200, 300)을 적층하여 접합하면 잉크젯 헤드에 있어서 잉크 유동을 위한 잉크 유로가 모두 연결되어 완성된다. 즉, 잉크 저장고(미도시)로부터 잉크 도입구(110)를 통해 잉크가 공급되어 공통 유로인 매니폴드(210)를 통해 다수의 압력 챔버(120)에 공급될 수 있도록 유로가 형성된다. 또한, 상기 접합 공정에 의해 매니폴드(210)와 연결된 리스트릭터(220), 압력 챔버(120), 댐퍼(230)와 노즐(310)이 모두 잉크 유동이 가능하도록 연결된다. When the three substrates 100, 200, and 300 are laminated and bonded as described above, the ink flow paths for the ink flow in the inkjet head are all connected. That is, the flow path is formed so that ink may be supplied from the ink reservoir (not shown) through the ink introduction port 110 to be supplied to the plurality of pressure chambers 120 through the manifold 210 which is a common flow path. In addition, by the bonding process, the restrictor 220, the pressure chamber 120, the damper 230, and the nozzle 310 connected to the manifold 210 are all connected to enable ink flow.

도 14a 및 도 14b는 상부 기판 위에 압전 액츄에이터를 형성하여 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 완성하는 단계를 설명하기 위한 단면도들이다. 14A and 14B are cross-sectional views illustrating a step of forming a piezoelectric actuator on an upper substrate to complete a piezoelectric inkjet printhead according to the present invention.

먼저, 도 14a를 참조하면, 하부 기판(100), 중간 기판(200) 및 상부 기판(300)을 순차 적층하여 접합한 상태에서, 상부 기판(100)의 상면에 절연막으로서 실리콘 산화막(180)을 형성한다. 그러나, 이 실리콘 산화막(180)을 형성하는 단계는 생략될 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이 상부 기판(100)의 상면에 이미 실리콘 산화막(153a)이 형성되어 있는 경우에는, 다시 그 위에 절연막으로서 도 14a에 도시된 실리콘 산화막(180)을 형성할 필요가 없다. First, referring to FIG. 14A, in a state in which the lower substrate 100, the intermediate substrate 200, and the upper substrate 300 are sequentially stacked and bonded to each other, the silicon oxide film 180 is formed as an insulating film on the upper surface of the upper substrate 100. Form. However, the step of forming the silicon oxide film 180 can be omitted. That is, when the silicon oxide film 153a is already formed on the upper surface of the upper substrate 100 as shown in FIG. 13, it is necessary to form the silicon oxide film 180 shown in FIG. 14A again as an insulating film thereon. none.

이어서, 실리콘 산화막(180) 위에 압전 액츄에이터의 하부 전극(191, 192)을 형성한다. 하부 전극(191, 192)은 Ti 층(191)과 Pt 층(192)의 두 개 금속박막층으로 이루어진다. Ti 층(191)과 Pt 층(192)은 실리콘 산화막(180)의 전 표면에 소정 두께로 스퍼터링(sputtering)함으로써 형성될 수 있다. 이와 같은 Ti/Pt 층(191, 192)은 압전 액츄에이터의 공통 전극의 역할을 할 뿐만 아니라, 그 위에 형성되는 압전막(도 14b의 193)과 그 아래의 상부 기판(100) 사이의 상호 확산(inter-diffusion)을 방지하는 확산방지층의 역할도 하게 된다. 특히, 아래의 Ti 층(191)은 Pt(192)층의 접착성을 높이는 역할도 하게 된다. Subsequently, lower electrodes 191 and 192 of the piezoelectric actuator are formed on the silicon oxide film 180. The lower electrodes 191 and 192 are formed of two metal thin layers, a Ti layer 191 and a Pt layer 192. The Ti layer 191 and the Pt layer 192 may be formed by sputtering a predetermined thickness on the entire surface of the silicon oxide film 180. The Ti / Pt layers 191 and 192 may not only serve as a common electrode of the piezoelectric actuator, but also may form a mutual diffusion between the piezoelectric film (193 of FIG. 14B) formed thereon and the upper substrate 100 beneath it. It also serves as a diffusion barrier to prevent inter-diffusion. In particular, the Ti layer 191 below also serves to increase the adhesion of the Pt 192 layer.

다음으로, 도 14b에 도시된 바와 같이, 하부 전극(191, 192) 위에 압전막(193)과 상부 전극(194)을 형성한다. 구체적으로, 페이스트 상태의 압전재료를 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 압력 챔버(120)의 상부에 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 소정 시간 동안 건조시킨다. 상기 압전재료로는 여러가지가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 통상적인 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료가 사용된다. 이어서, 건조된 압전막(193) 위에 전극 재료, 예컨대 Ag-Pd 페이스트를 프린팅한다. 다음으로, 압전막(193)을 소정 온도, 예컨대 900 ~ 1,000℃에서 소결시킨다. 이때, 압전막(193)의 고온 소결과정에서 발생할 수 있는 압전막(193)과 상부 기판(100) 사이의 상호 확산(inter-diffusion)은 상기한 Ti/Pt 층(191, 192)에 의해 방지된다. Next, as shown in FIG. 14B, the piezoelectric film 193 and the upper electrode 194 are formed on the lower electrodes 191 and 192. Specifically, the piezoelectric material in a paste state is coated on the upper portion of the pressure chamber 120 by screen printing, and then dried for a predetermined time. Various piezoelectric materials may be used, but a conventional lead zirconate titanate (PZT) ceramic material is preferably used. Subsequently, an electrode material such as Ag-Pd paste is printed on the dried piezoelectric film 193. Next, the piezoelectric film 193 is sintered at a predetermined temperature, for example, 900 to 1,000 占 폚. In this case, inter-diffusion between the piezoelectric film 193 and the upper substrate 100, which may occur during the high temperature sintering of the piezoelectric film 193, is prevented by the Ti / Pt layers 191 and 192. do.

이로써, 상부 기판(100) 위에 하부 전극(191, 192)과, 압전막(193)과, 상부 전극(194)으로 이루어진 압전 액츄에이터(190)가 형성된다. As a result, the piezoelectric actuator 190 including the lower electrodes 191 and 192, the piezoelectric film 193, and the upper electrode 194 is formed on the upper substrate 100.

한편, 압전막(193)의 소결은 대기하에서 수행되므로, 그 단계에서 세 개의 기판(100, 200, 300)에 형성된 잉크 유로의 내면에 실리콘 산화막이 형성된다. 이와 같이 형성된 실리콘 산화막은 거의 모든 종류의 잉크와 반응성이 없으므로 다양한 잉크를 사용할 수 있게 된다. 또한, 실리콘 산화막은 친수성(hydrophilic)을 가 지므로 잉크의 초기 유입시 기포(air bubble)의 유입이 방지되며, 잉크의 토출시에도 기포의 발생이 억제된다. On the other hand, since the sintering of the piezoelectric film 193 is performed in the atmosphere, a silicon oxide film is formed on the inner surface of the ink flow paths formed on the three substrates 100, 200, and 300 in this step. Since the silicon oxide film formed as described above is not reactive with almost all kinds of inks, various inks may be used. In addition, since the silicon oxide film has hydrophilicity, air bubbles are prevented from entering during the initial inflow of ink, and generation of bubbles is suppressed even when the ink is discharged.

마지막으로, 접합된 상태의 세 개의 기판(100, 200, 300)을 칩 단위로 절단하는 다이싱(dicing) 공정과, 압전막(193)에 전계를 가하여 압전특성을 발생시키는 폴링(polling) 공정을 거치게 되면, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드가 완성된다. 한편, 다이싱은 상기한 압전막(193)의 소결 단계 전에 이루어질 수도 있다. Finally, a dicing process of cutting the three substrates 100, 200, and 300 in the bonded state in units of chips, and a polling process of generating piezoelectric properties by applying an electric field to the piezoelectric film 193. After passing through, the piezoelectric inkjet printhead according to the present invention is completed. Meanwhile, dicing may be performed before the sintering step of the piezoelectric film 193 described above.

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. 예컨대, 본 발명에서 프린트헤드의 각 구성요소를 형성하는 방법은 단지 예시된 것으로서, 다양한 식각방법이 적용될 수 있으며, 제조방법의 각 단계의 순서도 예시된 바와 달리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.While the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. For example, the method of forming each component of the printhead in the present invention is merely exemplary, and various etching methods may be applied, and the order of each step of the manufacturing method may be different from that illustrated. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 리스트릭터의 출구가 상부 기판과는 상관 없이 중간 기판 만에 의해 정의되므로, 상부 기판과 중간 기판 사이에 정렬 오차가 발생하더라도 리스트릭터의 출구 단면적은 변하지 않는다. 따라서, 매니폴드의 양측에 배열된 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 체적과 속도가 균일하게 유지되므로, 잉크 토출 성능이 향상된다.As described above, according to the present invention, since the outlet of the restrictor is defined only by the intermediate substrate irrespective of the upper substrate, even if an alignment error occurs between the upper substrate and the intermediate substrate, the outlet cross-sectional area of the restrictor does not change. Therefore, the volume and speed of the ink droplets ejected through the nozzles arranged on both sides of the manifold are kept uniform, so that the ink ejection performance is improved.

Claims (19)

잉크가 도입되는 잉크 도입구가 관통 형성되고, 토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버가 그 저면에 형성된 상부 기판; An upper substrate on which an ink inlet through which ink is introduced is formed, and on which a plurality of pressure chambers filled with ink to be discharged are formed; 상기 잉크 도입구와 연결되는 매니폴드가 그 저면으로부터 소정 깊이로 형성되고, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 것으로 상기 압력 챔버의 내측 벽면으로부터 소정 간격 떨어진 위치에 형성된 출구를 가진 리스트릭터가 형성되며, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 연결되는 다수의 댐퍼가 수직으로 관통 형성된 중간 기판;A manifold connected to the ink inlet is formed at a predetermined depth from a bottom surface thereof, and has an outlet formed at a predetermined distance from an inner wall surface of the pressure chamber by connecting the manifold and one end of each of the plurality of pressure chambers. An intermediate substrate on which a restrictor is formed and a plurality of dampers connected to the other ends of each of the plurality of pressure chambers are vertically penetrated; 상기 다수의 댐퍼 각각에 대응되는 위치에 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐이 관통 형성된 하부 기판; 및A lower substrate having a plurality of nozzles therethrough for discharging ink at a position corresponding to each of the plurality of dampers; And 상기 상부 기판 위에 일체형으로 형성되어 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터;를 구비하며,A piezoelectric actuator integrally formed on the upper substrate to provide a driving force for ejecting ink to each of the plurality of pressure chambers; 상기 하부 기판, 중간 기판 및 상부 기판은 모두 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 순차적으로 적층되어 서로 접합됨으로써, 상기 잉크 도입구와 매니폴드로 이루어진 공통 유로와 상기 리스트릭터, 압력 챔버, 댐퍼 및 노즐로 이루어진 개별 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.The lower substrate, the intermediate substrate, and the upper substrate are all made of a single crystal silicon substrate, and are sequentially stacked and bonded to each other, so that the common flow path formed of the ink inlet and the manifold and the individual of the restrictor, the pressure chamber, the damper, and the nozzle are formed. Piezoelectric inkjet printhead, characterized in that the flow path is formed. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 기판은 제1 실리콘 기판과, 중간 산화막과, 제2 실리콘 기판이 순 차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼로 이루어지고, 상기 제1 실리콘 기판에 상기 압력 챔버가 형성되며, 상기 제2 실리콘 기판이 진동판으로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.The upper substrate is formed of an SOI wafer having a structure in which a first silicon substrate, an intermediate oxide film, and a second silicon substrate are sequentially stacked, the pressure chamber is formed on the first silicon substrate, and the second silicon substrate is formed. A piezoelectric inkjet printhead, which serves as the diaphragm. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리스트릭터는 상기 매니폴드의 측면을 따라 상기 중간 기판을 수직으로 관통하도록 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.And the restrictor is formed to vertically penetrate the intermediate substrate along the side of the manifold. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 리스트릭터는 "T"자 형상의 단면을 가진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.The restrictor is a piezoelectric inkjet printhead, characterized in that having a "T" shaped cross section. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 압력 챔버는 상기 매니폴드의 양측에 2 열로 배열된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.The pressure chamber is a piezoelectric inkjet printhead, characterized in that arranged in two rows on both sides of the manifold. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 매니폴드의 내부에는 그 길이 방향으로 격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.Piezoelectric inkjet printheads, characterized in that partitions are formed in the manifold in the longitudinal direction thereof. 제 1항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터는; The piezoelectric actuator of claim 1, further comprising: a piezoelectric actuator; 상기 상부 기판 위에 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 상기 압력 챔버의 상부에 위치하도록 형성되는 압전막과, 상기 압전막 위에 형성되어 상기 압전막에 전압을 인가하기 위한 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.A lower electrode formed on the upper substrate, a piezoelectric film formed on the lower electrode to be positioned above the pressure chamber, and an upper electrode formed on the piezoelectric film to apply a voltage to the piezoelectric film. Piezoelectric inkjet printhead. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 노즐은 상기 하부 기판의 아래 부분에 형성되는 잉크 토출구와, 상기 하부 기판의 윗 부분에 형성되어 상기 댐퍼와 상기 잉크 토출구를 연결하는 잉크 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.And the nozzle includes an ink discharge port formed at a lower portion of the lower substrate, and an ink guide portion formed at an upper portion of the lower substrate to connect the damper and the ink discharge hole. 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판, 중간 기판 및 하부 기판을 준비하는 단계;Preparing an upper substrate, an intermediate substrate, and a lower substrate composed of a single crystal silicon substrate; 준비된 상기 상부 기판을 미세 가공하여, 잉크 도입구와 다수의 압력 챔버를 형성하는 상부 기판 가공 단계;An upper substrate processing step of finely processing the prepared upper substrate to form an ink inlet and a plurality of pressure chambers; 준비된 상기 중간 기판을 미세 가공하여, 상기 잉크 도입구와 연결되는 매니폴드를 상기 중간 기판의 저면으로부터 소정 깊이로 형성하고, 상기 매니폴드와 상기 다수의 압력 챔버 각각의 일단부를 연결하는 다수의 리스트릭터를 상기 매니폴드의 측면을 따라 상기 중간 기판을 수직으로 관통하도록 형성하면서 상기 리스트릭터의 출구를 상기 압력 챔버의 내측 벽면으로부터 소정 간격 떨어진 위치에 형성 하며, 상기 다수의 압력 챔버 각각의 타단부에 연결되는 다수의 댐퍼를 상기 중간 기판을 관통하도록 형성하는 중간 기판 가공 단계; By processing the prepared intermediate substrate to form a manifold connected to the ink inlet to a predetermined depth from the bottom of the intermediate substrate, a plurality of restrictors for connecting the manifold and one end of each of the plurality of pressure chambers The outlet of the restrictor is formed at a predetermined distance from the inner wall of the pressure chamber while being formed to vertically penetrate the intermediate substrate along the side of the manifold, and is connected to the other end of each of the plurality of pressure chambers. An intermediate substrate processing step of forming a plurality of dampers through the intermediate substrate; 준비된 상기 하부 기판을 미세 가공하여, 상기 댐퍼와 연결되는 노즐을 관통되도록 형성하는 하부 기판 가공 단계;A lower substrate processing step of finely processing the prepared lower substrate so as to pass through a nozzle connected to the damper; 상기 하부기판, 중간 기판 및 상부 기판을 적층하여 접합시키는 단계; 및Stacking and bonding the lower substrate, the intermediate substrate, and the upper substrate; And 상기 상부 기판 위에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터를 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 제조방법. And forming a piezoelectric actuator on the upper substrate, the piezoelectric actuator providing a driving force for discharging the ink. 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 기판 가공 단계 전에, 상기 세 개의 기판 각각에 상기 접합 단계에서의 정렬 기준으로 이용되는 베이스 마크를 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 제조방법. A method of manufacturing a piezoelectric ink jet printhead, further comprising forming a base mark on each of the three substrates to be used as an alignment criterion in the bonding step before the substrate processing step. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상부 기판 가공 단계는, 상기 상부 기판의 저면을 소정 깊이로 건식 식각하여 상기 압력 챔버와 상기 잉크 도입구를 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 제조방법. The method of manufacturing the piezoelectric inkjet printhead of the upper substrate may include forming the pressure chamber and the ink inlet by dry etching the bottom surface of the upper substrate to a predetermined depth. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 상부 기판 가공 단계에서, 상기 상부 기판으로서 제1 실리콘 기판과, 중간 산화막과, 제2 실리콘 기판이 순차 적층된 구조를 가진 SOI 웨이퍼를 사용하며, 상기 중간 산화막을 식각 정지층으로 하여 상기 제1 실리콘 기판을 건식 식각함으로써 상기 압력 챔버와 잉크 도입구를 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.In the upper substrate processing step, an SOI wafer having a structure in which a first silicon substrate, an intermediate oxide film, and a second silicon substrate are sequentially stacked as the upper substrate is used, and the first oxide substrate is an etch stop layer. A method of manufacturing a piezoelectric inkjet printhead, characterized in that the pressure chamber and the ink inlet are formed by dry etching a silicon substrate. 제 9항에 있어서, 상기 중간 기판 가공 단계는;The method of claim 9, wherein the intermediate substrate processing step; 상기 중간 기판의 상면에 소정 패턴의 제1 식각 마스크를 형성하는 단계와,Forming a first etching mask having a predetermined pattern on an upper surface of the intermediate substrate; 상기 제1 식각 마스크를 이용하여 상기 중간 기판의 상면을 소정 깊이로 식각함으로써, 상기 댐퍼의 상부와 상기 리스트릭터의 출구를 형성하는 단계와,Etching the upper surface of the intermediate substrate to a predetermined depth by using the first etching mask to form an upper portion of the damper and an outlet of the restrictor; 상기 중간 기판의 저면에 소정 패턴의 제2 식각 마스크를 형성하는 단계와,Forming a second etching mask having a predetermined pattern on a bottom surface of the intermediate substrate; 상기 제2 식각 마스크를 이용하여 상기 중간 기판의 저면을 소정 깊이로 식각함으로써, 상기 댐퍼의 상부와 연결되는 상기 댐퍼의 하부와, 상기 리스트릭터 출구와 연결되는 리스트릭터와, 상기 매니폴드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.Etching the bottom surface of the intermediate substrate to a predetermined depth by using the second etching mask to form a lower portion of the damper connected to an upper portion of the damper, a restrictor connected to the restrictor outlet, and the manifold; Piezoelectric inkjet printhead manufacturing method comprising the step of. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 중간 기판의 식각은 유도결합 플라즈마(ICP)에 의한 건식 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법. The etching of the intermediate substrate is a piezoelectric inkjet printhead manufacturing method, characterized in that performed by dry etching by inductively coupled plasma (ICP). 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 중간 기판의 저면을 식각할 때, 상기 매니폴드의 내부에 그 길이 방향으로 격벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.A method of manufacturing a piezoelectric inkjet printhead, characterized in that a barrier rib is formed in the longitudinal direction of the inside of the manifold when the bottom surface of the intermediate substrate is etched. 제 9항에 있어서, 상기 하부 기판 가공 단계는;The method of claim 9, wherein the lower substrate processing step; 상기 하부 기판의 상면을 소정 깊이 식각하여 상기 댐퍼와 연결되는 잉크 유도부를 형성하는 단계와,Etching the upper surface of the lower substrate to a predetermined depth to form an ink guide part connected to the damper; 상기 하부 기판의 저면을 식각하여 상기 잉크 유도부와 연결되는 잉크 토출구를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 제조방법. And etching the bottom surface of the lower substrate to form an ink ejection opening connected to the ink guide portion. 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 접합 단계에서, 상기 세 개의 기판 사이의 접합은 실리콘 직접 접착(SDB) 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 제조방법. In the bonding step, the bonding between the three substrates is a method of manufacturing a piezoelectric ink jet printhead, characterized in that carried out by a silicon direct bonding (SDB) method. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 압전 액츄에이터 형성 단계 전에, 상기 상부 기판 위에 실리콘 산화막을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크 젯 프린트헤드의 제조방법.And forming a silicon oxide film on the upper substrate before forming the piezoelectric actuator. 제 9항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터 형성 단계는;The method of claim 9, wherein the piezoelectric actuator forming step; 상기 상부 기판 위에 Ti 층과 Pt 층을 순차적으로 적층하여 하부 전극을 형성하는 단계와,Sequentially depositing a Ti layer and a Pt layer on the upper substrate to form a lower electrode; 상기 하부 전극 위에 압전막을 형성하는 단계와, Forming a piezoelectric film on the lower electrode; 상기 압전막 위에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.A method of manufacturing a piezoelectric inkjet printhead, comprising: forming an upper electrode on the piezoelectric film.
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