KR100771967B1 - Piezoelectric ink jet printer head manufacturing process - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 압전방식 잉크젯 프린터 헤드 제조 방법은 라미네이팅을 이용하여 탄성판을 제작하는 단계; 펀칭작업으로 탄성판의 일측에 홀을 가공시키는 단계; 라미네이팅을 이용하여 챔버의 측면 및 하측에 스페이서, 채널판 및 노즐판을 형성시키고, 펀칭 작업으로 상기 스페이서에 잉크가 공급될 관통구멍 및 챔버부, 상기 채널판에 챔버부 및 잉크통로를, 상기 노즐판에 테이퍼부 및 노즐을 형성시키는 단계; 상기 탄성판, 스페이서, 채널판 및 노즐판을 얼라인 마크를 이용하여 정렬한 후, 스테킹을 실시하는 단계; 신터링을 실시하는 단계; 상기 탄성판의 상부에 하부전극을 형성시키는 단계; 상기 하부전극의 상부에 압전판을 형성시키는 단계; 상기 압전판의 상부에 상부전극을 형성시키는 단계; 및 상기 상부전극의 상부에 보호층을 형성시키는 단계를 포함한다.Piezoelectric inkjet printer head manufacturing method according to the present invention comprises the steps of manufacturing an elastic plate using laminating; Machining a hole in one side of the elastic plate by a punching operation; Forming a spacer, a channel plate and a nozzle plate on the side and the bottom of the chamber by laminating, the through hole and the chamber portion to be supplied ink to the spacer by a punching operation, the chamber portion and the ink passage in the channel plate, the nozzle Forming a tapered portion and a nozzle on the plate; Aligning the elastic plate, the spacer, the channel plate, and the nozzle plate using an alignment mark, and then performing stacking; Performing sintering; Forming a lower electrode on the elastic plate; Forming a piezoelectric plate on the lower electrode; Forming an upper electrode on the piezoelectric plate; And forming a protective layer on the upper electrode.
따라서, 본 발명에 따른 압전방식 잉크젯 프린터 헤드 제조방법은 MEMS 공정으로 제작하기 어려운 형상(TOP이나 Bottom과 연결되지 않으며 중앙에 빈 공간 형성, 외팔보 등)을 종래보다 용이하게 구현시킬 수 있다.Accordingly, the piezoelectric inkjet printer head manufacturing method according to the present invention can easily implement a shape (not connected to the TOP or Bottom, forming a blank space in the center, cantilever, etc.) that is difficult to manufacture by the MEMS process than conventional.
또한, 본 발명은 종래의 여러 개의 판을 적층시킴으로써 발생하는 제품의 크기 증가, 공정의 복잡함 및 비용증가를 방지할 수 있다.In addition, the present invention can prevent the increase in the size of the product, the complexity of the process and the increase in cost caused by laminating several conventional plates.
잉크젯 프린터 헤드, 라미네이팅, 신터링, 압전판Inkjet Printer Heads, Laminating, Sintering, Piezoelectric Plates
Description
도 1은 종래 기술에 따른 잉크젯 프린터 헤드를 도시한 평면도와 단면도이다.1 is a plan view and a cross-sectional view showing an inkjet printer head according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an inkjet printer head according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탄성판, 스페이서, 채널판 및 노즐판을 간략히 나타내는 도면이다.3 is a view briefly showing an elastic plate, a spacer, a channel plate, and a nozzle plate according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an inkjet printer head according to an embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 스테킹, 가압, 등압 성형을 설명하기 위한 도면이며, 도 5d는 상기 공정을 거친 후의 상태를 보여주는 도면이다.5A to 5C are diagrams for explaining stacking, pressurization, and isostatic molding according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5D is a view showing a state after the process.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 신터링(소결)을 위한 그 구조 및 신터링시 온도 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.6A and 6B are graphs for explaining a structure of sintering (sintering) and a temperature control method during sintering according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
52 : 노즐판 56 : 채널판52: nozzle plate 56: channel plate
58 : 잉크통로 60 : 하부전극58: ink passage 60: lower electrode
62 : 압전판 64 : 관통구멍62: piezoelectric plate 64: through hole
66 : 보호층 68 : 상부전극66: protective layer 68: upper electrode
70 : 탄성판 72 : 스페이서70: elastic plate 72: spacer
74 : 전극패드 78 : 챔버74: electrode pad 78: chamber
본 발명은 압전방식 잉크젯 프린터 헤드 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 종래의 MEMS 공정을 이용하여 제작한 방식보다 공정 및 제품의 수를 간소화시키고, 이에 따른 비용을 감소시킬 수 있으며 또한, 완제품의 소형화 및 최적화시킬 수 있는 압전방식 잉크젯 프린터 헤드 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric inkjet printer head, and more particularly, to simplify the number of processes and products, and to reduce the cost, and to further reduce the size of the finished product, compared to the method manufactured using a conventional MEMS process. And it relates to a piezoelectric inkjet printer head manufacturing method that can be optimized.
본원 발명은 본원 출원인이 2005년 3월 31일에 등록된 특허(등록번호 : 10-481996, 명칭 : 압전방식 잉크젯 프린터 헤드와 제조방법)를 보다 개량한 특허이다.The present invention is a patent in which the applicant has further improved a patent registered on March 31, 2005 (registration number: 10-481996, name: piezoelectric inkjet printer head and manufacturing method).
상기 등록특허에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.The registered patent will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 종래 기술에 따른 잉크젯 프린터 헤드를 도시한 평면도와 단면도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a plan view and a cross-sectional view of an inkjet printer head according to the prior art, and FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the inkjet printer head according to the prior art.
도 1을 참조하면, 종래에는 다수의 판을 적층하여 구성되는 잉크젯 프린터 헤드에 있어서, 상, 하부전극(68)(60) 및 그 사이에 삽입되는 압전판(62)과, 상기 상부전극(68)의 상측에 위치하는 보호층(66)과 상기 하부전극(60)의 하측에 배치되는 탄성판(70)으로 구성되는 액츄에이터부와; 상기 탄성판(70)의 하측에 배치되어 챔버(78)의 측면부를 형성하는 스페이서(72)와, 상기 스페이서(72)의 하측에 배치되어 챔버(78)를 연장함과 동시에 상기 챔버(78)의 일측에 잉크통로를 형성시키는 채널판(56)과, 상기 채널판(56)의 하측에 배치되어 상기 챔버(56)의 하측부를 형성하고 상기 챔버(56)와 연결되는 노즐(52a)이 구비된 노즐판(52)으로 구성되는 잉크유통부와; 및 상기 액츄에이터부 및 스페이서(72)를 관통하여 상기 채널판(56)의 잉크통로에 도달하는 관통구멍에 의해 형성되는 잉크공급부를 포함한다.Referring to FIG. 1, in the inkjet printer head conventionally configured by stacking a plurality of plates, the upper and
또한, 도 2를 참조하면, 종래에는 탄성을 지닌 탄성판과 노즐이 구비된 노즐판 등 다수의 판을 적층하여 구성되는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에 있어서,In addition, referring to Figure 2, in the manufacturing method of the inkjet printer head conventionally configured by stacking a plurality of plates such as an elastic plate having elasticity and a nozzle plate provided with a nozzle,
상기 탄성판(70)을 배치하는 단계(S101)와, 상기 탄성판(70) 상측에 하부전극(60)을 프린팅하는 단계(S102)와, 상기 탄성판(70) 하측에 스페이서(72)를 프린팅하는 단계(S103)와, 상기 스페이서(72) 하측에 채널판(56)을 프린팅하는 단계(S104)와, 상기 탄성판(70), 하부전극(60)과 스페이서(72) 및 채널판(56)의 조합체를 신터링하는 단계(S105)와, 상기 하부전극(60) 상측에 압전판(62)을 형성하는 단 계(S106)와, 상기 압전판(62)의 상측에 상부전극(68)을 형성하는 단계(S107)와, 상기 상부전극(68)의 상측에 보호층(66)을 형성하는 단계(S108)와, 상기 보호층(66)에서부터 스페이서(72)까지 관통구멍을 가공하는 단계(S109)와, 상기 노즐판(52)에 테이퍼부(54)를 가공하는 단계(S110)와, 상기 노즐판의 테이퍼부(54) 정점에 미세분사구멍을 가공하는 단계(S111)와, 상기 노즐판(52)과 채널판(56)을 접합하는 단계(S112)를 포함한다.Arranging the elastic plate 70 (S101), printing the
그러나 종래의 기술은 MEMS 공정을 사용하여 적층 방식으로 제작하기 때문에 제작이 불가능한 형상(즉, 탑(Top)이나 바닥(Bottom)과 연결되지 않으며 중앙에 빈공간 형성, 외팔보 등)이 발생하였으며, 제작이 가능하더라도 별도의 추가 공정이 다수 필요하기 때문에 제작비용이 증가하였다. 또한, 종래에는 어떤 형상을 구현하기 위해서는 아무리 미세한 부분이라도 기본적으로 받침이 되는 기판(Substrate) 위에 제작하여야 하기 때문에 복잡한 형상을 구현하기 위하여 다층을 쌓거나 패턴 제작이 끝난 후에 패키지를 할 때 최종 제품의 두께 증가를 야기하여 제품 소형화 및 최적화가 어려웠다.However, since the conventional technology uses a MEMS process to produce a laminated method, it is impossible to produce a shape (that is, it is not connected to a top or bottom, and an empty space is formed in the center, a cantilever, etc.). Even if this is possible, manufacturing costs increased because a number of additional additional processes were required. In addition, conventionally, in order to realize any shape, even a minute portion must be manufactured on a substrate (Substrate) that is basically supported, so that a multi-layer stack or a package after finishing pattern production to realize a complicated shape of the final product Increasing thickness makes product miniaturization and optimization difficult.
또한, 상기에도 언급한 바와 같이 종래의 기술은 MEMS 공정을 이용하여 잉크젯 프린터 헤드의 제작이 이루어지므로 설계자가 원하든 원하지 않든 기판에 의해 챔버 혹은 전체 프린트 헤드의 크기가 증가되거나 설계안을 변경시켜야만 하는 문제점이 발생된다.In addition, as mentioned above, the conventional technology uses the MEMS process to manufacture the inkjet printer head, so the designer needs to increase the size of the chamber or the entire print head or change the design by the substrate, whether or not he / she wants to. Is generated.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 잉크젯 프린터 헤드 중 챔버의 상측, 측면 및 하측을 이루는 구성요소(탄성판, 스페이서, 채널판 및 노즐판 등)을 라미네이팅 방식을 이용하여 제품 공정을 단순화시키고, 제작비용을 줄일 수 있으며 완제품의 소형화 및 최적화시킬 수 있는 잉크젯 프린터 헤드 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the purpose of the laminating method of the components (elastic plate, spacer, channel plate and nozzle plate, etc.) forming the upper, side and lower side of the chamber of the inkjet printer head. The present invention provides a method of manufacturing an inkjet print head that can simplify the product process, reduce manufacturing costs, and minimize and optimize finished products.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명에 따른 압전방식 잉크젯 프린터 헤드 제조 방법은 라미네이팅을 이용하여 탄성판을 제작하는 단계; 펀칭작업으로 탄성판의 일측에 홀을 가공시키는 단계; 라미네이팅을 이용하여 챔버의 측면 및 하측을 구성할 스페이서, 채널판 및 노즐판을 형성시키고, 펀칭 작업으로 상기 스페이서에 잉크가 공급될 관통구멍 및 챔버부를, 상기 채널판에 챔버부 및 잉크통로를, 상기 노즐판에 테이퍼부 및 노즐을 형성시키는 단계; 상기 탄성판, 스페이서, 채널판 및 노즐판을 얼라인 마크를 이용하여 정렬한 후, 스테킹을 실시하는 단계; 신터링을 실시하는 단계; 상기 탄성판의 상부에 하부전극을 형성시키는 단계; 상기 하부전극의 상부에 압전판을 형성시키는 단계; 상기 압전판의 상부에 상부전극을 형성시키는 단계; 및 상기 상부전극의 상부에 보호층을 형성시키는 단계를 포함한다.Piezoelectric inkjet printer head manufacturing method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of producing an elastic plate using laminating; Machining a hole in one side of the elastic plate by a punching operation; Forming a spacer, a channel plate and a nozzle plate to form the side and the bottom of the chamber by laminating, and through the punching operation through the through hole and the chamber portion, the chamber portion and the ink passage to the channel plate, Forming a tapered portion and a nozzle on the nozzle plate; Aligning the elastic plate, the spacer, the channel plate, and the nozzle plate using an alignment mark, and then performing stacking; Performing sintering; Forming a lower electrode on the elastic plate; Forming a piezoelectric plate on the lower electrode; Forming an upper electrode on the piezoelectric plate; And forming a protective layer on the upper electrode.
상기 신터링시 온도 제어는 소결온도가 100~300℃가 될 때까지 분(min)당 1~10℃씩 높이는 단계; 소결온도가 100~300℃인 상태에서 1~2시간 동안 유지시키는 단계; 소결온도가 1050~1200℃가 될 때까지 분(min)당 1~10℃씩 높이는 단계; 소결온도가 1050~1200℃인 상태에서 2~3시간 동안 유지시키는 단계; 및 소결온도를 분 (min)당 1~10℃씩 낮추는 단계를 포함함을 특징으로 한다.Temperature control during the sintering step of increasing by 1 ~ 10 ℃ per minute (min) until the sintering temperature is 100 ~ 300 ℃; Maintaining the sintering temperature for 100 to 300 ° C. for 1 to 2 hours; Raising 1 to 10 ° C. per minute until the sintering temperature is 1050 to 1200 ° C .; Maintaining the sintering temperature at 1050 to 1200 ° C. for 2 to 3 hours; And it characterized in that it comprises the step of lowering the sintering temperature by 1 ~ 10 ℃ per minute (min).
노즐은 그 상측부에 테이퍼가 형성되어 상기 챔버에서부터 상기 노즐 시작부까지 상기 챔버의 단면적이 점차적으로 변하는 것이 바람직하다.The nozzle is preferably tapered on its upper side so that the cross-sectional area of the chamber gradually changes from the chamber to the beginning of the nozzle.
탄성판의 재료는 ZrO2 또는 BaTiO3 또는 Al2O3인 것이 바람직하다.The material of the elastic plate is preferably ZrO 2 or BaTiO 3 or Al 2 O 3 .
또한, 스페이서, 채널판 및 노즐판의 재료는 ZrO2 또는 BaTiO3 또는 Al2O3인 것이 바람직하다.In addition, the material of the spacer, the channel plate and the nozzle plate is preferably ZrO 2 or BaTiO 3 or Al 2 O 3 .
탄성판의 높이는 3 ~ 10㎛이고, 상기 스페이서의 높이는 100 ~ 200㎛이며, 상기 채널판 및 노즐의 높이는 20 ~ 40㎛인 것이 바람직하다.The height of the elastic plate is 3 ~ 10㎛, the height of the spacer is 100 ~ 200㎛, the height of the channel plate and the nozzle is preferably 20 ~ 40㎛.
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이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 의한 잉크젯 프린터 헤드 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the inkjet printer head manufacturing method according to the present invention.
본 발명에 사용되는 잉크젯 프린터 헤드는 종래에 사용되는 잉크젯 프린터 헤드와 그 구조가 유사하다.The ink jet printer head used in the present invention is similar in structure to the ink jet printer head used in the prior art.
즉, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는 아래에서 윗 방향으로 노즐판(52), 채널판(56), 스페이서(72), 탄성판(70), 하부전극(60), 압전판(62), 상부전극(68), 보호층(66) 순으로 구성된다. That is, referring to Figure 1, the inkjet printer head according to the present invention is a
상기 노즐판(52)에는 상하방향으로 관통되는 노즐(52a)이 형성되며, 상기 노즐(52a)의 윗부분은 테이퍼부(54)가 형성된다.A
노즐(52a)은 챔버(78)에서부터 노즐 시작부까지 상기 챔버(78)의 단면적이 점차적으로 변하는 것이 바람직하다.The
상기 채널판(56)은 위로는 상기 스페이서(72)와 연결되고 아래로는 상기 테이퍼부(54)와 연결되어 챔버(78) 내부 공간을 연장시키며 일측에는 잉크통로(58)가 형성된다.The
상기 스페이서(72)와 상기 탄성판(70)이 결합되어, 그 내부에는 상기 탄성판(70)이 상측면, 상기 스페이서(72) 및 채널판(56)이 측면부, 상기 노즐판(52)이 하측면을 구성하는 챔버(78)가 형성된다.The
본 발명에서는 상기 챔버(78)로 잉크를 공급하는 상측의 잉크공급통(미도시)과, 상기 잉크공급통으로부터 보호층(66), 상·하부 전극(68)(60), 압전판(62), 탄성판(70) 및 스페이서(72)를 관통하여 상기 잉크통로(58)에 도달하는 관통구멍(64)이 형성된다.In the present invention, an upper ink supply cylinder (not shown) for supplying ink to the
한편, 상기 보호층(66)의 일측에는 외부제어회로(미도시)와 전기적으로 연결하도록 전극패드(74)가 형성된다.Meanwhile, an
본 발명에서는 탄성판(70), 스페이서(72), 채널판(56) 및 노즐판(52)은 라미네이팅(Laminating)을 이용하여 제작한다. In the present invention, the
본 발명에서는 탄성판(70), 스페이서(72), 채널판(56) 및 노즐판(52)의 재료 로서 ZrO2 , BaTiO3 ,Al2O3 중 어느 하나를 사용해도 무방하다.In the present invention, any one of ZrO 2 , BaTiO 3 , and Al 2 O 3 may be used as the material of the
여기서, 라미네이팅(Laminating)은 여러 장의 시트 등을 겹쳐 맞붙인 후, 등압 성형시켜 각 층 사이를 접착시키는 것을 말한다.Here, laminating refers to bonding between the layers by isostatically forming a plurality of sheets and the like and then laminating them together.
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도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탄성판, 스페이서, 채널판 및 노즐판을 간략히 나타내는 도면이다.3 is a view briefly showing an elastic plate, a spacer, a channel plate, and a nozzle plate according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 상부에는 탄성판(70)이 위치하고, 상기 탄성판(70) 하부에는 스페이서(72)가 위치하며, 상기 스페이서(72)의 하부에는 채널판(56)이 위치하며, 상기 채널판(56)의 하부에는 노즐판(52)이 위치한다.Referring to FIG. 3, an
상기 탄성판(70)의 높이(b)는 바람직하게는 3 ~ 10㎛이며, 보다 바람직하게는 3㎛이다.Preferably the height b of the said
또한, 상기 스페이서(72)의 높이(c)는 바람직하게는 100 ~ 200㎛이며, 보다 바람직하게는 160㎛이다.The height c of the
상기 채널판(56) 또는 노즐판(52)의 높이(d)(e)는 바람직하게는 20 ~ 40㎛이며, 보다 바람직하게는 30㎛이다.The height d (e) of the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명에서는 먼저 라미네이팅(Laminating)을 이용하여 탄성판(70)을 제작한다.(S201) 상기 라미네이팅은 스테킹(Stacking)된 여러 장의 BaTiO3 시트를 맞붙인 후에 등압성형(Isostatic pressing)(도 5c 참조)을 실시하여 여러 장의 BaTiO3 각 층 사이를 접착시키는 것을 말한다.Referring to FIGS. 1 and 4, in the present invention, an
상기 탄성판(70)은 그 두께가 10∼20㎛이며, 그 재료로는 ZrO2 , BaTiO3 ,Al2O3 중 어느 하나를 사용해도 무방하다.The
상기와 같이 탄성판(70)을 제작한 후, 본 발명에서는 펀칭 작업으로 탄성판의 모양을 형성시킨다.(S202) 즉, 탄성판(70)의 일측에 홀(hole)을 가공한다. 여기서, 홀은 잉크가 공급될 관통구멍(64)이 되는 것이다.After manufacturing the
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그런 후, 본 발명에서는 탄성판을 제작할 때 사용된 라미네이팅 방식으로 챔버(78)의 측면 및 하측을 구성하는 스페이서(72), 채널판(56) 및 노즐판(52)을 제작한다.(S203)Then, in the present invention, the
그런 후 본 발명에서는 펀칭 작업으로 스페이서(72)에 잉크가 공급될 관통구멍 및 챔버부(78)를, 채널판(56)에 챔버부(78) 및 잉크통로(58)를, 노즐판(52)에 테이퍼부(54) 및 노즐(52a)을 형성시킨다.(S204) 상기 노즐판(52)은 세라믹 재질인 것이 바람직하다. 또한, 상기 노즐(52a)은 상기 테이퍼부의 정점에 미세분사구멍을 가공시킴으로써 형성시킨다. Then, in the present invention, the through hole and the
상기와 같이 노즐판(52)에 테이퍼부(54) 및 노즐(52a)을 형성시킨 후, 본 발명에서는 탄성판(70), 스페이서(72), 채널판(56) 및 노즐판(52)을 얼라인먼트 마크(Alignment Mark)를 이용하여 정렬한 후, 스테킹(Staking)(도 5a 참조)을 실시한다.(S205)After the tapered
그리고 나서, 본 발명에서는 신터링(Sintering)(도 6a 및 도 6b 참조)을 실시(S206)하여 구조물이 견고해지고 각 층 사이의 접착력이 확보되도록 한다.Then, in the present invention, sintering (see FIG. 6A and FIG. 6B) is performed (S206) so that the structure is firm and the adhesive force between the layers is secured.
그런 후, 본 발명에서는 상기 탄성판(70)의 상부에 압전소자의 구동전력을 공급할 하부전극(60)을 형성시킨다.(S207)Then, in the present invention, the
상기 하부 전극(60) 및 나중에 언급하게 될 상부전극(68)의 형성방법은 스퍼터링, MOCVD, 증발법 등의 방법을 사용할 수 있다. 한편, 상기 상부 전극(68) 및 하부전극(60)은 적절한 패터닝(예: 리쏘그라피, 리프트오프 공정)을 함으로써 하나의 잉크젯 프린터 헤드를 구성하는 각각의 탄성판(70), 상·하부전극(68)(60), 압전판(62), 보호층(66)을 구분하고 외부 제어회로(미도시)와 전기적으로 연결하기 위한 패드(74)를 포함하게 된다.As the method of forming the
상기와 같이, 상기 탄성판(70)의 상부에 하부전극(60)을 형성시킨 후, 상기 하부전극(60)의 상측에 압전판(62)을 증착하고(S208) 그 위에 하부전극(60)과 절연이 되도록 상부전극(68)을 형성시킨다.(S209) 여기서, 상부전극과 하부전극이 닿는 것을 피하기 위해서는 하부전극과 상부전극이 맞닿을 것으로 예상되는 지점에 미리 절연막을 증착하거나 적절한 배치를 통하여 상부전극과 하부전극이 닿는 지점을 없도록 한다. As described above, after the
상기 압전판(62)은 그 두께가 1.5∼6㎛이며, 그 재료로는 PZT인 것이 바람직하다.The
상기와 같이 상부전극(68), 압전판(62) 및 하부전극(60)을 형성시킨 후, 본 발명에서는 상기 상부전극(68)의 상측에 보호층(66)을 형성한다.(S210) 이는 SiO2를 CVD에 의해 증착하는 방법으로 가능하다. 이후, 수소에 의한 압전판의 열화를 보상하기 위해 압전판 열처리를 하게 될 수도 있다.After forming the
이러한 보호층 형성 과정이 끝나면 잉크젯 프린터 헤드의 제조공정이 완료된다.When the protective layer forming process is completed, the manufacturing process of the inkjet printer head is completed.
한편, 상기 보호층(66)은 상기 상부전극(68)에서 패드 부분을 드러내기 위해 필요한 부분을 에칭하게 될 수도 있다. 보호층(66)은 잉크용액으로부터 탄성판(70), 상,하부 전극(68)(60), 압전판(62) 등을 전기적 및 화학적으로 보호하는 역할을 하며 보호층 위에 곧바로 잉크 공급통(미도시)이 설치되게 된다. 이때, 적절한 씰링(sealing)수단, 가령 잉크에 내식성이 있는 오링을 체결부에 삽입하거나 에폭시와 같은 접착제를 쓰는 것이 바람직하다. The
한편, 상기 잉크공급통(미도시)은 그 자체에 이미 잉크를 담고 있을 수도 있고, 자체 내부공간을 가지면서 외부와 별도로 잉크통을 연결하기 위한 포트를 내놓은 형태일 수도 있다.Meanwhile, the ink supply container (not shown) may already contain ink in itself, or may have a form in which a port for connecting an ink container separately from the outside is provided while having its own internal space.
상기에서 보호층(66), 탄성판(70), 하부전극(60), 스페이서(72) 등은 도 1에 도시된 것처럼 관통구멍(64)이 깔대기 모양처럼 형성되도록 가공시키는 것이 바람 직하다.The
여기서, 가공 구멍(64)의 지름은 30㎛이고 구멍의 깊이는 150㎛ 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the diameter of the
상기와 같이, 탄성판(70), 스페이서(72), 채널판(56) 및 노즐판(52)을 라미네이팅을 이용하여 제작함으로써 제조 공정이 종래의 기술보다 간소화되고, 비용도 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 챔버(78)의 크기를 제작자 임의로(자유자재로) 변경시킬 수 있다.As described above, by manufacturing the
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 스테킹, 가압, 등압 성형을 설명하기 위한 도면이며, 도 5d는 상기 공정을 거친 후의 상태를 보여주는 도면이다.5A to 5C are diagrams for explaining stacking, pressurization, and isostatic molding according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5D is a view showing a state after the process.
도 5a를 참조하면, 스테킹(Stacking) 작업은 20㎛ 두께의 BaTiO3 시트를 15장 적층시키는 것을 말하며, 상기 시트의 가로, 세로 길이는 180mm 정도로 하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5A, a stacking operation refers to stacking 15 BaTiO 3 sheets having a thickness of 20 μm, and the width and length of the sheet are preferably about 180 mm.
도 5b를 참조하면, 상기 스테킹된 15장의 시트를 가압시킨다. 그러면 두께가 300㎛가 된다.Referring to FIG. 5B, the stacked 15 sheets are pressed. The thickness is then 300 μm.
도 5c를 참조하면, 상기 가압된 시트들을 등압 성형(Isostatic Pressing)시킨다. 상기 등압 성형 방식에는 냉간 등압 성형법(Cold Isostatic Pressing; CIP)와 열간 등압 성형법(Hot Isostatic Pressing; HIP)가 있는데, 본 발명에서는 냉간 등압 성형법(CIP)을 이용하는 것이 좋다.Referring to FIG. 5C, the pressurized sheets are isostatic pressed. The isostatic molding method includes cold isostatic pressing (CIP) and hot isostatic pressing (HIP). In the present invention, it is preferable to use cold isostatic pressing (CIP).
상기 CIP는 모든 방향에서 작용하는 같은 크기의 정수압을 이용하여 압축 성형시키는 방식을 말한다.The CIP refers to a method of compression molding using hydrostatic pressure of the same size acting in all directions.
이로써, 도 5d에 도시된 바와 같이 이전보다 가로, 세로, 높이가 달라진 하나의 성형체가 된다. 즉, 상기 성형체의 가로, 세로 길이가 대략 160mm 정도로 축소되고, 높이도 270~280㎛로 축소된다.As a result, as shown in FIG. 5D, one molded body having a different width, length, and height than before is formed. That is, the horizontal and vertical length of the molded body is reduced to about 160mm, the height is also reduced to 270 ~ 280㎛.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 신터링(소결)을 위한 그 구조 및 신터링시 온도 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.6A and 6B are graphs for explaining a structure of sintering (sintering) and a temperature control method during sintering according to an embodiment of the present invention.
도 6a를 참조하면, 본 발명에서는 등압 성형을 실시한 BaTiO3 시편(10)간 Al2O3 분말(파우더)(20)을 최대한 얇고 균일하게 분포시키며, 그 상부 및 하부에는 Al2O3 플레이트(30)를 설치한 후 도 6b에 도시된 시간에 따른 소결온도를 적용시켜 신터링을 실시한다.6A, in the present invention, Al 2 O 3 powder (powder) 20 is uniformly and uniformly distributed between BaTiO 3 specimens 10 subjected to isostatic molding, and an Al 2 O 3 plate (upper and lower) After the 30) is installed, sintering is performed by applying the sintering temperature according to the time shown in FIG. 6B.
상기 Al2O3 플레이트(30)는 정확한 잉크 프린터 헤드의 형상을 구현하기 위해 동일한 압력을 가해주기 위해 설치되는 것으로, BaTiO3 시편(10)보다 그 크기가 큰 것이 바람직하다.The Al 2 O 3 plate 30 is installed to apply the same pressure to implement the shape of the correct ink printer head, it is preferable that the size is larger than the BaTiO 3 specimen (10).
상기 BaTiO3 시편(10)의 높이(l)는 대략 270~280㎛이다. 또한, 상기 Al2O3 플레이트(30)의 가로, 세로길이(n)(o)는 대략 180㎛이고, 높이(m)는 대략 10㎛ 정 도인 것이 바람직하다.The height l of the BaTiO 3 specimen 10 is approximately 270-280 μm. In addition, the horizontal and vertical length (n) (o) of the Al 2 O 3 plate 30 is preferably about 180㎛, the height (m) is preferably about 10㎛.
상기 Al2O3 플레이트(30)는 BaTiO3 시편(10)보다 소결온도가 높은 것이 바람직하다. 그 이유는 Al2O3 플레이트(30)의 소결온도를 BaTiO3 시편(10)의 소결온도 이하로 적용시키면 Al2O3 플레이트(30)는 BaTiO3 시편(10)이 달라붙는 문제점이 발생하기 때문이다.The Al 2 O 3 plate 30 preferably has a higher sintering temperature than the BaTiO 3 specimen 10. The reason is that Al 2 O 3 to have when applied to less than the sintering temperature of Al 2 O 3 plate 30 is BaTiO 3 attached
참고로, 도 6b의 B 구간에서 시편에 포함된 분산제, 결합제 및 가소제가 공기 중으로 날라가고, 미립자(Particle)(BaTiO3 순수 입자를 가리킴)만을 소결하기 위해 상기와 같이 두 단계(B,C)를 거쳐 홀딩시켰다. 그로 인해 BaTiO3 시편(10)의 균일성(Uniformity)이 증가하여 최종 제품(완제품)의 품질이 향상된다.For reference, in the section B of FIG. 6B, the dispersant, the binder, and the plasticizer included in the specimen are blown into the air, and the two steps (B, C) as described above to sinter only the particles (pointing to BaTiO 3 pure particles) are performed. Hold through. As a result, the uniformity of the BaTiO 3 test piece 10 is increased to improve the quality of the final product (finished product).
도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 신터링시 온도 제어는 다음 단계를 거친다. 즉, 처음에는 소결온도가 100~300℃가 될 때까지 분(min)당 1~10℃씩 높이며(A 구간에 해당함), 그런 후, 상기 소결온도가 100~300℃인 상태에서 1 ~ 2 시간 동안 유지시킨다.(B 구간에 해당함) 그리고 나서 소결온도가 1050~1200℃가 될 때까지 분(min)당 1~10℃씩 높이며(C 구간에 해당함), 그런 후 소결온도가 1050~1200℃인 상태에서 2 ~ 3 시간 동안 유지시키며(D 구간에 해당함), 최종적으로 소결온도를 분(min)당 1~10℃씩 낮춘다.(E 구간에 해당함)Referring to Figure 6b, the temperature control during sintering according to the present invention goes through the following steps. That is, initially, the sintering temperature is increased by 1 to 10 ° C. per minute (min) until the sintering temperature is 100 to 300 ° C. (corresponding to section A). Hold for a period of time (corresponding to section B) and then raise it by 1 to 10 ° C per minute (corresponding to section C) until the sintering temperature reaches 1050-1200 ° C, then the sintering temperature is 1050-1200 It is maintained for 2 to 3 hours in the state of ℃ (corresponding to the D section), and finally lowering the sintering temperature by 1 ~ 10 ℃ per minute (corresponding to the E section).
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 동작을 살펴본다.It looks at the operation of the inkjet printer head according to an embodiment of the present invention having the configuration as described above.
먼저, 잉크가 상측에 형성된 관통구멍(64)을 통해 주입되면 중력에 의해 하측으로 낙하하고 잉크통로(58)를 거쳐 챔버(78)에 모이게 된다.First, when ink is injected through the through
상기 챔버(78)에 모여진 잉크는 분자들간에 상호인력이 존재하여 외력이 가해지지 않으면 노즐(52a)로 배출되지 않는다. The ink collected in the
여기서, 상,하부전극(68,60)에 전류가 공급되면 압전판(62)이 수축되고, 상기 압전판(62)에 부착된 탄성판(70)이 아래방향으로 볼록해지면서 헤드 내부의 챔버에 압력을 가하게 된다.Here, when current is supplied to the upper and
이 압력에 의해 챔버(78)에 저장된 잉크가 노즐(52a)을 통해 외부로 배출되어 분사작업이 가능하게 된다.By this pressure, the ink stored in the
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 압전방식 잉크젯 프린터 헤드 제조방법은 MEMS 공정으로 제작하기 어려운 형상(TOP이나 Bottom과 연결되지 않으며 중앙에 빈 공간 형성, 외팔보 등)을 종래보다 용이하게 구현시킬 수 있다.As described above, the piezoelectric inkjet printer head manufacturing method according to the present invention can easily implement a shape (not connected to the top or bottom, can be formed in the center, cantilever, etc.) difficult to manufacture by the MEMS process than conventional. .
또한, 본 발명은 종래의 여러 개의 판을 적층시킴으로써 발생하는 제품의 크기 증가, 공정의 복잡함 및 비용증가를 방지할 수 있다.In addition, the present invention can prevent the increase in the size of the product, the complexity of the process and the increase in cost caused by laminating several conventional plates.
뿐만 아니라 본 발명의 제작 공정은 잉크젯 프린터 헤드뿐만 아니라 MEMS공정을 사용하여 제작하는 센서, 액츄에이터 등 다양한 분야에 적용 가능하다.In addition, the manufacturing process of the present invention can be applied to various fields such as an inkjet printer head as well as a sensor, an actuator manufactured using the MEMS process.
상술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the present invention as described above, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
Claims (7)
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