KR20000009421A - 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진동판의 상부에 일정한 두께를 갖는 압전체를 부착한 다음 압전체를 에칭하여 필요로하는 두께의 압전체가 얻어지도록 함으로써, 우수한 물성의 압전체 박판을 이용하여 쉽고 경제적이며 낮은 전압으로 동작 가능한 압전체의 제작이 가능한 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법에 관한 것으로서, 특히 판형의 압전체와 이 압전체의 하부에 일체로 접합되어 압전체의 길이방향 신축운동을 휨운동으로 바꾸어주는 진동판으로 형성된 1개 이상의 압전체 엑츄에이터를 제작함에 있어서, 20㎛ ∼ 300㎛ 사이의 두꺼운 압전체를 상기 진동판의 상부에 넓게 부착한 다음 에칭용액을 이용하여 두께가 5㎛ ∼ 30㎛ 사이가 되도록 상기 압전체를 에칭하고, 상기 에칭된 압전체의 상부에 포토레지스터를 스핀코팅하고, 소프트 베이킹하고, 원하는 패턴의 마스크로 노광한 다음 노광된 압전체를 현상한후 하드 베이킹하여 압전체의 에칭할 부분을 제외한 나머지 부분에 포토레지스터 패턴을 형성하고, 상기 압전체에서 포토레지스터 패턴부분을 제외한 나머지 부분을 에칭용액을 이용하여 재차 에칭하여 제거하며, 에칭이 완료된 다음 상기 포토레지스터 패턴을 제거하면 상기 진동판의 상부에 원하는 위치마다 압전체가 형성되도록한 특징이 있다.
Description
본 발명은 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 취급과 제조가 쉬운 두께의 압전체를 만들고 이를 진동판 역할을 할수 있는 박판에 접착한 뒤 에칭방법을 이용하여 접착된 압전체를 헤드 동작에 적합한 두께로 줄여나감으로써, 제작성이 향상되는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 압전소자(Piezo-Electric : PZT)를 이용하여 액체를 액적의 상태로 분사하는 장치는 잉크젯헤드 등에 사용된다. 이러한 압전체를 이용한 잉크젯헤드는 액체를 저장하는 액실의 상부에 엑츄에이터가 구비된다. 엑츄에이터는 빠른 속도로 진동을 하는 과정에서 액실의 내압을 증가시키며 이때 액체를 액적의 상태로 분사하는 기능을 갖는다. 이러한 엑츄에이터는 진동판과 진동판의 상부에 결합되어 폴링(polling:전기장을 가하면 압전체에 방향성이 형성됨)된 상태에 따라 변형을 일으키는 압전체가 구비된다.
종래에는 진동판의 상부에 압전체를 형성하는 방법이 다수 제안된바 있다.
첫 번째 방법은, 압전체 패스트(paste)를 스크린 프린트 방법으로 얇은 ZrO2박판위에 형성하고 이를 고온(∼1000℃)에서 소성하여 제조하는 것으로 이때 ZrO2판이 진동판의 역할을 하게된다. 좀더 상세히 설명하면, ZrO2를 얇은 그린시트(green sheet)형태로 만든후 필요한 부분에 구멍을 뚫고 이후 알맞은 크기로 잘라서 고온(1000℃ 이상)에서 소성한다. 얇고( 20㎛ 이상) 정확한 크기로 형성된 ZrO2판에 하부전극을 형성한다. 하부전극이 형성된 ZrO2판에 압전체 패스트를 정확히 정열하여 스크린 프린팅 한다. ZrO2판 위에 스크린 프린팅된 압전체를 고온에서 소성하고 압전체위에 상부전극을 형성한다.
이같은 방법으로 제조된 엑츄에이터는 압전체의 상단과 하단에 형성된 전극에 강한 전압을 인가하여 압전체를 폴링시키고 이때 압전체와 진동판(ZrO2)으로 이루어진 부분이 기계적 변형을 일으키도록 한다.
그러나 매우 얇고 정확한 크기의 ZrO2판을 고온 소성 공정으로 제조하기는 매우 어려우며 압전체 패스트를 스크린 프린팅하여 미세한 패턴(200㎛ 이상)을 정확히 구성하기는 매우 어려운 단점이 있다. 또한 압전체 패스트를 소성하여 압전성이 우수한 압전체를 형성하기는 매우 어려운 등의 단점이 있다.
두 번째 방법은 스테인레스 스틸 박판위에 PZT 박판의 압전체를 접착하고 이를 기계가공하여 다수의 엑츄에이터로 만드는 방법이 있으며, 세 번째 방법은 스테인레스 스틸 박판위에 1개의 엑츄에이터에 적합한 크기로 잘라진 압전체를 붙여서 엑츄에이터로 만드는 방법이 제안된바 있다.
그러나 이들 방법은 기계가공의 경우 정밀도가 나쁘고, 신뢰성이 낮아서 경제적이지 못하다. 그리고 단수의 엑츄에이터 수율이 낮으므로 완전히 동작하는 복수의 엑츄에이터를 형성하기 어려운 등의 단점이 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 진동판의 상부에 일정한 두께를 갖는 압전체를 부착한 다음 압전체를 에칭하여 필요로하는 두께의 압전체가 얻어지도록 함으로써, 우수한 물성의 압전체 박판을 이용하여 쉽고 경제적이며 낮은 전압으로 동작 가능한 압전체의 제작이 가능한 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명 프린트헤드의 제조과정을 나타낸 공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 압전체 2 : 진동판
3 : 포토레지스터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 판형의 압전체와 이 압전체의 하부에 일체로 접합되어 압전체의 길이방향 신축운동을 휨운동으로 바꾸어주는 진동판으로 형성된 1개 이상의 압전체 엑츄에이터를 제작함에 있어서, 20㎛ ∼ 300㎛ 사이의 두꺼운 압전체를 상기 진동판의 상부에 넓게 부착한 다음 에칭용액을 이용하여 두께가 5㎛ ∼ 30㎛ 사이가 되도록 상기 압전체를 에칭하고, 상기 에칭된 압전체의 상부에 포토레지스터를 스핀코팅하고, 소프트 베이킹하고, 원하는 패턴의 마스크로 노광한 다음 노광된 압전체를 현상한후 하드 베이킹하여 압전체의 에칭할 부분을 제외한 나머지 부분에 포토레지스터 패턴을 형성하고, 상기 압전체에서 포토레지스터 패턴부분을 제외한 나머지 부분을 에칭용액을 이용하여 재차 에칭하여 제거하며, 에칭이 완료된 다음 상기 포토레지스터 패턴을 제거하면 상기 진동판의 상부에 원하는 위치마다 압전체가 형성되도록한 특징이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
압전체(1)판을 20㎛이상 300㎛이하의 얇은 판 형태로 제작한다. 제작하는 방법에는 소성가공하는 방법이 있으며 또한 커다란 압전체(1)를 얇게 자른후에 양면을 래핑하여 얇은 판 형태로 제작하는 방법이 있다. 압전체로 대표적인 물질은 PZT(Pb(Zr1/2Ti1/2)O3),PLZT(Pb1-xLax(Zr1/2Ti1/2)O3),BaTiO3, PbTiO3등이 있으며 이들은 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가진다.
PZT는 구성성분의 95% 이상이며 단, 4/6 ＜ Zr/Ti ＜ 6/4 이다. PLZT는 구성성분의 95% 이상이며 단, La의 함유량은 5% 미만이고, 4/6 ＜ Zr/Ti ＜ 6/4 이다. PbTiO3는 구성성분의 95% 이상이며 단, 4/6 ＜ Zr/Ti ＜ 6/4 이다. BaTiO3는 구성성분의 95% 이상이며 단, 4/6 ＜ Zr/Ti ＜ 6/4 이다.
그리고 소량 첨가되는 원소로는 Sr, Mn, Nb 등이 있으며 전체의 5% 미만이다.
도 1에 도시된 바와 같이 압전체(1)를 접착제를 이용하여 진동판(2)에 붙인다. 이때 엑츄에이팅 특성을 좋게 하기 위해 진동판(2)과 압전체의 접합을 단단히할 필요가 있다. 이때 접착제를 도전성 진동판(2)에 전면 도포하여 각 엑츄에이터의 공통 하부전극으로 한다. 전면 도포된 접착제는 압전체를 산(acid)으로 에칭할 때 진동판(2)의 보호막 역할을 할수 있다. 패스트(paste)상태의 접착제는 스크린 프린팅 등의 방법을 이용해서 진동판(2) 또는 압전체(1) 박막에 필요한 부분에만 부분적으로 도포할수 있다.
또한 메탈라이징[metalizing : 금속이 도포된 압전체의 한면과 다른 금속판 사이에 제3의 물질을 매개체로 하여 브래징(brazing) 접합하는 것] 공정을 통해 압전체를 진동판에 단단히 고정시킬수 있으며, 엑츄에이터의 컴플라이언스(compliance)를 낮추어서 엑츄에이팅 특성을 향상시킬 수 있다.
진동판은 금속박판 또한 세라믹박판 등으로 구성된다. 금속박판의 경우 두께가 3㎛이상 200㎛이하로 구성되며 구성성분의 10% 이상이 Cr 70% 이상인 Fe : 스테인레스 스틸 박판으로 구성된다. 또한 금속박판은 Ni, Cr, Ti함유량의 합이 구성성분의 90% 이상인 박판으로 구성된다. 이러한 금속박판은 부분적으로 습식에칭하여 필요한 부분의 진동판 형태를 만들 수 있다. 또한 금속박판을 프레스 가공하여 필요한 부분의 진동판 형태를 만들 수 있다. 또한 금속박판을 전주가공(electro-forming)으로 형성하여 필요한 형태로 진동판 형태를 만드는 방법이 있다.
세라믹박판으로 진동판이 구성되는 경우 그 두께가 5㎛이상 300㎛이하로 구성된다. 세라믹박판은 ZrO2, Al2O3, SiO2함유량의 합이 구성성분의 80% 이상이며, 산화물 분말이 함유된 슬러리(slurry)를 그린시트(green sheet) 형태로 만든후 이를 소결하여 만드는 방법이 사용된다. 또한 슬러리 상태에서 필요한 진동판 형태를 만든후에 소결하여 만드는 방법도 있다.
진동판위에 압전체가 부착되면 에칭용액을 이용하여 압전체를 전체적으로 에칭하여 이의 두께를 5㎛ ∼ 30㎛로 형성시킨다. 압전체(PZT,PLZT) 에칭용액에는 HCl(염산) 또는 HF(불산)가 포함된다.
HCl는 에칭속도가 느리고 표면이 러프(rough)하다.(결정립면의 에칭속도가 결정립의 에칭속도에 비해 빠르다.) HCl가 PbO 성분 그리고 Ti성분을 잘 에칭시키나 나머지 성분의 에칭이 어렵다.
HF는 빠르고 균일하게 잘 에칭이 된다. 에칭속도가 빨라서 속도조절이 어렵다. 에칭후에 하얀색의 필름이 남는다. 이는 녹지않은 Pb이다. BOE를 이용하면 에칭속도 조절도 쉽고, 시간에 따른 에칭속도도 균일하게 할수 있다.
가장좋은 에칭성질은 BOE와 HCl를 섞어서 얻을 수 있다.
BOE : HCl : water = 1 : 2 : 4
BOE ← 40% NH4F : 49% HF = 6 : 1(4:1 or 8:1)
Buffered Oxide Etchant (Buffered HF)
에칭액의 함량은 다음과 같다. HF가 0.3% 이상 함유된 에칭액, HCl가 0.5% 이상 함유된 에칭액, HNF4가 0.5% 이상 함유된 에칭액, NHO3가 0.5% 이상 함유된 에칭액, HCl가 0.5% 이상 함유된 에칭액, NHO3가 0.5% 이상 함유된 에칭액, NH4Cl이 0.5% 이상 함유된 에칭액 등이 있다.
원하는 두께의 압전체가 얻어지면 압전체 상부에 포토레지스터(Photoresistor)(3)를 스핀코팅 하고, 소프트 베이킹(soft baking) 하고, 원하는 패턴의 마스크와 정열하여 노광한다. 포토레지스터(3)는 비중 0.095 이하의 음성포토레지스터가 이용된다. 그리고 압전체와 포토레지스터와의 접착력을 향상시키기 위해 포토레지스터 도포전에 압전체 상부에 HMDS(Hexamethyldisilane) 용액으로 표면처리한다. 포토레지스터의 종류와 원하는 두께에 따라 조건은 달라질수 있으나 일반적인 공정조건은 다음과 같다.
스핀코팅 : ∼4000rpm, 소프트 베이킹 : 75℃ ∼ 100℃,
노광 : 일정한 노출에너지(광도 × 시간)가 필요함.
노광된 압전체를 현상하여 에칭할 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스터 패턴을 제거하고 다시 하드 베이킹(100℃ ∼ 150℃에서 30분 이하) 한다. 현상액은 양성,음성포토레지스터에 따라 종류가 다르다. 양성포토레지스터의 경우 현상액은 NaOH, KOH, organic bases 이고, 세척액은 H2O 이다. 음성포토레지스터의 경우 현상액은 xylene Stoddard's solvent 이고, 세척액은 n-butyl acetate 이다. 음성포토레지스터의 경우 산에 강하므로 본 발명의 압전체 에칭에는 음성포토레지스터가 더 적합하다.
압전체의 상부에 포토레지스터가 패터닝되면 위의 에칭공정을 다시 수행한다. 그리고 포토레지스터를 제거하면 진동판의 원하는 부분 마다 압전체가 형성된다. 또한 진동판이 압전체 에칭액과 반응하여 에칭되는 경우 다음의 방법으로 진동판을 보호해 주어야 된다.
진동판을 귀금속(Au, Pt, Ag, Pd등)으로 하는 것, 진동판을 산에 강한 폴리마이드(Polyimide)로 하는 것, 진동판 양면에 도금 또는 스퍼터링(sputtering)이나 에버포레이션(evaporation)과 같은 진공증착법으로 귀금속을 코팅하여 보호하는 방법, 압전체 에칭을 위한 포토레지스터 패터닝 공정시에 진동판 상부를 보호하는 포토레지스터를 함께 도포하는 방법, 포토레지스터를 스핀코팅 등의 방법으로 진동판 밑면에 도포하여 보호하는 방법, 폴리머 계통의 접착제를 진동판 상부에 전면 도포하여 진동판 상부를 보호하는 방법 등이 있다.
또한 위의 에칭방법은 습식에칭이며 건식에칭도 사용된다. 건식에칭의 경우 F,Cl 등의 반응가스가 사용된다. 그리고 에칭과정에서 원하는 두께의 압전체가 진동판의 상부에 형성되면 포토레지스터 공정을 하지 않고 물리적 방법을 이용하여 압전체의 불필요한 부분을 제거할수 있다. 이는 다이아몬드칼(saw)을 이용하여 압전체의 불필요한 부분을 절단 제거하는 방법이다.
또한 진동판의 상부에 원하는 위치마다 압전체가 형성되면 진동판을 액실이 형성된 액실층(4)의 상부에 부착하여 프린트헤드를 완성시킨다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 진동판의 상부에 일정한 두께의 압전체를 부착한 다음 에칭공정을 수행하면 필요로 하는 두께의 압전체를 얻을 수 있다. 그리고 압전체의 상부에 포토레지스터를 패터닝한 다음 에칭하거나 또는 다이아몬드칼 등을 이용하여 압전체의 불필요한 부분을 제거하면 진동판의 상부에 필요로하는 압전체가 형성된다. 따라서 압전체의 형성이 쉽고 고온 공정이 불필요함으로 제작성이 향상되는 등의 효과가 있다.
Claims (3)
- 판형의 압전체와 이 압전체의 하부에 일체로 접합되어 압전체의 길이방향 신축운동을 휨운동으로 바꾸어주는 진동판으로 형성된 1개 이상의 압전체 엑츄에이터를 제작함에 있어서,20㎛ ∼ 300㎛ 사이의 두꺼운 압전체를 상기 진동판의 상부에 넓게 부착한 다음 에칭용액을 이용하여 두께가 5㎛ ∼ 30㎛ 사이가 되도록 상기 압전체를 에칭하고, 상기 에칭된 압전체의 상부에 포토레지스터를 스핀코팅하고, 소프트 베이킹하고, 원하는 패턴의 마스크로 노광한 다음 노광된 압전체를 현상한후 하드 베이킹하여 압전체의 에칭할 부분을 제외한 나머지 부분에 포토레지스터 패턴을 형성하고,상기 압전체에서 포토레지스터 패턴부분을 제외한 나머지 부분을 에칭용액을 이용하여 재차 에칭하여 제거하며,에칭이 완료된 다음 상기 포토레지스터 패턴을 제거하면 상기 진동판의 상부에 원하는 위치마다 압전체가 형성되도록한 것을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에칭용액은 HF가 0.3%이상 함유된 것임을 특징으로하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동판의 표면에 금 등의 귀금속을 코팅하여 상기 진동판의 표면이 에칭되지 않도록한 것을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1019980029816A KR20000009421A (ko) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법 |
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Publications (1)
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| KR20000009421A true KR20000009421A (ko) | 2000-02-15 |
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ID=19545073
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| KR (1) | KR20000009421A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220134903A (ko) | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 주식회사 디에이피 | 휨베이킹 경화장치 및 그를 이용한 방법 |
-
1998
- 1998-07-24 KR KR1019980029816A patent/KR20000009421A/ko not_active Application Discontinuation
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