KR101088413B1 - 드롭-온-디맨드(ｄｒｏ ｐ ｏｎ ｄｅｍａｎｄ) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 정전기력 기반의 패터닝이 가능한 프린팅 헤드에 있어서, 상기 프린팅 헤드에 유체를 공급하기 위한 홀(20); 전도성 입자가 포함된 유체를 전기수력학적(electrohydrodynamic) 압력에 의해 분무하는 노즐(21); 상기 홀(20)과 상기 노즐(20)을 이어주는 채널(22)이 내부에 형성된 본체(23); 상기 채널(22) 내부에 형성되며, 노즐(21) 상부에 위치하여 노즐에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 마이크로 히터(24); 및 상기 노즐(21)에 형성되어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하는 전극(25);을 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드에 대한 것이다.
전기수력학, 드롭-온-디맨드, 액츄에이터, 마이크로 히터, 채널, 노즐
Description
본 발명은 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 정전기력 기반의 패터닝이 가능한 프린팅 헤드에 있어서, 상기 프린팅 헤드에 유체를 공급하기 위한 홀(20); 전도성 입자가 포함된 유체를 전기수력학적(electrohydrodynamic) 압력에 의해 분무하는 노즐(21); 상기 홀(20)과 상기 노즐(20)을 이어주는 채널(22)이 내부에 형성된 본체(23); 상기 채널(22) 내부에 형성되며, 노즐(21) 상부에 위치하여 노즐에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 마이크로 히터(24); 및 상기 노즐(21)에 형성되어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하는 전극(25);을 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드에 대한 것이다.
현대 산업에 있어서, 더 작고 가벼우면서도 그 기능은 극대화할 수 있는 제 품의 구현은 첨단 전자산업의 가장 중요한 과제라 할 수 있다. 예를 들어 전자제품의 메모리, CPU와 같은 소자들이 점점 소형화, 고집적화됨에 따라 이들 소자의 재료가 되는 각종 전자 칩 그리고 칩들을 실장하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB) 등이 더욱 작고 얇아지고 있으며, 특히 MEMS(Micro Electro Mechanical System)와 같이 기계부품, 센서, 액츄에이터, 전자회로 등을 하나의 실리콘 기판 위에 집적화한 미세 장치 및 시스템에 대한 개발과 적용들이 활발해지고 있다.
따라서 미래의 다기능 고속 정보기기들을 위한 인쇄회로기판 및 미세 장치들은 훨씬 더 높은 배선밀도(interconnection density)와 작은 선폭(line width)을 가질 뿐만 아니라 정교함을 가진 패터닝 기술을 필요로 하게 된다.
일반적으로, PCB 인쇄회로 기판, LCD, PDP 장치의 전극, 유기태양전지, FED 에미터 형성, 유기 EL용 유기물 도표, 마이크로 렌즈 어레이 등 미세한 패터닝 작업들이 필요한 경우, 패턴의 인쇄 및 식각(etching) 등의 반도체 기술들을 이용하여 기판상에 배선 등 여러 가지 패턴들을 제작하여 왔으나, 이와 같은 종래의 스크리닝(screening)을 이용하여 이루어지는 패턴 인쇄는 스크린을 프레임(Frame)에 접착시키는 제판공정을 거쳐, 노광 및 현상 공정을 수행하여 제작되기 때문에 많은 투자시설이 필요하고 인력과 시간 낭비가 크며, 환경 오염의 우려 또한 크다. 또한 상기와 같은 인쇄 기술은 패터닝의 정확성이 결여되며 국부적인 변형 및 손상이 일어나기 쉬운데, 최근의 미세화 추세를 고려할 경우, 인쇄되는 상의 국부적인 변형 및 손상은 치명적인 불량을 초래한다.
상술한 바와 같이, 화학적 식각에 의한 인체 유해물질 및 산업 폐기물 발생, 제한적인 정밀도의 인쇄 패턴 형성, 공정의 복잡함으로 인한 낮은 생산성 등의 문제점을 갖는 기존의 회로 패터닝 방법에 대한 대안 기술로서, 최근에는 직접 쓰기 기술이 활발히 연구되고 있다.
이러한 직접 쓰기 기술의 하나로서, 한국공개특허공보 제1998-0014807호, 미국특허공보 제5132248호와 같이 잉크젯(ink-jet)을 이용하는 기술이 활발히 연구되어 왔으나, 상기의 잉크젯 관련 기술들은, 배선밀도(interconnection density), 단선과 단락 방지 및 위치 오차(position error) 방지 측면을 모두 만족시키기에는 한계가 있었으며, 최근에는 이러한 잉크젯 방식의 기술적 한계들을 극복하기 위하여 전기수력학적(electrohydrodynamic) 분무방식이 활용되고 있다.
전기수력학적 분무는 기존의 분무 방식에 비해 미세한 액적의 분무가 가능하고 단분산으로 이루어진 입자 분무가 가능하며 표면 부착성이 우수한 분무 방식으로서, 그 원리는 액체의 전도성을 이용하여 단극성 대전 액체를 만들고 전위차에 의해 형성된 전기장에 의해 액체가 분무되도록 하는 것이다. 그 개략적인 구성은 도 1과 같으며, 전원공급장치(3)가 노즐(1)과 전지전극(2)에 연결되어 있고, 실린지 펌프(4)를 이용하여 액체가 노즐에 공급되며, 노즐에서 대전된 유체가 형성된 전기장에 의해 접지 전극 쪽으로 흐르게 된다.
전기장이 형성되지 않은 경우에는 노즐의 궤면상에서 정수력학적인 압력과 모세 압력의 평형이 형성되지만 전기장이 형성된 경우는 액체의 표면 전하에 의한 정전기적 압력이 추가되며 일반적인 적하 모드에 의해 발생되는 액적의 크기보다 작은 액적이 발생하게 된다.
이러한 궤면 상의 안정된 압력 평형 상태를 지나 궤면 상의 전위가 임계전위 이상으로 커지게 되면 축 상에서 액주의 형태로 유체기둥이 분출되며 이 유체는 대전되어 있으므로 분출된 만큼에 해당하는 전하의 손실을 보상하기 위해서 전도 전류가 흐르게 된다. 이때 상당히 안정된 상태로 원뿔형 액주 모드(cone-jet mode)의 단분산(monodisperse)에 가까운 분무를 하게 된다.
상술한 바와 같이, 잉크젯 분사에 비하여 전기수력학적 분무방식은, 기본적으로 전압의 제어 및 접지형상의 변화에 따라 다양한 형태의 단분산 입자를 생성시키는 분무형태를 얻을 수 있으며, 특히 원뿔형 액주 모드를 이용할 경우 미세하면서도 단락 없이 원하는 위치에 소정의 형상 패터닝이 가능한 장점이 있다.
한편, 기존의 잉크젯 분사기술은 그 분사형태에 따라 연속식(continuous) 방식과 드롭-온-디맨드(drop on demand) 방식으로 분류할 수 있는데, 연속식 방식은 도 2에서 볼 수 있듯이, 항상 잉크를 토출시켜 필요한 시간에 잉크의 방향을 편향시켜 기록하는 방식으로, 분사기(drop generator)(5)를 통하여 분사되는 액체가 충전 전극(charge electrode)(6)에서 대전된 후, 고전압 편향판(deflection plate) (7)에 의해 원하는 위치로 분사되게 되며, 필요없는 액체는 거터(gutter)(8)에 의해 수거되게 된다. 이러한 방법은 속도는 빠르지만 잉크 회수를 위한 기구가 복잡하게 되며, 정확히 원하는 지점에만 패터닝을 해야 하는 경우, 정밀성과 정확성이 결여될 수 있다.
필요한 시간에만 잉크를 토출시키는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 방식은 도 3과 같이 잉크 토출의 구동원이 열에 의한 히터의 가열인 경우인 열(Thermal) 방식과, 도 4와 같이 피에조(piezo) 소자에 의한 압력으로 잉크를 밀어내는 압전 방식으로 분류할 수 있다.
열(Thermal) 방식은 잉크를 가열해 체적을 늘려 인쇄하는 방식으로서, 헤드 내부에 히터(10)에 전극(11)을 통해 전기를 가하면 열선 주위에 있는 잉크 중 용제에 해당하는 물이 기화하면서 버블(9)이 생겨 체적이 증가하게 되고 결국 증가한 체적만큼 노즐 또는 배리어(12) 등을 이용해 잉크를 밀어내는 방식이다. 압전 방식은 피에조 세라믹(piezo ceramic)(13)의 열평창계수를 이용해 격막 실린더(14)를 통해 액체 측으로 압력을 가하도록 고안한 구조이다.
상술한 바와 같이, 잉크젯 기술의 경우에는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동 방식을 실현하기 위하여 다양한 기술들이 개발되어 활용되고 있지만, 전기수력학적 패터닝 기술의 경우에는 잉크젯 프린팅에 비해 비교적 큰 직경의 노즐로도 미세한 액체를 토출할 수 있는 대신에 전기장을 이용하는 특성으로 인하여 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구현이 어려운 실정이다.
이에, 고전압 펄스를 이용한 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동 방식의 전기수력학적 패터닝 기술에 대한 연구가 진행되고 있으나, 높은 전압으로 인하여 200 내지 300 Hz 정도의 낮은 토출 주파수로 동작하게 되며, 고가의 장비를 필요로 할 뿐만 아니라, 원하는 지점에 미세한 패턴 또는 액적을 구현하는 데에도 문제점이 있다.
따라서, 본 발명자는 10 내지 30 볼트 정도의 저전압으로도 20kHz 이상의 높 은 토출 주파수를 가질 수 있으면서, 전기수력학적 힘을 이용하여 100㎛ 정도의 노즐로도 5㎛ 이하의 액적을 토출하는 초미세 패턴 구현을 할 수 있는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식이 가능한 전기수력학적 프린팅 헤드를 개발하기에 이르렀다.
또한, 본 발명자는 실리콘 웨이퍼 외에 포토 레지스트와 PCB 기판 등을 본 발명의 프린팅 헤드의 구성 물질로 사용함으로써 반도체 공정 등을 이용한 일반적인 제조 공정보다 훨씬 더 간단하면서도 제조 비용과 시간 등을 줄일 수 있는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제조 방법을 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 10 내지 30 볼트 정도의 저전압으로도 20kHz 이상의 높은 토출 주파수를 가질 수 있으면서, 전기수력학적 힘을 이용하여 100㎛ 정도의 노즐로도 5㎛ 이하의 액적을 토출하는 초미세 패턴 구현을 할 수 있는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식이 가능한 전기수력학적 프린팅 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 실리콘 웨이퍼 외에 포토 레지스트와 PCB 기판 등을 본 발명의 프린팅 헤드의 구성 물질로 사용함으로써 반도체 공정 등을 이용한 일반적인 제조 공정보다 훨씬 더 간단하면서도 제조 비용과 시간 등을 줄일 수 있는 드롭-온 -디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 정전기력 기반의 패터닝이 가능한 프린팅 헤드에 있어서, 상기 프린팅 헤드에 유체를 공급하기 위한 홀(20); 전도성 입자가 포함된 유체를 전기수력학적(electrohydrodynamic) 압력에 의해 분무하는 노즐(21); 상기 홀(20)과 상기 노즐(20)을 이어주는 채널(22)이 내부에 형성된 본체(23); 상기 채널(22) 내부에 형성되며, 노즐(21) 상부에 위치하여 노즐에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 마이크로 히터(24); 및 상기 노즐(21)에 형성되어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하는 전극(25);을 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드를 제공함으로써 달성된다.
또한, 상기 본 발명의 목적은 정전기력 기반의 패터닝이 가능한 프린팅 헤드에 있어서, 상기 프린팅 헤드에 유체를 공급하기 위한 홀(20); 상기 홀(20)이 형성되는 실리콘 웨이퍼 기반의 상판(26); 전도성 입자가 포함된 유체를 전기수력학적(electrohydrodynamic) 압력에 의해 분무하는 노즐(21); 상기 노즐(21)이 형성되는 PCB 기반의 하판(28); 상기 홀(20)과 상기 노즐(21)을 이어주는 채널(22)이 구성되도록 내부에 공간이 형성된 포토레지스트(photoresist) 기반의 채널형성판(27); 상기 상판(26)의 채널 측 일면에 형성되며, 노즐(21) 상부에 위치하여 노 즐에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 마이크로 히터(24); 및 상기 노즐(21)에 형성되어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하는 전극(25);을 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드를 제공함으로써 달성된다.
또한, 상기 본 발명의 목적은 1) 하기 a) 내지 d)의 단계들을 포함하며, 홀(20)과 히터(24)가 형성되는 본체 상판(231)을 제조하는 제 1 단계: a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판 위에 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 히터(24)를 형성시키는 단계; c) 상기 히터(24)가 형성된 기판 위에 패시베이션(passivation) 막(34)을 형성시키는 단계; d) 상기 패시베이션 막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 홀(20)을 형성시키는 단계; 2) 하기 a) 및 b)의 단계들을 포함하며, 채널(22) 부분이 형성되는 본체 중간판(232)을 제조하는 제 2 단계: a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 채널(22) 부분을 형성시키는 단계; 3) 하기 a) 내지 c)의 단계들을 포함하며, 노즐(21)이 형성되는 본체 하판(233)을 제조하는 제 3 단계: a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 노즐(21)을 형성시키는 단계; c) 상기 노즐(21)에 전극(25)을 형성시키는 단계; d) 상기 전극(25)이 형성된 기판 위에 패시베이션(passivation) 막을 형성시키는 단계; 4) 상기 제 1 단계에서 생성된 본체 상 판(231), 상기 제 2 단계에서 생성된 본체 중간판(232) 및 상기 제 3 단계에서 생성된 본체 하판(233)을 결합하는 제 4 단계:를 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
또한, 상기 본 발명의 목적은 1) 하기 a) 내지 f)의 단계들을 포함하며, 홀(20)과 히터(24)가 형성되는 상판(26) 및 채널(22)을 형성하는 채널형성판(27)을 제조하는 제 1 단계: a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판 위에 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 히터(24)를 형성시키는 단계; c) 상기 히터(24)가 형성된 기판 위에 패시베이션(passivation) 막(34)을 형성시키는 단계; d) 상기 패시베이션 막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 홀(20)을 형성시키는 단계; e) 상기 홀(20)이 형성된 기판에 포토레지스트(photoresist) 층을 형성시키는 단계; f) 상기 포토레지스트 층에 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 채널(22) 부분을 형성시키는 단계; 2) 하기 a) 내지 c)의 단계들을 포함하며, 노즐(21)이 형성되는 하판(28)을 제조하는 제 2 단계: a) PCB 기판에 노즐(21)을 형성시키는 단계; b) 상기 노즐(21)에 전극(25)을 형성시키는 단계; 및 c) 상기 전극(25)이 형성된 기판 위에 상판(26) 및 채널형성판(27)과의 결합을 위하여 결합제(bonding agent)를 도포시키는 단계; 3) 상기 제 1 단계에서 생성된 상판(26) 및 채널형성판(27)과 상기 제 2 단계에서 생성된 하판(28)을 결합시키는 제 3 단계:를 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식이 가능한 전기수력학적 프린팅 헤드를 사용함으로써, 10 내지 30 볼트 정도의 저전압으로도 20kHz 이상의 높은 토출 주파수를 가지면서, 100㎛ 정도의 노즐로도 5㎛ 이하의 액적을 토출하는 초미세 패턴 규현을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식이 가능한 전기수력학적 프린팅 헤드를 사용함으로써, 유해한 폐기물이 없는 친환경적인 공정이 가능하고, 많은 장비가 소요되지 않으므로 클린룸 소요 면적이 감소하며, 기존의 수십 단계에 이르는 복잡한 공정 없이 원하는 곳에 필요한 물질을 패터닝하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 방식의 공정이 가능하게 되어, 러닝 코스트를 최소화하고 대형 기판 대응과 양산성 확보가 가능하다.
또한, 본 발명의 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식이 가능한 전기수력학적 프린팅 헤드는 잉크젯 방식에 비해 고점도의 잉크도 사용 가능하며, 인쇄면의 상태나 기타 외부의 환경의 영향을 적게 받아 LCD 컬러필터, 유기태양전지, FED 에미터 형성, 유기 EL용 유기물 도포, 반도체 패키지용 범프 형성 및 마이크로 렌즈 어레이의 제작 등 다양한 분야에 응용 가능하다.
한편, 본 발명의 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제조 방법은 실리콘 웨이퍼 외에 포토 레지스트와 PCB 기판 등을 구 성 물질로 사용하여, 프린팅 헤드의 생산을 훨씬 더 간단하게 만들면서도 제조 비용과 시간 등을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴본다.
도 5는 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제 1 실시예를 보여주는 것으로서, 제 1 실시예는 정전기력 기반의 패터닝이 가능한 프린팅 헤드에 있어서, 상기 프린팅 헤드에 유체를 공급하기 위한 홀(20); 전도성 입자가 포함된 유체를 전기수력학적(electrohydrodynamic) 압력에 의해 분무하는 노즐(21); 상기 홀(20)과 상기 노즐(20)을 이어주는 채널(22)이 내부에 형성된 본체(23); 상기 채널(22) 내부에 형성되며, 노즐(21) 상부에 위치하여 노즐에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 마이크로 히터(24); 및 상기 노즐(21)에 형성되어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하는 전극(25)을 포함한다.
상기 본체(23)는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있으며, 이 경우 제조 공정의 편리를 위하여 본체 상판(231), 본체 중간판(232), 본체 하판(233)으로 각각 제조한 후 결합할 수 있다. 본체(23) 상판에는 홀(20)이 형성되어 프린팅 헤드에 유체를 공급하는 통로 역할을 하게 되며, 본체(23) 내부에는 채널(22)이 형성되어 홀(20)을 통해 유입된 유체는 상기 채널(22)을 지나게 되고, 최종적으로 본체(23) 하판(233)에 형성되어 있는 노즐(21)을 통하여 분사되게 된다.
상기 노즐(21) 주위에는 전극(25)이 감싸고 있어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하게 된다. 또한, 상기 채널(22)의 일단면에는 마이크로 히터(24)가 형성되는데, 이는 노즐(21) 바로 위쪽 방향에 위치하여 노즐 궤적면에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하게 된다.
따라서, 마이크로 히터를 이용하여 노즐의 메니스커스를 제어하여 메니스커스를 노즐 밖으로 나오도록 조절하고 이때 이미 형성되어 있는 전기수력학적 힘에 의해 토출이 이루어지도록 하는 것이다.
즉, 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 상기 마이크로 히터 (24)의 유체 메니스커스(meniscus) 조절과 전기수력학적 힘(electrohydrodynamic force)에 의한 유체 토출이 접목(hybridization)되면서, 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식을 가지면서도 노즐의 크기보다 훨씬 작은 액적을 뽑아내는 패터닝이 가능하게 된다.
상기 마이크로 히터(24)는 프린팅 헤드의 목적과 사용 형태, 사용되는 유체의 성질 및 채널의 크기에 따라 다양한 모양 및 크기를 가질 수 있으며, 재질 또한 히터로서 적용 가능한 모든 물질이 사용 가능하며, 바람직하게는 NiCr 또는 TaAl로 이루어질 수 있다. 상기 마이크로 히터(24)에는 전기를 공급하기 위한 전극(33)이 연결되며, 상기 전극(33)은 상기 본체(23)에 별도로 형성되도록 할 수 있다.
한편, 상기 채널(22)에 상기 홀(20)을 통하여 공급되는 유체를 저장하기 위 한 리저버(reservoir)(30)가 별도로 형성되도록 할 수 있다. 상기 채널(22)의 높이는 그 크기가 너무 크면 히터를 통한 메니스커스 조절에 어려움이 있으며, 너무 작으면 유체의 흐름에 문제가 생길 수 있으므로, 프린팅 헤드의 목적과 사용 형태, 사용되는 유체의 성질 등에 따라 다양한 크기를 가지도록 할 수 있으며, 바람직하게는 100㎛ 내지 300㎛의 수치를 갖도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제 2 실시예를 보여주는 것으로서, 제 2 실시예는 정전기력 기반의 패터닝이 가능한 프린팅 헤드에 있어서, 상기 프린팅 헤드에 유체를 공급하기 위한 홀(20); 상기 홀(20)이 형성되는 실리콘 웨이퍼 기반의 상판(26); 전도성 입자가 포함된 유체를 전기수력학적(electrohydrodynamic) 압력에 의해 분무하는 노즐(21); 상기 노즐(21)이 형성되는 PCB 기반의 하판(28); 상기 홀(20)과 상기 노즐(21)을 이어주는 채널(22)이 구성되도록 내부에 공간이 형성된 포토레지스트(photoresist) 기반의 채널형성판(27); 상기 상판(26)의 채널 측 일면에 형성되며, 노즐(21) 상부에 위치하여 노즐에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 마이크로 히터(24); 및 상기 노즐(21)에 형성되어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하는 전극(25)을 포함한다.
상기 제 2 실시예는 제 1 실시예와 달리 서로 다른 물질로 이루어진 3개의 층으로 이루어진다. 실리콘 웨이퍼 기반의 상판(26)에는 홀(20)이 형성되어 프린팅 헤드에 유체를 공급하는 통로 역할을 하게 되며, 상기 홀(20)을 통해 유입된 유체는 포토레지스트(photoresist) 기반의 채널형성판(27)에 형성된 채널(22)을 지나 게 되며, 최종적으로 PCB 기반의 하판(28)에 형성되어 있는 노즐(21)을 통하여 분사되게 된다.
상기 포토레지스트(photoresist) 기반의 채널형성판(27)은 포지티브 또는 네거티브 타입 등 다양한 포토레지스트 물질이 사용될 수 있지만, 바람직하게는 SU-8이 사용될 수 있다. SU-8은 일반적으로 사용되는 에폭시 기반의 네거티브 타입의 포토레지스트로서, 매우 고점도의 폴리머이며 약 1 내지 2 ㎛ 두께로 퍼질 수 있고, 약 20 이상의 종횡비 구조를 형성할 수 있으며, 최대 흡수 파장은 약 365 nm 로서, 노출되었을 경우 긴 분자 사슬들이 크로스-링크를 일으켜 응고를 일으킨다.
상기 SU-8은 주로 마이크로유체역학 기술이나 MEMS 분야에서 주로 사용되며, 특히, 바이오물질과 융화성이 있어 bio-MEMS 분야에서도 사용된다. 또한, 거의 수직면 구조로 수백 마이크로미터 두께의 공정을 가능하게 하며, 현상(developement) 후 화학적으로 매우 안정성을 가지고, 또한 진공에서 매우 낮은 가스누출을 보여 본 발명의 프린팅 헤드에 적합하다.
한편, 상기 PCB 기반의 하판(28)은 프린팅 헤드의 목적과 사용 형태, 사용되는 유체의 성질 등에 따라 다양한 재료로 이루어질 수 있지만, 바람직하게는 FR-4를 이용할 수 있다. FR4(FR=Frame Retadent)는 유리 에폭시(glass epoxy) 적층물로서, 임계온도는 120~130 ℃ 정도로서 내열성, 내약품성, 난연성 등의 우수성, 전기적 홀도금(through-hole)의 신뢰성과 두께 치수의 안정성 등으로 인해 본 발명의 프린팅 헤드에 적합하다.
상기 상기 포토레지스트(photoresist) 기반의 채널형성판(27)과 상기 PCB 기 반의 하판(28)은 결합제(bonding agent)를 이용하여 결합시키게 되는데, 다양한 결합제가 가능하나, 바람직하게는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용할 수 있다.
PDMS(Polydimethylsiloxane)는 유기실리콘 화합물 그룹에 속하며, 보기 드문 유동학적 특성(rheological property)으로 인하여 렌즈나 의료 기구들에 많이 적용되고 있으며, 일반적으로 비활성, 비독성, 난연성 등의 특징을 갖고 있어 본 발명의 프린팅 헤드에 적합하다.
한편, 상기 PCB 기반의 하판(28)에 형성된 노즐(21) 주위에는 실시예 1과 마찬가지로 전극(25)이 감싸고 있어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하게 된다. 또한, 상기 상판(26)의 채널 측 일면에는 마이크로 히터(24)가 형성되는데, 이는 노즐(21) 바로 위쪽 방향에 위치하여 실시예 1과 마찬가지로 노즐 궤적면에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하게 된다.
따라서, 마이크로 히터를 이용하여 노즐의 메니스커스를 제어하여 메니스커스를 노즐 밖으로 나오도록 조절하고 이때 이미 형성되어 있는 전기수력학적 힘에 의해 토출이 이루어지도록 하는 것이다.
즉, 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 상기 마이크로 히터 (24)의 유체 메니스커스(meniscus) 조절과 전기수력학적 힘(electrohydrodynamic force)에 의한 유체 토출이 접목(hybridization)되면서, 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식을 가지면서도 노즐의 크기보다 훨씬 작은 액적을 뽑아내는 패터닝이 가능하게 된다.
상기 마이크로 히터(24)는 실시예 1과 마찬가지로 프린팅 헤드의 목적과 사용 형태, 사용되는 유체의 성질 및 채널의 크기에 따라 다양한 모양 및 크기를 가질 수 있으며, 재질 또한 히터로서 적용 가능한 모든 물질이 사용 가능하며, 바람직하게는 NiCr 또는 TaAl로 이루어질 수 있다. 상기 마이크로 히터(24)에는 전기를 공급하기 위한 전극(33)이 연결되며, 상기 전극(33)은 상기 본체(23)에 별도로 형성되도록 할 수 있다.
한편, 실시예 1과 마찬가지로 상기 채널(22)에 상기 홀(20)을 통하여 공급되는 유체를 저장하기 위한 리저버(reservoir)(30)가 별도로 형성되도록 할 수 있다. 상기 채널(22)의 높이는 그 크기가 너무 크면 히터를 통한 메니스커스 조절에 어려움이 있으며, 너무 작으면 유체의 흐름에 문제가 생길 수 있으므로, 프린팅 헤드의 목적과 사용 형태, 사용되는 유체의 성질 등에 따라 다양한 크기를 가지도록 할 수 있으며, 바람직하게는 100㎛ 내지 300㎛의 수치를 갖도록 할 수 있다.
도 7과 도 8은 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제 2 실시예의 PCB 기반의 하판 및 실리콘 웨이퍼 기반인 상판의 평면도이다.
도 7은 제 2 실시예의 PCB 기반의 하판(28)의 평면도로서, 정렬 마크(31), 히터 전극 납땜을 위한 홀(32), 노즐(21)에서 구멍들이 뚫려 있는 것을 볼 수 있다. 노즐에는 전극(25)이 연결되어 있으며 채널을 통해 리저버(30)와 연결되어 있는 것을 볼 수 있다.
도 8은 제 2 실시예의 웨이퍼기반의 상판(26)의 평면도로서, 히터(24)에 히 터 전극(33)이 연결되어 있으며, 홀(20)과 정렬 마크(31)들이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.
상기에서 설명한 구조를 가지는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식이 가능한 전기수력학적 프린팅 헤드는 열 액츄에이터와 전기수력학적 노즐의 작용으로 인하여 10 내지 30 볼트 정도의 저전압으로도 20kHz 이상의 높은 토출 주파수를 내는 것이 가능하며, 100㎛ 정도의 노즐로도 5㎛ 이하의 액적을 토출하여 초미세 패턴 규현을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 프린팅 헤드를 사용하면 유해한 폐기물이 없는 친환경적인 공정이 가능하고, 많은 장비가 소요되지 않으므로 클린룸 소요 면적이 감소하며, 기존의 수십 단계에 이르는 복잡한 공정 없이 원하는 곳에 필요한 물질을 패터닝하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 방식의 공정이 가능하게 되어, 러닝 코스트를 최소화하고 대형 기판 대응과 양산성 확보가 가능하다. 또한, 고점도의 잉크도 사용 가능하며, 인쇄면의 상태나 기타 외부의 환경의 영향을 적게 받아 다양한 분야에 응용 가능하다.
이하에서는 본 발명의 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴본다.
본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제조 방법의 제 1 실시예는 상기에서 설명한 프린팅 헤드의 제 1 실시예의 제조 방법으로서 총 4 단계로 이루어진다.
홀(20)과 히터(24)가 형성되는 본체 상판(231)을 제조하는 제 1 단계는 a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판 위에 일반적인 반도체 기술인 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 금속 히터(24)를 형성시키는 단계; c) 상기 히터(24)가 형성된 기판 위에 전극을 보호하기 위하여 패시베이션(passivation) 막(34)을 형성시키는 단계; d) 상기 패시베이션 막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 유체 공급을 위한 홀(20)을 형성시키는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1 단계의 d) 단계 후에 상기 히터(24)의 전선 연결 부분을 오픈시키기 위하여 상기 패시베이션 막(34)에 마스킹(masking) 및 에칭(etching)을 하는 e) 단계를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 채널(22) 부분이 형성되는 본체 중간판(232)을 제조하는 제 2 단계는
a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 채널(22) 부분을 형성시키는 단계를 포함한다.
또한, 노즐(21)이 형성되는 본체 하판(233)을 제조하는 제 3 단계는 a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 노즐(21)을 형성시키는 단계; c) 상기 노즐(21)에 전기수력학적 분사를 위한 전기장을 형성하기 위하여 전극(25)을 형성시키는 단계; d) 상기 전극(25)이 형성된 기판 위에 전극을 보호하기 위하여 패시베이션(passivation) 막을 형성시키는 단계를 포함한다.
또한, 제 4 단계는 상기 제 1 단계에서 생성된 본체 상판(231), 상기 제 2 단계에서 생성된 본체 중간판(232) 및 상기 제 3 단계에서 생성된 본체 하판(233)을 결합하는 단계이다. 이때, 필요에 따라 상판(231), 중간판(232) 및 하판(233)의 결합 순서는 달라질 수 있으며, 결합 방법은 가열 접합 등 일반적으로 사용되는 웨이퍼 결합 기술들이 사용될 수 있다.
한편, 상기 제 1 단계의 d) 단계, 상기 제 2 단계의 b) 단계 및 상기 제 3 단계의 b) 단계의 벌크 에칭(etching)은 여러가지 에칭 기술이 사용될 수 있으나 비용 및 공정의 편이성 등을 고려할 때 습식 식각(wet etching)을 통해서 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 바람직하게는 상기 벌크 에칭(etching)들이 RIE(reactive ion etching) 통해서 이루어지도록 할 수 있는데, RIE(reactive ion etching) 이란 마이크로공정에 사용되는 에칭 기술로서, 물질 제거를 위하여 화학적으로 활성화된 플라즈마를 이용한다. 이 플라즈마는 저전압하에서 전자기장에 의해서 생성되며, 플라즈마로부터의 고에너지 이온들이 웨이퍼 표면과 충돌하여 반응하게 된다.
도 9 내지 11은 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제조 방법의 제 2 실시예를 보여주는 것으로서, 상기 제조 방법은 상기에서 설명한 프린팅 헤드의 제 2 실시예의 제조 방법으로서 총 3 단계로 이루어진다.
홀(20)과 히터(24)가 형성되는 상판(26) 및 채널(22)을 형성하는 채널형성판(27)을 제조하는 제 1 단계는 a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판 위에 일반적인 반도체 기술인 리소그 래피(lithography) 과정을 통하여 금속 히터(24)를 형성시키는 단계; c) 상기 히터(24)가 형성된 기판 위에 금속 히터를 보호하기 위하여 패시베이션(passivation) 막(34)을 형성시키는 단계; d) 상기 패시베이션 막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 유체를 공급하기 위한 홀(20)을 형성시키는 단계; e) 상기 홀(20)이 형성된 기판에 포토레지스트(photoresist) 층을 형성시키는 단계; f) 상기 포토레지스트 층에 일반적인 반도체 기술인 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 채널(22) 부분을 형성시키는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1 단계의 d) 단계 후에 상기 히터(24)의 전선 연결 부분을 오픈시키기 위하여 상기 패시베이션 막(34)에 마스킹(masking) 및 에칭(etching)을 하는 g) 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 채널을 형성하는 층으로서 포토레지스트를 이용함으로써 일반 웨이퍼 기판을 사용하는 것보다 채널의 모양 형성이 훨씬 다양하고 간편할 수 있다.
노즐(21)이 형성되는 하판(28)을 제조하는 제 2 단계는 a) PCB 기판에 노즐(21)을 형성시키는 단계; b) 상기 노즐(21)에 전극(25)을 형성시키는 단계; 및 c) 상기 전극(25)이 형성된 기판 위에 상판(26) 및 채널형성판(27)과의 결합을 위하여 결합제(bonding agent)를 도포시키는 단계를 포함한다.
하판(28)으로서 PCB 기판을 사용함으로써, 일반 웨이퍼 기판을 사용하는 것보다 일반적으로 사용되는 포토 공정을 사용할 필요가 없어 노즐 제작이 훨씬 다양하고 간편해질 수 있다. 즉, 드릴링(drilling)과 같은 간단한 공정을 통해서도 손쉽게 하판(28)에 노즐을 형성할 수 있게 된다.
제 3 단계는 상기 제 1 단계에서 생성된 상판(26) 및 채널형성판(27)과 상기 제 2 단계에서 생성된 하판(28)을 결합하는 단계이다. 이때, 상기 결합을 위한 결합제로서, 상기에서 설명한 바와 같이 PDMS(polydimethyl siloxane)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 1 단계의 d) 단계의 벌크 에칭(etching)은 여러가지 에칭 기술이 사용될 수 있으나 비용 및 공정의 편이성 등을 고려할 때 습식 식각(wet etching)을 통해서 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 바람직하게는 상기 벌크 에칭(etching)들이 상기 실시예 1에서 설명한 바와 같이 RIE(reactive ion etching) 통해서 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
도 1은 종래의 전기수력학적 분무 방식을 이용한 종래의 프린팅 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 종래의 연속식구동 방식의 잉크젯 프린팅 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 종래의 드롭-온-디맨드 구동 방식의 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 종래의 드롭-온-디맨드 구동 방식의 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제 1 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 제 2 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 일 실시예의 하판 평면도이다.
도 8은 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드의 일 실시예의 상판 평면도이다.
도 9는 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법의 일 실시예의 상판 및 채널형성판 제조 과정을 보여주는 공정도이다.
도 10은 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제 조 방법의 일 실시예의 하판 제조 과정을 보여주는 공정도이다.
도 11은 본 발명의 드롭-온-디맨드 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법의 상판 및 채널형성판과 하판의 결합 과정을 보여주는 공정도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 노즐 2 : 접지전극
3 : 전원공급장치 4 : 실린지 펌프
5 : 분사기(drop generator) 6 : 충전 전극(charge electrode)
7 : 고전압 편향판(deflection plate) 8 : 거터(gutter)
9 : 버블(bubble) 10 : 히터
11 : 전극 12 : 배리어(barrier)
13 : 피에조 세라믹(piezo ceramic) 14 : 격막실린더 (diaphram)
20 : 홀 21 : 노즐
22 : 채널 23 : 본체
231: 본체 상판 232: 본체 중간판
233: 본체 하판 24 : 마이크로 히터
25 : 전극 26 : 실리콘 웨이퍼 기반의 상판
27 : 채널형성판 28 : PCB 기반의 하판
29 : PDMS(polydimethylsiloxane) 30 : 리저버(reservoir)
31 : 정렬 마크 32 : 전극 납땜을 위한 홀
33 : 히터 전극 34 : 산화규소막
Claims (24)
- 정전기력 기반의 패터닝이 가능한 프린팅 헤드에 있어서, 상기 프린팅 헤드에 유체를 공급하기 위한 홀(20); 전도성 입자가 포함된 유체를 전기수력학적(electrohydrodynamic) 압력에 의해 분무하는 노즐(21); 상기 홀(20)과 상기 노즐(21)을 이어주는 채널(22)이 내부에 형성된 본체(23); 상기 채널(22) 내부에 형성되며, 노즐(21) 상부에 위치하여 노즐에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 마이크로 히터(24); 및 상기 노즐(21)에 형성되어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하는 전극(25);을 포함하며,상기 마이크로 히터(24)에 전기를 공급하기 위한 전극(33)이 상기 본체(23)에 형성되는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 1 항에 있어서, 상기 본체(23)가 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 히터(24)가 NiCr 또는 TaAl로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 1 항에 있어서, 상기 채널(22)에 상기 홀(20)을 통하여 공급되는 유체를 저장하기 위한 리저버(reservoir)(30)가 형성되는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 삭제
- 청구항 제 1 항에 있어서, 상기 채널(22)의 높이가 100㎛ 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 정전기력 기반의 패터닝이 가능한 프린팅 헤드에 있어서, 상기 프린팅 헤드에 유체를 공급하기 위한 홀(20); 상기 홀(20)이 형성되는 실리콘 웨이퍼 기반의 상판(26); 전도성 입자가 포함된 유체를 전기수력학적(electrohydrodynamic) 압력에 의해 분무하는 노즐(21); 상기 노즐(21)이 형성되는 PCB 기반의 하판(28); 상기 홀(20)과 상기 노즐(21)을 이어주는 채널(22)이 구성되도록 내부에 공간이 형성된 포토레지스트(photoresist) 기반의 채널형성판(27); 상기 상판(26)의 채널 측 일면에 형성되며, 노즐(21) 상부에 위치하여 노즐에서의 유체의 메니스커스(meniscus)를 조절하는 열 액츄에이터(thermal actuator) 역할을 하는 마이크로 히터(24); 및 상기 노즐(21)에 형성되어 전기수력학적 분무를 위한 전기장을 형성하는 전극(25);을 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 7 항에 있어서, 상기 포토레지스트(photoresist) 기반의 채널형성판(27)이 SU-8로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 7 항에 있어서, 상기 PCB 기반의 하판(28)이 FR-4로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 7 항에 있어서, 상기 마이크로 히터(24)가 NiCr 또는 TaAl로 이루 어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 7 항에 있어서, 상기 채널형성판(27)과 상기 하판(28) 사이에 두 판의 결합(bonding)을 위한 PDMS(polydimethylsiloxane) 막(29)이 형성되는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 7 항에 있어서, 상기 채널(22)에 상기 홀(20)을 통하여 공급되는 유체를 저장하기 위한 리저버(reservoir)(30)가 형성되는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프팅 헤드.
- 청구항 제 7 항에 있어서, 상기 상판(26)에 상기 마이크로 히터(24)에 전기를 공급하기 위한 전극(33)이 형성되는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 청구항 제 7 항에 있어서, 상기 채널(22)의 높이가 100㎛ 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드.
- 1) 하기 a) 내지 d)의 단계들을 포함하며, 홀(20)과 히터(24)가 형성되는 본체 상판(231)을 제조하는 제 1 단계:a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판 위에 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 히터(24)를 형성시키는 단계; c) 상기 히터(24)가 형성된 기판 위에 패시베이션(passivation) 막(34)을 형성시키는 단계; d) 상기 패시베이션 막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 홀(20)을 형성시키는 단계;2) 하기 a) 및 b)의 단계들을 포함하며, 채널(22) 부분이 형성되는 본체 중간판(232)을 제조하는 제 2 단계:a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 채널(22) 부분을 형성시키는 단계;3) 하기 a) 내지 c)의 단계들을 포함하며, 노즐(21)이 형성되는 본체 하판(233)을 제조하는 제 3 단계:a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화 막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 노즐(21)을 형성시키는 단계; c) 상기 노즐(21)에 전극(25)을 형성시키는 단계; d) 상기 전극(25)이 형성된 기판 위에 패시베이션(passivation) 막을 형성시키는 단계;4) 상기 제 1 단계에서 생성된 본체 상판(231), 상기 제 2 단계에서 생성된 본체 중간판(232) 및 상기 제 3 단계에서 생성된 본체 하판(233)을 결합하는 제 4 단계:를 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 청구항 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 d) 단계, 상기 제 2 단계의 b) 단계 및 상기 제 3 단계의 b) 단계의 벌크 에칭(etching)이 습식 식각(wet etching)을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 청구항 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 d) 단계, 상기 제 2 단계의 b) 단계 및 상기 제 3 단계의 b) 단계의 벌크 에칭(etching)이 RIE(reactive ion etching) 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 청구항 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 d) 단계 후에 상기 히터(24)의 전선 연결 부분을 오픈시키기 위하여 상기 패시베이션 막(34)에 마스킹(masking) 및 에칭(etching)을 하는 e) 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 1) 하기 a) 내지 f)의 단계들을 포함하며, 홀(20)과 히터(24)가 형성되는 상판(26) 및 채널(22)을 형성하는 채널형성판(27)을 제조하는 제 1 단계:a) 실리콘 기판에 규소산화막(34)을 형성시키는 단계; b) 상기 규소산화막(34)이 형성된 기판 위에 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 히터(24)를 형성시키는 단계; c) 상기 히터(24)가 형성된 기판 위에 패시베이션(passivation) 막(34)을 형성시키는 단계; d) 상기 패시베이션 막(34)이 형성된 기판에 마스킹(masking) 및 벌크 에칭(bulk etching)을 통하여 홀(20)을 형성시키는 단계; e) 상기 홀(20)이 형성된 기판에 포토레지스트(photoresist) 층을 형성시키는 단계; f) 상기 포토레지스트 층에 리소그래피(lithography) 과정을 통하여 채널(22) 부분을 형성시키는 단계;2) 하기 a) 내지 c)의 단계들을 포함하며, 노즐(21)이 형성되는 하판(28)을 제조하는 제 2 단계:a) PCB 기판에 노즐(21)을 형성시키는 단계; b) 상기 노즐(21)에 전극(25) 을 형성시키는 단계; 및 c) 상기 전극(25)이 형성된 기판 위에 상판(26) 및 채널형성판(27)과의 결합을 위하여 결합제(bonding agent)를 도포시키는 단계;3) 상기 제 1 단계에서 생성된 상판(26) 및 채널형성판(27)과 상기 제 2 단계에서 생성된 하판(28)을 결합시키는 제 3 단계:를 포함하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 청구항 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 d) 단계의 벌크 에칭(etching)이 습식 식각(wet etching)을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 청구항 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 d) 단계의 벌크 에칭(etching)이 RIE(reactive ion etching) 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 청구항 제 19 항에 있어서, 상기 제 2 단계의 a) 단계의 노즐 형성이 드릴링(drilling)을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 청구항 제 19 항에 있어서, 상기 제 3 단계의 결합이 PDMS(polydimethyl siloxane) 결합제(bonding agent)를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
- 청구항 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 단계의 d) 단계 후에 상기 히터(24)의 전선 연결 부분을 오픈시키기 위하여 상기 패시베이션 막(34)에 마스킹(masking) 및 에칭(etching)을 하는 g) 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 드롭-온-디맨드(drop on demand) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 제조 방법.
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