KR20020035829A - 고온의 액상 매체 분사용 인쇄 헤드 및 금속 납땜으로이루어진 접합부의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매체실의 하나의 벽을 형성하는 격막 및 그 격막과 기계적으로 접촉하는 액추에이터를 구비하는 고온의 액상 매체 분사용 인쇄 헤드에 관한 것으로, 그러한 인쇄 헤드는 액추에이터(11)가 열적으로 격막(7)으로부터 디커플링되는 것을 그 특징으로 한다.

Description

고온의 액상 매체 분사용 인쇄 헤드 및 금속 납땜으로 이루어진 접합부의 제조 방법{PRINTHEAD FOR JETTING A HOT LIQUID MEDIUM AND METHOD OF PRODUCING A JOINT THAT COMPRISES A METALLIC SOLDER}

선행 기술로부터 잉크젯 프린터에 사용되는 소위 피에조 박편 인쇄 헤드(piezolamellar printing head)가 공지되어 있다(칩 8/94; 제104면 내지 제 122면; "전혀 얼룩이 지지 않음"). 그러한 인쇄 헤드는 액상 잉크용 매체실을 구비한다. 매체실의 벽은 액추에이터에 의해 작동되는 휘어질 수 있는 격막으로서 형성된다. 그러한 액추에이터는 공지의 인쇄 헤드에서는 스트립의 형태로 또는 박편으로서 구현되는 피에조 소자로서 형성된다. 피에조 소자는 전압의 인가에 의해 그 공간상의 형상이 변경되고, 그에 의해 격막이 휘어지게 된다. 그와 같이 격막이 휘어짐으로써, 매체실의 체적이 감소되어 잉크의 액적이 노즐 또는 분사 개구부로부터 분사되게 된다. 공지의 인쇄 헤드에서는 잉크가 최초에 고체 왁스 크레용으로서 존재하고, 그 고체 왁스 크레용(solid wax crayon)은 인쇄 전에 가열됨으로써 묽은 액상으로 되며, 그에 따라 액상 왁스 잉크가 매체실에 도입될 수 있고, 이어서 그 액상 왁스 잉크가 매체실로부터 분사되게 된다. 잉크 왁스를 액화시키기 위해, 잉크 왁스는 약 100 내지 150 ℃로 가열된다. 그러한 공지의 인쇄 헤드의 적용 분야는 액상 잉크가 종이 또는 포일 상에 도포되는 잉크젯 인쇄에 국한된다. 특히, 그 온도가 150 ℃를 넘을 수 있는 매우 고온의 액상 매체를 분사하는 것은 공지의 인쇄 헤드에 의해서는 불가능하다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 고온의 액상 매체 분사용 인쇄 헤드 및 청구항 33의 전제부에 따른 금속 납땜으로 이루어진 접합부의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 잉크젯 인쇄 원리에 따라 작업하는 인쇄 헤드의 용도에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면과 연계된 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면 중에서,

도 1은 인쇄 헤드의 측 단면도이고,

도 2는 도 1의 인쇄 헤드의 평면도이며,

도 3은 인쇄 헤드의 배면도이고,

도 4는 인쇄 헤드의 지지 및 조정판을 나타낸 도면이다.

따라서, 본 발명의 목적은 그러한 인쇄 헤드의 사용 분야를 확대시키는 것이다.

그러한 목적은 청구항 1의 특징을 나타내는 인쇄 헤드에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 인쇄 헤드는 고온의 액상 매체를 분사하는 역할을 한다. 그러한 인쇄 헤드는 그 벽 중의 하나가 격막에 의해 형성되는 매체실을 구비한다. 격막은 그 격막이 휘어지거나 구동될 수 있게끔 액추에이터와 기계적으로 접촉된다. 본 발명에 따르면, 액추에이터는 열적으로 격막으로부터 디커플링된다. 즉, 액추에이터는 가열 기술적으로 또는 냉각 기술적으로 격막으로부터 디커플링된다. 그에 의해, 매체실 중에서 금속 또는 금속 합금, 특히 금속 납땜이 매체실 중에서 액상으로 존재할 정도로 그것을 가열하는데 필요한 온도로 고온의 액상 매체를 가열하는 것이 가능하게 된다. 그 경우, 특히 바람직하게도 본 발명에 따른 인쇄 헤드에 의해 그러한 고온의 액상 금속 합금을 분사하여 소위 납땜 침착물(solder deposit)을 기판및/또는 부품 상에 도포할 수 있게 된다. 액추에이터가 열적으로 격막으로부터 디커플링되게끔 함으로써, 액추에이터는 그 물리 특성을 거의 변경시키지 않는 작동 온도로 유지될 수 있게 된다. 즉, 매체실 중에 고온의 액상 금속이 존재한다 하더라도 격막은 액추에이터에 의해 매우 정확하고 정밀하게 구동되거나 휘어질 수 있고, 그에 따라 모든 유형의 매우 고온의 액상 매체, 특히 고온으로 가열된 금속이 규정된 정확한 액적 크기 또는 액적 체적으로 분사될 수 있게 된다.

또한, 잉크젯 인쇄 원리에 따라 작업하는 본 발명에 따른 인쇄 헤드에 의해, 범프(bump)로서 지칭되기도 하는 납땜 침착물을 마이크로 전자 공학 및/또는 마이크로 기계 공학 또는 마이크로 시스템 기술의 소자 또는 기판 상에 도포하는 것이 가능하게 된다. 종래에는 그러한 납땜 침착물을 생성하기 위해 그와 같이 도포하는데 시간 소모적이고 값비싼 공정이 필요했었다. 납땜 침착물은 예컨대 소위 테이프 자동화 접합(Tape-Automated- Bonding)(TAB) 및 칩 사이즈 패키징(Chip-Size-Packaging)(CSP) 시에, 그리고 소위 플립 칩 접속(Flip-Chip-Connection) 시에도 소자와 기판간의 접합 요소로서 필요한 것이다. 납땜 침착물은 대부분의 경우에 범프의 형태로 존재하는데, 납땜으로서는 특히 공정(eutectic)의 주석/납 합금 또는 주석/금 합금이 사용된다. 본 발명에 따른 인쇄 헤드에 의해, 그러한 납땜 침착물은 이제는 신속하고 정밀하며 저렴하게 소자 또는 기판 상에 도포되어 전술된 접합 기술에 필요한 납땜 침착물을 생성할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 열적 디커플링은 격막과 액추에이터와의 사이에 배치되는 열 차단 소자에 의해 행해진다. 그러한 열 차단 소자는 열 전도성이 열악함으로써 격막에 존재하는 열이 액추에이터에 거의 전달되지 않게끔 한다. 즉, 열 차단 소자는 격막으로부터 액추에이터로의 열 전달을 차단하든지 아니면 적어도 매우 강력하게 감소시키는 소자이다.

바람직한 실시예는 액추에이터가 피에조 소자인 것을 그 특징으로 한다. 그러한 피에조 소자에 의해, 격막을 매우 정확하게 구동시켜, 즉 휘게 하여 규정된 액적의 체적이 매체실로부터 방출될 수 있게끔 하는 것이 가능하게 된다. 액추에이터, 즉 피에조 소자가 열적으로 격막으로부터 디커플링되게끔 함으로써, 피에조 소자가 소위 피에조 전기 퀴리 온도(piezoelectric Curie temperature) 위에 있는 온도로 되는 것이 방지되게 된다. 그러한 퀴리 온도 위에서는 피에조 전기 화합물의 격자 구조가 정방형으로 된다. 그러한 퀴리 온도 아래에서는 그 격자 구조가 왜곡됨으로써 양 전하와 음 전하간의 간격이 변하여 전기적 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 발생된다. 환언하면, 피에조 전기 화합물은 격자 구조가 왜곡되어 자발적인 분극이 일어날 경우에만 그 피에조 전기 효과를 보이게 된다. 격자 구조가 정방형인 경우에 피에조 전기 퀴리 온도 위에서는 그러한 피에조 전기 화합물에서 피에조 전기가 발생하지 않는데, 그것은 전기적 쌍극자 모멘트가 존재하지 않기 때문이다. 본 발명에 따른 인쇄 헤드는 열적으로 디커플링된 피에조 소자를 구비하기 때문에, 매체실 중의 고온의 액상 매체가 피에조 재료의 피에조 전기 퀴리 온도 위에 있는 온도로 존재할 수 있을지라도 그로 인해 피에조 소자가 그 기능에 있어 침해되는 일이 없게 된다. 피에조 소자가 최대로 그 피에조 재료의 퀴리 온도의 30 내지 50 %로 가열되도록 열적 디커플링을 설계하는 것이 바람직한데, 그것은 고온에서는 이미 은연중에 탈 분극이 일어날 수 있기 때문이다.

바람직한 실시예에서는 열 차단 소자가 피에조 소자의 일체형 구성 부품으로 된다. 즉, 별개의 부품을 열 차단 소자에 사용할 필요가 없게 된다. 따라서, 격막용 액추에이터가 간단하고 저렴하게 제조될 수 있게 된다.

활성 구역(active region)과 열 차단 소자를 형성하는 비활성 구역(passive region)을 구비하는 피에조 소자가 특히 바람직한데, 활성 구역은 피에조 소자를 구동하기 위한 전극을 구비하고, 비활성 구역은 전극이 없이 형성되거나, 비활성 구역에 전극이 존재한다 할 지라도 그 전극은 활성 구역의 전극과 도전적으로 접속되지 않게 된다. 피에조 소자의 비활성 구역은 격막을 구동하거나 휘게 하는데 있어 어떠한 작용도 하지 않기 때문에, 비활성 구역의 온도가 상승되더라도 활성 구역의 기능 방식에 전혀 영향을 주지 않는다. 그 경우, 비활성 구역의 길이는 격막과 기계적으로 접촉하는 액추에이터의 단부를 기점으로 하여 활성 구역과 비활성 구역간의 전이부에서의 온도가 사용되는 피에조 재료의 피에조 전기 퀴리 온도 아래에 있게 되도록 활성 구역 쪽으로 온도 구배가 생기게끔 그 크기가 결정된다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 열 차단 소자의 구역에서의 횡단면은 액추에이터의 잔여 구역에서의 그것보다 더 작게 된다. 즉, 격막과 열 차단 소자와의 사이에는 열 전달을 감소시키는 작은 접촉 면적이 존재하게 된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 열 차단 소자는 격막 측 단부 쪽으로 테이퍼질 수 있다.

바람직한 실시예에서는 매체실의 잔여 벽이 규소로 이루어진 기판에 의해 형성된다. 기판은 트라프(trough)의 형태로 형성될 수 있는데, 그 경우에 기판의 내면에는 매체실 내에서 매체 가이드를 형성하는 마이크로 기계 구조물이 존재할 수 있다. 또한, 그러한 마이크로 기계 구조물은 고온의 액상 매체용 분사 개구부를 형성할 수 있다. 즉, 트라프형 기판의 개구부는 격막에 의해 덮여지게 된다. 붕규산 유리 또는 규소로 이뤄진 격막을 사용하는 것이 바람직하다. 격막은 트라프의 개구부를 둘러싸는 기판의 에지 상에 고정되는 것이 바람직하다. 격막이 붕규산 유리로서 존재하는 경우, 격막은 양극 접합(anodic bonding)에 의해 기판에 고정되는 것이 바람직하다. 격막이 규소 격막으로서 존재하는 경우, 격막은 소위 규소 융합 접합(silicon fusion bonding)에 의해 기판에 고정되는 것이 바람직하다. 격막용 재료가 내열성이 있어 매체실 중에 존재하는 고온의 매체가 격막을 손상시키지 않게끔 하는 것은 공통적으로 적용되는 사항이다.

일 실시예에 따르면, 액추에이터는 하우징에 의해 둘러싸인다. 즉, 액추에이터는 외부 영향으로부터 차폐된다.

바람직한 실시예에서는 액추에이터가 박편으로서 형성된다. 즉, 액추에이터는 그 횡단면이 그 길이보다 현저히 더 작은 길고 얇은 스트립으로서 존재하게 된다. 액추에이터 또는 박편은 격막과 액추에이터용 받침대를 형성하는 하우징 벽과의 사이에 연장된다. 즉, 액추에이터는 그 일 단부에 의해 격막에 지지되고 그 타 단부에 의해 하우징 벽에 유지되며, 그에 따라 액추에이터로부터 격막으로의 힘의 전달이 이뤄질 수 있게 된다. 액추에이터를 전기적으로 구동하면, 액추에이터가 팽창 및 수축됨으로써 그 길이가 변하게 된다. 즉, 그러한 길이 변동에 의해 격막이 휘어지게 되는데, 그것은 격막으로부터 외면된 액추에이터의 단부가 하우징 벽에 고정되어 있기 때문이다. 하우징 벽은 리세스를 구비하고, 그 리세스에는 액추에이터가 격막으로부터 외면된 그 단부에 의해 맞물리게 되는 것이 바람직하다. 액추에이터는 그러한 리세스를 통과하여 연장되고, 그에 따라 하우징의 외부에 놓이는 액추에이터의 자유 단부에 전극용 접점 소자가 배치될 수 있게 된다. 즉, 액추에이터는 하우징의 외부에서 전기 구동 장치에 접속될 수 있는데, 그 경우에 전기 구동 장치와의 접촉 또는 도전 접속을 위해 액추에이터의 접점 소자 상에 끼워질 수 있고 대응 접점 소자를 구비하는 가요성 또는 강성 인쇄 회로 기판이 마련된다.

액추에이터용 하우징은 한편으로는 액추에이터에 대한 보호 장벽을 형성하고 다른 한편으로는 액추에이터를 위한 지지체로서의 역할을 하는데, 액추에이터는 그 일 단부에 의해 하우징, 즉 지지체에 고정된다.

하우징, 즉 지지체가 전기 절연적으로 및/또는 열 전도성이 열악하게 형성되는 실시예가 특히 바람직하다. 그를 위해, 지지체는 세라믹, 바람직하게는 산화지르코늄으로 이뤄질 수 있다.

바람직한 실시예에서는 매체실의 격막이 액추에이터용 하우징의 벽을 형성한다. 환언하면, 지지체 또는 하우징은 특히 하우징의 개구부가 격막에 의해 덮여지도록 매체실에 장착된다. 즉, 하우징은 일측이 개방되게 형성되고, 그 하우징을 매체실에 조립할 때에 비로소 격막에 의해 폐쇄되게 된다. 매체실과 하우징간의 결합을 위해 그 2개의 부품 사이에 열적 디커플링이 제공되고, 그에 따라 격막에 존재하는 열이 하우징을 경유하여 액추에이터로 침투할 수 없게 된다. 매체실 또는 격막과 하우징간의 열적 디커플링은 하우징의 에지와 격막간의 접촉 면적을 감소시킴으로써 이뤄지는 것이 바람직하다. 예컨대, 여기에서는 하나 이상의 슬릿이 하우징 벽에 도입되는데, 그 슬릿은 에지에서 개방되도록 형성되는 것이 바람직하다. 다수의 슬릿이 하우징에 도입될 경우에는 빗의 형태의 구조가 존재하는 것이 바람직하다. 슬릿에 의해 하우징과 격막간의 접촉 면적이 감소됨으로써 격막 또는 매체실로부터 하우징으로의 열 전달이 보다 더 작아지게 된다. 하우징에 마련되는 슬릿은 바람직하게도 열 팽창 보상부를 형성하기도 한다. 즉, 하우징의 가열 시에 그 하우징이 왜곡되지 않음으로써 액추에이터가 격막에 대한 그 위치에 있어 안정되게 정확한 위치로 유지될 수 있게 된다.

격막과 하우징간의 결합을 위해, 하우징과 대면된 격막의 측면이 적어도 국부적으로 증착 또는 스퍼터링에 의해 금 도금되는 것이 바람직하다. 그 경우, 지지체는 격막과의 그 결합부에서 금을 함유한 두꺼운 층의 소성 페이스트로 금 도금되어 격막과 지지체간의 결합이 금 용접 결합 또는 납땜 결합에 의해 간단하게 이뤄질 수 있게끔 하는 것이 바람직하다.

일 실시예에서는 인쇄 헤드가 매체용 가열 장치를 구비한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 매체가 이미 고온의 액상으로 인쇄 헤드에 공급되도록 조치할 수 있다. 가열 장치는 광원으로서 형성되는 것이 바람직한데, 그 경우에 광원은 할로겐 램프인 것이 좋다. 선택적으로 또는 부가적으로, 가열 장치는 가열 저항에 의해 형성될 수 있다. 그러한 가열 저항은 매체실을 형성하는 기판에 장착될 수 있다. 가열 저항은 박층 기술로 기판 상에 부착되는 것이 바람직한데, 그 경우에 가열 저항은 이붕화하프늄으로 이뤄지는 것이 좋다. 가열 저항은 스퍼터링에 의해 기판 상에 부착될 수 있고, 리소그래피 패터닝(lithographic patterning)에 의해 형성될 수 있다.

가열 장치에 대해 선택적으로 또는 부가적으로, 특히 기판, 즉 매체실의 일부를 냉각시키는 냉각 장치가 마련될 수 있다. 그러한 냉각 장치는 소위 히트 싱크(heat sink)에 의해 형성되는 것이 바람직한데, 그 히트 싱크는 펠티어 소자(Peltier element)로서 형성되는 것이 좋다.

가열 장치 및/또는 냉각 장치는 바람직한 실시예에서는 매체실에 배속되고, 그에 따라 매체실 중에 존재하는 매체가 가열 장치에 의해 가열되어 액상으로 유지될 수 있게 된다. 그 경우, 냉각 장치는 필요한 경우에 기판, 즉 매체실의 일부를 냉각시킨다.

바람직한 실시예에 따르면, 가열 장치 및/또는 냉각 장치는 격막과 대향된 매체실의 벽에 고정되는 것이 바람직한 케이싱에 의해 둘러싸인다. 그러한 매체실의 벽은 바람직한 실시예에서는 가열 장치 및/또는 냉각 장치용 케이싱의 하나의 벽을 형성한다. 케이싱은 내부에서 경면 반사적으로 형성되는 것이 바람직하고, 바람직한 실시예에서는 금속 및/또는 세라믹으로 이뤄진다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 케이싱은 기판, 즉 매체실에 의해 열적으로 디커플링된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 케이싱은 열 전도성이 열악하게 형성된다. 열적 디커플링을 위해, 케이싱과 기판과의 사이에 열 전도성이 열악한 층이 마련될 수 있다.

일 실시예에서는 매체실이 고온의 액상 매체용의 하나 이상의, 특히 다수의 분사 개구부를 구비한다. 각각의 분사 개구부에는 액추에이터가 각각 배속되는 것이 바람직하다. 매체실이 서로 분리된 개개의 부분 매체실로서 존재하는 것도 바람직한데, 그 경우에 각각의 부분 매체실은 하나 이상의 분사 개구부를 구비한다. 즉, 분사 개구부 또는 각각의 분사 개구부가 배속된 부분 매체실은 해당 액추에이터에 의해 서로 별개로 작동될 수 있다.

특히 바람직한 실시예는 보호 매체가 분사 개구부 쪽으로 배출될 수 있게끔 배향되는 것이 바람직한 보호 매체 배출 개구부를 구비하는 것을 그 특징으로 한다. 보호 매체는 고온의 액상 매체가 분사 개구부로부터 빠져 나올 때에 그 고온의 액상 매체가 산화되는 것을 방지하여 액적이 그 액적으로 적시고자 하는 접합부에 부딪칠 때까지 대기 중의 산소에 의해 산화될 수 없게끔 한다. 보호 매체로서는 불활성 가스, 특히 질소 가스가 사용되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서는 액추에이터의 하우징이 보호 매체용 유입 개구부를 구비한다. 즉, 보호 매체는 하우징 중에 도입되어 그것을 통해 흐르고, 이어서 보호 매체 배출 개구부에서 배출되어 보호 분위기로서 고온의 액상 매체를 에워쌀 수 있게 된다.

액추에이터가 적어도 국부적으로 보호 매체의 흐름 경로에 놓이도록 보호 매체용 유입 개구부 및 배출 개구부가 하우징에 배치되는 실시예가 특히 바람직하다. 특히, 그 경우에는 보호 매체가 하우징 중에 유입될 때에 액추에이터에 대한 냉매로서의 역할을 할 수 있을 정도의 온도를 나타내도록 조치할 수 있다. 즉, 보호매체는 한편으로는 액추에이터를 냉각시키고 다른 한편으로는 고온의 액상 매체용 산화 방지 매체로서 사용됨으로써 이중의 기능을 담당하게 된다.

액추에이터 하우징과 매체실간의 열적 디커플링을 행하는 역할을 하는 슬릿이 보호 매체 배출 개구부로서 사용되는 실시예가 특히 바람직하다. 그러한 구성에서의 이점은 액추에이터를 냉각시키는 보호 매체가 격막, 즉 매체실과 인접된 구역에서는 하우징까지도 함께 냉각시킨다는 것이다. 즉, 그러한 구역으로부터 열이 반출됨으로써 하우징이 거의 가열되지 않게 된다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 하우징의 내부에는 매체실의 격막과 대략 평행하게 놓이는 액추에이터용 지지판이 마련된다. 그러한 지지판은 격막에 대해 작은 간격을 둔 채로 놓이고, 대략 중심에 액추에이터가 그 열 차단 소자에 의해 통과하여 맞물리는 틈새를 구비하는 것이 바람직하다. 즉, 액추에이터는 전술된 바와 같이 하우징의 내부에서 한편으로는 하우징 벽에 고정되고, 격막으로부터 외면된 그 타 단부로써 지지판에 의해 위치적으로 확실하게 유지되게 된다.

지지판은 하우징 내면에 형성된 가이드 경사부에 의해 유지되고 안내되는 것이 바람직하다. 즉, 지지판은 액추에이터용 하우징과 강제적으로 고정 결합될 필요가 없다. 오히려, 하우징의 내면에 있는 경사부가 규정된 위치에 지지판이 고정되게끔 형성된다. 특히, 지지판은 액추에이터용 하우징과 동일한 재료로 이뤄진다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 매체실에는 매체 온도용 온도 검출 장치가 배속된다. 그러한 온도 검출 장치는 액상 매체 또는 매체실의 하나 이상의 벽의 온도를 검출하는 온도 센서에 의해 구현되는 것이 바람직하다. 온도 센서는 열전 소자 또는 박막 센서로서 구현되는 것이 바람직하고, 매체실의 외부에서 격막에 장착되는 것이 좋다.

또 다른 구성들은 종속 청구항들에 개시되어 있다.

또한, 본 발명의 목적은 금속 납땜으로 이뤄진 접합부의 제조 방법으로서, 청구항 33의 특징을 수반하는 제조 방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 납땜을 잉크젯 인쇄 원리에 따라 작업하는 장치에 의해 접합부의 접점 상에 고온의 액상 납땜으로서 분사한다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 마이크로 전자 공학 및 마이크로 시스템 기술 또는 마이크로 기계 공학의 분야에서의 접합 기술 또는 접합부에 대해 제공되는 접합부의 접점 상에 금속 납땜을 아주 간단하게 도포하는 것이 가능하게 된다.

특히, 전술된 바와 같은 인쇄 헤드가 본 발명에 따른 방법을 행하는데 사용된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 구성에 의하면, 납땜을 하나 이상의 고온의 액상 액적으로서 장치로부터 분사한다.

분사 시에는 납땜을 산화 방지 매체, 바람직하게는 불활성 가스로 에워싸는 것이 좋다. 그것은 고온의 액상 납땜이 접점에 도달될 때까지 산화되는 것을 방지해 준다.

바람직한 실시예에서는 장치 중에 존재하는 고온의 액상 매체의 온도를 검출하고 감시한다. 즉, 매체의 분사 온도를 최적으로 세팅하여 고품질의 접합부가 제조될 수 있게끔 한다.

바람직한 실시예에서는 다수의 액적을 분사하는 역할을 하는 임펄스형 구동 장치가 마련된다. 즉, 액적을 분사 개구부로부터 방출할 경우에 다수의 액적이 연속적으로 방출될 수 있게 된다. 물론, 고온의 액상 매체를 다수의 분사 개구부로부터 방출하는 것도 가능한데, 그 경우에는 예컨대 개개의 분사 개구부의 부분 매체실을 시차를 두고 구동할 수도 있다.

고온의 액상 매체로서는 분사 시에 400 내지 600 ℃의 온도를 나타낼 수 있는 전자 제조 공업의 모든 연납땜을 사용할 수 있다. 물론, 무연 납땜을 사용할 수도 있다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 약 4 pl 내지 2 nl의 개개의 액적을 분사하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에 따라 제조되는 접합부는 정확하게 규정된 납땜 양을 구비하게 된다.

또 다른 구성들은 종속 청구항들에 개시되어 있다.

도 1에는 인쇄 헤드(1)가 측 단면도로 개략적으로 도시되어 있는데, 그 인쇄 헤드는 공지의 잉크젯 인쇄 원리에 따라 작업하고, 분사 개구부로서 지칭되기도 하는 노즐(2)로부터 액상 매체를 바람직하게는 액적의 형태로 노즐(2)에 대해 간격을 둔 채로 놓인 코팅 대상 기판 상에 도포할 수 있다.

도 1에 도시된 인쇄 헤드(1)는 모듈식으로 구성되고, 다수의 모듈을 포함한다. 도시된 실시예에서는 인쇄 헤드가 3개의 모듈, 즉 소위 인쇄 칩(3), 액추에이터 모듈(4), 및 이후로 단순히 가열 모듈로서 지칭하는 가열 및/또는 냉각 모듈(5)을 포함한다. 그 3개의 모듈은 조립 또는 상호 결합에 의해 인쇄 헤드(1)를 형성하는 별개의 구성 부품이다. 특별한 전제 하에서는 가열 모듈(5)이 생략될 수 있다. 그러나, 그에 관해서는 나중에 비로소 언급하기로 한다.

인쇄 칩(3)의 본체(6)는 반도체 모재, 예컨대 규소로 제조되는 것이 바람직하다. 기판으로서 지칭되기도 하는 본체(6)는 격막(7)과 함께 하나 이상의 매체실(8)을 형성한다. 즉, 매체실(8)의 벽은 기판(6) 및 격막(7)에 의해 형성되는데, 그 경우에 기판(6) 또는 본체는 횡단면에서 보았을 때에 대략 트라프의 형태로 형성되고, 격막(7)은 트라프의 형태의 본체(6)의 개구부를 덮는다. 본체(6)의 내면(9)에는 매체실(8)의 내부에서 매체를 안내하고 다수의 부분 매체실을 형성하는 역할을 하는 마이크로 기계 구조가 마련될 수 있다. 추가의 마이크로 기계 구조는 매체실(8)의 노즐(2)을 형성한다.

격막(7)은 붕규산 유리로 제조되는 것이 바람직하고, 본체의 트라프 에지에 양극 접합에 의해 결합되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 격막(7)은 규소로 제조되고, 소위 규소 융합 접합에 의해 본체(6)의 트라프 에지에 결합될 수도 있다. 즉, 격막(7)은 본체(6)에 고정 결합된다.

또한, 작동 장치로서 지칭되기도 하는 액추에이터 모듈(4)은 액추에이터(11)를 둘러싸는 하우징(10)을 구비한다. 그러한 하우징(10)은 전기 전도성이 없고 열 전도성이 열악한 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 하우징(10)의 재료는 액추에이터(11)의 재료와 대략 동일한 열 팽창 계수를 나타내는 것으로 선택된다. 그를 위해, 예컨대 세라믹, 특히 산화지르코늄이 제공될 수 있다. 하우징(10)은 격막(7)과 대면된 측에서 하우징 벽을 구비하지 않는다. 즉, 하우징(10)의 개구부가 격막(7)에 의해 덮혀진다. 인쇄 칩(3)과 액추에이터 모듈(4)과의 결합을 위해, 격막(7)은 적어도 하우징(10)과의 그 접촉 지점의 구역에서 금 도금된다. 그러한 금 도금은 예컨대 증착 또는 스퍼터링에 의해 부착될 수 있다. 필요에 따라서는, 금 도금부와 격막과의 사이에 하나 이상의 소위 접착 매개 층이 마련될 수 있다. 하우징(10)의 개구부를 둘러싸는 에지(13)(도 2를 참조)도 마찬가지로 금 도금된 채로 형성되는 것이 바람직하다. 그것은 예컨대 금을 함유한 두꺼운 층의 소성 페이스트에 의해 구현될 수 있다. 그 경우, 실제의 결합부(14)를 제조하기 위해, 인쇄 칩(3)과 액추에이터 모듈(4)과의 사이에 금 용접 결합 또는 납땜 결합이 이뤄지게 된다.

전술된 바와 같이, 하우징(10)은 액추에이터(11)를 둘러싸게 된다. 액추에이터(11)는 직사각형 횡단면으로 존재하는 것이 바람직한 박편, 즉 길고 얇은 스트립으로서 형성된다. 액추에이터(11)는 일 실시예에서는 피에조 소자(15)로 되고, 그 피에조 소자(15)는 하우징의 후면(16)으로부터 격막(7)까지 연장되어 그 격막(7)과 접촉하게 된다. 하우징(10)의 후방 벽(16)은 틈새(17)를 구비하고, 액추에이터(11)의 일 단부(18)가 그 틈새(17)를 통과하여 맞물리게 된다. 액추에이터(11)는 그 일 단부(18)로써 바람직하게는 접착에 의해 틈새(17)의 내부에 고정된다. 즉, 하우징(10)은 액추에이터(11)의 지지 요소 또는 지지체(19)를 형성한다. 액추에이터(11)의 단부(18)에는 하우징(10)으로부터 돌출하는, 즉 하우징의 후방 벽(16)을 넘어 돌출하는 연장부(20)가 아울러 마련되는 것이 바람직하다. 그러한 연장부(20)는 관측자와 대면된 측면에 전기 접촉 수단(21)을 구비한다. 또한, 관측자로부터 외면된 연장부(20)의 측면, 즉 도면의 평면에 대해 평행한 보이지 않는 측면에 추가의 접촉 수단이 마련된다. 각각의 접촉 수단은 액추에이터용 작동 전극과 도전 접속되는데, 여기에서는 관측자와 대면된 작동 전극(22)만이 보일 수 있을 뿐이다. 다른 작동 전극은 도면의 평면에 대해 평행하게 연장되는 박편형 액추에이터의 측면에 작동 전극(22)과 평행하게 배치된다.

액추에이터(11)는 그 타 단부(23)에서 격막(7)과 기계적으로 연계하여 작용하게 된다. 액추에이터(11) 또는 피에조 소자(15)는 단지 국부적으로만 작동 전극을 구비함을 도 1로부터 알 수 있다. 즉, 액추에이터(11)는 활성 부분(24)과 비활성 부분(25)을 형성한다. 비활성 부분(25)에는 작동 전극이 전혀 마련되지 않거나, 활성 부분과 비활성 부분간의 전이 구역에서 작동 전극이 단절된다. 즉, 전기적으로 상호 접속되지 않는다. 본 실시예에서는 액추에이터(11)의 활성 부분(24)이 비활성 부분(25)보다 현저하게 더 길게 형성되어 있다. 후방 벽(16)을 기점으로 하여, 액추에이터(11)는 그 활성 부분(24)에 의해 격막(7) 쪽으로 연장되고, 그 활성 부분에는 그 단부(23)가 격막(7)에 접하는 비활성 부분(25)이 연접된다. 비활성 부분(25)은 열 차단 소자(26)를 형성하여 격막(7)에 존재하는 열이 액추에이터(11)의 피에조 전기 활성 부분(24)에 어떠한 영향도 미치지 않게끔 한다. 그 결과, 액추에이터(11) 또는 그 활성 부분(24)은 열적으로 격막(7)으로부터 디커플링되게 된다. 열 차단 소자(26)란 열 전도성이 열악하거나, 적어도 격막(7)에 존재하는 열이 약화되거나 감소된 채로 활성 부분(24)에 전달되도록 형성되는 소자를 의미한다. 격막(7)과 액추에이터(11)간의 열악한 열 전달을 더욱 증진시키기 위해, 액추에이터(11)의 비활성 부분(25)은 격막(7) 쪽으로 점감되는 것이 바람직하다. 즉, 격막(7)과 액추에이터 또는 열 차단 소자(26)간의 접촉 면적이 작아서 작은 열 전달 면이 주어지게 된다.

본 실시예에서는 액추에이터가 일체로 형성된다. 즉, 활성 부분 및 비활성 부분(24, 25)이 동일한 재료로 일체로 제조된다.

하우징(10)은 열적으로 격막(7)으로부터 디커플링되는 것이 바람직하다. 즉, 격막(7)으로부터 하우징(10)으로의 보다 더 작은 열 흐름이 존재하여 격막(7)에 존재하는 열이 액추에이터(11)용 받침대(W)로서의 역할을 하는 하우징의 후방 벽(16)까지는 거의 침투될 수 없게 된다. 따라서, 액추에이터의 단부(18)도 역시 열적으로 격막으로부터 디커플링되어 활성부(24)의 열에 대한 영향이 낮게 유지될수 있게 된다. 특히, 격막(7)과 하우징(10)간의 열적 디커플링을 위해, 하우징(10)의 에지(13)는 격막(7)과의 작은 접촉 면적을 구비하게 된다. 그를 위해, 특히 에지에서 개방되게 형성되는 다수의 슬릿(27)이 마련된다. 즉, 슬릿 및 그 사이에 놓이는 개재부가 빗 구조물(29)(도 2를 참조)을 형성하여 격막(7)과 하우징(10)간에 비교적 작은 열 전달 면(30)이 존재하게끔 한다. 슬릿(27)은 하우징(10)의 하부 하우징 벽(31)과 상부 하우징 벽(32)에서 연장되는 것이 바람직하다. 물론, 측방 하우징 벽(33)에서 그 에지에 그러한 슬릿 또는 빗 구조물이 마련될 수도 있다. 슬릿(27)은 에지(13)를 기점으로 하여 격막에 대해 대략 직각으로 연장된다. 슬릿(27)은 하우징 벽에서 단지 국부적으로만 연장된다. 즉, 하우징의 후방 벽(16)까지는 연장되지 않는다. 따라서, 지지체(19)는 슬릿(27) 또는 빗 구조물, 틈새(17), 및 보호 매체 유입 개구부(43)가 전방 또는 후방으로부터 도입될 수 있게끔, 즉 측방 개구부를 형성할 필요가 없게끔 형성되는 것이 바람직하다. 그에 의해, 지지체(19)가 주형으로 매우 간단하게 제조될 수 있게 된다.

슬릿(27)이 마련됨으로써, 하우징(10)은 열 팽창 보상부까지 구비하게 된다. 작은 접촉 면(30)에 의해 격막(7)과 하우징(10)간에 열적 디커플링이 존재함에도 불구하고, 하우징(10)은 격막에 인접되게 놓인 구역에서 가열되게 된다. 슬릿(27)은 열 팽창 보상부로서의 역할을 하여 하우징(10) 또는 지지체(19)의 "왜곡"을 감소시키거나 방지하게 된다. 특히, 하우징 벽(31, 32, 또는 33)은 에지(13) 쪽으로 점감되는 것을 도 1로부터 명확히 알 수 있다.

격막(7)으로부터 외면된 측에서 본체(6)에 가열 모듈(5)이 마련된다. 즉, 가열 모듈(5)은 본체(6)의 트라프 바닥(34)에 대면된 채로 놓이게 된다. 가열 모듈(5)은 광원(36)에 의해 형성될 수 있는 열원(35)을 포함한다. 광원(36)으로는할로겐 램프가 사용되는 것이 바람직하다. 그러한 열원(35)에 의해, 매체실(8) 중에 존재하는 금속 매체가 액상으로 존재하여 노즐(2)을 통해 인쇄 칩(3)으로부터 분사될 수 있게끔 가열되게 된다. 열원(35)의 효율을 높이기 위해, 열원(35)은 트라프 바닥(34)에 의해 폐쇄되는 케이싱(37)으로 둘러싸인다. 케이싱(37)의 내면에는 열원(35)으로부터 나오는 열 방사선을 트라프 바닥(34) 쪽으로 반사시키는 반사 금속 코팅(38)이 부착되어 있다. 따라서, 열원(35)에서 생성된 열은 실질적으로 케이싱(37)으로부터 빠져나올 수 없게 된다. 케이싱(37)은 열 전도성이 열악한 재료로 제조될 수도 있다. 3개의 모듈(3, 4, 5)을 배치함에 있어서는 열을 이루는 배치가 선택되고, 그에 따라 열원(35)이 액추에이터(11)에 직접 작용할 수 없게 된다.

인쇄 헤드(1)에 대해서는 다음의 작동 방식이 주어진다.

본 발명에 따르면, 인쇄 헤드(1)는 적어도 매체실(8) 중에서 고온이고 액상으로 존재하는 고온의 액상 매체를 분사하는데 사용된다. 액추에이터(11)가 작동되면, 격막(7)은 트라프 바닥(34) 쪽으로 휘어지거나 만곡되어 매체실(8)의 체적이 감소되게끔 한다. 그에 의해, 매체실(8)의 체적 감소에 비례하는 고온의 액상 매체의 부분이 노즐(2)로부터 밀어내어진다. 연이어 액추에이터(11)의 작동이 정지되면, 격막은 다시 트라프 바닥(34)으로부터 후퇴되고, 그에 의해 노즐(2)로부터 고온의 액상 매체가 액적으로서 분사된다. 격막(7)의 휘어짐은 피에조 소자(15)의 전기적 작동에 의해 이뤄진다. 작동 전극에 전압을 인가함으로써, 박편형 피에조 소자(15)가 그 공간적 형상을 변경하게 된다. 작동 전극이 어떤 극성으로 구동되는지에 따라, 피에조 소자의 활성 부분(24)이 길어지거나 짧아진다. 따라서, 격막은 트라프 바닥(34) 쪽으로 구부려지거나 만곡되거나 융기될 수 있다. 즉, 액추에이터(11) 또는 피에조 소자(15)의 구동에 의해 매체실(8)의 체적이 변경된다는 것은 자명하다. 액추에이터(11)의 임펄스형 구동에 의해, 고온의 액상 매체의 다수의 액적이 노즐(2)로부터 연속적으로 분사될 수 있다. 구동 주파수의 여하에 따라, 그러한 액적이 매우 신속하게 노즐(2)로부터 연속적으로 분사될 수 있다. 작동 전극으로의 에너지 입력 여하에 따라, 격막(7)의 휘어지는 크기가 영향을 받을 수 있다.

각각의 분사 액적의 체적을 거의 일정하게 유지하기 위해, 액추에이터(11)는 예컨대 열 또는 기계적 변형과 같은 외부의 영향으로부터 무관하게 유지되어 격막(7)이 구동시마다 또는 휘어질 때마다 동일한 경로로 복원되도록 하는 것이 중요하다. 액추에이터(11)에 대한 열의 영향을 가능한 한 최소로 유지시키기 위해, 전술된 바와 같이 열 차단 소자(26)가 마련된다. 피에조 소자(15)에 대한 기계적 영향을 감소시키기 위해, 전술된 바와 같이 액추에이터(11)의 하우징(10) 또는 지지체(19)는 열 기술적으로 격막(7)으로부터 디커플링되고, 아울러 전술된 열 팽창 보상부를 구비한다.

액추에이터(11)의 기계적 안정성 및 정향을 증진시키기 위해, 하우징(10)의 내부에는 횡단면으로 보았을 때 대략 C형으로 형성되는 소위 조정 및 지지판(39)이 마련된다. 이후로 단지 지지판(39)으로서만 지칭되는 그러한 조정 및 지지판은 하우징 내면에 있는 경사부(40)에 의해 안내되어 정확하게 정향된다. 지지판(39)은C형의 다리부의 자유 단부에 의해 하우징(10)과 대면된 격막(7)의 측면에 접한다. 지지판(39)은 C형의 베이스의 대략 중심에 틈새(41)를 구비하고, 액추에이터(11)는 그 열 차단 소자(26)에 의해 틈새(41)를 통과하여 맞물리게 된다. 그러한 틈새(41)는 액추에이터(11)가 작동 전극의 구동에 의한 그 길이의 변동 시에 악영향을 받음이 없이 안내되게끔 그 크기가 결정된다. 지지판(39)은 하우징(10)과 동일한 재료로 제조되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서는 인쇄 헤드(1)가 보호 매체 배출 개구부(42)를 구비하고, 그 보호 매체 배출 개구부(42)는 보호 매체 배출 개구부로부터 배출되는 보호 매체가 노즐(2)의 포트 쪽으로 흐르도록 배향된다. 보호 매체로서는 노즐(2)로부터 배출되는 고온의 액상 매체의 산화를 방지하는 보호 매체, 특히 불활성 가스가 사용된다. 불활성 가스로서는 예컨대 질소 가스가 사용될 수 있다. 노즐(2)로부터 배출되는 액적이 보호 매체로 된 보호 분위기로 에워싸이게끔 함으로써, 액적의 "비산" 중에 그 액적이 산화되는 것이 방지되게 된다. 그것은 금속 납땜이 매체실(8)로부터 고온의 액상 매체로서 접합부를 구비한 기판 상에 도포되어야 할 경우에 특히 중요하다. 하우징(10)은 예컨대 하우징의 후방 벽(16)에 존재할 수 있는 보호 매체 유입 개구부(43)를 구비하는 것이 바람직하다. 보호 매체는 보호 매체 유입 개구부(43)를 통해 하우징(10) 내에 도입되어 하우징(10)을 통해 흐른 후에 전술된 바와 같이 보호 매체 배출 개구부(42)에서 배출되게 된다. 특히, 보호 매체 유입 개구부(43) 및 보호 매체 배출 개구부(42)는 액추에이터(11), 특히 그 활성 부분(24)이 보호 매체의 흐름 경로에 놓이게끔 하우징에 배치된다. 즉,보호 매체는 액추에이터에 대한 냉매로서의 역할까지도 하게 된다. 보호 매체 배출 개구부로서 빗 구조물(29)의 슬릿(27)을 선택하는 것이 특히 바람직하다. 하우징(10)의 내부에서의 보호 매체의 흐름 경로는 보호 매체가 하우징의 후방 벽(16)에 있는 보호 매체 유입 개구부(43)에서 유입되어 액추에이터(11)의 주위를 흐르고, 지지판에 있는 틈새(41)를 통해 빠져 나오며, C형 지지판의 다리부에 있는 슬릿(44)을 통해 흘러 보호 매체 배출 개구부(42)에 도달되게끔 선택된다. 그 경우, 슬릿(44)은 하우징(10)에 잇는 슬릿(27)과 합동으로 일치하도록 놓이는 것이 바람직하다. 물론, 지지판(39)과 하우징(10)간의 가이드 경사부 사이에 보호 매체 배출 개구부(42)에 연통되는 흐름 채널이 존재하도록 지지판(39)의 다리부가 형성되는 것도 생각할 수 있다.

본 실시예에서는 매체실(8) 중에 존재하는 매체, 특히 금속 납땜이 열원(35)에 의해 가열된다. 매체실(8)로부터 분사하려는 고온의 액상 매체가 이미 액상 상태로 매체실(8)에 공급되는 것도 생각할 수 있다. 그 경우에는 필요에 따라 가열 모듈(5)을 생략할 수 있다.

인쇄 헤드(1)로 매우 저온의 액상 매체를 분사할 수 있도록 하기 위해, 예컨대 트라프 바닥(34)에 배속되는 냉각 장치가 마련될 수도 있다. 그를 위해, 히트 싱크, 특히 펠티어 소자가 마련될 수 있다. 물론, 열원 또는 가열 장치뿐만 아니라 냉각 장치 또는 히트 싱크까지 마련하는 것도 가능하다.

광원(36) 대신에, 매체실(8)의 외부에서 트라프 바닥(34)에 존재하는 가열 저항(도시를 생략)이 열원(35)으로 마련될 수 있다. 그러한 가열 저항은 박층 기술로 기판 또는 본체(6) 상에 부착되는 것이 바람직하다. 가열 저항은 이붕화하프늄으로 이뤄지는 것이 바람직하다.

매체실(8) 중에 존재하는 매체의 매체 온도를 검출하고 탐지하기 위해, 격막(7)과 지지판(39)과의 사이에, 즉 매체실(8)의 외부에 존재하는 하나 이상의 온도 검출 장치(45)가 격막(7)에 마련될 수 있다.

하나 이상의 온도 검출 장치(45)는 예컨대 열전 소자 또는 박막 센서에 의해 형성되는 온도 센서로서 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 금속 납땜으로 이뤄진 접합부를 제조하는 방법에 관해 설명하기로 한다. 그러한 접합부는 접촉로로서 지칭되기도 하는 접점을 구비하는데, 그 접점은 금속 납땜으로 적셔져야 한다. 그를 위해, 전술된 인쇄 헤드(1)를 예컨대 주석/납 합금 또는 주석/금 합금으로 될 수 있는 액상 납땜을 분사하는데 사용한다. 물론, 특히 전자 제조 공업으로부터 공지된 모든 연납땜을 사용할 수 있다. 매체실(8) 중에 존재하는 고온의 액상 납땜을 격막을 휘게 함으로써 액적의 형태로 노즐(2)로부터 접합부의 접점 상에 도포한다. 그를 위해, 매체실(8) 중에 존재하는 고온의 액상 납땜을 인쇄 헤드(1)로부터 나오는 하나 이상의 고온의 액상 액적으로서 노즐(2)로부터 분사한다. 고온의 액상 납땜 액적의 산화를 방지하기 위해, 액적을 보호 매체 방출 개구부(2)로부터 방출되는 산화 방지 매체로 에워싼다. 접합부의 접점이 최적으로 적셔지는 것을 보장하기 위해, 매체실(8)의 내부의 납땜 온도를 온도 검출 장치(45)에 의해 감시한다. 즉, 검출된 온도에 의존하여 매체실(8)의 내부에서 납땜이 원하는 온도로 유지되도록 열원(35)을 예컨대 온 또는 오프로 절환하는 바와 같이 제어 구동한다. 특히 고온의 액상 납땜을 분사하기 위해서는 매체실(8)의 내부의 온도를 400 내지 600 ℃로 유지시킨다.

따라서, 마이크로 전자 공학, 마이크로 기계 공학, 또는 마이크로 시스템 기술의 접합 기술을 아주 간단하고 저렴하게 단순화시키는 것이 가능하게 된다. 특히, 테이프 자동화 접합(Tape-Automated- Bonding)(TAB), 칩 사이즈 패키징(Chip-Size-Packaging)(CSP), 및 특히 소위 플립 칩 접속(Flip-Chip-Connection)을 단순화시킬 수 있다. 그러한 접합 기술에서는 소자와 기판간의 접합 요소로서 소위 범프(납땜 침착물)가 필요하다. 대부분 범프의 형태인 납땜 침착물을 전술된 본 발명에 따른 인쇄 헤드에 의해 매우 간단하게 제조할 수 있게 된다.

그러한 납땜 침착물을 생성하기 위해, 다수의 액적을 연속적으로 노즐(2)로부터 방출할 수도 있다. 그를 위해, 전술된 바와 같이 액추에이터(11)의 임펄스형 구동을 제공하여 격막(7)이 신속하게 왕복 이동되게끔 함으로써 개개의 액적이 노즐(2)로부터 방출될 수 있게 된다.

물론, 다수의 노즐(2)을 구비한 인쇄 헤드(1)를 사용하는 것도 가능한데, 그 경우에는 특히 노즐이 매트릭스형으로 배치되도록 조치한다. 예컨대, 다수의 노즐(2)이 열을 지어 연속적으로 배치될 수 있다. 즉, 도면 평면에 평행한 평면에 배치될 수 있다. 다수의 노즐을 구비한 인쇄 헤드(1)를 사용할 경우에는 다수의 부분 매체실이 마련되는 것이 바람직한데, 그 경우에 각각의 부분 매체실에 하나 이상의 노즐(2)이 배속되는 것이 좋다. 각각의 부분 매체실은 별개의 격막(7)을 구비하고, 그 각각의 격막은 각각의 액추에이터(11)에 의해 구동되는 것이 바람직하다. 환언하면, 모든 노즐 또는 모든 격막은 하나 이상의 액추에이터(11)에 의해 서로 별개로 구동될 수 있다. 다수의 노즐을 구비한 인쇄 헤드(1)를 사용할 경우에는 액추에이터를 도 2에 도시된 바와 같이 배치하는 것이 바람직하다. 액추에이터(11)는 열을 지어 서로 나란히 놓여지고, 그에 따라 그 연장부(20)가 서로 나란히 하우징의 후방 벽(16)으로부터 돌출된다. 그 경우, 연장부(20)의 양측에 접촉 수단(21)을 마련하여 하우징의 외부에서 작동 전극의 접촉이 이뤄질 수 있게끔 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 인접된 2개의 액추에이터(11)의 연장부(20)는 서로 엇갈리게 놓여지고, 그에 따라 대응 접촉 수단에 충분한 공간이 제공되어 접촉 수단(21)이 대응 접촉 수단과 도전 접속될 수 있게 된다. 또한, 도 3으로부터 다수의 보호 매체 유입 개구부(43)가 하우징의 후방 벽(16)에 마련될 수 있음을 명확히 알 수 있다. 특히, 보호 매체 유입 개구부(43)가 2개의 액추에이터(11)에 대해 마련되도록 조치할 수 있다. 하우징(10)의 내부에는 상부와 하부 하우징 벽(31, 32) 사이에 연장되어 개개의 액추에이터(11)를 서로 분리시키는 격벽이 마련되는 것을 생각할 수 있다.

도 4에는 지지판(39)이 평면도로 도시되어 있다. C형 지지판(39)의 양 다리부에 다수의 슬릿(44)이 마련될 수 있음을 알 수 있다. 그러한 슬릿(44)은 도 1에 도시된 바와 같은 하우징(10)에 있는 슬릿(27)과 합동으로 일치되게 놓여지도록 지지판(39)의 다리부에 도입될 수 있다. 하우징에 있는 슬릿(27)을 하부 하우징 벽(31)은 물론 상부 하우징 벽(32)도 형성하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 특히, 슬릿(27)이 하부 하우징 벽(31)에 존재하여 보호 매체 배출 개구부(42)를 형성한다면 그것으로 충분하다.

이하, 하나 이상의 인쇄 칩(3) 및 액추에이터 모듈(4)을 포함하고 잉크젯 인쇄 원리에 따라 작업하는 인쇄 헤드(1)의 제조 방법에 관해서도 설명하기로 한다. 추가로, 가열 모듈(5)이 마련될 수 있다. 제조 시에는 액추에이터(11) 또는 액추에이터 모듈(4)을 열적으로 디커플링시킨 채로 서로 결합하도록 조치한다. 특히, 인쇄 칩(3)은 마이크로 기계 구조를 구비한 규소 기판으로서 제조되는데, 그 경우에 마이크로 기계 구조는 매체를 안내하고 분사 개구부 또는 노즐(2)을 형성하기 위해 마련되는 것이다. 규소 기판을 트라프의 형태로 형성하고, 그 트라프의 형태의 규소 기판의 내면에 매체 안내를 위한 마이크로 기계 구조를 배치하는 것이 바람직하다. 이어서, 노즐을 규소 기판의 내면으로부터 외면으로의 개구부로서 형성한다. 트라프의 형태의 규소 기판의 개구부를 매체실(8)을 형성하기 위한 격막(7)으로 덮는다. 그 경우, 격막(7)이 붕규산 유리로 이뤄질 경우에는 그 격막(7)을 양극 접합에 의해 규소 기판에 결합하는 것이 바람직하다. 격막이 규소로 제조될 경우에는 그 격막(7)과 기판 또는 본체(6)간의 결합을 소위 규소 융합 접합에 의해 행한다. 액추에이터 모듈(4)과 인쇄 칩(3)과의 조립 및 결합 시에는 우선 액추에이터(11)를 그것을 유지시키는 지지체(19) 또는 하우징(10) 내에 삽입하고, 이어서 지지체를 특히 본체(6)의 트라프 개구부와 대향된 측에서 격막과 결합한다. 격막(7)과 지지체(19)간의 결합을 위해, 격막(7)을 특히 추후에 격막(7)과 하우징(10)간의 접합부에 속하게 될 구역에서 증착 또는 스퍼터링에 의해 금 도금한다. 지지체의 에지(13)를 격막과 결합하기 전에 마찬가지로 금 도금하는데, 그를 위해 금을 구비한 박층 소성 페이스트를 마련한다. 지지체(19)와 격막(7)간의 결합을 금 용접 결합 또는 납땜 결합에 의해 행하는 것이 바람직하다.

지지체(19) 또는 하우징(10)을 소위 고온 주조 방법으로 산화지르코늄으로 제조하는 것이 바람직한데, 그 경우에는 틈새(17), 슬릿(27), 및 가이드 경사부(40)를 주조 과정 중에 함께 형성할 수 있다. 선택적으로, 세라믹을 소결한 후에 슬릿(27), 가이드 경사부(40), 및 보호 매체 유입 개구부(43)를 형성하기 위한 처리 또는 가공을 하는 것도 가능하다.

액추에이터(11)를 지지체의 내부에 위치적으로 정확하게 조립하기 위해, 전술된 조정 및 지지판(39)을 사용하는데, 그 조정 및 지지판(39)은 액추에이터(11)를 틈새(17) 내에 끼워 접착시킨 후에 열 차단 소자(26) 위에 끼워져서 열 차단 소자가 지지판(39)에 있는 틈새(41)를 통과하여 맞물리게끔 한다. 지지판(39)의 삽입 시에는 그 지지판(39)을 가이드 경사부(40)에 의해 정확한 위치로 확실하게 지지체(19) 또는 하우징(10) 내에 유지시킨다. 그럴 경우, 액추에이터는 그 자유 단부(23)가 격막에 작용하여 그 격막을 휘게 할 수 있도록 하우징의 후방 벽(64)에 있는 받침대(W)와 지지판(39)과의 사이에 유지되게 된다.

추가의 제조 단계는 열전 소자 또는 박막 센서로서 형성되는 온도 센서를 격막에 배속시키는 것이다. 액추에이터 모듈(4)을 격막 상에 끼우기 전에 온도 센서를 장착하는 것이 바람직하다. 온도 센서를 별개의 부품으로서 또는 증착 또는 스퍼터링과 리소그래피 패터닝에 의한 박막 기술로 제조하거나 형성할 수 있다.

규소 기판에는, 특히 트라프 바닥(34)의 외면에는 가열 저항을 박층 기술로부착할 수 있다. 이붕화하프늄을 저항 재료로서 스퍼터링에 의해 부착하고, 이어서 리소그래피 패터닝에 의해 가열 저항을 형성하는 것이 바람직하다.

잉크젯 인쇄 원리에 따라 작업하는 전술된 인쇄 헤드(1)에 의해, 바람직하게도 그러한 유형의 잉크젯 인쇄 헤드의 적용 분야를 확대시키는 것이 가능하게 되고, 그에 따라 마이크로 전자 공학 또는 마이크로 기계 공학 및 마이크로 시스템 기술에서의 접합부를 간단하게 제조할 수 있게 된다. 예컨대, 그러한 잉크젯 인쇄 헤드가 열에 둔감한 액추에이터 소자를 구비할 경우에는 종래의 잉크젯 인쇄 헤드를 사용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 열적으로 매체실로부터 디커플링된 액추에이터 소자를 구비하는 전술된 인쇄 헤드를 사용하는 것이 바람직하다.

Claims (37)

1. 매체실의 하나의 벽을 형성하는 격막 및 그 격막과 기계적으로 접촉하는 액추에이터를 구비하는 고온의 액상 매체 분사용 인쇄 헤드에 있어서,

   액추에이터(11)는 열적으로 격막(7)으로부터 디커플링되는 것을 특징으로 하는 고온의 액상 매체 분사용 인쇄 헤드.
2. 제1항에 있어서, 열적 디커플링은 격막(7)과 액추에이터(11)와의 사이에 배치되는 열 차단 소자(26)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액추에이터(11)는 피에조 소자(15)인 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 열 차단 소자(26)는 피에조 소자(15)의 일체형 구성 부품인 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 피에조 소자(15)는 활성 구역 및 열 차단 소자(26)를 형성하는 비활성 구역(24; 25)을 구비하고, 피에조 소자(15)의 활성 구역(24)은 전극(22)을 구비하며, 비활성 구역(25)은 전극이 없이 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 열 차단 소자(26)의 구역에서의 횡단면은 액추에이터(11)의 잔여 구역에서의 횡단면보다 더 작은 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 매체실(8)의 잔여 벽은 규소로 이루어진 기판(6)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 액추에이터(11)는 하우징(10)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 액추에이터(11)는 박편으로서 형성되고, 격막(7)과 액추에이터(11)용 받침대(W)를 형성하는 하우징 벽(16)과의 사이에 연장되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(10)은 전기적으로 절연되고/절연되거나 열 전도성이 열악하게 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(10)은 액추에이터(11)의 피에조 세라믹과 유사한, 바람직하게는 동일한 열 팽창 계수를 보이는 재료로 제조되는 것을특징으로 하는 인쇄 헤드.
12. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 매체실(8)의 격막(7)은 하우징 벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
13. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(10)은 열적으로 매체실(8)로부터 디커플링되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
14. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(10)은 열 팽창 보상부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
15. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 매체용 가열 장치(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
16. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
17. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 장치(35) 및/또는 냉각 장치는 매체실(8)에 배속되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
18. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 장치 및/또는 냉각 장치는 케이싱(37)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
19. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 케이싱(37)의 하나의 벽은 기판(6)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
20. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 케이싱(37)은 열적으로 기판(6)으로부터 디커플링되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
21. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 매체실(8)은 고온의 액상 매체용의 하나 이상의, 특히 다수의 분사 개구부(2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
22. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 고온의 액상 매체의 산화를 방지하고 보호 분위기를 형성하는 보호 매체용 보호 매체 배출 개구부(42)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
23. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 보호 매체 배출 개구부(42)는 액추에이터(11)의 하우징(10)에 마련되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
24. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(10)은 보호 매체용 유입개구부(43)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
25. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 유입 개구부(43) 및 배출 개구부(42)는 액추에이터(11)가 적어도 국부적으로 보호 매체의 흐름 경로에 놓이게끔 하우징(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
26. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(10)과 매체실간의 열적 디커플링 및/또는 하우징의 열 팽창 보상은 하우징에 있는 하나 이상의 슬릿(27)에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
27. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 슬릿(27)은 보호 매체 배출 개구부(42)로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
28. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬릿(27)은 하우징 에지(13)에서 빗 구조물(29)을 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
29. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(10)의 내부에는 격막(7)과 대략 평행하게 놓이는 액추에이터(11)용 지지판(39)이 마련되고, 액추에이터(11)는 격막(8)과 대면된 그 열 차단 소자(26)에 의해 지지판(39)을 통과하여 맞물리는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
30. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 지지판(39)은 하우징 내면에 형성된 가이드 경사부(40)에 의해 유지되고 안내되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
31. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 매체실(8)에는 매체 온도용 온도 검출 장치(45)가 배속되는 것을 특징으로 하는 인쇄 헤드.
32. 잉크젯 인쇄 원리에 따라 작업하고 열적으로 디커플링된 액추에이터를 구비하는, 특히 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 따른 인쇄 헤드를 특히 마이크로 기계 부품 및/또는 마이크로 전자 소자의 납땜 접합부에 금속 납땜을 도포하는데 사용하는 용도.
33. 금속 납땜으로 이뤄진 접합부의 제조 방법에 있어서,

    납땜을 잉크젯 인쇄 원리에 따라 작업하는 장치에 의해 고온의 액상 납땜으로서 접합부의 접점 상에 분사하는 것을 특징으로 하는 금속 납땜으로 이뤄진 접합부의 제조 방법.
34. 제33항에 있어서, 납땜을 하나 이상의 고온의 액상 액적으로서 상기 장치(인쇄 헤드(1))로부터 분사하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 분사 시에 납땜을 산화 방지 매체, 바람직하게는 불활성 가스로 에워싸는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
36. 제33항 내지 제35항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(인쇄 헤드(1)) 중에 존재하는 고온의 액상 매체의 온도를 검출하고 감시하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
37. 제33항 내지 제36항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(인쇄 헤드(1))를 다수의 액적을 분사하는 역할을 하는 임펄스형으로 구동하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.