KR102549376B1 - Printing Ink Dispensing Apparatus with Heatable Cantilever Structured Fluid Channel and Manufacturing Method of the Same - Google Patents

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Abstract

가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치 및 이의 제조 방법이 개시된다. 잉크 유동 채널 구조부는 기부에 고정된 채 그 기부 바깥으로 캔틸레버 구조 형태로 연장되고, 그 연장된 부분의 말단에 잉크 토출용 노즐이 형성된다. 잉크 주입구와 연통된 입구에서 노즐까지 연장된 관 형태의 잉크 유동 채널이 잉크 유동 채널 구조부의 내부에 마련된다. 가열부는 전기에너지로 발열하여 노즐을 포함한 잉크 유동 채널 구조부의 적어도 일부인 채널가열구간을 가열함으로써 잉크 유동 채널 내 잉크의 온도 및 점성 제어와 잉크 버블 형성을 통해 잉크 액적이 노즐 밖으로 토출되게 한다.An ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel and a manufacturing method thereof are disclosed. The ink flow channel structure extends out of the base in a cantilever structure while being fixed to the base, and a nozzle for ejecting ink is formed at an end of the extended portion. A tubular ink flow channel extending from the inlet communicating with the ink inlet to the nozzle is provided inside the ink flow channel structure. The heater generates heat with electrical energy and heats the channel heating section, which is at least a part of the ink flow channel structure including the nozzle, so that ink droplets are discharged out of the nozzle through control of temperature and viscosity of ink in the ink flow channel and formation of ink bubbles.

Description

가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치 및 이의 제조 방법 {Printing Ink Dispensing Apparatus with Heatable Cantilever Structured Fluid Channel and Manufacturing Method of the Same}Printing Ink Dispensing Apparatus with Heatable Cantilever Structured Fluid Channel and Manufacturing Method of the Same}

본 발명은 인쇄 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄 전자 잉크를 토출하는 구조로 된 잉크 디스펜싱 장치와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the field of printing technology, and more particularly, to an ink dispensing device configured to eject printed electronic ink and a method for manufacturing the same.

최근 스마트 기기 시장이 확대됨에 따라서 유연 기판 소자에 대한 관심이 급증하고 있다. 이에 따라 유연 기판에 전극을 패터닝할 수 있는 방법도 많이 연구되어왔다. 특히나 노즐 기반 패터닝 기술은 기판의 종류와 패터닝 하고자 하는 디자인의 다양성에 관계 없이 신속한 프로토타이핑이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 유연한 기판을 이용하는 공정에도 적합하여 유연 기판 산업에서 반도체 공정에 비해 큰 제약 없이 응용될 수 있다. 노즐 기반 패터닝 기술의 대표적인 예는 잉크젯 기술이다. 이처럼 잉크젯 분야에서도 산업에서 소자의 집적화와 다양한 환경에서의 공정 적합성이 요구됨에 따라 고분해능 전도성 소자 패터닝과 공정 기술의 간소화를 목표로 한 연구들이 이루어지고 있다. Recently, as the smart device market expands, interest in flexible substrate devices is rapidly increasing. Accordingly, many studies have been conducted on methods for patterning electrodes on flexible substrates. In particular, the nozzle-based patterning technology has the advantage of enabling rapid prototyping regardless of the type of substrate and the variety of designs to be patterned. In addition, since it is suitable for a process using a flexible substrate, it can be applied without significant limitations compared to the semiconductor process in the flexible substrate industry. A representative example of nozzle-based patterning technology is inkjet technology. Likewise, in the inkjet field, researches aimed at simplification of high-resolution conductive element patterning and process technology are being conducted according to the demand for integration of elements and process suitability in various environments in the industry.

하지만 아직 잉크젯 기술이 유연 기판 산업에서 활발하게 사용되지 못하고 있는 실정이다. 그 이유는 크게 다음과 같은 두 가지 점을 들 수 있다. 첫 번째 이유는 종래의 잉크젯 기술은 노광과 웨이퍼 공정을 이용한 전통 반도체 공정이 갖는 수준의 고분해능까지 달성하지 못한다는 것이다. 그로 인해 잉크젯 방식의 인쇄 전자 기술이 사용될 수 있는 응용처에 한계가 존재한다. 이유로는 고분해능으로 갈수록 광학적 한계 때문에 기존의 고속 카메라 이미징 방법만으로는 잉크젯의 토출이 잘 이루어지고 있는지에 대해 분석하기가 어렵기 때문이다. However, inkjet technology is not yet actively used in the flexible substrate industry. There are two main reasons for this: The first reason is that conventional inkjet technology cannot achieve high resolution at the level of traditional semiconductor processes using exposure and wafer processes. As a result, there is a limit to the applications in which the inkjet-type printed electronic technology can be used. The reason is that it is difficult to analyze whether the inkjet is ejected well using only the existing high-speed camera imaging method due to optical limitations as the resolution increases.

두 번째 이유는 잉크젯의 원리를 살펴보았을 때, 점성이 높은 시료는 잉크젯에서 패터닝하기가 어렵다는 것이다. 하지만 통상적으로 전극 패터닝에 사용되는 잉크는 용매와 함께 고분자 구조체나 나노 파티클 등을 사용하여 전기 전도성을 가지며, 높은 전기 전도도를 위해서는 용매 대비 고분자 및 파티클의 농도가 높아져야 하므로 점성이 높아지게 된다. 따라서 종래의 잉크젯 기술로는 그러한 고 점성의 시료를 패터닝에 사용하기가 어렵다.The second reason is that when examining the principle of inkjet, it is difficult to pattern a highly viscous sample by inkjet. However, in general, the ink used for electrode patterning has electrical conductivity by using a polymer structure or nanoparticles together with a solvent. For high electrical conductivity, the concentration of the polymer and the particle compared to the solvent must be increased, so the viscosity increases. Therefore, it is difficult to use such a highly viscous sample for patterning with conventional inkjet technology.

그런데 잉크젯을 이용한 인쇄 소자 패터닝 기술의 분해능이 개선되고 전도성 소자의 집적화가 가능해진다면, 기존의 시간 및 비용의 소모가 많던 반도체 공정 대신 새로운 공정의 패러다임을 제시할 수 있을 것이다. 이를 가능하게 하는 잉크젯 프린팅 기술이 요구되고 있다.However, if the resolution of printing element patterning technology using inkjet is improved and the integration of conductive elements becomes possible, a new process paradigm can be presented instead of the conventional semiconductor process, which consumes a lot of time and cost. An inkjet printing technology that enables this is required.

(1) 대한민국등록특허 10-1030152호 (공개일:2009년09월09일)(1) Republic of Korea Patent No. 10-1030152 (published on September 9, 2009)

본 발명의 일 목적은 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널을 가열수단과 통합한 구조로 디자인하여 잉크의 온도/점도 제어가 가능하고, 잉크 액적 토출을 온-디맨드 방식으로 할 수 있는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널 기반의 잉크 디스펜싱 장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention is based on a heated cantilever structured flow channel capable of controlling the temperature/viscosity of ink and discharging ink droplets in an on-demand manner by designing a structure in which a cantilever structured ink flow channel is integrated with a heating means. It is to provide an ink dispensing device of

본 발명의 다른 목적은 상기 잉크 디스펜싱 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the ink dispensing device.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above problems, and can be expanded in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention.

상기 본 발명의 일 목적을 실현하기 위한 실시예들에 따른 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법은, (i) 절연된 기판의 적어도 한 쪽 표면에 폴리실리콘층(64)을 증착하는 단계; (ii) 상기 폴리실리콘층(64)에 인을 소정의 농도로 도핑하여 가열전극층(40')을 형성하는 단계; (iii) 상기 가열전극층(40')에서 소정 모양의 가열 전극선(40)만을 남겨두고 나머지 부분을 제거하는 패터닝 공정을 수행하는 단계; (iv) 상기 가열 전극선(40)이 형성된 표면에 실리콘 질화물을 증착하여 상기 가열 전극선을 절연시켜주는 절연층(72)을 형성하는 단계; (v) 상기 절연층(72)을 수직 관통하는 잉크 주입구(22)를 형성하는 단계; (vi) 상기 가열전극선(40)을 따라 상기 절연층(72)의 상부에 잉크 유동 채널 구조(30)를 형성하는 단계; (vii) 상기 잉크 유동 채널 구조(30)를 캔틸레버 구조로 만들기 위한 패터닝 공정을 수행하는 단계; (viii) 캔틸레버 구조로 된 상기 잉크 유동 채널 구조(30)의 말단에 잉크 토출용 노즐(34)을 형성하는 단계; (ix) 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 각각의 제1 및 제2 말단부(40a', 40b')가 노출될 수 있도록 해당 영역의 절연층(72)을 제거하는 패터닝 공정을 수행하는 단계; (x) 상기 기판의 타면에 잉크 주입구(22)를 형성하면서 상기 잉크 유동 채널 구조(30)를 캔틸레버 구조로 완성하기 위해 상기 기판의 타면에 대한 패터닝 작업을 수행하는 단계; 및 (xi) 상기 잉크 유동 채널 구조(30) 내부의 폴리실리콘 희생층(76)을 제거하여 상기 잉크 주입구(22)와 연통된 잉크 유동 채널을 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel according to embodiments for realizing one object of the present invention, (i) a polysilicon layer 64 on at least one surface of an insulated substrate depositing; (ii) forming a heating electrode layer 40' by doping the polysilicon layer 64 with phosphorus at a predetermined concentration; (iii) performing a patterning process of removing the remaining portion of the heating electrode layer 40', leaving only the heating electrode wire 40 having a predetermined shape; (iv) depositing silicon nitride on the surface where the heating electrode line 40 is formed to form an insulating layer 72 insulating the heating electrode line; (v) forming an ink injection hole 22 penetrating the insulating layer 72 vertically; (vi) forming an ink flow channel structure 30 on top of the insulating layer 72 along the heating electrode line 40; (vii) performing a patterning process to make the ink flow channel structure 30 into a cantilever structure; (viii) forming an ink ejection nozzle 34 at an end of the ink flow channel structure 30 having a cantilever structure; (ix) A patterning process of removing the insulating layer 72 of the corresponding region is performed to expose the first and second end portions 40a' and 40b' of the first and second heating electrode lines 40a and 40b, respectively. doing; (x) performing a patterning operation on the other surface of the substrate to complete the ink flow channel structure 30 as a cantilever structure while forming an ink inlet 22 on the other surface of the substrate; and (xi) forming an ink flow channel communicating with the ink inlet 22 by removing the polysilicon sacrificial layer 76 inside the ink flow channel structure 30 .

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 가열 전극선(40)을 형성하기 위한 '패터닝 공정을 수행하는 단계'는 상기 가열전극층(40')에서 상기 가열전극선(40)을 형성할 부분에 포토레지스트를 증착하는 단계; 포토리소그래피 공정으로 상기 가열전극층(40')의 전체 표면에 대한 노광처리를 하는 단계; 및 상기 가열 전극층(40')에 대하여 반응성 이온 식각기(reactive ion etching: RIE)를 이용하여 식각 공정을 수행하는 것에 의해, 상기 가열 전극층(40')에서 상기 포토레지스트가 증착된 부분만 남기고 나머지 부분을 제거하여 상기 가열 전극선(40)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In example embodiments, in the 'step of performing the patterning process' for forming the heating electrode line 40, photoresist is deposited on a portion of the heating electrode layer 40' where the heating electrode line 40 is to be formed. doing; Exposing the entire surface of the heating electrode layer 40' through a photolithography process; and by performing an etching process on the heating electrode layer 40' using a reactive ion etching (RIE), leaving only the portion where the photoresist is deposited in the heating electrode layer 40' and the rest A step of forming the heating electrode line 40 by removing portions may be included.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 '잉크 유동 채널 구조(30)를 형성하는 단계'는 희생층으로 활용될 폴리실리콘 희생층(76)을 상기 절연층(72) 위에 증착하는 단계; 상기 폴리실리콘 희생층(76)에 대하여 상기 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 위의 잉크가 유동할 채널 부분을 남겨두고 나머지를 제거하는 채널구조 패터닝 단계; 및 상기 채널구조 패터닝 단계 후 남게 된 채널 구조 부분의 폴리실리콘 희생층(76)을 완전히 덮는 형태로 실리콘 질화물을 증착하여 상기 잉크 유동 채널 구조(30)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the 'forming the ink flow channel structure 30' may include depositing a polysilicon sacrificial layer 76 to be used as a sacrificial layer on the insulating layer 72; a channel structure patterning step of leaving a portion of the channel through which ink flows on the first and second heating electrode lines 40a and 40b with respect to the polysilicon sacrificial layer 76 and removing the remainder; and forming the ink flow channel structure 30 by depositing silicon nitride so as to completely cover the polysilicon sacrificial layer 76 remaining after the channel structure patterning step.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 '잉크 유동 채널 구조(30)를 형성하는 단계'는 상기 절연층(72) 위에 상기 폴리실리콘 희생층(76)을 증착하되, 필라 형성 지점들을 제외하고 증착하여 필라 형성용 구멍들이 형성된 폴리실리콘 희생층(76)을 증착하는 단계; 상기 필라 형성용 구멍들이 형성된 상기 폴리실리콘 희생층(76)에 대하여 상기 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 위의 잉크가 유동할 채널 부분을 남겨두고 나머지를 제거하는 채널구조 패터닝 단계; 및 상기 채널구조 패터닝 단계 후 남게 된 채널 구조 부분의 상기 필라 형성용 구멍들이 형성된 폴리실리콘 희생층(76)을 완전히 덮으면서 상기 구멍들을 메우는 형태로 실리콘 질화물을 증착하여 다수의 채널구조 지지용 필라들이 형성된 상기 잉크 유동 채널 구조(30)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In exemplary embodiments, the 'step of forming the ink flow channel structure 30' may include depositing the polysilicon sacrificial layer 76 on the insulating layer 72 except for pillar formation points, depositing a polysilicon sacrificial layer 76 having holes for forming pillars; a channel structure patterning step of leaving a portion of a channel through which ink flows on the first and second heating electrode lines 40a and 40b with respect to the polysilicon sacrificial layer 76 in which the holes for forming the pillars are formed and removing the remaining portion; and depositing silicon nitride in a form of filling the holes while completely covering the polysilicon sacrificial layer 76 in which the holes for forming the pillars of the channel structure remaining after the patterning of the channel structure are formed, so that a plurality of pillars for supporting the channel structure are formed. A step of forming the formed ink flow channel structure 30 may be included.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 잉크 토출용 노즐(34)은 그 잉크 유동 채널 구조(30)를 형성하는 실리콘질화물층을 관통하여 폴리실리콘 희생층(76)까지 뚫린 구멍의 형태로 형성될 수 있다.In example embodiments, the ink ejection nozzle 34 may be formed in the form of a hole drilled through the silicon nitride layer forming the ink flow channel structure 30 to the polysilicon sacrificial layer 76. there is.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 '기판의 타면에 대한 패터닝 작업을 수행하는 단계'는 캔틸레버 구조화될 채널가열구간(40-1)을 남겨두고 그의 양쪽 옆에 존재하는 구성들을 모두 제거하여 상기 잉크 유동 채널 구조(30)에서 상기 채널가열구간(40-1)의 전부 또는 적어도 일부 구간을 캔틸레버 구조 형태로 만드는 단계를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the 'step of performing the patterning operation on the other surface of the substrate' leaves the channel heating section 40-1 to be formed into a cantilever structure and removes all components present on both sides of the channel heating section 40-1 to remove the ink. A step of making all or at least a part of the channel heating section 40-1 in the flow channel structure 30 into a cantilever structure may be included.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 '잉크 유동 채널을 형성하는 단계'에서 상기 잉크 유동 채널 구조(30) 내부의 폴리실리콘 희생층(76)의 제거는 KOH를 이용한 습식 식각 공정으로 이루어질 수 있다. In example embodiments, in the 'forming the ink flow channel', the polysilicon sacrificial layer 76 inside the ink flow channel structure 30 may be removed by a wet etching process using KOH.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제조 방법은 상기 절연된 기판을 형성하기 위하여 실리콘 웨이퍼(62)의 양쪽 표면 전체에 실리콘 질화물을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. In exemplary embodiments, the fabrication method may further include depositing silicon nitride on both surfaces of the silicon wafer 62 to form the insulated substrate.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제조 방법은 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)를 상기 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 각각의 상기 제1 및 제2 말단부(40a', 40b')에 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the manufacturing method may include first and second electrode pads 42a and 42b of the first and second heating electrode lines 40a and 40b, respectively, and the first and second end portions 40a'. , 40b') may further include a step of depositing.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 노즐은 상기 잉크 유동 채널 구조(30)를 캔틸레버 구조로 패터닝할 때 RIE를 이용한 식각 공정으로 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the nozzle may be formed by an etching process using RIE when patterning the ink flow channel structure 30 into a cantilever structure.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 노즐은 상기 잉크 유동 채널 구조(30)를 캔틸레버 구조로 완성한 이후, 집중 이온빔 밀링 (Focused ion beam milling, FIB)을 이용하여 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the nozzle may be formed by using focused ion beam milling (FIB) after completing the ink flow channel structure 30 as a cantilever structure.

한편, 상기 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 실시예들에 따른 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치는 기부(base)(20), 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널 구조부(30), 그리고 가열부(heating unit)를 포함할 수 있다. 상기 기부(20)에는 인쇄용 잉크 주입구(22)가 형성된다. 상기 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널 구조부(30)는 상기 기부(20)에 고정된 채 상기 기부 바깥으로 캔틸레버 구조 형태로 연장되고, 그 연장된 부분의 말단에 잉크 토출용 노즐(34)이 형성된다. 또한, 상기 잉크 주입구와 연통된 입구(36)에서 상기 잉크 토출용 노즐까지 연장된 관 형태의 잉크 유동 채널(32)이 내부에 마련된다. 상기 가열부는 전기에너지로 발열하여 상기 노즐(34)을 포함한 상기 잉크 유동 채널 구조부(30)의 적어도 일부인 채널가열구간(40-1)을 가열함으로써 상기 잉크 유동 채널(32) 내 잉크의 점성 제어 및 잉크 버블 형성을 통해 잉크 액적이 상기 노즐 밖으로 토출되게 하도록 구성된다. On the other hand, an ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel according to embodiments for realizing another object of the present invention includes a base 20, a cantilever structure ink flow channel structure 30, and A heating unit may be included. An ink inlet 22 for printing is formed in the base 20 . The cantilever structure of the ink flow channel structure part 30 is fixed to the base part 20 and extends out of the base part in the form of a cantilever structure, and an ink ejection nozzle 34 is formed at the end of the extended part. In addition, a tubular ink flow channel 32 extending from the inlet 36 communicating with the ink inlet to the nozzle for ejecting the ink is provided inside. The heating unit generates heat with electric energy to heat the channel heating section 40-1, which is at least a part of the ink flow channel structure 30 including the nozzle 34, thereby controlling the viscosity of the ink in the ink flow channel 32 and It is configured to cause ink droplets to be ejected out of the nozzle through ink bubble formation.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 가열부는 상기 잉크 유동 채널(32) 안으로 열전달이 용이하도록 상기 잉크 유동 채널 구조부(30)의 적어도 일부 구간을 따라 나란히 동행하는 형태로 마련된 채널가열구간(40-1)과, 상기 채널가열구간(40-1)의 일측 단부에서 소정길이 연장되어 한 쌍의 리드선을 제공하는 형태로 마련된 전극패드연결구간(40-2)을 포함하는 가열전극선(40); 및 상기 전극패드연결구간(40-2)의 제1 및 제2 말단부(40a', 40b') 위에 증착된 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the heating unit is a channel heating section (40-1) provided in a form that accompanies at least a portion of the ink flow channel structure part 30 so as to facilitate heat transfer into the ink flow channel 32. ), and a heating electrode line 40 including an electrode pad connection section 40-2 provided in a form extending a predetermined length from one end of the channel heating section 40-1 to provide a pair of lead wires; and first and second electrode pads 42a and 42b deposited on the first and second end portions 40a' and 40b' of the electrode pad connection section 40-2.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극패드연결구간(40-2)의 적어도 일부와 상기 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)는 상기 기부(20)에 고정될 수 있다.In example embodiments, at least a portion of the electrode pad connection section 40 - 2 and the first and second electrode pads 42a and 42b may be fixed to the base 20 .

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 채널가열구간(40-1)은 U자형으로 마련되고, 그 U자형 하단의 굽은 부분은 상기 노즐이 위치한 부분에 배치될 수 있다. In exemplary embodiments, the channel heating section 40-1 is provided in a U-shape, and a bent portion at the bottom of the U-shape may be disposed at a portion where the nozzle is located.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 가열전극선(40)은 폴리실리콘층과 상기 폴리실리콘층에 소정의 농도로 도핑된 인(P)을 포함하여 구성될 수 있다.In example embodiments, the heating electrode line 40 may include a polysilicon layer and phosphorus (P) doped in a predetermined concentration in the polysilicon layer.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 가열 전극선(40)은 실리콘 질화물로 구성된 절연층(72)으로 덮여서 잉크 유동 채널(32) 내의 잉크 용액으로부터 절연될 수 있다.In example embodiments, the heating electrode line 40 may be insulated from an ink solution in the ink flow channel 32 by being covered with an insulating layer 72 made of silicon nitride.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 잉크 유동 채널(32)을 둘러싼 상기 잉크 유동 채널 구조부(30)는 실리콘 질화물로 구성될 수 있다.In example embodiments, the ink flow channel structure 30 surrounding the ink flow channel 32 may be made of silicon nitride.

예시적인 실시예들에 있어서, 잉크 유동 채널 구조부(30)는 상기 잉크 유동 채널(32)의 바닥에서 천정까지 연장되어 상기 잉크 유동 채널(32)이 처지거나 변형되지 않게 받쳐주도록 형성된 복수의 필라(80)들을 더 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, the ink flow channel structure 30 includes a plurality of pillars extending from the bottom to the ceiling of the ink flow channel 32 to support the ink flow channel 32 so as not to sag or deform. 80) may be further included.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치는 소형 잉크 토출 노즐을 캔틸레버 타입으로 구현하여, 고분해능 패터닝을 가능하게 해줄 수 있다. 또한, 잉크젯 노즐을 캔틸레버 구조로 구현함으로써, 종래 기술로는 하지 못했던 잉크젯 토출의 모니터링도 할 수 있게 해준다. An ink dispensing apparatus for printing having a heated cantilever structure flow channel according to exemplary embodiments of the present invention implements a small ink ejection nozzle in a cantilever type, enabling high-resolution patterning. In addition, by implementing the inkjet nozzle in a cantilever structure, it is possible to monitor inkjet ejection, which was not possible in the prior art.

본 발명에 따른 캔틸레버 타입의 소형 노즐을 갖는 잉크 디스펜싱 장치는 온-디맨드(on-demand)로 잉크 액적을 토출할 수 있다. 따라서 비접촉 방식 잉크젯 타입의 프린팅을 가능하게 해준다. An ink dispensing apparatus having a cantilever-type small nozzle according to the present invention can discharge ink droplets on-demand. Therefore, it enables non-contact inkjet type printing.

특히, 본 발명에 따르면 캔틸레버 구조로 된 잉크 유동 채널과 노즐에 가열부가 통합된 구조여서, 프린팅 시료의 온도 제어를 이용하여 점도를 제어할 수 있다. 즉, 그 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널을 원하는 대로 가열할 수 있고, 그러한 가열을 이용함으로써, 잉크 유동 채널 내의 잉크 용액 즉, 패터닝 솔루션의 온도 제어를 통해 점성을 낮출 수 있다. 따라서 본 발명은 용매 대비 고분자 및 파티클의 농도가 높은 패터닝 솔루션(고점성의 패트닝 시료)을 프린팅 시료로 사용하는 것도 가능하게 해주어, 높은 전기 전도도가 필요로 하는 패터닝 작업에도 적용할 수 있다.In particular, according to the present invention, since the heating unit is integrated with the nozzle and the ink flow channel having a cantilever structure, the viscosity can be controlled by using the temperature control of the printing sample. That is, the ink flow channel of the cantilever structure can be heated as desired, and by using such heating, the viscosity of the ink solution in the ink flow channel, that is, the patterning solution, can be lowered through temperature control. Therefore, the present invention makes it possible to use a patterning solution (high-viscosity patterning sample) having a high concentration of polymer and particles relative to the solvent as a printing sample, and thus can be applied to patterning work requiring high electrical conductivity.

본 발명에 따른 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치는 전체 프린팅 시스템을 가열하지 않고 캔틸레버 내부 유체만 원하는 온도로 신속하게 가열함으로써 적은 전력 손실로 프린팅용 잉크 용액의 점성/온도 제어를 할 수 있다. An ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel according to the present invention can control the viscosity/temperature of an ink solution for printing with little power loss by quickly heating only the fluid inside the cantilever to a desired temperature without heating the entire printing system. can

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 높은 전기 전도도를 갖는 고점도 프린팅 시료의 프린팅이 가능해짐으로써 잉크젯 프린팅을 이용한 인쇄 전자 소자의 성능 향상을 가져올 수 있다. 또한, 프린팅 시료의 점성을 원하는 대로 제어할 수 있다. 그에 따라, 기존에 사용되던 수십 마이크로미터 크기의 노즐보다 더 작은 영역에서 잉크젯 프린팅이 가능해진다. 작은 사이즈의 프린팅으로 인해 고해상도 인쇄 전자 프린팅이 가능하다. According to exemplary embodiments of the present invention, it is possible to print a high-viscosity printing sample having high electrical conductivity, thereby improving the performance of a printed electronic device using inkjet printing. In addition, the viscosity of the printing sample can be controlled as desired. Accordingly, inkjet printing becomes possible in an area smaller than the previously used nozzles having a size of several tens of micrometers. Due to the small size of the printing, high-resolution printed electronic printing is possible.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에서 절단선 A-A'를 따라서 본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3에서 절단선 B-B'를 따라서 본 단면도이다.
도 5는 도 3에서 절단선 C-C'를 따라서 본 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 도 1에 도시된 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치를 제조하는 공정들을 순차적으로 도시한다.
도 10은 도 6-9의 공정으로 실제 제작된 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치를 광학 현미경으로 촬영한 이미지들로서, (a)는 평면도 이미지(top view), (b)는 저면도 이미지(bottom view), 그리고 (c)는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널의 선단 일부의 확대 이미지이다.
도 11은 도 6-9의 공정으로 실제 제작된 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 노즐부를 광학현미경으로 촬영한 이미지(A), 그 노즐부 단면 이미지(B)와 비노즐부 단면 이미지(C)를 보여준다.
1 is a perspective view showing the configuration of an ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA′ in FIG. 1 .
FIG. 3 is a plan view showing the configuration of a printing ink dispensing apparatus having a heated cantilever structure flow channel shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB′ in FIG. 3 .
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line C-C′ in FIG. 3 .
6 to 9 sequentially show processes for manufacturing an ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel shown in FIG. 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 are images taken with an optical microscope of an ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel actually manufactured by the process of FIGS. bottom view, and (c) is an enlarged image of a portion of the front end of the heated cantilever-structured flow channel.
11 is an image (A) taken with an optical microscope of a nozzle part of an ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel actually manufactured by the process of FIGS. 6 to 9, a cross-sectional image (B) of the nozzle part, and a non-nozzle part A cross-sectional image (C) is shown.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and redundant descriptions of the same components are omitted.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. For the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural or functional descriptions are illustrated only for the purpose of describing the embodiments of the present invention. Embodiments of the present invention may be embodied in various forms, and should not be construed as being limited to the embodiments described herein. That is, since the present invention can have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded. Also, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

도 1은 예시적인 일 실시예에 따른 가열식 캔틸레버 구조의 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)의 구성을 나타낸 사시도이다, 도 2는 도 1에서 절단선 A-A'를 따라서 본 단면도이다. 도 3에는 도 1에 도시된 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)의 구성을 나타낸 평면도이다.FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a printing ink dispensing apparatus 10 having a heated cantilever structure according to an exemplary embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA′ in FIG. 1 . FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the printing ink dispensing device 10 having the heated cantilever structure flow channel shown in FIG. 1 .

도 1 내지 3을 참조하면, 가열식 캔틸레버 구조의 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)는 기부(20), 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널 구조부(30), 그리고 가열부(40, 42a, 42b)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3 , the heating ink dispensing apparatus 10 having a cantilever structure may include a base 20, a cantilever structure of an ink flow channel structure 30, and heating units 40, 42a, and 42b. can

기부(20)에는 인쇄용 잉크를 저장하고 있는 잉크 탱크 내지 잉크 챔버(비도시)로부터 잉크가 주입될 수 있는 잉크 주입구(22)가 형성될 수 있다. 기부(20)에는 잉크 유동 채널 구조부(30)와 가열부(40, 42a, 42b)가 캔틸레버 구조로 고정되어 지지될 수 있다. 잉크 주입구(22)는 기부(20)를 수직 관통하여 잉크 유동 채널(32)과 연통될 수 있다. 잉크 주입구(22)는 잉크 주입이 용이하도록 깔때기 모양으로 형성될 수 있다.An ink inlet 22 into which ink may be injected from an ink tank or an ink chamber (not shown) storing printing ink may be formed in the base 20 . The ink flow channel structure 30 and the heating units 40, 42a, and 42b may be fixed and supported on the base 20 in a cantilever structure. The ink inlet 22 may communicate with the ink flow channel 32 by vertically penetrating the base 20 . The ink inlet 22 may be formed in a funnel shape to facilitate ink injection.

캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널 구조부(30)는 일측이 기부(20)에 고정된 채 그 기부(20) 바깥으로 캔틸레버 구조 형태로 연장될 수 있다. 그 연장된 부분의 말단에 잉크 토출용 노즐(34)이 형성될 수 있다. 또한, 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널 구조부(30)의 내부에는 잉크 유동 채널(32)이 형성될 수 있다. 잉크 유동 채널(32)은 잉크 주입구(22)와 연통된 입구(36)에서 잉크 토출용 노즐(34)까지 연장된 관 형태로 마련될 수 있다. 잉크 유동 채널(32)을 둘러싼 잉크 유동 채널 구조부(30)는 예컨대 실리콘 질화물(Silicon nitride)로 형성될 수 있다. 실리콘 질화물의 예로는 Si3N4를 들 수 있다.The cantilever structure of the ink flow channel structure 30 may extend out of the base 20 in a cantilever structure while one side thereof is fixed to the base 20 . A nozzle 34 for ejecting ink may be formed at an end of the extended portion. Also, an ink flow channel 32 may be formed inside the ink flow channel structure 30 having a cantilever structure. The ink flow channel 32 may be provided in a tubular shape extending from the inlet 36 communicating with the ink inlet 22 to the ink ejection nozzle 34 . The ink flow channel structure 30 surrounding the ink flow channel 32 may be formed of, for example, silicon nitride. An example of silicon nitride is Si 3 N 4 .

다른 예시적인 실시예에서, 잉크 유동 채널 구조부(30)는 잉크 유동 채널(32)의 바닥에서 천정까지 연장되어 그 잉크 유동 채널(32)이 처지거나 변형되지 않게 받쳐주도록 형성된 복수의 필라(80)들을 더 포함할 수 있다. 잉크 유동 채널 구조부(30)의 내부는 잉크 유동 채널(32)이 형성된 빈공간이어서 구조적으로 변형이나 처짐 등에 약할 수 있다. 복수의 필라(80)들은 잉크 유동 채널(32)의 그러한 구조적 취약점을 보완하기 위한 구성요소일 수 있다.In another exemplary embodiment, the ink flow channel structure 30 includes a plurality of pillars 80 extending from the bottom to the ceiling of the ink flow channel 32 to support the ink flow channel 32 so as not to sag or deform. may further include Since the inside of the ink flow channel structure 30 is an empty space in which the ink flow channel 32 is formed, structural deformation or sagging may be weak. The plurality of pillars 80 may be components to compensate for such a structural weakness of the ink flow channel 32 .

가열부(heating unit)는 채널가열구간(40-1), 전극패드연결구간(40-2)을 포함하는 가열 전극선(40)과, 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)를 포함할 수 있다. The heating unit may include a heating electrode line 40 including a channel heating section 40-1 and an electrode pad connection section 40-2, and first and second electrode pads 42a and 42b. can

채널가열구간(40-1)은 잉크 유동 채널(32) 안으로 열전달이 용이하도록 잉크 유동 채널 구조부(30)의 적어도 일부 구간을 따라 나란히 동행하는 형태로 마련될 수 있다. 가열 전극선(40)은 두 라인의 가열 전극선 즉, 제1 가열 전극선(40a)과 제2 가열 전극선(40b)을 포함할 수 있다. The channel heating section 40 - 1 may be provided in a form that accompanies at least part of the section of the ink flow channel structure 30 to facilitate heat transfer into the ink flow channel 32 . The heating electrode line 40 may include two lines of heating electrode lines, that is, a first heating electrode line 40a and a second heating electrode line 40b.

제1 가열 전극선(40a)과 제2 가열 전극선(40b)의 채널가열구간(40-1)은 예컨대 U자형으로 마련될 수 있고, 그 U자형 하단의 굽은 부분은 잉크 토출용 노즐(34)이 위치한 부분에 배치될 수 있다. 전극패드 연결구간(40-2)은 채널가열구간(40-1)의 일측 단부에서 소정길이 연장되어 한 쌍의 리드선을 제공하는 형태로 마련될 수 있다. 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)는 전극패드연결구간(40-2)의 제1 및 제2 말단부(40a', 40b') 위에 증착되어 가열 전극선(40)과 전기적인 접속을 이룰 수 있다. 전극패드연결구간(40-2)의 적어도 일부와 상기 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)는 기부(20)에 고정될 수 있다. The channel heating section 40-1 of the first heating electrode line 40a and the second heating electrode line 40b may be provided in a U-shape, for example, and the bent portion at the lower end of the U-shape is a nozzle 34 for ejecting ink. It can be placed in the location where it is located. The electrode pad connection section 40-2 may be provided in a form extending a predetermined length from one end of the channel heating section 40-1 to provide a pair of lead wires. The first and second electrode pads 42a and 42b are deposited on the first and second end portions 40a' and 40b' of the electrode pad connection section 40-2 to electrically connect with the heating electrode line 40. can At least a portion of the electrode pad connection section 40 - 2 and the first and second electrode pads 42a and 42b may be fixed to the base 20 .

가열전극선(40)은 폴리실리콘층과 그 폴리실리콘층에 소정의 농도로 도핑된 인(P)을 포함하여 구성될 수 있다. 인(P)이 도핑된 폴리실리콘층(66)은 도핑 전에 비해 저항이 감소되어 일정 전압에서 흐를 수 있는 전류량이 더 증가할 수 있다. 인(P)의 도핑 농도는 가열전극선(40)의 원하는 저항값에 따라 정해질 수 있다. 가열전극선(40)은 주울열을 이용한 가열수단이므로, 기본적으로 전류가 흐를 수 있는 수준으로 인이 도핑될 필요가 있다. 또한, 인이 도핑된 폴리실리콘층(66)은 고온에서도 잘 견딜 수 있는 물성을 가지는데, 이는 후속되는 공정들 중 고온 공정들이 있는 점을 고려한 재료의 선택이다.The heating electrode line 40 may include a polysilicon layer and phosphorus (P) doped in a predetermined concentration in the polysilicon layer. The resistance of the polysilicon layer 66 doped with phosphorus (P) is reduced compared to before doping, so that the amount of current that can flow at a constant voltage can further increase. A doping concentration of phosphorus (P) may be determined according to a desired resistance value of the heating electrode line 40 . Since the heating electrode line 40 is a heating means using Joule heat, it is basically required to be doped with phosphorus to a level where current can flow. In addition, the phosphorus-doped polysilicon layer 66 has physical properties that can withstand high temperatures well, which is a material selection considering that there are high-temperature processes among subsequent processes.

가열부(40, 42a, 42b)는 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)를 통해 가열용 전기신호(전기 에너지)가 인가될 수 있다. 그 가열용 전기신호에 의해 가열 전극선(40)이 발열할 수 있다. 가열 전극선(40)그 발열에 의해 노즐(34)을 포함한 잉크 유동 채널 구조부(30)의 적어도 일부인 채널가열구간(40-1)을 가열할 수 있다. 이와 같은 가열에 의해, 잉크 유동 채널(32) 내 잉크의 점성이 제어될 수 있고, 잉크 버블이 형성되면서 잉크 액적이 노즐(34) 밖으로 토출되게 할 수 있다. 이에 의해 인쇄가 이루어질 수 있다.Electric signals (electrical energy) for heating may be applied to the heating units 40, 42a, and 42b through the first and second electrode pads 42a and 42b. The heating electrode line 40 can generate heat by the electric signal for heating. Heating the heating electrode wire 40 may heat the channel heating section 40 - 1 , which is at least a part of the ink flow channel structure 30 including the nozzle 34 . By such heating, the viscosity of the ink in the ink flow channel 32 can be controlled, and the ink droplets can be ejected out of the nozzle 34 while forming ink bubbles. Printing can thereby be made.

도 4와 5는 도 3에서 절단선 B-B'와 절단선 C-C'를 따라서 각각 본 단면도이다. 두 도면 모두 노즐(34) 부근의 단면 구조를 나타내며, 실제 프린팅 시의 상하부와는 반전된 형태로 도시되어 있다(즉, 노즐(34)이 형성된 부분은 도면에서는 잉크 유동 채널(32)의 상부이지만, 실제는 잉크 유동채널(32)의 바닥부임).4 and 5 are cross-sectional views respectively viewed along the cutting line BB' and the cutting line C-C' in FIG. 3 . Both drawings show the cross-sectional structure of the vicinity of the nozzle 34, and are shown in an inverted form from the upper and lower parts in actual printing (ie, the part where the nozzle 34 is formed is the upper part of the ink flow channel 32 in the figure, but , which is actually the bottom of the ink flow channel 32).

도 4와 5를 참조하면, 잉크 유동 채널 구조부(30)에 의해 한정되는 내부 공간인 잉크 유동 채널(32)은 대략 사각형 관 모양의 공간일 수 있다. 노즐(34)은 잉크 유동 채널 구조부(30)의 말단의 바닥부에 형성된 통공 형태로 제공될 수 있다. 채널가열구간(40-1)의 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b)은 잉크 유동 채널(32)을 따라 그의 천장부 내부에 나란히 매립되어 입구부(36)에서 노즐(34)까지 연장되고, 노즐(34)이 위치한 지점에서 서로 만나는 형태로 제공될 수 있다. 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b)은 실리콘 질화물로 구성된 절연층(72)으로 덮여서 잉크 유동 채널(32) 내의 잉크 용액으로부터 절연될 수 있다. 도 4와 5에 표시된 크기를 나타내는 수치들은 예시적인 값들이어서 각 구성부는 도시된 크기와는 다른 크기를 가질 수 있음은 물론이다.Referring to FIGS. 4 and 5 , the ink flow channel 32 , which is an internal space defined by the ink flow channel structure 30 , may be a substantially rectangular tubular space. The nozzle 34 may be provided in the form of a through hole formed at the bottom of the distal end of the ink flow channel structure 30 . The first and second heating electrode lines 40a and 40b of the channel heating section 40-1 are buried side by side inside the ceiling portion along the ink flow channel 32 and extend from the inlet portion 36 to the nozzle 34, , It may be provided in the form of meeting each other at the point where the nozzle 34 is located. The first and second heating electrode lines 40a and 40b may be covered with an insulating layer 72 made of silicon nitride to insulate them from the ink solution in the ink flow channel 32 . Numerical values representing sizes shown in FIGS. 4 and 5 are illustrative values, and each constituent part may have a different size than the illustrated size, of course.

한편, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 도 1에 도시된 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)를 제조하는 공정들을 순차적으로 도시한다. 도 6 내지 도 9에서 좌측에 배치된 도면들은 각 공정 단계별 단면도이고, 우측에 배치된 도면들은 특정 공정 단계에서의 사시도이다. 단면도와 사시도의 일련번호가 동일하면 동일한 공정 단계의 도면임을 의미한다.Meanwhile, FIGS. 6 to 9 sequentially show processes of manufacturing the printing ink dispensing device 10 having a heated cantilever structure flow channel shown in FIG. 1 according to an exemplary embodiment of the present invention. In Figures 6 to 9, the drawings arranged on the left side are cross-sectional views of each process step, and the drawings arranged on the right side are perspective views in a specific process step. If the serial numbers of the cross-sectional and perspective views are the same, it means that they are drawings of the same process step.

먼저 도 6을 참조하면, 단계 (1)에서, 실리콘 웨이퍼(62)를 기판으로 사용할 수 있다. 기판을 절연하기 위해, 실리콘 웨이퍼(62)의 적어도 한 쪽 표면 전체에 절연층(64)을 증착할 수 있다. 절연층(60, 64)은 예컨대 실리콘 질화물(예: Si3N4)을 저압 화학기상증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD)으로 실리콘 웨이퍼(62) 기판의 표면 증착하여 형성될 수 있다. Referring first to FIG. 6 , in step (1), a silicon wafer 62 may be used as a substrate. In order to insulate the substrate, an insulating layer 64 may be deposited over at least one surface of the silicon wafer 62 . The insulating layers 60 and 64 may be formed by, for example, depositing silicon nitride (eg, Si 3 N 4 ) on the surface of the silicon wafer 62 substrate by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).

단계 (2)에서, 가열전극을 형성하기 위해 일차적으로 절연층(60, 64)의 표면에 폴리실리콘층(66, 68)을 증착할 수 있다. 이 폴리실리콘층(66, 68)도 예컨대 LPCVD 공정으로 형성될 수 있다. 폴리실리콘층(66)은 후술할 식각공정(4)에서 희생층(sacrificial layer)으로 기능할 수 있다.In step (2), polysilicon layers 66 and 68 may be deposited primarily on the surfaces of the insulating layers 60 and 64 to form heating electrodes. These polysilicon layers 66 and 68 can also be formed by, for example, an LPCVD process. The polysilicon layer 66 may function as a sacrificial layer in an etching process 4 to be described later.

단계 (3)에서, 제1 폴리실리콘층(66)에 인(P)을 소정의 농도로 도핑한 다음 어닐링(annealing) 처리를 할 수 있다. 이를 통해 가열전극층(40')이 형성될 수 있다. 인(P)이 도핑된 폴리실리콘층(66)은 도핑 전에 비해 저항이 감소되어 일정 전압에서 더 많은 양의 전류를 흘릴 수 있다. 높은 전기 전도도를 갖도록 가열 전극용 폴리실리콘층(64)에 인(P)을 고농도로 도핑할 수 있다. 즉, 인(P)의 도핑 농도는 가열전극선(40)의 원하는 저항값에 따라 정해질 수 있다. 가열전극선(40)은 주울열을 이용한 가열수단이므로, 기본적으로 전류가 흐를 수 있는 수준으로 인이 도핑될 필요가 있다. 또한, 인(P)이 도핑된 폴리실리콘층(66)은 고온에서도 잘 견딜 수 있는 물성을 가지는데, 이는 후속되는 공정들 중 고온 공정들이 있는 점을 고려한 재료의 선택이다.In step (3), the first polysilicon layer 66 may be doped with phosphorus (P) at a predetermined concentration and then annealed. Through this, the heating electrode layer 40' may be formed. The phosphorus (P)-doped polysilicon layer 66 has a reduced resistance compared to before doping, and thus can flow a larger amount of current at a constant voltage. The polysilicon layer 64 for the heating electrode may be doped with phosphorus (P) at a high concentration so as to have high electrical conductivity. That is, the doping concentration of phosphorus (P) may be determined according to a desired resistance value of the heating electrode line 40 . Since the heating electrode line 40 is a heating means using Joule heat, it is basically required to be doped with phosphorus to a level where current can flow. In addition, the polysilicon layer 66 doped with phosphorus (P) has physical properties that can withstand high temperatures well, which is a material selection considering that there are high-temperature processes among subsequent processes.

단계 (4)에서, 가열전극층(40')에서 소정 모양의 가열전극선(40)만을 남겨두고 나머지는 제거하는 패터닝 공정이 수행될 수 있다. 가열전극선(40)은 제1 가열전극선(40a)과 제2 가열전극선(40b)을 포함한 형태일 수 있다. 제1 가열전극선(40a)과 제2 가열전극선(40b)은 노즐(34) 위에서 서로 연결되어 하나의 가열전극선(40)을 이룰 수 있다. 가열전극선(40)은 채널가열구간(40-1)과 전극패드연결구간(40-2)을 포함할 수 있다. In step (4), a patterning process may be performed in which only the heating electrode lines 40 having a predetermined shape are left in the heating electrode layer 40' and the rest are removed. The heating electrode line 40 may have a shape including a first heating electrode line 40a and a second heating electrode line 40b. The first heating electrode line 40a and the second heating electrode line 40b may be connected to each other on the nozzle 34 to form one heating electrode line 40 . The heating electrode line 40 may include a channel heating section 40-1 and an electrode pad connection section 40-2.

예시적인 실시예에서, 단계 (4)에서 가열 전극선(40)을 형성하기 위한 '패터닝 공정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 우선, 가열전극층(40')에서 가열전극선(40)을 형성할 부분에 포토레지스트를 증착할 수 있다. 포토리소그래피 공정으로 그 가열전극층(40')의 전체 표면에 대한 노광처리를 한다. 그런 다음, 그 가열 전극층(40')에 대하여 반응성 이온 식각기(reactive ion etching: RIE)를 이용하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 그 식각 공정에 의해, 가열전극층(40')에서 상기 포토레지스트가 증착된 부분만 남기고 나머지 부분을 제거하는 것을 통해 상기 가열 전극선(40)이 형성될 수 있다. In an exemplary embodiment, the 'patterning process' for forming the heating electrode line 40 in step (4) may be performed as follows. First, photoresist may be deposited on a portion of the heating electrode layer 40' where the heating electrode line 40 is to be formed. Exposure treatment is performed on the entire surface of the heating electrode layer 40' through a photolithography process. Then, an etching process may be performed on the heating electrode layer 40' using reactive ion etching (RIE). By the etching process, the heating electrode line 40 may be formed by removing the remaining portion of the heating electrode layer 40 ′ except for the portion where the photoresist is deposited.

도 7을 참조하면, 단계 (5)에서, 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b)이 형성된 표면에 실리콘 질화물(예: (Si3N4)을 증착하여 실리콘 질화물층(72)을 형성할 수 있다. 이것도 LPCVD 공정으로 수행될 수 있다. 실리콘 질화물층(72)은 잉크 유체로부터 가열전극선(40)을 절연시키는 절연층(72)으로 기능을 할 수 있다.Referring to FIG. 7 , in step (5), a silicon nitride layer 72 is formed by depositing silicon nitride (eg, (Si 3 N 4 )) on the surface on which the first and second heating electrode lines 40a and 40b are formed. This can also be performed by an LPCVD process The silicon nitride layer 72 can function as an insulating layer 72 that insulates the heating electrode line 40 from the ink fluid.

단계 (6)에서, 잉크 용액이 주입되는 잉크 주입구(22)를 형성하기 위한 패터닝 공정을 수행할 수 있다. 잉크 주입구(22)의 형성은 예컨대 포토리소그래피 공정과 RIE를 이용한 식각 공정을 통해 이루어질 수 있다. 잉크 주입구(22)는 실리콘 질화물층(72)을 수직방향으로 소정 깊이 뚫고 들어간 형태로 형성될 수 있다.In step (6), a patterning process may be performed to form the ink inlet 22 into which the ink solution is injected. Formation of the ink inlet 22 may be performed through, for example, a photolithography process and an etching process using RIE. The ink inlet 22 may be formed to penetrate the silicon nitride layer 72 to a predetermined depth in a vertical direction.

단계 (7)-(9)에서, 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b)을 따라 절연층(72)의 상부에 잉크 유동 채널 구조(30)를 형성할 수 있다. 잉크 유동 채널 구조(30)는 예컨대 실리콘 질화물로 형성될 수 있다. In steps (7) to (9), the ink flow channel structure 30 may be formed on the top of the insulating layer 72 along the first and second heating electrode lines 40a and 40b. The ink flow channel structure 30 may be formed of, for example, silicon nitride.

이를 위해, 우선 단계 (7)에서, 희생층으로 사용할 폴리실리콘 희생층(76)을 실리콘 질화물층으로 된 상기 절연층(72) 위에 증착할 수 있다. 이 증착은 예컨대 LPCVD 공정을 이용하여 수행될 수 있다. To this end, first, in step (7), a polysilicon sacrificial layer 76 to be used as a sacrificial layer may be deposited on the insulating layer 72 made of a silicon nitride layer. This deposition can be performed using, for example, an LPCVD process.

그런 다음, 단계 (8)에서 그 폴리실리콘 희생층(76)에 대하여 상기 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 위에 잉크가 유동할 채널 부분을 남겨두고 나머지를 제거할 수 있다. 이러한 채널 구조 패터닝은 예컨대 포토리소그래피 공정과 RIE를 이용한 식각 공정을 통해 이루어질 수 있다. Then, in step (8), a portion of the channel through which ink flows may be left on the first and second heating electrode lines 40a and 40b with respect to the polysilicon sacrificial layer 76, and the remainder may be removed. Patterning of the channel structure may be performed through, for example, a photolithography process and an etching process using RIE.

계속해서 단계 (9)에서, 상기 채널 구조 패터닝 공정 후 남게 된 채널 구조 부분의 폴리실리콘 희생층(76)을 포함하는 전체 상부 표면에 실리콘 질화물(예: Si3N4)을 증착한다. 이에 의해, 폴리실리콘 희생층(76)이 실리콘 질화물로 덮인 잉크 유동 채널 구조(30)가 일차적으로 형성될 수 있다. 즉, 잉크 유동 채널(32)의 벽 구조가 실리콘 질화물로 형성될 수 있다.Subsequently, in step (9), silicon nitride (eg, Si 3 N 4 ) is deposited on the entire upper surface including the polysilicon sacrificial layer 76 of the portion of the channel structure remaining after the channel structure patterning process. Accordingly, the ink flow channel structure 30 in which the polysilicon sacrificial layer 76 is covered with silicon nitride may be primarily formed. That is, the wall structure of the ink flow channel 32 may be formed of silicon nitride.

이 때, 다른 예시적인 실시예로서, 잉크 유동 채널(32) 내에 채널 무너짐 방지를 위한 필라들(pillars)(80)을 형성할 수도 있다(도 10의 (C) 참조). 도 7에는 도시하지는 않았지만, 필라들(80)을 형성하기 위해서, 단계 (7)에서 폴리실리콘 희생층(76)을 증착할 때 필라들을 형성할 지점들을 제외하고 증착할 수 있다. 이에 의해, 다수의 필라 형성용 구멍들(비도시)이 형성된 폴리실리콘 희생층(76)이 증착될 수 있다. 그런 다음, 단계 (8)에서, 그 필라 형성용 구멍들이 형성된 폴리실리콘 희생층(76)에 대하여 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 위의 잉크가 유동할 채널 부분을 남겨두고 나머지를 제거하는 채널구조 패터닝 공정을 수행할 수 있다. 그리고 단계 (9)에서 실리콘 질화물(Si3N4)을 증착하여 채널 구조층(30)을 형성할 때, 상기 채널구조 패터닝 단계 후 남게 된 채널 구조 부분의 필라 형성용 구멍들이 형성된 폴리실리콘 희생층(76)을 완전히 덮으면서 필라 형성용 구멍들을 메우는 형태로 실리콘 질화물을 증착할 수 있다. 이에 의해, 다수의 채널구조 지지용 필라들(80)이 형성된 상기 잉크 유동 채널 구조(30)를 형성할 수 있다. At this time, as another exemplary embodiment, pillars 80 may be formed in the ink flow channel 32 to prevent the channel from collapsing (see FIG. 10(C)). Although not shown in FIG. 7 , in order to form the pillars 80 , when the polysilicon sacrificial layer 76 is deposited in step (7), it may be deposited except at points where the pillars are to be formed. Accordingly, a polysilicon sacrificial layer 76 having a plurality of holes for forming pillars (not shown) may be deposited. Then, in step (8), with respect to the polysilicon sacrificial layer 76 in which the holes for forming the pillars are formed, a portion of the channel through which the ink flows on the first and second heating electrode lines 40a and 40b is left, and the rest is A channel structure patterning process to remove may be performed. And when the channel structure layer 30 is formed by depositing silicon nitride (Si 3 N 4 ) in step (9), a polysilicon sacrificial layer in which holes for forming pillars are formed in the portion of the channel structure remaining after the channel structure patterning step. Silicon nitride may be deposited to completely cover 76 and fill the holes for forming pillars. Accordingly, the ink flow channel structure 30 having a plurality of pillars 80 for supporting the channel structure can be formed.

도 8을 참조하면, 단계 (10)에서, 잉크 유동 채널 구조(30)를 캔틸레버 구조로 만들면서 그 잉크 유동 채널 구조(30)의 말단에 잉크 토출용 노즐(34)이 형성되도록 하기 위해 패터닝 공정을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 8, in step (10), a patterning process is performed to form the ink flow channel structure 30 into a cantilever structure and form ink ejection nozzles 34 at the ends of the ink flow channel structure 30. can be performed.

이를 위해 먼저 노즐(34)과 캔틸레버 형태의 잉크 유동 채널 구조(30)를 위한 패터닝 공정을 수행할 수 있다. 이 공정은 앞선 패터닝 공정들과 마찬가지로, 예컨대 포토리소그래피 공정과 RIE를 이용한 식각 공정을 통해 이루어질 수 있다. 노즐(34)은 잉크 유동 채널 구조(30)의 말단부에 형성될 수 있다. 노즐(34)은 그 잉크 유동 채널 구조(30)를 형성하는 실리콘질화물층을 관통하여 폴리실리콘 희생층(76)까지 뚫린 구멍의 형태로 형성될 수 있다. To this end, a patterning process for the nozzle 34 and the cantilever type ink flow channel structure 30 may be performed first. Like the previous patterning processes, this process may be performed through, for example, a photolithography process and an etching process using RIE. A nozzle 34 may be formed at a distal end of the ink flow channel structure 30 . The nozzle 34 may be formed in the form of a hole drilled through the silicon nitride layer forming the ink flow channel structure 30 to the polysilicon sacrificial layer 76 .

이처럼, 노즐(34)은 폴리실리콘 희생층(76)을 제거(후술할 단계 (13) 참조) 이전에 식각 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 다른 실시예로는, 노즐(34)은 잉크 유동 채널 구조(30)를 캔틸레버 구조로 완성한 이후, 예컨대 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제작이 완료된 이후에 집중 이온빔 밀링 (Focused ion beam milling, FIB)을 이용하여 형성될 수도 있다. 노즐(34)의 지름 사이즈가 예컨대 1 μm 이상인 경우에는 RIE를 이용하고, 1 μm 이하인 경우에는 FIB를 이용하여 형성될 수 있다. As such, the nozzle 34 may be formed using an etching process or the like before removing the polysilicon sacrificial layer 76 (refer to step 13 to be described later). In another embodiment, the nozzle 34 is formed by focused ion beam milling (focused ion beam milling) after completing the ink flow channel structure 30 into a cantilever structure, for example, after fabrication of a printing ink dispensing device having a heated cantilever structure flow channel is completed. It may be formed using beam milling (FIB). If the diameter size of the nozzle 34 is, for example, 1 μm or more, RIE may be used, and if it is 1 μm or less, FIB may be used.

단계 (11)에서, 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 각각의 말단부(40a', 40b')를 덮고 있는 일부 영역의 절연층(72)을 제거하기 위한 패터닝 공정을 수행할 수 있다. 패터닝 작업 역시 예컨대 포토리소그래피 공정과 RIE를 이용한 식각 공정을 통해 이루어질 수 있다. 이를 통해, 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 각각의 말단부(40a', 40b')가 노출될 수 있다. 그 노출된 말단부(40a', 40b')는 추후 형성될 전극 패드(42a, 42b)와 전기접속을 이룰 수 있다.In step (11), a patterning process may be performed to remove a portion of the insulating layer 72 covering the end portions 40a' and 40b' of the first and second heating electrode lines 40a and 40b, respectively. . Patterning may also be performed through, for example, a photolithography process and an etching process using RIE. Through this, the respective end portions 40a' and 40b' of the first and second heating electrode lines 40a and 40b may be exposed. The exposed end portions 40a' and 40b' may be electrically connected to electrode pads 42a and 42b to be formed later.

단계 (12)에서, 잉크 주입구(22)의 형성과 잉크 유동 채널 구조(30)를 캔틸레버 구조로 완성하기 위해, 기판부(60, 62)의 반대쪽 면에 대한 패터닝 작업을 수행할 수 있다. 이 패터닝 작업 역시 예컨대 포토리소그래피 공정과 RIE를 이용한 식각 공정을 통해 이루어질 수 있다. 일례로서, 잉크 유동 채널 구조(30)에서 채널가열구간(40-1)의 일부 구간을 캔틸레버 구조 형태로 만들 수 있다. 이를 위해, 실리콘 질화물을 캔틸레버 구조화될 채널가열구간(40-1)의 모양으로 RIE 식각 공정한 후에, 이후의 폴리실리콘 희생층 제거 과정에서 캔틸레버 구조(40-1)를 남겨두고 그의 양쪽 옆에 존재하는 부분은 전부 제거될 수 있다.In step 12, in order to form the ink inlet 22 and complete the ink flow channel structure 30 as a cantilever structure, the opposite surfaces of the substrate portions 60 and 62 may be patterned. This patterning operation may also be performed through, for example, a photolithography process and an etching process using RIE. As an example, in the ink flow channel structure 30, some sections of the channel heating section 40-1 may be made in the form of a cantilever structure. To this end, after the RIE etching process is performed on silicon nitride in the shape of the channel heating section 40-1 to be structured as a cantilever, the cantilever structure 40-1 is left in the subsequent polysilicon sacrificial layer removal process, and the Parts can be removed entirely.

다음으로, 도 9를 참조하면, 단계 (13)에서, 잉크 유동 채널(32)을 형성하기 위해, 잉크 유동 채널 구조(30) 내부의 폴리실리콘 희생층(76)을 제거할 수 있다. 상기 잉크 유동 채널 구조(30) 내부의 폴리실리콘 희생층(76)은 예컨대 수산화칼륨(KOH)을 이용한 습식 식각 공정으로 제거될 수 있다. 제거된 폴리실리콘 희생층(76)이 있던 공간은 빈 공간이 되어, 잉크 용액이 유동할 수 있는 채널 공간(32)이 된다. 이 때 잉크 주입구(22) 부분에 채워진 폴리실리콘 희생층(76)까지도 제거될 수 있다. 그에 따라, 채널 공간(32)의 입구부(36)는 잉크 주입구(22)와 연통될 수 있다. Next, referring to FIG. 9 , in step 13 , the polysilicon sacrificial layer 76 inside the ink flow channel structure 30 may be removed to form the ink flow channel 32 . The polysilicon sacrificial layer 76 inside the ink flow channel structure 30 may be removed by a wet etching process using, for example, potassium hydroxide (KOH). The space where the polysilicon sacrificial layer 76 was removed becomes an empty space and becomes a channel space 32 through which the ink solution can flow. At this time, even the polysilicon sacrificial layer 76 filled in the ink inlet 22 may be removed. Accordingly, the inlet 36 of the channel space 32 may communicate with the ink inlet 22 .

단계 (14)에서, 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)를 제1 및 제2 가열 전극선(40a, 40b) 각각의 제1 및 제2 말단부(40a', 40b')에 증착할 수 있다. 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)는 전도성이 우수한 금속재, 예컨대 알루미늄, 구리 등으로 형성할 수 있다. In step 14, first and second electrode pads 42a and 42b may be deposited on the first and second end portions 40a' and 40b' of the first and second heating electrode lines 40a and 40b, respectively. there is. The first and second electrode pads 42a and 42b may be formed of a metal material having excellent conductivity, such as aluminum or copper.

끝으로 단계 (15)에서, 제1 및 제2 말단부(40a', 40b')에 증착된 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)에 대하여 어닐링 공정을 수행하여 서로 간에 견고한 전기 접속을 이루도록 할 수 있다. Finally, in step (15), an annealing process is performed on the first and second electrode pads 42a and 42b deposited on the first and second end portions 40a' and 40b' so as to form a strong electrical connection with each other. can do.

이와 같이, 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)는 반도체 소자를 제조하는 공정과 유사한 공정들을 이용하여 제조될 수 있다.In this way, the printing ink dispensing apparatus 10 having a heated cantilever structure flow channel may be manufactured using processes similar to those of manufacturing semiconductor devices.

도 10은 도 6 내지 9에 도시된 공정들을 수행하여 실제로 시험 제작된 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)를 광학 현미경으로 촬영한 이미지들을 예시한다. (a)는 평면도 이미지(top view), (b)는 저면도 이미지(bottom view), 그리고 (c)는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널의 선단 일부의 확대 이미지이다. FIG. 10 illustrates images taken with an optical microscope of a printing ink dispensing device 10 having a heated cantilever structure flow channel that was actually tested and fabricated by performing the processes shown in FIGS. 6 to 9 . (a) is a top view image, (b) is a bottom view image, and (c) is an enlarged image of a portion of the front end of the heated cantilever structure flow channel.

도 10의 (a)의 이미지에서, 빨간색 화살표는 가열 전극선(40)에서 전류가 흐르는 방향을 나타내며, 파란색 화살표는 잉크 유동 채널 구조(30)에서 잉크가 노즐 쪽으로 유동하는 방향을 나타낸 것이다.In the image of (a) of FIG. 10 , a red arrow indicates a direction in which current flows in the heating electrode line 40, and a blue arrow indicates a direction in which ink flows toward a nozzle in the ink flow channel structure 30.

도 11은 도 6 내지 9에 도시된 공정들을 수행하여 실제로 시험 제작된 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)에서 노즐(34)이 형성된 잉크 유동 채널 구조(30)의 말단부분을 광학현미경으로 촬영한 이미지(A)와, 그 노즐(34) 부분의 단면 이미지(B)와 비노즐 부분의 단면 이미지(C)를 보여준다.11 is an end portion of an ink flow channel structure 30 in which nozzles 34 are formed in a printing ink dispensing device 10 having a heated cantilever structure flow channel actually manufactured by performing the processes shown in FIGS. 6 to 9 shows an image (A) taken with an optical microscope, a cross-sectional image (B) of the nozzle 34 portion, and a cross-sectional image (C) of the non-nozzle portion.

이상에서 설명한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)는 캔틸레버 구조로 된 잉크 유동 채널 구조(30) 내부에 잉크 유동 채널(32) 및 잉크 토출용 노즐(34)이 형성되어 이들을 통해 프린팅용 잉크가 주입, 전달되고 토출될 수 있는 구조이다. The printing ink dispensing apparatus 10 having a heated cantilever structure flow channel according to an exemplary embodiment of the present invention described above has an ink flow channel 32 and ink ejection inside the cantilever structure ink flow channel structure 30 A nozzle 34 is formed so that ink for printing can be injected, delivered, and discharged through them.

이런 구조를 갖는 잉크 디스펜싱 장치(10)는 다음과 같은 잉크 토출 메커니즘으로 작동될 수 있다. 도 1을 다시 참조하면, 구동전원부(15)에서 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)를 통해 인쇄용 구동신호가 인가될 수 있다. 인쇄용 구동신호는 예컨대 펄스신호일 수 있다. 그 인쇄용 구동신호에 의해, 가열 전극선(40)이 주울열을 발열하게 되고, 그 열 에너지에 의해 잉크 유동 채널(32)과 특히 노즐(34) 부위가 가열된다. 그로 인해 잉크 유동 채널(32) 내의 잉크는 팽창하여 노즐(34)을 통해 소정 량의 잉크 액적이 토출되고, 잉크 유동 채널932) 내의 잉크는 그 만큼 노즐 쪽으로 이동한다. The ink dispensing device 10 having such a structure can be operated by the following ink ejection mechanism. Referring back to FIG. 1 , a driving signal for printing may be applied from the driving power supply unit 15 through the first and second electrode pads 42a and 42b. The driving signal for printing may be, for example, a pulse signal. By the driving signal for printing, the heating electrode line 40 generates Joule heat, and the ink flow channel 32 and especially the nozzle 34 are heated by the heat energy. As a result, the ink in the ink flow channel 32 expands and a predetermined amount of ink droplets are ejected through the nozzle 34, and the ink in the ink flow channel 32 moves toward the nozzle by that amount.

좀 더 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 전극패드(42a, 42b)를 통해 인쇄용 구동 신호가 인가될 수 있다. 그 구동 신호는 예컨대 원하는 펄스폭과 주기를 갖는 펄스파 형태로 제공될 수 있다. 특히, 가열 전극선(40)이 잉크 유동 채널(32)을 따라 나란히 배치되어 있으므로, 그 펄스파 전기신호가 가열전극선(40)에 흐르는 동안에, 가열 전극선(40)은 주울 열을 발생시켜 잉크 유동 채널 구조(30)를 가열시킬 수 있다. 그에 따라 잉크 유동 채널(32) 내에 존재하는 잉크 용액이 가열될 수 있다. More specifically, a driving signal for printing may be applied through the first and second electrode pads 42a and 42b. The driving signal may be provided in the form of a pulse wave having a desired pulse width and period, for example. In particular, since the heating electrode lines 40 are arranged side by side along the ink flow channel 32, while the pulse wave electric signal flows through the heating electrode line 40, the heating electrode line 40 generates Joule heat to generate the ink flow channel. The structure 30 may be heated. Accordingly, the ink solution present in the ink flow channel 32 can be heated.

이런 가열 매커니즘을 이용하여, 가열 전극선(40)에 인가하는 구동 신호를 적절히 조절함으로써 잉크 유동 채널(32) 내부의 잉크의 점성과 온도를 제어할 수 있다. 특히 노즐(34) 부근에 있는 가열 전극선(40)은 굽은 형태로 배치되어 있어, 그 부분에서 가장 높은 열을 발열한다. 따라서, 가열 전극선(40)에 구동 신호를 인가할 때 노즐(34) 부근에서 순간적인 온도 상승이 일어날 수 있다. 그 결과, 드롭-온-디맨드(drop-on-demand) 프린팅 방식으로 노즐(34)을 통해 잉크 액적이 토출될 수 있다. Viscosity and temperature of the ink inside the ink flow channel 32 can be controlled by appropriately adjusting the driving signal applied to the heating electrode line 40 using this heating mechanism. In particular, the heating electrode wire 40 in the vicinity of the nozzle 34 is disposed in a bent shape, and generates the highest heat at that portion. Therefore, when a driving signal is applied to the heating electrode line 40, an instantaneous temperature rise may occur in the vicinity of the nozzle 34. As a result, ink droplets may be ejected through the nozzle 34 in a drop-on-demand printing method.

이상에서는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10) 하나에 대하여 설명하였다. 이런 잉크 디스펜싱 장치(10)는 단독으로 사용될 수도 있지만, 복수 개의 잉크 디스펜싱 장치(10)를 소정의 형태로 배열한 세트 형태로 구성하여 사용될 수도 있다. 이렇게 세트 형태로 잉크 디스펜싱 장치를 구성하면, 인쇄 전자 산업에서 요구하는 고처리량(high throughput) 잉크젯 패터닝을 용이하게 구현할 수 있을 것이다. In the above, one printing ink dispensing device 10 having a heated cantilever structure flow channel has been described. Such an ink dispensing device 10 may be used alone or may be used in a set form in which a plurality of ink dispensing devices 10 are arranged in a predetermined shape. If the ink dispensing device is configured in the form of a set in this way, high throughput inkjet patterning required by the printed electronics industry can be easily implemented.

본 발명의 실시예들에 의한 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치(10)는 가열 전극선(40)을 잉크의 점성 제어와 온-디맨드(on-demand) 패터닝을 위한 액적 분사 수단으로 활용될 수 있다. 본 발명은 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널(32) 내부에서 화학적 합성을 진행하며 합성 결과물 (예: Metal organic framework, MOF)을 프린팅하는 응용, 또는 녹는점이 상온보다 높은 시료(예: 저온 솔더 페이스트)를 고온으로 유지하면서 접촉 방식으로 패터닝하는 응용 등에도 사용될 수 있을 것이다. In the printing ink dispensing device 10 having a heated cantilever structure flow channel according to embodiments of the present invention, the heating electrode line 40 is used as a droplet ejection means for controlling the viscosity of ink and for on-demand patterning. can be utilized In the present invention, chemical synthesis is performed inside the ink flow channel 32 of a cantilever structure, and applications for printing synthesis results (eg, metal organic framework, MOF), or samples with a melting point higher than room temperature (eg, low-temperature solder paste) It can also be used for applications such as patterning in a contact method while maintaining a high temperature.

또한, 본 발명은 잉크 유동 채널(32) 말단에 노즐(34)이 없는 구조에서, 가열하는 온도에 따라 그 잉크 유동 채널(32) 내부의 액체 시료 (혹은 액체 시료 내부에 들어있는 입자) 의 물리적인 특성이 달라지고 공진 주파수 모니터링을 이용하여 달라진 물성치를 분석하는 연구에도 사용될 수 있을 것이다.In addition, in the present invention, in a structure in which there is no nozzle 34 at the end of the ink flow channel 32, the liquid sample (or particles contained in the liquid sample) inside the ink flow channel 32 according to the heating temperature is physically It can also be used for research in which the phosphorus characteristics change and analyze the changed material properties using resonance frequency monitoring.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

10: 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치
20: 기부 22: 잉크 주입구
30: 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널 구조부
32: 잉크 유동 채널 34: 노즐
40: 가열 전극선
10: Ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel
20: base 22: ink inlet
30: cantilever-structured ink flow channel structure
32: ink flow channel 34: nozzle
40: heating electrode wire

Claims (19)

(i) 절연된 기판의 적어도 한 쪽 표면에 폴리실리콘층을 증착하는 단계;
(ii) 상기 폴리실리콘층에 인을 소정의 농도로 도핑하여 가열전극층(을 형성하는 단계;
(iii) 상기 가열전극층에서 소정 모양의 가열 전극선만을 남겨두고 나머지 부분을 제거하는 패터닝 공정을 수행하는 단계;
(iv) 상기 가열 전극선이 형성된 표면에 실리콘 질화물을 증착하여 상기 가열 전극선을 절연시켜주는 절연층을 형성하는 단계;
(v) 상기 절연층을 수직 관통하는 잉크 주입구를 형성하는 단계;
(vi) 상기 가열전극선을 따라 상기 절연층의 상부에 폴리실리콘 희생층을 형성하는 단계;
(vii) 상기 폴리실리콘 희생층을 덮도록 실리콘 질화물을 증착하여 실리콘 질화물을 포함하는 잉크 유동 채널 구조를 형성하는 단계;
(viii) 상기 잉크 유동 채널 구조의 말단에서 상기 실리콘 질화물층을 제거하여 잉크 토출용 노즐을 형성하는 단계;
(ix) 상기 가열 전극선의 말단부가 노출될 수 있도록 해당 영역의 절연층을 제거하는 패터닝 공정을 수행하는 단계;
(x) 상기 기판의 타면에 잉크 주입구를 형성하면서 상기 잉크 유동 채널 구조를 캔틸레버 구조로 완성하기 위해 상기 기판의 타면에 대한 패터닝 작업을 수행하는 단계; 및
(xi) 상기 잉크 유동 채널 구조 내부의 폴리실리콘 희생층을 제거하여 상기 잉크 주입구와 연통된 잉크 유동 채널을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.
(i) depositing a polysilicon layer on at least one surface of the insulated substrate;
(ii) doping the polysilicon layer with phosphorus at a predetermined concentration to form a heating electrode layer;
(iii) performing a patterning process of removing the remaining portion of the heating electrode layer while leaving only the heating electrode wire having a predetermined shape;
(iv) depositing silicon nitride on the surface where the heating electrode lines are formed to form an insulating layer insulating the heating electrode lines;
(v) forming an ink injection hole vertically penetrating the insulating layer;
(vi) forming a polysilicon sacrificial layer on top of the insulating layer along the heating electrode line;
(vii) forming an ink flow channel structure including silicon nitride by depositing silicon nitride to cover the polysilicon sacrificial layer;
(viii) removing the silicon nitride layer from an end of the ink flow channel structure to form a nozzle for ejecting ink;
(ix) performing a patterning process of removing the insulating layer of a corresponding region to expose the distal end of the heating electrode line;
(x) patterning the other surface of the substrate to complete the ink flow channel structure into a cantilever structure while forming an ink inlet on the other surface of the substrate; and
(xi) forming an ink flow channel communicating with the ink inlet by removing the polysilicon sacrificial layer inside the ink flow channel structure. manufacturing method.
제1항에 있어서, 상기 가열 전극선을 형성하기 위한 '패터닝 공정을 수행하는 단계'는 상기 가열전극층에서 상기 가열전극선을 형성할 부분에 포토레지스트를 증착하는 단계; 포토리소그래피 공정으로 상기 가열전극층의 전체 표면에 대한 노광처리를 하는 단계; 및 상기 가열 전극층에 대하여 반응성 이온 식각기(reactive ion etching: RIE)를 이용하여 식각 공정을 수행하는 것에 의해, 상기 가열 전극층에서 상기 포토레지스트가 증착된 부분만 남기고 나머지 부분을 제거하여 상기 가열 전극선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the 'performing the patterning process' for forming the heating electrode line comprises: depositing a photoresist on a portion of the heating electrode layer where the heating electrode line is to be formed; performing exposure treatment on the entire surface of the heating electrode layer through a photolithography process; and by performing an etching process on the heating electrode layer using a reactive ion etching (RIE), leaving only a portion where the photoresist is deposited on the heating electrode layer and removing the remaining portion to form the heating electrode line. A method of manufacturing an ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel, comprising the step of forming. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 폴리실리콘 희생층은 필라 형성용 구멍들을 포 함하며, 상기 잉크 유동 채널 구조는 상기 필라 형성용 구멍들에 대응되는 지지용 필라들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The heated cantilever structure of claim 1 , wherein the polysilicon sacrificial layer includes holes for forming pillars, and the ink flow channel structure includes pillars for support corresponding to the holes for forming pillars. A method of manufacturing an ink dispensing device for printing having a channel. 제1항에 있어서, 상기 잉크 토출용 노즐은 상기 폴리실리콘 희생층을 노출하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the ink ejection nozzle is formed to expose the polysilicon sacrificial layer. 제1항에 있어서, 상기 '기판의 타면에 대한 패터닝 작업을 수행하는 단계'는 캔틸레버 구조화될 채널가열구간을 남겨두고 그의 양쪽 옆에 존재하는 구성들을 모두 제거하여 상기 잉크 유동 채널 구조에서 상기 채널가열구간의 전부 또는 적어도 일부 구간을 캔틸레버 구조 형태로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the 'step of performing the patterning operation on the other surface of the substrate' leaves a channel heating section to be formed into a cantilever structure and removes all elements present on both sides of the cantilever structure to heat the channel in the ink flow channel structure. A method of manufacturing an ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel, comprising the step of making all or at least some of the sections into a cantilever structure. 제1항에 있어서, 상기 '잉크 유동 채널을 형성하는 단계'에서 상기 잉크 유동 채널 구조 내부의 폴리실리콘 희생층의 제거는 수산화칼륨(KOH)을 이용한 습식 식각 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The heated cantilever structure according to claim 1, wherein the removal of the polysilicon sacrificial layer inside the ink flow channel structure in the 'forming the ink flow channel' is performed by a wet etching process using potassium hydroxide (KOH). A method of manufacturing an ink dispensing device for printing having a flow channel. 제1항에 있어서, 상기 절연된 기판을 형성하기 위하여 실리콘 웨이퍼의 양쪽 표면 전체에 실리콘 질화물을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising depositing silicon nitride on both surfaces of the silicon wafer to form the insulated substrate. . 제1항에 있어서, 제1 및 제2 전극패드를 상기 제1 및 제2 가열 전극선 각각의 상기 제1 및 제2 말단부에 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising depositing first and second electrode pads on the first and second end portions of the first and second heating electrode lines, respectively. A method of manufacturing an ink dispensing device for printing. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 RIE를 이용한 식각 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the nozzle is formed by an etching process using RIE. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 상기 잉크 유동 채널 구조를 캔틸레버 구조로 완성한 이후, 집중 이온빔 밀링(focused ion beam milling, FIB)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치의 제조 방법.The printing ink having a heated cantilever structure flow channel according to claim 1, wherein the nozzle is formed by using focused ion beam milling (FIB) after completing the ink flow channel structure into a cantilever structure. A method for manufacturing a dispensing device. 인쇄용 잉크 주입구가 형성된 기부(base);
상기 기부에 고정된 채 상기 기부 바깥으로 수평 방향으로 연장되는 캔틸레버 구조 형태를 가지며, 그 연장된 부분의 말단에 수직 방향으로 잉크 토출용 노즐이 형성되고, 상기 잉크 주입구와 수직 방향으로 연통된 입구에서 상기 잉크 토출용 노즐까지 연장된 관 형태의 잉크 유동 채널이 내부에 마련된 캔틸레버 구조의 잉크 유동 채널 구조부; 및
상기 잉크 유동 채널 구조부를 따라 연장되도록 상기 기부 바깥으로 수평 방향으로 연장되는 캔틸레버 구조 형태를 가지며, 전기에너지로 발열하여 상기 노즐을 포함한 상기 잉크 유동 채널 구조부의 적어도 일부인 채널가열구간을 가열함으로써 상기 잉크 유동 채널 내 잉크의 온도 및 점성 제어와 잉크 버블 형성을 통해 잉크 액적이 상기 노즐 밖으로 토출되게 하도록 구성된 가열부(heating unit)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치.
a base having an ink inlet for printing;
It has a cantilever structure extending horizontally out of the base while being fixed to the base, and a nozzle for ejecting ink in a vertical direction is formed at the end of the extended portion, and at an inlet communicating in the vertical direction with the ink inlet. a cantilever-structured ink flow channel structure having a tubular ink flow channel extending to the ink ejection nozzle therein; and
It has a cantilever structure extending horizontally out of the base to extend along the ink flow channel structure, and generates heat with electric energy to heat a channel heating section that is at least a part of the ink flow channel structure including the nozzle, thereby allowing the ink to flow. An ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel, characterized by comprising a heating unit configured to discharge ink droplets out of the nozzle through control of temperature and viscosity of ink in the channel and formation of ink bubbles.
제12항에 있어서, 상기 가열부는 상기 잉크 유동 채널 안으로 열전달이 용이하도록 상기 잉크 유동 채널 구조부의 적어도 일부 구간을 따라 나란히 동행하는 형태로 마련된 채널가열구간과, 상기 채널가열구간의 일측 단부에서 소정길이 연장되어 한 쌍의 리드선을 제공하는 형태로 마련된 전극패드연결구간을 포함하는 가열전극선; 및 상기 전극패드연결구간의 제1 및 제2 말단부 위에 증착된 제1 및 제2 전극패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치.13. The method of claim 12, wherein the heating unit comprises: a channel heating section provided along at least a portion of the ink flow channel structure to facilitate heat transfer into the ink flow channel; and a predetermined length at one end of the channel heating section. a heating electrode line including an electrode pad connection section provided in a form extending to provide a pair of lead wires; and first and second electrode pads deposited on the first and second end portions of the electrode pad connection section. 제13항에 있어서, 상기 전극패드연결구간의 적어도 일부와 상기 제1 및 제2 전극패드는 상기 기부에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치.14. The printing ink dispensing device having a heated cantilever structure flow channel according to claim 13, wherein at least a portion of the electrode pad connection section and the first and second electrode pads are fixed to the base. 제13항에 있어서, 상기 채널가열구간은 U자형으로 마련되고, 그 U자형 하단의 굽은 부분은 상기 노즐이 위치한 부분에 배치된 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치.14. The printing ink dispensing device of claim 13, wherein the channel heating section is provided in a U shape, and a bent portion at the bottom of the U shape is disposed at a portion where the nozzle is located. 제13항에 있어서, 상기 가열전극선은 폴리실리콘층과 상기 폴리실리콘층에 소정의 농도로 도핑된 인(P)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치.14. The printing ink dispensing device according to claim 13, wherein the heating electrode line comprises a polysilicon layer and phosphorus (P) doped in a predetermined concentration in the polysilicon layer. 제13항에 있어서, 상기 가열 전극선은 실리콘 질화물로 구성된 절연층으로 덮여서 잉크 유동 채널 내의 잉크 용액으로부터 절연되는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치.14. The printing ink dispensing apparatus according to claim 13, wherein the heating electrode line is insulated from the ink solution in the ink flow channel by being covered with an insulating layer made of silicon nitride. 제12항에 있어서, 상기 잉크 유동 채널을 둘러싼 상기 잉크 유동 채널 구조부는 실리콘 질화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치.13. The ink dispensing device for printing having a heated cantilever structure flow channel according to claim 12, wherein the ink flow channel structure surrounding the ink flow channel is made of silicon nitride. 제12항에 있어서, 상기 잉크 유동 채널 구조부는 상기 잉크 유동 채널의 바닥에서 천정까지 연장되어 상기 잉크 유동 채널이 처지거나 변형되지 않게 받쳐주도록 형성된 복수의 필라들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 캔틸레버 구조 유동 채널을 갖는 인쇄용 잉크 디스펜싱 장치.
13. The heated cantilever structure of claim 12, wherein the ink flow channel structure further comprises a plurality of pillars extending from the bottom to the ceiling of the ink flow channel to support the ink flow channel so as not to sag or deform. An ink dispensing device for printing having a flow channel.
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