KR100571769B1 - 잉크젯 프린트 헤드의 보호층 및 이를 구비하는 잉크젯프린트 헤드의 제조방법 - Google Patents

잉크젯 프린트 헤드의 보호층 및 이를 구비하는 잉크젯프린트 헤드의 제조방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법은, 기판상에 발열층과 도전층을 순차적으로 적층하는 단계;도전층을 패터닝하여 발열층 상면의 일정영역을 노출시키는 단계; 도전층 및 발열층의 상면에 보호층을 적층시키는 단계; 및 보호층의 상면에 잉크챔버 배리어 및 노즐플레이트를 적층하여 잉크챔버를 형성시키는 단계;를 포함하며, 보호층을 형성시키는 단계는, 각각 다른 재질로 형성된 적어도 두 종류의 박막층을 도전층과 상기 발열층의 상부에 교번되게 적층시켜 캐비테이션층을 형성시키는 단계를 포함한다. 이에 의하면, 캐비테이션층의 경도와 탄성 및 내산화성을 향상시켜 발열층의 파손을 방지함으로써 잉크젯 프린트 헤드의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
잉크젯 프린터, 보호층, 캐비테이션층, 분할증착

Description

잉크젯 프린트 헤드의 보호층 및 이를 구비하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법 { Protective layer of Ink-jet print head and Method of making Ink-jet print head having the same }
도 1은 종래의 잉크젯 프린트 헤드를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 A부분을 발췌하여 상세하게 도시한 단면도,
도 4는 도 2의 캐비테이션층의 Ta 함유량의 변화를 도시한 그래프,
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 순차적으로 도시해 보인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
200 : 잉크젯 프린트 헤드 210 : 잉크챔버
220 : 메인 기판 230 : 단열층
240 : 발열층 250 : 도전층
260 : 보호층 261 : 캐비테이션층
262 : 제 1 박막층 263 : 제 2 박막층
264 : 제 2 박막층 270 : 잉크챔버 배리어
280 : 노즐플레이트 285 : 노즐
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 열전사식 잉크젯 프린트 헤드의 발열층 보호를 위해 형성되는 보호층과, 이를 포함하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 잉크젯 프린트 헤드의 토출방식은 압전체를 이용하여 잉크를 토출하는 방식과, 잉크를 발열체로 순간가열할 때 발생되는 기포를 이용하여 잉크를 토출하는 열전사 방식이 널리 사용되고 있다. 이 둘 중 최근에는 소형 잉크젯 프린트 헤드의 제공이 용이하게 이루어질 수 있는 열전사식 잉크젯 프린트 헤드가 통용되고 있다.
도 1은 열전사식 잉크젯 프린트 헤드의 구조를 도시해 보인 것이다.
이를 참조하면, 종래의 잉크젯 프린트 헤드(100)는 메인 기판(120) 상에 순차적으로 적층되는 발열층(140)과, 도전층(150)과, 보호층(160)을 포함한다. 여기서, 발열층(140)은 상술된 바와 같이 잉크챔버(110) 내부에 충전된 잉크를 순간가열하기 위한 것이며, 도전층(150)은 발열층(140)에 전원을 인가시키기 위한 것이다.
한편, 보호층(160;Protective layer)은 발열층(140)의 보호를 위해 형성되는 것이다. 이를 위해, 종래의 보호층(160)은 미국특허등록 제 4335,389호에 설명된 바와 같이 발열층(140)과 도전층(150)의 상면에 적층되는 절연층(164)과, 절연층(164)의 상면에 적층되는 캐비테이션층(161;Cavitation Layer)을 포함한다.
여기서, 상기 캐비테이션층(161)은 잉크액적이 노즐(185)을 통해 토출된 후 잉크챔버(110) 내부의 잉크 기포(미도시)가 수축될 때 발생되는 수축충격(Cavitation Force)에 의해 발열층(140)이 파손되는 것을 억제하기 위한 것이다. 상술한 기능을 수행하기 위해, 종래의 캐비테이션층(161)은 Ta만을 절연층(164)의 상면에 증착시킴으로써 형성된다.
상술한 바와 같이 발열층(140)을 상기 수축충격으로부터 보호하기 위한 경도, 탄력과 같은 기계적 성질들과, 잉크챔버(110)의 내부에 충전되는 잉크에 의한 산화가 쉽게 이루어지지 않도록 내산화성과 같은 화학적 성질들이 복합적으로 우수하여야 한다. 통상적으로 상술한 성질들이 모두 우수한 재료는 흔하지 않으며, 특히, 박막상태인 경우에도 상술한 성질들이 우수한 재료는 더 흔하지 않다. 일례로, 상술한 바와 같이 종래의 캐비테이션층(161)을 구성하는 Ta는 탄력이 우수하나 경도와 내산화성이 발열층(140)을 장기간 보호할 수 있을만큼 우수하지 못하다. 이에 따라, 종래의 잉크젯 프린트 헤드(100)가 장기간 반복적으로 사용될 경우, 상술한 수축충격에 의해 보호층(160)이 파괴되거나, 잉크챔버(110) 내부에 충전되는 잉크와의 화학반응에 의해 보호층(160)이 산화되어 파괴됨에 따라 발열층(140)의 파손을 억제할 수 없는 문제점이 발생된다. 특히, 고속인쇄용 잉크젯 프린터의 개발이 활발한 최근에는 상술한 바와 같은 발열층(140)의 파손에 의해 잉크젯 프린트 헤드(100)의 교체주기가 점점 짧아지는 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 잉크젯 프린트 헤드의 내구성 및 신뢰성이 향상되도록 경도와 탄력 및 내산화성이 강화된 보호층을 가지는 잉크젯 프린트 헤드와, 그 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 보호층은, 잉크 기포의 수축시 발생되는 수축충격으로부터 상기 발열층의 기계적 파손을 억제하도록 상기 발열층의 상부에 형성되는 캐비테이션층(Cavitation Layer)을 포함하며, 상기 캐비테이션층은 각각 서로 다른 재질로 형성되는 적어도 두 종류의 박막층이 상기 발열층의 상부에 순차적으로 적층되어 형성되며, 상기 적어도 두 종류의 박막층은 교번적으로 적층되는 것에 특징이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드는, 메인 기판; 잉크공급로를 통해 유입된 잉크를 수용할 수 있도록 상기 메인 기판 상에 형성되며, 그 일측에 상기 잉크의 액적이 토출되는 노즐이 형성되는 잉크챔버; 상기 잉크챔버의 저면에 적층되는 발열층; 상기 발열층의 일정영역이 상기 잉크챔버 내부에 노출되도록 소정 형상으로 상기 발열층의 상면에 적층되는 도전층; 및 상기 잉크챔버 내부에 노출되는 상기 도전층 및 상기 발열층의 상면에 적층되는 보호층;을 포함하며, 상기 보호층은, 각각 다른 재질로 형성되는 적어도 두 종류의 박막층이 상기 발열층 및 상기 도전층의 상면에 상호 교번되게 적층되어 형성되는 캐비테이션층을 포함하는 것에 특징이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 캐비테이션층은 Ta로 형성되는 적어도 하나의 제 1 박막층; 및 상기 Ta를 질화시킨 TaNx로 형성되는 적어도 하나의 제 2 박막층;을 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 캐비테이션층의 두께는 상기 제 1 및 제 2 박막층 각각들의 합과 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상기 캐비테이션층의 최상면 및 최하면 중 적어도 한 쪽에는 상기 제 2 박막층이 배치되는 것이 바람직하며, 상기 캐비테이션층의 두께는 다음의 수학식을 만족하는 두께(T)의 크기와 동일한 것이 더욱 바람직하다.
T = nt1 + (n+1)t2
상기 수학식에서, T는 캐비테이션층의 총 두께, n은 제 1 박막층의 적층갯수, t1는 제 1 박막층의 두께, t2는 제 2 박막층의 두께이다.
이때, 상기 제 1 박막층들 각각과 상기 제 2 박막층들 각각은 모두 동일한 두께를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 보호층은 상기 도전층 및 상기 발열층의 상면과, 상기 캐비테이션층의 사이에 형성되는 절연층을 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 절연층은 SiNx로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 잉크챔버는, 상기 보호층상에 적층되는 잉크챔버 배리어와, 상기 잉크챔버 배리어의 상면에 적층되며 상기 노즐이 관통형성되는 노즐 플레이트에 의해 그 외곽이 둘러싸이는 것이 바람직하며, 상기 노즐과 상기 잉크공급로는 동축 상에 배치되는 것이 더욱 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 캐비테이션층의 경도와 탄력 및 내산화성이 복합적으로 강화됨으로써 잉크젯 프린트 헤드의 내구성 및 신뢰성이 향상되게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법은, 기판상에 발열층과 도전층을 순차적으로 적층하는 단계; 상기 도전층을 패터닝하여 상기 발열층 상면의 일정영역을 노출시키는 단계; 상기 도전층 및 상기 발열층의 상면에 보호층을 적층시키는 단계; 및 상기 보호층의 상면에 잉크챔버 배리어 및 노즐플레이트를 적층하여 잉크챔버를 형성시키는 단계;를 포함하며, 상기 보호층을 형성시키는 단계는, 각각 다른 재질로 형성된 적어도 두 종류의 박막층을 상기 도전층과 상기 발열층의 상부에 교번되게 적층시켜 캐비테이션층을 형성시키는 단계를 포함하는 것에 특징이 있다.
그리고, 상기 캐비테이션층은 상기 발열층 및 도전층의 상면에 Ta로 형성된 적어도 하나의 제 1 박막층과, TaNx로 형성된 적어도 하나의 제 2 박막층이 교번되게 분할증착됨으로써 형성된다.
여기서, 상기 제 1 박막층은 스퍼터링(Sputtering)공정을 통해 형성되고, 상기 제 2 박막층은 상기 스퍼터링공정 중 기체상태의 N2 를 주입함으로써 상기 Ta가 질화된 상태에서 증착되는 반응스퍼터링공정(Reactive Sputtering)을 통해 형성되며, 상기 캐비테이션층의 형성단계는 상기 스퍼터링공정과 상기 반응스퍼터링공정 을 소정 시간동안 주기적으로 반복함으로써 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 보호층의 형성단계는 상기 발열층 및 도전층의 상면을 덮도록 SiNx를 증착하여 절연층을 형성시키는 단계를 포함하며, 상기 캐비테이션층은 상기 절연층의 상면에 적층형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 잉크챔버 배리어 및 상기 노즐 플레이트는 모놀리식(Monolithic) 적층법에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 이때의 잉크챔버 배리어 및 노즐 플레이트는 에폭시 또는 전자플레이트로 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드(200)는 상면토출방식의 열전사식 잉크젯 프린트 헤드로서, 메인 기판(220)과, 발열층(240)과, 도전층(250)과, 보호층(260)과, 잉크챔버 배리어(270) 및 노즐 플레이트(280)를 구비한다.
상기 발열층(240)은 잉크챔버 배리어(270)와 노즐 플레이트(280)에 의해 구획되는 잉크챔버(210) 내부에 충전된 잉크를 순간가열시키기 위한 것으로, Ta-Al 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 발열층(240)과 메인 기판(220) 사이에는 SiO2 재질의 단열층(230)이 더 형성되어, 발열층(240)으로부터 발생된 열이 메인 기판(220)으로 전달되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 도전층(250)은 발열층(240)에 전원을 인가시키기 위한 것으로, 통전성이 높은 재질인 Al로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 보호층(260)은 절연층(264)과 캐비테이션층(261)을 포함한다.
절연층(264)은 발열층(240) 및 도전층(250)으로부터 잉크챔버(210)에 충전되는 잉크를 절연시키기 위한 것이며, 절열성과 열전달효율이 높은 SiNx로 형성된다.
캐비테이션층(261)은 노즐(285)을 통한 잉크분사의 완료후 잉크챔버(210) 내부에서 잉크 기포가 수축될 때 발생되는 수축충격(Cavitation Force)에 의해 발열층(240)이 파손되는 것을 억제하기 위한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 캐비테이션층(261)은 복수의 박막층(262)(263)이 절연층(264)의 상면에 순차적으로 적층됨으로써 형성된다.
본 실시예에서의 캐비테이션층(261)은 Ta로 형성된 복수의 제 1 박막층(262)과, Ta보다 탄력은 떨어지지만 기계적 경도 및 내산화성이 우수한 TaNx로 형성된 복수의 제 2 박막층(263)이 절연층(264)의 상면에 교번적으로 반복 적층됨으로써 형성된다. 참고로, Ta의 본딩에너지(Bonding Energy)는 E(Ta-Ta)=88㎉/mol이며, TaNx의 본딩에너지는 E(Ta-Nx)=146㎉/mol이다. 상술한 바와 같이 형성되는 캐비테이션층(261)의 Ta함유량 변화는 도 4에 도시된 바와 같다.
제 1 박막층(262)의 적층은 스퍼터링(Sputtering)과 같은 통상적인 진공증착법에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 제 2 박막층(263)은 화학증착법(CVD)과 같 이 다양한 증착공정에 의해 그 형성이 가능하다. 본 실시예에서와 같이 Ta 재질로 제 1 박막층(262)이 형성되는 경우, Ta의 증착시 N2가스를 소정 시간 주입하여 Ta를 질화시킨 상태로 증착하는 반응스퍼터링(Reactive Sputtering)을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 통상적인 진공증착설비를 사용하여 Ta를 증착시키는 중에 주기적으로 기체상태의 N2를 진공증착설비에 주입하는 시분할증착법의 적용이 가능하여, 제 1 및 제 2 박막층(262)(263)들을 간단하게 교번적으로 반복 적층시킬 수 있게 된다. 상술한 바와 같이 제 2 박막층(263)을 Ta를 질화시키면서 증착시켜 형성시킬 경우, 제 2 박막층(263)의 두께는 N2 가스의 주입시간의 조절에 의해 결정된다.
그리고, 제 1 및 제 2 박막층(263)(262)들은 모두 동일한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 및 제 2 박막층(262)(263)들의 적층수를 조절함으로써 용이하게 캐비테이션층(261) 전체의 성질을 조절할 수 있게 된다. 이에 의하면, 잉크젯 프린트 헤드(200)의 내부구조가 변경되더라도 이에 유연하게 캐비테이션층(261) 전체의 성질을 조절할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 두 종류의 박막층(262)(263)이 교번적으로 적층되어 캐비테이션층(261)이 구성될 경우, 캐비테이션층(261) 전체의 두께는 제 1 박막층(262)들과 제 2 박막층(263)들의 총합과 동일하다. 본 실시예에서와 같은 잉크젯 프린트 헤드(200)의 경우, 캐비테이션층(261)의 두께는 대략 5000Åm으로 형성되는 것이 일반적이며, 제 1 및 제 2 박막층(262)(263) 각각의 두께는 50~500Åm로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 각 박막층(262)(263)의 고유성질을 유지하며, 적층된 캐비테이션층(261) 전체 성질의 조절이 용이하게 이루어지게 하기 위해서는 제 1 및 제 2 박막층(262)(263) 각각이 100Åm의 두께를 가지며, 결국 그 각각이 대략 25개씩 구비되는 경우가 가장 바람직하다. 참고로, 도 4에는 도면의 번잡함을 피하기 위해 3개의 제 1 박막층(262)과 4개의 제 2 박막층(263)을 가지는 캐비테이션층(261)이 도시되어있다.
한편, 상술한 바와 같은 캐비테이션층(261)은 절연층(264)과 면접하는 최하면과, 잉크챔버(210)에 노출되는 최상면에 제 2 박막층(263)이 배치되는 것이 바람직하다. 이는, 절연층(264)과의 접착력이 Ta보다 TaNx가 우수하고, 앞서 설명한 바와 같이 Ta 보다 TaNx의 강도 및 내산화성이 우수하기 때문이다. 이 경우, TaNx보다 탄력이 좋은 Ta로 형성된 제 1 박막층(262)은, TaNx에 의해 그 경도가 상승하는 캐비테이션층(261)의 전체 탄력을 일정 수준으로 유지시켜, 캐비테이션층(261)이 잉크 기포의 수축충격에 의해 쉽게 깨지지 않도록 한다.
상술된 바와 같이 구성되는 캐비테이션층(261)과 제 1 및 제 2 박막층(262)(263)의 상관관계는 다음과 같은 수학식을 만족한다.
T = nt1 + (n+1)t2
여기서, T는 캐비테이션층(261)의 총두께이며, n은 제 1 박막층(262)의 적층개수이며, t1는 제 1 박막층(262)의 두께, t2는 제 2 박막층(263)의 두께를 나타낸 다.
상술된 바와 같이 제 1 박막층(262)과 제 2 박막층(263)을 교번적으로 적층시킴으로써 캐비테이션층(261)이 형성될 경우, Ta 단일 재질로 캐비테이션층(161;도 1 참조)이 형성되는 종래의 경우보다 캐비테이션층(261)의 강도와 탄력 및 내산화성이 우수해져 잉크젯 프린트 헤드(200)이 장기간 반복적으로 구동되더라도 발열층(240)의 파손을 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 따라, 잉크젯 프린트 헤드(200)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 도 5a 내지 도 5i를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 메인 기판(220) 상에 단열층(230)을 형성시킨다. 이때, 단열층(230)의 재질은 단열효율이 좋은 SiO2인 것이 바람직하다.
그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 발열층(240) 및 도전층(250)을 단열층(230)의 상면에 증착시킨 후, 도전층(250)을 사진석판술(Lithography)과 같은 식각공정을 통해 패터닝(Patterning)하여 발열층(240)의 상면 중 일부 영역이 노출되게 한다. 이때, 발열층(240)은 Ta-Al로 형성되는 발열저항체가 진공증착되어 형성되는 것이 바람직하며, 도전층(250)은 Al로 형성되는 도전체가 진공증착되어 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 발열층(240) 및 도전층(250)의 형성이 완료되면 보호층(260)을 형성시킨다. 앞서 설명된 바와 같이 본 실시예에서의 보호층(260)은 절연층(264)과 캐비테이션층(261)을 포함한다.
여기서, 상기 절연층(264)은, 도 5c에 도시된 바와 같이, 발열층(240) 및 도전층(250)의 상면에 형성된다. 상기 절연층(264)은 SiNx를 PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition)을 통해 발열층(240) 및 도전층(250)의 상면에 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 캐비테이션층(261)은 절연층(264)의 상면에 적층된다. 본 실시예에서의 캐비테이션층(261)은, 도 5d에 도시된 바와 같이, Ta로 형성된 3개의 제 1 박막층(262)과, TaNx로 형성된 4개의 제 2 박막층(263)을 절연층(264)의 상면에 교번적으로 적층시킴으로써 형성된다. 이때, 제 1 및 제 2 박막층(262)(263)의 형성은 앞서 설명한 바와 같이 스퍼터링 및 반응스퍼터링을 통해 이루어 지는 것이 바람직하며, 제 2 박막층(263)이 캐비테이션층(261)의 상면 및 하면에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
도 5e는 캐비테이션층(261)을 잉크챔버 배리어(270)의 적층을 위해 패터닝된 상태를 나타낸다. 이때, 캐비테이션층(261)의 외곽일부가 후술될 잉크챔버 배리어(270)의 하부에 덮히도록 패터닝되는 것이 바람직하다. 이는 캐비테이션층(261)이 절연층(264)으로부터 분리되는 것을 억제하고, Ta 또는 TaNx보다는 SiNx와의 접착력이 우수한 잉크챔버 배리어(270)를 직접 절연층(264)에 결합시키기 위한 것이다.
도 5f는 캐비테이션층(261)의 상면에 포토 레지스트 몰드(M1;PR Mold)를 적층시키고, 다시 포토 레지스트 몰드(M1)를 패터닝한 상태를 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이 포토 레지스트 몰드(M1)의 패터닝이 완료되면, 도 5g에 도시된 바와 같이 패터닝된 포토 레지스트 몰드(M1)의 사이에 금속재료 또는 에폭시(Epoxy)를 증착시켜 잉크챔버 배리어(270)를 형성시킨다. 상술한 바와 같은 잉크챔버 배리어(270)의 형성방법은 이른바 모놀리식(Monolithic) 적층법으로 일컬어지는 방법으로서, 이에 의하면, 잉크젯 프린트 헤드(200)를 용이하게 소형화 및 집적화할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이 잉크챔버 배리어(270)가 모놀리식 적층법으로 형성되는 경우, 도 5g 및 도 5h에 도시된 바와 같이, 노즐(285;도 5i)이 형성된 노즐 플레이트(280)도 패터닝된 포토 레지스트 몰드(M2)를 이용하여 모놀리식 적층법을 통해 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 잉크챔버 배리어(270)를 캐비테이션층(261) 상면에 접합시킬 경우, 상술한 바와 같은 캐비테이션층(261)의 패터닝공정은 생략될 수 있다. 그러나, 잉크챔버 배리어(270)와 캐비테이션층(261)을 접합시킬 경우, 별도의 접착층(미도시)이 필요하다.
상술한 바와 같이 노즐 플레이트(280)의 적층이 완료되면, 도 5i에 도시된 바와 같이, 잉크챔버(210)를 형성시키기 위해 포토 레지스터 몰드(M1,M2)를 식각공정을 통해 제거한다. 그리고, 잉크공급로(290)를 형성시키기 위해 단열층(230), 발열층(240), 보호층(260) 및 메인 기판(220)을 식각한다. 이때, 잉크공급로(290)는 노즐(285)과 동축상에 배치됨으로써 잉크젯 프린트 헤드(200)의 소형화를 용이하게 하는 것이 바람직하며, 통상적으로 건식식각공정(Dry Etching)을 통해 형성되는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명을 설명함에 있어 상면토출방식의 열전사 잉크젯 프린트 헤드를 일례로 들어 설명하였다. 그러나, 잉크수축에 의한 발열층의 파손을 방지하기 위해 캐비테이션층(261)을 구비하는 열전사 잉크젯 프린트 헤드라면, 잉크젯 프린트 헤드의 구조에 상관 없이 본 발명에 따른 캐비테이션층의 적용이 가능함은 물론이다. 또한, 잉크젯 프린트 헤드의 각 구성요소들의 형성 또한 다양한 증착법을 통해 가능함도 물론이다.
이상에서 설명된 본 발명에 따르면, 단일재질로 형성되던 캐비테이션층을 서로 다른 재질로 형성되는 복수의 박막층을 교번적으로 반복 적층시켜 형성시킴으로써 캐비테이션층의 기계적 경도와, 탄력 및 내산화성을 복합적으로 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 잉크젯 프린트 헤드를 장기간 반복적으로 사용하더라도 발열층의 파손을 억제할 수 있어 잉크젯 프린트 헤드의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 잉크젯 프린트 헤드의 구조에 따라 다양하게 요구되는 경도 및 탄력을 가지는 캐비테이션층의 형성이 용이하게 이루어질 수 있는 효과도 있다.
이상에서 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경과 수정 및 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (25)

  1. 잉크챔버 내에 충전된 잉크를 가열시키는 발열층의 상부에 형성되는 잉크젯 프린터 헤드의 보호층에 있어서,
    상기 잉크의 수축시 발생되는 수축충격으로부터 상기 발열층의 파손을 억제하는 캐비테이션층(Cavitation Layer)과, 상기 캐비테이션층과 상기 발열층의 사이에 형성되는 절연층을 구비하며,
    상기 캐비테이션층은 Ta로 형성되는 제 1 박막층과, 상기 캐비테이션층의 경도 및 내산화성 중 어느 하나를 향상시키도록 상기 Ta보다 강도 및 내산화성 중 적어도 어느 하나가 우수한 다른 재질로 형성되는 적어도 하나의 박막층이 상기 절연층의 상부에 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 보호층.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 박막층은 상기 Ta를 질화시킨 TaNx로 형성되는 적어도 하나의 제 2 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 보호층.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐비테이션층은 상기 적어도 두 종류의 박막층이 교번적으로 반복 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 보호층.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 캐비테이션층의 두께는 상기 제 1 및 제 2 박막층 각각들의 총합과 동일한 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 보호층.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 캐비테이션층의 최상면 및 최하면 중 적어도 한 쪽에는 상기 제 2 박막층이 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 보호층.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 박막층 각각들은 상호 동일한 두께로 형성되고, 상기 적어도 하나의 제 2 박막층 각각들은 상호 동일한 두께로 형성되며,
    상기 캐비테이션층의 두께는 제 1 박막층의 적층갯수(n), 제 1 박막층 각각의 두께(t1), 제 2 박막층 각각의 두께(t2)로 이루어지는 수학식에 의해 정의되는 두께(T)와 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 보호층.
    T = nt1 + (n+1)t2
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 박막층과 상기 제 2 박막층은 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 보호층.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층의 재질은 SiNx인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 보호층.
  10. 메인 기판;
    잉크공급로를 통해 유입된 잉크를 수용할 수 있도록 상기 메인 기판 상에 형성되며, 그 일측에 상기 잉크의 액적이 토출되는 노즐이 형성되는 잉크챔버;
    상기 잉크챔버의 저면에 적층되는 발열층;
    상기 발열층의 일정영역이 상기 잉크챔버 내부에 노출되도록 소정 형상으로 상기 발열층의 상면에 적층되는 도전층; 및
    상기 잉크챔버 내부에 노출되는 상기 도전층 및 상기 발열층의 상면에 적층되는 보호층;을 포함하며,
    상기 보호층은,
    상기 발열층 및 상기 도전층의 상면에 적층되어 상기 발열층 및 상기 도전층으로부터 상기 잉크챔버 내부를 절연시키는 절연층과, 상기 절연층의 상면에 적층되어 상기 잉크의 수축시 발생되는 수축충격으로부터 상기 발열층 및 상기 도전층의 파손을 억제하는 캐비테이션층(Cavitation Layer)을 구비하며,
    상기 캐비테이션층은, Ta로 형성되는 제 1 박막층과, 상기 캐비테이션층의 경도 및 내산화성 중 어느 하나를 향상시키도록 상기 Ta보다 강도 및 내산화성 중 어느 하나가 우수한 다른 재질로 형성되는 적어도 하나의 박막층이 상기 절연층의 상부에 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 박막층은 상기 Ta를 질화시킨 TaNx로 형성되는 적어도 하나의 제 2 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 캐비테이션층의 두께는 상기 제 1 및 제 2 박막층들 두께들의 총합과 동일한 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 캐비테이션층의 최상면 및 최하면 중 적어도 한 쪽에는 상기 제 2 박막층이 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 박막층 각각들은 상호 동일한 두께로 형성되고, 상기 적어도 하나의 제 2 박막층 각각들은 상호 동일한 두께로 형성되며,
    상기 캐비테이션층의 두께는 제 1 박막층의 적층갯수(n), 제 1 박막층 각각의 두께(t1), 제 2 박막층 각각의 두께(t2)로 이루어지는 수학식에 의해 정의되는 두께(T)와 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
    T = nt1 + (n+1)t2
  15. 삭제
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연층은 SiNx로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 잉크챔버는, 상기 보호층상에 적층되는 잉크챔버 배리어와, 상기 잉크챔버 배리어의 상면에 적층되며 상기 노즐이 관통형성되는 노즐 플레이트에 의해 그 외곽이 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 노즐과 상기 잉크공급로는 동축상에 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드.
  19. 기판상에 발열층과 도전층을 순차적으로 적층하는 단계;
    상기 도전층을 패터닝하여 상기 발열층 상면의 일정영역을 노출시키는 단계;
    상기 도전층 및 상기 발열층의 상면에 보호층을 적층시키는 단계; 및
    상기 보호층의 상면에 잉크챔버 배리어를 적층하고, 잉크의 액적이 토출되는 노즐이 형성된 노즐플레이트를 상기 잉크챔버 배리어에 적층하여 잉크챔버를 형성시키는 단계;를 포함하며,
    상기 보호층의 적층단계는, 상기 발열층 및 상기 도전층의 상면을 덮어 상기 발열층 및 상기 도전층으로부터 상기 잉크챔버를 절연시키는 절연층을 형성시키는 단계와, 상기 잉크의 수축시 발생되는 수축충격으로부터 상기 발열층 및 상기 도전층의 파손을 억제하는 캐비테이션층(Cavitation Layer)을 상기 절연층의 상면에 형성시키는 단계를 포함하며,
    상기 캐비테이션층은 Ta로 형성되는 제 1 박막층과, 상기 캐비테이션층의 경도 및 내산화성 중 적어도 하나를 향상시키도록 상기 Ta보다 강도 및 내산화성 중 적어도 하나가 우수한 다른 재질로 형성되는 적어도 하나의 박막층이 상기 절연층의 상부에 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 박막층은 상기 Ta를 질화시킨 TaNx로 형성되는 적어도 하나의 제 2 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 박막층은 스퍼터링(Sputtering)공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 박막층은 상기 스퍼터링공정 중 기체상태의 N2 를 주입함으로써 상기 Ta가 질화된 상태에서 증착되는 반응스퍼터링(Reactive Sputtering)공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 캐비테이션층의 형성단계는 상기 스퍼터링공정과 상기 반응스퍼터링공정을 소정 시간동안 주기적으로 반복함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 발열층 및 도전층의 상면에 SiNx를 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 잉크챔버 배리어 및 상기 노즐 플레이트는 모놀리식(Monolithic) 적층법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
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