KR100829580B1 - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 단면이 모래시계(hourglass) 형상을 가지는 잉크피드홀이 형성된 기판; 기판 위에 적층되는 것으로, 잉크피드홀로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버가 형성된 챔버층; 및 챔버층 위에 적층되는 것으로, 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐이 형성된 노즐층;을 구비한다.
Description
도 1은 종래 잉크젯 프린트헤드의 일례를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
105... 식각마스크 105'... 식각마스크층
110... 기판 111... 잉크피드홀
111a... 제1 피드홀 111b... 제2 피드홀
111c... 제3 피드홀 112... 절연층
113... 트렌치 114... 히터
116... 전극 118... 보호층
119... 캐비테이션 방지층 120... 챔버층
122... 잉크챔버 124... 리스트릭터
130... 노즐층 132... 노즐
150... 식각보호층 160... 희생층
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 상세하게는 안정적이고 신뢰성 있는 구조를 가지는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린트헤드는 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상을 형성하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
도 1에는 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적인 단면이 도시되 어 있다. 도 1을 참조하면, 종래 잉크젯 프린트헤드는 복수의 물질층이 형성된 기판(10)과, 상기 기판(10) 위에 적층되는 챔버층(20)과, 상기 챔버층(20) 위에 적층되는 노즐층(30)을 포함한다. 상기 챔버층(20)에는 토출될 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버(22)가 형성되어 있으며, 상기 노즐층(30)에는 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐(32)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 기판(10)에는 상기 잉크챔버들(22)로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀(11)이 관통되어 형성되어 있다. 또한, 상기 챔버층(20)에는 상기 잉크챔버들(22)과 잉크피드홀(11)을 연결하는 다수의 리스트릭터(24)가 형성되어 있다.
한편, 상기 기판(10) 상에는 히터들(14)과 기판(10) 사이의 절연을 위한 절연층(12)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 절연층(12) 상에는 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 다수의 히터(14)가 형성되어 있으며, 이 히터들(14) 상에는 전극들(16)이 형성되어 있다. 상기 히터들(14)와 전극들(16)의 표면에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 18)이 형성되어 있으며, 이 보호층(18) 상에는 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)으로부터 히터들(13)을 보호하기 위한 캐비테이션 방지층들(anti-cavitation layers, 19)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드를 제조하는데 있어서, 잉크피드홀(11)은 기판(10)의 배면에 식각마스크를 형성한 다음, 상기 식각마스크를 통하여 노출된 기판(10)을 관통하도록 습식 식각(wet etching)함으로써 형성 될 수 있다. 그러나, 이와 같은 습식 식각 공정을 통하여 기판(10)을 관통하는 잉크피드홀(11) 을 형성하는 공정에서는 잉크피드홀(11)의 오정렬(misalignment)이 발생될 수 있고, 이에 따라 잉크피드홀(11)과 잉크챔버들(22) 사이의 간격들이 불균일해질 수 있다. 그리고, 상기와 같은 방법으로 잉크피드홀(11)을 원하는 형상으로 정확하게 형성하기에는 습식 식각공정의 특성상 어려움이 있다. 따라서, 종래와 같이 습식 식각공정을 이용하여 기판(10)을 관통하는 잉크피드홀(11)을 형성하는 경우에는 각 노즐들(32)의 토출특성이 불균일지게 되고, 그 결과 안정적이고 신뢰성 있는 구조의 잉크젯 프린트헤드를 얻을 수 없게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 안정적이고 신뢰성 있는 구조를 가지는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
단면이 모래시계(hourglass) 형상을 가지는 잉크피드홀이 형성된 기판;
상기 기판 위에 적층되는 것으로, 상기 잉크피드홀로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버가 형성된 챔버층; 및
상기 챔버층 위에 적층되는 것으로, 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐이 형성된 노즐층;을 구비한다.
상기 잉크피드홀은 상기 기판의 상부에 형성되어 하부쪽으로 갈수록 폭이 좁 아지는 제1 피드홀, 상기 기판의 하부에 형성되어 상부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 제2 피드홀 및 상기 제1 피드홀과 제2 피드홀을 연결하는 제3 피드홀로 구성될 수 있다. 상기 제3 피드홀은 일정한 폭을 가질 수 있다.
상기 잉크피드홀은 상기 기판을 관통하도록 형성되며, 상기 챔버층에는 상기 잉크피드홀과 잉크챔버들을 연결하는 다수의 리스트릭터(restrictor)가 더 형성될 수 있다.
상기 기판의 상면에는 절연층이 형성될 수 있으며, 상기 절연층 상에는 상기 잉크챔버들 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 다수의 히터가 형성되어 있으며, 상기 히터들 상에는 상기 히터들에 전류를 인가하기 위한 다수의 전극이 형성될 수 있다.
상기 절연층 상에는 상기 히터들 및 전극들을 덮도록 보호층(passivation layer)이 형성될 수 있으며, 상기 히터들의 상부에 위치하는 상기 보호층의 상면에는 버블이 소멸시 발생되는 캐비테이션 압력으로부터 상기 히터를 들을 보호하기 위한 다수의 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer)이 더 형성될 수 있다.
그리고, 상기 보호층 및 절연층에는 상기 잉크피드홀과 연통하는 트렌치(trench)가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
기판의 상면 및 하면에 각각 절연층 및 식각마스크층을 형성하는 단계;
상기 절연층 상에 히터들 및 전극들을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 절연층에 상기 기판의 상면을 노출시키는 트렌치를 형성하는 단계;
상기 절연층 상에 다수의 잉크챔버가 형성된 챔버층을 형성하는 단계;
상기 식각마스크층을 패터닝하여 식각마스크를 형성하는 단계;
상기 트렌치를 통하여 노출된 기판의 상면 및 상기 식각마스크를 통하여 노출된 기판의 하면을 식각하여 상기 기판의 상부 및 하부에 각각 제1 피드홀 및 제2 피드홀을 형성하는 단계;
상기 챔버층 상에 다수의 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 피드홀과 제2 피드홀 사이의 기판을 식각하여 상기 제1 피드홀과 제2 피드홀을 연결하는 제3 피드홀을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 히터들 및 전극들을 형성한 다음, 상기 절연층 상에 상기 히터들 및 전극들을 덮도록 보호층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다. 이 경우, 상기 트렌치는 상기 보호층 및 절연층을 순차적으로 식각함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 상기 챔버층을 형성한 다음, 상기 절연층 및 챔버층 상에 식각보호층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 제1 및 제2 잉크피드홀은 각각 상기 트렌치를 통하여 노출된 기판의 상면 및 상기 식각마스크를 통하여 노출된 기판의 하면을 습식 식각함으로써 형성될 수 있다. 상기 제3 피드홀은 상기 제1 피드홀과 제2 피드홀 사이의 기판을 건식 식각함으로써 형성될 수 있다.
상기 노즐층을 형성하는 단계는, 상기 제1 피드홀, 트렌치 및 잉크챔버를 채우도록 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 및 챔버층 상에 노즐물질층을 적층하는 단계; 및 상기 노즐물질층을 패터닝하여 상기 희생층을 노출시키는 노즐들을 형 성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 희생층을 형성한 다음, 상기 희생층의 상면을 평탄화하는 단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 제3 피드홀을 형성한 다음, 상기 노즐들 및 제3 피드홀을 통하여 상기 희생층을 제거하는 단계가 더 포함될 수 있다. 그리고, 상기 희생층을 제거한 다음, 상기 식각마스크를 제거하는 단계를 더 포함될 수 있다.
상기 절연층 및 식각마스크층은 상기 기판의 상면 및 하면을 산화시킴으로써 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 잉크젯 프린트헤드의 각 구성요소는 예시된 물질과 다른 물질이 사용될 수도 있으며, 각 물질의 적층 및 형성 방법도 단지 예시된 것으로서, 예시된 방법 이외에 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 또한, 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서, 각 단계의 순서는 경우에 따라서 예시된 바와 달리 할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는 복수의 물질층이 형성된 기판(110)과, 상기 기판(110) 위에 적층되는 챔버층(120)과, 상기 챔버층(120) 위에 적층되는 노즐층(130)을 구비한다. 여기서, 상기 챔버층(120)에는 다수의 잉크챔버(122)가 형성되어 있으며, 상기 노즐층(130)에는 다수의 노즐(132)이 형성되어 있다.
상기 기판(110)으로는 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 상기 기판(110)에는 잉크 공급을 위한 잉크피드홀(111)이 관통되어 형성되어 있다. 본 실시예에서, 상기 잉크피드홀(111)은 그 단면이 모래시계(hourglass) 형상을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 잉크피드홀(111)은 상기 기판(110)의 상부에 형성되는 제1 피드홀(111a)과, 상기 기판(110)의 하부에 형성되는 제2 피드홀(111b)과, 상기 제1 피드홀(111a)과 제2 피드홀(111b)을 연결하는 제3 피드홀(111c)로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 피드홀(111a)은 하부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되며, 상기 제2 피드홀(111b)은 상부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성된다. 그리고, 상기 제3 피드홀(111c)은 일정한 폭을 가지도록 형성된다. 한편, 도면에서는 기판(110)에 하나의 잉크피드홀(111)이 형성된 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 잉크의 색상에 따라 복수개의 잉크피드홀(111)이 형성될 수 있다.
상기 기판(110)의 상면에는 기판(110)과 히터들(114) 사이의 절연을 위한 절연층(112)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 절연층(112)은 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 절연층(112)의 상면에는 잉크챔버들(122) 내 의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 다수의 히터(114)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 히터들(114)은 상기 잉크챔버들(122)의 하부에 위치할 수 있다. 이러한 히터(114)는 예를 들면, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 히터들(114)의 상면에는 전극들(116)이 형성되어 있다. 상기 전극(116)은 히터(114)에 전류를 인가하기 위한 것으로, 전기전도성이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 전극(116)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 금(Au), 은(Ag) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 히터들(114) 및 전극들(116)의 상면에는 보호층(passivation layer,118)이 더 형성될 수 있다. 이러한 보호층(118)은 히터들(114) 및 전극들(116)이 잉크와 접촉하여 산화되거나 부식되는 것을 방지하기 위한 것으로, 예를 들면 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 잉크챔버들(122)의 바닥을 이루는 보호층(118), 즉, 상기 히터들(114)의 발열부분 상부에 위치하는 보호층(118)의 상면에는 캐비테이션 방지층들(anti-cavitation layers,119)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캐비테이션 방지층(119)은 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)로부터 히터(114)를 보호하기 위한 것으로, 예를 들면 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 보호층(118) 및 절연층(112)에는 상기 제1 피드홀(111a)과 연통하도록 트렌치(113)가 형성되어 있다.
복수의 물질층이 형성된 기판(110) 상에 챔버층(120)이 적층되어 있다. 상기 챔버층(120)에는 상기 잉크피드홀(111)로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버(122)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 잉크피드홀(111)의 양측 상부에 잉크챔버들(122)이 위치하게 된다. 그리고, 상기 챔버층(120)에는 잉크피드홀(111)과 잉크챔버들(122)을 연결하는 통로인 다수의 리스트릭터(restrictor,124)가 더 형성될 수 있다. 그리고, 상기 챔버층(120) 상에는 노즐층(130)이 적층되어 있다. 상기 노즐층(130)에는 잉크챔버들(122) 내의 잉크가 외부로 토출되는 다수의 노즐(132)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 노즐들(132)은 잉크챔버들(122)의 상부에 위치할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는 기판(110)을 관통하여 형성된 잉크피드홀(111)이 모래시계(hourglass) 형상을 가지게 된다. 이와 같이, 잉크피드홀(111)이 모래시계 형상으로 형성되면, 후술하는 제조공정에서 언급되는 바와 같이 잉크피드홀(111)로부터 각 잉크챔버들(122)로 잉크가 균일하게 공급될 수 있다. 이에 따라, 각 노즐들(132)에서의 토출특성이 균일하게 되어 안정적이고 신뢰성 있는 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다. 또한, 상기 잉크피드홀(111) 중 제1 및 제2 피드홀(111a,111b)은 후술하는 바와 같이 기판(110)을 습식 식각함으로써 동시에 형성된다. 이러한 습식 식각과정에서 기판(110)의 식각은 기판(110)의 표면에 대하여 소정 각도로 진행되므로 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는 기판(110)의 하면쪽에 형성되는 잉크피드홀(111)의 폭(d)을 종래보다 줄일 수 있게 된다. 이와 같이, 기판(110)의 하면쪽에 형성되는 잉크피드홀(111)의 폭(d)이 줄어들게 되면 보다 강건한(robust) 구조의 잉크젯 프린트헤드를 제작할 수 있게 된다. 그리고, 잉크피드홀(111)이 잉크의 색상에 따라 복수개로 형성되는 경우에는 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드와 잉크 카트리지(미도시)의 결합시, 인접한 잉크피드홀들(111) 사이에서 서로 다른 색상의 잉크가 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 도 4 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 먼저 기판을 준비한 다음, 상기 기판(110)의 상면 및 하면에 각각 절연층(112) 및 식각마스크층(105')을 형성한다. 상기 기판(110)으로는 실리콘 기판이 일반적으로 사용된다. 상기 절연층(112)은 그 위에 형성되는 히터들(114)과 기판(110) 사이의 절연을 위한 층이다. 그리고, 상기 식각마스크층(105')은 후속 공정에서 패터닝되어 잉크피드홀(도 12의 111) 중 제2 피드홀(111b)의 형성을 위한 식각마스크(도 7의 105) 역할을 하게 된다. 이러한 상기 절연층(112) 및 식각마스크층(105')은 상기 기판(110)의 상면 및 하면을 산화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 절연층(112) 및 식각마스크층(105')은 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 절연층(112)의 상면에 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터들(114)을 형성한다. 상기 히터들(114)은 절연층(112)의 상면에 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체를 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상 기 히터들(114)의 상면에 히터들(114)에 전류를 인가하기 위한 전극들(116)을 형성한다. 상기 전극들(116)은 히터들(114)의 상면에 전기 전도성이 우수한 금속, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금, 금, 은 등을 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
이어서, 상기 히터(114) 및 전극(116)을 덮도록 절연층(112)의 상면에 보호층(passivation layer,118)를 더 형성할 수 있다. 상기 보호층(118)은 히터(114) 및 전극(116)이 잉크와 접촉하여 산화되거나 부식되는 것을 것을 방지하기 위한 것으로, 일반적으로 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 잉크챔버(도 12의 122)의 바닥을 이루는 보호층(118)의 상면에 캐비테이션 방지층들(anti-cavitation layers,119)을 더 형성할 수 있다. 상기 캐비테이션 방지층들(119)은 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)으로부터 히터들(114)를 보호하기 위한 것으로, 일반적으로 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다. 다음으로, 상기 보호층(118) 및 절연층(112)을 순차적으로 식각하여 기판(110)의 상면을 노출시키는 트렌치(trench,113)를 형성한다. 여기서, 상기 트렌치(113)는 후술하는 공정에서 형성되는 잉크 피드홀(도 12의 111)의 상부에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 트렌치(113)의 양측에 상기 히터들(114) 및 전극들(116)이 위치하게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 보호층(118) 상에 잉크챔버들(122)이 형성된 챔버층(120)을 형성한다. 구체적으로, 상기 챔버층(120)은 도 5에 도시된 구조물을 덮도록 챔버물질층을 소정 두께로 도포한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있 다. 이때, 상기 잉크챔버들(122)은 히터들(114)의 상부에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 챔버층(120)에는 잉크챔버들(122)과 잉크피드홀(111)을 연결하는 통로인 리스트릭터들(124)이 더 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 기판(110)의 하면에 형성된 식각마스크층(105')을 패터닝하여 기판(110)의 하면을 노출시키는 식각마스크(105)를 형성한다. 그리고, 상기 챔버층(120) 및 보호층(118) 상에는 식각보호층(150)을 형성할 수 있다. 상기 식각보호층(150)은 도 6에 도시된 구조물을 덮도록 소정 물질을 도포한 다음, 이를 상기 트렌치(113)가 노출되도록 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이러한 식각보호층(150)은 후술하는 기판(110)의 습식 식각공정에서 챔버층(120), 보호층(118), 히터들(114) 및 전극들(116)을 보호하기 위한 것으로, 기판(110)에 대하여 식각 선택성(etch selectivity)을 가지는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 8을 참조하면, 상기 트렌치(113)를 통하여 노출된 기판(110)의 상면 및 상기 식각마스크(105)를 통하여 노출된 기판(110)의 하면을 식각하여 상기 기판(110)의 상부 및 하부에 각각 제1 및 제2 피드홀(111a,111b)을 형성한다. 여기서, 상기 기판(110)의 식각은 습식 식각공정에 의하여 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 습식 식각공정에는 예를 들면 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 등과 같은 식각액(etchant)이 사용될 수 있다. 이와 같이, 상기 기판(110)의 상면 및 하면을 습식 식각하게 되면, 상기 기판(110)의 식각은 기판(110)의 표면에 대하여 소정 각도로 진행되어 도 8에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)의 상부에는 하부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 제1 피드홀(111a)이 형성되며, 기판(110)의 하부에는 상 부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 제2 피드홀(111b)이 형성된다. 이어서, 상기 식각보호층(150)은 제거된다.
도 9를 참조하면, 제1 피드홀(111a), 트렌치(113), 잉크챔버들(122) 및 리스트릭터들(124)을 채우도록 희생층(160)을 형성한다. 이어서, 상기 희생층(160)은 예를 들면 화학적 기계적 연마 공정(CMP; chemical mechanical polishing)을 통하여 그 상면이 평탄화될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 챔버층(120) 및 희생층(160)의 상면에 다수의 노즐(132)이 형성된 노즐층(130)을 형성한다. 상기 노즐층(130)은 상기 챔버층(120) 및 희생층(160)의 상면에 노즐물질층을 형성한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 노즐층(130)에는 상기 희생층(160)의 상면을 노출시키는 다수의 노즐(132)이 형성된다. 여기서, 상기 노즐들(132)은 잉크챔버들(122)의 상부에 형성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제1 피드홀(111a)과 제2 피드홀(111b) 사이의 기판(110)을 식각하여 제1 피드홀(111a)과 제2 피드홀(111b)을 연결하는 제3 피드홀(111c)을 형성한다. 여기서, 상기 제3 피드홀(111c)은 상기 희생층(160)의 하면이 노출될 때까지 상기 제1 피드홀(111a)과 제2 피드홀(111b) 사이의 기판(110)을 건식 식각함으로써 형성될 수 있다. 이러한 건식 식각공정에 의하여 상기 제3 피드홀(111c)은 일정한 폭을 가지고 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 잉크챔버들(122), 리스트릭터들(124), 트렌치(113) 및 제1 피드홀(111a)에 채워진 희생층(160)을 제거한다. 상기 희생층(160)은 상기 노즐들(132), 그리고, 상기 제2 및 3 피드홀(111b,111c)을 통하여 소정의 식각액을 주입함으로써 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버층(120)에는 잉크챔버들(122) 및 리스트릭터들(124)이 형성되며, 상기 기판(110)에는 그 단면이 모래시계 형상을 가지는 잉크피드홀(111)이 관통되어 형성된다. 여기서, 상기 잉크피드홀(111)은 기판(110)의 상부에서 트렌치(113)와 연통하도록 형성된 제1 피드홀(111a)과, 기판(110)의 하부에 형성된 제2 피드홀(111b)과, 상기 제1 피드홀(111a)과 제2 피드홀(111b)을 연결하는 제3 피드홀(111c)로 구성된다. 여기서, 제1 피드홀(111a)은 하부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지고, 상기 제2 피드홀(111b)은 상부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지며, 상기 제3 피드홀(111c)은 일정한 폭을 가지게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에서는 잉크피드홀(111) 중 기판(110)의 상부에 형성되는 제1 피드홀(111a)이 트렌치(113)를 통하여 노출된 기판(110)의 상면을 식각함으로써 형성되므로, 상기 제1 피드홀(111a)과 잉크챔버들(122) 사이의 간격을 균일하게 할 수 있다. 이에 따라, 잉크피드홀(111)로부터 각 잉크챔버들(122)로 잉크를 균일하게 공급할 수 있다. 또한, 상기 기판(110)의 상부 및 하부에 형성되는 제1 및 제2 피드홀(111a,111b)은 트렌치(113)를 통하여 노출된 기판(110)의 상면 및 식각마스크(105)를 통하여 노출된 기판(110)의 하면을 동시에 습식식각함으로써 형성된다. 이러한 습식 식각과정에서 기판(110)의 식각은 기판(110)의 표면에 대하여 소정 각도로 진행되므로 기판(110)의 하면쪽에 형성되는 잉크피드홀(111)의 폭(도 3의 d)을 종래 보다 줄일 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 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 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 잉크피드홀 중 기판의 상부에 형성되는 제1 피드홀과 잉크챔버들 사이의 간격을 균일하게 할 수 있으므로, 잉크피드홀로부터 각 잉크챔버들로 잉크를 균일하게 공급할 수 있다. 이에 따라, 각 노즐들에서의 토출특성을 균일하게 되어 안정적이고 신뢰성 있는 잉크젯 프린트헤드를 구현할 수 있다.
둘째, 잉크피드홀 중 상기 기판의 상부 및 하부에 형성되는 제1 및 제2 피드홀은 기판의 상면 및 기판의 하면을 동시에 습식식각함으로써 형성되므로, 기판의 하면쪽에 형성되는 잉크피드홀의 폭을 종래 보다 줄일 수 있다. 이에 따라, 보다 강건한 구조의 잉크젯 프린트헤드를 제작할 수 있게 된다. 그리고, 잉크피드홀이 잉크의 색상에 따라 복수개로 형성되는 경우에는 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드와 잉크 카트리지의 결합시, 인접한 잉크피드홀들 사이에서 서로 다른 색상의 잉크가 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
Claims (28)
- 잉크피드홀이 형성된 기판;상기 기판 위에 적층되는 것으로, 상기 잉크피드홀로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버가 형성된 챔버층; 및상기 챔버층 위에 적층되는 것으로, 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐이 형성된 노즐층;을 구비하고,상기 잉크피드홀은 상기 기판의 상부에 형성되어 하부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 제1 피드홀, 상기 기판의 하부에 형성되어 상부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 제2 피드홀 및 상기 제1 피드홀과 제2 피드홀을 연결하는 제3 피드홀로 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제3 피드홀은 일정한 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 잉크피드홀은 상기 기판을 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉 크젯 프린트헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 잉크챔버들은 상기 잉크피드홀의 양측 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 챔버층에는 상기 잉크피드홀과 잉크챔버들을 연결하는 다수의 리스트릭터(restrictor)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 노즐들은 상기 잉크챔버들의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판의 상면에는 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 8 항에 있어서,상기 절연층 상에는 상기 잉크챔버들 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키 는 다수의 히터가 형성되어 있으며, 상기 히터들 상에는 상기 히터들에 전류를 인가하기 위한 다수의 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 9 항에 있어서,상기 절연층 상에는 상기 히터들 및 전극들을 덮도록 보호층(passivation layer)이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 10 항에 있어서,상기 히터들의 상부에 위치하는 상기 보호층의 상면에는 버블이 소멸시 발생되는 캐비테이션 압력으로부터 상기 히터를 들을 보호하기 위한 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer)이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 10 항에 있어서,상기 보호층 및 절연층에는 상기 잉크피드홀과 연통하는 트렌치(trench)가 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 기판의 상면 및 하면에 각각 절연층 및 식각마스크층을 형성하는 단계;상기 절연층 상에 히터들 및 전극들을 순차적으로 형성하는 단계;상기 절연층에 상기 기판의 상면을 노출시키는 트렌치를 형성하는 단계;상기 절연층 상에 다수의 잉크챔버가 형성된 챔버층을 형성하는 단계;상기 식각마스크층을 패터닝하여 식각마스크를 형성하는 단계;상기 트렌치를 통하여 노출된 기판의 상면 및 상기 식각마스크를 통하여 노출된 기판의 하면을 식각하여 상기 기판의 상부 및 하부에 각각 제1 피드홀 및 제2 피드홀을 형성하는 단계;상기 챔버층 상에 다수의 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계; 및상기 제1 피드홀과 제2 피드홀 사이의 기판을 식각하여 상기 제1 피드홀과 제2 피드홀을 연결하는 제3 피드홀을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 히터들 및 전극들을 형성한 다음, 상기 절연층 상에 상기 히터들 및 전극들을 덮도록 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 트렌치는 상기 보호층 및 절연층을 순차적으로 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 히터들 및 전극들은 상기 트렌치의 양측에 위치하는 것을 특징으로 하 는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 보호층을 형성한 다음, 상기 히터들의 상부에 위치하는 상기 보호층 상에 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 챔버층을 형성한 다음, 상기 절연층 및 챔버층 상에 식각보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제1 및 제2 잉크피드홀은 각각 상기 트렌치를 통하여 노출된 기판의 상면 및 상기 식각마스크를 통하여 노출된 기판의 하면을 습식 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 제1 잉크피드홀은 하부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되며, 상기 제2 잉크피드홀은 상부쪽으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 습식 식각에 사용되는 식각액은 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제3 피드홀은 상기 제1 피드홀과 제2 피드홀 사이의 기판을 건식 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 제3 피드홀은 일정한 폭을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 노즐층을 형성하는 단계는,상기 제1 피드홀, 트렌치 및 잉크챔버를 채우도록 희생층을 형성하는 단계;상기 희생층 및 챔버층 상에 노즐물질층을 적층하는 단계; 및상기 노즐물질층을 패터닝하여 상기 희생층을 노출시키는 노즐들을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 희생층을 형성한 다음, 상기 희생층의 상면을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 제3 피드홀을 형성한 다음, 상기 노즐들 및 제3 피드홀을 통하여 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 희생층을 제거한 다음, 상기 식각마스크를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 절연층 및 식각마스크층은 상기 기판의 상면 및 하면을 산화시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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