KR101026024B1 - Manufacturing method of inkjet head - Google Patents
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Abstract
잉크젯 헤드의 제조 방법이 개시된다. 본 잉크젯 헤드의 제조 방법은, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 제조하는 단계, 제1 세라믹 그린시트 상에 노즐 영역을 형성하고 제2 세라믹 그린시트 상에 리저버 영역 및 챔버 영역을 형성하고 제3 세라믹 그린시트 상에 리스트릭트 영역을 형성하고 제4 세라믹 그린시트에 잉크 주입 영역을 형성하는 단계, 각 영역의 변형을 방지하기 위한 구속 물질을 충진시키는 단계, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 소성 온도에서 개별적으로 소결시킨 후, 구속 물질을 제거하는 단계, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트의 일 면에 접합 물질을 형성하는 단계, 접합 물질이 형성된 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 차례로 적층하여 압력 챔버를 형성하는 단계, 및 압력 챔버의 상부면에 하부 전극, 압전소자 및 상부 전극을 순서대로 형성하는 단계를 포함한다. Disclosed is a method of manufacturing an inkjet head. The method of manufacturing an inkjet head includes manufacturing a first to fourth ceramic green sheet, forming a nozzle region on the first ceramic green sheet, forming a reservoir region and a chamber region on the second ceramic green sheet, and Forming a restrictive region on the ceramic green sheet and forming an ink injection region in the fourth ceramic green sheet, filling a restraining material to prevent deformation of each region, and firing the first to fourth ceramic green sheets Separately sintering at a temperature, removing the restraint material, forming a bonding material on one surface of the first to fourth ceramic green sheets, and sequentially laminating the first to fourth ceramic green sheets on which the bonding material is formed. Forming a pressure chamber, and sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric element, and an upper electrode on an upper surface of the pressure chamber.
잉크젯 헤드, 압력 챔버, 세라믹 Inkjet head, pressure chamber, ceramic
Description
본 발명은 잉크젯 헤드의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 세라믹 재료를 이용한 잉크젯 헤드의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an inkjet head, and more particularly, to a method of manufacturing an inkjet head using a ceramic material.
일반적으로 잉크젯 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 용지나 직물 등 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜 인쇄 매체의 표면에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 헤드는 잉크 토출 방식에 따라 여러 가지로 나뉠 수 있다. 그 중 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 헤드이다. In general, an inkjet head is an apparatus for printing an image of a predetermined color on the surface of a printing medium by discharging a minute droplet of printing ink to a desired position on a printing medium such as paper or fabric. Such inkjet heads may be divided into various types according to ink ejection methods. One of them is a heat-driven inkjet head which generates bubbles in the ink by using a heat source and discharges the ink by the expansion force of the bubbles. It is a piezoelectric inkjet head which ejects ink by the pressure applied.
종래에는 플라즈마 공정을 이용하여 단결정 실리콘 기판을 식각하는 방법을 통해 잉크젯 헤드의 각 구성 요소를 제조하였다. 그리고, 각 구성 요소에 대응하는 단결정 실리콘 기판을 접합하여 잉크젯 헤드를 제조하였다. 하지만, 단결정 실리콘 기판의 접합 기술에 한계로 인해 각 구성 요소 간에 접합 불량이 발생하였으며, 이는 잉크젯 헤드의 제품 수율을 감소시키는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 세라믹 재료를 이용한 잉크젯 헤드가 개발되었다. Conventionally, each component of the inkjet head is manufactured by etching a single crystal silicon substrate using a plasma process. Then, a single crystal silicon substrate corresponding to each component was bonded to produce an inkjet head. However, due to limitations in the bonding technology of the single crystal silicon substrate, bonding defects have occurred between the respective components, which reduces the product yield of the inkjet head. In order to solve this problem, an inkjet head using a ceramic material has been developed.
종래 세라믹 재료를 이용한 잉크젯 헤드는, 잉크젯 헤드의 구성 요소를 세라믹 재질로 일괄 성형하여 동시에 소성하는 방법으로 제조된다. 이와 같이, 잉크젯 헤드를 세라믹 재질로 형성하여 동시 소성하는 경우, 접합에 따른 문제는 해결할 수 있으나 세라믹 재질의 수축으로 인해 잉크젯 헤드가 변형된다는 문제점이 있었다. 잉크젯 헤드의 변형이 심각한 경우, 잉크 이동에 따른 동작이 실행되지 않아 제품 불량이 발생하게 된다. The inkjet head using a conventional ceramic material is manufactured by the method of simultaneously molding the components of the inkjet head with a ceramic material and firing them simultaneously. As such, when the inkjet head is formed of a ceramic material and simultaneously fired, the problem of bonding may be solved, but there is a problem that the inkjet head is deformed due to shrinkage of the ceramic material. If the deformation of the ink jet head is serious, an operation in accordance with ink movement is not performed, resulting in product defects.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 무수축 공법에 의해 기 소성된 세라믹 재질로 잉크젯 헤드의 구성 요소를 형성하고 각 구성 요소를 접합 물질을 이용하여 접합함으로써, 수축에 의한 변형을 방지할 수 있는 잉크젯 헤드의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to form a component of an inkjet head made of a ceramic material pre-fired by a non-shrinkage method, and to contract each component by using a bonding material, thereby shrinking It is to provide a method of manufacturing an inkjet head that can prevent deformation by
이상과 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법은, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 제조하는 단계, 상기 제1 세라믹 그린시트 상에 노즐 영역을 형성하고, 상기 제2 세라믹 그린시트 상에 리저버 영역 및 챔버 영역을 형성하고, 상기 제3 세라믹 그린시트 상에 리스트릭터 영역을 형성하고, 상기 제4 세라믹 그린시트에 잉크 주입 영역을 형성하는 단계, 상기 노즐 영역, 리저버 영역, 챔버 영역, 리스트릭터 영역 및 잉크 주입 영역 내에 상기 각 영역의 변형을 방지하기 위한 구속 물질을 충진시키는 단계, 상기 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 소성 온도에서 개별적으로 소결시킨 후, 상기 구속 물질을 제거하는 단계, 상기 제1 내지 제4 세라믹 그린시트의 일 면에 접합 물질을 형성하는 단계, 상기 접합 물질이 형성된 상기 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 차례로 적층하여 압력 챔버를 형성하는 단계, 및 상기 압력 챔버의 상부면에 하부 전극, 압전소자 및 상부 전극을 순서대로 형성하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an inkjet head, the method comprising: preparing a first to fourth ceramic green sheets, forming a nozzle region on the first ceramic green sheets, Forming a reservoir region and a chamber region on the second ceramic green sheet, forming a restrictor region on the third ceramic green sheet, and forming an ink injection region on the fourth ceramic green sheet, the nozzle region Filling the restraining material to prevent deformation of the respective regions in the reservoir region, the chamber region, the restrictor region and the ink injection region, and individually sintering the first to fourth ceramic green sheets at a firing temperature, Removing the restraining material, forming a bonding material on one surface of the first to fourth ceramic green sheets, and forming the bonding material. And a step of forming the first to the fourth step of sequentially laminating a ceramic green sheet to form a pressure chamber, and the lower electrode, the piezoelectric elements and the upper electrode on the upper surface of the pressure chamber in order.
이 경우, 상기 접합 물질은, Au-Sn, Au-Ge, Au-Zn, Au-Ni 및 Au-Al 중 어느 하나인 것이 바람직하다. In this case, the bonding material is preferably any one of Au-Sn, Au-Ge, Au-Zn, Au-Ni, and Au-Al.
또한, 상기 제1 내지 제4 세라믹 그린시트의 소성 온도는 700~900℃인 것이 바람직하다. In addition, the firing temperature of the first to fourth ceramic green sheets is preferably 700 ~ 900 ℃.
한편, 상기 구속 물질은, 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2) 및 마그네시아(MgO) 중 어느 하나의 세라믹 재료일 수 있다. 이 경우, 상기 구속 물질을 제거하는 단계는, 상기 소성된 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 초음파 진동시켜 상기 세라믹 재료를 제거할 수 있다. On the other hand, the restraining material may be a ceramic material of any one of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ) and magnesia (MgO). In this case, the removing of the restraining material may remove the ceramic material by ultrasonically vibrating the fired first to fourth ceramic green sheets.
또는, 상기 구속 물질은, Pd, Ag, Pd-Ag, Cu, Pt 및 Ni 중 어느 하나의 금속 물질일 수 있다. 이 경우, 상기 구속 물질을 제거하는 단계는, 상기 금속 물질을 습식 식각할 수 있다. Alternatively, the restraint material may be a metal material of any one of Pd, Ag, Pd-Ag, Cu, Pt, and Ni. In this case, the removing of the restraining material may include wet etching the metal material.
본 제조 방법에서, 상기 노즐 영역, 리저버 영역, 리스트릭터 영역, 챔버 영역 및 잉크 주입 영역은, 기계적 펀칭, 레이저 가공 및 리소그래피 중 어느 하나의 공정을 이용하여 형성할 수 있다. In the present manufacturing method, the nozzle region, reservoir region, restrictor region, chamber region, and ink injection region may be formed using any one of mechanical punching, laser processing, and lithography.
또한, 상기 접합 물질이 형성된 상기 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 적층하여 압력 챔버를 형성하는 단계는, 상기 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 순서대로 적층하여 가열하는 단계, 및 상기 제1 내지 제4 세라믹 그린시트를 압착하는 단계;를 포함할 수 있다. The forming of the pressure chamber by laminating the first to fourth ceramic green sheets on which the bonding material is formed may include: laminating and heating the first to fourth ceramic green sheets in order and the first to fourth ceramic green sheets. And pressing the fourth ceramic green sheet.
본 발명에 따르면, 무수축 공법을 이용하여 기 소성된 세라믹 재질로 잉크젯 헤드의 구성 요소를 형성하고 각 구성 요소를 접합 물질로 접합함으로써, 소성 과정에서 수축으로 인해 발생하는 각 구성 요소의 변형을 방지할 수 있게 된다. 또한, 잉크젯 헤드를 구성하는 구성요소가 접합 물질에 의해 접합됨으로써 접합력이 향상될 수 있게 된다. 이에 따라, 잉크젯 헤드의 제품 수율을 향상시킬 수 있게 된다. According to the present invention, by forming the components of the inkjet head from the ceramic material calcined by using the non-shrinkage method and bonding each component with a bonding material, to prevent deformation of each component caused by shrinkage during the firing process You can do it. In addition, the bonding force can be improved by bonding the components constituting the inkjet head by the bonding material. Thereby, the product yield of an inkjet head can be improved.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1a를 참조하면, 우선, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)를 마련한다. 구체적으로, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)는, 우선, 유리-세라믹 분말에 유기 바인더, 분산제, 혼합 용매를 첨가한 후 볼밀을 이용하여 분산시킨다. 이렇게 얻은 슬러리를 필터로 거른 후 탈포하고, 닥터 블레이드법을 이용하여 소정 두께의 세라믹 그린시트를 제저할 수 있게 된다. 이와 같은 방법으로 제조된 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)는 잉크젯 헤드의 구성 요소 ,특히, 압력 챔버를 제조하기 위한 것으로, 제1 세라믹 그린시트(11)는 노즐 플레이트, 제2 세라믹 그린시트(12)는 리저버 플레이트, 제3 세라믹 그린시트(13)는 리스트릭터 플레이트, 그리고 제4 세라믹 그린시트(14)는 진동 플레이트 제조하기 위한 것이다.1A to 1G are views for explaining a method of manufacturing an inkjet head according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1A, first, first to fourth ceramic green sheets 11-14 are prepared. Specifically, the first to fourth ceramic green sheets 11-14 are first dispersed with a ball mill after adding an organic binder, a dispersant, and a mixed solvent to the glass-ceramic powder. The slurry thus obtained is filtered and degassed, and the ceramic green sheet having a predetermined thickness can be removed using a doctor blade method. The first to fourth ceramic green sheets 11-14 manufactured by the above method are for manufacturing the components of the inkjet head, in particular, the pressure chamber, and the first ceramic
이 후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)에 노즐 영역(11a), 리저버 영역(12a), 챔버 영역(12b), 리스트릭터 영역(13a) 및 잉크 주입 영역(14a)을 형성한다. 구체적으로, 제1 세라믹 그린시트(11)에는 잉크가 토출되는 노즐 영역(11a)을 형성하고, 제2 세라믹 그린시트(12)에는 잉크가 저장되는 리저버 영역(12a) 및 토출될 잉크를 채워두는 챔버 영역(12b)을 형성한다. 그리고, 제3 세라믹 그린시트(13)에는 잉크의 유동을 제한하는 리스트릭터 영역(13a)을 형성하고, 제4 세라믹 그린시트(14)에는 외부로부터 잉크가 유입되는 잉크 주입 영역(14a)을 형성한다. 이와 같이, 노즐 영역(11a), 리저버 영역(12a), 챔버 영역(12b), 리스트릭터 영역(13a) 및 잉크 주입 영역(14a)은 각 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)를 기계적 펀칭하거나, 레이저 가공 또는 리소그라피 공정을 수행하여 형성할 수 있다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, the
다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)에 형성된 노즐 영역(11a), 리저버 영역(12a), 챔버 영역(12b), 리스트릭터 영역(13a) 및 잉크 주입 영역(14a) 내에 구속 물질(20)을 충진시켜 소성한다. 이 경우, 구속 물질(20)은, 상기 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)를 소성하는 과정에서, 수축에 의해 노즐 영역(11a), 리저버 영역(12a), 챔버 영역(12b), 리스트릭터 영역(13a) 및 잉크 주입 영역(14a)이 변형되는 것을 방지하기 위한 물질이다. Next, as shown in FIG. 1C, the
구속 물질(20)로는, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)의 소성 온도에서는 소성되지 않는 세라믹 재료가 이용될 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제4 세라 믹 그린시트(11-14)는 약 700~900℃의 온도에서 저온 소성되므로, 구속 물질(20)은 1000℃ 이상의 온도에서 소성되는 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 구속 물질(20)로 이용될 수 있는 세라믹 재료로는, 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 이산화세륨(CeO2) 등이 있을 수 있다. As the
또는, 구속 물질(20)로는,제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)의 소성 과정에서, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)와 동시 소성되며, 이 후, 에칭이 가능한 금속 물질이 이용될 수 있다. 이와 같은 조건을 만족하는 금속 물질로는, 팔라듐(Pd), 은(Ag), 팔라듐(Pd)-은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등이 이용될 수 있다. 이 같은 금속 물질의 경우, 노즐 영역(11a), 리저버 영역(12a), 챔버 영역(12b), 리스트릭터 영역(13a) 및 잉크 주입 영역(14a) 내에 위치함에 따라 소성이 이루어지더라도 상기 각 영역이 변형되는 것을 최대한 감소시킬 수 있게 된다.Alternatively, the
상술한 바와 같이, 세라믹 재료 또는 금속 물질이 노즐 영역(11a), 리저버 영역(12a), 챔버 영역(12b), 리스트릭터 영역(13a) 및 잉크 주입 영역(14a) 상에 충진되면, 약 700~900℃의 온도에서 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11-14)를 개별 소성한다. As described above, when the ceramic material or the metal material is filled on the
한편, 도 1d에 도시된 바와 같이, 소성된 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11'-14')의 노즐 영역(11a), 리저버 영역(12a), 챔버 영역(12b), 리스트릭터 영역(13a) 및 잉크 주입 영역(14a) 상에 포함된 구속 물질(20)을 제거한다. 이 경우, 구속 물질(20)로 세라믹 재료가 이용된 경우에는, 초음파 진동을 이용하여 세라믹 재료를 제거할 수 있다. 또한, 구속 물질(20)로 금속 물질이 이용된 경우에는, 습식 식각을 통해 금속 물질을 제거할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 1D, the
도 1d에 도시된 것과 같이, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11'-14')가 소성되더라도, 노즐 영역(11a), 리저버 영역(12a), 챔버 영역(12b), 리스트릭터 영역(13a) 및 잉크 주입 영역(14a)은 구속 물질(20)에 의해 변형되지 않게 된다. As shown in FIG. 1D, even when the first to fourth ceramic green sheets 11'-14 'are fired, the
이 후, 도 1e에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11'-14') 상에 접합 물질(30)을 형성한다. 이 경우, 접합 물질(30)은 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11'-14') 중 서로 마주하는 세라믹 그린시트의 일 면에 형성될 수 있다. 구체적으로, 접합 물질(30)은 제2 세라믹 그린시트(12')와 마주하는 제1 세라믹 그린시트(11')의 상부에 형성되고, 제3 세라믹 그린시트(13')와 마주하는 제2 세라믹 그린시트(12')의 상부에 형성되며, 제4 세라믹 그린시트(14')와 마주하는 제3 세라믹 그린시트(13')의 상부에 형성될 수 있다. 이 경우, 접합 물질(30)은 제1 내지 제3 세라믹 그린시트(11'-13')의 상부 전면에 형성되는 것이 아니라, 제2 내지 제4 세라믹 그린시트(12'-14')와 접합되는 부분에만 형성될 수 있다. Thereafter, as illustrated in FIG. 1E, the
그리고, 도 1f에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11'-14')를 차례로 적층하여 압력 챔버(10)를 형성한다. 이 경우, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11'-14')의 접합은 유테틱 본딩 방법을 이용하는 것으로, 접합 물질(30)로 는 AuSn, AuGe, AuZn, AuNi 및 AuAl 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 1F, the
제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11'-14') 상에 접합 물질(30)을 형성한 후에, 약 200~500℃의 유테틱 온도에서 소정의 압력을 인가함으로써, 제1 내지 제4 세라믹 그린시트(11'-14')를 접합시킬 수 있게 된다. 그 결과, 도 1f에 도시된 바와 같은 압력 챔버(10)를 형성할 수 있게 된다. 일반적으로, 잉크젯 헤드는 크게 압력 챔버 및 압전 소자부로 구성되는데, 압력 챔버(10)를 도 1a 내지 도 1f에 도시된 방법으로 제조함으로써 소성에 의해 내부 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. After forming the
다음, 도 1g에 도시된 바와 같이, 압력 챔버(10) 상에 하부전극(51), 압전 소자(50) 및 상부 전극(52)을 차례로 형성하여 잉크젯 헤드(100)를 제조한다. 이에 따라, 상부 전극(51)에 구동 전압이 인가되면, 압전 소자(50)가 구동되어 제4 세라믹 그린시트(14), 즉, 진동 플레이트가 변형되어 챔버 영역(13a)의 부피가 감소하게 된다. 이에 따라, 챔버 영역(13a) 내의 압력 변화에 의해 압력 챔버(13a) 내의 잉크가 노즐 영역(11a)을 통해 외부로 토출된다. Next, as shown in FIG. 1G, the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the invention, the invention is not limited to the specific embodiments described above, it is usually in the art to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1A to 1G are views for explaining a method of manufacturing an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 잉크젯 헤드 10 : 압력 챔버100: inkjet head 10: pressure chamber
11, 11' : 제1 세라믹 그린시트 12, 12' : 제2 세라믹 그린시트11, 11 ': first ceramic
13, 13' : 제3 세라믹 그린시트 14, 14' : 제4 세라믹 그린시트13, 13 ': 3rd ceramic
11a : 노즐 영역 12a : 리저버 영역11a:
12b : 챔버 영역 13a : 리스트릭터 영역12b:
14a : 잉크 주입 영역14a: ink injection area
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