KR100908115B1 - 다공성 매체를 통한 잉크 공급 구조를 가진 잉크젯프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

다공성 매체를 통한 잉크 공급 구조를 가진 잉크젯프린트헤드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고 배면쪽에는 잉크 챔버와 소정 간격을 두고 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 형성된 기판과, 기판 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 잉크 챔버로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 관통되어 형성된 노즐 플레이트와, 노즐 플레이트의 물질층들 사이에 마련되어 잉크 챔버 내부의 잉크를 가열하는 히터와 히터에 전류를 인가하는 도체를 구비한다. 그리고, 상기 기판은 적어도 잉크 챔버의 아랫 부분이 다공성 실리콘 기판 또는 소결성형된 금속 플레이트와 같은 다공성 매체로 이루어지며, 다공성 매체를 통해 매니폴드로부터 잉크 챔버로의 잉크 공급이 이루어진다. 이와 같은 구성에 의하면, 다공성 매체로 이루어진 기판을 통한 잉크 공급 구조를 가짐으로써 잉크의 유동 임피던스를 효과적으로 제어할 수 있으며, 잉크 채널이 형성되지 않으므로 잉크에 포함된 불순물 입자에 의해 잉크 채널이 막히는 문제점이 발생하지 않는다.

Description

다공성 매체를 통한 잉크 공급 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet printhead with ink supplying mechanism through porous medium and method of manufacturing thereof}
도 1은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 일례를 나타내 보인 평면도이다.
도 2는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 다른 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 3은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 또 다른 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 표시된 A-A'선을 따른 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 6은 다공성 매체를 통한 잉크 유동 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제 2 내지 제 6 실시예들을 도시한 수직 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 7에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 잉크가 공급되고 토출되는 메카니즘을 설명하기 위한 도면들이다.
도 13 내지 도 18은 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
도 19 내지 도 25는 도 7에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,510,610...기판 511,611...제1 기판
512,612...제2 기판 120,220,320...노즐 플레이트
121...제1 보호층 122...제2 보호층
124...열전도층 126...제3 보호층
132,532,632...잉크 챔버 136,536,636...매니폴드
138,238,338...노즐 142...히터
144...도체 129,229...노즐 가이드
227...시드층 228,328...열발산층
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 매체를 통한 잉크 공급 구조를 가진 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식 으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기 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 내부에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
여기에서, 버블의 성장방향과 잉크 액적의 토출 방향에 따라 상기 열구동 방식은 다시 탑-슈팅(top-shooting), 사이드-슈팅(side-shooting), 백-슈팅(back-shooting) 방식으로 분류될 수 있다. 탑-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 동일한 방식이고, 사이드-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 방식이며, 그리고 백-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 잉크 액적 토출 방식을 말한다.
이와 같은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위해서는 인접한 노즐들 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 한 좁아야 한다. 즉, DPI(dots per inch)를 높이기 위해서는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속 인쇄를 위해서는, 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 리필되는 주기가 가능한 한 짧아야 한다. 즉, 가열된 잉크와 히터의 냉각이 빨리 이루어져 구동 주파수를 높일 수 있어야 한다.
한편, 잉크 내에 존재하는 불순물 입자는 프린트헤드의 성능을 떨어뜨리는 원인이 된다. 즉, 불순물 입자가 잉크 공급 유로를 막게 되면 잉크 챔버 내로 잉크의 원활한 공급이 이루어지지 않게 된다. 이러한 불순물 입자는 헤드칩과 잉크 카트리지의 조립과정에서도 유입될 수 있으며, 잉크가 카트리지의 필터를 거치더라도 미세한 불순물 입자는 여전히 잉크 내에 존재할 수 있다. 따라서, 프린트헤드의 성능을 향상시키기 위해서는 상기의 요건 이외에도 잉크 내에 존재하는 불순물을 여과하여 불순물 입자가 잉크 공급 유로를 막는 것을 방지하여야 한다.
도 1은 불순물 입자를 여과할 수 있는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 일례로서, 미국특허 US 5,734,399호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 잉크는 매니폴드(16)로부터 잉크 채널(14)을 통하여 히터(12) 부위로 공급된다. 그리고, 잉크 유로에 포토레지스트를 이용한 다양한 형태의 섬들(island, 18)을 배치시켜 불순물 입자(19)가 히터(12) 부위로 유입되는 것을 방지하고 있다.
그런데, 이러한 잉크젯 프린트헤드는 미세한 불순물 입자를 여과하기에는 한계가 있다. 또한, 상기한 구조는 잉크 채널이 기판의 표면에 평행하게 형성된 경우에만 적용이 가능하며 잉크 채널이 기판의 표면에 수직하게 형성된 경우에는 적용 하기 어렵다.
도 2에는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 다른 예로서, 미국특허 US 5,940,099호에 개시된 다공성 매체를 통한 잉크 공급 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 잉크젯 프린트헤드는, 구동층(22)과, 캐비티층(24)과, 잉크공급층(26)과, 노즐층(28)이 위에서부터 아래로 순차 적층되어 접합된 구조를 가지고 있다. 그리고, 구동층(22)의 상부에는 트랜스듀서(23), 예컨대 압전체가 마련되어 있으며, 캐비티층(24)에는 잉크가 채워지는 캐비티(25)가 형성되어 있다. 다공성 매체로 이루어진 잉크공급층(26)에는 다수의 관통공(27)이 형성되어 있으며, 노즐층(28)에는 잉크를 토출하는 다수의 노즐(29)이 형성되어 있다. 한편, 노즐층(28) 대신에 한쪽 끝에 노즐이 형성되어 있는 유리모세관이 잉크공급층(26)의 관통공(27)에 끼워지기도 한다.
그런데, 이러한 구조를 가진 잉크젯 프린터헤드를 제조하기 위해서는, 구동층(22)의 트랜스듀서(23)와, 캐비티층(24)의 캐비티(25)와, 잉크공급층(26)의 관통공(27) 및 노즐층(28)의 노즐(29)의 중심을 모두 맞춘 상태로 다수의 층들(22, 24, 26, 28)을 접합하여야 하기 때문에, 여러 단계의 복잡한 중심 정렬 및 접합 공정을 필요로 하게 되어, 제조공정이 복잡하고 오정렬의 문제가 발생될 수 있는 단점이 있다. 그리고, 잉크는 잉크 리저버로부터 잉크공급층(26)의 상,하면에 비해 상대적으로 매우 작은 면적을 가진 측면을 통해 캐비티(25)로 유입되므로, 잉크의 리필 속도가 늦어지는 단점이 있다.
한편, 도 3에는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 또 다른 예로서, 2002년 1월 29일에 특허공개번호 2002-007741호로 공개된 본 출원인의 한국특허출원에 개시된 일체형(monolithic) 잉크젯 프린트헤드가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 실리콘 기판(30)의 표면쪽에는 반구형의 잉크 챔버(32)가 형성되어 있고, 기판(30)의 배면쪽에는 잉크 공급을 위한 매니폴드(36)가 형성되어 있으며, 잉크 챔버(32)의 바닥에는 잉크 챔버(32)와 매니폴드(36)를 연결하는 잉크 채널(34)이 관통 형성되어 있다. 그리고, 기판(30) 상에는 다수의 물질층(41, 42, 43)이 적층되어 이루어진 노즐 플레이트(40)가 기판(30)과 일체로 형성되어 있다. 노즐 플레이트(40)에는 잉크 챔버(32)의 중심부에 대응되는 위치에 노즐(47)이 형성되어 있으며, 노즐(47)의 둘레에는 도체(46)에 연결된 히터(45)가 배치되어 있다. 노즐(47)의 가장자리에는 잉크 챔버(32)의 깊이 방향으로 연장된 노즐 가이드(44)가 형성되어 있다. 상기 히터(45)에서 발생된 열은 절연층(41)을 통해 잉크 챔버(32) 내부의 잉크(48)로 전달되고, 이에 따라 잉크(48)는 비등되어 버블(49)이 생성된다. 생성된 버블(49)은 팽창하며 잉크 챔버(32) 내에 채워진 잉크(48)에 압력을 가하게 되고, 이에 따라 잉크(48)는 노즐(47)을 통해 액적(48')의 형태로 토출된다. 그 다음에, 대기와 접촉되는 잉크(48)의 표면에 작용하는 표면장력에 의해, 매니폴드(36)로부터 잉크 채널(34)을 통해 잉크(48)가 흡입되면서 잉크 챔버(32)에 다시 잉크(48)가 채워진다.
상기한 바와 같은 구조를 가진 종래의 일체형 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 실리콘 기판(30)과 노즐 플레이트(40)가 일체로 형성되어 제조 공정이 간단하 고 오정렬의 문제점이 해소되는 장점이 있으며, 또한 노즐(46), 잉크 챔버(32), 잉크 채널(34) 및 매니폴드(36)가 수직으로 배열됨으로써, 노즐 밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
그런데, 도 3에 도시된 일체형 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 잉크 채널(34)은 노즐(47)을 통해 잉크 챔버(32) 바닥 부위의 기판(30)을 이방성 이온 식각함으로써 형성되므로, 잉크 채널(34)의 형상 및 단면적은 노즐(47)의 형상 및 단면적에 의해 제약된다. 이에 따라, 잉크 액적(48')의 토출 단계에서의 잉크(48)의 역류 현상 및 잉크의 리필 단계에서의 잉크의 유입과 관련된 잉크의 유동 임피던스를 능동적으로 제어할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 그 일 목적은 다공성 매체를 통한 잉크 공급 구조를 가짐으로써 잉크의 유동 임피던스를 효과적으로 제어할 수 있으며 미세한 불순물 입자도 여과할 수 있는 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드를 접합 공정 없이 또는 접합 공정을 최소화하여 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,
표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 배면쪽에는 상기 잉크 챔버와 소정 간격을 두고 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 형성된 기판;
상기 기판 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며, 상기 잉크 챔버로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 관통되어 형성된 노즐 플레이트; 및
상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들 사이에 마련되어, 상기 잉크 챔버 내부의 잉크를 가열하는 히터와 상기 히터에 전류를 인가하는 도체;를 구비하며,
상기 기판은 적어도 상기 잉크 챔버의 아랫 부분이 다공성 매체로 이루어지며, 상기 다공성 매체를 통해 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버로의 잉크 공급이 이루어지는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.
여기에서, 상기 기판은 전체가 다공성 매체로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 기판은 상기 매니폴드가 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판 상에 적층되며 상기 잉크 챔버가 형성된 제2 기판으로 이루어지고, 상기 제1 기판이 다공성 매체로 이루어질 수 있다.
상기 다공성 매체는 다공성 실리콘 기판과 소결성형된 금속 플레이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 제2 기판은 실리콘 기판, 금속 플레이트 또는 상기 제1 기판 상에 도금된 금속층으로 이루어질 수도 있다.
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 밀착되어 접합될 수 있으며, 또는 접착제에 의해 소정의 갭을 두고 접합될 수도 있다.
상기 잉크 챔버는 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되어 상기 제1 기판의 상면이 상기 잉크 챔버의 바닥을 형성하도록 된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들은 다수의 보호층들과, 상기 보호층들 사이에 마련되며 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되어 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 그 일부분이 상기 기판에 접촉되는 열전도층을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들은 다수의 보호층들과, 상기 보호층들 위에 적층되며 금속으로 이루어진 열발산층을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐의 하부 가장자리에는 상기 잉크 챔버의 내부로 연장된 노즐 가이드가 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명은 상기한 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
다공성 매체로 이루어진 기판을 준비하는 단계;
적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 상기 기판 상에 형성하면서, 히터와 상기 히터에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계;
상기 노즐을 통해 노출된 상기 기판을 식각하여 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및
상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비한다.
여기에서, 상기 기판은 다공성 실리콘 기판과 소결성형된 금속 플레이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 노즐 플레이트 형성 단계는,
상기 기판 상에 다수의 보호층들을 순차적으로 형성하면서, 상기 보호층들 사이에 상기 히터와 상기 도체를 형성하고, 상기 보호층들 사이에 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되며 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 그 일부가 상기 기판과 접촉되는 열전도층을 형성하는 단계와; 상기 보호층들을 관통하도록 식각하여 상기 노즐을 형성하는 단계;를 구비할 수 있다.
한편, 상기 노즐 플레이트 형성 단계는,
상기 기판 상에 다수의 보호층들을 순차적으로 형성하면서, 상기 보호층들 사이에 상기 히터와 상기 도체를 형성하고, 상기 보호층들 사이에 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되며 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 그 일부가 상기 기판과 접촉되는 열전도층을 형성하는 단계와; 상기 보호층들 위에 금속으로 이루어진 열발산층을 형성하면서, 상기 노즐을 상기 보호층들과 상기 열발산층을 관통하도록 형성하는 단계;를 구비할 수도 있다.
그리고, 상기 열발산층과 상기 노즐을 형성하는 단계는,
상기 잉크 챔버가 형성될 부위의 상부에 상기 보호층들을 관통되도록 식각하여 하부 노즐을 형성하는 단계와; 상기 하부 노즐 내부에 제1 희생층을 형성하는 단계와; 상기 제1 희생층 위에 상부 노즐을 형성하기 위한 제2 희생층을 형성하는 단계와; 상기 보호층들 위해 상기 열발산층을 전기도금에 의해 형성하는 단계와; 상기 제2 희생층과 상기 제1 희생층을 제거하여 상기 하부 노즐과 상부 노즐로 이 루어지는 상기 노즐을 형성하는 단계;를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열발산층을 형성하는 단계 후에, 상기 열발산층의 상면을 화학기계적연마 공정의 의해 평탄화하는 단계;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 제1 희생층과 상기 보호층들 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 후, 상기 제2 희생층을 형성할 수 있다.
한편, 상기 하부 노즐을 형성한 후, 상기 보호층들과 상기 하부 노즐에 의해 노출된 상기 기판 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 다음, 상기 제1 희생층과 제2 희생층을 형성할 수도 있다.
그리고, 상기 노즐을 형성하는 단계는,
상기 히터 안쪽으로 상기 보호층들과 상기 기판을 이방성 식각하여 소정 깊이의 홀을 형성하는 단계와, 상기 홀의 내면에 소정의 물질층을 증착하는 단계와, 상기 홀의 바닥 부위에 형성된 상기 물질층을 식각하여 상기 기판을 노출시킴과 동시에 상기 홀의 측면에 상기 물질층으로 이루어지며 상기 노즐을 한정하는 노즐 가이드를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기한 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 다른 방법들을 제공한다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 다른 제조방법은,
다공성 매체로 이루어진 제1 기판을 준비하는 단계;
상기 제1 기판 상에 제2 기판을 적층하는 단계;
적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형 성된 노즐 플레이트를 상기 제2 기판 상에 형성하면서, 히터와 상기 히터에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계;
상기 노즐을 통해 노출된 상기 제2 기판을 식각하여 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및
상기 제1 기판의 배면쪽에 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비한다.
여기에서, 상기 제1 기판은 다공성 실리콘 기판과 소결성형된 금속 플레이트 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 상기 제2 기판은 실리콘 기판과 금속 플레이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 밀착되어 접합될 수 있으며, 이 경우 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 SDB법에 의해 접합되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 접착제에 의해 소정의 갭을 두고 접합될 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 또 다른 제조방법은,
다공성 매체로 이루어진 제1 기판을 준비하는 단계;
상기 제1 기판 상에 금속으로 이루어진 제2 기판을 적층하면서 상기 제2 기판에 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 형성하는 단계;
적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 상기 제2 기판 상에 형성하면서, 히터와 상기 히터에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계; 및
상기 제1 기판의 배면쪽에 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비한다.
여기에서, 상기 제1 기판은 다공성 실리콘 기판과 소결성형된 금속 플레이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 기판의 적층과 잉크 챔버를 형성하는 단계는,
상기 제1 기판 상에 상기 잉크 챔버를 형성하기 위한 희생층을 형성하는 단계와, 상기 제1 기판 상에 소정의 금속물질을 전기도금하여 상기 제2 기판을 형성하는 단계를 구비할 수 있으며, 상기 희생층은 상기 노즐 플레이트 형성 단계 후에 상기 노즐을 통해 제거될 수 있다.
한편, 상기 제2 기판의 적층과 잉크 챔버를 형성하는 단계는,
금속 플레이트로 이루어진 상기 제2 기판에 상기 잉크 챔버를 관통되도록 형성하는 단계와, 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 접합시키는 단계와, 상기 잉크 챔버 내에 희생층을 채우는 단계를 구비할 수도 있으며, 상기 희생층은 상기 노즐 플레이트 형성 단계 후에 상기 노즐을 통해 제거될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 도면에서 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 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 평면 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 표시된 A-A'선을 따른 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 4와 도 5를 함께 참조하면, 잉크젯 프린트헤드의 기판(110)에는 그 표면쪽에 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버(132)가 소정 깊이로 형성되고, 그 배면쪽에는 잉크 챔버(132)로 공급될 잉크가 흐르는 매니폴드(136)가 형성된다. 상기 매니폴드(136)는 잉크 챔버(132)의 아래쪽에 형성되며, 잉크를 담고 있는 잉크 리저버(미도시)와 연결된다.
한편, 도면에는 잉크젯 프린트헤드의 단위 구조만 도시되어 있지만, 칩 상태로 제조되는 잉크젯 프린트헤드에서는 다수의 잉크 챔버(132)가 매니폴드(136) 위에 일렬 또는 2열로 배치되며, 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 이상으로 배치될 수도 있다.
여기에서, 상기 기판(110)으로는 다공성 매체가 사용된다. 다공성 매체로는, 다공성 실리콘 기판이 사용될 수 있으며, 또는 소결성형된 금속 플레이트, 예컨대 소결성형된 스테인레스 플레이트 등이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에는 잉크 챔버(132)와 매니폴드(136)를 연결하는 별도의 잉크 채널이 형성되지 않는다. 따라서, 잉크 챔버(132)로의 잉크의 공급은 다공성 매체로 이루어진 기판(110)을 통해 이루어진다. 이를 위해, 잉크 챔버(132)와 매니폴드(136)는 그들 사이의 기판(110)이 잉크의 유동 속도를 고려하여 대략 수㎛ ~ 수십㎛의 두께, 바람직하게는 5㎛ ~ 20㎛의 두께를 가지도록 형성된다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.
상기한 바와 같이 잉크 챔버(132)와 매니폴드(136)가 형성되어 있는 다공성 기판(110)의 상부에는 노즐 플레이트(120)가 마련된다. 상기 노즐 플레이트(120)는 잉크 챔버(132)의 상부벽을 이루며, 잉크 챔버(132)의 중심에 대응하는 위치에는 잉크 챔버(132)로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(138)이 수직으로 관통되어 형성된다.
상기 노즐(138)의 단면 형상은 원형으로 된 것이 바람직하다. 한편, 노즐(138)의 단면 형상은 원형이 아니더라도 타원형이나 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 노즐 플레이트(120)는 기판(110) 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어진다. 이 물질층들은 제1 및 제2 보호층(121, 122)과, 열전도층(124)과, 제3 보호층(126)을 포함한다. 그리고, 제1 및 제2 보호층(121, 122) 사이에는 히터(142)가 마련되며, 제2 보호층(122)과 제3 보호층(126) 사이에는 도체(144)가 마련된다.
상기 제1 보호층(passivation layer, 121)은 노즐 플레이트(120)를 이루는 다수의 물질층 중 가장 아래쪽의 물질층으로서 기판(110)의 상면에 형성된다. 상기 제1 보호층(121)은 그 위에 형성되는 히터(142)와 그 아래의 기판(110) 사이의 절연과 히터(142)의 보호를 위한 물질층으로서 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
제1 보호층(121) 위에는 잉크 챔버(132)의 상부에 위치하여 잉크 챔버(132) 내부의 잉크를 가열하는 히터(142)가 노즐(138)을 둘러싸는 형상으로 형성된다. 이 히터(142)는 불순물이 도핑된 폴리 실리콘, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물(tantalum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride), 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)와 같은 저항 발열체로 이루어진다. 상기 히터(142)는 도 4에 도시된 바와 같이 노즐(138)을 둘러싸는 원형의 링 형상으로 형성될 수 있으며, 또는 사각형이나 다이아몬드 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 제2 보호층(122)은 제1 보호층(121)과 히터(142) 위에 마련된다. 상기 제2 보호층(122)은 그 위에 마련되는 열전도층(124)과 그 아래의 히터(142) 사이의 절연과 히터(142)의 보호를 위해 마련된다. 상기 제2 보호층(122)도 제1 보호층(121)과 마찬가지로 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
제2 보호층(122) 위에는 히터(142)와 전기적으로 연결되어 히터(142)에 펄스 형태의 전류를 인가하는 도체(conductor, 144)가 마련된다. 상기 도체(144)의 일단부는 제2 보호층(122)에 형성된 제1 컨택홀(C1)을 통해 히터(142)에 접속되며, 그 타단부는 도시되지 않은 본딩 패드에 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 도체(144)는 도전성이 양호한 금속, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 금이나 은으로 이루어질 수 있다.
상기 열전도층(124)은 상기 제2 보호층(122) 위에 마련될 수 있다. 상기 열전도층(124)은 히터(142)와 히터(142) 주변의 열을 기판(110)으로 전도시키는 기능을 하는 것으로, 가능한 한 잉크 챔버(132)와 히터(142)를 모두 덮을 수 있도록 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 열전도층(124)과 도체(144) 사이의 절연을 위해 열전도층(124)은 도체(144)로부터 소정 간격을 두고 형성되어야 한다. 한편, 열 전도층(124)과 히터(142) 사이의 절연은 상기한 바와 같이 그들 사이에 개재된 제2 보호층(122)에 의해 이루어질 수 있다. 그리고, 열전도층(124)은 제1 보호층(121)과 제2 보호층(122)을 관통하여 형성된 제2 컨택홀(C2)을 통해 기판(110)의 상면에 접촉된다.
상기 열전도층(124)은 열전도성이 양호한 금속으로 이루어진다. 상기한 바와 같이 열전도층(124)이 도체(144)와 함께 제2 보호층(122) 위에 형성되는 경우에는, 열전도층(124)은 도체(144)와 같은 금속물질, 즉 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 금이나 은으로 이루어질 수 있다.
한편, 열전도층(124)을 도체(144)의 두께보다 두껍게 형성하고자 하거나, 도체(144)와는 다른 금속물질로 형성하고자 하는 경우에는, 도체(144)와 열전도층(124) 사이에 도시되지 않은 절연층이 더 마련될 수 있다.
이러한 열전도층(124)을 통해 잉크가 토출된 후에 히터(142) 및 그 주변에 잔류하는 열이 기판(110)으로 보다 빨리 전도될 수 있다. 따라서, 잉크가 토출된 후에 보다 빠른 방열이 이루어지고 노즐(138) 주위의 온도가 낮아지게 되므로, 높은 구동주파수로 안정적인 인쇄가 가능하게 된다.
상기 제3 보호층(126)은 상기 도체(144)와 제2 보호층(122) 위에 마련된다. 상기 제3 보호층(126)은 TEOS(Tetraethylorthosilicate) 산화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 노즐(138)의 가장자리에 잉크 챔버(132) 내부로 소정 길이 연장된 노즐 가이드(129)가 형성될 수 있다. 이와 같이, 노즐 가 이드(129)가 마련되면 노즐(138)의 전체 길이가 보다 길어지게 되어, 노즐(138)을 통해 토출되는 잉크 액적의 직진성이 보다 향상되는 장점이 있다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 잉크 챔버로의 잉크의 공급은 다공성 매체로 이루어진 기판을 통해 이루어지게 된다. 이와 같은 다공성 기판을 통한 잉크의 공급은 잉크 액적의 토출 단계에서는 잉크가 역류하는 것을 억제하는 한편, 반대로 잉크의 리필 단계에서는 잉크가 잉크 챔버로 원활하게 유입되도록 한다. 그리고, 잉크 채널이 형성되지 않으므로 잉크에 포함된 불순물 입자에 의해 잉크 채널이 막히는 종래의 문제점이 근원적으로 해소될 수 있다. 또한, 종래의 잉크 채널을 가진 구조에서 발생되는 잉크 채널의 형상과 단면적에 관련된 제약 등을 근본적으로 피할 수 있는 장점이 있다.
상기한 다공성 매체를 통한 잉크의 유동 특성을 아래의 수학식들과 도 6의 그래프 및 표 1을 통해 보다 상세하게 설명한다.
다공성 매체를 통한 잉크의 유동 저항은 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112002034945214-pat00001
위 수학식 1에서, K는 저항 계수(drag coefficient), u는 잉크의 유동 속도, Re는 레이놀즈 수를 나타내며, A와 B는 다공성 매체의 공극율과 공극의 크기 및 공극의 표면거칠기 등에 의해 정해지는 상수를 나타낸다.
여기에서, 상기 레이놀즈 수(Re)는 아래 수학식 2로 표현되므로, 결국 수학식 1로 표현된 잉크의 유동 저항은 아래 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure 112002034945214-pat00002
위 수학식 2에서, ρ는 잉크의 밀도를 나타내고, μ는 잉크의 점도를 나타내며, d는 다공성 매체를 이루는 평균 입자나 파이버의 직경을 나타낸다.
Figure 112002034945214-pat00003
위 수학식 3을 보면, 다공성 매체를 통한 잉크의 유동 저항은 잉크의 유동 속도 뿐만 아니라 속도의 제곱에도 비례한다는 것을 알 수 있다.
도 6에는 다공성 매체를 통한 잉크 유동 특성을 설명하기 위한 그래프가 도시되어 있다. 이 그래프는 잉크의 유동 속도에 따른 유동 저항의 변화를 상기한 수학식 3을 이용하여 계산한 결과를 나타낸 것이다. 이 때, 공극율은 0.9, d는 1㎛, ρ는 1,000kg/㎡, μ는 2.3X10-3kg/ms로 가정하였다.
도 6의 그래프에서, L선은 위 수학식 3에서 잉크의 유동 속도에 비례하는 항을 계산한 결과이고, Q선은 속도의 제곱에 비례하는 항을 계산한 결과이며, T선은 상기 결과들을 합산한 결과이다.
전형적인 잉크젯 프린트헤드에서 버블의 팽창에 의한 잉크 액적의 토출 단계에서의 잉크의 유동 속도는 대략 10㎧ 이며, 버블의 수축에 이어지는 잉크의 리필 단계에서의 잉크의 유동 속도는 대략 0.1 ~ 1㎧ 이다. 따라서, 도 6의 그래프로부터 잉크 액적 토출시의 잉크의 역류에 대한 유동 저항은 잉크 리필 단계에서의 잉 크의 유입에 대한 유동 저항에 비해 대략 20 내지 200배가 됨을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 버블의 팽창에 의해 발생되는 초기의 큰 속도에서는 상대적으로 유동 저항이 크게 증가하게 되어 매니폴드 방향으로의 잉크가 역류되는 현상을 효과적으로 억제할 수 있고, 버블의 수축과 함께 이어지는 잉크의 리필 단계에서는 잉크의 유동 속도가 작아서 유동 저항 또한 작아지게 되어 잉크의 리필이 원활하게 이루어지게 된다.
아래 표 1은 다공성 매체의 물성에 따른 잉크의 토출 성능을 수치해석한 결과를 나타낸 것이다.
공극률, ε 0.9 0.9 0.8
다공성 입자 평균 직경, d (㎛) 1 2 2
잉크 챔버의 바닥 두께, t (㎛) 5 10 5
액적의 토출 속도 (m/s) 6.94 6.93 6.95
토출 액적의 부피 (pℓ) 12.45 12.20 12.70
구동 주파수 (㎑) 22.7 40.1 18.4
상기 표 1에 나타내어진 바와 같이, 적절한 물성을 갖는 다공성 매체를 선택하고 다공성 구조물의 배치와 크기 등을 적절히 조절하게 되면, 잉크 액적 토출 단계에서의 역류 현상과 잉크 리필 단계에서의 잉크 유입과 관련된 잉크의 유동 임피던스를 능동적으로 제어할 수 있으며, 결과적으로 원하는 토출 성능을 가진 프린트헤드를 구현할 수 있게 된다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제 2 내지 제 6 실시예들을 도시한 수직 단면도들이다. 여기에서, 도 5에 표시된 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는, 도 5에 도시된 기본 구조에 금속으로 이루어진 열발산층(228)을 더 구비한 구조를 가진다. 즉, 다공성 기판(110) 상에 형성되는 노즐 플레이트(220)는 제1 및 제2 보호층(121, 122)과, 열전도층(124)과, 제3 보호층(126)과, 금속으로 이루어진 열발산층(228)을 포함한다.
상기 제1, 제2, 제3 보호층(121, 122, 126)과, 열전도층(124) 및 이들 사이에 마련되는 히터(142)와 도체(144)는 전술한 제1 실시예에서와 동일하므로 그 설명은 생략한다. 다만, 상기 열전도층(124)의 상면에는 후술하는 열발산층(228)과의 접촉을 위해 상기 제3 보호층(126)을 가능한 한 형성하지 않는 것이 바람직하다.
상기 열발산층(228)은 노즐 플레이트(220)를 이루는 다수의 물질층 중에서 최상부의 물질층이다. 상기 열발산층(228)은 열전도성이 양호한 금속물질, 예컨대 니켈, 구리 또는 금과 같은 금속으로 이루어진다. 열발산층(228)은 제3 보호층(126)과 열전도층(124) 위에 상기 금속물질을 전기도금함으로써 10 ~ 100㎛ 정도의 비교적 두꺼운 두께로 형성된다. 이를 위해, 제3 보호층(126)과 열전도층(124) 위에는 상기 금속물질의 전기도금을 위한 시드층(seed layer, 227)이 마련된다. 상기 시드층(227)은 구리, 크롬, 티타늄, 금 또는 니켈 등의 전기 전도성이 양호한 금속으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 금속으로 이루어진 열발산층(228)은 도금 공정에 의해 형성되므로, 잉크젯 프린트헤드의 다른 구성요소들과 일체로 형성될 수 있으며, 또한 비교적 두꺼운 두께로 형성될 수 있으므로 효과적인 방열이 이루어질 수 있다.
이러한 열발산층(228)은 히터(142) 및 그 주변의 열을 외부로 발산하는 기능을 한다. 즉, 잉크가 토출된 후에 히터(142) 및 그 주변에 잔류하는 열은 열전도층(124)을 통해 기판(110) 및 열발산층(228)으로 전도되어 외부로 발산된다. 따라서, 잉크가 토출된 후에 보다 빠른 방열이 이루어지고 노즐(238) 주위의 온도가 낮아지게 되므로, 높은 구동주파수로 안정적인 인쇄가 가능하게 된다.
그리고, 노즐 플레이트(220)의 제1, 제2 및 제3 보호층(121, 122, 126)에는 노즐(238)의 하부(238a)가 기둥 형상으로 형성된다. 그리고, 열발산층(228)에는 노즐(238)의 상부(238b)가 형성되는데, 이 상부 노즐(238b)의 형상은 출구쪽으로 갈수록 단면적이 작아지는 테이퍼 형상으로 되어 있다.
상기한 바와 같이, 상부 노즐(238b)의 형상이 테이퍼 형상으로 된 경우에는, 잉크의 토출 후 잉크 표면의 메니스커스가 보다 빨리 안정되는 장점이 있다.
도 8에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는, 도 7에 도시된 구조에 노즐 가이드(229)를 더 구비한 구조를 가진다. 구체적으로, 하부 노즐(238a)의 가장자리에는 잉크 챔버(132) 내부로 소정 길이 연장된 노즐 가이드(229)가 형성된다. 따라서, 하부 노즐(238a)은 노즐 가이드(229)에 의해 그 길이가 보다 길어지게 되어, 이를 통해 토출되는 잉크 액적의 직진성이 보다 향상될 수있다.
도 9에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는, 도 7에 도시된 구조에서 상부 노즐(338b)의 형상이 테이퍼 형상에서 기둥 형상으로 변경된 구조를 가진다. 구체적으로, 노즐 플레이트(320)에 형성된 노즐(338)은, 제1, 제2 및 제3 보호층(121, 122, 126)에 형성된 기둥 형상의 하부 노즐(338a)과, 열발산층(328)에 형성된 기둥 형상의 상부 노즐(338b)로 이루어진다. 그리고, 도 9에 도시된 프린트헤드의 하부 노즐(338a)에도 도 8에 도시된 바와 같이 노즐 가이드가 마련될 수 있다.
도 10에 도시된 본 발명의 제5 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는, 도 7에 도시된 것과 동일한 노즐 플레이트(220)를 구비한다. 다만, 노즐 플레이트(220) 아래의 기판(510)은 매니폴드(536)가 형성된 제1 기판(511)과 잉크 챔버(532)가 형성된 제2 기판(512)이 적층된 구조를 가진다. 여기에서, 상기 제1 기판(511)은 잉크가 통과할 수 있도록 전술한 실시예들에서와 같이 다공성 매체, 예컨대 다공성 실리콘 기판이나 소결성형된 금속 플레이트로 이루어진다. 반면에, 제2 기판(512)은 다공성이 아닌 실리콘 기판 또는 금속 플레이트 등으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 잉크 챔버(532)는 제2 기판(512)을 관통하도록 형성되며, 이에 따라 제1 기판(511)이 잉크 챔버(532)의 바닥을 형성하게 된다. 따라서, 다공성 매체로 이루어진 제1 기판(511)을 통해 잉크가 잉크 챔버(532) 내로 공급될 수 있다. 또한, 잉크 챔버(532)는 반구형이 아니라 기둥 형상으로 형성될 수도 있다. 이와 같은 제1 기판(511)과 제2 기판(512)은 그들 사이에 갭이 존재하지 않도록 잘 알려져 있는 SDB(Silicon Direct Bonding)법에 의해 접합될 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 본 발명의 제6 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는, 도 10에 도시된 구조와 유사하나 노즐 플레이트(220)를 지지하는 기판(610)을 구성하는 제1 기판(611)과 제2 기판(612)이 소정의 갭(G)을 두고 적층되어 있는 점에서 차이가 있다. 상기 제1 기판(611)은 전술한 바와 같이 다공성 매체로 이루어지고, 그 저면쪽에는 매니폴드(636)가 형성된다. 상기 제2 기판(612)은 다공성이 아닌 실리콘 기판 또는 금속 플레이트 등으로 이루어지며, 잉크 챔버(632)가 관통되어 형성된다. 또한, 잉크 챔버(632)는 반구형이 아니라 기둥 형상으로 형성될 수도 있다. 이와 같은 제1 기판(611)과 제2 기판(612)은 접착제(613)에 의해 소정의 갭(G)을 두고 접합되며, 상기 접착제(613)는 잉크 챔버(632) 둘레에 다수개가 단속적으로 배치된다. 따라서, 잉크는 제1 기판(611)을 통해서뿐만 아니라 제1 기판(611)과 제2 기판(612) 사이의 갭(G)을 통해서도 잉크 챔버(632) 내로 공급될 수 있다. 따라서, 잉크의 리필 속도가 보다 빨라질 수 있다.
이하에서는 도 12a 내지 12c를 참조하며 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에서 잉크가 토출되는 메카니즘을 설명하기로 한다. 아래에서 잉크 토출 메카니즘은 도 7에 도시된 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드를 기준으로 설명된다.
먼저 도 12a를 참조하면, 잉크 챔버(132)와 노즐(238) 내부에 잉크(150)가 채워진 상태에서, 도체(144)을 통해 히터(142)에 펄스 형태의 전류가 인가되면 히터(142)에서 열이 발생된다. 발생된 열은 히터(142) 아래의 제1 보호층(121)을 통해 잉크 챔버(132) 내부의 잉크(150)로 전달되고, 이에 따라 잉크(150)가 비등하여 버블(160)이 생성된다. 생성된 버블(160)은 계속적인 열의 공급에 따라 팽창하게 되고, 이에 따라 노즐(238) 내부의 잉크(150)는 노즐(238) 밖으로 밀려나가게 된다. 이 때, 버블(160)의 팽창에 의한 고압은 고속의 잉크 유동을 발생시켜 잉크(150)를 노즐(238)쪽 뿐만 아니라 매니폴드(136)쪽으로도 역류시키지만, 전술 한 바와 같이 다공성 기판(110) 내에서의 큰 유동 저항으로 인해 이러한 역류 현상은 억제된다.
이어서, 도 12b를 참조하면, 버블(160)이 최대로 팽창된 시점에서 인가했던 전류를 차단하면, 버블(160)은 수축하여 소멸된다. 이 때, 잉크 챔버(132) 내에는 부압이 걸리게 되어 노즐(238) 내부의 잉크(150)는 다시 잉크 챔버(132) 쪽으로 되돌아 오게 된다. 이와 동시에 노즐(238) 밖으로 밀려 나갔던 부분은 관성력에 의해 액적(150')의 형태로 노즐(238) 내부의 잉크(150)와 분리되어 토출된다.
잉크 액적(150')이 분리된 후 노즐(238) 내부에 형성되는 잉크(150) 표면의 메니스커스는 잉크 챔버(132)쪽으로 후퇴하게 된다. 이 때, 본 발명에서는 두꺼운 노즐 플레이트(220)에 의해 충분히 긴 노즐(238)이 형성되어 있으므로, 메니스커스의 후퇴는 노즐(238) 내에서만 이루어지게 되고 잉크 챔버(132) 내에까지 후퇴하지 않는다. 따라서, 잉크 챔버(132) 내부로 외기가 유입되는 것이 방지되며, 메니스커스의 초기 상태로의 복귀도 빨라지게 되어 잉크 액적(150')의 고속 토출을 안정적으로 유지할 수 있다. 그리고, 버블(160)의 수축과 함께 다공성 기판(110)을 통해 매니폴드(136)로부터 잉크 챔버(132)쪽으로의 잉크의 유동이 시작되며, 이 때에는 상대적으로 저속의 유동이 되어 다공성 기판(110) 내에서의 유동 저항 또한 작아지게 되고, 이에 따라 잉크의 유입 유동은 원활하게 이루어진다. 또한, 이 과정에서는 잉크 액적(150')의 토출 후 히터(142)와 그 주변에 잔류된 열이 열전도층(124)과 열발산층(228)을 통해 전도되어 기판(110) 또는 외부로 발산되므로, 히터(142)와 노즐(238) 및 그 주변의 온도가 보다 빠르게 낮아지게 된다.
다음으로 도 12c를 참조하면, 잉크 챔버(132) 내부의 부압이 사라지게 되면, 노즐(238) 내부에 형성되어 있는 메니스커스에 작용하는 표면장력에 의해 잉크(150)는 다시 노즐(238)의 출구 단부쪽으로 상승하게 된다. 이 때, 노즐(238)의 상부(238a)가 테이퍼 형상으로 된 경우에는, 잉크(150)의 상승 속도가 보다 빨라지게 되는 장점이 있다. 이에 따라 잉크 챔버(132) 내부는 다공성 기판(110)을 통해 공급되는 잉크(150)로 다시 채워진다. 이 때에도 상기한 바와 같이 상대적으로 저속 유동이 유지되므로 다공성 기판(110)에서의 유동 저항이 작아서 잉크(150)의 리필이 빠르게 이루어질 수 있다. 잉크(150)의 리필이 완료되어 초기상태로 복귀하게 되면, 상기한 과정이 반복된다. 또한, 이 과정에서도 열전도층(124) 및 열발산층(228)을 통해 방열이 이루어지게 되어 열적으로도 초기상태로의 복귀가 보다 빨리 이루어질 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기로 한다.
도 13 내지 도 18은 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 13을 참조하면, 본 실시예에서 기판(110)으로는 다공성 매체, 예컨대 다공성 실리콘 기판을 대략 300 ~ 500㎛ 정도의 두께로 가공하여 사용한다.
한편, 도 13에 도시된 것은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩 상태로 제조될 수 있다.
그리고, 준비된 다공성 기판(110)의 상면에 제1 보호층(121)을 형성한다. 상기 제1 보호층(121)은 기판(110)의 상면에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 증착함으로써 이루어질 수 있다.
이어서, 기판(110)의 상면에 형성된 제1 보호층(121) 위에 히터(142)를 형성한다. 상기 히터(142)는 제1 보호층(121)의 전표면에 불순물이 도핑된 폴리 실리콘, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물(tantalum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)등의 저항 발열체를 소정 두께로 증착한 다음 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 폴리 실리콘은 불순물로서 예컨대 인(P)의 소스가스와 함께 저압 화학기상증착법(LPCVD; Low pressure chemical vapor deposition)에 의해 대략 0.7 ~ 1㎛ 두께로 증착될 수 있으며, 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물(tantalum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)는 스퍼터링(sputtering)이나 화학기상증착법(CVD; Chemical vapor deposition) 등에 의해 대략 0.1 ~ 0.3㎛ 두께로 증착될 수 있다. 이 저항 발열체의 증착 두께는, 히터(142)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 다른 범위로 할 수도 있다. 제1 보호층(121)의 전표면에 증착된 저항 발열체는, 포토마스크와 포토레지스트를 이용한 사진공정과 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각하는 식각공정에 의해 패터닝될 수 있다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 보호층(121)과 히터(142)의 상면에 제2 보호층(122)을 형성한다. 구체적으로, 제2 보호층(122)은 실리콘 산화물 또 는 실리콘 질화물을 대략 0.5 ~ 3㎛ 두께로 증착함으로써 이루어질 수 있다. 이어서, 제2 보호층(122)을 부분적으로 식각하여 히터(142)의 일부분, 즉 도 15의 단계에서 도체(144)와 접속될 부분을 노출시키는 제1 컨택홀(C1)을 형성하고, 제2 보호층(122)과 제1 보호층(121)을 순차적으로 식각하여 기판(110)의 일부분, 즉 도 15의 단계에서 열전도층(124)과 접촉될 부분을 노출시키는 제2 컨택홀(C2)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 컨택홀(C1, C2)의 형성은 동시에 이루어질 수 있다.
도 15는 제2 보호층(122)의 상면에 도체(144)와 열전도층(124)을 형성한 상태를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도체(144)와 열전도층(124)은 전기 및 열 전도성이 좋은 금속, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 금이나 은을 스퍼터링에 의해 대략 1㎛ 두께로 증착하고 이를 패터닝함으로써 동시에 형성될 수 있다. 이 때, 도체(144)와 열전도층(124)은 서로 절연되도록 형성된다. 그러면, 도체(144)는 제1 컨택홀(C1)을 통해 히터(142)와 접속되며, 열전도층(124)은 제2 컨택홀(C2)을 통해 기판(110)과 접촉된다.
한편, 열전도층(124)의 두께를 도체(144)의 두께보다 두껍게 하고자 하거나 열전도층(124)을 이루는 금속물질을 도체(144)와는 다른 금속으로 하고자 하는 경우, 또는 도체(144)와 열전도층(124)을 보다 확실하게 절연시키고자 하는 경우에는, 도체(144)를 먼저 형성한 후에 열전도층(124)을 형성할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 도 14의 단계에서 제1 컨택홀(C1)만 형성하여 도체(144)만 형성한 후, 도체(144)와 제2 보호층(122) 위에 절연층(미도시)을 형성한다. 절연층도 제2 보호 층(122)과 동일한 물질로 동일한 방법에 의해 형성될 수 있다. 이어서, 절연층과 제2 및 제1 보호층(122, 121)을 순차적으로 식각하여 제2 콘택홀(C2)을 형성한다. 그리고, 열전도층(124)을 상기한 방법과 동일한 방법으로 형성한다. 그러면, 도체(144)와 열전도층(124) 사이에 절연층이 개재된다.
이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 히터(142)의 안쪽 경계를 벗어나지 않는 단면 형상으로 제2 보호층(122) 및 제1 보호층(121)을 반응성이온식각법(RIE; Reactive ion etching)에 의해 이방성 식각하고, 이어서 기판(110)을 동일한 방법으로 이방성 식각하여 소정 깊이의 홀(129')을 형성한다.
다음으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 도 16의 결과물 전표면에 제3 보호층(126)을 형성한다. 제3 보호층(126)은 예컨대, TEOS 산화물을 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 대략 0.7 ~ 3㎛ 정도의 두께로 증착함으로써 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 홀(129') 내면에 증착되는 TEOS 산화물은 노즐 가이드(129)를 이루게 된다. 이어서, 홀(129') 바닥 부위의 제3 보호층(126)을 식각하여 기판(110)을 노출시킨다.
한편, 상기 제3 보호층(126)까지 형성한 후에 상기 홀(129')을 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 노즐 가이드(129)를 형성하기 위해 상기 홀(129') 내면과 제3 보호층(126) 위에 또 하나의 물질층을 증착하게 된다.
또 한편, 상기 노즐 가이드(129)를 형성하지 않는 경우에는, 도 15의 단계 후에 제3 보호층(126)을 형성한다. 이어서, 제3, 제2 및 제1 보호층(126, 122, 121)을 순차적으로 식각하여 노즐(138)을 형성한 다음 도 18에 도시된 단계를 거치 게 된다.
도 18은 기판(110)의 표면쪽에 소정 깊이의 잉크 챔버(132)를 형성하고, 기판(110)의 배면쪽에는 매니폴드(136)를 형성한 상태를 도시한 것이다. 잉크 챔버(132)는 노즐(138)에 의해 노출된 다공성 기판(110)을 등방성 식각함으로써 형성할 수 있다. 구체적으로, XeF2 가스 또는 BrF3 가스를 식각가스로 사용하여 기판(110)을 소정 시간 동안 건식식각한다. 그러면 도시된 바와 같이, 소정의 깊이와 반경을 가진 잉크 챔버(132)가 형성된다. 그리고, 다공성 기판(110)의 배면을 식각하여 매니폴드(136)를 형성한다. 구체적으로, 기판(110)의 배면에 식각될 영역을 한정하는 식각마스크를 형성한 후, 기판(110)의 배면을 에칭액으로 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 수산화칼륨(KOH; potassium hydroxide)을 사용하여 습식식각하면, 도시된 바와 같이 측면이 경사진 매니폴드(136)가 형성된다. 한편, 매니폴드(136)는 기판(110)의 배면을 이방성 건식식각함으로써 형성될 수도 있다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 도 18에 도시된 바와 같이 다공성 기판(110) 상에 구현된 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
도 19 내지 도 25는 도 7에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다. 그리고, 도 8 및 도 9에 도시된 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법도 이하에서 설명되는 제조방법과 유사하므로, 차이점에 대해서만 간략하게 설명한다.
먼저, 도 13 내지 도 15에 도시된 단계를 거친 후, 도 19에 도시된 바와 같이 도 15의 결과물 전표면에 제3 보호층(126)을 형성한다. 이어서, 제3 보호층(126)을 부분적으로 식각하여 열전도층(124)을 노출시킨다.
도 20은 하부 노즐(238a)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 하부 노즐(238a)은 히터(142) 안쪽의 제3 보호층(126), 제2 보호층(122) 및 제1 보호층(121)을 히터(142)의 안쪽 경계를 벗어나지 않는 단면 형상으로 반응성이온식각법(RIE; Reactive ion etching)에 의해 순차적으로 식각함으로써 형성될 수 있다.
한편, 하부 노즐(238a)을 형성할 때, 도 8에 도시된 노즐 가이드(229)를 전술한 제조방법에서와 같이 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 21에 도시된 바와 같이, 하부 노즐(238a)의 내부에 제1 희생층(PR1)을 형성시킨다. 구체적으로, 도 20의 결과물 전표면에 포토레지스트를 도포한 후 이를 패터닝하여 하부 노즐(238a) 내부에 채워진 포토레지스트만 남긴다. 남겨진 포토레지스트는 제1 희생층(PR1)을 형성하며 이후의 공정에서 하부 노즐(238a)의 형태를 유지시킨다. 이어서, 상기 단계의 결과물 전표면에 전기도금을 위한 시드층(seed layer, 227)을 형성한다. 상기 시드층(227)은 전기도금을 위해 도전성이 양호한 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au) 또는 니켈(Ni) 등의 금속을 스퍼터링에 의해 대략 500 ~ 3000Å의 두께로 증착함으로써 이루어질 수 있다. 한편, 상기 시드층(227)은 복수의 금속층으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 상기 복수의 금속층 각각은 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au) 또는 니켈(Ni) 등의 금속을 증착함으로써 형성될 수 있다.
도 22은 상부 노즐을 형성하기 위한 제2 희생층(PR2)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 시드층(227)의 전표면에 포토레지스트를 도포한 뒤 이를 패터닝하여 상부 노즐(도 24의 238b)이 형성될 부위에만 포토레지스트를 잔존시킨다. 남겨진 포토레지스트는 위쪽으로 갈수록 그 직경이 점차 작아지는 테이퍼 형상으로 형성되어 이후의 공정에서 상부 노즐(238b)을 형성시키기 위한 제2 희생층(PR2)의 역할을 하게 된다.
한편, 도 9에 도시된 기둥 형상의 상부 노즐(338b)을 형성하고자 하는 경우에는, 상기 제2 희생층(PR2)을 기둥 형상으로 형성하게 된다.
그리고. 상기 제1 희생층(PR1)과 제2 희생층(PR2)은 포토레지스트뿐만 아니라 감광성 폴리머로 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 23에 도시된 바와 같이, 시드층(227)의 상면에 소정 두께의 금속물질로 이루어진 열발산층(228)을 형성한다. 열발산층(228)은 열전도성이 양호한 금속, 예컨대 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 금(Au)을 시드층(227) 표면에 전기도금시켜 대략 10 ~ 100㎛ 두께로 형성될 수 있다. 전기도금 공정은 제2 희생층(PR2)의 높이보다 낮고 원하는 상부 노즐(238b)의 출구 단면이 형성되는 높이까지 열발산층(228)이 형성되는 시점에서 종료된다. 이 열발산층(228)의 두께는 상부 노즐(238b)의 단면적과 단면 형상, 기판(110) 및 외부로의 방열 능력 등을 고려하여 적정하게 정해질 수 있다.
전기도금이 완료된 후의 열발산층(228)의 표면은 그 아래에 형성된 물질층들에 의해 요철을 갖게 된다. 따라서, 화학기계적 연마(CMP; Chemical mechanical polishing)에 의해 열발산층(228)의 표면을 평탄화할 수 있다.
이어서, 상부 노즐 형성용 제2 희생층(PR2)과, 제2 희생층(PR2) 아래의 시드층(227)과, 하부 노즐 유지용 제1 희생층(PR1)을 순차적으로 식각한다. 그러면, 도 24에 도시된 바와 같이 하부 노즐(238a)과 상부 노즐(238b)이 연결되어 완전한 노즐(238)이 형성되고, 다수의 물질층이 적층되어 이루어진 노즐 플레이트(220)가 완성된다.
한편, 상기 노즐(238)과 열발산층(228)은 다음과 같은 단계를 거쳐 형성될 수도 있다. 도 21의 단계에서, 하부 노즐(238a)의 유지를 위한 제1 희생층(PR1)을 형성하기 전에, 도 20의 결과물 전표면에 전기도금을 위한 시드층(227)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 희생층(PR1)과 상부 노즐(238b)의 형성을 위한 제2 희생층(PR2)을 순차적으로 형성하거나, 또는 일체로 함께 형성한다. 다음에는, 도 23에 도시된 바와 같이 열발산층(228)을 형성시킨 후, 화학기계적연마에 의해 열발산층(228)의 표면을 평탄화시킨다. 이어서, 함께 형성된 제2 희생층(PR2)과 제1 희생층(PR1) 및 제1 희생층(PR1) 아랫 부분의 시드층(227)을 식각하면 도 24에 도시된 바와 같은 노즐(238)과 노즐 플레이트(220)가 형성될 수 있다.
도 25는 기판(110)의 표면쪽에 소정 깊이의 잉크 챔버(132)를 형성하고, 기 판(110)의 배면쪽에는 매니폴드(136)를 형성한 상태를 도시한 것이다. 잉크 챔버(132)와 매니폴드(136)의 형성 방법은 전술한 제조방법에서와 동일하므로 그 설명은 생략한다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 도 25에 도시된 바와 같이 다공성 기판(110) 상에 구현된 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
도 10에 도시된 본 발명의 제5 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드도 상기한 제조방법과 유사한 방법에 의해 제조될 수 있다. 다만, 제1 기판(511) 위에 제2 기판(512)을 적층하여 접합시킨 후, 상기한 단계들을 수행하게 된다. 이 때, 제1 기판(511)이 다공성 실리콘 기판으로 이루어지고, 제2 기판(512)이 실리콘 기판으로 이루어진 경우에는, 전술한 바와 같이 제1 기판(511)과 제2 기판(512)은 그들 사이에 갭이 존재하지 않도록 잘 알려져 있는 SDB(Silicon Direct Bonding)법에 의해 접합될 수 있다. 그리고, 제2 기판(512)을 식각하여 잉크 챔버(532)를 형성하는 단계에서 잉크 챔버(532)의 바닥에 제1 기판(511)이 노출될 수 있도록 제2 기판(512)의 두께를 정하여야 한다.
한편, 제2 기판(512)은 전술한 바와 같이 금속층으로 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 제1 기판(511) 상에 금속 물질을 소정의 두께로 도금함으로써 제2 기판(512)을 형성할 수도 있다. 또한, 잉크 챔버(532)를 기둥 형상으로 형성하는 경우에는, 상기한 열발산층에 상부 노즐을 형성하는 방법과 마찬가지로 잉크 챔버(532)가 형성될 부위에 기둥 형상의 희생층을 형성한 후 금속 물질을 도금한다. 상기 희생층은 노즐 플레이트(220)를 형성한 후에 노즐(238)을 통해 제거한다.
도 11에 도시된 본 발명의 제6 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는, 제1 기판(611) 위에 제2 기판(612)을 소정의 갭(G)을 두고 접착제(613)에 의해 접합시킨 후, 상기한 단계들을 수행함으로써 제조될 수 있다. 이 때, 제2 기판(612)이 실리콘 기판으로 이루어진 경우에는, 노즐 플레이트(220)를 형성한 후 노즐(238)을 통해 제2 기판(612)을 식각하여 잉크 챔버(632)를 형성하게 되며, 이 때 잉크 챔버(632)의 바닥에 제1 기판(611)이 노출될 수 있도록 제2 기판(612)의 두께를 정하여야 한다.
한편, 제2 기판(612)은 전술한 바와 같이 금속 플레이트로 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 제2 기판(612)에 미리 잉크 챔버(632)를 식각 등에 의해 형성한 후, 잉크 챔버(632)에 희생물질을 채우고 노즐 플레이트(220)를 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 희생물질은 노즐 플레이트(220)를 형성한 후에 노즐(238)을 통해 제거한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, 본 발명에서 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있다. 또, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법과 식각방법이 적용될 수 있다. 아울러, 각 단계에서 예시된 구체적인 수치는 제조된 프린트헤드가 정상적으로 작동할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 예시된 범위를 벗어나 조정가능하다. 또한, 본 발명의 프린트헤드 제조방법의 각 단계의 순서는 예시된 바와 달리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 다공성 매체를 통한 잉크 공급 구조를 가짐으로써 버블의 팽창에 의해 발생되는 초기의 큰 속도에서는 상대적으로 유동 저항이 크게 증가하게 되어 잉크가 역류되는 현상을 효과적으로 억제할 수 있고, 버블의 수축과 함께 이어지는 잉크의 리필 단계에서는 잉크의 유동 속도가 작아서 유동 저항 또한 작아지게 되어 잉크의 리필이 원활하게 이루어지게 된다.
둘째, 적절한 물성을 갖는 다공성 매체를 선택하고 다공성 구조물의 배치와 크기 등을 적절히 조절함으로써, 잉크 액적 토출 단계에서의 역류 현상과 잉크 리필 단계에서의 잉크 유입과 관련된 잉크의 유동 임피던스를 능동적으로 제어할 수 있으며, 결과적으로 원하는 토출 성능을 가진 프린트헤드를 구현할 수 있게 된다.
셋째, 잉크 채널이 형성되지 않으므로 잉크에 포함된 불순물 입자에 의해 잉크 채널이 막히는 종래의 문제점이 근원적으로 해소될 수 있으며, 종래의 잉크 채널을 가진 구조에서 발생되는 잉크 채널의 형상과 단면적에 관련된 제약 등을 근본적으로 피할 수 있다.
넷째, 노즐 플레이트에 금속으로 이루어진 두꺼운 열발산층을 형성하게 되면, 방열 능력이 향상되어 잉크 토출성능과 구동주파수를 향상시킬 수 있다.
다섯째, 접합 공정이 필요 없거나 최소화되므로, 제조공정이 단순화되고 오 정렬의 문제가 최소화될 수 있다.

Claims (38)

  1. 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 배면쪽에는 상기 잉크 챔버와 소정 간격을 두고 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 형성된 기판;
    상기 기판 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며, 상기 잉크 챔버로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 관통되어 형성된 노즐 플레이트; 및
    상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들 사이에 마련되어, 상기 잉크 챔버 내부의 잉크를 가열하는 히터와 상기 히터에 전류를 인가하는 도체;를 구비하며,
    상기 기판은 상기 매니폴드가 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판 상에 적층되며 상기 잉크 챔버가 형성된 제2 기판으로 이루어지고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 접착제에 의해 소정의 갭을 두고 접합되며,
    상기 제1 기판은 다공성 매체로 이루어지고, 상기 다공성 매체를 통해 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버로의 잉크 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 매체는 다공성 실리콘 기판과 소결성형된 금속 플레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 기판은 실리콘 기판과 금속 플레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크 챔버는 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되어 상기 제1 기판의 상면이 상기 잉크 챔버의 바닥을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  10. 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 배면쪽에는 상기 잉크 챔버와 소정 간격을 두고 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 형성된 기판;
    상기 기판 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며, 상기 잉크 챔버로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 관통되어 형성된 노즐 플레이트; 및
    상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들 사이에 마련되어, 상기 잉크 챔버 내부의 잉크를 가열하는 히터와 상기 히터에 전류를 인가하는 도체;를 구비하며,
    상기 기판은 적어도 상기 잉크 챔버의 아랫 부분이 다공성 매체로 이루어지며, 상기 다공성 매체를 통해 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버로의 잉크 공급이 이루어지고,
    상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들은 다수의 보호층들과, 상기 보호층들 사이에 마련되며 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되어 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 그 일부분이 상기 기판에 접촉되는 열전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 열전도층은 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 및 은 중에서 어느 하나의 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  12. 표면쪽에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 형성되고, 배면쪽에는 상기 잉크 챔버와 소정 간격을 두고 상기 잉크 챔버에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 형성된 기판;
    상기 기판 상에 적층된 다수의 물질층으로 이루어지며, 상기 잉크 챔버로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 관통되어 형성된 노즐 플레이트; 및
    상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들 사이에 마련되어, 상기 잉크 챔버 내부의 잉크를 가열하는 히터와 상기 히터에 전류를 인가하는 도체;를 구비하며,
    상기 기판은 적어도 상기 잉크 챔버의 아랫 부분이 다공성 매체로 이루어지며, 상기 다공성 매체를 통해 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 챔버로의 잉크 공급이 이루어지고,
    상기 노즐 플레이트의 상기 물질층들은 다수의 보호층들과, 상기 보호층들 위에 적층되며 금속으로 이루어진 열발산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 열발산층은 니켈, 구리 및 금 중에서 어느 하나의 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  14. 삭제
  15. 다공성 매체로 이루어진 기판을 준비하는 단계;
    적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 상기 기판 상에 형성하면서, 히터와 상기 히터에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계;
    상기 노즐을 통해 노출된 상기 기판을 식각하여 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비하며,
    상기 노즐 플레이트 형성 단계는,
    상기 기판 상에 다수의 보호층들을 순차적으로 형성하면서, 상기 보호층들 사이에 상기 히터와 상기 도체를 형성하고, 상기 보호층들 사이에 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되며 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 그 일부가 상기 기판과 접촉되는 열전도층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층들을 관통하도록 식각하여 상기 노즐을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 기판은 다공성 실리콘 기판과 소결성형된 금속 플레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 다공성 매체로 이루어진 기판을 준비하는 단계;
    적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 상기 기판 상에 형성하면서, 히터와 상기 히터에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계;
    상기 노즐을 통해 노출된 상기 기판을 식각하여 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 배면을 식각하여 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비하며,
    상기 노즐 플레이트 형성 단계는,
    상기 기판 상에 다수의 보호층들을 순차적으로 형성하면서, 상기 보호층들 사이에 상기 히터와 상기 도체를 형성하고, 상기 보호층들 사이에 상기 잉크 챔버의 위쪽에 배치되며 상기 히터 및 도체로부터 절연되고 그 일부가 상기 기판과 접촉되는 열전도층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층들 위에 금속으로 이루어진 열발산층을 형성하면서, 상기 노즐을 상기 보호층들과 상기 열발산층을 관통하도록 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 열발산층은 니켈, 구리 및 금 중에서 어느 하나의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 열발산층과 상기 노즐을 형성하는 단계는,
    상기 잉크 챔버가 형성될 부위의 상부에 상기 보호층들을 관통되도록 식각하여 하부 노즐을 형성하는 단계;
    상기 하부 노즐 내부에 제1 희생층을 형성하는 단계;
    상기 제1 희생층 위에 상부 노즐을 형성하기 위한 제2 희생층을 형성하는 단계;
    상기 보호층들 위해 상기 열발산층을 전기도금에 의해 형성하는 단계; 및
    상기 제2 희생층과 상기 제1 희생층을 제거하여 상기 하부 노즐과 상부 노즐로 이루어지는 상기 노즐을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 열발산층을 형성하는 단계 후에, 상기 열발산층의 상면을 화학기계적연마 공정의 의해 평탄화하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 제1 희생층과 상기 보호층들 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 후, 상기 제2 희생층을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 하부 노즐을 형성한 후, 상기 보호층들과 상기 하부 노즐에 의해 노출된 상기 기판 위에 상기 열발산층의 전기도금을 위한 시드층을 형성한 다음, 상기 제1 희생층과 제2 희생층을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  24. 제 22항 또는 제 23항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 희생층은 포토레지스트 및 감광성 폴리머 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  25. 제 22항 또는 제 23항에 있어서,
    상기 시드층은 구리, 크롬, 티타늄, 금 및 니켈 중에서 어느 하나의 금속을 증착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  26. 삭제
  27. 다공성 매체로 이루어진 제1 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판 상에 제2 기판을 적층하는 단계;
    적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 상기 제2 기판 상에 형성하면서, 히터와 상기 히터에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계;
    상기 노즐을 통해 노출된 상기 제2 기판을 식각하여 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 기판의 배면쪽에 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비하며,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 접착제에 의해 소정의 갭을 두고 접합되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 제1 기판은 다공성 실리콘 기판과 소결성형된 금속 플레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 제2 기판은 실리콘 기판과 금속 플레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 다공성 매체로 이루어진 제1 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판 상에 금속으로 이루어진 제2 기판을 적층하면서 상기 제2 기판에 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 형성하는 단계;
    적층된 다수의 물질층으로 이루어지며 상기 물질층들을 관통하는 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 상기 제2 기판 상에 형성하면서, 히터와 상기 히터에 연결되는 도체를 상기 물질층들 사이에 형성하는 단계; 및
    상기 제1 기판의 배면쪽에 잉크를 공급하는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비하며,
    상기 제2 기판의 적층과 잉크 챔버를 형성하는 단계는,
    금속 플레이트로 이루어진 상기 제2 기판에 상기 잉크 챔버를 관통되도록 형성하는 단계와, 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 접합시키는 단계와, 상기 잉크 챔버 내에 희생층을 채우는 단계를 구비하며,
    상기 제2 기판은 상기 제1 기판 상에 접착제에 의해 소정 갭을 두고 접합되고, 상기 희생층은 상기 노즐 플레이트 형성 단계 후에 상기 노즐을 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 제1 기판은 다공성 실리콘 기판과 소결성형된 금속 플레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 제 33항에 있어서,
    상기 희생층은 포토레지스트와 감광성 폴리머 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  38. 삭제
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