KR100897556B1 - 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 헤드의 노즐 제조방법이 개시된다. 노즐면에 노즐이 천공된 잉크젯 헤드 구조를 제공하는 단계, 및 노즐면을 향하여 방향성을 갖는 물리적 증착방법을 이용하여 잉크젯 헤드 구조에 소정의 증착시간 동안 발수물질을 증착하는 단계를 포함하되, 증착시간은 노즐의 안쪽에 증착된 발수물질이, 발수력을 가지는 임계두께 보다 얇게 증착되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법은, 이베포레이션(Evaporation) 등 스텝 커버리지(step coverage) 효과가 낮은 방향성을 갖는 물리적 증착방법으로 잉크젯 헤드의 발수층을 증착함으로써 노즐면에만 선택적으로 발수층이 증착되도록 할 수 있으며, 우수한 발수(Hydrophobicity) 처리가 가능하여 잉크의 매니스커스(Meniscus) 형성을 원활하게 할 수 있다.
잉크젯 헤드, 노즐, 발수층, 이베포레이션
Description
도 1, 도 2는 종래기술에 따른 발수층 제조공정을 나타낸 흐름도.
도 3은 잉크젯 헤드용 노즐에 발수층이 증착된 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증착공정을 나타낸 개요도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐을 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 잉크젯 헤드 3 : 소스
120 : 노즐면 121 : 노즐의 안쪽
122 : 노즐 141 : 발수층
본 발명은 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법에 관한 것이다.
산업용 및 프린터용으로 사용되고 있는 잉크젯 헤드에 있어서, 잉크는 액적의 형태로 분사되며 잉크젯 헤드의 인쇄 성능을 높이기 위해서는 잉크가 완전한 액적 형태로 안정하게 분사되어야 한다. 이를 위해서는 노즐 부위를 발수(Hydrophobicity) 처리하여 잉크의 매니스커스(Meniscus)가 원활히 형성이 되도록 해야 한다.
잉크젯 헤드의 노즐의 발수 처리를 위해 종래에는 전주 도금법에 의하여 노즐을 형성하는 방법과 마이크로 펀칭과 연마 공정에 의하여 노즐을 형성하는 방법이 사용되어 왔다. 이러한 방법들에 의하여 제조되는 노즐의 출구 부위는 잉크젯 헤드에서 분사되는 잉크 액적의 크기, 잉크의 분사 성능, 잉크 분사의 안정성과 연속 분사에 중요한 영향을 미치는 인자이다. 그러나, 전술한 방법들은 공정이 복잡하여 공정 조건을 관리하기 어렵고, 다양한 형상의 노즐에는 적용되지 못한다는 문제점이 있다.
노즐의 표면이 발수성을 가지지 못하는 경우에는 잉크의 분사가 반복됨에 따라 노즐 표면이 젖게 되는 웨팅(wetting) 현상이 발생하게 된다. 이러한 웨팅 현상이 발생하면 토출되는 잉크가 노즐면에 젖어있는 잉크와 덩어리를 형성하게 되어 토출되는 잉크가 완전한 액적의 형태를 가지지 못한 채 흘러내리는 방식으로 분사되게 되며, 그 결과 인쇄상태가 나쁘고 잉크의 분사 후 형성되는 매니스커스도 불안정하게 된다. 즉, 잉크젯 헤드의 신뢰성을 확보하기 위해서는 노즐면을 발수 처리하는 것이 필수적이라 할 수 있다.
잉크젯 프린터 헤드의 노즐면을 반영구적으로 발수 처리하기 위해 종래에는 발수성 물질을 일정 조건의 전장이 걸린 도금조에서 도금처리하는 방법을 사용해 왔다. 발수성 물질로는 테플론계 물질이 주로 사용되며, 테플론계 물질 중 대표적인 것은 PTFE(Polytetrafluroethylene)이다. 이러한 PTFE를 사용하여 노즐면을 발수처리하기 위해서는 일정 조건의 전장이 걸린 도금조에서 PTFE 복합 도금 처리하는 방법이 사용된다.
그러나, 이러한 복합 도금에 의한 발수처리 방법은 방향성이 없으므로 발수층이 형성되어야 할 노즐면뿐만 아니라 발수층이 형성되어서는 안 될 노즐의 안쪽까지 도금되어 발수층이 형성된다. 따라서 복합 도금법에 의하여 발수 처리를 하는 경우에는 노즐의 안쪽에 발수층이 형성되는 것을 방지하기 위한 전처리가 추가로 필요하게 된다.
종래에는, 도 1에 도시된 것과 같이, 노즐면에만 발수 처리가 되도록 하기 위해 노즐의 안쪽에 부도체로 절연막(12)을 형성한 후 발수층(14)을 도금함으로써 노즐의 안쪽에 발수층이 형성되지 않도록 하는 방법이 사용되었다. 이때 절연막(12)으로 사용되는 대표적인 물질은 포토레지스터이며, 도 1에 도시된 것과 같이 노즐면에 발수 처리를 하기 전에 먼저 노즐의 후면에 포토레지스터를 스크린 프린팅 등의 방법으로 도포하여 절연막(12)을 형성한 후, 일반적인 방법인 복합 도금 처리공정에 의하여 PTFE 등의 발수층(14)를 노즐의 표면에 형성하였다.
또한, 도 2에 도시된 것과 같이, 노즐의 후면에 진공 증착법의 직진성을 이용하여 균일한 부도체 박막(32)을 형성하고 노즐 전면에 전체적으로 발수 물질을 도금하는 방법이 사용되었다. 즉, 도 2에 도시된 것과 같이 노즐에 발수처리를 하 기 전에 노즐의 후면에 진공 증착법에 의하여 부도체 박막(32)을 형성하고, 노즐면에 테플론계 발수 물질을 도금하여 발수층(34)을 형성하고, 노즐을 열처리하여 노즐의 발수처리를 완료하는 것이다.
이와 같이 잉크젯 헤드의 노즐에 발수층을 형성하기 위하여 전술한 방법들이 사용되고 있으나 이러한 방법들로는 노즐 후면에 발수층이 증착되는 것을 완전히 방지하기 곤란하고, 모든 노즐을 균일한 깊이로 발수 처리하는 것이 어렵다. 이에 따라 발수 처리 후 액적 분사시 액적 크기가 균일하지 못하거나 반복 인쇄의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 방향성을 갖는 물리적 증착방법으로 잉크젯 헤드의 노즐면에만 선택적으로 발수층을 증착하여 공정을 단순화한 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 노즐면에 노즐이 천공된 잉크젯 헤드 구조를 제공하는 단계, 및 노즐면을 향하여 방향성을 갖는 물리적 증착방법을 이용하여 잉크젯 헤드 구조에 소정의 증착시간 동안 발수물질을 증착하는 단계를 포함하되, 증착시간은 노즐의 안쪽에 증착된 발수물질이, 발수력을 가지는 임계두께 보다 얇게 증착되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법이 제공된다.
잉크젯 헤드 구조는 실리콘 기판을 식각하여 형성된 복수의 기판을 접합하여 제조될 수 있다. 증착방법은 이베포레이션(evaporation) 방법일 수 있다. 발수물질은 F계 또는 Si계 고분자 물질로 이루어지며, 임계두께는 발수물질의 재질에 상응하여 미리 설정된 값일 수 있으며, 예를 들면 40 옹스트롬일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 잉크젯 헤드용 노즐에 발수층이 증착된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증착공정을 나타낸 개요도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 노즐을 나타낸 단면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 잉크젯 헤드(1), 소스(3), 노즐면(120), 노즐의 안쪽(121), 노즐(122), 발수층(141)이 도시되어 있다.
잉크젯 헤드용 노즐(122)의 발수층(141)은 도 3에 도시된 것과 같이 형성된다. 즉, 발수물질이 증착됨으로써 형성되는 발수층(141)이 노즐(122) 입구 및 노즐의 안쪽(121)으로 수 마이크로미터까지 적층되는 것이 보통이다. 본 실시예는 이베 포레이션(evaporation)과 같은 방향성을 가진 물리적 증착방법을 이용하여, 완성된 노즐면(120)에 발수층(141)을 증착함으로써 노즐(122)의 발수 처리를 용이하게 하고 노즐(122) 간 균일도를 향상시킴으로써 수율을 높인 것을 특징으로 한다.
발수물질을 증착하여 발수층(141)을 형성하는 데에 있어서는 노즐면(120)에만, 또는 노즐면(120)으로부터 적당한 깊이까지만 선택적으로 발수층(141)이 코팅되도록 하는 것이 중요하다. 발수층(141)은 잉크젯 헤드(1) 구조를 형성한 이후에 형성되는 것이기 때문에, 포토리소그래피(photolithography) 공정이나 클리닝(cleaning) 공정 등이 진행되면 헤드 내부에 이물질이 들어갈 수 있어 헤드의 수율을 저하시키게 된다.
발수층(141)의 선택적 코팅에 있어서는, 첫째, 실리콘을 접합하여 제조된 헤드의 경우 접합 온도가 높아서 접합 공정 이후에 발수층(141) 증착이 가능하고, 둘째, 접합 이후 발수층(141) 증착 과정에서 습식(wet) 공정으로 인한 클리닝 공정이 추가로 필요하지 않아야 하며, 셋째, 발수층(141)이 증착된 위치가 정확히 노즐(122) 끝부분에 위치하고 또한 균일성을 유지해야 하고, 넷째, 충분한 발수력을 가진 발수물질을 사용하여 코팅해야 한다는 조건들을 만족시켜야 한다.
본 실시예에 따라, 위와 같은 조건들을 만족시키는 잉크젯 헤드용 노즐(122)을 제조하기 위해서는, 먼저 노즐면(120)에 노즐(122)이 천공된 잉크젯 헤드(1) 구조를 제공한다(100). 예를 들어 반도체 공정을 적용하여 실리콘 기판을 식각함으로써 잉크젯 헤드(1)를 제조할 경우, 챔버가 가공되는 상부 기판, 리스트릭터와 잉크유로가 가공되는 중간 기판, 노즐(122)이 천공되는 하부 기판을 제작하여 실리콘 다이렉트 본딩으로 접합함으로써 헤드 구조를 제조할 수 있다. 설계에 따라서는 보다 많은 수의 기판을 가공하여 접합하거나, 상, 하부 기판만을 가공하여 접합할 수도 있으며, 실리콘 기판이 아닌 스테인레스 등 메탈 기판을 가공하여 헤드구조를 형성할 수도 있음은 물론이다.
다음으로, 잉크젯 헤드(1)의 노즐면(120)을 향하여, 이베포레이션 등 방향성을 갖는 물리적 증착방법으로 발수물질을 증착하여 발수층(141)을 형성한다(120). 즉, 잉크젯 헤드(1)의 구조가 완성된 상태에서 F계나 Si계의 발수물질을 증착하는 것이다. 도 5는 이베포레이션에 의한 증착공정을 나타낸 모식도이다.
이베포레이션 방식은 물리적 증착 방법의 하나로서, 증착될 물질을 소스(Source)(3)에 담아서 진공상태에서 증발시켜 피증착체인 헤드의 노즐면(120)에 증착되도록 하는 방법이다. 일반적으로 물리적 증착방법은 화학적 증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)과 달리 스텝 커버리지(step coverage)가 좋지 않다. 스텝 커버리지란 각종 박막이 코팅될 때 평평한 부분에 대한 경사진 단차(step)부분의 코팅된 정도의 비율을 지칭하며, 일반적인 반도체 공정에서는 스텝 커버리지를 높이기 위하여 화학적 증착방법이 적용되는 실정이다.
그러나, 본 실시예에서는 노즐면(120)에만 선택적으로 발수층(141)이 코팅되도록 하기 위하여 스텝 커버리지가 좋지 않은 물리적 증착방법, 예를 들면 이베포레이션 방식을 적용하였다. 이와 같이 물리적 증착 방법을 사용하면 도 6에 도시된 것과 같이 소스(3)에 대향하는 부분, 즉 노즐면(120)에는 발수층(141)이 균일하게 증착되는 반면, 노즐의 안쪽(121)에는 노즐면(120)만큼 발수층(141)이 증착되지 않 은 것을 볼 수 있다. 이와 같이 물리적 증착방법의 스텝 커버리지 특성을 이용하여 본 실시예에서는 노즐면(120)에만 발수층(141)이 증착되고 노즐의 안쪽(121)에는 발수층(141)이 증착되지 않도록 한 것이다.
이베포레이션으로 일정 시간동안 발수물질을 증착하게 되면, 노즐면(120)에 소정 두께의 발수물질이 증착되어 발수력을 가지게 되며, 이로써 발수층(141)이 형성되게 된다. 따라서, 본 실시예에 따라 노즐면(120)에만 선택적으로 발수층(141)이 증착되도록 하는 것은, 노즐면(120)에만 발수물질이 증착되어 발수층(141)으로서 기능하도록 하는 것뿐만 아니라, 노즐의 안쪽(121)에 발수물질이 증착되더라도 발수력을 가질 수 있는 임계두께 보다 얇게 증착되도록 조절(110)하는 것까지 포함하는 개념이다. 즉, 이베포레이션 시간을 조절하여 노즐면(120)에는 임계두께 이상의 발수물질이 증착되도록 하고 노즐의 안쪽(121)에는 발수물질이 증착되지 않거나, 증착되더라도 임계두께보다 얇도록 하는 것이다.
예를 들어, 발수물질로서 F나 Si이 함유된 고분자 물질을 크루서블(crucible)이나 이빔(e-beam)으로 가열되는 도가니에 수용하고, 10-6 torr 이상의 높은 진공 상태에서 증발시키면 발수물질이 노즐면(120)에 증착된다. F계 또는 Si계 고분자 물질은 최소 40 옹스트롬 이상의 두께에서 발수력을 가진다고 할 때, 이베포레이션 시간을 조절하여 노즐면(120)에 적층되는 발수물질의 증착 두께를 40 옹스트롬으로 제어하게 되면, 노즐의 안쪽(121)에 발수물질이 증착되지 않도록 하거나, 발수물질이 증착되더라도 발수성을 가지지 않도록 할 수 있다.
이로써, 잉크젯 헤드(1)의 노즐면(120)에만 선택적으로 발수층(141)이 형성되도록 할 수 있게 된다. 전술한 예에서 발수물질이 발수성을 갖게 되는 두께, 즉 임계두께는 발수물질의 재질에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이베포레이션(Evaporation) 등 스텝 커버리지(step coverage) 효과가 낮은 방향성을 갖는 물리적 증착방법으로 잉크젯 헤드의 발수층을 증착함으로써 노즐면에만 선택적으로 발수층이 증착되도록 할 수 있으며, 우수한 발수(Hydrophobicity) 처리가 가능하여 잉크의 매니스커스(Meniscus) 형성을 원활하게 할 수 있다.
또한, 선택적인 발수층 증착을 위하여 종래에 사용된 포토리소그래피(Photo lithography) 방식과 여러 단계의 패터닝(patterning) 공정이 생략될 수 있어 공정시간과 비용이 감소하고, 여러 가지 화학 액체 속에 담가서 작업하는 습식(wet) 공정이 생략되므로 노즐의 안쪽으로 여러 가지 액체가 유입되어 불필요한 클리닝(cleaning) 공정이 추가되는 것을 방지할 수 있다.
Claims (5)
- 노즐면에 노즐이 천공된 잉크젯 헤드 구조를 제공하는 단계; 및상기 노즐면을 향하여 방향성을 갖는 물리적 증착방법을 이용하여 상기 잉크젯 헤드 구조에 소정의 증착시간 동안 발수물질을 증착하는 단계를 포함하되,상기 증착시간은 상기 노즐의 안쪽에 증착된 발수물질이, 발수력을 가지는 임계두께 보다 얇게 증착되도록 결정되며,상기 임계두께는 상기 발수물질의 재질에 상응하여 미리 설정된 값인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 잉크젯 헤드 구조는 실리콘 기판을 식각하여 형성된 복수의 기판을 접합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 증착방법은 이베포레이션(evaporation) 방법인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 발수물질은 F계 또는 Si계 고분자 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 임계두께는 40 옹스트롬인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법.
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| KR1020070039613A KR100897556B1 (ko) | 2007-04-24 | 2007-04-24 | 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020070039613A KR100897556B1 (ko) | 2007-04-24 | 2007-04-24 | 잉크젯 헤드의 노즐 제조방법 |
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|---|---|
| KR20080095335A KR20080095335A (ko) | 2008-10-29 |
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| KR (1) | KR100897556B1 (ko) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20010001861A (ko) * | 1999-06-09 | 2001-01-05 | 이형도 | 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법 |
| KR20010002682A (ko) * | 1999-06-16 | 2001-01-15 | 구본준 | 잉크젯헤드의 노즐 막힘 방지 방법 및 그에 따른 장치 |
| KR20030050477A (ko) * | 2001-12-18 | 2003-06-25 | 삼성전자주식회사 | 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법 |
-
2007
- 2007-04-24 KR KR1020070039613A patent/KR100897556B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20010001861A (ko) * | 1999-06-09 | 2001-01-05 | 이형도 | 절연막을 이용한 잉크젯 프린터 헤드용 노즐의 발수처리방법 |
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