KR100900959B1 - 잉크젯 헤드 제조방법 - Google Patents

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Abstract

잉크젯 헤드 제조방법이 개시된다. 잉크를 수용하는 챔버; 챔버와 연결되어 챔버에 잉크를 제공하는 리저버; 챔버 및 리저버와 연결되어 잉크의 흐름을 조절하는 리스트릭터; 챔버와 연결되어 잉크를 토출하는 노즐; 및 노즐과 챔버를 연결하는 유로가 형성되는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서, 기판의 일부를 식각하여 챔버와, 리저버와, 리스트릭터 및 유로를 형성하는 단계; 챔버를 커버하는 단계; 및 유로를 커버하도록, 노즐이 형성된 노즐판을 기판에 결합하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법은, 잉크젯 헤드의 여러 구성요소들을 하나의 기판으로부터 형성함으로써, 공정을 단순화 할 수 있고, 제작수율의 향상을 제공할 수 있다.
잉크젯, 헤드, SOI기판, RIE

Description

잉크젯 헤드 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING INK-JET HEAD}
본 발명은 잉크젯 헤드 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 헤드는 전기신호를 물리적인 힘으로 변환하여 노즐을 통해 잉크액적이 토출되도록 하는 장치로서, 종래기술에 따르면 각각의 기능을 가지는 구조를 2장 또는 3장의 웨이퍼로 제작하여 서로 접합하는 방법으로 제조되고 있다.
그러나 기능을 더하면서 웨이퍼의 두께가 낮아졌고, 그에 따라서 공정 중에 웨이퍼가 깨지는 불량이 발생하였다. 특히, 특성을 확보하기 위하여 챔버의 두께가 낮아져서 챔버의 용적을 낮추려는 노력이 가중되면서, 상당히 얇은 웨이퍼를 가공할 필요가 생겼고, 이는 노즐에 대해서도 마찬가지이다.
이러한 점들을 고려하였을 때, 종래기술에서와 같이 각 기능의 구조들을 따로 만들어 접합하는 방법은 수율을 높이는 데에 적합하지 않으며, 제품의 신뢰도에 대한 문제 또한 가지고 있다는 문제가 있다.
본 발명은 하나의 기판을 식각하여 잉크젯 헤드의 각 구성요소들을 형성함으로써 제작 수율을 향상시킬 수 있는 잉크젯 헤드 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 잉크를 수용하는 챔버; 챔버와 연결되어 챔버에 잉크를 제공하는 리저버; 챔버 및 리저버와 연결되어 잉크의 흐름을 조절하는 리스트릭터; 챔버와 연결되어 잉크를 토출하는 노즐; 및 노즐과 챔버를 연결하는 유로가 형성되는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서, 기판의 일부를 식각하여 챔버와, 리저버와, 리스트릭터 및 유로를 형성하는 단계; 챔버를 커버하는 단계; 및 유로를 커버하도록, 노즐이 형성된 노즐판을 기판에 결합하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법을 제공할 수 있다.
기판은, 제1 실리콘층과 제2 실리콘층 사이에 절연층이 개재되는 SOI(silicon on insulator)기판일 수 있으며, 이 때, 제1 실리콘층의 두께는 리저버의 깊이에 상응하는 것일 수 있다.
제1 실리콘층과 제2 실리콘층 중 적어도 하나를 연마하여 두께를 조절하는 단계를 더 수행할 수도 있다.
한편, 챔버를 커버하는 단계는, 실리콘 직접 접합을 이용하여 기판에 멤브레인을 접합함으로써 수행될 수 있다.
공정을 용이하게 수행할 수 있도록, 챔버는 기판의 일측을 식각하여 형성되고, 리저버는 기판의 타측을 식각하여 형성될 수 있다. 이러한 식각을 위하여 RIE(reactive ion etching) 방식을 이용할 수 있다.
노즐판은, 폴리머와 스테인리스 스틸 및 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 잉크젯 헤드의 여러 구성요소들을 하나의 기판으로부터 형성함으로써, 공정을 단순화 할 수 있고, 제작수율의 향상을 제공할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것 으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 SIO기판을 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, SOI기판(10), 실리콘층(11, 11a, 11b), 절연층(12), 챔버(20), 리저버(30), 리스트릭터(40), 유로(50), 노즐판(60), 노즐(62), 멤브레인(70), 액츄에이터(80)가 도시되어 있다.
먼저, 기판의 일부를 식각하여 챔버(20)와, 리저버(30)와, 리스트릭터(40) 및 유로(50)를 형성한다(S110). 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법에 대해 구체적으로 설명하기에 앞서, 상술한 잉크젯 헤드의 구성요소들에 대해 간략히 설명 하면 다음과 같다.
챔버(20)는 잉크를 수용하며, 액츄에이터(80) 등에 의해 압력이 가해지면, 수용된 잉크를 노즐(62) 방향으로 이동시켜 잉크가 토출 될 수 있도록 하는 수단이다.
리저버(30)는 주입구(35) 등을 통해 외부로부터 잉크를 공급 받아 이를 저장하고, 상술한 챔버(20)에 잉크를 공급해주는 수단이다.
리스트릭터(40)는 상술한 리저버(30)와 챔버(20)를 연통시키며, 리저버(30)와 챔버(20) 사이에서 발생하는 잉크의 흐름을 조절하는 기능을 수행하는 수단이다.
유로(50)는 챔버(20)와 노즐(62)을 연통시켜, 챔버(20)에 수용된 잉크가 노즐(62) 방향으로 이동될 수 있도록 하는 수단이다.
이러한 각 구성요소들을 기판의 일부를 식각함으로써 형성할 수 있다. 기판으로는 각종 웨이퍼가 사용될 수 있는데, 본 실시예에서는 SOI기판(10)을 사용하도록 한다. SOI기판(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘층(11) 사이에 절연층(12)이 개재되는 형태의 기판을 말한다. SOI기판(10)을 식각하여 상술한 구성요소들을 형성하는 과정에 대해 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, SOI기판(10)을 준비하고(도 3의 (a)), 표면처리를 한다. 표면처리를 위하여 SOI기판(10)의 표면에 산화막(13)을 형성하는 방법을 이용할 수 있다(도 3의 (b)).
한편, 이에 앞서 실리콘층(11)을 연마하는 공정을 수행할 수도 있다. 연마를 통하여 실리콘층의 두께를 조절함으로써, 형성하고자 하는 챔버(20), 리저버(30) 등의 깊이에 알맞은 기판을 준비할 수 있기 때문이다. 상측의 실리콘층(11a)이 연마된 모습이 도 3의 (a)에 도시되어 있다.
표면처리 후, 챔버(20)를 형성하기 위하여 SOI기판(10)의 상면에 레지스트(14)를 형성하고(도 3의 (c)), 에칭을 수행할 수 있다(도 3의 (d)). 잉크젯 헤드의 경우, 각 구성요소들의 형상이 중요하므로, 수직 형상제어에 유리한 RIE(reactive ion etch)방식을 이용할 수 있다.
이렇게 챔버(20)를 형성한 다음, 리저버(30)와 유로(50)를 형성하기 위하여 기판의 하면에 레지스트(15)를 형성하고(도 3의 (e)), 에칭을 할 수 있다(도 3의 (f)). 잉크젯 헤드의 구조를 고려하여, 기판의 상면을 식각하여 챔버(20)를 형성하고, 하면을 식각하여 리저버(30)를 형성함으로써, 공정의 수행이 수월해질 수 있게 된다.
이 경우에도, 앞서 챔버(20)를 형성하는 공정에서와 마찬가지로, 수직 형상제어에 유리한 RIE(reactive ion etch)방식을 이용할 수 있다.
이 때, 아래쪽 실리콘층(11b)의 두께가 설계치에 따른 리저버(30)의 깊이와 동일하다면, 리저버(30)를 형성하기 위하여 SOI기판(10)을 에칭 함에 있어서, 상하 실리콘층(11a, 11b) 사이에 개재된 절연층(12)이 스토퍼(stopper)로서의 기능을 수행할 수 있어, 깊이 제어가 수월해져 공정의 효율을 높일 수 있게 된다. 이를 위하여, 설계치에 따른 리저버(30)의 깊이에 상응하는 두께를 갖는 실리콘층을 마련할 수 있다. 이는 앞서 설명한 연마를 통하여 이루어질 수도 있으며, 그 밖의 다양한 방법으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
다음으로, 챔버(20)와 리저버(30)를 연결하는 리스트릭터(40)와, 리저버(30)에 잉크를 공급하기 위한 주입구(35)를 형성하기 위하여, SOI기판(10)의 상면에 다시 레지스트(16)를 형성하고(도 3의 (g)), 에칭을 할 수 있다(도 3의 (h)).
본 실시예의 경우와 같이 압전방식의 잉크젯 헤드를 제조하는 데에 있어서, 리스트릭터의 깊이에 대한 제어는 매우 중요한 의미를 갖는 점을 갖는다. 이를 고려하여, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이, SOI기판(10)을 이용하여 상하 실리콘층(11a, 11b) 사이에 개재된 절연층(12)이 스토퍼(stopper)로서의 기능을 수행하도록 할 수 있으며, 그 결과, 리스트릭터(40)의 깊이에 대한 제어를 수월하게 수행할 수 있어 신뢰도 높은 제품을 제조할 수 있게 된다.
에칭을 통하여 주입구(35)와 리저버(30), 리저버(30)와 챔버(20), 챔버(20)와 유로(50)가 완전히 연결된 모습이 도 3의 (i)에 도시되어 있다.
다음으로 챔버(20)를 커버한다(S120). 챔버(20)를 커버함으로써, 액츄에이터(80) 등을 이용하여 챔버(20)에 압력을 공급할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여, 기판의 상면에 산화막(13')을 형성하고(도 3의 (j)), 실리콘 직접 접합을 이용하여 기판의 상면에 멤브레인(70)을 결합할 수 있다(도 3의 (k)). 이렇게 기판에 결합된 멤브레인(70)의 상면에 액츄에이터(80)를 결합하여 진동을 발생시키면, 진동에 의해 멤브레인(70)에 변위가 발생하게 되며, 멤브레인(70)의 변위에 의해 챔버(20)에는 압력이 공급될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 챔버(20)를 커버하는 수단으로 멤브레인(70)을 제시 하였으나, 도 4에 도시된 바와 같이 액츄에이터(80)가 챔버(20)를 직접 커버하도록 할 수도 있다.
멤브레인(70)을 결합함으로써 주입구(35)가 막힌 경우, 멤브레인(70)의 일부를 제거하여 주입구(35)를 다시 개방할 수 있다(도 3의 (l)).
다음으로, 유로(50)를 커버하도록, 노즐(62)이 형성된 노즐판(60)을 기판의 하면에 결합한다(S130, 도 3의 (m)). 노즐판(60)을 기판의 하면에 결합함으로써, 유로(50)와 더불어 리저버(30) 역시 커버될 수 있게 되며, 잉크젯 헤드를 제조하는 공정이 쉽게 이루어질 수 있다. 노즐판(60)으로는 폴리머, 스테인리스 스틸(SUS), 실리콘 등의 재질을 이용할 수 있다.
이 후, 멤브레인(70)의 상면에 액츄에이터(80)를 결합할 수 있다(도 3의 (n)).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법을 나타내는 순서도.
도 2는 SIO기판을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법을 나타내는 흐름도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: SOI기판 11, 11a, 11b: 실리콘층
12: 절연층 20: 챔버
30: 리저버 40: 리스트릭터
50: 유로 60: 노즐판
62: 노즐 70: 멤브레인
80: 액츄에이터

Claims (8)

  1. 잉크를 수용하는 챔버; 상기 챔버와 연결되어 상기 챔버에 잉크를 제공하는 리저버; 상기 챔버 및 상기 리저버와 연결되어 상기 잉크의 흐름을 조절하는 리스트릭터; 상기 챔버와 연결되어 상기 잉크를 토출하는 노즐; 및 상기 노즐과 상기 챔버를 연결하는 유로가 형성되는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서,
    기판의 일부를 식각하여 상기 챔버와, 상기 리저버와, 상기 리스트릭터 및 상기 유로를 형성하는 단계;
    상기 챔버를 커버하는 단계; 및
    상기 유로를 커버하도록, 상기 노즐이 형성된 노즐판을 상기 기판에 결합하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 제1 실리콘층과 제2 실리콘층 사이에 절연층이 개재되는 SOI(silicon on insulator)기판인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 실리콘층의 두께는 상기 리저버의 깊이에 상응하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 실리콘층과 상기 제2 실리콘층 중 적어도 하나를 연마하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 챔버를 커버하는 단계는,
    실리콘 직접 접합을 이용하여 상기 기판에 멤브레인을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 기판의 일측을 식각하여 형성되고,
    상기 리저버는 상기 기판의 타측을 식각하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 식각은 RIE(reactive ion etching)를 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노즐판은, 폴리머와 스테인리스 스틸 및 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
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