KR100612888B1

KR100612888B1 - 온도 센서를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드와잉크젯 프린트헤드에 온도 센서를 부착하는 방법

Info

Publication number: KR100612888B1
Application number: KR1020050008003A
Authority: KR
Inventors: 홍영기; 김태균; 정재우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-14
Also published as: DE602006013724D1; EP1685963A2; EP1685963B1; US20060170735A1; US7588307B2; KR20060087141A; EP1685963A3; JP2006205735A

Abstract

온도 센서를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드와 잉크젯 프린트헤드에 온도 센서를 부착하는 방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 다수의 압력 챔버와 다수의 노즐을 포함하는 잉크 유로가 형성된 유로형성판과, 다수의 압력 챔버 각각에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터와, 잉크 유로 내부의 잉크의 온도를 검출하는 서미스터 칩을 구비한다. 상기 압전 액츄에이터는 유로형성판 위에 형성된 하부 전극과, 하부 전극 위에 형성된 압전막과, 압전막 위에 형성된 상부 전극을 포함한다. 상기 하부 전극 위에는 압전막으로부터 이격되도록 절연막이 형성되며, 절연막 위에 온도 검출용 전극이 형성되고, 이 온도 검출용 전극 위에 온도 센서인 상기 서미스터 칩이 솔더를 사용하여 부착된다. 그리고, 상기 상부 전극과 온도 검출용 전극에는 플렉시블 인쇄 회로에 함께 마련된 구동 신호선과 온도 검출용 신호선이 각각 본딩된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 솔더링 공정에 의해 온도 센서인 서미스터 칩을 프린트헤드에 용이하게 직접 부착할 수 있으므로, 프린트헤드 내부의 잉크의 온도를 보다 정확하게 검출할 수 있다.

Description

온도 센서를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드와 잉크젯 프린트헤드에 온도 센서를 부착하는 방법{Piezoelectric inkjet printhead having temperature sensor and method for attaching temperature sensor onto inkjet printhead}

도 1과 도 2는 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 도시한 평면도와 압전막의 길이 방향을 따른 수직 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 센서를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 평면도이다.

도 4는 도 3에 표시된 A-A'선을 따른 잉크젯 프린트헤드의 단면도이다.

도 5a 내지 도 5e는 도 3과 도 4에 도시된 잉크젯 프린트헤드에 온도 센서를 부착하는 방법을 단계적으로 보여주는 도 3에 표시된 B-B'선을 따른 부분 단면도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...유로형성판 101...잉크 인렛

102...매니폴드 103...리스트릭터

104...압력 챔버 105...댐퍼

106...노즐 110...제1 유로 플레이트

111...진동판 112...절연층

120...제2 유로 플레이트 130...제3 유로 플레이트

140...압전 액츄에이터 141...하부 전극

142...압전막 143...상부 전국

150...플렉시블 인쇄 회로 151...구동 신호선

152...온도 검출용 신호선 162...절연막

163...온도 검출용 전극 164...솔더

165...서미스터 칩 165a...서미스터

165b...서미스터 전극 170...히팅 블록

172...홈 180...프린팅 마스크

190...포지셔닝 마스크

본 발명은 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크 유로 내부의 잉크의 온도를 검출하기 위한 온도 센서가 부착된 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드와 이 온도 센서를 잉크젯 프린트헤드에 보다 용이하게 부착할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.

도 1과 도 2를 함께 참조하면, 유로형성판(10)의 내부에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(12), 다수의 리스트릭터(14), 다수의 압력 챔버(16) 및 다수의 노즐(18)이 형성되어 있으며, 유로형성판(10)의 상부에는 압전 액츄에이터(40)가 마련되어 있다. 상기 매니폴드(12)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(16) 각각으로 공급하는 통로이며, 다수의 리스트릭터(14)는 매니폴드(12)와 다수의 압력 챔버(16) 각각을 연결하는 통로이다. 상기 다수의 압력 챔버(16)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 매니폴드(12)의 일측 또는 양측에 배열되어 있다. 이러한 압력 챔버(16)는 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 이를 위해, 유로형성판(10)의 압력 챔버(16) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(40)에 의해 변형되는 진동판(20)의 역할을 하게 된다. 이러한 유로 형성판(10)은 주로 실리콘 웨이퍼, 금속판 또는 합성수지판과 같은 다수의 박판을 각각 가공하여 상기한 잉크 유로를 형성한 뒤, 이들 다수의 박판을 적층함으로써 이루어진다.

상기 압전 액츄에이터(40)는 유로형성판(10) 위에 순차 적층된 하부 전극(41)과, 압전막(42)과, 상부 전극(43)으로 구성된다. 상기 하부 전극(41)과 유로형성판(10) 사이에는 절연층(31)이 형성되어 있다. 상기 하부 전극(41)은 절연층(31)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 상기 압전막(42)은 상기 다수의 압력 챔버(16) 각각의 상부에 위치하도록 하부 전극(41) 위에 형성된다. 상부 전극(43)은 압전막(42) 위에 형성되며, 압전막(42)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.

그리고, 상기한 바와 같은 구조를 가진 압전 액츄에이터(40)에 구동 전압을 인가하기 위해서, 상부 전극(43)에는 전압 인가용 플렉시블 인쇄 회로(FPC; Flexible Printed Circuit, 50)가 연결된다. 상세하게 설명하면, 상기 플렉시블 인쇄 회로(50)에는 다수의 구동 신호선(51)이 마련되어 있으며, 다수의 구동 신호선(51) 각각은 상부 전극(43)의 상면에 본딩된다.

상기한 구성을 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 작동을 설명하면, 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 진동판(20)이 변형되면 압력 챔버(16)의 부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(16) 내의 압력 변화에 의해 압력 챔버(16) 내의 잉크는 노즐(18)을 통해 외부로 토출된다. 이어서, 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 진동판(20)이 원래의 형태로 복원되면 압력 챔버(16)의 부피가 증가하게 되고, 이에 따른 압력 변화에 의해 잉크가 매니폴드(12)로부터 리스트릭터(14)를 통해 압력 챔버(16) 내로 유입된다.

그런데, 일반적으로 잉크의 온도가 변하게 되면, 이에 따라 잉크의 점도도 변하게 된다. 일반적으로 잉크의 점도가 증가할수록 잉크의 유동 저항이 커져서 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 체적과 토출 속도가 감소하게 되고, 이에 따라 전체적인 잉크 토출 성능이 저하되므로 만족할만한 인쇄 품질을 얻지 못하게 된다. 따라서, 잉크의 온도에 따라 적절한 보상, 예컨대 프린트헤드에 히터를 설치하여 잉크의 온도를 높여주거나, 구동 전압을 높여주는 등의 보상을 해주어야 하는데, 이를 위해서는 잉크젯 프린트헤드 내의 잉크의 온도를 정확하게 검출할 필요가 있다.

그러나, 잉크의 온도를 검출하기 위한 온도 센서를 잉크젯 프린트헤드에 직접 설치하는 것은 쉽지 않다. 따라서, 종래에는 프린트헤드 주위의 온도를 검출하고, 이로부터 프린트헤드 내부의 잉크의 온도를 추정하는 방법이 사용되어 왔으나, 이러한 방법은 잉크의 온도를 정확하게 검출할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 온도 센서가 직접 부착되어 잉크 유로 내부의 잉크의 온도를 보다 정확하게 검출할 수 있는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 온도 센서를 잉크젯 프린트헤드에 보다 용이하고 신뢰성 있게 부착할 수 있는 온도 센서 부착 방법을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는,

토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버와 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 잉크 유로가 형성된 유로형성판;

상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 것으로, 상기 유로형성판 위에 형성된 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 형성된 압전막과, 상기 압전막 위에 형성된 상부 전극을 포함하는 압전 액츄에이터;

상기 압전막으로부터 이격되도록 상기 하부 전극 위에 형성된 절연막;

상기 절연막 위에 형성된 온도 검출용 전극; 및

상기 온도 검출용 전극 위에 부착되어 상기 잉크 유로 내부의 잉크의 온도를 검출하는 서미스터 칩;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 온도 검출용 전극은 상기 절연막 위에 두 개가 나란히 형성되고, 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 상기 서미스터 칩의 전극들이 각각 부착될 수 있다. 여기에서, 상기 서미스터 칩의 전극들은 솔더(Solder)에 의해 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 부착될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 온도 검출용 전극과 상부 전극에는 플렉시블 인쇄 회로에 함께 마련된 온도 검출용 신호선과 상기 압전 액츄에이터용 구동 신호선이 각각 본딩될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 절연막은 상기 압전막의 옆에 상기 압전막과 평행하게 배치될 수 있으며, 상기 절연막은 상기 압전막과 동일한 물질, 예컨대 PZT(Lead Zirconate Titanate)로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 온도 검출용 전극은 상기 상부 전극과 동일한 물질 로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 온도 센서 부착 방법은,

압전 액츄에이터를 가진 잉크젯 프린트헤드에 온도 센서를 부착하는 방법에 있어서,

(가) 그 위에 상기 압전 액츄에이터의 하부 전극이 형성된 유로형성판을 준비하는 단계;

(나) 상기 하부 전극 위의 일부분에 절연막을 형성하는 단계;

(다) 상기 절연막 위에 온도 검출용 전극을 형성하는 단계; 및

(라) 상기 온도 검출용 전극 위에 솔더를 사용하여 서미스터 칩을 부착하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 (다) 단계에서, 상기 온도 검출용 전극은 상기 절연막 위에 두 개가 나란히 형성되고, 상기 (라) 단계에서, 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 상기 서미스터 칩의 전극들이 각각 부착될 수 있다.

그리고, 상기 (라) 단계는; 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 솔더를 부착하는 단계와, 상기 솔더 위에 상기 서미스터 칩의 전극들이 접촉되도록 상기 서미스터 칩을 포지셔닝하는 단계와, 상기 솔더를 가열하여 리플로우시키는 단계와, 상기 솔더를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 솔더의 부착은, 프린팅 마스크를 사용하여 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 소정의 솔더 물질을 프린팅하거나 또는 디스펜서를 사용하여 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 소정의 솔더 물질을 디스펜싱함으로써 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 서미스터 칩의 포지셔닝은 포지셔닝 마스크를 사용하거나 또는 픽 앤드 플레이스 장치를 사용하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 솔더의 가열은, 히팅 블록에 상기 유로형성판을 장착한 후 상기 히팅 블록을 가열함으로써 이루어지거나 또는 히팅 오븐 내에서 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계에서, 상기 절연막은 상기 압전 액츄에이터의 압전막과 함께 형성되며, 상기 (다) 단계에서, 상기 온도 검출용 전극은 상기 압전막 위에 형성되는 상기 압전 액츄에이터의 상부 전극과 함께 형성될 수 있다.

여기에서, 상기 절연막은 상기 압전막과 동일한 물질로 이루어지며, 상기 온도 검출용 전극은 상기 상부 전극과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 온도 센서 부착 방법은, 상기 (라) 단계 후에, 상기 온도 검출용 전극에 온도 검출용 신호선을 본딩하는 단계를 더 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 온도 검출용 신호선과 상기 압전 액츄에이터용 구동 신호선은 플렉시블 인쇄회로에 함께 마련되며, 상기 온도 검출용 신호선의 본딩과 함께 상기 압전 액츄에이터의 상부 전극에 상기 구동 신호선이 본딩될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 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.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 센서를 가진 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 평면도이고, 도 4는 도 3에 표시된 A-A'선을 따른 잉크젯 프린트헤드의 단면도이다.

도 3과 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 잉크 유로가 형성된 유로형성판(100)과, 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터(140)와, 상기 잉크 유로 내부의 잉크의 온도를 검출하기 위한 온도 센서로서 서미스터(thermistor) 칩(165)을 구비한다.

상기한 잉크 유로는, 토출될 잉크가 채워지며 잉크를 토출시키기 위한 압력 변화를 발생시키는 다수의 압력 챔버(104)와, 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 잉크가 도입되는 잉크 인렛(101)과, 상기 잉크 인렛(101)을 통해 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(104)에 공급하는 공통 유로인 매니폴드(102)와, 상기 매니폴드(102)로부터 다수의 압력 챔버(104) 각각에 잉크를 공급하기 위한 개별 유로인 다수의 리스트릭터(103)와, 다수의 압력 챔버(104)로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐(106)을 포함한다. 그리고, 다수의 압력 챔버(104)와 다수의 노즐(106) 사이에는 압전 액츄에이터(140)에 의해 압력 챔버(104)에서 발생된 에너지를 노즐(106)쪽으로 집중시키고 급격한 압력 변화를 완충하기 위한 댐퍼(105)가 마련될 수 있다.

이러한 잉크 유로를 형성하는 구성 요소들은 상기한 바와 같이 유로형성판(100)에 형성되며, 상기 유로형성판(100)은 세 개의 유로 플레이트(110, 120, 130) 로 이루어질 수 있다. 상기 세 개의 유로 플레이트(110, 120, 130)는 모두 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 이들은 적층되어 접합된다. 세 개의 유로 플레이트(110, 120, 130)의 상호 접합은 잘 알려진 실리콘 직접 접합(SDB ; Silicon Direct Bonding) 방법에 의해 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 다수의 압력 챔버(104)는 제1 유로 플레이트(110)의 저면에 소정 깊이로 형성될 수 있으며, 상기 잉크 인렛(101)은 제1 유로 플레이트(110)를 수직으로 관통하여 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 유로 플레이트(110)에는 압전 액츄에이터(140)의 구동에 의해 변형되는 진동판(111)이 상기 압력 챔버(104)의 상부에 마련된다. 상기 압력 챔버(104)는 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상으로 되어 있으며, 제2 유로 플레이트(120)에 형성되는 매니폴드(102)의 양측에 2 열로 배열되어 있다. 그러나, 상기 압력 챔버(104)는 매니폴드(102)의 일측에 1 열로만 배열될 수도 있다.

상기 매니폴드(102)는 상기 제1 유로 플레이트(110)의 저면에 접합되는 제2 유로 플레이트(120)에 형성된다. 상기 매니폴드(102)의 일단은 상기 잉크 인렛(101)과 연결된다. 이러한 매니폴드(102)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 유로 플레이트(120)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성될 수도 있고, 제2 유로 플레이트(120)를 수직으로 관통하여 형성될 수도 있다. 그리고, 제2 유로 플레이트(120)에는 매니폴드(102)와 다수의 압력 챔버(104) 각각의 일단부를 연결하는 개별 유로인 리스트릭터(103)가 형성된다. 상기 리스트릭터(103)도, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 유로 플레이트(120)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성될 수도 있고, 제2 유로 플레이트(120)를 수직으로 관통하여 형성될 수도 있다. 또한, 제2 유로 플레이트(120)에는 다수의 압력 챔버(104) 각각의 타단부에 대응되는 위치에 압력 챔버(104)와 노즐(106)을 연결하는 댐퍼(105)가 역시 수직으로 관통 형성될 수 있다.

상기 다수의 노즐(106)은 상기 제2 유로 플레이트(120)의 저면에 접합되는 제3 유로 플레이트(130)에 관통 형성된다.

한편, 위에서는 잉크 유로를 이루는 구성 요소들이 세 개의 유로 플레이트(110, 120, 130)에 나뉘어져 형성된 것으로 도시되고 설명되었지만, 이러한 잉크 유로의 구성은 단지 예시적인 것이다. 즉, 본 발명에 따른 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는 다양한 구성의 잉크 유로를 가질 수 있으며, 이러한 잉크 유로는 세 개의 유로 플레이트(110, 120, 130)가 아니라 이 보다 적거나 많은 유로 플레이트에 형성될 수도 있다.

상기 압전 액츄에이터(140)는, 다수의 압력 챔버(104)가 형성된 제1 유로 플레이트(110)의 상부에 형성되어, 상기 다수의 압력 챔버(104) 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 역할을 한다. 이러한 압전 액츄에이터(140)는, 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(141)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(142)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(143)을 구비하며, 하부 전극(141), 압전막(142) 및 상부 전극(143)이 제1 유로 플레이트(110) 위에 순차적으로 적층된 구조를 가진다.

구체적으로, 상기 하부 전극(141)과 제1 유로 플레이트(110) 사이에는 절연층(112)이 형성될 수 있으며, 상기 절연층(112)은 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 하부 전극(141)은 상기 절연층(112)의 전 표면에 형성되며, 하나의 도전 금속 물질층으로 이루어질 수도 있으나, 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속박막층으로 구성될 수도 있다. 상기 압전막(142)은 하부 전극(141) 위에 형성되며, 상기 다수의 압력 챔버(104) 각각의 상부에 위치하도록 배치된다. 이러한 압전막(142)은 압전물질, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 상기 압전막(142)은 전압의 인가에 의해 변형되며, 그 변형에 의해 압력 챔버(104) 상부의 진동판(111)을 휨 변형시키는 역할을 하게 된다. 이러한 상부 전극(143)은 압전막(142) 위에 형성되며, 압전막(142)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.

상기한 바와 같은 구조를 가진 압전 액츄에이터(140)에 구동 전압을 인가하기 위해서, 상부 전극(143)에는 플렉시블 인쇄 회로(FPC; Flexible Printed Circuit, 150)에 마련된 구동 신호선(151)이 본딩된다.

그리고, 상기 유로형성판(100) 위에는 잉크의 온도를 검출하기 위한 온도 센서가 마련된다.

온도 센서로는 여러 종류의 것, 예컨대 측온저항체(RTD: Resistance Temperature Detector)와 서미스터(Thermistor) 등이 있다. 상기 측온저항체는 온도에 따른 저항값의 변화가 심한 금속, 예컨대 백금(Pt)을 사용하여 그 저항값의 변화를 측정하여 온도를 검출하는 온도 센서이다. 상기 서미스터는 망간, 니켈, 구리, 코발트, 크롬, 철 등의 산화물을 혼합 소결한 반도체 소자로서, 온도에 따른 저항값의 변화가 심한 특성을 가지므로 온도 센서로서 많이 이용된다. 이러한 서미 스터는 다양한 형태로 제조되어 사용되며, 그 일 예로서 서미스터의 양측에 전극들을 형성하여 칩 형태로 제조한 서미스터 칩이 있다.

프린트헤드는 수십 내지 수백 개가 한꺼번에 제조된다. 이 때 각 프린트헤드에 온도 센서로서 측온저항체를 형성하는 경우에는 각 프린트헤드마다 측온저항체의 두께, 폭이나 길이 등에 편차가 발생할 수 있어서, 프린트헤드의 제조 후에 각 프린트헤드마다 측온저항체의 교정(calibration)이 필요한 단점이 있다. 그러나, 서미스터는 상기한 바와 같이 칩 형태로 제조되어 비교적 균일한 특성을 가지므로, 측온저항체와 달리 교정이 필요 없는 장점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 잉크의 온도를 측정하기 위한 온도 센서로서 상기한 서미스터 칩(165)을 사용한다. 상기 서미스터 칩(165)은, 전술한 바와 같이 서미스터(165a)와 그 양측에 형성된 서미스터 전극들(165b)을 가진다. 이러한 서미스터 칩(165)은 아래와 같은 구조에 의해 잉크젯 프린트헤드에 직접 부착될 수 있다.

구체적으로, 상기 유로형성판(100) 위에 형성된 하부 전극(141) 위에 절연막(162)이 형성된다. 상기 절연막(162)은 그 아래의 하부 전극(141)과 그 위에 형성되는 온도 검출용 전극(163)을 서로 절연시키는 역할을 한다. 상기 절연막(162)은 상기 압전 액츄에이터(140)의 압전막(142)과 이격되도록 배치된다. 그리고, 상기 절연막(162)은 상기 압전막(142)의 옆에 상기 압전막(142)과 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 절연막(162)은 상기 압전막(142)과 함께 하부 전극(141) 위에 형성되므로, 상기 절연막(162)은 상기 압전막(142)과 동일한 물질, 예컨대 PZT(Lead Zirconate Titanate)로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 후술하는 바와 같이 상 기 압전막(142)을 형성할 때 상기 절연막(162)도 함께 형성될 수 있기 때문이다.

상기 절연막(162) 위에는 온도 검출용 전극(163)이 형성된다. 상기 온도 검출용 전극(163)은 상기 서미스터 칩(165)의 두 개의 전극(165b)에 대응하여 상기 절연막(162) 위에 두 개가 나란히 형성될 수 있다. 그리고, 상기 온도 검출용 전극(163)은 상기 압전 액츄에이터(140)의 상부 전극(143)과 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 후술하는 바와 같이 상기 상부 전극(143)을 형성할 때 상기 온도 검출용 전극(163)도 함께 형성될 수 있기 때문이다.

상기 온도 검출용 전극(163) 위에 상기 서미스터 칩(165)이 부착된다. 상세하게 설명하면, 상기 두 개의 온도 검출용 전극(163) 위에 상기 서미스터 칩(165)의 전극들(165b)이 각각 부착된다. 이 때, 상기 서미스터 칩(165)의 전극들(165b)은 솔더(Solder)(164)에 의해 두 개의 온도 검출용 전극(163) 위에 부착될 수 있다. 이에 대해서는 후술하는 온도 센서 부착 방법에서 상세하게 설명하기로 한다.

그리고, 상기 온도 검출용 전극(163)에는 온도 검출용 신호선(152)이 본딩된다. 상기 온도 검출용 신호선(152)은 상기 압전 액츄에이터(140)의 상부 전극(143)에 본딩되는 상기 구동 신호선(151)과 함께 상기 플렉시블 인쇄 회로(150)에 마련될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 온도 센서인 서미스터 칩(165)이 잉크젯 프린트헤드에 직접 부착되므로, 프린트헤드 내부의 잉크의 온도를 보다 정확하게 검출할 수 있으며, 이에 따라 잉크의 온도 변화에 따른 능동적이고 적정한 보상이 가능하여 인쇄 품질이 향상될 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에 온도 센서를 부착하는 방법을 설명하기로 한다.

도 5a를 참조하면, 먼저 압전 액츄에이터(140)의 하부 전극(141)이 형성된 유로형성판(100)을 준비한다. 상기 유로형성판(100)은 전술한 바와 같이 제1, 제2 및 제3 유로 플레이트(110, 120, 130)가 적층되어 접합된 구조를 가질 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 유로 플레이트(100, 120, 130)는 모두 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 상기 유로형성판(100)에는 잉크 유로가 형성되어 있으며, 상기 잉크 유로는 전술한 바와 같이, 잉크 인렛(101)과, 매니폴드(102)와, 다수의 리스트릭터(103)와 다수의 압력 챔버(104)와, 다수의 댐퍼(105)와, 다수의 노즐(106)로 이루어질 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 상기 유로형성판(100)은 세 개의 유로 플레이트(110, 120, 130)가 아니라 이 보다 적거나 많은 유로 플레이트로 이루어질 수 있으며, 상기 잉크 유로도 도 5a에 도시된 구성이 아니라 이와는 다른 구성을 가질 수도 있다.

상기 하부 전극(141)은 상기 유로형성판(100) 위에 형성된다. 그리고, 상기 하부 전극(141)과 유로형성판(100) 사이에는 절연층(112)이 형성될 수 있으며, 상기 절연층(112)은 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 하부 전극(141)은 상 기 절연층(112)의 전 표면에 형성되며, 하나의 도전 금속 물질층으로 이루어질 수도 있으나, 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속박막층으로 구성될 수도 있다.

상기한 바와 같이 구성된 유로형성판(100)을 준비한 후, 이어서 상기 하부 전극(141) 위의 일부분에 절연막(162)을 형성한다. 이 때, 상기 절연막(162)은 압전 액츄에이터(140)의 압전막(142)과 동일한 물질, 예컨대 PZT(Lead Zirconate Titanate)로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 절연막(162)을 압전막(142)과 함께 형성할 수 있으므로, 절연막(162)의 형성을 위한 별도의 공정이 필요 없는 장점이 있다. 구체적으로, 상기 절연막(162)과 압전막(142)은 페이스트 상태의 압전재료, 예컨대 PZT를 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 하부 전극(141) 위에 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 건조 및 소결시킴으로써 형성될 수 있다. 이 때, 상기 압전막(142)은 압력 챔버(104)의 상부에 배치되며, 상기 절연막(162)은 상기 압전막(142)의 옆에 이와 평행하게 배치될 수 있다.

다음으로, 절연막(162) 위에 온도 검출용 전극(163)을 형성한다. 이 때, 상기 온도 검출용 전극(163)은 압전 액츄에이터(140)의 상부 전극(143)과 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 온도 검출용 전극(163)을 상부 전극(143)과 함께 형성할 수 있으므로, 온도 검출용 전극(163)의 형성을 위한 별도의 공정이 필요 없는 장점이 있다. 구체적으로, 상기 온도 검출용 전극(163)과 상부 전극(143)은 전극 재료, 예컨대 Ag-Pd 페이스트를 스크린 프린팅에 의해 절연막(162)과 압전막(142) 위에 각각 소정 두께로 도포한 뒤, 이를 소결시킴으로써 형성 될 수 있다. 이 때, 상기 온도 검출용 전극(163)은 상기 절연막(162) 위에 두 개가 나란히 형성된다.

이로써, 유로형성판(100) 위에는 하부 전극(141), 압전막(142) 및 상부 전극(143)으로 이루어진 압전 액츄에이터(140)가 형성되고, 이와 동시에 상기 하부 전극(141) 위에 절연막(162)과 온도 검출용 전극(163)이 형성된다.

다음으로, 도 5b를 참조하면, 상기 유로형성판(100)을 히팅 블록(170)에 장착한다. 상기 히팅 블록(170)의 상면에는 상기 유로형성판(100)을 수용하기 위한 홈(172)이 형성되어 있다.

상기한 바와 같이, 유로형성판(100)을 히팅 블록(170)에 장착한 상태에서, 그 다음의 공정, 즉 상기 온도 검출용 전극(163) 위에 솔더(164)를 사용하여 온도 센서인 서미스터 칩(165)을 부착하는 공정을 수행한다.

상세하게 설명하면, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 두 개의 온도 검출용 전극(163) 위에 솔더(164)를 부착한다. 이 때, 상기 솔더(164)는, 프린팅 마스크(180)를 사용하여 두 개의 온도 검출용 전극(163) 위에 소정의 솔더 물질을 프린팅함으로써 형성될 수 있다. 상기 솔더 물질로는 반도체 제조 공정에 널리 사용되는 일반적인 솔더 물질이 사용될 수 있다.

한편, 상기 솔더(164)는, 반도체 제조 공정에서 널리 사용되는 장치인 디스펜서(dispenser)를 사용하여 두 개의 온도 검출용 전극(163) 위에 소정의 솔더 물질을 디스펜싱함으로써 형성될 수도 있다.

다음으로, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 솔더(164) 위에 상기 서미스터 칩(165)을 포지셔닝한다. 이 때, 상기 서미스터 칩(165)의 전극들(165b)이 솔더(164)에 접촉되도록 한다. 이와 같은, 상기 서미스터 칩(165)의 포지셔닝은 포지셔닝 마스크(190)를 사용하여 이루어질 수 있다.

한편, 상기 서미스터 칩(165)의 포지셔닝은, 반도체 제조 공정에서 널리 사용되는 장치인 픽 앤드 플레이스(pick and place) 장치를 사용하여 이루어질 수도 있다.

이어서, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 솔더(164)를 대략 200℃로 가열하여 리플로우(reflow)시킨다. 상기 솔더(164)의 가열 온도는 솔더(164)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 그리고, 상기 솔더(164)에 대한 가열은 상기 히팅 블록(170)을 가열함으로써 간접적으로 이루어진다.

한편, 상기 솔더(164)에 대한 가열은 히팅 오븐 내에서 이루어질 수도 있다. 이 경우, 도 5b 내지 도 5e에 도시된 히팅 블록(170)은 사용되지 않는다.

상기한 바와 같이, 가열에 의해 상기 솔더(164)가 리플로우된 후, 상기 솔더(164)를 냉각시킨다. 상기 솔더(164)의 냉각은 자연 냉각에 의해 이루어질 수 있다.

이로써, 상기 서미스터 칩(165)의 전극들(165b)이 두 개의 온도 검출용 전극(163) 위에 견고하게 부착된다.

이와 같이, 상기 서미스터 칩(165)이 온도 검출용 전극(163) 위에 부착된 다음에, 도 3에 도시된 바와 같이, 온도 검출용 전극(163)에 온도 검출용 신호선(152)을 본딩한다. 상기 온도 검출용 신호선(152)은 상기 압전 액츄에이터(140)용 구동 신호선(151)과 함께 플렉시블 인쇄회로(150)에 마련될 수 있으며, 이에 따라 온도 검출용 신호선(152)의 본딩과 함께 상기 압전 액츄에이터(140)의 상부 전극(143)에 상기 구동 신호선(151)도 본딩될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에 의하면, 온도 센서가 프린트헤드에 직접 부착되므로, 프린트헤드 내부의 잉크의 온도를 보다 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 잉크 온도 변화에 따른 적정한 보상이 가능하여 인쇄 품질이 향상될 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 온도 센서로서 서미스터(thermistor) 칩을 사용하므로, 교정(calibration)이 필요 없는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 온도 센서 부착 방법에 의하면, 솔더를 사용하여 서미스터 칩을 프린트헤드에 용이하고 신뢰성 있게 부착할 수 있는 장점이 있다.

Claims

토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버와 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 잉크 유로가 형성된 유로형성판;

상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 것으로, 상기 유로형성판 위에 형성된 하부 전극과, 상기 하부 전극 위에 형성된 압전막과, 상기 압전막 위에 형성된 상부 전극을 포함하는 압전 액츄에이터;

상기 압전막으로부터 이격되도록 상기 하부 전극 위에 형성된 절연막;

상기 절연막 위에 형성된 온도 검출용 전극; 및

상기 온도 검출용 전극 위에 부착되어 상기 잉크 유로 내부의 잉크의 온도를 검출하는 서미스터 칩;을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항에 있어서,

상기 온도 검출용 전극은 상기 절연막 위에 두 개가 나란히 형성되고, 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 상기 서미스터 칩의 전극들이 각각 부착된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 2항에 있어서,

상기 서미스터 칩의 전극들은 솔더(Solder)에 의해 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 부착된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도 검출용 전극과 상부 전극에는 플렉시블 인쇄 회로에 함께 마련된 온도 검출용 신호선과 상기 압전 액츄에이터용 구동 신호선이 각각 본딩되는 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막은 상기 압전막의 옆에 상기 압전막과 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막은 상기 압전막과 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 6항에 있어서,

상기 절연막과 압전막은 PZT(Lead Zirconate Titanate)로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도 검출용 전극은 상기 상부 전극과 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드.
압전 액츄에이터를 가진 잉크젯 프린트헤드에 온도 센서를 부착하는 방법에 있어서,

(가) 그 위에 상기 압전 액츄에이터의 하부 전극이 형성된 유로형성판을 준비하는 단계;

(나) 상기 하부 전극 위의 일부분에 절연막을 형성하는 단계;

(다) 상기 절연막 위에 온도 검출용 전극을 형성하는 단계; 및

(라) 상기 온도 검출용 전극 위에 솔더를 사용하여 서미스터 칩을 부착하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 9항에 있어서,

상기 (다) 단계에서, 상기 온도 검출용 전극은 상기 절연막 위에 두 개가 나란히 형성되고, 상기 (라) 단계에서, 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 상기 서미스터 칩의 전극들이 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 10항에 있어서, 상기 (라) 단계는;

상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 솔더를 부착하는 단계와,

상기 솔더 위에 상기 서미스터 칩의 전극들이 접촉되도록 상기 서미스터 칩을 포지셔닝하는 단계와,

상기 솔더를 가열하여 리플로우시키는 단계와,

상기 솔더를 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 11항에 있어서,

상기 솔더의 부착은, 프린팅 마스크를 사용하여 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 소정의 솔더 물질을 프린팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 11항에 있어서,

상기 솔더의 부착은, 디스펜서를 사용하여 상기 두 개의 온도 검출용 전극 위에 소정의 솔더 물질을 디스펜싱함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 11항에 있어서,

상기 서미스터 칩의 포지셔닝은 포지셔닝 마스크를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 11항에 있어서,

상기 서미스터 칩의 포지셔닝은 픽 앤드 플레이스 장치를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 11항에 있어서,

상기 솔더의 가열은, 히팅 블록에 상기 유로형성판을 장착한 후 상기 히팅 블록을 가열함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 11항에 있어서,

상기 솔더의 가열은 히팅 오븐 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 9항에 있어서,

상기 (나) 단계에서, 상기 절연막은 상기 압전 액츄에이터의 압전막과 함께 형성되며,

상기 (다) 단계에서, 상기 온도 검출용 전극은 상기 압전막 위에 형성되는 상기 압전 액츄에이터의 상부 전극과 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 18항에 있어서,

상기 절연막은 상기 압전막과 동일한 물질로 이루어지며, 상기 온도 검출용 전극은 상기 상부 전극과 동일한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 9항에 있어서,

상기 (라) 단계 후에, 상기 온도 검출용 전극에 온도 검출용 신호선을 본딩하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.
제 20항에 있어서,

상기 온도 검출용 신호선과 상기 압전 액츄에이터용 구동 신호선은 플렉시블 인쇄회로에 함께 마련되며,

상기 온도 검출용 신호선의 본딩과 함께 상기 압전 액츄에이터의 상부 전극에 상기 구동 신호선이 본딩되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 부착 방법.