KR19980080814A - 노즐판을 프린트헤드에 대해 싱귤레이팅및 부착하는 방법 - Google Patents
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Abstract
노즐층과 접착제층을 갖는 복합 스트립으로부터 잉크젯 프린트헤드 노즐판을 제조하기 위한 방법이 개시되어 있다. 상기 접착제층은 복합 스트립에서의 유동 특징부를 레이저 제거하기 이전에 폴리머 희생층으로 코팅된다. 또한 접착제층과 희생층 사이의 접착을 향상시키기 위한 방법도 제공된다. 희생층을 함유하는 복합 스트립이 준비되면, 코팅된 복합 스트립은 스트립에 유동 특징부를 형성하여 노즐판을 형성하도록 레이저 제거된다. 유동 특징부를 형성한 후에 상기 희생층이 제거되고 잉크젯 프린트헤드 노즐판은 노즐판을 레이저로 싱귤레이팅하므로써 복합 스트립으로부터 분리된다.
Description
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 특히 노즐판을 프린트헤드에 대해 싱귤레이팅(singulating) 및 부착하는 방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린트용 프린트헤드는 콤포넌트가 일체형 잉크 저장조와 협력하여 소정의 프린트 품질을 달성하도록 정밀하게 제조된다. 그러나, 잉크 저장조를 갖는 프린트헤드는 저장조내의 잉크 공급이 다 소모되었을 때 폐기된다. 따라서, 요구되는 정밀함에도 불구하고, 조립체의 콤포넌트들은, 조립체의 수명이 고려되는 페이지당 전체 프린트 비용이 다른 형태의 프린트에 비해 시장 경쟁력이 유지될수 있도록 비교적 저렴할 필요가 있다.
통상적으로, 잉크와, 저장조 및 프린트헤드를 제조하는데 사용되는 재료들은 조립체의 제조비용의 커다란 부분을 차지하지 않는다. 오히려, 프린트헤들 제조하는 단계들은 노동집약적인 공정이다. 따라서, 프린트헤드 제조 비용을 낮추는 노력은 프린트헤드 조립체가 사용되는 잉크젯 프린터의 페이지당 프린트 비용에 지대한 영향을 끼친다.
프린트헤드 제조 비용을 낮추는 한가지 방법으로서 상당수준 자동화되는 제조 기술을 사용하는 것이다. 이는 각각의 제조 단계를 수동으로 수행하기 위한 상당히 숙련된 기술에 요하는 높은 비용을 절감시킨다. 다른 중요한 비용절감 방법은 자동화된 제조 방법의 전체 생산성을 높이는 것이다. 제조된 프린트헤드의 보다 높은 백분율을 사용하게 되면, 여러개의 판매 피스에 대해 제조비용을 분산시키므로써 프린트헤드당 가격을 저하시킬수 있다. 부품을 제조하는데 필요한 공정 단계들의 숫자가 감소할수록 공정 생산성이 증가하므로, 프린트헤드 제조에 필요한 공정 단계의 숫자를 제거하거나, 복잡한 저생산성 공정 단계를 보다 간단하고 보다 높은 생산성의 공정 단계로 대체하는 것이 유리하다.
열 잉크젯 프린트헤드는 통상적으로 세 개의 그리고 때로는 다섯 이하의 주요 콤포넌트를 구비하는데, 이들 콤포넌트는 (1) 잉크내의 콤포넌트를 여기하기 위한 저항 요소를 포함하는 기판과, (2) 여기된 잉크의 운동을 방향화하기 위한 집적된 유동 특징부(feature)/노즐층 또는 노즐판 및, (3) 잉크를 저항 요소로 흘려보내기 위한 유동 채널이다. 프린팅 단계중에 협력해야 하는 각각의 특징부는 사용전에 함께 결합되는 두 개의 주요 콤포넌트에 포함된다.
잉크젯 프린트헤드용 노즐판은 릴에 제공되는 폴리머 재질의 막 외부에 형성된다. 이들 노즐판은 막이 릴로부터 언롤링됨에 따라 세미 연속적으로 처리된다. 이 공정의 중요한 부분은 판이 반도체 칩 표면에 부착되어 잉크젯 프린트헤드에 설치되도록 각각의 노즐판을 막으로부터 제거하는 것이다. 이 제거 공정이 비용 효과적인 방식으로 이루어지고 얻어지는 프린트헤드 구조체의 품질이 프린트된 이미지의 품질을 달성하는데 충분한 것은 중요하다.
과거에는 폴리머 재료에서 유동 특징부 및 노즐 구멍을 제거하여 노즐판을 형성하는데 엑시머 레이저가 사용되었으며, 폴리머 막으로부터 노즐판을 절단하는데는 기계적 공정이 사용되었다. 기계적 펀칭은 비교적 저렴하지만, 노즐판에 추가의 특징부를 형성할수 없는바, 이는 노즐판 및 이것이 부착되는 반도체 기판 사이의 접착을 향상시키는데 필요한 것이다. 기계적 펀칭은 또한 상당량의 부스러기(debris)를 발생시키는데 이는 노즐판의 작업을 방해할수 있다. 또한 기계적 펀치는 코너에서 지나치게 마모되며, 그로 인해 합리적인 시간동안 엄격한 공차를 달성할수 없고 결국 높은 유지 상황과 시간대비 제품 품질의 손실을 초래한다.
통상적으로, 막에서 제거된 노즐판을 프린트헤드에 부착하여 일체형 구조체를 만드는데는 접착제가 사용된다. 콤포넌트가 완성되는 제조단계 이전에 이 접착제가 노즐판 또는 프린트헤드에 도포되면, 접착제 층은 여러 제조 단계중에 생성된 부스러기를 잔류시킬수도 있다. 때로는 상기 부스러기는 제거하기가 어렵게 되며 최소한 추가적인 제거 단계를 필요로 하고 그로 인해 프린트 헤드의 비용을 증가시킨다. 또한, 이 부스러기가 완전히 제거되면, 기판과 노즐층 사이의 접착 본드가 손상되며 결국 프린트헤드는 부적절하게 기능하거나 기대되는 사용 수명을 달성하지 못한다.
이 접착제가 여러 콤포넌트중 하나에 대해 이 콤포넌트에 특징부가 형성된 후에 적용되면, 접착제가 접착면으로 사용될 콤포넌트 부분에 배치되고 이 접착제가 콤포넌트의 ( 그 기능이 접착제에 의해 금지되는) 부분으로부터 제거되도록 보장하기 위하여 추가적인 높은 노동 단계가 필요하다. 이러한 추가적 단계들이 프린트헤드의 비용에 추가되는 것에 더하여, 접착제를 콤포넌트에 위치시키는데 있어서의 에러는 프린트헤드 제조 공정에서의 제품 생산성을 저하시키는 경향이 있다.
접착제가, 예로서 잉크용 유동 채널과 같은 콤포넌트의 일부분에 남겨지면, 유동 채널의 적절한 기능은 방지되고 프린트헤드는 사용불가능하게 될 것이다. 아니면, 접착제가 콤포넌트 사이의 접착면을 적합하게 커버하지 못하면, 콤포넌트가 분리되어 잉크가 완성된 조립체로부터 누설될수 있다. 이러한 조건들은 제품의 생산성을 저하시키며, 결국 전술한 바와 같이 제조된 프린트헤드의 비용을 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 상당히 자동화된 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 접착제의 정렬 및 제거를 위한 추가적인 공정을 요하지 않는 잉크젯 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 콤포넌트의 결합에 사용되는 접착제가 연속되는 공정 단계를 통하여 부스러기를 흡인하거나 잔류시키지 않는 잉크젯 프린트헤드 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폴리머 막으로부터 노즐판을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폴리머 노즐판을 프린트헤드에 부착하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1 은 폴리머 재질의 복합 스트립에 형성된 유동 특징부를 갖는 노즐판의 비실척(not to scale) 평면도.
도 2 는 노즐판에 유동 특징부를 형성하기 위한 제조방법을 나타내는 개략도.
도 3 은 노즐판이 형성되는 폴리머 재질의 복합 스트립의 비실척 단면도.
도 4 는 희생층을 갖는 폴리머 재질의 복합 스트립의 비실척 단면도.
도 5 는 본 발명의 방법에 사용되는 멀티-영역 가열 오븐의 측면 입면도.
도 6 은 유동 특징부의 레이저 제거후에 폴리머 재질의 복합 스트립에서의 연소실 형상 및 노즐을 도시하는 비실척 단면도.
도 7 은 폴리머 재질의 막에서 다수의 노즐판을 부분 싱귤레이팅하는 것을 도시한 평면도.
도 8 은 노즐판의 레이저 제거후에 폴리머 재질의 복합 스트립에서의 노즐 형상을 도시하는 비실척의 단면도.
도 9 는 희생층 제거후의 완성된 폴리머 재질의 완성된 복합 스트립의 비실척 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 폴리머 재료 12 : 개구
14 : 채널 24 : 접착제층
상기 및 기타의 목적들은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 노즐판 제조방법에 의해 제공된다. 본 발명에서는 폴리머층과 (선택적으로) 접착제층을 포함하는 복합 스트립이 제공되며, 접착제층은 폴리머 희생층으로 코팅된다. 이 코팅된 복합 스트립은 이후 스트립내에 하나 이상의 노즐과, 연소실과, 잉크 공급 채널을 구비하는 유동 특징부를 형성하도록 레이저 제거된다.
레이저 제거 단계중에, 복합 스트립을 레이저 제거하므로써 생성되는 슬래그와 기타 부스러기는 접착층이 아닌 희생층에 부착된다. 레이저 제거 단계중에 접착층을 보호하는데 사용되는 희생층은 통상 수용성 폴리머 재료이며 가장 바람직하기로는 폴리비닐 알콜인데, 이는 거의 모든 희생층이 접착층으로부터 제거될때까지 희생층에서 워터 제트를 쏘아 제거될수도 있다. 희생층은 수용성이므로 간단한 세척 기법에 의해 쉽게 제거될수 있으며 제거 결과로써 부착되어 있는 부스러기도 함께 제거된다. 이런 식으로 노즐 구조체는, 힘든 세척 공정을 사용하지 않고서 구조적 또는 작동상 문제를 일으킬수 있는 부스러기로부터 자유로워 질수 있다. 또한, 노즐이 레이저 제거되기 이전에 접착제가 노즐 구조체에 직접 도포될수 있으며 이로 인하여 제조 공정이 간단해진다.
또한, 레이저를 사용하여 노즐판의 층을 전부 또는 부분적으로 싱귤레이팅하고 이어서 희생층을 제거하므로써 잉크젯 프린트헤드 노즐판을 폴리머 재질의 막으로부터 절제하기 위한 방법이 제공된다. 이들 노즐판은 폴리머 재료로부터 싱귤레이팅되어 분리된후, 잉크젯 프린트헤드의 반도체 기판에 부착된다.
본 발명의 추가적인 장점 및 목적들은 첨부되는 예시 도면을 참조하여 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 상기 도면에서 유사한 도면부호는 여러 도면을 통하여 유사한 구성요소를 지칭하는 것이다.
〈실시예〉
도 1 은 노즐판(150)의 주요 특징부를 도시하는 것으로 이는 노즐판(150)의 섹션(70)의 반도체 기판측으로부터 바라본 평면도이다. 상기 노즐판(150)은 폴리이미드 폴리머, 폴리에스테르 폴리머, 폴리메틸 메타크릴레이트 폴리머, 폴리카보네이트 폴리머 및 호모폴리머, 코폴리머, 테트라폴리머와, 이들의 둘이상의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 (그중 폴리이미드 폴리머가 선호됨) 폴리머 재료(10)로 만들어지며, 그 두께는 연소실과, 이 연소실로 송급하기 위한 잉크 공급 채널과, 연소실과 연관된 노즐 구멍을 수용하기에 충분하다. 통상적으로 폴리머 재료는 10 내지 300 미크론의 두께를 가지며 바람직하기로는 15 내지 250 미크론, 그리고 가장 바람직하기로는 35 내지 75 미크론의 두께를 가지고 적용되는 모든 범위를 포함한다.
노즐판(150)을 형성하는 재료는 폴리머 재질의 연속적인 긴 스트립 또는 막으로서 제공되며, 이로부터 노즐판이 하나씩 차례로(one after another) 그리고 연속적이거나 세미 연속적인 공정으로 형성된다. 제조 단계를 통해 폴리머 재료(10)로 된 긴 스트립(10)을 포지티브하게 이송하기 위한 취급 및 제공을 보조하기 위하여, 스트립 또는 막에는 스프로켓 구멍이나 개구(12)가 제공될수 있다.
보다 상세히 후술될 공정들에 의해 노즐을 형성하기 위하여 폴리머 재료(10)와 선택적 접착제층(24)에 형성되는 유동 특징부는 잉크 공급 채널(14)을 구비하는데, 이 채널은 잉크 저장조(비도시)로부터 잉크를 수용하여 잉크 유동 채널(16)로 공급한다. 상기 잉크 유동 채널(16)은 잉크 공급 채널(14)로부터 잉크를 수용하여 이를 폴리머 재료(10)와 선택적 접착층(24)에도 형성되는 버블 챔버(18) 아래의 저항 요소(비도시)에 제공한다.
하나 이상의 저항 요소를 여기시키면, 잉크 콤포넌트가 증발되어 증기 기포를 생성하며 이 기포는 노즐판(150)의 대응 노즐(20)을 통해 잉크를 분사하므로써 잉크의 일부분에 기계적 에너지를 부여한다. 노즐(20)을 빠져나가는 잉크는 프린트 매체를 알파-숫자 문자와 그래픽 이미지로 되는 미리 정해진 패턴으로 때린다(impact).
폴리머 재료(10)로 된 복합 스트립(26)은 도 2 에 개략 도시되는 노즐판 형성 공정에서 릴(22)상에 제공된다. 일부 제조업자, 예를 들면 우베(Ube)(일본)와 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이.아이.듀퐁 드 네모아 앤 캄파니(E.I.DuPont de Nemours Co.,)가 각각 상표명 UPILEX 와 KAPTON 으로 노즐판 제조에 적합한 재료를 판매 공급하고 있다. 바람직한 복합 재료(10)는 폴리이미드 테이프이며 이는 도 3 에 도시되어 있듯이 접착제 층(24)을 포함한다.
상기 접착제층(24)은 통상 일부 열가소성 물질을 포함하는 B급 ( B- stageable) 접착제 재료이면 어느것이나 무방하다. 이러한 B급 열경화 수지의 예로는 페놀 수지, 레조르시놀(resorcinol) 수지, 요소(urea) 수지, 에폭시 수지, 에틸렌-요소 수지, 푸란(furane) 수지, 폴리우레탄, 실리콘 수지를 들수 있다. 접착제로 사용될수 있는 적합한 열가소성 수지 또는 고온 용융 수지로는 에틸렌-비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄이 있으며, 바람직하기로는 폴리이미드가 있다. 접착제층(24)은 대략 1 내지 100 미크론의 두께를 가지며, 바람직하기로는 1 내지 50 미크론 그리고 가장 바람직하기로는 5 내지 20 미크론의 두께를 갖는다. 가장 양호한 실시예에서의 접착제층(24)은 애리조나주 샨들러 소재의 로저스(Rogers)사가 만들어내는 적층체 RFLEX R1100 또는 RFLEX R1000 에 사용되는 페놀 부티랄 접착제이다. 도 2 에서 A 로 표시되는 위치에서, 폴리머 재료(10)와 접착제층(24)의 복합 스트립(26)은 도 3 에 도시된 단면 형상을 갖는다.
상기 접착제층을 이어지는 제조 단계에서 부스러기로부터 보호하기 위하여, 접착제층(24)은 일시적으로 도 4 에 도시되듯이 희생층(28)으로 보호된다. 이 희생층(28)은 얇은 층으로 도포될수 있는 폴리머 재료이며, 접착제층(24)이나 폴리머 재료(10)를 용해하지 못하는 용제(solvent)에 의해 제거될수 있다. 양호한 용제로는 물이 있으며, 폴리비닐 알콜은 적절한 수용성 희생층(28)의 예이다. 희생층으로 사용될수 있는 시판중인 폴리비닐 알콜 재료로는 펜실베니아주 알렌타운 소재의 에어 프로덕츠 인코포레이티드사가 만들어내는 AIRVOL 165 와, 위파니 소재의 Emulsitone Inc. 사 제품인 EMS 1146이 있고 그외 알드리히 사의 여러 가지 폴리비닐 알콜 수지가 포함된다. 희생층(28)은 가장 양호하게 적어도 대략 1 미크론의 두께를 가지며, 통상 종래의 기술로 접착제층(24)에 도포된다.
희생층(28)을 접착제층(24)에 도포하기 위한 방법은 희생층 재료를 포함하는 용기(vessel)에 복합 스트립(26)을 침지(dip)시키는 단계와, 희생층(28)을 복합 스트립(26)상에 분무하는 단계와, 그라비어(gravure) 기법이나 플렉소인쇄(flexographic)기법과 같은 것으로 접착제층(24)을 희생층(28)으로 프린팅하는 단계와, 역(inverse) 그라비어 프린팅에 의해 접착제층(24)을 희생층(28)으로 코팅하는 단계와, 희생층(28)을 접착제층(24)상에 스피닝하는 단계와, 역 롤 코팅이나 마이어 로드 코팅(reverse role coating or myer rod coating)에 의해 접착제층(24)을 희생층(28)으로 코팅하는 단계와, 상기 접착제층(24)을 희생층(28)으로 나이프 코팅 또는 롤 코팅하는 단계를 포함한다.
코팅 롤(34)에 의해 희생층(28)을 복합 스트립(26)에 적용시키기 위한 롤 코팅 방법이 도 2 에 도시되어 있다. 위치 B 에서, 복합 스트립(26)은 이제 도 4 에 도시된 단면 치수를 가지며, 폴리머 재료(10)와 희생층(28) 사이에는 접착제층(24)이 배치된다.
본 발명에는 또한 희생층(28)을 접착제층(24)에 접착하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 폴리머 재료(10)와 접착제층(24)을 갖는 복합 스트립(26)을 제공하는 단계를 구비한다. 공정의 A 위치에서( 도 2 ), 복합 스트립(26)은 도 3 에 도시된 것을 닮았다. 희생층(28)은 접착제층(24)을 희생층(28)으로 코팅하므로써 접착제층(24)에 도포된다.
많은 종래의 코팅 기술들이, 접착제층(24)상에 균일하고 보이드 없는(void-free) 희생층 코팅을 제공하지 못하였다. 희생층(28)의 존재는 부스러기(42)의 제거에 중요하므로, 희생층(28)과 접착제층(24) 사이의 접착은 복합 폴리머 재료(70)의 레이저 제거 초기 단계중에 접착제층(24)과 희생층(28) 사이의 현저한 디래미네이션(delamination:얇은 조각이나 층으로 갈라짐)을 감소시키기에 충분해야 한다. 디래미네이션은 희생층(28)이 낮은 접착 강도를 가질 때 발생할수 있다. 접착제층(24)에 대한 희생층(28)의 접착은 복합 스트립을 희생층(28)으로 종래의 오븐에서 대략 60。C 내지 100。C 의 온도에서 대략 30분 내지 60분간 코팅한 후에 이 복합 스트립을 포스트 베이킹 처리(post baking)하므로써 현저히 개선될수 있다. 아니면 코팅된 복합 스트립(26)은 가열된 롤러를 복합 스트립(26)에 열적으로 근접 배치하므로써 베이킹될수도 있다.
도 5 에 도시되어 있듯이, 코팅된 복합 스트립(26)을 베이킹하는 가장 양호한 실시예는 멀티-영역 가열 오븐(a multi-zone heating oven)(100)을 사용하는 것이다. 멀티-영역 오븐(100)에서의 베이킹 과정중에 복합 스트립(26)은 릴(21)로부터 컨베이어 장치(110)에 의해 멀티영역 오븐(100)을 통해 이송된다. 멀티영역 가열 오븐(100)은 다음과 같은 영역과, 영역 온도, 그리고 대략적인 온도 범위를 갖는다 :
| 영역 | 온도 | 온도 범위 |
| 1 | 30。C | 25。C - 35。C |
| 2 | 60。C | 45。C - 65。C |
| 3 | 77。C | 75。C - 85。C |
| 4 | 95。C | 90。C - 100。C |
| 5 | 105。C | 100。C - 110。C |
양호한 실시예에서 멀티영역 가열 오븐(100)은 길이가 18.29 m (60 피트)이며, 분당 4.57 m (15 피트)의 선속도를 갖고, 이로 인해 전체 가열시간은 4분이 된다. 통상적으로, 복합 스트립(26)의 코팅 및 이어지는 베이킹은 복합 스트립(26)이 롤링되어 복합 재료 함유 릴(22)을 형성하기 이전에 시행된다. 가열된 롤러가 멀티영역 가열 오븐(100)이 아닌 코팅된 복합 스트립(26)에 적용될 때 복합 스트립(26)은 통상 대략 60。C 내지 100。C 의 온도에서 베이킹된다.
도 1 에 도시된 잉크 공급 채널(14), 유동 채널(16), 버블 챔버(18), 노즐 구멍(20)과 같은 노즐판(150)의 단면(70)의 유동 특징부는 통상 복합 스트립(26)을 소정의 패턴으로 레이저 제거하므로써 형성된다. 폴리머 재료(10)에 유동 특징부를 생성하기 위한 레이저 빔(36)은 F2, ArF, KrCl, KrF, 또는 XeCl 엑시머와 같은 레이저(38) 또는 주파수 배증 YAG 레이저에 의해 발생될수 있다. 도 1 의 노즐판(150)의 섹션(70) 형성을 위한 유동 특징부의 레이저 제거는, 대략 평방센티미터당 100 내지 5,000 밀리줄(millijoules)의 전력으로, 바람직하기로는 대략 평방센티미터당 150 내지 1,500 밀리줄의 전력으로, 그리고 가장 바람직하기로는 대략평방센티미터당 700 내지 900 밀리줄의 전력으로 달성되며 포함되는 모든 범위를 포함한다. 레이저 제거 공정 중에는 파장이 대략 150 내지 400 나노미터(nanometer)이며, 가장 양호하게는 대략 248 나노미터이고, 대략 1 내지 200 나노초(nanoseconds)동안 가장 바람직하게는 대략 20 나노초 동안 펄스 지속상태로 적용되는 레이저 빔이 사용된다.
노즐판(150)의 특정 특징부는 복합 재료(26)에 유동 특징부를 정확히 배치하기 위해 사용되는 마스크(40)를 통해 레이저 빔(36)의 소정 개수의 펄스를 적용하므로써 형성된다. 이하에서 명백해지겠지만, 예로서 노즐 구멍(20)과 같이 재료의 보다 큰 단면 깊이가 제거되는 복합 재료(26) 부분에는 많은 에너지 펄스가 소요되며, 유동 채널(16)과 같이 재료의 일부분만이 복합 재료(26)의 단면 깊이로부터 제거될 것을 요하는 복합재료(26) 부분에는 에너지 펄스가 거의 요구되지 않는다.
노즐판(70)의 특징부의 경계는 마스크(40)에 의해 정해지며, 이 마스크는 레이저 빔(36)이 마스크(40)의 구멍, 투명 또는 반투명 부위를 통과할수 있게 하고 레이저빔(36)이 마스크(40)의 솔리드한 부분 또는 불투명한 부분에서의 복합 스트립(26)에 도달하는 것을 방지한다. 레이저 빔(36)이 스트립(26)과 접할수 있게 하는 마스크(40)부분은 복합 재료(26)에 형성되는 것이 바람직한 특징부의 형상에 대응하는 패턴으로 배치된다.
복합 스트립(26)의 레이저 제거 과정 중에 슬래그 및 기타 부스러기(42)가 형성된다. 스트립(26)에는 부스러기(42)의 적어도 일부분이 다시 침착된다. 본 발명에서는 스트립(26)의 상층이 희생층(28)을 포함하므로, 부스러기(42)는 접착제층(24)이 아닌 희생층(28)상에 쌓인다.
복합 스트립(26)이 희생층(28)을 갖지 않는다면, 부스러기(42)는 접착제층(24)에 쌓이거나 접착되지 않을 것이다. 접착제층(24)에 쌓이거나 접착되는 부스러기는 제거하기에 어려우며 때로는 복잡한 세척 과정을 요하고 그러므로 사용불가능한 제품을 만들어낸다. 본 발명은 부스러기(42)을 보다 쉽게 제거할 뿐만 아니라 사용불가능한 제품의 감소로 인하여 노즐판의 생산성을 높인다.
복합 스트립(26)의 레이저 제거가 완료된 후에, 위치 C에서의 노즐판(150) 섹션(70)은 도 6 에 도시된 단면 형상을 갖는다 (이는 버블챔버(18)와 노즐 구멍(20)중 하나를 통해 취한 단면 형상임). 도 6 에서 볼수 있듯이, 폴리머 재료(10)는 여전히 접착제층(24)을 포함하며, 이는 희생층(28)에 의해 보호된다. 부스러기(42)는 희생층(28)의 노출된 표면상에 도시된다. 유동 채널(16)과, 버블챔버(18)와, 노즐(20)의 상대적 치수 또한 도 6 에 도시되어 있다.
본 발명에서는 또한, 노즐판(150)과 실리콘 기판(비도시) 사이의 접착 강도를 증가시키기 위한 방법이 제공된다. 도 7 및 도 8 에 도시되어 있듯이, 본 방법은 레이저(76)(도 2 참조)를 사용하여 노즐판(150)의 네 개의 싱귤레이션 코너(90)중 적어도 두 개의 코너에 인접하여 삼각형상의 개구(94)를 형성하는 단계를 포함한다. 개구(94)는 스트립(26)의 모든 층을 통해 연장된다.
절단 블레이드(56)(도 2 참조)에 의해 노즐판(150) 각각을 스트립(26)으로부터 절제하면 개구 위치에 접착제/아교가 배치된다. 양호한 실시예에서 접착제(96)는 자외선(UV) 경화성 접착제이다. 접착제(96)로 충진된 개구(94)와 스트립(26)으로부터 절제된 후에 각각의 노즐판(150)은 실리콘 기판 웨이퍼(비도시)상에 배치된다. 접착제(96)는 실리콘 기판이 UV 광원에 노출되므로써 경화된다. 실리콘 기판 웨이퍼에 노즐판(15)이 완전히 배치되면, 각각의 기판은 실리콘 웨이퍼로부터 분리되어 프린트헤드에 부착된다.
또한 도 2 에는 잉크젯 프린트헤드 노즐판(150)을 레이저 제거된 폴리머 스트립(26)으로부터 싱귤레이팅 및 제거하기 위한 방법이 도시되어 있다. 특히, 이 방법은 폴리머 재료(10)와, (도4에 도시되어 있듯이) 접착제층(24)과, 폴리머 희생층(28)을 함유하는 복합 구조체 또는 복합 스트립(26)을 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 도 2 의 공정 스트림에 엑시머 레이저(38)에 연속하여 배치되는 레이저(76)를 통해 노즐판(150)의 모든 층을 부분적으로 레이저 싱귤레이팅하는 단계를 구비한다. 이 방법은 또한 절단 블레이드(56)를 사용하여 절단된 절제부를 통하여 스트립(26)으로부터 노즐판(150)을 제거하는 단계를 포함한다.
노즐판을 부분적으로 싱귤레이팅하는데 사용되는 레이저(76)는 적외선 방출형 레이저, 자외선 방출형 레이저형 엑시머 레이저, TEA CO2및 Q-스위칭된 YAG 레이저중에서 일차 파장으로 또는 배증된(multiplied) 파장으로 선택될수 있다. Q-스위칭된 YAG 레이저가 본 발명에 사용되면, 레이저(76)는 대략 1.0 Um 의 파장을 방출한다. 또한, 통상적으로, Q-스위칭된 YAG 레이저는 대략 8 내지 100 나노초 동안 지속되는 레이저빔(78) 임펄스를 통해 폴리머 희생층(28)상에 방사선을 방출한다. 폴리머 재료(22)의 릴로부터 잉크젯 프린트헤드 노즐을 절제해내는 방법은 추가로 폴리머 희생층(28)을 대략 0.13 mm (.005 인치)의 폭으로 절단하기 위해 개구판(80)을 사용하여 레이저(76)의 레이저빔(78)을 형상화하는 단계를 포함한다.
양호한 실시예에서, 레이저(76)는 TEA CO2레이저이다. 제거 공정중에는 싱귤레이팅된 폴리머 희생층(28) 주위에서의 열분산이 대략 절단부로부터 0 내지 37 Um 로 제한되는 것이 바람직하다. Q-스위칭된 YAG 레이저의 사용과 함께 노즐판(70)의 모든 층을 대략 0.13 mm (.005 인치)의 폭으로 절단하기 위하여 개구판(80)을 사용하여 TEA CO2레이저의 레이저 빔을 형상화하는 것도 선호되는 것으로 이해되어야 한다. 폴리머 희생층(26)의 레이저 싱귤레이션은 통상 TEA CO2레이저에 의해 대략 초당 5 mm 이상의 속도로 수행된다.
도 7 과 관련하여, 복합 스트립(26)은 노즐판(150)의 대향 측부에서 스트립(26)의 대향 에지(89)에 인접하여 배치되는 스프로켓 구멍(88)에 의해 도 2 에 도시된 판을 따라 이동된다. 노즐판(150)의 싱귤레이션은 노즐판(150)의 둘레 주위에서 장방형 패턴인 슬릿(92)을 형성하기 위하여 희생층(28), 접착제층(24), 폴리머 재료(10)를 레이저(76) 제거하므로써 제공된다.
노즐판(150) 둘레 주위에서의 슬릿(92)의 위치는 레이저 빔(78)이 마스크(80)내의 개구를 통과할수 있게 하는 투영(projection) 마스크(80)에 의해 정해지며, 이는 레이저빔(78)이 마스크(80)의 다른 부분에서 복합 스트립(26)에 도달하는 것을 방지한다. 레이저 빔(36)이 스트립(26)과 접촉할수 있게 하는 마스크(80) 부분이 세트 패턴에 형성된다.
통상, 일리노이주 시카고에 소재하는 제너럴 스캐닝 인코포레이티드사의 제품인 갈보 스캐너(galvo scanner)가 사용되어 슬릿(92)을 형성하고 각각의 노즐 판(150)에서 코너(90)를 절단한다. 도 7 에 도시되어 있듯이, 복합 스트립(26)상의 각 슬릿은 통상 희생층(28), 접착제층(24), 폴리머 재료(10)를 통해 연장된다. 복합 재료(26)에 있는 슬릿(92)은 절단 블레이드(56)를 사용한 각각의 노즐판(150)의 제거에 상당히 도움을 준다.
희생층(28)이 수용성 재료인 경우, 레이저 제거 단계가 완료되면 희생층(28) 및 이 희생층상의 부스러기(42)의 제거는 통상 물공급원(46)(도 2 참조)으로부터 워터 제트(44)를 스트립(26)쪽으로 분사하므로써 달성된다. 아니면, 스트립(26)을 희생층(28)의 용해에 충분한 시간동안 물 배쓰(water bath)에 침지(soak)시키므로써 희생층(28)을 제거할수도 있다. 희생층(28)의 제거에 사용되는 물의 온도는 대략 20。C 내지 90。C 이다. 물 온도가 이보다 높으면 폴리비닐 알콜 희생층(28)을 용해하는데 소요되는 시간이 감소된다. 희생층(28)을 용해하는데 사용되는 용제의 온도와 형태는 통상 희생층(28)으로서 사용하기 위해 선택되는 재료의 용해율을 향상시킨다.
부스러기(42)와 희생층(28)은 스트립(26)으로부터 제거되는 수성 폐 스트림(aquaeous waste stream)(48)에 포함된다. 부스러기(42)가 희생층(28)에 접착되었으므로, 희생층(28)의 제거는 레이저 제거 단계중에 형성된 부스러기(42) 또한 그 전부를 거의 제거한다. 수용성 희생층(28)이 사용되므로, 희생층(28) 및 부스러기(42)의 제거는 노력이나 시간 소모적인 작업을 요하지 않는다. 또한, 레이저 제거 공정중의 희생층(28)의 존재는 부스러기(42)가 접착제층(24)에 접촉되어 접착되는 것을 효과적으로 방지한다. 이 방법이 접착제층 보호를 위해 희생층을 사용하므로, 접착제층(24)은 레이저 제거 이전에 기판이 아닌 폴리머 재료(10)에 부착될수도 있으며, 따라서 프린트헤드 제조 공정을 단순화시킨다.
희생층(28)의 제거 이후, 위치 D에서의 접착제 코팅된 복합 스트립(26)은 도 9 에 도시된 단면 형상을 갖는다. 도 9 에 도시되어 있듯이, 구조체는 폴리머 재료(10)와 접착제층(24)을 갖는다. 이미 접착제층(24)을 코팅한 희생층(28)은 제거되었다.
각각의 노즐판(150)을 포함하는 섹션(50)들이 절단 블레이드(56)에 의해 하나씩 분리되며, 이후 실리콘 히터 기판에 부착된다. 폴리머 재료(10)를 실리콘 기판에 부착하기 위해 접착제층(24)이 사용된다.
폴리머 재료(10)를 실리콘 기판에 부착하기 이전에, 실리콘 기판을 극히 얇은 접착제 촉진층으로 코팅하는 것이 바람직하다. 접착 촉진제의 양은 기판의 전체 표면에 걸쳐 노즐판(150)의 접착제와 상호 작용하기에 충분해야 하며, 접착 촉진제의 양은 기판 전기 부품 등의 작용을 방해하는 양 이하여야 한다. 노즐 판(150)은 통상 접착제층(24)을 실리콘 기판에 대해 폴리머 재료(10)상에 배치하고 노즐판(150)을 가열된 플래튼(platen)으로 실리콘 기판에 대해 가압하므로써 실리콘 기판에 부착된다.
이와 달리, 접착 촉진제는 희생층(28)의 도포 이전에 또는 희생층(28)의 제거 이후에 접착제층(24)의 노출된 표면에 도포될수도 있다. 예로서 스피닝, 분사, 롤 코팅, 브러싱과 같은 공지의 기술이 사용되어 접착 촉진제를 실리콘 기판 또는 접착제층에 도포할수도 있다. 특히 바람직한 접착 촉진제는 미시간주 미드랜드 소재의 다우 코닝사가 제조 판매하는 DOW CORNING Z6032 SILANE 과 같은 반응성 실란 화합물이다.
노즐판을 기판에 부착하기 이전에 노즐판과 기판 사이의 접착을 향상시키고 칩 표면상의 모든 지형학적 특징부를 충진하기 위하여 기판을 얇은 광경화성(photocurable) 에폭시 수지로 코팅하는 것도 일반적이다. 상기 광경화성 에폭시 수지는 기판상으로 스피닝되고, 잉크 유동 채널(16), 잉크 공급 채널(14), 연소실(18)을 형성하는 패턴으로 광경화된다. 에폭시 수지의 경화되지 않은 부위는 이후 적합한 용제를 사용하여 용해된다.
양호한 광경화성 에폭시 형성제는 대략 50 내지 75 중량%의 감마-부티로락톤과, 대략 10 내지 20 중량%의 폴리메틸 메타크릴레이트-코-메타크릴릭산과, 대략 10 내지 20 중량%의 이중기능(difunctional) 에폭시 수지(예를 들면 텍사스 휴스턴 소재의 셸 케미칼 캄파니사가 제조 판매하는 EPON 1001F)와, 대략 0.5 내지 3.0 중량% 의 다기능 에폭시 수지(예를 들면 미시간 미드랜드 소재의 다우 케미칼 캄파니사가 제조 판매하는 DEN 431)와, 대략 2 내지 6 중량% 의 광시초제(photoinitiator)(예를 들면 댄버리 소재의 유니온 카바이드 코포레이션사가 제조판매하는 CYRACURE UVI-6974)와, 대략 0.1 내지 1 중량% 의 감마 글리시독시프로필트리메톡시-실란을 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예들에 대하여 기술하였으나, 당업자라면 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러 가지 수정예, 변형예, 대체예가 가능함을 이해할수 있을 것이다.
Claims (39)
- 잉크젯 프린터용 노즐판을 제조하는 방법으로서,(a) 접착제층을 갖거나 갖지 않는 폴리머 재료를 포함하는 복합 스트립을 제공하는 단계와,(b) 상기 복합 스트립을 폴리머 희생층으로 코팅하는 단계와,(c) 제 1 레이저로 노즐 구멍, 유동 특징부 또는 복합 스트립내의 노즐 구멍과 유동 특징부를 제거하는 단계와,(d) 복합 스트립으로부터 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 노즐판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 각각의 노즐판을 제공하도록 코팅된 복합 스트립을 제 2 레이저로 싱귤레이팅하고 이 싱귤레이팅된 노즐판을 복합 스트립으로부터 제거하는 단계를 추가로 포함하는 노즐판 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 레이저는 적외선 방출 레이저 이거나 자외선 방출 레이저인 노즐판 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 레이저는 Q-스위칭된 YAG 레이저인 노즐판 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 Q-스위칭된 YAG 레이저는 1.0 Um 의 파장을 갖는 레이저 빔을 방출하는 노즐판 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 개구판은 복합 재료를 0.13 mm (.005 인치)의 폭으로 슬릿분할하도록 제 2 레이저를 형상화하는데 사용되는 노즐판 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 복합 스트립내의 슬릿은 갈보 스캐너를 사용하여 제조되는 노즐판 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 Q-스위칭된 YAG 레이저는 8 내지 100 나노초 지속되는 펄스로 복합 스트립에 방사선을 방출하는 노즐판 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서, 복합 스트립에 슬릿 패턴을 제공하도록 제 2 레이저 빔을 형상화하기 위해 투영 마스크가 사용되는 노즐판 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 레이저는 TEA CO2레이저인 노즐판 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 TEA CO2레이저는 싱귤레이팅된 복합 스트립에 인접한 슬래그 생성을 0 내지 10 Um 의 높이로 제한하는 노즐판 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 TEA CO2레이저는 싱귤레이팅된 복합 스트립 주위로의 열발산을 0 내지 37 Um 의 간격으로 제한하는 노즐판 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 개구판은 복합 스트립을 0.13 mm (.005 인치)의 폭으로 절단하도록 제 2 레이저로 방출된 레이저 빔을 형상화하는데 사용되는 노즐판 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 복합 스트립내의 슬릿은 갈보 스캐너를 사용하여 만들어지는 노즐판 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 복합 스트립내에 슬릿 패턴을 제공하도록 제 2 레이저 빔을 형상화하기 위해 투영 마스크가 사용되는 노즐판 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 레이저에 의한 복합 스트립의 싱귤레이션은 초당 5 mm 이상의 속도로 이루어지는 노즐판 제조 방법.
- 폴리머 노즐판을 실리콘 히터 기판에 부착하기 위한 방법으로서,(a) 폴리머층과 제 1 접착제를 함유하는 접착제층을 포함하는 복합 재료를 제공하는 단계와,(b) 복합재료를 제거하여 네모서리를 갖는 노즐판을 형성하는 단계와,(c) 노즐판상에 적어도 하나의 개구를 형성하는 단계와,(d) 복합 재료로부터 각각의 노즐판을 분리하는 단계와,(e) 노즐판의 접착제층을 실리콘 기판과 접촉시키는 단계와,(f) 상기 개구를 제 2 접착제로 충진하는 단계와,(g) 접착제를 경화시키는 단계를 포함하는폴리머 노즐판 부착 방법
- 제 17 항에 있어서, 상기 개구는 적어도 노즐판의 접착제층으로 형성되는 폴리머 노즐판 부착 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 접착제는 UV 경화성 접착제인 폴리머 노즐판 부착 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 노즐판을 UV 광원에 노출시키므로써 UV 경화성 접착제를 경화하는 단계를 추가로 포함하는 폴리머 노즐판 부착 방법.
- 잉크젯 프린트헤드 노즐판을 제공하는데 사용되는 복합 재료의 접착제층과 폴리머 희생층 사이의 접착을 향상시키기 위한 방법으로서,(a) 노즐층과 접착제층을 함유하는 복합 스트립을 제공하는 단계와,(b) 상기 접착제층에 폴리머 희생층을 도포하는 단계와,(c) 상기 희생층과 접착제층을 그 사이의 접착을 향상시키는데 충분한 온도까지 가열하는 단계를 포함하는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 희생층은 폴리머 희생층에 접착제층을 침지시키므로써 접착제층에 도포되는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 희생층은 폴리머 희생층을 접착제층상에 분사하므로써 접착제층에 도포되는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 희생층은 폴리머 희생층을 접착제층상에 프린팅하므로써 접착제층에 도포되는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 희생층은 폴리머 희생층을 접착제층상에 역 프린팅하므로써 접착제층에 도포되는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 희생층은 희생층을 접착제층상에 스피닝하므로써 접착제층에 도포되는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 희생층은 폴리머 희생층을 접착제층상에 롤코팅하거나 마이어 로드 코팅하므로써 접착제층에 도포되는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 희생층은 폴리머 희생층을 접착제층상에 나이프 오버롤링하므로써 접착제층에 도포되는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 희생층과 접착제층을 함유하는 복합 스트립은 가열된 롤러를 복합 스트립에 열적으로 근접하여 배치시키므로써 가열되는 접착 향상 방법.
- 제 29 항에 있어서, 상기 가열된 롤러는 폴리머 희생층을 60。C 내지 100。C 의 온도에서 베이킹하는 접착 향상 방법.
- 제 29 항에 있어서, 상기 복합 스트립은 30 내지 60 분 동안 베이킹되는 접착 향상 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 접착제층과 희생층을 포함하는 복합 스트립은 멀티-영역 가열 오븐에서 가열되는 접착 향상 방법.
- 제 32 항에 있어서, 상기 멀티-영역 가열 오븐은 25。C 내지 35。C 정도의 온도 범위를 갖는 제 1 영역을 갖는 접착 향상 방법.
- 제 33 항에 있어서, 상기 멀티-영역 가열 오븐은 45。C 내지 65。C 정도의 온도 범위를 갖는 제 2 영역을 갖는 접착 향상 방법.
- 제 34 항에 있어서, 상기 멀티-영역 가열 오븐은 75。C 내지 85。C 정도의 온도 범위를 갖는 제 3 영역을 갖는 접착 향상 방법.
- 제 35 항에 있어서, 상기 멀티-영역 가열 오븐은 90。C 내지 100。C 정도의 온도 범위를 갖는 제 4 영역을 갖는 접착 향상 방법.
- 제 36 항에 있어서, 상기 멀티-영역 가열 오븐은 100。C 내지 110。C 정도의 온도 범위를 갖는 제 5 영역을 갖는 접착 향상 방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 폴리머 희생층은 복합 스트립을 대류 오븐에 배치하므로써 가열되는 접착 향상 방법.
- 제 38 항에 있어서, 상기 복합 스트립은 30 내지 60 분간 가열되는 접착 향상 방법.
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