KR20020032980A - 프린트 어레이 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

인쇄폭 규격의 노즐플레이트 및 그와 대면되도록 접합되는 프린트바에 각각 히터칩의 좌표정렬을 위한 위치결정수단으로서, 노즐 플레이트의 단위 노즐 양측에 1쌍의 슬릿형 오픈부를 통공으로 형성하고, 히터칩에는 상기 슬릿형 오픈부와 좌표정렬이 가능하도록 정렬마크를 형성하여 히터칩 본딩시 노즐플레이트와의 부착위치 오차를 최소화시켜 인쇄품질과 생산성 향상 및 제조비용 저감을 도모한 프린트의 어레이 헤드 및 그 제조방법.

Description

프린트 어레이 헤드 및 그 제조방법{Printhead and fabrication method thereof}
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 페이지 단위의 인쇄가 가능하도록 인쇄폭(page width) 규격으로 제작된 노즐플레이트에 다수의 단위 노즐과 히터칩을 대응적으로 배열시킨 어레이형(array type) 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린트 헤드는, 주지된 바와 같이 잉크챔버에 충전된 잉크를 히터칩에 의해 순간 가열하여 잉크 버블을 생성 팽창시키고, 그 잉크 버블의 팽창 압력에 의해 잉크를 노즐홀의 외부로 토출 분사시킴으로써 원하는 화상을 프린팅하게 된다.
최근의 잉크젯 프린트 헤드는 고해상도의 인쇄 품질과 고속 인쇄에 대한 필요성이 요구됨에 따라, 다수의 히터칩을 인쇄폭 규격으로 배열시켜 페이지 단위로 화상정보를 프린팅할 수 있는 소위, 인쇄폭 어레이 헤드(page width array head)가 개발되고 있다.
상기한 바와 같은 잉크젯 프린트 어레이 헤드는 매카니즘을 단순화시킴과 동시에 인쇄속도를 향상시킬 수 있도록 한 것으로서, 그 일 예가 미합중국 특허번호 5,469,199호 공보 및 동 4,851,371호 공보 등에 상세히 개시되어 있다.
그런데, 상기와 같은 잉크젯 프린트 어레이 헤드에 있어서 노즐플레이트에 히터칩을 부착하는 과정에 있어서는 단위 노즐과 히터칩이 매우 고정밀도의 정렬상태를 유지하여야 한다. 예컨대, 해상도가 600dpi(dot per inch)인 경우에 있어서 일반적인 잉크젯 프린트 헤드의 단위 노즐과 히터칩의 정렬 오차는 대략 ±25㎛ 정도가 허용될 수 있으나, 어레이 헤드의 경우 대략 ±12㎛ 정도를 만족시켜야만 원하는 품질의 화상을 얻을 수 있게 된다.
그러나, 종래의 잉크젯 프린트 어레이 헤드는 히터칩의 정렬과정에서 발생되는 정렬공차 등으로 인하여 단위 노즐과 히터칩의 정렬위치에 대한 오차(misalignment)가 발생하는 등 그 정렬 정밀도에 한계를 가진다.
따라서, 종래 잉크젯 프린트 어레이 헤드는 그 제조과정에 있어서 단위 노즐과 히터칩의 정렬상태에 대한 고정밀도 확보 유지를 위하여 예컨대, 비전(vision)시스템과 같은 고가 장비의 동원 등 많은 노력과 경비가 요구되어 생산성이 저하되는 동시에 제조비용이 상승하는 문제점이 있다. 또한, 종래 잉크젯 프린트 어레이 헤드의 경우 사용중 열적 영향에 의해 히터칩의 정렬상태가 틀어지거나 가공부의 크랙 발생 등으로 인한 변형발생의 우려가 높은 문제점을 가지고 있다.
또한, 종래의 잉크젯 프린트 어레이 헤드는 통상 폴리머 박판(polymer sheet) 또는 금속 박판(metal sheet)을 노즐 플레이트로 사용하는데, 금속 박판의 경우 주로 전주도금(electro forming) 공정을 통하여 노즐홀을 가공하게 되므로, 재현성이 저하되어 고정밀도를 확보하기 어려울 뿐만 아니아 잔류응력에 의해 변형이 발생되는 등의 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 잉크젯 프린트 어레이 헤드가 가지는 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 노즐과 히터칩의 정렬 정밀도 확보 및 유지에 의해 생산성과 인쇄품질 향상이 가능한 잉크젯 프린트 어레이 헤드 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 프린트 어레이 헤드의 요부를 개략적으로 도시해 보인 사시도,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 프린트 어레이 헤드의 노즐 플레이트 제조방법을 개략적으로 도시한 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110...노즐플레이트 111...단위 노즐
111a...노즐홀 112...FPC 연결용 오픈부
113a, 113b...슬릿형 오픈부 120...히터칩
121...통공 122...정렬마크
130...프린트 바 131...잉크 공급유로
133...패드형 요홈 M, M'...금속 마스크
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 어레이 헤드는, 복수개의 통공으로 이루어진 단위 노즐이 일정 패턴으로 배열되도록 복수개 형성되며 소정의 규격으로 제작된 노즐 플레이트와, 상기 단위 노즐에 각각 대응하여 정렬된 상태로 상기 노즐 플레이트에 결합되는 복수개의 히터칩과, 상기 단위 노즐과 각각 통하도록 형성된 잉크 공급유로를 가지며 상기 노즐 플레이트와 대면된 상태로 결합되는 프린트바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성을 가지는 본 발명에 의한 프린트 어레이 헤드에 따르면, 상기 히터칩을 상기 단위 노즐과 대응적으로 정렬시키기 위한 위치결정수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 위치결정수단은, 상기 단위 노즐 주위의 소정 위치에 통공으로 형성된 슬릿형 오픈부와, 상기 슬릿형 오픈부와 정렬이 가능하도록 상기 히터칩의 소정 위치에 형성된 정렬마크를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 프린트 어레이 헤드의 제조방법은, 노즐 플레이트에, 복수개의 통공으로 이루어진 단위 노즐을 일정한 패턴으로 배열되도록 복수개 형성하는 제1단계; 상기 단위 노즐 주위의 소정 위치에 슬릿형 오픈부를 형성하는 제2단계; 단위 히터칩의 소정 위치에 정렬마크를 형성하는 제3단계; 프린터바의 패드형 요홈을 형성하는 제4단계; 상기 히터칩을 상기 패드형 요홈에 부착하는 제5단계; 상기 슬릿형 오픈부와 상기 정렬마크를 기준으로 상기 노즐플레이트를 상기 히터칩과 결합시키는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일측면에 따르면 상기한 프린트 어레이 헤드 제조방법에 있어서,상기 제1단계에서는 상기 노즐 플레이트의 양면에 포토 레지스트를 도포하는 단계와, 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스트를 소정 패턴으로 노광시키는 단계와, 상기 포토 레지스트의 노광부를 제거하고 그 노광부를 통하여 상기 노즐 플레이트를 에칭함으로써 노즐을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 어레이 헤드 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 어레이 헤드(100)는 도시된 바와 같이, 복수개의 노즐홀(111a)이 모여 하나의 그룹을 이루는 단위 노즐(111)이 일정한 패턴으로 배열되며 소정의 인쇄폭(page width) 규격으로 제작된 노즐 플레이트(110)를 구비한다.
그리고, 상기 노즐플레이트(110)의 저면에는 상기 단위 노즐(111)에 각각 대응하도록 단위 히터칩(120)이 부착되며, 상기 단위 히터칩(120)을 사이에 두고 상기 노즐 플레이트(110)와 대면하도록 설치된 프린트바(130)를 구비한다.
본 발명에 따르면, 상기 노즐 플레이트(110)와 상기 프린트바(130)에는 상기 단위 히터칩(120)을 소정 좌표상에 위치 정렬시키기 위한 위치결정수단이 구비된다.
상기한 위치결정수단은 본 발명을 특징지우는 구성요소로서, 상기 단위 노즐(111)의 양측에 각각 배치되도록 상기 노즐 플레이트(110)에 통공으로 형성된 1쌍의 슬릿형 오픈부(113a)(113b)와, 상기 히터칩(120)이 각각 안착되도록 상기 슬릿형 오픈부(113a)(113b)와 좌표 정렬이 가능한 상태로 상기 프린터바(130)에 형성되는 패드형 요홈(133)을 포함하여 구성된다.
상기 프린터바(130)에는 상기 단위 노즐(111)과 통하도록 형성된 잉크 공급유로(131)와 잉크챔버(미도시)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 히터칩(120)은 도시된 바와 같이 상기 단위 노즐(111)과 상기 잉크 공급유로(131)를 연통시킬 수 있도록 중앙부에 통공(121)이 형성된다. 상기 잉크 공급유로(131)는 상기 패드형 요홈(133)의 중앙부에 위치하도록 개구된다.
본 발명에 따르면, 상기 단위 노즐(111)과 상기 1쌍의 슬릿형 오픈부(113a)(113b)가 이루고 있는 외곽 형상과 상기 패드형 요홈(133)의 외곽 형상 및 상기 단위 히터칩(120)의 외곽 형상은 각각 상호간의 좌표 정렬이 가능하도록 실질적으로 서로 동일한 규격의 대응되는 사각형으로 형성된다.
따라서, 상기 히터칩(120)은 상기 슬릿형 오픈부(113a)(113b)의 외곽 좌표를 기준으로 정렬된 상태에서 열압력 본딩에 의해 상기 노즐 플레이트(110)의 저면에 부착된다. 이와 같이 히터칩(120)이 부착된 노즐 플레이트(110)는 상기 프린터바(130) 상에 탑재되도록 결합되는데, 이때 상기 히터칩(120)이 상기 프린터바(130)의 패드형 요홈(133)에 안착되도록 정렬된 상태에서 상기 패드형 요홈(133)에 도포된 접착제에 의해 본딩된다. 즉, 상기 1쌍의 슬릿형 오픈부(113a)(113b)와 상기 패드형 요홈(133)은 단위 히터칩(120)이 노즐 플레이트(110)와 프린트바(130) 사이의 정해진 위치에 정확하게 정렬된 상태로 부착시켜 주기 위한 위치결정수단으로 작용하게 됨으로써, 단위 노즐(111)과 히터칩(120) 및 잉크 공급유로(131)의 정렬위치 오차(misalignment)를 최소화시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 어레이 헤드의 경우, 히터칩(120)이 프린트바(130)에 형성된 패드형 요홈(133)에 안착된 상태로 본딩됨에 따라 열적환경에 대한 영향을 최소로 받게 되어 열변형에 의한 틀어짐 등을 방지할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 잉크젯 프린트 어레이 헤드의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린트 어레이 헤드는, 그 제조과정에 있어서 인쇄폭 규격으로 제작된 노즐플레이트에 복수의 노즐홀이 하나의 그룹을 이루는 단위 노즐을 다수 형성하고, 각각의 단위 노즐에 대응되도록 히터칩을 부착하게 되는 것으로서, 노즐 플레이트(110)를 통상적인 잉크젯 프린트 헤드에서와 같이 폴리머 박판 또는 동(Cu)이나 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 니켈(Ni) 등의 금속 박판을 사용하게 된다. 즉, 폴리머 박판을 노즐 플레이트(110)로 사용하게 될 경우, 기존과 마찬가지로 엑시머 레이저 가공에 의해 노즐홀(111a)을 형성하게 된다.
그러나, 금속 박판을 노즐 플레이트(110)로 사용하게 될 경우에는 종래와는 달리 반도체칩 제조공정에 이용되는 소위, 포토 리소그래피공정을 이용하여 노즐홀을 형성한다. 이와 같은 노즐홀 가공방법을 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 대략 20 내지 30㎛ 두께의 금속 박판(110) 양면에 포토 레지스트(210)를 도포한 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이 가공하고자 하는 노즐홀(111)과 동일한 패턴의 가공홀이 형성되어 있는 금속 마스크(M)(M')를 이용하여 포토 레지스트(210)를 노광한다. 이어서, 포토레지스트(151)의 노광된 부분을 제거해 냄으로써 원하는 형상의 노즐홀 패턴을 얻을 수 있도록 패터닝한다.
상기 금속 마스크(M)(M')는 서로 다른 직경을 가진 홀이 형성된 것으로서, 이는 도 2d 및 도 2e에 도시된 바와 같이 상기 노즐홀(111)의 가공이 완료된 상태에서 그 내경부가 경사지게 형성되도록 배려하기 위한 것이다.
다음으로, 사진식각공정에 의해 상기 포토 레지스트(210)가 제거된 노광부를 통하여 상기 노즐 플레이트(110)의 대응부분을 식각해 냄으로써 다수의 노즐홀(111a)이 가공되어 단위 노즐을 형성하게 된다.
한편, 본 발명에 따르면 상기 노즐 플레이트(110)의 양면에 동시에 포트 레지스트(210)을 도포하여 상기한 바와 같은 사진식각공정을 통해 노즐홀을 가공할 수도 있다.
본 발명에 의한 잉크젯 프린트 어레이 헤드의 제조방법에 따르면, 상술한 바와 같은 과정을 거쳐 제작된 노즐 플레이트(110)와 미리 제작된 프린트바(130)의 원하는 위치에 히터칩(120)을 좌표 정렬된 상태로 부착시키기 위한 위치결정수단으로서의 정렬마크를 형성하는 단계를 포함하게 된다. 즉, 이 단계에서는 단위 노즐(111)의 양측부에 상기한 바와 같은 포토리소그래피공정을 통하여 양측부에 1쌍의 슬릿형 오픈부(113a)(113b)을 통공으로 형성한다. 그리고, 상기 프린트바(130)에는 상기 히터칩(111)이 안착되는 패드형 요홈(133)을 형성한다. 상기 패드형 요홈(133)은 특정된 가공방법에 의해 형성되는 것이 아니라, 통상의 다양한 가공방법을 이용할 수 있다.
상기와 같은 과정을 거친 다음, 상기 1쌍의 슬릿형 오픈부(113a)(113b)의 위치좌표를 기준으로 각각의 히터칩(120)을 노즐플레이트(111)의 단위 노즐(111)에 대응되도록 그 저면에 열압착 본딩(thermal pressure bonding)한다. 이때, 노즐플레이트(110)에 정해진 히터칩(120)의 부착위치와 실질적인 히터칩(120)의 부착위치간의 오차는 ±5㎛ 이내로 한정시킬 수 있다.
다음으로, 프린트바(130)의 패드형 요홈(133)의 바닥에 접착제를 도포하고, 그 위에 예를 들면 전원(미도시)과 연결된 리본형 리드선(FPC; Flexible Printed Circuit)(미도시)의 선단부를 접착시켜 히터칩(120)과 전기적으로 연결시킨 다음, 각각의 히터칩(120)이 각각 상기 패드형 요홈(133)에 대응하여 안착되도록 노즐플레이트(110)를 프린트바(130)상에 대면시킨 상태로 접합시켜 잉크젯 프린트 어레이 헤드를 완성하게 된다. 이때, 프린트 바(130)의 패드형 요홈(133)에 의해 히터칩(120)의 안착 위치가 가이드됨으로써, 노즐 플레이트(110)의 단위 노즐(111)과 히터칩(120) 및 프린트바(130)의 잉크 공급유로(131) 사이의 상대적인 정렬위치가 정밀하게 결정되어질 수 있다. 또한, 상기 노즐플레이트(110)는 박판을 사용함으로써 프린트바(130)와의 접합시 뒤틀림이나 구김이 발생하기 쉬우므로, 별도의 압착지그에 의해 파지된 상태에서 프린트바(130)와 접합된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 잉크젯 프린트 어레이 헤드에 따르면, 노즐플레이트와 프린트바에 히터칩의 상대적인 정렬위치를 결정지우기 위한위치결정수단을 구비함에 따라 노즐 플레이트와 프린트바 사이의 히터칩 부착 위치오차를 최소화시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명에 의한 잉크젯 프린트 어레이 헤드는 잉크토출 위치 정밀도의 향상에 의해 인쇄화질을 향상시킬 수가 있으며, 프린트바의 패드형 요홈에 의해 히터칩의 열적영향을 최소화시켜 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 얻을 수가 있다. 그리고, 본 발명에 따르면 히터칩의 정렬 정밀도 및 재현성을 높이기 위한 고가 장비를 배제시킬 수 있으므로, 제조비용을 낮출 수 있는 동시에 생산성을 높일 수 있다.

Claims (7)

  1. 복수개의 통공으로 이루어진 단위 노즐이 일정 패턴으로 배열되도록 복수개 형성되며 소정의 규격으로 제작된 노즐 플레이트와, 상기 단위 노즐에 각각 대응하여 정렬된 상태로 상기 노즐 플레이트에 결합되는 복수개의 히터칩과, 상기 단위 노즐과 각각 통하도록 형성된 잉크 공급유로를 가지며 상기 노즐 플레이트와 대면된 상태로 결합되는 프린트바를 포함하는 프린트 어레이 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히터칩을 상기 단위 노즐과 대응적으로 정렬시키기 위한 위치결정수단을 포함하는 프린터 어레이 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위치결정수단은,
    상기 단위 노즐 주위의 소정 위치에 통공으로 형성된 슬릿형 오픈부와, 상기 슬릿형 오픈부와 정렬이 가능하도록 상기 히터칩의 소정 위치에 형성된 정렬마크를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트 어레이헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 히터칩의 대략적인 중앙부에는 상기 단위 노즐과 상기 잉크공급유로를 연통시키도록 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 프린트 어레이 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노즐플레이트는 구리, 니켈, 스테인레스 스틸 중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 프린트 어레이 헤드.
  6. 노즐 플레이트에, 복수개의 통공으로 이루어진 단위 노즐을 일정한 패턴으로 배열되도록 복수개 형성하는 제1단계;
    상기 단위 노즐 주위의 소정 위치에 슬릿형 오픈부를 형성하는 제2단계;
    단위 히터칩의 소정 위치에 정렬마크를 형성하는 제3단계;
    프린터바의 패드형 요홈을 형성하는 제4단계;
    상기 히터칩을 상기 패드형 요홈에 부착하는 제5단계;
    상기 슬릿형 오픈부와 상기 정렬마크를 기준으로 상기 노즐플레이트를 상기 히터칩과 결합시키는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트 어레이 헤드 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1단계에서는,
    상기 노즐 플레이트의 양면에 포토 레지스트를 도포하는 단계와, 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스트를 소정 패턴으로 노광시키는 단계와, 상기 포토 레지스트의 노광부를 제거하고 그 노광부를 통하여 상기 노즐 플레이트를 에칭함으로써 노즐을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트 어레이 헤드 제조방법.
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