KR101179320B1 - 잉크젯 헤드의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계, 및 상기 더미 기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 더미 기판상에 상기 압전 액추에이터를 형성하는 단계는, 상기 압전 액추에이터를 형성하기 위한 개구부를 포함하는 필름층을 상기 더미 기판상에 형성하는 단계와, 상기 개구부에 상기 압전 액추에이터를 삽입하는 단계 및 상기 필름층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잉크젯 헤드가 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 압전 액추에이터를 웨이퍼 레벨로 제조함으로써, 압전 액추에이터의 가공 정밀도 및 생산성이 향상된 잉크젯 헤드의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는 전기신호를 물리적인 힘으로 변환하여 작은 노즐을 통하여 잉크가 액적(droplet)의 형태로 토출되도록 하는 구조체이다. 이러한 잉크젯 헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열 구동 방식의 잉크젯 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 헤드이다.
특히 압전 방식의 잉크젯 헤드는 최근 산업용 잉크젯 프린터에서 광범위하게 사용되고 있다. 예를 들어, 플랙서블 인쇄회로기판(FPCB) 상에 금, 은 등의 금속을 녹여 만든 잉크를 분사해 회로 패턴을 직접 형성시키거나 산업 그래픽이나 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광다이오드(OLED)의 제조 및 태양전지 등에 사용된다.
이러한 압전 방식의 잉크젯 헤드에 압전 액추에이터를 형성하는 방법으로는 스크린 프린팅 등의 후막 공정을 사용하여 형성하는 방법과, 벌크 세라믹 소재를 헤드 칩 단위로 접착하는 방법 등이 사용되고 있다.
그러나 후막 공정에 의한 방법은 후막으로 도포 된 압전 페이스트의 유동 특성으로 인해 시간이 경과함에 따라 평탄화(leveling)되면서 옆으로 퍼지게 되어, 압전 액추에이터의 폭과 두께가 균일하지 않으며, 압전 액추에이터의 압전 성능이 벌크 세라믹보다 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 벌크 세라믹의 경우, 두께가 두꺼워 고정밀 가공 기술인 MEMS(Micro electro-mechanical system) 공정에 의해 가공하기 어렵고, 벌크 세라믹 접합시 벌크 세라믹 얼라인 오차가 발생하게 되며, 다이싱 공정 시 잉크젯 헤드의 손상을 피하기 위하여 압전 액추에이터의 두께보다 작게 다이싱을 해야 하기 때문에 가공 오차가 발생하게 되고, 다이싱에 의한 잉크젯 헤드 기판이 휨 등의 변형이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 벌크 세라믹 접합은 각 헤드 칩 단위로 이루어지기 때문에, 공정 시간이 길어지게 되며, 이는 가공 수율의 하락 및 제조 원가의 상승 등 생산성의 저하로 이어진다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 잉크젯 헤드에 압전 액추에이터를 웨이퍼 레벨로 접합함으로써, 압전 액추에이터의 폭과 두께가 균일하여 가공 정밀도가 향상되고, 제조 비용의 절감 및 공정 시간의 단축 등 생산성이 향상된 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계, 및 상기 더미 기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 더미 기판상에 상기 압전 액추에이터를 형성하는 단계는, 상기 압전 액추에이터를 형성하기 위한 개구부를 포함하는 필름층을 상기 더미 기판상에 형성하는 단계, 상기 개구부에 상기 압전 액추에이터를 삽입하는 단계, 및 상기 필름층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
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또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법에서, 상기 필름층은 하나 이상의 층으로 이루어지며, 상기 필름층 중 하부에 형성되는 층은 상기 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 상기 압전 액추에이터를 절단할 때, 절단 보조층의 역할을 할 수 있다. 상기 필름층은 DFR(Dry Film Resist)로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은 상기 더미 기판과 상기 압전 액추에이터를 가열 및 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계, 및 상기 더미 기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 압전 액추에이터를 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은 상기 잉크젯 헤드 기판의 단위 헤드셀에 따라 압전 액추에이터가 각각 구성될 수 있도록 상기 압전 액추에이터를 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은, 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계, 및 상기 더미 기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 더미 기판상에 상기 압전 액추에이터를 형성하는 단계는, 스퍼터링법, 전자선 증착법, 가열 증착법, 스크린 프린팅법, 및 벌크 세라믹 접착법 중 어느 하나에 의할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은, 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계, 및 상기 더미 기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 압전 액추에이터는 구동 전극, 압전막, 및 공통 전극을 포함하고, 상기 더미 기판상에 상기 구동 전극, 상기 압전막, 및 상기 공통 전극을 차례대로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은, 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계, 및 상기 더미 기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 압전 액추에이터 상에 도전성 접착제층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법에 있어서, 상기 더미 기판을 제거하는 단계는, 그라인딩, CMP(Chemical Mechanical Planarization), 및 워터젯(waterjet) 중 적어도 어느 하나에 의할 수 있다.
한편, 다른 측면에서 본 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은 더미 기판상에 구동 전극 및 압전막을 형성하는 단계, 상기 구동 전극 및 압전막을 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계; 잉크 유로가 형성되며, 상면에 공통 전극층을 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계, 상기 잉크젯 헤드 기판 내의 잉크 챔버에 대응되는 위치에 상기 압전막이 배치되도록 상기 잉크젯 헤드 기판상에 상기 더미 기판을 접합하는 단계, 및 상기 더미 기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 더미 기판상에 상기 압전 액추에이터를 형성하는 단계는, 스퍼터링법, 전자선 증착법, 가열 증착법, 스크린 프린팅법, 및 벌크 세라믹 접착법 중 어느 하나에 의할 수 있다.
한편, 또 다른 측면에서 본 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은 잉크 유로가 형성되는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계, 더미 기판상에 개구부를 포함하는 필름층을 형성하는 단계, 상기 개구부에 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 상기 압전 액추에이터를 상기 잉크젯 헤드 기판의 헤드셀 단위로 절단하는 단계, 상기 필름층을 상기 압전 액추에이터의 두께보다 얇게 가공하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 상기 잉크젯 헤드 기판 내의 잉크 챔버가 대응되도록 상기 잉크젯 헤드 기판상에 상기 더미 기판을 접합하는 단계, 및 상기 더미 기판과 상기 필름층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 또 다른 측면에서 본 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법은 더미 웨이퍼상에 다수의 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 상기 다수의 압전 액추에이터 각각을 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계, 상기 다수의 압전 액추에이터 각각에 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 다수의 잉크젯 헤드의 유로를 유로 웨이퍼에 형성하는 단계, 상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 웨이퍼와 상기 유로 웨이퍼를 접합하는 단계, 상기 더미 웨이퍼를 제거하는 단계, 및 상기 접합된 웨이퍼를 잉크젯 헤드칩 단위로 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법에 의하면, 잉크젯 헤드에 압전 액추에이터를 웨이퍼 레벨로 접합함으로써, 가공 정밀도의 향상, 제조 비용의 절감 및 공정 시간의 단축 등 생산성이 향상된다.
도 1 내지 11은 본 발명의 제1의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 12 내지 16은 본 발명의 제2의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 12 내지 16은 본 발명의 제2의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 형태에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 형태를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시 형태의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1 내지 11은 본 발명의 제1의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 나타내는 공정도이다. 이하에서는 도 1 내지 11을 참조하여, 본 발명의 제1의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 구체적으로 살펴보기로 한다.
우선, 본 발명의 바람직한 제조 방법을 개략적으로 설명하면, 압전 액추에이터가 형성된 더미 기판과, 잉크 유로가 형성된 잉크젯 헤드 기판을 각각 제조하고, 상기 잉크젯 헤드 기판상에 상기 더미 기판을 웨이퍼 레벨로 접합하고, 상기 더미 기판을 제거함으로써 본 발명에 따른 잉크젯 헤드가 완성된다. 한편, 더미 기판과 잉크젯 헤드 기판을 제조하는 단계들은 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 즉, 더미 기판과 잉크젯 헤드 기판 중 어느 하나가 먼저 제조될 수도 있으며, 더미 기판과 잉크젯 헤드 기판이 동시에 제조될 수도 있다. 다만, 설명의 편의상 이하에서는 더미 기판을 제조하는 단계를 먼저 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 더미 기판(10)을 준비한다. 더미 기판(10)은 잉크젯 헤드 기판과의 접합 후 제거되기 때문에, 제거가 용이하고 압전 액추에이터를 형성하기 용이한 재료의 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 같이 잉크젯 헤드를 제조하기 위한 기판과 동일한 소재를 사용할 수 있으며, 이외에 글래스 웨이퍼 등을 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 더미 기판(10)상에 필름층(11)을 형성한다. 필름층(11)은 압전 액추에이터 형성을 위한 희생층으로서, 예를 들어 포토레지스트(photoresist)나 DFR(Dry Film Resist)을 사용할 수 있다. 필름층(11)의 두께는 대략 5~20㎛ 정도로 한다. 이때, 필름층(11)을 10㎛ 이상으로 형성하는 경우, 가장자리 부분이 내부보다 두꺼워지므로 EBR(Edge Bevel Removal) 공정 등에 의해 가장자리의 두꺼운 부분을 제거하는 것이 바람직하다.
필름층(11)은 하나 이상의 층으로 이루어질 수 있으며, 이때 하부에 형성되는 층은 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단할 때 각 헤드셀의 압전 액추에이터의 가장자리에 대한 형상이 패터닝되어, 절단 보조층의 역할을 할 수 있다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 필름층(11)을 패터닝하여 압전 액추에이터를 형성하기 위한 개구부(12)를 형성한다. 더미 기판(10)을 잉크젯 헤드 기판과 접합할 때, 압전 액추에이터가 잉크젯 헤드 기판 내의 잉크 챔버에 대응되는 위치에 접합 되도록 개구부(12)의 위치를 결정하여 패터닝 한다. 이때, 개구부(12)는 압전 액추에이터를 삽입하여 고정하는 공정을 용이하게 하기 위하여, 삽입될 압전 액추에이터의 크기보다 약간 크게 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 약 50㎛ 정도 큰 사이즈로 패터닝할 수 있다. 필름층(11)의 패터닝은 노광과 현상을 포함하는 공지의 포토리소그래피(photolithography)법에 의해 이루어질 수 있다.
필름층(11)에 개구부(12)를 패터닝할 때, 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 압전 액추에이터(15)를 절단할 때, 절단 라인을 표시하기 위하여, 각 헤드셀의 압전 액추에이터 경계를 나타내는 얼라인 표시를 개구부(12) 근처에 패터닝 할 수 있다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(12)에 압전 액추에이터(15)를 형성한다. 압전 액추에이터(15)는 잉크젯 헤드 기판의 잉크 챔버로 유입된 잉크를 노즐로 토출하기 위한 구동력을 제공한다. 예를 들어, 압전 액추에이터(15)는 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막, 및 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극을 포함하여 구성될 수 있다.
하부 전극은 하나의 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으나, 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속 박막층으로 구성되는 것이 바람직하다. 압전막은 하부 전극 위에 형성되며, 압전 물질, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 상부 전극은 압전막 위에 형성되며, Pt, Au, Ag, Ni, Ti 및 Cu 등의 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
압전 액추에이터(15)를 형성함에 있어서, 여러 가지 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들어 PZT를 칩 단위로 가공하여 개구부(15)에 끼워넣는 방식으로 조립할 수 있으며, 조립된 압전 액추에이터(15)와 더미 기판(10)을 가열 및 가압 공정을 통해 접합한다. 예를 들어, 가열 온도 150℃, 무게 2.0톤의 핫프레스(hot press)기를 사용하여 이루어질 수 있다. 이때, 접합을 위해 Ag, Cu, Ni 등의 금속으로 이루어진 도전성 접착제를 사용할 수 있다. 이어서, 하드 베이크(Hard bake) 공정을 통하여 필름층(11)을 베이킹한 후, 150℃에서 30분 이상동안 천천히 냉각한다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 더미 기판(10)의 상부에 포토레지스트(19)를 도포한다. 이때, 포토레지스트(19)는 압전 액추에이터(19)와 필름층(11) 사이의 틈새에도 채워진다. 이렇게 도포된 포토레지스트(19)는 가열을 통하여 압전 액추에이터(19)와 필름층(11)을 고정한다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(19)가 도포된 압전 액추에이터(15)와 필름층(11)을 설계된 두께로 연마한다. 예를 들어, 그라인딩(grinding), 폴리싱(polishing), 또는 화학?기계적 연마(CMP) 등에 의해 압전 액추에이터(15)의 두께를 30㎛ 정도로 가공한다. 이렇게 가공된 압전 액추에이터(15)를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단한다.
압전 액추에이터(15)의 절단은 다이싱, 레이저 등을 이용하여 이루어질 수 있으며, 필름층(11)에 각 헤드셀의 압전 액추에이터(15)의 얼라인 표시가 패터닝 되어 있는 경우, 패터닝된 얼라인 표시를 기준으로 가공된다. 또한, 필름층(11)이 하나 이상의 층으로 이루어져, 하부에 절단 보조층이 형성된 경우는 절단 보조층에 패터닝 된 각 헤드셀의 압전 액추에이터의 가장자리 표시를 따라 절단이 이루어질 수 있다.
필름층(11)의 하부에 더미 기판(10)이 형성되어 있거나, 절단 보조층을 개재하여 더미 기판(10)이 형성되어 있으므로, 압전 액추에이터(15)의 절단시 공정 오차를 포함하는 충분한 두께로 가공이 가능하다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 더미 기판(10)에 형성된 압전 액추에이터(15)를 잉크젯 헤드의 잉크 챔버 상에 접합할 때, 얼라인 오차를 줄이고 접합을 용이하게 하기 위하여, 애싱(ashing) 공정을 통하여 필름층(11) 및 포토레지스트(19)의 두께를 압전 액추에이터(15)보다 얇게 가공한다.
다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 압전 액추에이터(15)의 상부에 Ag, Cu, Ni 등의 금속 페이스트로 이루어진 도전성 접착물질(16)을 도포한다. 도전성 접착물질(16)의 도포는 압전 액추에이터(15)를 각 헤드셀 단위로 절단하기 전에 이루어질 수도 있다.
다음으로, 잉크젯 헤드 기판(20)을 제조하는 방법을 살펴보기로 한다. 잉크젯 헤드 기판(20)을 제조하는 방법은 하나 이상의 웨이퍼에 잉크 유로를 형성하는 단계들로 이루어지며, 이는 공지의 방법들을 이용할 수 있으므로, 이하에서는 잉크젯 헤드 기판의 잉크 유로를 형성하는 구성요소들을 중심으로 간략하게 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 잉크젯 헤드 기판(20)은 잉크가 유입되는 잉크 유입구(21), 잉크 유입구(21)로 유입되는 잉크를 저장하는 리저버(22), 압전 액추에이터(15)가 장착되는 위치의 하부에 마련되는 다수의 잉크 챔버(23), 및 잉크를 토출하는 다수의 노즐(25)을 포함할 수 있다. 리저버(22)와 잉크 챔버(23) 사이에는 잉크가 토출될 때 잉크 챔버(23)의 잉크가 리저버(22)로 역류하는 것을 억제하기 위하여 다수의 리스트릭터가 형성될 수 있다. 또한, 잉크 챔버(23)와 노즐(25)은 다수의 댐퍼(24)에 의해 연결될 수 있다.
잉크젯 헤드 기판(20)은 상기한 잉크 유로를 형성하는 구성요소들을 상부 기판 및 하부 기판에 적절하게 형성하여 상부 기판 및 하부 기판을 실리콘 직접 접합(SDB) 등의 방식으로 접합하여 형성할 수 있다. 이때, 상부 기판은 단결정 실리콘 기판이나 SOI 기판일 수 있으며, 하부 기판은 SOI 기판으로 이루어질 수 있다. 또한, 잉크젯 헤드 기판(20)은 이에 한하지 않고, 더 많은 기판을 사용하여 잉크 유로를 구성할 수 있으며, 경우에 따라서는 하나의 기판으로 구현할 수도 있다. 잉크 유로를 형성하는 구성요소들 또한 예시적인 것에 불과하며, 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구성의 잉크 유로가 마련될 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 잉크젯 헤드 기판(20)의 상부에 더미 기판(10)을 웨이퍼 레벨로 접합한다. 구체적으로, 잉크젯 헤드 기판(20)의 잉크 챔버(23)의 상부에 더미 기판(10)의 압전 액추에이터(15)가 배치되도록, 잉크젯 헤드 기판(20)과 더미 기판(10)을 배열한다. 이때, 더미 기판(10)의 상면과 잉크젯 헤드 기판(20)의 상면이 마주하도록 배치한다. 이어서, 압전 액추에이터(15)의 상면에 형성된 도전성 접착물질(16)을 가열하여 압전 액추에이터(15)를 잉크젯 헤드 기판(20)의 상면에 접합한다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 접합된 웨이퍼 구조체에 그라인딩, 워터젯(water jet), CMP 등의 공정을 이용하여 더미 기판(10)을 제거한다. 이어서, 압전 액추에이터(15)의 주변에 남아있는 필름층(11)과 포토레지스트(19)를 에어 블로우잉(air blowing) 또는 테이프 리무빙(tape removing) 등의 방법을 이용하여 제거한다. 이렇게, 더미 기판(10), 필름층(11) 및 포토레지스트(19)가 제거되면, 잉크젯 헤드(100)가 완성되게 된다.
이렇게, 잉크젯 헤드 기판(20)과 더미 기판(10)을 웨이퍼 레벨로 접합하여 압전 액추에이터(15)를 형성하기 때문에, 가공 오차를 줄일 수 있으며, 헤드셀 마다 압전 액추에이터를 형성하는 종래 기술에 비해 공정 시간을 단축할 수 있는 등 생산성이 향상될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법을 살펴보기로 한다. 도 12 내지 도 16은 본 발명의 제2의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 12 내지 도 16에 도시된 본 발명의 제2의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법은 압전 액추에이터를 구성함에 있어서, 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극이 잉크젯 헤드 기판의 상면 전면에 형성되어 있다는 점에서 본 발명의 제1의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법과 차이가 있다. 따라서 압전 액추에이터를 형성하는 공정 이외의 공정은 본 발명의 제1의 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법의 공정들과 실질적으로 동일하므로, 이들 공정에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 12를 참조하면, 더미 기판(30) 상에 필름층(31)을 도포하고 이를 패터닝하여 개구부를 형성한 다음, 압전 액추에이터의 구동 전극(34)과 압전막(35)을 순차로 형성한다. 이때, 필름층(31)에 압전 액추에이터의 헤드셀별 분리를 위한 얼라인 표시를 패터닝할 수 있으며, 필름층(31)을 하나 이상의 층으로 구성하는 경우, 하부에 형성되는 층에 상기 얼라인 표시를 패터닝할 수 있다.
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 압전막(35)과 필름층(31)을 설계된 두께로 연마하고, 압전막(35)과 구동 전극(34)을 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단한 다음, 필름층(31)의 두께를 압전막(35)보다 얇게 가공한다. .
여기서, 압전막(35)과 필름층(31)의 연마는 그라인딩(grinding), 폴리싱(polishing), 또는 화학?기계적 연마(CMP) 등에 의해 이루어질 수 있으며, 압전막(35)과 구동 전극(34)의 절단은 다이싱, 레이저 등을 이용하여 이루어질 수 있고, 필름층(31)의 가공은 애싱(ashing) 공정을 통하여 이루어질 수 있다.
압전막(35)과 구동 전극(34)의 절단 공정에 있어서, 필름층(31)에 각 헤드셀의 압전막(35)의 얼라인 표시가 패터닝 되어 있는 경우, 패터닝된 얼라인 표시를 기준으로 가공되고, 또한, 필름층(31)이 하나 이상의 층으로 이루어져, 하부에 절단 보조층이 형성된 경우는 절단 보조층에 패터닝 된 각 헤드셀의 압전막의 가장자리 표시를 따라 절단이 이루어질 수 있다.
필름층(31)의 하부에 더미 기판(30)이 형성되어 있거나, 절단 보조층을 개재하여 더미 기판(30)이 형성되어 있으므로, 압전막(35)의 절단시 공정 오차를 포함하는 충분한 두께로 가공이 가능하다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 잉크 유로가 형성된 잉크젯 헤드 기판(40)을 마련하고, 잉크젯 헤드 기판(40)상에 압전 액추에이터의 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(41)을 형성한다. 이때, 하부 전극(41)은 잉크젯 헤드 기판(40)의 전 표면에 형성될 수 있으며, 하나의 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으나, 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속 박막층으로 구성되는 것이 바람직하다. 하부 전극(41)은 공통 전극의 역할뿐만 아니라, 압전막과 잉크젯 헤드 기판(40) 사이의 상호 확산을 방지하는 확산 방지층의 역할도 하게 된다.
잉크젯 헤드 기판(40)에는 잉크 유로를 따라, 리저버, 잉크 챔버, 리스트릭터, 댐퍼, 노즐 등이 형성되며, 하나 이상의 웨이퍼로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 잉크젯 헤드 기판(40)의 상부에 더미 기판(30)을 웨이퍼 레벨로 접합한다. 구체적으로, 잉크젯 헤드 기판(40)의 잉크 챔버의 상부에 더미 기판(30)의 압전막(35)이 배치되도록, 잉크젯 헤드 기판(40)과 더미 기판(30)을 배열한 후, 접합한다. 이때, 더미 기판(30)과 잉크젯 헤드 기판(40)은 더미 기판(30)의 상면과 잉크젯 헤드 기판(40)의 상면이 마주하도록 배치되고, 압전막(35)과 하부 전극(41)이 접합 된다. 압전막(35)과 하부 전극(41)의 접합은 도전성 접착제를 이용하여 접합 될 수 있다.
다음으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 접합된 웨이퍼 구조체에 그라인딩, 워터젯(water jet), CMP 등의 공정을 이용하여 더미 기판(30)을 제거한다. 이어서, 압전막(35)과 구동 전극(34)의 주변에 남아있는 필름층(31)을 에어 블로우잉(air blowing) 또는 테이프 리무빙(tape removing) 등의 방법을 이용하여 제거한다. 이렇게, 더미 기판(30) 및 필름층(31)이 제거되면, 잉크젯 헤드가 완성되게 된다.
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법은 압전 액추에이터를 웨이퍼 레벨로 제조하여 형성하기 때문에, 압전 액추에이터 가공시 발생하는 가공 오차를 줄일 수 있으며, 가공 시간을 단축할 수 있고, 압전 액추에이터를 헤드셀 단위로 절단시 발생하는 잉크젯 헤드 기판의 휨 변형이나 절단 부분의 두께 편차를 방지할 수 있어, 가공 정밀도 및 생산성이 향상된다.
이상에서는 하나의 잉크젯 헤드를 제조하는 공정에 대하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다수의 잉크젯 헤드와 압전 액추에이터를 어레이 방식으로 각각의 웨이퍼에 형성한 후, 이들을 접합하고 헤드칩 단위로 절단하여 형성할 수 있다. 이하에서는 이들 공정에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다. 다만, 본 발명의 상기 실시예들에서 잉크젯 헤드 기판에 잉크 유로를 형성하고 더미 기판에 압전 액추에이터를 형성하는 공정은 실질적으로 동일하므로, 설명의 편의상 이들 공정의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 다수의 잉크젯 헤드와 압전 액추에이터를 어레이 방식으로 웨이퍼에 형성하는 공정을 개략적으로 살펴보면, 유로 웨이퍼에 다수의 잉크젯 헤드를 어레이 방식으로 형성하고, 더미 웨이퍼에 다수의 압전 액추에이터를 어레이 방식으로 형성하여, 이들 유로 웨이퍼와 더미 웨이퍼를 잉크젯 헤드의 잉크 챔버와 압전 액추에이터가 서로 대응되도록 접합하고, 이를 헤드칩 단위로 절단하여 잉크젯 헤드를 완성한다.
유로 웨이퍼에 다수의 잉크젯 헤드를 형성하는 방법은 본 발명의 상기 실시예들에서 설명한 바와 같은 잉크젯 헤드, 즉 잉크가 유입되는 잉크 유입구, 잉크 유입구로 유입되는 잉크를 저장하는 리저버, 압전 액추에이터가 장착되는 위치의 하부에 마련되는 다수의 잉크 챔버, 및 잉크를 토출하는 다수의 노즐을 포함하는 잉크젯 헤드가 다수 유로 웨이퍼에 어레이되도록 형성한다.
더미 웨이퍼에 다수의 압전 액추에이터를 형성하는 방법 또한, 본 발명의 상기 실시예들에서 설명한 바와 같은 압전 액추에이터가 다수 더미 웨이퍼에 어레이되도록 형성한다. 구체적으로, 더미 웨이퍼에 필름층을 형성한 후, 다수의 압전 액추에이터가 형성되는 다수의 개구부를 갖도록 상기 필름층을 패터닝한다. 다음으로, 다수의 개구부에 각각 압전 액추에이터를 형성하고, 이들 각각의 압전 액추에이터를 헤드셀 단위로 절단한다.
다음으로, 다수의 잉크젯 헤드가 어레이된 유로 웨이퍼와 다수의 압전 액추에이터가 어레이된 더미 웨이퍼를 접합한다. 이때, 다수의 잉크젯 헤드의 각각의 잉크 유로에 있어서, 잉크 챔버에 압전 액추에이터가 대응되도록 접합한다. 이렇게 접합된 유로 웨이퍼와 더미 웨이퍼를 잉크젯 헤드칩 단위로 절단하고 더미 웨이퍼와 필름층을 제거하여 잉크젯 헤드칩을 완성한다. 이때, 접합된 유로 웨이퍼와 더미 웨이퍼에 있어서, 더미 웨이퍼와 필름층을 제거한 후, 잉크젯 헤드칩 단위로 절단하여 잉크젯 헤드칩을 형성할 수도 있다.
이와 같이, 다수의 잉크젯 헤드와 압전 액추에이터를 어레이 방식으로 각각의 웨이퍼에 형성한 후, 이들을 접합하고 헤드칩 단위로 절단함으로써, 기존에 잉크젯 헤드의 유로만을 웨이퍼 레벨로 형성하고 이들 유로의 상면에 개개의 압전 액추에이터를 형성하는 방식에 비하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명은 압전 액추에이터 또한 웨이퍼 레벨로 형성하고 이들 웨이퍼를 접합하여 헤드칩 단위로 절단하므로, 생산성 향상뿐만 아니라, 압전 액추에이터의 위치 정밀도 및 가공 정밀도가 향상될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10, 30: 더미 기판 11, 31: 필름층
20, 40: 잉크젯 헤드 기판 12: 개구부
15: 압전 액추에이터 16: 도전성 접착 물질
19: 포토레지스트 35: 압전막
34: 구동 전극 41: 하부 전극
20, 40: 잉크젯 헤드 기판 12: 개구부
15: 압전 액추에이터 16: 도전성 접착 물질
19: 포토레지스트 35: 압전막
34: 구동 전극 41: 하부 전극
Claims (15)
- 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계;
상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계; 및
상기 더미 기판을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 더미 기판상에 상기 압전 액추에이터를 형성하는 단계는,
상기 압전 액추에이터를 형성하기 위한 개구부를 포함하는 필름층을 상기 더미 기판상에 형성하는 단계;
상기 개구부에 상기 압전 액추에이터를 삽입하는 단계; 및
상기 필름층을 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 필름층은 하나 이상의 층으로 이루어지며, 상기 필름층 중 하부에 형성되는 층은 상기 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 상기 압전 액추에이터를 절단할 때, 절단 보조층의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 필름층에는 각 헤드셀의 압전 액추에이터의 위치를 표시하는 얼라인 표시가 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 필름층은 DFR(Dry Film Resist)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 더미 기판과 상기 압전 액추에이터를 가열 및 가압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계;
상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계; 및
상기 더미 기판을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 압전 액추에이터를 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 잉크젯 헤드 기판의 단위 헤드셀에 따라 압전 액추에이터가 각각 구성될 수 있도록 상기 압전 액추에이터를 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계;
상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계; 및
상기 더미 기판을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 더미 기판상에 상기 압전 액추에이터를 형성하는 단계는, 스퍼터링법, 전자선 증착법, 가열 증착법, 스크린 프린팅법, 및 벌크 세라믹 접착법 중 어느 하나에 의하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계;
상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계; 및
상기 더미 기판을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 압전 액추에이터는 구동 전극, 압전막, 및 공통 전극을 포함하고, 상기 더미 기판상에 상기 구동 전극, 상기 압전막, 및 상기 공통 전극을 차례대로 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 더미 기판상에 압전 액추에이터를 형성하는 단계;
상기 압전 액추에이터를 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 기판과 상기 잉크젯 헤드 기판을 접합하는 단계; 및
상기 더미 기판을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 압전 액추에이터 상에 도전성 접착제층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제1항, 제7항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 더미 기판을 제거하는 단계는, 그라인딩, CMP(Chemical Mechanical Planarization), 및 워터젯(waterjet) 중 적어도 어느 하나에 의하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 더미 기판상에 구동 전극 및 압전막을 형성하는 단계;
잉크 유로가 형성되며, 상면에 공통 전극층을 포함하는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계;
상기 구동 전극 및 상기 압전막을 상기 잉크젯 헤드 기판의 헤드셀 단위로 절단하는 단계;
상기 잉크젯 헤드 기판 내의 잉크 챔버에 대응되는 위치에 상기 압전막이 배치되도록 상기 잉크젯 헤드 기판상에 상기 더미 기판을 접합하는 단계; 및
상기 더미 기판을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 더미 기판상에 상기 압전 액추에이터를 형성하는 단계는, 스퍼터링법, 전자선 증착법, 가열 증착법, 스크린 프린팅법, 및 벌크 세라믹 접착법 중 어느 하나에 의하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 잉크 유로가 형성되는 잉크젯 헤드 기판을 마련하는 단계;
더미 기판상에 개구부를 포함하는 필름층을 형성하는 단계;
상기 개구부에 압전 액추에이터를 형성하는 단계;
상기 압전 액추에이터를 상기 잉크젯 헤드 기판의 헤드셀 단위로 절단하는 단계;
상기 필름층을 상기 압전 액추에이터의 두께보다 얇게 가공하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 상기 잉크젯 헤드 기판 내의 잉크 챔버가 대응되도록 상기 잉크젯 헤드 기판상에 상기 더미 기판을 접합하는 단계; 및
상기 더미 기판과 상기 필름층을 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 더미 웨이퍼상에 다수의 압전 액추에이터를 형성하는 단계;
상기 다수의 압전 액추에이터 각각을 잉크젯 헤드의 헤드셀 단위로 절단하는 단계;
상기 다수의 압전 액추에이터 각각에 대응되는 위치에 형성되는 잉크 챔버를 포함하는 다수의 잉크젯 헤드의 유로를 유로 웨이퍼에 형성하는 단계;
상기 압전 액추에이터와 상기 잉크 챔버가 서로 대응되도록 상기 더미 웨이퍼와 상기 유로 웨이퍼를 접합하는 단계;
상기 더미 웨이퍼를 제거하는 단계; 및
상기 접합된 웨이퍼를 잉크젯 헤드칩 단위로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
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