KR101022114B1 - 액체 토출 헤드 및 그 제조 방법 - Google Patents

액체 토출 헤드 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101022114B1
KR101022114B1 KR1020080077281A KR20080077281A KR101022114B1 KR 101022114 B1 KR101022114 B1 KR 101022114B1 KR 1020080077281 A KR1020080077281 A KR 1020080077281A KR 20080077281 A KR20080077281 A KR 20080077281A KR 101022114 B1 KR101022114 B1 KR 101022114B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
flow path
layer
liquid
metal layer
Prior art date
Application number
KR1020080077281A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090015839A (ko
Inventor
마꼬또 데루이
유우이찌로오 가나스기
마사야 우야마
고오지 하라다
Original Assignee
캐논 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 캐논 가부시끼가이샤 filed Critical 캐논 가부시끼가이샤
Publication of KR20090015839A publication Critical patent/KR20090015839A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101022114B1 publication Critical patent/KR101022114B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14032—Structure of the pressure chamber
    • B41J2/1404—Geometrical characteristics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14032—Structure of the pressure chamber
    • B41J2/14048—Movable member in the chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14088—Structure of heating means
    • B41J2/14112—Resistive element
    • B41J2/14137—Resistor surrounding the nozzle opening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14145—Structure of the manifold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1601—Production of bubble jet print heads
    • B41J2/1603—Production of bubble jet print heads of the front shooter type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1628—Manufacturing processes etching dry etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629—Manufacturing processes etching wet etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1631—Manufacturing processes photolithography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1632—Manufacturing processes machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1642—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by CVD [chemical vapor deposition]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

본 발명은 기판과, 액체를 토출하도록 구성된 토출구와 연통하고 상기 기판과의 사이에 액체를 위한 유로를 형성하도록 상기 기판과 접합되는 유로벽 형성층과, 상기 토출구로부터 액체를 토출하는 데 사용되는 에너지를 발생하도록 구성되고 유로벽 형성층 상에 구비된 소자와, 상기 소자에 대응하도록 토출구를 구비한 금속층과, 금속으로 이루어지며 유로벽 형성층을 통해 금속층으로부터 연장되어 기판의 방향으로 돌출되는 돌출부를 포함하는 액체 토출 헤드를 제공한다.
Figure R1020080077281
액체 토출 헤드, 에너지 발생 소자, 토출구, 유로, 잉크 채널, 기판, 매니폴드, 보호층, 방열 부재 유로벽 형성층

Description

액체 토출 헤드 및 그 제조 방법 {LIQUID-DISCHARGING HEAD AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 액체를 토출하는 액체 토출 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 기록 매체에 잉크를 토출함으로써 기록을 행하는 잉크젯 기록 헤드 및 그 제조 방법에 관한다.
잉크젯 헤드와 같은 액체 토출 헤드는 토출구와, 토출구에 연통하는 유로와, 그 유로 내에 배치된 액체 토출용 에너지 발생 수단과, 유로에 연통하는 유체 챔버와, 잉크 탱크 등으로부터의 잉크를 유체 챔버에 공급하기 위한 공급구를 포함한다. 유로에 충전된 잉크에 에너지 발생 수단으로부터 발생하는 에너지를 부여함으로써 잉크 액적은 토출구로부터 토출된다. 이러한 토출된 잉크 액적은 화소를 형성하도록 피기록재에 닿아 기록이 수행된다.
이러한 액체 토출 헤드 중에서, 액체 토출을 위해 열에너지를 이용하는 액체 토출 헤드는 복수의 토출구가 고밀도로 배치될 수 있기 때문에 고해상력의 기록을 수행할 수 있다. 또한, 헤드의 크기가 전체적으로 소형화될 수 있다는 이점도 갖는다.
일반적으로, 이러한 열에너지를 이용하는 종래의 액체 토출 헤드에서는, 예로써 실리콘 등으로 이루어진 기판 상에 복수의 발열 저항체를 열을 지어 배치함으로써 고밀도화가 달성되고, 복수의 발열 저항체용으로 공통으로 사용되는 축열층 및 절연층을 갖는 기판이 사용된다.
미국 특허 제6,984,024호에는 잉크젯 헤드의 일예인 백 슈팅 방식(back-shooting type)의 헤드가 개시되어 있다. 열구동 방식의 잉크젯 헤드에서, 유로에 배치된 발열 저항체(히터)에 의해 발생된 열로 잉크에 기포가 형성되어 유로 내의 잉크는 기포 성장에 의해 발생된 압력에 의해 토출구로부터 토출된다. 기포가 생성되는 히터면의 방향과 반대 방향으로 액적이 토출되는 잉크 액적 토출 방식을 "백 슈팅 방식"이라 한다.
미국 특허 제6,984,024호에 기재된 백 슈팅 방식의 헤드는 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 웨이퍼를 이용해서 생성된다. 예를 들어, SOI 웨이퍼를 구성하는 실리콘 표면층과 절연층은 각각 40㎛ 및 1㎛이다. 헤드 제조 프로세스에서, 잉크 챔버 및 잉크 채널 벽이 우선 형성된다. 구체적으로, 트렌치(trench)가 형성된 후, 트렌치는 열산화에 의해 매립된다. 산화막은 XeF2를 이용하여 최종 등방 에칭의 스톱층으로서 기능을 한다. 열산화 후, 기판 표면에 형성된 열산화막은 화학 기계적 연마(CMP)에 의해 제거된다.
계속해서, 히터 하층, 히터층 및 배선층(히터 상층)과, 금속 보호막이 성막되어 패터닝된다. 다음에, 도금용 금속 시드층이 성막되어, 토출구의 패턴으로써 사용되는 포지티브 레지스트가 패터닝된다. 니켈막은 30 ㎛의 두께가 되도록 전기 주조에 의해 토출구 플레이트로서 형성된다. 계속해서, 하층의 실리콘을 에칭함으로써 매니폴드가 형성된 뒤, 절연층이 에칭된다. 이후, 노출된 실리콘 부분을 보호하도록 파리렌(parylene)이 성막된다. 계속해서, 토출구에 대응하는 부분에 위치된 실리콘을 제거하기 위해서, 기판면에 평행하게 배치된 파리렌 부분이 에칭된다. 마지막으로, XeF2로 등방 에칭을 행함으로서 잉크 챔버 및 잉크 채널은 토출구에 연통된다.
최근, 수많은 기록 장치가 사용되고, 이러한 기록 장치에는 고속 기록, 고해상도, 고화상 품질, 저소음 등이 요구되고 있다. 이러한 요구를 충족시키는 기록 장치의 기록 헤드의 일예가 잉크젯 헤드이다. 열에너지를 이용해서 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드에서, 잉크 토출의 안정화 즉, 상기의 요구를 충족시키기 위해 필요한 잉크 토출량의 안정화는 토출부의 잉크 온도에 크게 영향받는다. 구체적으로, 잉크의 온도가 너무 낮으면, 잉크의 점도가 매우 증가한다. 결국, 잉크는 통상의 열에너지로는 토출될 수 없다. 이와 달리, 온도가 지나치게 높으면, 토출량이 증가하여, 예를 들어 잉크는 기록 시트상에서 넘치게 되어 화상 품질의 저하를 초래한다. 또한, 고속 기록을 실현시키기 위해, 구동 주파수(액적 토출 후 다음 토출까지의 시간 범위를 1사이클로 하는 구동 주파수)는 히터로부터 발생된 열을 기판에 축적하는 않으면서 효율적으로 방열함으로써 증가되어야 한다.
한편, 백 슈팅 방식의 잉크젯 헤드에서, 히터는 약 30 ㎛의 두께를 갖는 토 출구 플레이트에 제공된다. 이러한 구조에서, 히터를 내포하는 유로를 갖는 토출구 플레이트가 히터가 그 위에 형성된 실리콘 기판 상에 적층된 헤드에 비해, 히터를 갖는 부분이 낮은 열용량을 갖기 때문에 잉크의 온도는 쉽게 증가된다. 따라서, 이러한 백 슈팅 방식의 헤드는 잉크의 온도가 쉽게 증가되는 단점이 있어 토출량이 안정되기 어렵다.
본 발명은 토출량 안정화되도록 토출되는 기록액의 온도 상승이 억제될 수 있는 백 슈팅 방식의 액체 토출 헤드를 제공한다. 본 발명에 따르면, 백 슈팅 방식의 액체 토출 헤드에서도, 토출구 플레이트의 온도 증가가 억제될 수 있고, 유체 챔버 내의 잉크 온도도 쉽게 증가되지 않는다. 결국, 토출량은 보다 안정화될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 액체 토출 헤드는 기판과, 액체를 토출하도록 구성된 토출구와 연통하는 액체용 유로를 기판과 유로벽 형성층 사이에 형성하도록 기판에 접합된 유로벽 형성층과, 토출구로부터 액체를 토출하기 위해 사용된 에너지를 생성하도록 구성되고 유로벽 형성층에 구비된 소자와, 상기 소자에 대응하도록 토출구에 구비된 금속층과, 금속으로 이루어지고 유로벽 형성층을 통해 금속층으로부터 연장되어 기판 방향으로 돌출되는 돌출부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징은 첨부한 도면과 관련지어 이루어진 이하의 설명으로부 터 자명해질 수 있다.
본 발명은 토출량 안정화되도록 토출되는 기록액의 온도 상승이 억제될 수 있는 백 슈팅 방식의 액체 토출 헤드를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 여기서, 본 발명의 액체 토출 헤드의 일예인 잉크젯 기록 헤드를 사용하여 설명한다.
제1 실시예
도1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 단면도이고, 도1b는 평면도이다.
도1a 및 도1b에 도시된 본 실시예의 잉크젯 기록 헤드는 실리콘으로 이루어진 기판(101)과, 기판(101) 상에 적층된 토출구 플레이트(111)를 포함한다. 토출되는 잉크가 충전되는 액체 챔버인 잉크 챔버(104)와, 잉크 챔버(104)에 잉크를 공급하는 채널인 잉크 채널(103)은 기판(101)의 표면측에 구비된다. 잉크 채널(103)에 잉크를 공급하는 매니폴드(102)는 기판(101)의 표면측과 이면측을 관통하도록 기판(101)을 통해 구비된다. 토출구 플레이트(111)는 각각 무기물로 이루어진 제1 보호층(112) 및 제2 보호층(113)과 금속층(115)을 기판(101) 상에서 순차적으로 적층시켜 형성된다. 보호층(112, 113)은 발열 저항체인 히터(114)와 다른 부품을 내포한다. 히터(114)는 잉크 챔버(104)의 영역에 대응하는 위치에 구비된다. 이러한 히터(114)는 복수의 무기물 보호층들 사이의 임의의 인터라미나(interlaminar) 위치에 구비될 수 있다. 또한, 잉크를 토출하기 위한 복수의 토출구(노즐, 116)는 잉크 챔버(104)과 연통하도록 토출구 플레이트(111)에 구비된다. 토출구 플레이트(111)에 포함되는 층들 중, 제1 보호층(112)은 유로의 벽의 일부를 형성하는 유로벽 형성층으로서 기능한다.
잉크 채널(103)은 기판(101)의 상부면에 구비되고, 긴 직사각형 개구를 갖는 매니폴드(102)로부터 연장되도록 형성된다. 각 잉크 채널(103)의 최하류측에 배치된 잉크 챔버(104)과 연통하는 토출구(116)은 일방향으로 배열된다.
또한, 토출구 플레이트(111)에 포함되는 금속층(115)의 일부분은 보호층(112, 113)을 관통하고, 잉크 채널(103)로 돌출되어(튀어나와) 보호층(112)보다 기판(101)에 근접하게 배치된다. 따라서, 이러한 부분은 잉크와 접촉될 수 있다. 이하, 이러한 돌출 기둥을 돌출부(120)이라고 부른다.
돌출부(120)는 열용량과 표면적이 최대가 되도록 형성된다. 또한, 매니폴드(102)로부터 잉크 채널(103)로의 잉크 유입이 최소로 차단되도록 예로써, 형상, 치수(폭, 길이, 두께) 및 배치가 결정된다.
또한, 돌출부(120)는 잉크 토출 시 발생되는 잉크 유동이 인접 잉크 챔버(104)로 전파되는 것을 억제하는 후방류 저항 소자로서의 기능을 한다. 또한, 돌출부(120)는 잉크에 포함되는 불순물이 잉크 챔버(104)에 도달하는 것을 억제하는 필터로서의 기능도 한다.
다음에, 도2a 내지 도7c에 나누어서 도시한 공정을 참조하여 상기 잉크젯 기록 헤드의 제조법의 일예를 설명한다.
본 실시예에서, 표면이 100의 결정 방위면인 단결정 실리콘 웨이퍼가 기판(101)로서 준비된다.
계속해서, 기판(101) 상에는 희생층(131), 제1 보호층(112), 히터(114), 컨덕터(도시 생략), 제2 보호층(113)이 순차적으로 적층된다.(도2a)
제1 보호층(112)은 히터(114)와 기판(101)의 사이의 절연층으로서 기능하고, 희생층 등의 제거제에 대한 화학 저항성을 갖는다. 예로써, 제1 보호층(112)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어진다.
제2 보호층(113)은 이후의 공정에서 형성되는 금속층(115)과 히터(114)의 사이에서 절연층으로서 기능하고, 히터(114)와, 히터(114)에 구동 신호를 전송하는 컨덕터(도시 생략)를 보호한다. 예로써, 제2 보호층(113)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어진다.
본 실시예의 희생층(131)은 기판(101) 및 제1 보호층(112)이 에칭되는 속도보다 충분히 높은 속도로 에칭된다. 실리콘 질화물이 제1 보호층(112)으로서 사용될 때, 실리콘 산화물은 희생층(131)의 특정 물질로써 사용될 수 있다. 플루오르화수소 가스가 희생층(131)의 제거제로서 사용될 때, 기판(101)을 구성하는 단결정 실리콘 및 제1 보호층(112)을 구성하는 실리콘 질화물의 에칭 속도에 대해 충분하게 높은 에칭 속도를 달성하기 위한 선택비가 실현될 수 있다.
히터(114)와, 히터(114)에 구동 신호를 전송하는 컨덕터(도시 생략)가 제1 보호층(112)에 형성된다. 각각의 히터(114)는 예로써, 불순물이 도프된 텅스텐 실리사이드, 탄탈 알루미늄 합금, 탄탈 질화물, 티탄 질화물 또는 폴리실리콘으로 이 루어진 발열 저항체로 구성된다. 히터(114)에 전기 신호를 전송하는 컨덕터는 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 또는 은과 같은 양호한 도전성을 갖는 금속으로 이루어진다.
또한, 이면 보호막(132)은 기판(101)의 이면에 형성된다.
상기 적층 재료들 각각은 플라즈마를 이용한 화학 증착법(CVD)과 같은 방법에 의해 침착될 수 있다. 희생층(131), 히터(114), 컨덕터 등은 포토레지스트 마스크를 사용하여 에칭함으로써 패터닝된다.
다음에, 레지스트 패턴(133)이 제2 보호막(113) 상에 형성된다(도2b). 레지스트 패턴(133)은 돌출부(120) 내로 형성되는 부분에 대응하는 개구를 갖는다.
희생층(131), 제1 보호층(112) 및 제2 보호층(113)은 마스크로서 레지스트 패턴(133)을 사용하여 에칭된다.(도2c) 본 실시예에서, 이들 3개 층이 에칭된다. 이와 달리, 도2a에 도시된 성막 공정에서, 돌출부(120)에 대응하는 금속층 부분이 패터닝될 수 있다.
또한, 기판(101)의 실리콘은 트렌치(134)을 형성하도록 레지스트 패턴(133)을 사용하여 건식 에칭된다.(도3a). 이 공정에서, 트랜치(134)는 이후 공정에서 잉크 채널(103)로 형성되는 부분에 대응하는 깊이에 도달하도록 형성된다. 예를 들어, 유황 헥사플루오라이드와 산소의 혼합 가스가 건식 에칭에 사용된다. 형성되는 돌출부(120)의 몇몇 형상에 대해, 실리콘의 에칭은 등방 습식 에칭 또는 결정 이방성 에칭으로 수행될 수 있다.
그 후, 레지스트 패턴(133)이 제거된다(도3b).
또한, 도금 시드층(135)은 트렌치(134)에 도달하는 개구의 내부면과 제2 보호층(113)의 표면에 성막된다(도3c). 도금 시드층(135)은 예로써, TiW, Ti/Pd, 또는 Ti/Au로 구성될 수 있다. 본 실시예에서, Ti/Au를 이용하여 설명한다. Ti층의 두께는 2,000 Å이고, Au층의 두께는 4,000 Å이지만, 상기 두께로 제한되는 것은 아니다. 예로써, 증착은 도금 시드층(135)을 성막하는 방법으로서 채용될 수 있다. 도금 시드층(135)이 증착에 의해 형성될 때, 도금 시드층(135)은 기판을 수평으로 그리고 증착 공급원에 대해 경사지게 배치함으로써 각각의 트렌치(134)의 바닥 및 측벽 상에 성막될 수 있다.
또한, 레지스트(136)는 이후의 공정에서 토출구(116)로 형성되는 부분에 대응하도록 도금 시드층(135) 상에 패터닝된다.(도3d) 본 실시예에서, 포지티브 레지스트가 레지스트(136)로서 사용된다. 이와 달리, 네가티브 레지스트 또는 비감광성 레지스트가 사용될 수 있다.
다음에, 트렌치(134) 내에 금속 재료가 충분히 충전되도록 금속층(115)은 제2 보호층(113) 상에 형성된다.(도4a) 금속층(115)은 예로써 전기도금법에 의해 형성될 수 있다. 도금층의 두께는 약 40 ㎛ 내지 70 ㎛의 범위이다. 예로써, 금(Au) 또는 니켈(Ni)이 도금에 의해 형성된 금속층(115)의 재료로서 사용된다. 적층된 금속층(115) 및 보호층(112, 113)의 전체 두께는 사실상 토출구의 길이[예로써, 토출구 플레이트(111)의 두께]에 대응한다. 따라서, 상기 층들의 두께는 토출구의 소정의 길이를 고려하여 결정된다. 본 실시예에서는 30 ㎛의 두께를 갖는 금(Au)층으로 구성된 토출구 플레이트(111)를 사용하여 설명한다.
형성된 금속층(115)은 제2 보호층(113)의 개구의 존재에 의해 영향받고, 표면에 불균일성을 갖는다. 따라서, 이러한 불균일성을 제거하기 위해서, 금속층(115)의 표면은 표면 연마에 의해 평탄화될 수 있다.
그 후, 레지스트(136)가 제거된다.(도4b)
다음에, 기판(101)의 이면에는 이면 보호막 패턴(137)이 형성된다(도4c). 이면 보호막 패턴(137)의 개구는 이후의 공정에서 매니폴드(102)로 형성되는 부분에 대응하도록 형성된다.
이후의 공정에서 결정 이방성 에칭 중에 토출구 플레이트(111)을 보호하기 위한 표면 보호 레지스트(138)가 기판(101)의 표면에 도포된다(도4d).
이후, 매니폴드(102)는 결정 이방성 에칭에 의해 기판(101)에 형성된다(도5a). 이러한 에칭액으로는 수산화 테트라메틸 암모늄(TMAH)이 사용된다. 이와 달리, 예로써 수산화칼륨(KOH)도 사용될 수 있다. 매니폴드(102)는 기판(101)의 표면측에 배치된 희생층(131)까지 기판(101)의 이면측으로부터 연장되도록 형성된다. 즉, 희생층(131)은 이러한 에칭의 에칭 스톱층으로서 기능을 한다.
다음에, 희생층(131)은 매니폴드(102)의 개구를 통해서 제거된다(도5b). 본 실시예에서, 실리콘 산화물이 희생층(131)으로서 사용되기 때문에, 희생층(131)은 무수의 하이드로플루오화수소산(AHF)을 사용하여 에칭된다. 희생층(131)이 폴리실리콘, 알루미늄 등으로 제조될 때, 희생층(131)은 알카리성 용액을 사용하여 습식 에칭됨으로써 제거될 수 있다.
또한, 에칭액은 매니폴드(102)를 통해 희생층(131)을 제거함으로써 형성된 공간으로 유입되어 상기 공간으로부터 단결정 실리콘 기판(101)을 에칭한다. 따라서, 잉크 챔버(104) 및 잉크 채널(103)에 대응하는 유로가 형성된다.(도5c). 상기 설명한 에칭 공정에서 에칭액으로는 TMAH 또는 KOH가 사용될 수 있다.
계속해서, 표면 보호 레지스트(138)가 제거된다(도6a). 이후, 금속층(115)의 형성 중에 사용되는 레지스트(136) 아래에 잔류하는 도금 시드층(135)이 에칭액을 사용하여 제거된다.(도6b) 본 실시예에서, 토출구 플레이트(111)는 30 ㎛의 두께를 갖는다. 도금 시드층(135)을 구성하는 층인 Ti층 및 Au층의 두께는 각각 2,000Å 및 4,000Å이다. 따라서, 도금 시드층(135)의 두께는 도출구 플레이트(111)의 두께보다 충분히 작다. 따라서, 도금 시드층(135)이 상기 설명한 바와 같이 습식 에칭될 때에도, 돌출부(120) 및 토출구 플레이트(111)의 치수에 대한 영향은 매우 작다. HF, HNO3, H2O의 혼합 용액이 Ti의 에칭에 사용될 수 있고, 왕수가 Au를 에칭하는 데 사용될 수 있다.
다음에, 잉크 챔버(104)로 형성되는 부분에 토출구(116)를 연통시키기 위해 수행되는 건식 에칭에 앞서, 건식 필름(139)이 토출구 플레이트(111)을 보호하기 위한 마스크로서 패터닝된다.(도7a) 이와 달리, 액체 레지스트도 마스크로서 사용될 수 있다. 그러나, 토출구(116)로 형성되는 트렌치가 토출구 플레이트(111)에 형성되기 때문에, 수율을 고려하여 건식 필름이 본 실시예에서 사용된다.
계속해서, 제1 보호층(112) 및 제2 보호층(113)은 건식 에칭에 의해 에칭된다.(도7b) 제2 보호층(113)은 SiO로 제조될 수 있고, 에칭 가스로서 CF4, CHF3 및 Ar의 혼합 가스를 사용하여 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 에칭될 수 있다. 제1 보호층(112)은 SiN으로 제조될 수 있고, 에칭 가스로서 CF4, CHF3, Ar 및 O2의 혼합 가스를 사용하여 RIE에 의해 에칭될 수 있다.
계속해서, 토출구 플레이트(111)를 보호하는 데 사용된 건식 필름(139)이 제거된다(도7c).
최후에, 최종 실리콘 웨이퍼는 필요에 따라 다이서(dicer)를 사용하여 소정의 칩 유닛으로 분리된다. 따라서, 잉크젯 기록 헤드가 제조될 수 있다.
히터(114)를 구비하는 토출구 플레이트(111) 상의 유로에서의 잉크와 접촉하는 돌출부(120)를 제공함으로써, 발포부에서의 축열은 연속 프린팅에서도 억제될 수 있다. 결국, 토출량의 안정화는 달성될 수 있다.
제2 실시예
도8a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 단면도이고, 도8b는 평면도이다. 제1 실시예에서와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내며, 이들 구성 요소의 설명은 생략한다. 제1 실시예에서와 상이한 구성 요소에 대해 설명한다.
본 실시예에서, 도8a에 도시된 바와 같이 토출구 플레이트(111)에 구비된 금속층(115)의 일부인 돌출부(120)는 보호층(112, 113)을 관통하여 매니폴드(102)로 돌출된다.(튀어나온다) 따라서, 돌출부는 잉크와 접촉될 수 있다. 제1 실시예에서, 하나 이상의 돌출부(120)는 각각의 잉크 챔버(104)에 접속된 각각의 유로에 구 비된다. 이와 반대로, 본 실시예에서, 하나 이상의 돌출부(120)는 기판(101)의 표면측에서 매니폴드(102)의 개구에 구비된다. 이러한 점에서 본 실시예의 잉크젯 기록 헤드는 제1 실시예의 잉크젯 기록 헤드와 상이하다.
도9a 내지 도12b는 상기 잉크젯 기록 헤드를 제조하는 방법의 일예를 도시한다. 본 실시예의 방법에서, 기판(101)의 건식 에칭 실리콘에 의해 형성된 트렌치(134)의 위치 및 깊이는 제1 실시예에서와 상이하다. 구체적으로, 제1 실시예의 도2a 내지 도3a에 도시된 공정과 달리, 실리콘 기판(101)을 건식 에칭함으로써 형성되는 트렌치(134)는 매니폴드(102)로 형성되는 부분의 내측에 대응하는 깊이까지 연장되도록 형성된다.(도9b 및 도11a 참조) 이러한 점을 제외하고 본 실시예의 잉크젯 기록 헤드 제조 방법은 제1 실시예에 설명한 방법과 동일하다. 본 실시예에서, 히터(114)를 구비한 토출구 플레이트(111)에서의 축열이 억제될 수 있기 때문에, 토출량 안정화는 제1 실시예에서와 같이 달성될 수 있다.
제3 실시예
도13a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 단면도이고, 도13b는 평면도이다. 제1 실시예에서와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고, 이들 구성 요소의 설명은 생략한다. 이제, 제1 실시예에서와 상이한 구성 요소에 대해 설명한다.
본 실시예에서, 도13a 및 도13b에 도시된 바와 같이, 토출구 플레이트(111)에 구비된 금속층(115)의 일부(115a)는 보호층(112, 113)을 관통하고 돌출하여 기판(101)에 매립된다. 또한, 이러한 돌출부(115a)는 잉크 챔버(104) 및 잉크 채 널(103)의 벽면의 일부로써도 기능 한다.
금속층(115)의 일부를 기판(101)에 직접 접촉시킴으로써, 히터(114)로부터 발생된 열은 보다 효과적으로 방열될 수 있어 구동 주파수는 제1 및 제2 실시예에 비해 향상될 수 있다고 믿는다.
도14a 내지 도14h는 상기 잉크젯 기록 헤드 제조 방법의 일예를 도시한다. 본 실시예의 방법은 제1 실시예에서 설명한 도2a에 도시된 것과 동일한 공정[희생층(131) 및 보호층(112, 113)의 성막 공정]과, 도5a 내지 도7c에 도시된 것과 동일한 공정[매니폴드(102), 잉크 채널(103), 잉크 챔버(104) 및 토출구(116) 형성 공정]을 포함한다. 따라서, 다른 부분의 형성 공정을 주로 설명한다. 달리 설명하지 않는 한, 제1 실시예에서 사용된 것과 동일한 재료가 본 실시예의 잉크젯 기록 헤드를 형성하는 데 사용될 수 있다.
우선, 도2a에 도시된 제2 보호층(113)의 성막 전에, 토출구 패턴(140)은 포지티브 레지스트, 감광성 폴리머 등을 사용하여 토출구(116)로 형성되는 소정의 부분에 형성된다.(도14a) 토출구 패턴(140)의 높이는 50 내지 100 ㎛ 범위일 수 있다.
다음에, 제2 보호층(113)은 제1 보호층(112)과, 히터(114)와, 히터(114)에 전기 신호를 전송하는 컨덕터(도시 생략) 상에 형성된다.
잉크 채널(103) 및 잉크 챔버(104)의 벽면의 일부로 형성될 수 있는 희생층(131) 및 보호층(112, 113)의 일부가 제거된다. 이러한 공정에서, 포지티브 레지스트 등은 리소그래피(lithography) 공정으로 패터닝되고, 반응성 이온 에칭에 의해 제거된다.
계속해서, 트렌치(141)는 형성되는 잉크 채널 및 잉크 챔버의 벽면의 높이와 사실상 동일한 깊이까지 에칭됨으로써 기판(101)을 구성하는 단결정 실리콘에 형성된다. 건식 에칭법은 에칭 실리콘법으로써 채용될 수 있다. 이러한 공정에서, 포토레지스트가 패터닝되어 마스크로써 사용될 수 있다. 이와 달리, 상기 에칭은 보호층 등을 에칭하는 데 사용된 상기의 마스크를 사용하여 수행될 수 있다. 에칭의 깊이는 약 10 내지 30 ㎛의 범위이지만, 에칭 깊이는 잉크 챔버(104)와 잉크 채널(103)로 형성되는 부분에 대응하는 깊이를 고려하여 결정될 수 있다.
이후, 금속층(115)은 제2 보호층(113) 및 단결정 실리콘 상에 형성된 트렌치(141)를 충분하게 충전시키도록 형성된다.
형성된 금속층(115)은 트렌치(141)의 존재에 영항을 받고, 표면 상에 불균일성을 갖는다. 따라서, 상기 불균일성을 제거하기 위해, 금속층(115)의 표면은 표면 연마에 의해 평탄화될 수 있다.(도14c) 이러한 경우, 적층된 금속층(115) 및 보호층(112, 113)의 전체 두께는 사실상 토출구의 길이[즉, 토출구 플레이트(111)의 두께]에 대응한다.
다음에, 토출구(116)로 형성되는 부분을 보호하기 위해, 환형화 고무(142, cyclized rubber)와 같은 보호재가 [토출구 플레이트(111) 상의]기판 표면측에 도포된다.
또한, 레지스트는 기판(101)의 이면에 형성되어 매니폴드(102)가 형성되는 소정의 위치에서 개구를 갖도록 패터닝된다. 매니폴드(102)는 마스크[이면 보호막 패턴(137)]로서 상기 레지스트를 사용하여 형성된다.(도14d)
매니폴드(102) 형성 시, 기판(101)은 이면 보호막 패턴(137)의 개구로부터 결정 이방성 에칭을 수행하도록 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화 테트라메틸 암모늄(TMAH) 수용액과 같은 알카리성 수용액에 침지된다. 상기 에칭은 단결정 실리콘 기판(101)이 희생층(131)와 연통하도록 관통할 때 종료된다. 따라서, 매니폴드(102)가 형성된다.
다음에, 희생층(131)이 매니폴드(102)를 통해 제거된다.(도14e) 희생층(131)이 실리콘 산화물로 이루어질 때, 에칭은 플루오르화수소산 가스를 사용하여 수행된다. 희생층(131)이 예로써, 폴리실리콘 또는 알루미늄으로 이루어질 때, 희생층(131)은 알카리성 용액을 사용하여 습식 에칭에 의해 제거될 수 있다.
또한, 에칭액은 매니폴드(102)를 통해 희생층(131)을 제거함으로써 형성된 공간으로 유입되어 상기 공간으로부터 단결정 실리콘 기판(101)을 에칭한다. 따라서, 잉크 챔버(104) 및 잉크 채널(103)에 대응하는 유로가 형성된다.(도14f) 이러한 경우, 잉크 챔버(104) 및 잉크 채널(103)의 벽면이 토출구 플레이트(111)에서의 금속층(115)의 일부(115a)에 의해 형성된 영역에서, 일부(115a)는 에칭 스톱층으로써 기능한다. 따라서, 금속층(115)이 잉크 챔버(104) 및 잉크 채널(103)의 벽면으로써 기능하는 영역에서, 잉크 챔버(104) 및 잉크 채널(103) 형성 시 치수 정밀도가 향상될 수 있다.
매니폴드(102), 잉크 채널(103) 및 잉크 챔버(104) 형성 후, 토출구 플레이트(111) 상에 형성된 보호재인 환형화 고무(142)는 예로써 크실렌을 사용하여 제거 된다.(도14g)
이후, 토출구 패턴(140)으로써 사용된 감광성 폴리머 또는 포지티브 레지스트는 토출구(116)의 상부를 형성하도록 제거된다. 따라서, 외부와 제1 보호층(112)은 토출구(116)의 상부를 통해 서로 연통된다.(도14g)
다음에, 외부와 연통하는 제1 보호층(112)은 토출구(116)의 하부를 형성하도록 적절한 마스크를 통해 예로써, 반응성 이온 에칭, 화학적 건식 에칭 또는 샌드 블래스팅에 의해 토출구 플레이트(111) 측으로부터 제거된다.(도14h)
최후에, 최종 실리콘 웨이퍼는 필요에 따라 다이서를 사용하여 소정의 칩 유닛으로 분리된다. 따라서, 잉크젯 기록 헤드가 제조될 수 있다.
상기 설명한 잉크젯 기록 헤드 및 헤드의 제조 방법은 다음과 같은 이점을 갖는다.
토출구 플레이트(111)에 구비된 양호한 열전도성을 갖는 금속층(115)의 일부(115a)가 직접 기판(101)에 접촉되기 때문에, 히터(114) 및 그 주변에 잔류하는 열은 기판(101)으로 효과적으로 발산될 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 토출구에서의 온도 상승을 억제할 수 있다. 결국, 구동 주파수가 향상될 수 있다.
또한, 금속층(115)의 일부(115a)가 잉크 채널(103) 및 잉크 챔버(104)의 벽면의 일부로서 기능하기 때문에, 금속층(115)의 일부(115a)는 잉크 채널(103) 및 잉크 챔버(104)의 형성 중에 에칭 스톱층으로써 효과적으로 기능한다. 따라서, 잉크 채널(103) 및 잉크 챔버(104)의 가공 치수 정밀도가 향상될 수 있다. 결국, 토출구(116)는 고밀도로 배치될 수 있다.
제4 실시예
도15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 단면도이다. 제1 실시예에서와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고, 이들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다. 이제, 제1 실시예에서와 상이한 구성 요소에 대해 설명한다.
본 실시예에서, 도15에 도시된 바와 같이, 토출구 플레이트(111)에 구비된 금속층(115)의 일부(115a)는 기판(101)의 이면을 관통하여 방열 부재(121)에 접합된다.
또한, 금속층(115)은 히터(114) 및 그 주변에서 발생된 열을 외부[방열 부재(121)]로 방열시킨다. 금속층(115)의 재질의 예로는 니켈(Ni), 동(Cu), 알루미늄(Al) 및 금(Au)과 같은 양호한 열전도성을 갖는 금속을 포함한다. 그러나, 토출구 플레이트(111)의 표면으로써 기능하는 금속층(115)에는 열전도성 뿐만 아니라 내잉크성(내부식성)이 요구되기 때문에, 금(Au)이 금속층(115)으로써 사용될 수 있다.
상세하게는, 예로써, 티탄 텅스텐(TiW)으로 이루어진 배리어층과, 예로써 동(Cu), 크롬(Cr), 티탄(Ti), 금(Au) 또는 니켈(Ni)로 이루어진 시드층이 금속층(113) 밑에 제공될 수 있다.
방열 부재(121)는 금속층(115)으로부터 전해진 열을 확산시키기 위해 낮은 열저항 및 큰 열용량을 갖는다. 금속층(115)과의 열저항을 감소시키 위해, 금속층(115)의 단부 영역보다 큰 영역을 갖는 금속층이 예로써, 금도금에 의해 방열 부 재(121)에 형성될 수 있다. 이러한 경우, 열용량을 증가시키기 위해 접촉 면적을 증가시키거나 또는 체적을 증가시킴으로써, 높은 방열 효율을 얻을 수 있다.
도16a 내지 도16f는 상기 잉크젯 기록 헤드를 제조하는 방법의 일예를 도시한다. 본 실시예의 방법은 제1 실시예에서 설명한 도2a에 도시된 것과 동일한 공정[희생층(131)과 보호층(112, 113)의 성막 공정] 및 도5a 내지 도7c에서 도시된 것과 동일한 공정[매니폴드(102), 잉크 채널(103), 잉크 챔버(104) 및 토출구(116) 형성 공정]을 포함한다. 따라서, 다른 부분의 형성 공정을 주로 설명한다. 별다른 설명이 없는 한, 제1 실시예에서 사용된 것과 동일한 재료가 본 실시예의 잉크젯 기록 헤드를 형성하는 데 사용될 수 있다는 점을 알아야 한다.
우선, 도2a에 도시된 제2 보호층(113)에 대응하는 제3 보호층(117)의 성막 전에, 토출구 패턴(140)은 포지티브 레지스트, 감광성 폴리머 등을 사용하여 토출구(116)로 형성되는 소정의 위치에서 패터닝된다.(도16a)
이후, 제3 보호층(117)은 전기 신호를 히터(114)로 전송하는 컨덕터(도시 생략) 및 제2 보호층(113) 상에 형성된다. 이후, 보호층(112, 113, 117) 및 기판(101)을 관통하는 관통 구멍(143)이 형성된다.(도16a)
관통 구멍(143)은 건식 프로세스인 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 보호층(112, 113, 117) 및 기판(101)을 순차적으로 에칭함으로써 형성된다. 이와 달리, 예로써 엑시머 레이저 처리 또는 샌드 블래스팅도 사용될 수 있다.
다음에, 금속층(115)은 제3 보호층(117) 상에 그리고 관통 구멍(143) 내에 형성된다.(도16b) 이러한 공정에서, 도금에 의해 금속층(115)을 형성하기 위해, 티탄 텅스텐(TiW)으로 이루어진 도금 배리어층 및 금(Au)으로 이루어진 도금 시드층이 앞선 스퍼터링에 의해 증착된다. 계속해서, 금(Au) 도금층은 전해 도금 또는 무전해 도금에 의해 금속층(115)으로써 형성된다. 방열 부재(121) 상에 위치된 금속층(115)이 방열을 목적으로 사용되기 때문에, 큰 두께를 갖는 금속층(115)을 형성하도록 전해 도금이 사용될 수 있다.
또한, 금속층(115)은 기판(101)의 이면[즉, 토출구 플레이트(111)의 대향면]으로부터 돌출되는 돌출 형상을 갖도록 형성되어야 한다. 이러한 경우, 관통 구멍(143) 내의 금속층(115)은 원통형 형상 또는 바아(bar) 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 관통 구멍(143) 내의 금속층(115)은 열용량을 증가시키기 위해 바아 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
이후, 매니폴드(102)는 습식 프로세스인 1차 등방성 에칭(AE) 프로세스를 수행함으로써 기판(101)의 이면측으로부터 형성된다.(도16c) 이 공정에서, 희생층(131)은 에칭 스톱층으로써 기능한다.
또한, 희생층(131)은 무수 플루오르화수소산을 사용하여 에칭함으로써 매니폴드(102)를 통해 제거된다. 계속해서, 기판(101)은 잉크 채널(103) 및 잉크 챔버(104)를 형성하도록 2차 등방성 에칭(AE) 프로세스를 수행함으로써 실리콘의 (111) 면을 따라 에칭된다.(도16d)
또한, 표면 보호 레지스트(138)가 제거된 뒤, 패턴 마스크는 건식 필름을 사용하여 형성된다. 보호층(112, 113)이 건식 에칭 프로세스에 의해 제거되어 토출구(116)는 잉크 챔버(104)와 연통하게 된다.(도16e)
계속해서, 금속층(115)의 단부는 도금에 의해 알루미나(Al2O3) 방열 부재(121) 상에 형성된 금속층(144)과 접합된다.(도16f). 이 공정에서, 금속층(115)의 돌출부와 금속층(144)은 서로 대면하도록 정렬된 뒤 압착된다. 이 상태에서, 초음파 처리가 수행되어, 금과 금 사이의 금속 결합에 의해 금속층들이 접합된다. 방열 부재(121)를 구성하는 알루미나는 토출구 플레이트(111)의 체적보다 큰 체적을 가져 큰 열용량을 갖는다. 결국, 히터(114) 근처의 열은 금속층(115)을 통해 방열 부재(121)로 효과적으로 방열될 수 있다. 본 실시예에서, 알루미나가 방열 부재(121)로서 사용된다. 그러나, 본 발명에서, 방열 부재(121)의 재료는 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다.
이와 달리, 도17에 도시된 바와 같이, 관통 구멍(143)은 잉크 채널(103) 및 기판(101)을 관통하도록 형성될 수 있다. 이러한 경우, 토출구 플레이트(111)의 돌출부는 잉크 채널(103)을 관통하여 잉크와 접촉하도록 형성된다. 따라서, 방열 부재(121)와 잉크로 열이 방열될 수 있다. 결국, 방열 효율는 향상될 수 있다.
히터(114)를 구비하는 토출구 플레이트(111) 상에 기판(101)을 관통하는 방열 경로를 설치함으로써, 연속 프린팅에서도 발포부에서의 축열이 억제될 수 있다. 결국, 토출량의 안정화가 달성될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따라, 백 슈팅 방식의 잉크젯 헤드에서, 토출구 플레이트(11)에 구비된 금속층(115)의 일부는 기판(101)을 관통하여 방열 부재(121)에 접합된다. 따라서, 히터(114)로부터 발생된 열은 토출구 플레이트(111)의 온도 증가를 억제하도록 금속층(115)을 통해 방열 부재(121)로 방열될 수 있다. 결국, 잉크의 온도 증가도 억제될 수 있어, 잉크 토출량이 더 안정화될 수 있다. 또한, 방열 효율의 향상으로, 구동 주파수가 증가될 수 있다. 따라서, 개선된 토출 성능 및 높은 신뢰성을 갖는 잉크젯 헤드가 제공될 수 있다.
상기 실시예에서 설명한 본 발명의 액체 토출 헤드는 프린터, 복사기, 통신 시스템을 구비한 팩시밀리, 프린터 유닛을 갖는 워드 프로세서와 같은 장치와, 다양한 프로세스 장치를 조합한 산업 기록 장치에 설치될 수 있다. 결국, 이러한 액체 토출 헤드를 사용하여 종이, 실, 섬유, 직물, 피혁, 금속, 플라스틱, 유리, 목재, 세라믹과 같은 다양한 형태의 기록 매체에서 기록이 수행될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "기록"은 문자나 도형과 같은 의미를 갖는 화상이 기록 매체에 부여되는 것뿐만 아니라, 패턴과 같은 의미를 갖지 않는 화상을 기록 매체에 부여하는 것을 의미한다. 또한, 용어 "잉크" 또는 "액체"는 넓게 해석되어야 하며, 화상, 모양, 패턴 등의 형성과, 기록 매체의 처리 또는 기록 매체에 부여됨으로써 기록 매체 또는 잉크의 처리에 액체가 제공되는 것을 의미한다. 여기서, 용어 "잉크 또는 기록 매체의 처리"는 예로써, 기록 매체에 부여되는 잉크에 함유된 색재의 응고 또는 불용화에 의한 정착성의 향상, 기록 품질 또는 색 현상능의 향상 및 화상 내구성 향상을 의미한다.
본 발명을 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되는 것은 아니다. 이하 청구항의 범위는 모든 변경 및 균등 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.
도1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 단면도.
도1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 평면도.
도2a 내지 도2c는 제1 실시예의 잉크젯 기록 헤드를 제작하기 위한 공정의 일예를 도시한 단면도.
도3a 내지 도3d는 도2c에 도시된 공정의 계속을 도시한 단면도.
도4a 내지 도4d는 도3d에 도시된 공정의 계속을 도시한 단면도.
도5a 내지 도5c는 도4d에 도시된 공정의 계속을 도시한 단면도.
도6a 및 도6b는 도5c에 도시된 공정의 계속을 도시한 단면도.
도7a 내지 도7c는 도6b에 도시된 공정의 계속을 도시한 단면도.
도8a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 단면도.
도8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 평면도.
도9a 내지 도9c는 제2 실시예의 잉크젯 기록 헤드를 제작하기 위한 공정의 일예를 도시한 단면도.
도10a 내지 도10c는 도9c에 도시된 공정의 계속을 도시한 단면도.
도11a 내지 도11c는 도10c에 도시된 공정의 계속을 도시한 단면도.
도12a 내지 도12b는 도11c에 도시된 공정의 계속을 도시한 단면도.
도13a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 단면도.
도13b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 평면도.
도14a 내지 도14h는 제3 실시예의 잉크젯 기록 헤드를 제작하기 위한 공정의 일예를 도시한 단면도.
도15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 단면도.
도16a 내지 도16f는 제4 실시예의 잉크젯 기록 헤드를 제작하기 위한 공정의 일예를 도시한 단면도.
도17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다른 잉크젯 기록 헤드를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 기판
102 : 매니폴드
103 : 잉크 채널
104 : 잉크 챔버
111 : 토출구 플레이트
112 : 보호층
113 : 보호층
114 : 히터
115 : 금속층
116 : 토출구
117 : 보호층
120 : 돌출부
121 : 방열 부재
134 : 트렌치

Claims (13)

  1. 액체를 토출하도록 구성된 토출구(116)로부터 액체를 토출하는 데 사용되는 에너지를 발생하도록 구성된 소자와, 상기 토출구(116)와 유체 연통하는 유로를 구비한 액체 토출 헤드이며, 상기 액체 토출 헤드는,
    기판(101)과,
    상기 기판(101)과의 사이에 유로를 형성하도록 상기 기판(101)과 접합되고, 상기 소자가 그 위에 제공되는 유로벽 형성층(112)과,
    상기 소자에 대응하도록 상기 토출구(116)가 구비된 금속층(115)을 포함하고,
    상기 금속층(115)은, 상기 금속층(115)으로부터 상기 기판(101)의 방향으로 상기 유로벽 형성층(112)을 관통하여 돌출되는 돌출부(120)를 그의 일부로서 포함하는 액체 토출 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 돌출부(120)는 상기 유로 안으로 돌출되는 액체 토출 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유로에 액체를 공급하도록 구성되고, 상기 기판(101)을 통해 구비된 공급구를 더 포함하고,
    상기 돌출부(120)는 상기 공급구로 돌출되는 액체 토출 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 돌출부(120)는 상기 기판(101) 내측에 돌출되는 액체 토출 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 돌출부(120)는 상기 유로의 벽의 일부를 형성하는 액체 토출 헤드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판(101)의 토출구(116)에 대향하여 배치된 방열 부재(121)를 더 포함하고,
    상기 돌출부(120)는 상기 기판(101)을 관통하여 방열 부재(121)와 접촉하는 액체 토출 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유로벽 형성층(112)은 실리콘 질화물로 이루어진 액체 토출 헤드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소자를 보호하도록 구성된 보호층(113)을 더 포함하고,
    상기 보호층(113)은 상기 소자와 금속층(115) 사이에 배치된 액체 토출 헤드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속층(115) 및 돌출부(120)는 동일한 금속으로 이루어진 액체 토출 헤드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 유로벽 형성층(112)은 상기 기판(101)에 직접 접촉되는 액체 토출 헤드.
  11. 기판(101)과, 액체를 토출하도록 구성된 토출구(116)와 유체 연통하는 것을 허용하는 유로와, 상기 기판(101)에 구비되고 상기 유로의 벽의 일부를 형성하는 유로벽 형성층(112)과, 상기 유로벽 형성층(112)에 구비되고 상기 액체를 토출하는 데 사용되는 에너지를 발생시키도록 구성된 소자와, 상기 소자에 구비되고 상기 토출구(116)를 구비한 금속층(115)을 포함하는 액체 토출 헤드 제조 방법이며,
    상기 기판(101) 상에 유로벽 형성층(112)을 형성하는 단계와,
    상기 소자를 상기 유로벽 형성층(112) 상에 형성하는 단계와,
    상기 유로벽 형성층(112)을 관통하는 구멍과, 상기 구멍과 연속하도록 기판(101)에 트렌치(134)를 형성하는 단계와,
    상기 구멍 및 트렌치(134)를 충전하도록 상기 유로벽 형성층(112) 및 소자 상에 금속층(115)을 형성하는 단계와,
    상기 기판(101)의 일부를 제거함으로서 유로를 형성하는 단계를 포함하는 액체 토출 헤드 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기판(101)에 트렌치(134)를 형성하는 단계에서, 상기 트렌치(134)는 상기 유로에 대응하는 위치로 연장되도록 형성되고,
    상기 유로는 상기 트렌치 내의 금속층(115) 주위의 기판(101) 부분을 제거함으로써 형성되는 액체 토출 헤드 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 유로에 액체를 공급하도록 구성된 공급구가 상기 기판(101)을 통해 구비되고,
    상기 기판(101)에 트렌치(134)를 형성하는 단계에서 트렌치(134)는 형성되는 공급구의 내측에 대응하는 위치로 연장되도록 형성되는 액체 토출 헤드 제조 방법.
KR1020080077281A 2007-08-08 2008-08-07 액체 토출 헤드 및 그 제조 방법 KR101022114B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2007-00206520 2007-08-08
JP2007206520A JP5038054B2 (ja) 2007-08-08 2007-08-08 液体吐出ヘッドおよびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090015839A KR20090015839A (ko) 2009-02-12
KR101022114B1 true KR101022114B1 (ko) 2011-03-17

Family

ID=40346052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080077281A KR101022114B1 (ko) 2007-08-08 2008-08-07 액체 토출 헤드 및 그 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9393781B2 (ko)
JP (1) JP5038054B2 (ko)
KR (1) KR101022114B1 (ko)
CN (1) CN101362397B (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5744549B2 (ja) * 2011-02-02 2015-07-08 キヤノン株式会社 インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法
JP5349628B2 (ja) * 2011-02-08 2013-11-20 富士フイルム株式会社 インクジェット記録方法、及び、印刷物
JP6230279B2 (ja) * 2013-06-06 2017-11-15 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドの製造方法
US9469109B2 (en) * 2014-11-03 2016-10-18 Stmicroelectronics S.R.L. Microfluid delivery device and method for manufacturing the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030082261A (ko) * 2002-04-17 2003-10-22 삼성전자주식회사 잉크 젯 프린트 헤드 및 이의 제조 방법
KR20050021728A (ko) * 2003-08-25 2005-03-07 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트 헤드의 보호층 및 이를 구비하는 잉크젯프린트 헤드의 제조방법
KR100484168B1 (ko) * 2002-10-11 2005-04-19 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100668294B1 (ko) * 2001-01-08 2007-01-12 삼성전자주식회사 반구형 잉크 챔버를 가진 잉크 젯 프린트 헤드 및 그제조방법
JP2002316419A (ja) * 2001-04-20 2002-10-29 Casio Comput Co Ltd インクジェットプリントヘッド
KR100552664B1 (ko) * 2002-10-12 2006-02-20 삼성전자주식회사 측벽에 의해 한정되는 잉크 챔버를 가진 일체형 잉크젯프린트헤드 및 그 제조방법
KR100493160B1 (ko) * 2002-10-21 2005-06-02 삼성전자주식회사 테이퍼 형상의 노즐을 가진 일체형 잉크젯 프린트헤드 및그 제조방법
KR100590527B1 (ko) * 2003-05-27 2006-06-15 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
JP4731892B2 (ja) * 2004-11-29 2011-07-27 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド用の半導体基板の供給口および貫通口の製造方法
JP2006264053A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Fuji Photo Film Co Ltd インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030082261A (ko) * 2002-04-17 2003-10-22 삼성전자주식회사 잉크 젯 프린트 헤드 및 이의 제조 방법
KR100484168B1 (ko) * 2002-10-11 2005-04-19 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
KR20050021728A (ko) * 2003-08-25 2005-03-07 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트 헤드의 보호층 및 이를 구비하는 잉크젯프린트 헤드의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090015839A (ko) 2009-02-12
JP2009039928A (ja) 2009-02-26
CN101362397B (zh) 2010-10-27
US20090040266A1 (en) 2009-02-12
CN101362397A (zh) 2009-02-11
JP5038054B2 (ja) 2012-10-03
US9393781B2 (en) 2016-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7487590B2 (en) Method for manufacturing monolithic ink-jet printhead having heater disposed between dual ink chambers
US20050162482A1 (en) Monolithic ink-jet printhead having a tapered nozzle and method for manufacturing the same
US7069656B2 (en) Methods for manufacturing monolithic ink-jet printheads
KR100374788B1 (ko) 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조방법 및잉크 토출방법
KR101022114B1 (ko) 액체 토출 헤드 및 그 제조 방법
US20060238575A1 (en) Monolithic ink-jet printhead having a metal nozzle plate and manufacturing method thereof
JP2004358971A (ja) 一体型インクジェットプリントヘッドおよびその製造方法
JP2008126420A (ja) インクジェット記録ヘッドおよびその作製方法
KR20030047330A (ko) 일체형 잉크젯 프린트 헤드의 제조 방법
KR100590527B1 (ko) 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
TWI246115B (en) Method for fabricating an enlarged fluid chamber using multiple sacrificial layers
KR100499150B1 (ko) 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법
KR20100135655A (ko) 액체 토출 헤드의 제조 방법
EP2091741B1 (en) Method of forming openings in substrates
KR100612883B1 (ko) 잉크젯 프린트헤드의 제조방법
US20120075386A1 (en) Liquid discharge head and manufacturing method of the same
JP4489637B2 (ja) インクジェットヘッドおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140226

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150226

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160226

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170224

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180226

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190307

Year of fee payment: 9