KR20020050123A - 액체-분사 프린트헤드 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

액체-분사 프린트헤드(200)(fluid-jet printhead)는 액체를 분사하는 액체 챔버(100)(fluid chamber)를 규정하는 적어도 하나의 층(82)을 갖는 기판(10)을 포함한다. 또한, 프린트헤드(200)는 액체 챔버(100)와 기판(10) 사이에 배치된 저항층(30)을 포함하며, 액체 챔버(100)는 액체 챔버(100)와 기판(10) 사이에 매끄러운 평탄한 표면을 갖는다. 프린트헤드(200)는 저항층(30)과 기판(10) 사이에 배치된 전도층(40)을 포함하며, 전도층(40)과 저항층(30)은 직접 평행 접촉을 한다. 전도층(40)은 저항층(40) 안에 평면 저항(46)을 생성하는 적어도 하나의 공극(void)을 형성한다. 평면 저항(46)은 액체 챔버(100)와 일렬로 배치된다.

Description

액체-분사 프린트헤드 및 그 제조 방법{FLUID-JET PRINTHEAD AND METHOD OF FABRICATING A FLUID-JET PRINTHEAD}
본 발명은 액체-분사 프린터(fluid-jet printer)에 사용되는 프린트헤드(printhead)의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 치수 조정성과 개선된 계단식 도포(step coverage)를 갖는 액체-분사 프린트 카트리지(fluid-jet print cartridge)에 사용되는 액체-분사 프린트헤드에 관한 것이다.
액체-분사 프린터의 한 유형은 노즐로부터 액적을 배출하는 압력 펄스를 발생시키기 위해 압전 변환기를 사용한다. 또 다른 유형의 액체-분사 프린터는 액적을 배출하는 액체 챔버(fluid chamber) 안에 증기 기포를 발생 시키기 위해 열 에너지를 사용한다. 이 두 번째 유형은 열(thermal) 액체-분사, 혹은 버블 젯 프린팅 시스템(bubble jet printing system)으로 불린다.
통상적인 열 액체-분사 프린터는 그 안에서 작은 액적이 형성되어 프린트 매체를 향해 분사되는 프린트 카트리지를 포함한다. 그러한 프린트 카트리지는 액적을 분사하는 매우 작은 노즐(nozzle)이 있는 오리피스(orifice) 구조체를 가진 액체-분사 프린트헤드를 포함한다. 액체 챔버들은 액체-분사 프린트헤드 내부의 노즐들에 인접하여 있으며, 분사에 앞서 이곳에 액체가 저장된다. 액체 공급부와 유체를 연결하는 도관을 통해 액체는 액체 챔버로 전달된다. 액체 공급부는 예컨대, 프린트 카트리지의 저장부 내에 수용될 수 있다.
노즐을 통한 잉크와 같은 액적의 분사는 인접한 액체 챔버 내의 다량의 액체를 급속히 가열함으로써 달성될 수 있다. 액체 증기의 빠른 팽창은 액체 방울이 오리피스 구조체 안의 노즐을 통과하도록 한다. 이 공정은 일반적으로 "발사"로 알려져 있다. 액체 챔버 안의 액체는 노즐에 인접하여 일렬로 배치된 저항(resistor)과 같은 변환기에 의해 가열될 수 있다.
잉크-젯 카트리지 같은 통상적인 열 액체-분사 프린트헤드 장치들에서는, 얇은 박막 저항들이 가열 요소로 사용된다. 그러한 얇은 박막 장치들에 있어서, 저항 가열 소재(resistive heating material)는 대개 열적으로 그리고 전기적으로 절연된 기판 위에 침착(沈着)된다. 그 뒤, 전도층이 저항 소재 위에 침착된다. 개별 가열 소자들(즉, 저항)은 전도층과 저항층위에서의 통상적인 마스킹(masking), 자외선 노출, 그리고 에칭(etching)등을 포함하는 많은 단계를 거쳐 형성된 석판화 모양의 전도성 트레이스 패턴(condutive trace pattern)에 의해 치수가 정해진다. 보다 상세하게는, 개별 저항들의 임계 너비 치수는 건식 에칭 공정에 의해 조정된다. 예를 들어, 이온 보조 플라즈마(ion assisted plasma) 에칭 공정은 포토레지스트 마스크(photoresist mask)에 의해 보호되지 않는 전도층과 저항층의 부분을 에칭하기 위하여 사용된다. (전도층과 저항층의) 잔류 전도성 박막 적층의 너비는 저항의 최종 너비를 규정한다. 저항의 너비는 전류 유동 방향에 수직인 노출 저항의 너비로 규정된다. 반대로 개별 저항의 임계 길이 치수는 이어지는 습식 에칭 공정에 의해 조정된다. 습식 에칭 공정은 저항의 길이를 규정하는 전도층위에 경사벽을 갖는 저항을 생성하기 위해 사용된다. 전도층의 경사벽들은 차후에 제조되는 층들의 계단식 도포를 가능하게 한다.
위에서 논의된 바와 같이, 통상적인 열 액체-분사 프린트헤드 장치들은 건식 에칭 공정과 습식 에칭 공정을 둘 다 요구한다. 건식 에칭 공정은 개별 저항들의 너비 치수를 결정하는 한편, 습식 에칭 공정은 길이 치수와, 개별 저항들로부터 시작하는 필요한 경사벽을 결정한다. 당해 기술분야에서 주지된 바와 같이, 에칭 공정은 많은 단계를 요하기 때문에 프린트헤드 장치를 생산하는 시간과 비용을 증가시킨다.
하나 또는 그 이상의 패시베이션(passivation)층과 캐비테이션(cavitation)층이 전도층과 저항층 위에 계단 형상으로 제조되고, 그 뒤, 제 2 전도층을 전도성 트레이스에 전기적으로 연결시키는 비아(via)를 생성하기 위해 패시베이션층과 캐비테이션층이 선택적으로 제거된다. 각각의 트레이스로부터, 저항에서 떨어진 노출 접합패드까지의 별개의 전도성 경로를 규정하도록 제 2 전도층이 패턴화 된다. 접합 패드는 프린트 카트리지상의 전기적 접점과의 접촉을 용이하게 한다. 활성화 신호들은 프린터로부터 전기 접점을 경유해 저항에 공급된다.
프린트헤드 하부구조체는 적어도 하나의 오리피스 층으로 덮인다. 바람직하게는, 이 적어도 하나의 오리피스층 내에 소망의 발사 액체 챔버의 모양을 규정하도록 에칭된다. 액체 챔버는 저항 위에 그리고 저항과 일렬로 배치된다. 이 적어도 하나의 오리피스 층은 바람직하게는 폴리머(polymer) 코팅으로 형성되거나, 선택적으로 액체 배리어층과 오리피스판으로 제조된다. 오리피스 층을 형성하는 다른 방법들은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 잘 알려져 있다.
직접 구동 열 액체-분사 프린터 설계에서, 박막 장치는 바람직하게는 프린트헤드 하부구조체의 집적회로부 내에 통합된 전자장치들에 의해 선택적으로 구동된다. 집적회로는 프린터 마이크로 프로세서로부터 전도층들을 통해 저항까지 전기적 신호를 직접 전달한다. 이 저항이 온도가 증가하여, 액체 챔버로부터 노즐을 통해 분사하기 위한 과열된 액체 버블을 생성한다. 그러나 만약 저항 치수들이 엄밀하게 제어되지 않으면, 통상적인 열 액체-분사 프린트헤드 장치들은 고르지 못하고 신뢰할 수 없는 액적 크기와, 액적의 발사에 요구되는 턴온 에너지(turn-on energy, TOE)가 고르지 못한 문제를 겪는다. 또한, 액체 챔버 안의 층형화된 부분들은 낙하 궤적과 장치의 신뢰도에 영향을 준다. 장치의 신뢰도는 액적 분사 후의 기포 붕괴에 의해 영향을 받아 층형화된 부분을 마멸시킨다.
일관성 있으며 신뢰할 수 있는 크기를 갖는 액적을 생성할 수 있는 액체-분사 프린트헤드를 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 액적의 발사에 요구되는 일관된 턴온 에너지를 갖는 액체-분사 프린트헤드를 제조하는 것이 요망된다.
액체-분사 프린트헤드는 액체를 분사하는 액체 챔버를 규정하는 적어도 하나의 층을 갖는 기판을 구비한다. 또한, 프린트헤드는 액체 챔버와 기판 사이에 배치된 저항층을 포함하며, 액체 챔버는 그것과 기판 사이에 매끈한 평탄한 표면을 갖는다. 프린트헤드는 저항층과 기판 사이에 배치된 전도층을 포함하며, 전도층과 저항층은 직접 평행 접촉을 하고 있다. 전도층은 저항층 안에 평탄한 저항을 생성하는 적어도 하나의 공극(void)을 형성한다. 평탄한 저항은 액체 챔버와 일렬로 배치된다.
본 발명은 일반적인 박막 프린트헤드에 비해 많은 이점을 제공한다. 첫째, 본 발명은 프린트헤드의 저항요소와 분사면에 의해 규정되는 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 액체를 발사할 수 있는 구조체를 제공한다. 둘째, 저항 소재 층의 치수와 편평도가 보다 정밀하게 제어되어, 액적의 발사에 요구되는 턴온 에너지의 편차를 줄인다. 셋째, 저항 크기의 편차가 보다 작아서, 액적의 크기 제어가 보다 양호하다. 넷째, 본 설계에 의해 내부식성, 표면 조직, 그리고 전도층의 전자이동에 대한 저항성 등이 본질적으로 개선된다.
도 1은 종래의 박막 프린트헤드 하부구조체를 도시하는 부분 확대 단면도,
도 2는 종래의 박막 프린트헤드 구조체를 구현하기 위해 사용되는 예시적 공정의 흐름도,
도 3a는 본 발명의 박막 프린트헤드 하부구조체를 도시하는 부분 확대 단면도,
도 3b는 저항 요소의 평면도,
도 4는 본 발명의 박막 프린트헤드 구조체를 구현하기 위해 사용되는 예시적인 공정의 흐름도,
도 5는 본 발명에 의해 제조된 프린트헤드의 사시도,
도 6은 도 5의 프린트헤드를 통합하여 이용하는 예시적인 프린트 카트리지,
도 7은 도 6의 카트리지를 사용하는 예시적인 기록장치인 프린터.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 기판 20 : 절연층
30 : 저항층 40 : 전도층
42a,42b : 전도체 44 : 유전층
46 : 저항 요소 50 : 패시베이션(passivation)층
60 : 캐비테이션(cavitation)층 70 : 액체 배리어(barrier) 구조체
80 : 오리피스판 82 : 오리피스층
90 : 노즐 100 : 액체 챔버(chamber)
200 : 액체-분사 프린트헤드 212 : 가요성 회로
214 : 전기접점 216 : 액체 이송 장치
218 : 본체 220 : 액체-분사 프린트 카트리지
250 : 매체 트레이 252 : 매체 공급 장치
254 : 이송 장치 256 : 매체
다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명에 있어서, 본 명세서의 일부를 형성하며, 본 발명을 실시할 수 있는 특정 실시예들을 도시하는 첨부된 도명을 참조한다. 다른 실시예들도 활용될 수 있으며, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 구조적 또는 논리적 변형이 이루어질 수 있음이 양해되어야 한다. 따라서, 다음의 상세한 설명은 제한적으로 인식되어서는 안되며, 본 발명의 범위는 오직 첨부된 청구 범위에 의해 정의된다.
본 발명은 액체-분사 프린트헤드, 액체-분사 프린트헤드를 제조하는 방법, 그리고 액체-분사 프린트헤드의 사용에 관한 것이다. 본 발명은 통상적인 액체-분사 혹은 잉크-젯 프린트헤드에 비해 많은 이점을 제공한다. 첫째, 본 발명은 프린트헤드의 저항 요소와 분사면에 의해 규정된 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 액적을 발사할 수 있는 구조체를 제공한다. 둘째, 저항층의 치수와 편평도가 정밀하게 제어되며, 이는 액적의 발사에 요구되는 턴온 에너지의 편차를 줄인다. 셋째, 저항 크기의 편차가 보다 작아서, 액적의 크기 제어가 보다 양호해진다. 넷째, 본 설계는 본질적으로 개선된 내부식성, 전도층의 개선된 전자이동에 대한 저항성, 그리고 보다 매끈한 저항 표면을 제공한다.
도 1은 일반적인 박막 프린트헤드(190)를 도시하는 부분 확대 단면도이다. 개별 박막 층의 두께는 축척으로 그려지지 않았으며 오직 설명의 목적으로만 그려졌다. 도 1에 도시된 바와 같이, 박막 프린트헤드(190)는 액체 배리어층(70)에 부착되어 있으며, 이 액체 배리어층은 오리피스판(80)과 함께 액체 챔버(100)를 규정하여 오리피스층(82)을 생성하도록 형성된다(도 5 참조). 선택적으로, 오리피스층(82)과 액체 배리어층(70)은 하나 또는 그 이상의 폴리머 재료의 층으로 만들어질 수 있다. 액체 챔버(100) 안의 액적은 프린트헤드 사용시 급속히 가열되어 노즐을 통해 발사된다.
박막 프린트헤드 하부구조체(190)는 기판(10), 절연층(20), 저항층(30), 전도층(40)[전도체(42A, 42B)를 포함], 패시베이션층(50), 캐비테이션층(60), 및 오리피스판(80)과 함께 액체 챔버를 규정하는 액체 배리어 구조체(70)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상대적으로 두꺼운 절연층(20)(절연성 유전체로도 언급됨)은 단계(110)에서 바람직하게는 증착에 의해 기판(10)에 도포된다. 실리콘 이산화물은 절연층(20)을 제작하는데 사용되는 재료의 한 예이다. 바람직하게는, 절연층(20)은 14,000Å 두께의 사에틸로규산염(tetraethylorthosilicate, TEOS) 산화물로 형성된다. 다른 실시예에서는 절연층(20)이 이산화규소로 제작된다. 또 다른 실시예에서는 질화규소로 형성된다.
절연층(20)을 제작하는 방법에는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)나 열 산화 공정 등의 많은 방법이 있다. 바람직하게는 절연층(20)은 그 표면에 만들어질 저항 회로를 위한 열적, 전기적 절연체로 작용한다. 절연층의 두께는 소망의 턴온 에너지와 발사 주파수에 따라 절연층의 열전달 혹은 단열 능력을 변화시키도록 조절될 수 있다.
다음 단계(112)에서, 저항층(130)은 절연층(20)의 표면을 균일하게 덮도록 도포된다. 저항층은 탄탈륨(tantalum) 알루미늄일 수도 있으나, 바람직하게는 1200Å 두께의 탄탈륨(tantalum) 질화규소나 텅스텐 질화규소이다. 다음 단계(114)에서, 전도층(40)이 저항층(30)의 표면 위에 도포된다. 통상적인 구조에서 전도층(40)은 바람직하게는 알루미늄 구리, 혹은 대안적으로 탄탈륨 알루미늄이나 알루미늄 금으로 만들어진다. 또 한, 전도층(40)에서 사용된 금속은 구리, 금, 규소나 또는 이들의 조합과 같은 재료로 도핑되거나 또는 이들 재료와 화합될 수도 있다. 전도층(40)의 바람직한 두께는 5000Å이다. 저항층(30)과 전도층(40)은 PVD(physical vapor deposition)와 같은 다양한 기술을 통해 제작될 수 있다.
단계(116)에서, 전도층(40)은 포토레지스트 마스크(photoresist mask)로 패턴화되어 저항의 너비 치수를 규정한다. 그 뒤, 단계(118)에서, 전도층(40)은 에칭되어 전도체(42A,42B)를 형성한다. 전도체(42A,42B)를 제작함으로써 저항층(30)의 활성 영역의 임계 길이 치수와 임계 너비 치수가 규정된다. 보다 구체적으로는, 저항층(30)의 활성 영역의 임계 너비 치수는 건식 에칭 공정에 의해 조정된다. 예를 들어, 이온 보조 플라즈마(ion assisted plazma) 에칭 공정은 전도층(40)의, 포토레지스트 마스크에 의해 보호되지 않는 부분을 수직으로 에칭하기 위해 사용되며 이에 의해 최대 저항 너비를 전도체(42A,42B)의 너비와 같게 규정한다. 단계(120)에서, 전도층(40)이 포토레지스트(photoresist)로 패턴화되어 저항 길이 치수를 전도체(42A,42B) 사이의 거리로 규정한다. 단계(122)에서 저항층(30) 활성 영역의 임계 길이 치수는 습식 에칭 공정에 의해 조정된다. 습식 에칭 공정이 이용되는 것은, 이것이 경사벽을 갖는 전도체(42A,42B)를 생성하여 이에 의해 저항 길이를 규정하는데 바람직하기 때문이다. 전도체(42A)의 경사 벽은 단계(124)에서 도포되는 패시베이션층과 같은 나중에 제조되는 층의 계단식 도포를 가능하게 한다.
전도체(42A,42B)는 액적을 발사하기 위해 저항층(30)의 활성 영역에 신호를 전달하는 전도성 트레이스의 역할을 한다. 따라서, 저항층(30)의 활성 영역을 가열하는 전기 신호 임펄스에 대한 전도성 트레이스나 전도 경로는 전도체(42A)로부터 저항층(30)의 활성 영역을 거쳐 전도체(42B)까지가 된다.
그 뒤, 단계(124)에서, 패시베이션층(50)이 장치에 균일하게 도포된다. 다양한 성분을 포함하는 패시베이션층 설계가 존재한다. 통상적인 한 실시예에서는 단일 패시베이션층보다 두 개의 패시베이션층이 도포된다. 도 1의 통상적인 프린트헤드 예에서, 두 개의 패시베이션층은 질화규소층과 이에 뒤따르는 탄화규소층을 포함한다. 보다 구체적으로는, 질화규소층이 전도층(40)과 저항층(30) 위에 침착되고 다음에 탄화규소가 침착되는 것이 바람직하다. 이 설계로 인해, 전도층의 전자이동이 패시베이션층으로 침입할 수 있다.
패시베이션층(50)이 침착된 후 캐비테이션층(60)이 도포된다. 통상적인 예에서 캐비테이션층은 탄탈륨을 포함한다. PVD(physical vapor deposition) 또는 당해 분야에 알려진 다른 기술들과 같은 스퍼터링(sputtering)공정에 의해 탄탈륨을 침착시킨다. 그 뒤, 액체 배리어층(70)과 오리피스층(80)이 구조체에 도포되어 액체 챔버(100)가 규정된다. 이 실시예에서, 액체 배리어층(70)은 감광성 중합체로 제작되고 오리피스 층(80)은 도금 금속이나 유기 중합체로 제작된다. 액체 챔버(100)는 도 1에서 실질적으로 사각형 혹은 정사각형 형태로 도시되어 있다. 그러나 액체 챔버(100)는 본 발명으로부터 일탈됨 없이 다른 기하학적 형태를 포함할 수 있다는 것이 이해된다.
도 1에 보여진 박막 프린트헤드(190)는 전형적인 프린트헤드의 예를 도시하고 있다. 그러나 프린트헤드(190)는 저항층(30)의 활성 영역의 기능적인 길이와 너비를 결정하고, 뿐만 아니라 패시베이션층(50)과 캐비테이션층(60)과 같은 차후 제작되는 층들의 적절한 계단식 도포에 필요한 전도층(40)의 경사 벽을 만들기 위해 건식 에칭 공정과 습식 에칭 공정을 둘 다 요구한다.
도 3은 본 발명을 구체화하는 액체-분사 프린트헤드(200)에 대한 층들을 도시하는 부분 확대 단면도이다. 개별 박막층의 두께는 축척으로 도시되지 않았으며 오직 설명의 목적으로 그려졌다. 도 5는 본 발명을 구체화는 액체-분사 프린트헤드(200)를 도시하는 확대 평면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 단계(110)에서, 절연층(20)은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), LPCVD(low pressure chemical vapor deposition), APCVD(atmospheric pressure chemical vapor deposition) 또는 열 산화물 공정 같은 알려진 방법들을 통해 기판 위에 침착됨으로써 제조된다. 바람직하게는, 절연층(20)은 두께 9000Å의 TESO (tetraethylorthosilicate) 산화물로 형성된다. 다른 실시예에서 절연층(20)은 이산화규소로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 이것은 질화규소로도 형성된다.
단계(126)에서, 유전재료(44)가 절연층 상에 침착된다. 그 뒤, 이유전재료(44)는 단계(128)에서 저항영역을 생성하도록 패턴화되며, 그 뒤, 단계(130)에서 저항의 길이 치수(L)를 규정하는 박막층을 형성하도록 건식 에칭된다. 바람직한 한 실시예에서, 유전재료(44)는 대략 5000Å 두께의 질화규소로 형성된다. 다른 실시예에서, 유전재료(44)는 이산화규소나 탄화규소로 제조된다.
그 뒤, 단계(144)에서, 전도성 재료 층(40)이 절연층(20)위에 제조되고 에칭된 유전재료(44)와 접하게됨으로써 저항 길이(L)를 형성한다. 일 실시예에서 전도성 재료 층(40)은 PVD(physical vapor deposition)를 통해 형성된, 대략 5000Å 두께의 알루미늄과 구리 층이다. 보다 구체적으로는, 일 실시예에서 전도성 재료 층(40)은 약 2%까지의 구리를 함유하는, 바람직하게는 0.5%의 구리를 함유하는 알루미늄을 포함한다. 알루미늄안에 작은 퍼센트의 구리를 사용함으로써 전자 이동을 제한한다. 다른 바람직한 실시예에서 전도성 재료층(40)은 티타늄, 구리 혹은 텅스텐으로 형성된다.
단계(132)에서, 포토레지스트 같은 광-상형성 마스킹(photoimagable masking) 재료가 전도층(40)의 일부에 침착되고 전도층(40)의 다른 부분들은 노출된다.
그 뒤, 단계(134)에서, 전도층(40)의 상면이 평탄화 되어 유전재료(44)가 전도층(40)의 상면과 균등하게된다. 바람직한 일 실시예에서 전도층(40)의 상면은 REB(resist-etch-back) 공정을 통해 평탄화 된다. 또 다른 실시예에서 전도층(40)의 상면은 CMP(chemical/mechanical polish) 공정에 의해 평탄화 된다.
다음 단계(112)에서, 저항층(30)이 기판(10)의 전체 표면과 앞서 도포된 층들(웨이퍼 표면)을 균일하게 덮도록 도포된다. 저항층(30)은 탄탈륨 알루미늄, 탄탈륨 혹은 탄탈륨 질화규소가 이용될 수도 있지만 두께 1200Å의 텅스텐 질화규소가 바람직하다.
단계(116)에서, 광-상형성 마스킹 재료가 앞서 기판 표면에 도포된 층 위로 도포된다. 저항 너비(W)와 전도체(42A,42B)를 각각 규정하기 위해, 조합된 저항층(30)과 전도층(60)이 에칭되어야 하는 곳의 광-상형성 마스킹 재료가 제거된다.
단계(136)에서, 저항층(30)과 전도층(40)의 노출 부분은 건식 에칭 공정을 통해 제거되며, 이 공정의 일부는, 도 2의 단계(118)에 기재된 바와 같이, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 잘 알려져 있다. 이 에칭 공정은 저항 너비를 규정하고 형성한다. 그 뒤, 포토리지스트 마스크가 제거되며, 이에 의해 예시적인 실질적으로 사각형상의 전도체(42A,42B)가 노출된다. 그 뒤, 통상적인 프린트헤드에 대해 설명한 바와 같이, 패시베이션층(50), 캐비테이션층(60), 배리어층(70) 및 오리피스층(80)이 도포된다.
전도체(42A,42B)는 형성된 저항 요소와 외부 회로 사이에 전기적인 연결/경로를 제공한다. 따라서, 전도체(42A,42B)는 형성된 저항 요소에 에너지를 전달하여 형성된 저항 요소의 상면에 위치된 액적을 저항요소의 상면에 수직 방향으로 발사 가능하게 하는 열을 생성한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 전도체(42A,42B)는 전도체(42A,42B)사이에 저항요소(46)를 규정한다. 저항요소(46)는 전도체(42A,42B)사이의 거리와 같은 길이 (L)를 갖는다. 저항요소(46)는 너비(W)를 갖는다. 그러나 저항요소(46)는전도체(42A,42B)의 얇거나 혹은 넓은 트레이스처럼 다양한 형태, 모양, 또는 크기를 갖도록 제작될 수 있음이 양해된다. 저항 요소(46)의 유일한 요구사항은 적절한 전기적 접속을 확실히 하기 위해 저항 요소(46)가 전도체(42A,42B)에 접해야한다는 것이다. 저항 요소(46)의 실제 길이(L)는 전도체(42A,42B)의 최외측 에지 사이의 길이와 같거나 더 크고 한편, 저항 요소(46)위에 위치한 액적에 열을 전도하는 저항 요소(46)의 활성 영역은 전도체(42A,42B)의 최외측 사이의 길이와 일치한다.
도 5에서 각각의 오리피스 노즐(90)은 프린트헤드(200) 내에 규정된 각각의 액체 챔버(100)(도 2에 확대 도시됨)들과 유체 연통관계에 있다. 각각의 액체 챔버(100)는 저항 요소에 부착된 트랜지스터를 포함하는 것이 바람직한 박막 구조체(32)에 인접한 오리피스 구조체(82)안에 구성된다. 저항 요소는 액체 챔버(100) 안의 액체의 일부를 순간적으로 증발시키기에 충분한 전류에 의해 선택적으로 구동(가열)되어, 노즐(90)을 통과하도록 액적을 가압한다.
도 6에는 예시적인 액체-분사 프린트 카트리지(220)가 도시되어 있다. 본 발명의 액체-분사 프린트헤드 장치는 액체-분사 프린트 카트리지(220)의 한 부분이다. 액체-분사 프린트 카트리지(220)는 본체(128), 회로 패드(214)를 갖는 가요성 회로(212) 그리고 오리피스 노즐(90)을 갖는 프린트헤드(200)를 포함한다. 액체-분사 프린트 카트리지(220)는 비 사용 중에 오리피스 노즐(90)을 통해 액체가 누출되는 것을 막기 위해 스펀지[바람직하게는 폐쇄형 셀 폼(closed-cell form)] 안의 모세관 작용을 이용하여 배압(backpressure)을 공급하는 스펀지로서 예시된 액체전달 시스템(216)을 이용해 본체(218) 안의 액체와 연결된 액체-분사 프린트헤드(200)를 갖는다. 도 6에는 가요성 회로(212)가 도시어 있지만, 당해 기술분야에서 알려진 다른 전기 회로가 본 발명에서 벗어남이 없이, 가요성 회로(212) 대신에 활용될 수 있음이 양해된다. 단지 전기접점(214)이 액체-분사 프린트 트리지(220)의 회로와 전기적으로 접속될 필요가 있다. 오리피스 노즐(90)을 갖는 프린트헤드(200)는 본체(218)에 부착되어, 통상적인 프린터에 의해서 액적의 분사를 위해 제어되지만, 플로터(plotter)와 같은 다른 기록 장치, 팩스(fax) 기계, 그리고 또한 두 가지가 결합한 장치들도 이용될 수 있다. 열 액체-분사 프린트 카트리지(220) 는 인쇄 시 제어된 패턴으로 액체가 방출되는 오리피스 노즐을 포함한다. 각각의 저항요소들에 대한 전도성 구동라인들은 프린트 카트리지 본체(218)의 외부에 장착된 가요성 회로(212) 위에 지지된다. 저항 구동라인 단부의 회로 접촉 패드(214)(도 6에 확대 도시됨)는 프린터(도시 안됨)에 부착된 정합회로 상에 지지된 유사한 패드와 결합된다. 트랜지스터를 작동시키는 신호는 마이크로프로세서 및 신호를 구동라인에 인가하는 프린터의 구동부에 의해 발생된다.
도 7은 도 6의 예시적인 액체-분사 프린트 카트리지(220)를 사용하는 예시적인 기록장치인 프린터(240)를 도시한다. 액체-분사 프린트 카트리지(220)는 매체의 제 1 방향을 가로질러 이동하도록 이송장치(254) 내에 위치된다. 매체 공급장치(252)는 액체-분사 프린트헤드(220)를 가로질러 제 2 방향으로 매체를 이송시킨다. 매체 공급장치(252)와 이송장치(254)는 매체(256)의 제 1 및 제 2 방향을 가로질러 액체-분사 프린트 카트리지(22)를 이동시키기 위한 이송 장치를 구성한다. 많은 세트의 매체를 고정하기 위해서 선택적 매체 트fp이(250)가 사용된다. 매체(256) 위에 액체를 분사하는, 액체-분사 프린트헤드(200)를 이용한 액체-분사 프린트 카트리지(220)에 의해 매체에 기록이 된 후, 매체(256)는 선택적으로 매체 트레이(256) 위에 놓인다.
작동 중, 액적이 액체 챔버(100) 안에 위치한다. 전류가 전도체(42A, 42B)를 경유하여 저항 요소(46)에 전달되면 저항 요소(46)는 신속히 열 형태의 에너지를 생성한다. 저항 요소(46)로부터의 열은 액적이 노즐(90)을 통해 분사될 때까지 액체 챔버(100) 안의 액적에 전달된다. 이 과정은 요구되는 결과를 만들어내기 위해 여러 번 반복된다. 이 과정 중, 단일 염료가 사용되어 단색 디자인을 생성하거나, 다수의 염료가 사용되어 다수 색상의 디자인을 생성한다.
바람직한 실시예의 설명을 위해 특정한 실시예가 본 명세서에 도시되고 설명되었지만, 동일한 목적을 달성하기 위한 다양한 변형예 및/또는 균등한 실시예가 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 도시되고 기술된 본 특정 실시예들을 대신할 수 있음이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자들에 의해 인식될 것이다. 화학, 기계, 전기-기계, 전기 그리고 컴퓨터 분야의 기술자들은 본 발명이 매우 다양한 실시예로 수행될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 이 출원은 본 명세서에서 논의된 바람직한 실시예의 어떤 개작(adaptation)이나 변형도 커버하는 것으로 의도된다. 따라서 명백히 본 발명은 오직 청구 범위와 그것들의 균등한 구성에 의해서만 제한됨을 지향한다.
본 발명은 통상적인 프린트헤드에 비해 많은 이점을 제공한다. 첫째, 본 발명의 저항 길이는 포토(photo) 공정과 에칭 공정의 조합으로 제조된 유전재료의 배치에 따라 규정된다. 이 방법의 정밀도는 통상적인 습식 에칭 공정보다 상당히 제어성이 크다. 보다 구체적으로, 이 방법은 일반적인 공정보다 10배 내지 25배 더 제어성이 크다. 적은 낙하 중량, 고 해상 프린트헤드의 현 세대 기기에 맞추어 저항의 길이도 약 35㎛에서 약 10㎛ 이하로 줄어들었다. 따라서, 저항 길이의 편차는 프린트헤드의 성능에 크게 영향을 준다. 따라서, 개선된 저항 소재의 길이 제어성은 저항 크기와 저항성을 보다 일관되게 하여, 액적의 낙하 중량과 액적 발사에 필요한 턴온 에너지의 일관성을 개선한다.
둘째, 본 발명의 저항 구조체는 완전 평면의 상면을 포함하며, 종래의 제조 설계와 관련된 층형 윤곽은 가지지 않는다. 평면구조(매끄러운 평탄한 표면)는 균일한 기포 핵, 보다 나은 액체 챔버 세척성, 그리고 보다 평평한 외형을 제공하여, 부착성과 박막에의 배리어 구조의 접착 및 적층을 개선한다. 셋째, 본 발명의 평평한 외형에 기인하여, 배리어 구조체는 저항의 에지를 덮을 수 있다. 전체 액체 챔버의 바닥에 열을 가함으로써 액적의 분사 효율이 증대된다.
셋째, 본 발명의 제조에는 습식 경사 에칭 공정이 사용되지 않기 때문에 경사면의 조도(roughness)와 저항층 위에 잔류하는 전도층이 더 이상 문제가 되지 않는다.
넷째, 저항층으로 전도층을 둘러싸고 보호함으로써, 전도층에서 패시베이션층으로의 전자 이동이 최소화된다.
또한, 액체 카트리지에 프린트헤드를 부착함으로써, 이 조합은 판매용 패키지가 되는 편리한 모듈을 구성한다.

Claims (10)

  1. 기판(10)을 구비하는 액체-분사 프린트헤드(200)에 있어서,
    액체를 분사하기 위한 액체 챔버(100)를 규정하는 적어도 하나의 층(182)과,
    상기 기판(10)과 액체 챔버(100) 사이에 배치된 매끄러운 평탄한 표면을 갖는 저항층(30)과,
    상기 저항층(30)과 기판(10) 사이에 배치된 전도층(40)을 포함하고, 상기 저항층(30)과 상기 전도층(40)은 직접 평행 접촉하고, 상기 전도층(40)은 적어도 하나의 공극(void)을 형성하여 상기 저항층 안에 평면 저항(46)을 생성하고, 상기 평면 저항(46)은 상기 액체 챔버와 일렬로 배치되는
    액체-분사 프린트헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항층(30)과 상기 액체 챔버(100) 사이에 배치되는 패시베이션층(50)을 포함하는
    액체-분사 프린트헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항층(30)과 상기 액체 챔버(100) 사이에 배치되는 캐비테이션층(60)을 포함하는
    액체-분사 프린트헤드.
  4. 액체-분사 카트리지(220)에 있어서
    제 1 항에 따른 액체-분사 프린트헤드(200)와,
    액체를 수용하는 본체(218)와,
    액체-분사 프린트헤드(200) 및 본체(218)와 유체 연결된 액체 이송 시스템(216)을 포함하는
    액체-분사 카트리지.
  5. 기록장치(240)에 있어서,
    제 4 항에 따른 액체-분사 카트리지(220)와,
    액체-분사 카트리지(220)의 액체-분사 프린트헤드(220)를 가로지르는 제 1 및 제 2 방향으로 매체를 이동시키는 이송장치(252, 254)를 포함하는
    기록장치.
  6. 기판 표면에 평면 저항을 생성하는 방법에 있어서,
    기판 표면(10) 위에 절연층을 침착시키는 단계(110)와,
    절연층(110) 위에 절연층을 침착시키는 단계(126)와,
    저항 영역을 생성하도록 유전층을 패턴화하는 단계(128)와,
    상기 절연층(20) 위에 저항 길이 치수를 갖는 유전 저항 영역을 형성하도록 패턴화된 절연층을 에칭하는 단계(130)와,
    저항 길이를 형성하는 상기 유전 저항 영역의 저항 길이 치수에 접촉하도록 전도층을 상기 절연층(20) 위에 침착시키는 단계(114)와,
    평면 저항 영역을 형성하도록 상기 전도층과 유전 저항 영역(44)를 평탄화하는 단계(134)와,
    상기 평면 저항 영역(46) 위에 저항층를 침착시키는 단계(112)와,
    저항 너비 치수를 형성하도록 상기 저항층을 패턴화하는 단계(116)와,
    저항 너비를 형성하도록 상기 저항층을 에칭하는 단계(136)를 포함하는
    평면 저항 생성 방법.
  7. 프린트헤드(200)의 제조 방법에 있어서,
    제 6 항에 따른 평면 저항을 생성하는 단계와,
    평면 저항 영역(46) 위에 액체 챔버(100)를 규정하는 적어도 하나의 층(86)을 도포하는 단계를 포함하는
    프린트헤드 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    평면 저항과 액체 챔버(100) 사이에 평탄한 패시베이션층을 침착시키는 단계(124)를 포함하는
    프린트헤드 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    평면 저항과 액체 챔버(100) 사이에 평탄한 캐비테이션층(60)을 침착시키는 단계를 포함하는
    프린트헤드 제조 방법.
  10. 제 6 항에 따른 방법으로 제조된 액체-분사 프린트헤드(200)용 저항.
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