KR19990014299A - 미립자 톨러런트 프린트헤드 및 그 제조 방법 - Google Patents

미립자 톨러런트 프린트헤드 및 그 제조 방법 Download PDF

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쉐럴 에이 머클라우드
존 비 스미씨스
데이비드 피드워벡키
죠 이 스타우트
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젠스키 레이몬드 에이
휴렛트-팩카드 캄파니
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Abstract

잉크젯 프린트헤드의 방벽 층(213) 재료의 섬(301)은, 잉크 공급원과 잉크 발사 챔버로 통하는 잉크 이송 채널 사이에 배치되어 잉크내의 미립자를 필터링한다. 잉크 이송 채널 및 잉크 분사 오리피스의 치수는 크기가 감소되고, 방벽 층의 두께가 보다 얇게 제조되어 있다. 필터 세공의 공칭 크기는 방벽 층 두께보다 작은 반면, 잉크 이송 채널의 폭 및 오리피스의 구경은 방벽 층 두께보다 크다.

Description

미립자 톨러런트 프린트헤드 및 그 제조 방법
본 발명은 통상적으로 잉크젯 프린터용 프린트헤드에 관한 것으로, 특히 작은 치수의 미립자 톨러런트 잉크 이송 필터(a particle tolerant ink feed filter of small dimensions)를 적용하여 고속의 잉크 충전을 유지하는 동안 미립자 폐색을 감소시키는 프린트헤드에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는, 마크(marks) 또는 프린팅이 배치되는 매체의 부근에 유지되는 표면의 복수의 작은 오리피스를 통해 미소량의 잉크를 분출함으로써 작동한다. 이러한 오리피스는 매체의 특정 위치에 대해 선택된 수의 오리피스로부터의 잉크 방울(drop)의 분출이 소망하는 문자 또는 이미지의 일부를 형성하도록 표면내에 소정 형태로 배열된다. 오리피스 지지 표면 또는 매체의 제어된 재배치후 다른 잉크 드롭을 분출함으로써 보다 많은 세그먼트의 소망하는 문자 또는 이미지를 만들게 된다. 또한, 다양한 칼라의 잉크가 개개의 오리피스 배열에 결합됨으로써 오리피스의 선택된 발사가 잉크젯 프린터에 의해 멀티칼라 이미지(multicolored image)를 형성할 수 있다.
열 기구, 압전 기구 및 정전기 기구 등이 프린트헤드로부터 잉크 방울을 분출하는데 필요한 힘을 발생하도록 사용되고 있다. 다음의 설명이 열 잉크 분출 기구에 대해 기술되지만, 본 발명은 또한 다른 잉크 분출 기구에 적용될 수 있다.
종래의 열 잉크젯 프린터에서의 잉크 방울 분출은, 잉크 용매의 끓는점을 초과하는 온도로 잉크를 급속히 가열하여 증기상(vapor phase)의 잉크를 생성함으로써 이루어진다. 일반적으로, 잉크의 급속한 가열은, 통상적으로 1 내지 3마이크로초(microseconds)동안, 개별적으로 다루어질 수 있는(addressable) 히터 저항기인 잉크 이젝터를 통해 전류의 펄스를 통과시킴으로써 달성되며, 이렇게 발생된 열은 보통 발사 챔버(firing chamber)로 지칭되는 밀폐된 영역내에 유지되는 미소량의 잉크에 전달된다. 발사 챔버의 밀폐된 벽중 하나는 복수의 오리피스에 의해 관통된 표면에 의해 형성된다. 이러한 오리피스 판내의 오리피스중 하나는, 잉크가 오리피스로부터 분출될 수 있도록 히터 저항기와 관련하여 배열된다. 잉크 증기 버블이 히터 저항기에 응집되어 팽창될 때 소정 체적의 잉크가 변위되어 동일한 체적의 잉크가 오리피스를 벗어나 매체상에 침착된다. 이 때 버블은 붕괴되며, 변위된 체적의 잉크는 발사 챔버의 벽중 하나에 있는 잉크 이송 채널을 통해 대형 잉크 저장소로부터 보충된다.
가능한 빠르게 챔버에 잉크를 보충함으로써, 프린트헤드 오리피스의 매우 신속한 발사를 가능하게 하는 것이 바람직하다. 오리피스의 신속한 발사는 잉크젯 프린터의 고속 프린팅을 달성하는 능력으로 귀결된다. 히터 저항기의 다음 발사 전에, 잉크 방울의 크기에서 바람직하지 않은 변화가 발생하지 않도록 잉크는 챔버를 보충하기에 충분한 시간을 가져야만 한다. 따라서, 프린팅 속도의 하나의 제한은, 발사 챔버가 보충되는 속도에 관련된다.
잉크젯 프린트헤드내에 때때로 나타나는 문제는, 잉크 이송 채널 또는 프린트헤드의 오리피스내에 발생되는 폐색(blockage)이다. 미시적인 미립자가, 잉크 발사 챔버로 통하는 채널내에 머물러 있을 수 있음으로써 히터 저항기의 때이른 고장, 잉크 방울의 오지향(misdirection), 또는 잉크 방울 크기가 크게 감소되는 발사 챔버로의 잉크 공급의 감소를 야기할 수 있다. 잉크 드롭을 발사하라고 지시받았을 때 잉크 드롭을 발사하지 않는 단일의 오리피스는 프린트된 문자에 누락 부분(missing portion)을 남기거나 또는 프린트된 이미지에 누락 드롭의 대역을 형성한다. 최종적인 결과는 인쇄물의 질 저하며, 잉크젯 프린터에 대한 매우 바람직하지 않은 특성으로 인식된다. 이러한 바람직하지 않은 결과를 해결하기 위해서, 결함있는 잉크 이젝터 대신에 예비 또는 여분의 잉크 분출 오리피스를 사용하는 것(예컨대, 미국 특허 제 4,963,882 호 및 제 5,640,183 호 참조) 또는 잉크 발사 챔버에 대한 다중 입구를 사용하는 것이 제안되어 있다.
잉크젯 프린터용 잉크는 통상적으로 프린트헤드 장치와 결합된 저장소내에 저장된다. 다공성 폼 재료(porous foam material)와 같은, 잉크를 저장하기 위한 장치 또는 밀봉된 저장용기는, 잉크 이송 채널이나 방출 오리피스를 폐색시킬 수 있는 미립자를 발산하는 것으로 공지되어 있다. 미립자중 다수는 제조 공정의 바람직하지 않은 산물인 길다란 섬유상 미립자라는 것이 관찰되고 있다. 섬유상 미립자는 때때로 잉크 수용 장치로부터 떨어져, (미국 특허 제 4,771,295 호 및 제 5,025,271 호에 기술된 바와 같은) 잉크가 프린트헤드로 유입되기 전에 발생하는 특정 세정 처리 및 잉크 필터링에도 불구하고, 잉크에 의해 프린트헤드로 이동된다. 길다란 미립자의 필터링은 1995년 7월 11자로 티모디 웨버 등(Timothy Weber et al.) 명의로 출원된 미립자 톨러런트 잉크젯 프린트헤드 구조(particle tolerant inkjet printhead architecture)라는 명칭의 미국 특허 출원 제 08/500,796 호에 언급되어 있으며, 복수의 외부 방벽 섬이 길다란 미립자가 잉크 이송 채널 또는 잉크 발사 챔버에 도달하는 것을 방지한다. 잉크 필터링은 또한 미국 특허 제 5,463,413 호에 개시되어 있으며, 복수의 기둥이 잉크 저장소와 발사 챔버 사이에 배열되고, 각각의 기둥은 발사 챔버의 입구에 결합된다. 기둥은 시스템의 최소 치수 이하의 간격으로 이격되며, 공통의 잉크 공급원에 가능한 인접하게 배치됨으로써 미립자가 발사 챔버에 유입되는 것을 방지한다. 시스템의 최소 치수는 오리피스 구경(口徑)이거나 또는 발사 챔버까지 잉크의 공급원을 연결하는 통로의 폭이 되기 쉽다.
오리피스, 발사 챔버 및 잉크 이송 채널의 치수는 개선된 프린팅 특성을 제공하기 위하여 감소되기 때문에, 그들의 작은 크기로 인해, 잉크 이송 채널을 통과하고, 종래 디자인의 오리피스로부터 분출되는 미립자의 크기가 프린트헤드를 막히게 할 수 있다. 20㎛보다 작은 치수를 갖는 오리피스 또는 잉크 이송 채널을 적용하는 디자인에 있어서, 스킨 셀(skin cell)과 같은 미립자 및 오염물질은 잉크 이송 채널 또는 오리피스내에 들어가기 위한 대상물이 될 수 있다. 더구나, 스킨 및 다른 생물학적 셀과 같은 미립자는 딱딱하지 않으므로 변형되어 프린트헤드내의 매우 작은 치수와 동일한 세공(細孔) 크기를 갖는 필터를 통과할 수 있다. 필터 미립자를 제어하기 위한 종래의 시도는, 큰 미립자에는 매우 적합하지만 보다 작은 미립자에 의해 작은 통로가 폐색되는 문제를 해결하지 못한다.
적어도 하나의 발사 챔버로부터 잉크를 분사하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드는, 그 위에 배치된 잉크 이젝터를 갖는 기판을 구비한다. 방벽 층이 기판의 적어도 일부상에 배치되며, 제 1 치수의 두께를 갖고, 잉크의 공급원으로부터 발사 챔버로 잉크를 연결하는 적어도 하나의 잉크 이송 채널을 갖는다. 잉크 이송 채널은, 방벽 층의 길다란 간격(elongated separation), 기판 및 오리피스 판에 의해 형성되는 벽을 갖는다. 길다란 간격은 제 2 치수의 폭에 의해 규정된다. 방벽 층은 복수의 섬을 구비하며, 각각 제 3 치수 이하의 간격으로 인접한 섬으로부터 이격되며, 잉크의 공급원과 적어도 하나의 잉크 이송 채널 사이에 배치된다. 제 2 치수는 제 1 치수 이상이며, 제 3 치수는 제 1 치수보다 작다.
도 1은 잉크젯 프린터용 프린트헤드의 사시도,
도 2는 도 1의 잉크젯 프린트 카트리지내에 이용될 수 있는 프린트헤드의 단면도,
도 3은 본 발명에 이용될 수 있는 프린트헤드의 방벽 층 및 기판의 사시도,
도 4a 및 도 4b는 방벽 층 브리징(bridging)의 효과를 나타내는 잉크 이송 채널의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 카트리지 본체부 103 : 프린트헤드
203 : 오리피스 판 207 : 기판
213 : 방벽 층 301 : 섬
303, 305 : 잉크 이송 채널 403 : 브리지
통상적인 잉크젯 카트리지가 도 1에 도시되어 있으며, 카트리지 본체부(101)는 잉크의 공급부를 수용하며, 잉크 도관을 통하여 프린트헤드(103)로 잉크를 보낸다. 프린트헤드의 외측 표면에 보이는 것은 복수의 오리피스(105)로서, 전기 접속부(107)와 관련된 전도성 트레이스(traces)(도시하지 않음)를 통해 프린트헤드(103)에 전달되는 프린터(도시하지 않음)의 명령시 이 오리피스를 통해 잉크가 선택적으로 분출된다. 잉크젯 프린트 카트리지의 일실시예에 있어서, 프린트헤드는 반도체 기판으로 구성되며, 기판상 또는 기판내에 배치된 막 히터 저항기(film heater resistors), 포토 규정성(photo definable) 방벽 및 접착제 층, 및 오리피스 판을 완전 관통하여 연장하는 복수의 오리피스(105)를 갖는 작은 구멍이 있는 오리피스 판을 포함한다. 물리적 및 전기적 접속부가 빔 리드 본딩(beam lead bonding) 또는 유사한 반도체 기술에 의해 가요성 폴리머 테이프(109)에 형성되는데, 가요성 폴리머 테이프는 그 뒤 물리적 강도 및 유체 거부를 위해 에폭시와 같은 재료에 의해 고정된다. 폴리머 테이프(109)는, 3M사에 의해 시판되는 kapton(등록상표)이나, 개구 및 다른 소망하는 특성을 제공하도록 포토제거(photoablated) 또는 화학적으로 에칭될 수 있는 유사한 재료로 형성될 수도 있다. 구리 또는 다른 전도성 트레이스는 테이프의 일측면상에 배치되거나 고착됨으로써, 전기적 상호접속부(107)가 프린터에 접속되어 기판에 연결될 수 있다. 테이프는 통상적으로 도시된 바와 같이 프린트 카트리지의 주위로 굽어져서 고정된다.
도 1에 도시된 A-A선을 따라 절취된 프린트헤드의 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 카트리지(101)의 본체(201)의 일부가 도시되어 있는데, 이 경우 카트리지의 본체는 압력과 관련하여 접착제에 의해 프린트헤드에 고정된다. 바람직한 실시예에 있어서, 잉크는 공통의 잉크 플리넘(plenum)(205)에 의해 또한 프린트헤드 기판(207)내의 슬롯(206)을 통해 프린트헤드로 공급된다. (변형예로서, 잉크는 기판의 측면을 따라 공급될 수도 있다). 히터 저항기 및 그와 관련된 오리피스는 통상적으로 잉크 플리넘으로부터의 잉크의 입구에 인접한 거의 평행한 2개의 열로 배열된다. 대부분의 경우, 히터 저항기 및 오리피스는 각각의 열에서 엇갈리는 구성으로 배열되며, 바람직한 실시예에서 히터 저항기는 도 2의 히터 저항기(209, 211)에 의해 예시되는 바와 같이 기판(207)의 슬롯(206)의 양측에 위치되어 있다.
오리피스 판(203)은, 오리피스 판내의 요구되는 형상과 상보적인 형상의 적절한 치수 및 적절한 드래프트 각도를 갖는 페그(peg) 및 장벽(dike)을 구비한 맨드릴상에 니켈을 전착(electrodeposition)하는 것에 의해 형성됨으로써, 소정 시간의 경과 후 소정 두께의 니켈이 침착된다. 생성된 니켈 막은 냉각후에 제거되며, 그 후의 사용을 위해 기계적으로 평탄화 처리된다. 니켈 오리피스 판은 금, 팔라듐(paladium) 또는 로듐(rhodium)처럼 귀금속으로 얇게 코팅되어 부식을 방지한다. 이러한 제조 다음에, 오리피스 판은 방벽 층(213)에 의해 반도체 기판(207)에 부착된다. 맨드릴상에서의 전착에 의해 형성된 오리피스는, 오리피스 판(109)의 외부 표면으로부터 내부 표면으로 관통 연장되며, 표면은 잉크 발사 챔버의 벽중 하나를 형성한다. 통상적으로, 오리피스는 히터 저항기 바로 위에 정렬됨으로써, 잉크가 오프셋에 의해 도입되는 궤도 착오(trajectory error)없이 오리피스로부터 분출될 수 있다.
기판(207) 및 오리피스 판(109)은 방벽 층 재료(213)에 의해 서로 부착된다. 바람직한 실시예에 있어서, 방벽 층 재료(213)는 발사 챔버(215, 217)가 히터 저항기 주위의 영역내에 형성되는 패턴 형식으로 기판(207)상에 배치된다. 방벽 층 재료는 또한 잉크가 하나 또는 그 이상의 잉크 이송 채널에 의해 독립적으로 발사 챔버에 공급되도록 패턴화된다. 잉크 방울(219)은 프린터의 명령에 따라 히터 저항기의 신속한 가열에 의해 선택적으로 분사된다. 일 표면에 부착된 방벽 층을 갖는 기판은 오리피스가 기판의 히터 저항기에 대해 정확하게 배열되도록 오리피스 판에 대해 위치되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 방벽 층(213)은, Parad(등록상표), Vacrel(등록상표), IJ5000(등록상표) 또는 광이나 유사한 전자기 복사에 대한 노출에 의해 중합되는 네가티브 감광성, 복합 구성요소, 중합체 건조 막(negative photosensitive, multi-component, polymeric dry film)인 기타 재료와 같은 중합체 포토 규정성(photodefinable) 재료를 이용한다. 이러한 종류의 재료는 미국 델러웨어주 윌밍톤 소재의 듀퐁(DuPont)사로부터 입수가능하다. 방벽 층은 먼저, 선택된 특정 재료에 적절한 상당한 압력 및 열을 적용함으로써 기판(207)상에 연속적인 층으로서 부착된다. 일반적으로, 방벽 층 막은 마일라(mylar)의 보호 시트 사이에 개재된다. 한 개의 시트는 기판에 방벽 층을 적층할 수 있도록 제거된다. 다른 마일라 시트는 방벽 층이 노출될 때까지 적소에 남겨진다. 사진석판화(photolithographic) 층은 네가티브 마스크를 통해 자외선 빛(바람직하게는, 440-340nm의 파장범위)에 노출됨으로써 방벽 층 재료를 중합시킨다. 노출된 방벽 층은 N-메틸(methyl)-2-피롤리돈(pyrrolidone)과 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol)의 74 중량% : 26 중량% 혼합체의 현상 용매(developer solvent)를 사용하는 화학적 세정(wash)을 받게 되어 방벽 층의 드러나지 않은 영역이 화학적 작용에 의해 제거된다. 방벽 층의 나머지 영역은 각각의 히터 저항기 둘레에 각각의 잉크 발사 챔버의 벽을 형성한다. 또한, 방벽 층의 나머지 영역은 잉크 발사 챔버로부터 잉크의 공급원으로 통하는 [도 2에 도시된 바와 같은 슬롯을 경유하는 잉크 플리넘(205)과 같은] 잉크 이송 채널의 벽을 형성한다. 이러한 잉크 이송 채널은 잉크를 잉크 발사 챔버에 초기 충전하는 것이 가능하게 하며, 챔버로부터의 각각의 잉크 분출 후에 발사 챔버의 연속적인 재충전을 제공한다. 잉크가 잉크 발사 챔버로 유입 및 충전되는 속도는 프린터가 프린팅할 수 있는 최고 속도를 결정하는 중요한 인자이다. 바람직한 실시예에 있어서, 2개의 잉크 이송 채널이 방벽 층내에 형성되어 잉크 플리넘과 잉크 발사 챔버를 연결함으로써, 챔버로의 충분한 잉크 공급이 유지되며, 잉크 버블 기화를 위해 발생되는 에너지의 상당부가 잉크 이송 채널로부터 손실됨 없이 고속의 재충전이 실현될 수 있다.
방벽 층에 대한 오리피스 판의 적층은 바람직한 실시예에서, 15분의 기간동안 가열(약 200˚) 및 압력(50 내지 250psi)을 가함으로써 이루어진다. 1996년 10월 1일자로 개롤드 래드커 등(Garold Radke et al.)에 의해 출원된 미국 특허 출원 제 08/742,118 호에 개시된 바와 같은 점착 조촉매가, 오리피스 판과 방벽 층 사이의 접착을 향상시키도록 이용될 수도 있다. 중합체의 최종 굳음(set-up)과 본드의 경화는 약 30분 동안 약 220˚에서 열 소킹(soaking)함으로써 달성된다.
하나의 추가의 특징이 바람직한 실시예의 방벽 층내에 형성된다. 각각의 잉크 이송 채널에 대한 입구에, 도 3의 기판(오리피스 판이 제거됨)의 표면의 사시적 평면도에 도시된 바와 같은 복수의 방벽 층 섬(301)이 배치되어 있다. 각각의 방벽 섬은 방벽 재료로 이루어지며, 기판(207)으로부터 오리피스 판까지의 방벽 층(213)의 전체 두께를 연장한다. 오리피스 판이나 기판으로부터 섬의 층상박리를 방지하기 위하여, 각각의 방벽 섬은 각각의 표면에 약 200㎛2의 점착 영역을 제공한다. 이러한 방벽 섬의 주목적은 잉크로부터의 미립자 및 오염물질이 잉크 이송 채널 및 각각의 발사 챔버의 오리피스에 도달하는 것을 방지하는 것이다. 이러한 필터는, 적절한 기능을 위하여, 각 섬 사이의 공간(S)(필터의 세공과 균등함)이 각각의 발사 챔버의 채널 폭(W)보다 작으며 오리피스의 구경보다 작을 것이 요구된다. 따라서, 잉크 이송 채널내 또는 오리피스 구멍내에 머무를 수 있는 오염물질이 이러한 중요한 영역으로 진입하는 것이 방지된다. 다수의 섬(및 이들 사이의 공간)의 결과로서, 섬 사이의 공간중 어느 하나의 폐색은 각각의 잉크 이송 채널로 잉크의 유동을 심각하게 방해하지 않으며, 잉크 발사 챔버의 폐색 가능성이 상당히 감소되는 필터이다. 다양한 공간 치수(S=10, 12 및 14㎛)로 실험한 결과, 고속의 잉크 발사 챔버 재충전시 프린트헤드의 성능이 이러한 치수의 범위에서 영향을 받지 않는 것이 증명되었다.
바람직한 실시예에 있어서, 작은 잉크 방울을 사용하는 것에 의해 고품질의 잉크 프린팅을 행하도록 프린트헤드 요소의 대부분의 치수는 공지된 디자인보다 상당히 작게 제조되어 있다. 잉크 방울의 공칭 무게는 18㎛(±2㎛)의 구경을 갖는 오리피스로부터의 분사에 대해 약 10ng이다. 15K㎐의 작동 주파수를 지원하는 잉크 발사 챔버 재충전 속도를 달성하기 위하여, 2개의 오프셋 잉크 이송 채널(303, 305)이 풍부한 잉크 재충전 능력을 제공하도록 이용된다. 각각의 잉크 이송 채널은 17㎛(±2㎛)의 채널 폭(W)과 약 30㎛의 채널 길이를 갖는다. 이러한 치수의 채널과 오리피스는, 사람 스킨 셀 크기의 미립자가 잉크 이송 채널 또는 오리피스를 폐색시킬 수 있다는 점에서 이전에 행해졌던 것보다 오염물질의 필터링에 대해 보다 큰 도전을 제공한다. 이러한 크기의 미립자는 경질이 아닌 어떤 생물학적 셀을 포함하기 때문에, 필터 세공의 크기는 폐색할 가능성이 있는 미립자를 트랩(trap)하도록 프린트헤드의 가장 작은 작동 치수보다 작아야 한다. 특별한 적용에 따라, 가장 작은 작동 치수는 17㎛(±2㎛)의 잉크 이송 채널 폭(W) 또는 18㎛의 오리피스 구경이다. 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 섬 사이의 공간(S)은 12㎛(±0.5㎛)이다. 방벽 층의 두께는 14㎛(±1.5㎛)이다.
네가티브 감광성은 주로 재료 사진 현상 처리(material photo development process) 동안의 팽창으로 인한 분해 제한을 위한 것으로 공지되어 있다. 방벽 층내에 형성되는 어떤 형상, 또는 이러한 형상 사이의 공간은, 방벽 층의 두께 치수를 초과하는 치수를 가져야 한다. 포지티브 레지스트는 층 두께 대 형상 치수의 비가 1:1이 가능하였지만 네가티브 포토레지스트 재료는 층 두께 대 형상 치수가 1:2 또는 1:3 비로 제한된다고 언급하는 웨이스(weiss)의 포토레지스트 기술 업데이트(photoresist technology update)(Semiconductor International, 1983년 4월)를 참조하기 바란다. 소망하는 잉크 이송 채널의 단면도의 예가 도 4a에 도시되어 있다. 기판(207)은 그 표면상에 배치된 방벽 층(213)을 갖는다. 오리피스 판(109)은 방벽 층(213)에 고정된다. 방벽 층은 포토규정되어(photodefined) 방벽 층내로 확장된 채널(401)을 가지므로, 잉크 이송 채널은 기판, 방벽 층 및 오리피스 판에 의해 형성된다. 채널의 폭 치수가 방벽 층의 두께 치수보다 작을 때, 불완전한 현상(development)이 발생하며, 방벽 층의 브리지(403)가 도 4b에 도시된 바와 같이 협소한 채널을 가로질러 남게 된다. 이 브리지는 채널을 폐색시키며, 잉크 발사 챔버로의 잉크 유동의 체적을 감소시킨다.
조사(照射) 동안 용존 산소량의 고갈이 큰 형상부 사이에 규정될 수 있는 채널 폭을 제한하는 것으로 결정되어 있다. 소정의 방벽 두께, 조사량, 조사율, 온도 및 방벽 표면에서의 산소 이용도에 따라, 산소 확산이 한정된 거리로 제한된다고 생각된다. 채널이 이 거리내에 한정되도록 방벽 두께가 있을 때, 종횡비를 제한함에 있어서 산소 확산 근접 효과(oxygen diffusion proximity effect)가 팽창(swelling)보다 더 중요하게 된다.
방벽 층 재료의 영역이 이온화 방사에 대해 노출될 때, 방벽 막 내에 화학적 반응이 야기되어 과산화기(peroxy radicals)와 같은 유리기(free radicals)를 형성한다. 이러한 유리기는 결합되어 가교결합 반응을 형성하는데 이러한 가교결합 반응은 노출된 영역에 현상 용매에 대한 면역성을 부여하여 소망하는 이미지를 규정한다. 그러나, 통상의 제조 환경에서, 공기로부터 2가의 산소(diatomic oxygen)가 방벽 층 막내의 다른 성분과 평형상태로 된다. 가교결합 반응이 계속해서 일어나기 전에, 유리기에 보다 반응적인 산소 분자가 먼저 소멸되어야 한다. 바로 이용가능한 산소와의 반응에 요구되는 방사의 양이 초과되면, 추가 방사가 재료를 가교결합시킨다.
불완전한 현상[또는 브리징(bridging)]을 일으키는 근접 영향은 방벽의 노출된 영역과 노출되지 않은 영역 사이의 계면에서 발생하며, 노출된 측면은 산소 분자가 고갈되며, 노출되지 않는 측면은 여전히 평형 농도를 갖는다. 따라서, 방벽 층 막이 마일라(mylar) 커버 막에 의해 공기 내의 산소로부터 분리되기 때문에, 순간적인 농도 구배는 산소의 분포를 균일하게 하기 위하여 인접한 노출되지 않은 방벽으로부터 노출된 영역내로 산소 분자를 이동시킨다. 노출되지 않은 채널로부터의 산소 이동은, 가교결합의 개시 전에 소멸될 산소 분자가 보다 적기 때문에, 방벽을 노출시키는데 요구되는 방사의 양을 낮추며, 이에 따라 마스크된(masked) 채널이 비마스크된(unmasked) 영역으로부터의 산란된 방사에 의해 바람직하지 않게 노출된다. 따라서, 잉크젯 프린트헤드내에 있어서, 방벽 층 두께가 현상되는 형상부의 폭보다 크고, 형상부가 방벽 재료의 큰 체적에 근접하는 경우, 형상부의 브리징이 발생될 것으로 기대된다. 그러나, 형상부가 방벽 층 두께보다 작은 폭 치수를 갖으나 방벽 재료의 큰 체적으로부터 얼마간 떨어져 있는 경우, 나머지 패턴을 규정하기 위해 사용된 노출 에너지에서 방벽 두께보다 작지만 방벽 층 두께의 0.6배 보다 큰 폭에 대해 브리징이 발생되지 않는다. 형상부의 거리는, 큰 체적의 노출된 재료의 실제 크기에 따라 방벽 층 두께의 2 내지 5배 만큼 큰 체적의 노출된 재료로부터 분리되어야 한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 섬(301)은 10㎛(±0.25㎛)의 거리(D)만큼 가장 근접한 체적의 방벽 층으로부터 이격된다. 방벽 층 형상부에 대한 치수는, 포토레지스트 마스크(photo-resist mask)의 치수로 주어지는 것을 인지해야 한다. 방벽 층 벽들 사이의 공간, 방벽 섬 공간(S)과 잉크 이송 채널 폭(W)과 같은 공간은, 포토레지스트 치수보다 큰 1 내지 2㎛ 사이가 되도록 되어 있다.
따라서, 잉크 공급부와 발사 챔버에 대한 잉크 이송 채널 사이에 잉크 이송 채널의 폭 또는 오리피스 구경보다 작은 거리만큼 이격된 방벽 층의 섬을 설치함으로써, 잉크내의 오염물질에 의한 잉크 이송 채널 또는 오리피스 구멍의 폐색이 감소될 것이다. 섬 사이의 공간 치수가 방벽 층의 두께보다 작을 때, 섬을 방벽 층 재료의 나머지로부터 이격시킴으로써 섬 사이의 브리징이 방지된다.
본 발명은 작은 치수의 미립자 톨러런트 잉크 이송 필터를 이용하여 고속의 잉크 충전을 유지하는 동안 미립자 폐색을 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 잉크를 적어도 하나의 발사 챔버로부터 분사하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드에 있어서,
    그 위에 배치된 잉크 이젝터(209, 211)를 갖는 기판(207)과,
    상기 기판의 적어도 일부상에 배치된 방벽 층(213)을 포함하며,
    상기 방벽 층은,
    제 1 치수의 층 두께와,
    잉크를 잉크 공급원으로부터 발사 챔버로 연결시키는 적어도 하나의 잉크 이송 채널(303, 305)로서, 상기 방벽 층, 상기 기판 및 오리피스 판(203)의 길다란 칸막이에 의해 형성된 벽을 갖으며, 상기 길다란 칸막이는 제 2 치수의 폭(W)에 의해 규정되는, 적어도 하나의 상기 잉크 이송 채널(303, 305)과,
    복수의 섬(301)으로서, 상기 복수의 섬의 각각의 섬은 제 3 치수(S)만큼 인접한 섬으로부터 이격되며, 상기 잉크의 공급원과 상기 적어도 하나의 잉크 이송 채널 사이에 배치되는, 복수의 섬을 포함하며,
    상기 제 2 치수는 상기 제 1 치수 이상이며, 상기 제 3 치수는 상기 제 1 치수 미만인, 프린트헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스 판은 상기 방벽 층상에 배치되며, 그것을 관통하는 오리피스(215, 217)를 가지며, 상기 오리피스는 방벽 층에 가장 가까운 상기 오리피스 판의 표면으로부터 상기 오리피스 판의 외부 표면으로 연장하며 상기 잉크 이젝터에 대해 위치됨으로써 잉크가 상기 잉크 이젝터에 의해 분출될 수 있는, 프린트헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 오리피스 판은 상기 제 1 치수보다 큰 최소의 구경을 갖는 상기 오리피스를 더 포함하는, 프린트헤드.
  4. 잉크를 적어도 하나의 발사 챔버로부터 분사하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드의 제조 방법에 있어서,
    기판(207)의 일부상에 제 1 치수의 두께를 갖는 방벽 층(213)을 배치시키는 단계와,
    상기 방벽 층의 소정 부분을 전자기 복사에 노출시키는 단계로서, 상기 소정 부분은 잉크를 잉크의 공급원으로부터 상기 발사 챔버로 연결시키는 잉크 이송 채널(303, 305)의 벽과 복수의 섬(301)을 구비하며 상기 벽은 제 2 치수(W)만큼 서로 이격되어 있으며, 상기 복수의 섬의 각각은 제 3 치수(S) 미만의 간격으로 인접한 섬과 이격되어 있으며, 상기 잉크 공급원과 상기 잉크 이송 채널 사이에 배치되며, 상기 제 2 치수는 상기 제 1 치수 이상이며, 상기 제 3 치수는 상기 제 1 치수 미만인, 단계와,
    전자기 복사에 노출되지 않은 상기 방벽 층의 일부를 제거하도록 상기 방벽 층을 현상(developing)하는 단계를 포함하는, 프린트헤드의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    오리피스 판(203)내에 적어도 하나의 오리피스(215, 217)를 형성하는 단계로서, 상기 오리피스는 상기 오리피스 판의 제 1 표면으로부터 상기 오리피스 판의 제 2 표면으로 연장하며 제 4 치수의 구멍을 갖는, 단계와,
    상기 방벽 층상에 상기 오리피스 판을 배치시킴으로써, 잉크가 상기 형성된 오리피스를 통해 상기 잉크 이젝터에 의해 분출될 수 있는 단계를 더 포함하는, 프린트헤드의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구멍의 제 4 치수를 상기 제 1 치수보다 크게 형성하는 단계를 더 포함하는, 프린트헤드의 제조 방법.
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KR100446634B1 (ko) * 2002-10-15 2004-09-04 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법

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