KR101068261B1 - 잉크젯 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 잉크가 수용되는 챔버의 일측에 멤브레인이 형성되는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서, 글라스(glass) 상에 압전체를 형성하는 단계, 압전체를 멤브레인 상에 접합하는 단계, 압전체와 글라스가 분리되도록 압전체와 글라스 간의 대향면에 레이저를 조사하는 단계 및 압전체와 글라스를 분리하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법은, 잉크젯 헤드의 구동부를 박막형 압전체로 구현할 수 있으며, 그로 인해 잉크젯 헤드의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
잉크젯, 헤드, 전도성 폴리머, 글라스, 증착, 레이저
Description
본 발명은 잉크젯 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 전기적인 신호를 물리적인 힘으로 변환하여 노즐을 통해 잉크 액적을 토출 함으로써 인쇄를 수행할 수 있는 장치이다. 잉크젯 헤드는 챔버, 리스트릭터, 노즐, 압전체 등의 다양한 부품을 각각의 층에 가공하여, 이들을 서로 접합하는 방식으로 제작될 수 있다.
최근 들어 잉크젯 헤드는 기존의 종이 및 섬유에 인쇄하는 그래픽 잉크젯 산업뿐만 아니라 프린트 기판, LCD 패널 등의 전자 부품 제작에도 그 적용이 확대되고 있다.
그에 따라, 기존의 그래픽 프린팅에 비하여 기능성 잉크를 정확하고 정밀하게 토출 시켜야 하는 전자부품용 잉크젯 프린팅 기술에는 기존의 잉크젯 헤드에서는 요구되지 않았던 기능들이 요구된다. 액적의 토출 크기 및 속도의 편차 등이 기 본적으로 요구되고, 이외에도 생산량을 증가시키기 위하여 고밀도의 노즐과 고 주파수 특성이 요구된다.
기존의 잉크젯 헤드의 구동은 챔버 위에 접합되어 있는 후막형 압전체의 압전특성을 이용하고 있다. 후막형 압전체의 경우 그 제작이 용이하고 압전 특성 또한 우수하나, 구동전압을 낮추기 위한 압전체의 두께를 낮출 경우 압전특성의 저하되는 한계가 있었다.
본 발명은 박막형 구동부를 가지는 잉크젯 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 잉크가 수용되는 챔버의 일측에 멤브레인이 형성되는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서, 글라스(glass) 상에 압전체를 형성하는 단계, 압전체를 멤브레인 상에 접합하는 단계, 압전체와 글라스가 분리되도록 압전체와 글라스 간의 대향면에 레이저를 조사하는 단계 및 압전체와 글라스를 분리하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법이 제공된다.
여기서, 압전체를 형성하는 단계는 글라스 상에 압전물질(piezoelectric material)을 증착(deposit)하여 수행될 수 있으며, 이 때, 글라스는 산화마그네 슘(MgO) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 단결정을 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 레이저는 엑시머 레이저(excimer laser)일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 잉크젯 헤드 제조방법은, 압전체와 글라스를 분리하는 단계 이후에, 압전체 상에 생성되는 비결정층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 비결정층을 제거하는 단계는 압전체 상을 이온밀링(ion milling)하여 수행될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 따른 잉크젯 헤드 제조방법은 압전체를 형성하는 단계 이전에, 챔버 상에 전도성 폴리머를 증착하여 멤브레인을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 글라스를 분리하는 단계 이후에, 압전체 상에 도전층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 잉크가 수용되는 챔버, 챔버의 일측에 형성되는 노즐, 챔버의 타측에 형성되며, 폴리머를 포함하여 이루어지는 멤브레인 및 멤브레인 상에 형성되는 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드가 제공된다.
여기서, 멤브레인은 전도성 폴리머를 포함하여 이루어질 수 있으며, 구동부는 멤브레인 상에 형성되는 압전체 및 압전체 상에 형성되는 상부전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 잉크젯 헤드의 구동부를 박막형 압전체로 구현할 수 있으며, 그로 인해 잉크젯 헤드의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 특징, 이점이 이하의 도면과 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 잉크젯 헤드 및 그 제조방법의 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(100)의 일부를 나타낸 측단면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100)의 일부를 나타낸 정단면도이다. 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크젯 헤드(100)는 리저버(116), 리스트릭터(114), 챔버(112), 노즐(110) 및 멤브레인(104)을 포함하여 이루어질 수 있다.
리저버(116)는 잉크젯 헤드(100)의 내부에 형성되는 공간으로, 유입구(118)를 통해 잉크젯 헤드(100)의 외부로부터 공급되는 잉크를 저장할 수 있는 부분이다. 리저버(116)의 일측은 유입구(118)와 연결되며, 그 타측은 챔버(112)와 연결된다.
챔버(112)는 잉크를 수용할 수 있도록 잉크젯 헤드(100)의 내부에 형성되는 공간이다. 챔버(112)의 일측에는 노즐(110)이 형성된다. 노즐(110)은 챔버(112)에 수용되어 있는 잉크가 잉크젯 헤드(100)의 외부로 토출되는 통로를 제공할 수 있 다. 챔버(112)와 리저버(116) 사이에는 리스트릭터(114)가 형성되며, 리스트릭터(114)는 리저버(116)에 수용되는 잉크가 챔버(112)로 이동되는 통로를 제공할 수 있다.
챔버(112)의 타측은 노즐(110)과 대향하여 멤브레인(104)이 형성된다. 멤브레인(104)은 진동판으로서, 구동부(미도시)에 의해 발생된 진동을 챔버(112)로 전달할 수 있는 부분이다. 챔버(112) 내에 수용되는 잉크는 멤브레인(104)을 통해 전달되는 진동에 의해 노즐(110)을 통해 잉크젯 헤드(100) 외부로 토출된다.
멤브레인(104)은 진동의 전달을 용이하게 하기 위해 플렉서블(flexible)한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 폴리머 재질을 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 멤브레인(104)은 예를 들어 전도성 폴리머와 같이, 전도성을 가지는 경우 후술할 구동부에 전기적 연결을 제공하는 하부전극으로도 이용될 수 있다.
잉크젯 헤드(100)의 몸체(102)는, 잉크젯 헤드(100)를 이루고 있는 노즐(110), 챔버(112), 리저버(116) 및 유입구(118) 등이 형성되는 복수의 실리콘 웨이퍼가 적층되어 형성될 수 있다. 이 때, 챔버(112)와 유입구(118)가 형성될 실리콘 웨이퍼의 일면에 전도성 폴리머를 증착하여 멤브레인(104)을 형성할 수 있다.
그 다음으로, 상기 실리콘 웨이퍼의 일면과 타면을 식각하여 유입구(118) 및 챔버(112)를 형성할 수 있으며, 이 실리콘 웨이퍼를 노즐(110), 리저버(116) 등이 형성된 실리콘 웨이퍼 상에 접합하여 잉크젯 헤드(100)의 일부를 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100) 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100) 제조방 법을 나타낸 단면도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 글라스(300) 상에 압전물질을 증착하여 압전체(130)를 형성한다. (S100)
글라스(300)는 압전물질의 증착이 용이하게 이루어질 수 있는 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 산화마그네슘(MgO) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 단결정을 포함하여 이루어질 수 있다.
위와 같이, 증착이 용이하게 이루어질 수 있는 글라스(300) 상에서 압전체(130)를 증착하여, 박막형의 압전체(130)를 형성할 수 있으면서도, 압전체(130)의 전기적 특성의 저하를 방지할 수 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 압전체(130)를 멤브레인(104) 상에 접합시킨다. (S200) 일면에 압전체(130)가 증착된 글라스(300)를 멤브레인(104) 상에 배치하고, 전도성 폴리머를 포함하여 이루어지는 멤브레인(104)과 압전체(130) 간에 열을 가하여, 이들을 접합 시킬 수 있다.
가열온도는 멤브레인(104)과 압전체(130) 간에 접착력이 확보될 수 있는 온도일 수 있으며, 예를 들어 섭씨 100도씨 정도일 수 있다.
한편, 본 실시예와 달리, 압전체(130)와 멤브레인(104) 사이에 접착제를 개재하여, 이들을 접합 시킬 수 있음은 물론이다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 압전체(130)와 글라스(300) 간의 대향면에 엑시머 레이저를 조사한다. (S300) 글라스(300)의 타면을 통해 글라스(300)의 일면과 압전체(130)가 서로 접하고 있는 대향면에 엑시머 레이저를 조사한다.
이 때, 엑시머 레이저의 파장은 예를 들어, 248nm일 수 있다. 한편, 본 단계 에서 엑시머 레이저 외에 압전체(130)와 글라스(300)의 대향면에서 국부적인 온도 상승을 유발시킬 수 있는 다른 종류와 파장의 레이저가 적용될 수 있음은 물론이다.
엑시머 레이저가 조사되면, 글라스(300)와 압전체(130)의 대향면에서는 국부적인 온도 상승이 발생하고, 글라스(300)와 압전체(130) 간에 결합력이 떨어져, 글라스(300)를 압전체(130)로부터 분리할 수 있는 상태가 된다.
다음으로, 압전체(130)와 글라스(300)를 분리한다. (S400) 상술한 단계에서, 글라스(300)와 압전체(130) 간에 결합력을 분리 가능한 정도로 변화시켰기 때문에, 잉크젯 헤드(100) 상에 글라스(300)를 제거할 수 있게 된다.
이로써, 전도성 폴리머를 포함하여 이루어지는 멤브레인(104) 상에 박막형 압전체(130)를 결합시킬 수 있게 된다. 구동부를 이루는 압전체(130)를 박막으로 형성함으로 인해, 잉크젯 헤드(100)의 구동전압을 감소시켜, 잉크젯 헤드(100)의 전기적 특성을 개선할 수 있게 된다.
또한, 멤브레인(104)으로 보다 플렉서블 한 재질인 전도성 폴리머를 이용함으로써, 박막형 압전체(130)를 구동부로 사용하는 경우에도, 잉크젯 헤드(100)의 동작이 가능한 멤브레인(104)의 변위를 확보할 수 있게 된다.
다음으로, 압전체(130) 상에 생성되는 비결정층을 제거하도록 압전체(130) 상에 이온밀링(ion milling)을 수행할 수 있다. (S500) 압전체(130)와 글라스(300)가 분리되도록, 그들의 대향면에 엑시머 레이저를 조사하는 과정에서, 압전체(130) 상에는 비결정층(amorphous layer)이 생성될 수 있다.
비결정층은 압전체(130)와 상부전극(132) 간에 전기적 연결을 저해하여, 압전체(130)의 동작 특성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 압전체(130) 상에 이온밀링을 수행하여, 비결정층으로 인한 잉크젯 헤드(100)의 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 압전체(130) 상에 도전층을 증착하여 상부전극(132)을 형성한다. (S600) 도전층은 예를 들어 백금(Pt)으로 이루어질 수 있다. 상부전극(132)을 증착 함으로써, 압전체(130)는 전도성 폴리머를 포함하여 이루어지는 멤브레인(104)과 상부전극(132)을 통해 전기적 연결을 확보할 수 있게 된다. 따라서, 구동부는 압전체(130), 상부전극(132) 및 전도성 폴리머로 이루어지는 멤브레인(104)을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 전도성 폴리머를 포함하여 이루어지는 멤브레인(104)을 이용하여 별도의 하부전극의 형성을 생략하였지만, 멤브레인(104)을 통해 전기적 연결을 확보할 수 없는 경우에는, 별도의 하부전극을 멤브레인(104) 상에 형성할 수 있음은 물론이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 일부를 나타낸 측단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 일부를 나타낸 정단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법을 나타낸 순서도.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법을 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 잉크젯 헤드 110: 노즐
104: 멤브레인 112: 챔버
130: 압전체 300: 글라스
Claims (11)
- 잉크가 수용되는 챔버의 일측에 멤브레인이 형성되는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서,상기 챔버 상에 전도성 폴리머를 증착하여 멤브레인을 형성하는 단계;글라스(glass) 상에 압전체를 형성하는 단계;상기 압전체를 상기 멤브레인 상에 접합하는 단계;상기 압전체와 상기 글라스가 분리되도록 상기 압전체와 상기 글라스 간의 대향면에 레이저를 조사하는 단계; 및상기 압전체와 상기 글라스를 분리하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 압전체를 형성하는 단계는상기 글라스 상에 압전물질(piezoelectric material)을 증착(deposit)하여 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 글라스는 산화마그네슘(MgO) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 단결정을 포함 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 레이저는 엑시머 레이저(excimer laser)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 압전체와 상기 글라스를 분리하는 단계 이후에,상기 압전체 상에 생성되는 비결정층(amorphous layer)을 제거하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 비결정층을 제거하는 단계는 상기 압전체 상을 이온밀링(ion milling)하여 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 글라스를 분리하는 단계 이후에,상기 압전체 상에 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 잉크가 수용되는 챔버;상기 챔버의 일측에 형성되는 노즐;상기 챔버의 타측에 형성되며, 플렉서블한 재질의 전도성 폴리머를 포함하여 이루어지는 멤브레인; 및상기 멤브레인 상에 형성되는 구동부를 포함하는 잉크젯 헤드.
- 삭제
- 제9항에 있어서,상기 구동부는상기 멤브레인 상에 형성되는 압전체; 및상기 압전체 상에 형성되는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
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-
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