KR20030061011A - 잉크젯 프린트헤드용 노즐 플러드 분리장치 - Google Patents

Abstract

노즐(Nozzle, 10)들의 배열(Array, 14) 및 프린트될 기판상에 잉크를 분사하기 위한 각각의 잉크분사수단을 구비한 노즐 가드(Nozzle Guard, 80)로서, 상기 노즐 가드는 노즐(10)의 배열(14) 외부와의 접촉손상을 방지하도록 프린트헤드상에 위치된다.

Description

잉크젯 프린트헤드용 노즐 플러드 분리장치{NOZZLE FLOOD ISOLATION FOR INK JET PRINTHEAD}

잉크젯 프린터(Ink Jet Printer)는, 프린트된 매체 제작에 잘 알려져 있고 광범위하게 사용되고 있는 형태중의 하나이다. 잉크는 프린트헤드상에서 디지털방식으로 조절되는 노즐(Nozzle)의 배열(Array)에 공급된다. 상기 프린트헤드가 상기 매체위로 통과할 때, 매체상에 이미지(Image)를 형성하기 위해 잉크가 노즐의 배열로부터 분사된다.

프린터의 성능은 작동 비용, 프린트 품질, 작동 속도 및 사용의 편의성과 같은 인자들에 의해 결정된다.

최근에, 상기 노즐의 배열은, 1 미크론 이하 두께의 기계적 구조를 구비한 마이크로전기기계시스템(Microelectromechanical Systems, MEMS)을 사용하여 형성되고 있다. 이는, 피코리터(Picoliter)(x 10^-12litre)범위 크기의 잉크방울을 신속하게 분사할 수 있는 프린트헤드의 생산을 가능하게 한다.

이러한 프린트헤드의 극미세구조는, 비교적 적은 비용으로 빠른 속도와 양호한 프린트 품질을 제공할 수 있는 반면, 그 크기로 인하여 약간의 손, 먼지 또는 매체 기판과의 접촉으로 인한 손상에 대해 노즐을 극도로 취약하고 약하게 만든다. 이것은, 어느 정도의 강도가 요구되는 많은 적용에 있어서 상기 프린트헤드를 비실용적으로 만든다. 더욱이, 손상된 노즐은 노즐에 공급된 잉크를 분사하지 못할수도 있다. 잉크가 상기 노즐의 외부에서 증대되고 방울을 형성할 때, 주위 노즐로부터의 잉크 분사가 영향을 받을 수 있다. 그리고/또는, 상기 손상된 노즐은 프린트 기판상으로 잉크를 단순히 누설시킬 것이다. 상기 두가지 상황은 프린트 품질에 나쁜 영향을 미친다.

본 발명은 프린트된 매체 제작에 관한 것으로, 특히 잉크젯 프린터에 관한 것이다.

(함께 계류중인 출원들)

본 발명과 관련된 다양한 방법, 시스템 및 장치는, 본 발명의 출원인 또는 양수인에 의해 출원된 다음의 계류중인 출원서에 개시되어 있다.

PCT/AU00/00594, PCT/AU00/00595, PCT/AU00/00596, PCT/AU/00597,

PCT/AU00/00598, PCT/AU00/00516, PCT/AU00/00517.

상기 출원서들에 개시된 내용은 교차 참조에 의해 여기에 포함된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 예로서만 설명한다.

도1은, 잉크젯 프린트헤드용 노즐 어셈블리(Nozzle Assembly)의 삼차원, 개략도이다.

도2 내지 도4는, 도1의 노즐 어셈블리의 작동을 설명하기 위한 삼차원, 개략도이다.

도5는, 노즐 가드 또는 봉쇄벽을 구비한 잉크젯 프린트헤드를 형성하는 노즐 배열(Array)의 삼차원도이다.

도5a는, 노즐 가드와 봉쇄벽을 구비한 본 발명에 따른 프린트헤드의 삼차원 단면도이다.

도5b는, 각 노즐을 분리하는 봉쇄벽상의 노즐 단면을 나타내는 평면도이다.

도6은, 도5의 배열의 일부를 도시한 확대도이다.

도7은, 봉쇄벽이 없는 노즐 가드를 포함하는 잉크젯 프린트헤드의 삼차원도이다.

도8a 내지 도8r은, 잉크젯 프린트헤드의 노즐 어셈블리의 제조과정을 나타내는 삼차원도이다.

도9a 내지 도9r은, 상기 제조단계의 측단면도이다.

도10a 내지 도10k는, 상기 제조공정의 다양한 단계에 사용되는 마스크(Mask)의 레이아웃(Layout)을 나타낸다.

도11a 내지 도11c는, 도8및 도9의 방법에 따라 제조된 노즐 어셈블리의 작동을 나타내는 삼차원도이다.

도12a 내지 도12c는, 도8및 도9의 방법에 따라 제조된 노즐 어셈블리의 작동을 나타내는 측단면도이다.

따라서, 본 발명은 잉크젯 프린터용 프린트헤드를 제공하는데, 상기 프린트헤드는:

프린트될 매체상에 잉크를 분사하기 위한 노즐의 배열(Array)과;

프린트헤드 사용시 상기 노즐과 매체 사이에 위치하는 틈새있는봉쇄형상(Apertured Containment Formation)을 포함하여;

매체를 인쇄하기 위해 노즐로부터 정확히 분사된 잉크가, 상기 봉쇄형상의 틈새를 통과하도록 하는 반면, 노즐에 공급된 잉크가, 배열된 적어도 약간의 다른 노즐들로부터 분리되도록 한다.

본 명세서에서 "노즐"이란 용어는 개구(Opening) 그 자체가 아니라 개구를 형성하는 구성요소로서 이해되어야 한다.

바람직하게, 배열상의 각 노즐은 배열상의 다른 모든 노즐로부터 분리하기 위한 각각의 봉쇄형상을 가지고 있다. 그러나, 본 발명의 어떤 형태는, 배열상의 다른 노즐로부터 기 결정된 노즐 그룹을 분리하기 위해 형성된 봉쇄형상을 가질 수도 있다.

더욱 바람직한 형태로서, 상기 봉쇄형상은, 프린트헤드상에 위치한 틈새있는 노즐 가드(Apertured Nozzle Guard)로서, 상기 노즐 가드는 노즐들과의 접촉손상을 방지하기 위해 노즐의 외부로 연장되어 있고, 상기 노즐로부터 분사된 잉크가 상기 틈새를 통과하여 프린트될 기판상으로 분사되도록 한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 노즐 가드는 상기 노즐의 외부를 덮고 상기 틈새는 노즐의 배열과 관련되어 통로의 배열을 형성하는데, 이는 각 노즐로부터 분사되는 잉크의 정상적인 궤적을 방해하지 않도록 하기 위한 것이다. 그리고, 상기 노즐 가드는 각 노즐을 둘러싸는 잉크 봉쇄 챔버(Chamber)를 형성하기 위해 통로의 배열로부터 각 노즐의 외부로 연장된 봉쇄 벽(Containment Walls)을 더 포함한다. 더욱 바람직한 형태로서, 상기 노즐 가드는 실리콘(Silicon)으로 형성된다.

특정의 한 실시예에 있어서, 각 봉쇄 챔버는, 챔버내에서 잉크의 기결정된 레벨(Level)에 의해 작동하고, 손상된 노즐을 보상하기 위해 다른 노즐들의 동작을 배열과 조절하기 위한 결함보정장치에 피드백(Feedback)을 제공하는 잉크 감지수단을 구비한다. 이러한 실시예의 다른 형태로서, 프린터는 잉크 감지수단에 응답하여 상기 손상된 노즐에 잉크 공급을 중단한다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 프린트헤드는, 어떠한 잉크 누설도 방지되도록 단일의 노즐 또는 노즐들의 그룹에 포함되어 있다. 잉크 플러딩(Flooding)을 포함함으로써, 프린트 품질을 유지하기 위해 인접한 노즐들이 보상할 수 있다.

상기 봉쇄벽은, 상기 프린트헤드의 표면적 일부를 불가피하게 사용하게 되고, 이는 노즐 패킹(Packing) 밀도에 나쁜 영향을 미친다. 필요한 여분의 프린트헤드 칩(Chip) 면적은, 칩 제작비를 20% 증가시킬 수 있다. 그러나, 노즐 제작이 신뢰할 수 없는 상황일 경우, 본 발명은 비교적 높은 노즐결함율에 대해 효과적으로 설명할 수 있다.

상기 노즐 가드는, 노즐 배열상에 이물질이 쌓이는 것을 방지하기 위하여 유체가 통로를 통과하도록 하기 위한 유체 입구개구부를 더 포함할 수도 있다.

상기 노즐 가드는, 프린트헤드상에 노즐 실드(Shield)를 지지하기 위한 지지부재를 포함할 수도 있다. 상기 지지부재는, 일체적으로 형성될 수 있고, 상기 가드의 각 단부에 배열되어 있는 한쌍의 이격된 지지부재를 포함할 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 유체 입구개구부는 상기 지지부재들의 하나에 배열될 수도 있다.

공기가 상기 개구부를 통해 노즐 배열 위로 향하고 상기 통로를 통해 배출될 때, 노즐 배열상에 이물질의 형성이 방지된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

상기 유체 입구개구부는, 상기 노즐 배열의 결합 패드(Pad)로부터 멀리 떨어져 지지부재에 배열될 수도 있다.

상기 프린트헤드에 노즐 가드를 제공함으로써, 상기 노즐 구조는 대부분의 다른 표면에 대해 접촉되거나 부딪치는 것으로부터 보호될 수 있다. 상기 보호를 극대화하기 위해, 상기 가드는 노즐의 외부 측면을 덮는 편평실드(Flat Shield)를 형성하는데, 상기 실드는 잉크방울의 분사를 허용할 수 있을 정도로 충분히 크되, 부주의한 접촉 또는 대부분 먼지 입자들의 침입을 방지할 수 있을 정도로 충분히 작은 통로들의 배열을 가지고 있다. 실리콘(Silicon)으로 상기 실드를 형성함으로써, 실드의 열팽창계수는 노즐 배열의 열팽창계수와 본질적으로 일치한다. 이것은 실드상의 통로의 배열이 노즐의 배열과 일치하지 않는 것을 방지하는데 도움을 준다. 또한, 실리콘을 사용함으로써 MEMS 기술을 사용하여 상기 실드를 정밀하게 마이크로기계가공 할 수 있다. 더욱이, 실리콘은 매우 강하며 본질적으로 비변형성(Non-deformable)이다.

우선, 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 노즐 어셈블리는 일반적으로 참조부호 10으로 표시되어 있다. 잉크젯 프린트헤드는, 실리콘 기판(16)상의 배열(Array, 14)(도5 및 도6)에 배치된 복수의 노즐 어셈블리(10)를 구비하고 있다. 상기 배열(14)은 아래에서 상세히 기술될 것이다.

상기 어셈블리(10)는 유전체층(Dielectric Layer, 18)이 증착된 실리콘 기판(16)을 포함한다. CMOS 부동태층(Passivation Layer, 20)이 상기 유전체층(18)상에 증착된다.

각 노즐 어셈블리(10)는, 노즐 개구(24)를 형성하는 노즐(22)과, 레버아암(Lever Arm, 26)형태의 연결부재와, 액츄에이터(28)를 포함한다. 상기 레버아암(26)은 상기 액츄에이터(28)를 상기 노즐(22)에 연결한다.

도2 내지 도4에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 상기 노즐(22)은 스커트부(Skirt Portion, 32)를 가진 크라운부(Crown Portion, 30)를 포함하는데, 상기 스커트부(32)는 상기 크라운부(30)로부터 늘어져 있다. 상기 스커트부(32)는 노즐 챔버(Nozzle Chamber,34)의 둘레벽의 한 부분을 이룬다. 상기 노즐 개구(24)는 상기 노즐 챔버(34)와 유체가 흐르도록 연결된다. 상기 노즐 개구(24)는, 상기 노즐 챔버(34)내의 잉크덩어리(40)의 메니스커스(Meniscus, 38)(도2)를 "구속하는" 돌출림(Raised Rim)에 의해 둘러싸여지는 점을 주목해야 한다.

잉크 입구 틈새(42)(도6에 가장 명확하게 도시되어 있음)는 상기 노즐 챔버(34)의 바닥(46)에 형성된다. 상기 틈새(42)는 상기 기판(16)을 관통하여 형성된 잉크 입구 채널(Channel, 48)과 유체가 흐르도록 연결된다.

벽 부분(50)은 상기 틈새(42)의 경계를 설정하고, 상기 바닥(46)으로부터 위쪽으로 연장된다. 상기에서 나타낸 바와 같이, 상기 노즐(22)의 스커트부(32)는 상기 노즐 챔버(34)의 둘레벽의 제1부분을 형성하고, 상기 벽부분(50)은 상기 노즐 챔버(34)의 둘레벽의 제2부분을 형성한다.

상기 벽(50)은, 그 자유단부(Free End)에 안쪽으로 향하는 립(Lip, 52)을 구비하는데, 상기 립(52)은 상기 노즐(22)이 옮겨질 때 잉크의 누설을 방지하는 유체 씰(Seal)로서 작용하며, 아래에서 좀더 자세히 설명될 것이다. 상기 잉크(40)의 점성과 상기 립(52)과 스커트부(32) 사이의 좁은 공간 때문에, 안쪽으로 향하는 상기 립(52)과 표면장력이, 상기 노즐 챔버(34)로부터의 잉크의 누설을 방지하는 효과적인 씰로서 작용한다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

상기 액츄에이터(28)는 열 벤드(Thermal Bend) 액츄에이터이고, 상기 기판 (16) 또는, 특히 상기 CMOS 부동태층(Passivation Layer)(20)으로부터 상향으로 연장된 앵커(Anchor,54)에 연결되어 있다. 상기 앵커(54)는 상기 액츄에이터(28)와 전기적 연결을 형성하는 전도성 패드(Conductive Pad, 56)에 장착되어 있다.

상기 액츄에이터(28)는 수동(Passive)제2빔(60)위에 배열되어 있는 능동(Active)제1빔(58)을 포함한다. 바람직한 실시예에서는, 양 빔(58, 60)은 질산 티타늄(TiN) 같은 전도성 세라믹 물질로 구성되거나, 질산 티타늄(TiN) 같은 전도성 세라믹 물질을 포함한다.

양 빔(58, 60)은 상기 앵커(54)에 고정된 제1 단부와, 상기 아암(26)에 연결된 반대 단부를 구비한다. 전류가 상기 능동빔(58)을 관통하여 흐르도록 야기될 경우, 상기 빔(58)의 열팽창이 발생한다. 전류흐름이 없는 상기 수동빔(60)은 동일 비율로 팽창하지 않으므로, 도3에 도시된 바와 같이, 굽힘 모멘트(Bending Moment)가 발생하여 상기 아암(26)과 상기 노즐(22)이 상기 기판(16)을 향하여 아래로 변위된다. 이것은 도3의 62에 도시된 바와 같이, 상기 노즐 개구(24)를 통하여 잉크의 분사를 야기한다. 전류의 흐름을 차단하여, 상기 능동빔(58)으로부터 열원(Heat Source)이 제거될 때, 상기 노즐(22)은 도4에 도시된 바와 같이, 정지위치로 되돌아간다. 상기 노즐(22)이 정지위치로 되돌아갈 때, 도4의 66에 도시된 바와 같이, 잉크 방울의 목부분(Neck)이 절단되어 잉크 방울(64)이 형성된다. 상기 잉크 방울(64)은 종이와 같은 프린트 매체로 이동한다. 상기 잉크 방울(64)이 형성된 결과, 도4의 68로 도시된 바와 같이, "음(Negative)"의 메니스커스(Meniscus)가 형성된다. 상기 "음"의 메니스커스(68)는, 상기 노즐 어셈블리(10)로부터 다음 잉크 방울의 분사를 위해 새로운 메니스커스(38)(도2)가 즉시 형성되도록 상기 노즐 챔버(34)로 잉크(40)가 흘러 들어가도록 한다.

도5와 도6을 참조하여, 상기 노즐 배열(Array, 14)을 더욱 상세히 설명한다. 상기 배열(14)은 4색 프린트헤드를 위한 것이다. 따라서, 상기 배열(14)은 4그룹 (70)의 노즐 어셈블리를 포함하는 데, 각 그룹은 각각의 색을 위한 것이다. 각 그룹(Group, 70)은 2열(72, 74)로 배열된 노즐 어셈블리(10)를 구비한다. 각 그룹(70) 중의 하나가 도6에 좀 더 자세히 도시되어 있다.

상기 열(Row) 72, 74에서 상기 노즐 어셈블리(10)의 밀집패킹(Close Packing)을 용이하게 하기 위해, 상기 열 74의 노즐 어셈블리(10)는 상기 열 72의노즐 어셈블리(10)에 대해 오프셋(Offset)되거나 엇갈리게 배치되어 있다. 또한, 상기 열 72의 노즐 어셈블리(10)는, 상기 열 74의 노즐 어셈블리(10)의 레버 아암(26)이 상기 열 72의 어셈블리(10)의 인접하는 노즐(22) 사이로 지나도록 하기 위해 서로 충분히 떨어져 있다. 열 72의 노즐(22)이, 상기 노즐(22)과 상기 열 74의 인접하는 노즐 어셈블리(10)의 상기 액츄에이터(28) 사이에 자리잡도록, 각 노즐 어셈블리(10)는 거의 아령(Dumbbell) 형상으로 되어 있다는 점에 주목해야 한다.

또한, 열 72와 74의 상기 노즐(22)의 밀집패킹을 용이하게 하기 위해, 각 노즐(22)은 거의 육각형 형상으로 되어 있다.

해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 노즐(22)이 상기 기판(16) 쪽으로 변위될 때, 상기 노즐 개구(24)는 상기 노즐 챔버(34)에 대해 약간의 각도를 이루기 때문에, 잉크는 수직으로부터 약간 벗어나서 분사된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 열 72와 74의 노즐 어셈블리의 액츄에이터(28)가 상기 열 72와 74의 한쪽에 대해 동일 방향으로 연장되었다는 점은, 도 5와 도 6에 도시된 배열의 장점이다. 따라서, 상기 열 72의 노즐(22)로부터 분사된 잉크와, 상기 열 74의 노즐(22)로부터 분사된 잉크가 서로 동일 각도로 오프셋되어, 프린트 품질을 향상시킨다.

또한, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(16)은 그 위에 배열된 결합 패드(Bond Pad, 76)를 구비하는 데, 상기 결합 패드(76)는 상기 패드(56)를 경유하여, 상기 노즐 어셈블리(10)의 액츄에이터(28)에 전기적 연결을 제공한다. 이러한전기적 연결은 상기 CMOS 층(미도시)에 의해 형성된다.

도5a와 도5b를 참조하여, 도5에 도시된 상기 노즐 배열(14)은, 각 노즐 어셈블리(10)를 둘러싸는 봉쇄 형상에 순응하기 위해 떨어져 있다. 상기 봉쇄 형상은, 상기 노즐(22)을 둘러싸고 상기 실리콘 기판(16)으로부터 틈새있는 노즐 가드(80)의 하부쪽으로 연장되어 봉쇄 챔버(Containment Chamber, 146)를 형성하는 봉쇄 벽(144)이다. 만일 잉크가 노즐 손상으로 적절히 분사되지 않으면, 주위의 노즐들의 기능에 영향을 미치지 않도록 누설이 제한된다. 상기 노즐들은, 또한 봉쇄 챔버내의 누설된 잉크의 존재같은 그 자신의 작동 결함을 감지하기 위해 배열된다. 결함 보정 장치를 사용함으로써, 상기 손상된 노즐들은 상기 배열(14)상의 남아있는 노즐들에 의해 보상될 수 있고 이에 따라 프린트 품질을 유지할 수가 있다.

상기 봉쇄 벽(144)은, 상기 실리콘 기판(16)의 일부분을 필연적으로 점유하게 되어 상기 배열의 노즐 패킹밀도를 저하시킨다. 이는 프린트헤트 칩(Chip)의 제작비용을 증가시킨다. 제작기술이 비교적 높은 노즐 마모율을 초래하더라도, 노즐 봉쇄형상은 프린트 품질에 대한 어떠한 악영향을 피하거나, 적어도 최소화시킬 것이다.

해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 봉쇄형상이 또한 노즐들의 그룹을 분리하기 위해 배열될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 노즐들의 그룹을 분리하는 것은 노즐의 패킹밀도를 향상시키나 주위의 노즐 그룹들을 사용하는 손상된 노즐들을 더욱 어렵게 만든다.

도7에, 봉쇄벽이 없는 노즐 배열(Nozzle Array)과 노즐 가드(Nozzle Guard)가 도시되어 있다. 상기 도면들을 참조하여, 달리 명시되지 않는 한, 동일한 참조부호는 동일한 부품을 나타낸다.

노즐 가드(80)는 배열(14)의 실리콘 기판(16)상에 장착되어 있다. 상기 노즐 가드(80)는, 노즐 가드를 통하여 형성된 복수개의 틈새(84)를 갖는 실드(Shield, 82)를 포함한다. 상기 틈새(84)는 잉크가 상기 노즐 개구(24)의 하나로부터 분사될 때, 상기 잉크가 프린트 매체에 부딪히기 전에 관련 통로를 통과하도록, 상기 배열(14)의 노즐 어셈블리(10)의 노즐 개구(24)와 일치된다.

상기 가드(80)는 실리콘으로, 상기 노즐 배열(14)이 종이, 먼지 또는 사용자의 손가락과 접촉하여 손상되는 것을 보호하기 위해 필요한 강도와 강성을 가지고 있다. 상기 가드를 실리콘으로 형성함으로써, 가드의 열팽창계수가 상기 노즐 배열의 열팽창계수와 본질적으로 일치한다. 이것은 상기 프린트헤드가 그의 정상적인 작동온도까지 가열됨에 따라, 상기 실드(82)내의 틈새(84)가 상기 노즐 배열(14)과 일치하지 않게되는 것을 방지하기 위한 것이다. 실리콘은 또한, MEMS 기술을 사용하는 정밀한 마이크로기계가공(Micro-machining)에 매우 적합하며, 이는 상기 노즐 어셈블리(10)의 제작과 관련하여 아래에 상세히 기재되어 있다.

상기 실드(82)는 림(Limb) 혹은 스트럿(Strut,86)에 의해 상기 노즐 어셈블리(10)에 대해 거리를 두고 장착된다. 상기 스트럿(86)의 하나는 그 내부에 공기 입구 개구(88)를 구비한다.

사용 중에, 상기 배열(14)이 작동 중일 때, 공기가 상기 틈새(84)를 통과하는 잉크와 함께 상기 틈새(84)를 통하여 강제되기 위해, 공기가 상기 입구개구(88)를 통하여 충진된다.

상기 공기가 상기 잉크 방울(64)의 속도와 다른 속도로 상기 틈새(84)를 통하여 충진될 때, 상기 잉크는 상기 공기에 혼입되지 않는다. 예를 들면, 상기 잉크 방울(64)은 대략 3 m/s의 속도로 상기 노즐(22)로부터 분사된다. 상기 공기는 대략 1 m/s의 속도로 상기 틈새(84)를 통하여 충진된다.

상기 공기의 목적은 상기 틈새(84)에 이물질이 없도록 하는 것이다. 먼지 입자와 같은 이물질이 상기 노즐 어셈블리(10)에 떨어져서, 그 기능에 악영향을 줄 위험이 있다. 상기 노즐 가드(80)에 상기 공기 입구 개구(88)를 구비함으로써 이 문제는 상당히 해소된다.

도8 내지 도10을 참조하여, 상기 노즐 어셈블리(10)를 제조하는 과정을 설명한다.

우선, 상기 실리콘 기판 또는 웨이퍼(Wafer,16)를 가지고, 상기 웨이퍼(16) 표면에 상기 유전체층(Dielectric Layer,18)을 증착시킨다. 상기 유전체층(18)은 대략 1.5 마이크론의 CVD 산화물의 형태로 되어 있다. 레지스트(Resist)가 상기 유전체층(18)에 스핀(Spin)처리된다. 그리고, 상기 층(18)을 마스크(Mask,100)에 접촉시키고나서, 현상한다.

현상 후에, 상기 층(18)은 아래로 상기 실리콘층(16)까지 플라스마 에칭(Plasma Etching)된다. 그 다음, 레지스트가 제거되고 상기 층(18)은 세척된다. 이 단계는 상기 잉크 입구 구멍(42)을 형성한다.

도8b에서, 대략 0.8 마이크론의 알루미늄(102)이 상기 층(18)에 증착된다.레지스트가 스핀(Spin)처리되고, 알루미늄(102)을 마스크(104)에 접촉시키고 현상한다. 상기 알루미늄(102)은 아래로 상기 산화층(18)까지 플라스마 에칭되고, 상기 레지스트가 제거되고, 디바이스(Dvice)는 세척된다. 이 과정 중 결합 패드가 제공되며 상기 잉크젯 액츄에이터(28)를 서로 연결한다. 이러한 연결에 의해 CMOS층(미도시) 상에서 NMOS 구동 트랜지스터 (Drive Transistor)와 동력판(Power Plane)이 서로 연결되게 된다.

대략 0.5 마이크론의 PECVD 질화물이 상기 CMOS 부동태층(20)으로 증착된다. 레지스트가 스핀되고, 상기 층(20)은 마스크(106)에 접촉된 후, 현상된다. 현상 후에, 상기 질화물은 아래로 상기 알루미늄 층(102)까지, 그리고 상기 입구 구멍(42) 부위에서는 아래로 상기 실리콘 층(16)까지 플라스마 에칭된다. 상기 레지스트가 제거되고, 장치는 세척된다.

희생물질(Sacrificial Material)로 이루어진 층 108이 상기 층 20에 스핀처리된다. 상기 층 108은 6 마이크론의 감광성 폴리이미드(Photo-sensitive Polyimide)이거나 대략 4 마이크론의 고온 레지스트이다. 상기 층 108은 소프트베이크(Softbake)되고 나서, 마스크(110)에 접촉된 후, 현상된다. 상기 층 108은, 폴리이미드로 이루어져 있는 경우는 한 시간동안 400℃에서 하드베이크(Hardbake)되거나, 상기 층(108)이 고온 레지스트인 경우는 300℃ 이상에서 하드베이크된다. 수축에 의해 야기되는 상기 폴리이미드 층(108)의 패턴에 따른 뒤틀림이, 상기 마스크(110)의 디자인에 고려된다는 점이 도면에서 주목되어야 한다.

다음 단계에서, 도8e에 도시된 바와 같이, 제2 희생층(112)이 가해진다. 상기 층 112는, 스핀되는 2 ㎛의 감광 폴리이미드이거나, 대략 1.3 ㎛의 고온 레지스트이다. 상기 층 112은 소프트베이크되고, 마스크(114)에 접촉된다. 상기 마스크 (114)에 접촉된 후, 상기 층 112은 현상된다. 상기 층 112이 폴리이미드인 경우, 상기 층 112은 대략 한 시간동안 400℃에서 하드베이크된다. 상기 층 112이 레지스트인 경우, 대략 한 시간동안 300℃ 이상에서 하드베이크된다.

그 다음, 0.2 마이크론의 다층 금속층이 증착된다. 이 층 116의 일부는 상기 액츄에이터(28)의 상기 수동빔(60)을 형성한다.

상기 층 116은 300℃ 주변에서 1,000Å의 질화티타늄(TiN)을 뿌린 후, 50Å의 질화탄탈늄(TaN)을 뿌려서 형성된다. 1,000Å의 TiN를 추가적으로 뿌린 후, 50Å의 TaN과 1,000Å의 TiN를 추가적으로 뿌린다. TiN 대신에 사용될 수 있는 다른 물질들은 TiB₂, MoSi₂또는 (Ti, Al)N이다.

그 다음, 상기 층 116은 마스크(118)에 접촉되고, 현상되며, 그리고 상기 층 112에 플라스마 에칭된 후, 상기 층 116에 가해진 레지스트는 상기 경화층(Cured Layer)(108 또는 112)을 제거하지 않도록 조심하여 습식제거(Wet Strip)된다.

제3 희생층(120)이 4 ㎛의 감광 폴리이미드 혹은 대략 2.6 ㎛의 고온 레지스트를 스핀하여 가해진다. 상기 층 120은 소프트베이크되고 나서, 마스크(122)에 접촉된다. 그 다음, 상기 노출된 층은 현상되고 나서, 하드베이크된다. 폴리이미드의 경우, 상기 층 120은, 대략 한 시간동안 400℃에서, 또는 상기 층 120이 레지스트를 포함하면 300℃ 이상에서 하드베이크된다.

제2 다중 금속층(124)이 상기 층 120에 가해진다. 상기 층 124의 성분들은 상기 층 116과 동일하고, 동일한 방법으로 가해진다. 층 116 및 124는 둘 다 전기적으로 전도층이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.

상기 층 124는 마스크(126)에 접촉된 다음, 현상된다. 상기 층 124는 아래로 폴리이미드 혹은 레지스트 층 120까지 플라스마 에칭된 후, 상기 층 124에 가해진 레지스트는 상기 경화층(108, 112, 혹은 120)을 제거하지 않도록 주의하여 습식제거된다. 상기 층 124의 잔여부분은 상기 액츄에이터(28)의 상기 능동빔(58)을 형성한다는 점이 주목되어야 한다.

제4 희생층(128)은 4 ㎛의 감광 폴리이미드 또는, 대략 2.6 ㎛의 고온 레지스트를 스핀하여 가해진다. 상기 층 128은 소프트베이크되고, 상기 마스크(130)에 접촉된 다음, 도 9k에 도시된 바와 같이, 아일랜드부(Island Portion)를 남기도록 현상된다. 상기 층 128의 잔여부분은, 폴리이미드 경우에는 대략 한 시간동안 400℃에서, 레지스트인 경우 300℃ 이상에서 하드베이크된다.

도8l에 도시된 바와 같이, 높은 영의 계수(Young's modulus)를 가진 유전체층(132)이 증착된다. 상기 층 132는 대략 1 ㎛의 질화실리콘이나 산화알루미늄으로 구성된다. 상기 층 132은 상기 희생층 108, 112, 120, 128의 하드베이크 온도 아래의 온도에서 증착된다. 이 유전체층 132에 요구되는 주요 특성들은 높은 탄성계수, 화학적 불활성(Chemical Inertness)과 TiN에 대한 양호한 접착성이다.

제5 희생층(134)은 2 ㎛의 감광 폴리이미드 또는 대략 1.3 ㎛의 고온 레지스트에 스핀하여 가해진다. 상기 층 134은 소프트베이크되고, 마스크(136)에 접촉되고, 현상된다. 그 다음, 상기 층 134의 잔여부분은 폴리이미드 경우는 한 시간 동안 400℃에서, 레지스트인 경우는 300℃ 이상에서 하드베이크된다.

상기 유전체층 132는 상기 희생층 134이 제거되지 않도록 주의하면서, 아래로 상기 희생층 128까지 플라스마 에칭된다.

이 단계는 상기 노즐개구(24), 상기 레버 아암(26)과 상기 노즐 어셈블리 (10)의 앵커(54)를 형성한다.

높은 영의 계수를 가진 유전체층(138)이 증착된다. 상기 층 138은 상기 희생층(108, 112, 120 및 128)의 하드베이크 온도 아래의 온도에서 0.2 ㎛의 질화실리콘 이나 산화알루미늄을 증착하여 형성된다.

그 다음, 도 8p에 도시된 바와 같이, 상기 층 138은 0.35 마이크론의 깊이로 이방성(Anisotropical)으로 플라스마 에칭된다. 이러한 에칭은 상기 유전체층(132)과 상기 희생층(134)의 측벽을 제외한 모든 표면으로부터 유전물질을 제거하기 위해 사용된다. 이 단계는, 상기에서 설명한 바와 같이, 잉크의 메니스커스를 "구속하는", 상기 노즐 개구(24) 주위에 상기 노즐 림(Nozzle Rim,36)을 형성한다.

자외선(UV) 방출 테이프(140)가 가해진다. 4 ㎛의 레지스트가 상기 실리콘 웨이퍼(16)의 후방에 스핀된다. 상기 웨이퍼(16)는 상기 잉크 입구 채널(48)을 형성하도록 상기 웨이퍼(16)를 다시 에칭하기 위해 마스크(142)에 접촉된다. 그 다음, 레지스트가 상기 웨이퍼(16)로부터 제거된다.

UV 방출 테이프(미도시)가 상기 웨이퍼(16)의 후방에 추가적으로 가해지고, 상기 테이프(140)가 제거된다. 도8r 및 도9r에 도시된 바와 같이, 상기희생층(108, 112, 120, 128 및 134)은 최종적인 노즐 어셈블리(10)를 제공하도록 산소 플라스마 내에서 제거된다. 참조하는 데 편의를 위해서, 이들 두 도면에서 사용된 참조부호들은 상기 노즐 어셈블리(10)의 관련 부품들을 나타내기 위해 도 1에 사용된 참조부호들과 동일하다. 도11 및 도12는, 도8 및 도9를 참조하여 상기에서 설명된 과정에 따라 제조된 상기 노즐 어셈블리(10)의 작동을 보여주며, 이들 도면들은 도2 내지 도4에 상응한다.

광범위하게 설명된 본 발명의 기술사상이나 범위를 벗어나지 않고, 상기 특수한 실시예에서 나타난 바와 같은 본 발명에 다양한 변경 및/또는 수정이 가해질 수 있다는 점은 이 기술분야의 숙련자들에게 충분히 인식될 것이다. 따라서, 본 실시예는 여러가지 점에서, 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (13)

1. 잉크젯 프린터(Ink Jet Printer)용 프린트헤드(Printhead)에 있어서,

   인쇄될 매체상에 잉크를 분사시키기 위한 노즐의 배열(Array)과;

   프린트헤드 사용시 상기 노즐과 매체 사이에 위치하는 틈새있는 봉쇄형상(Apertured Containment Formation)을 포함하여;

   매체를 인쇄하기 위해 상기 노즐로부터 정확히 분사된 잉크가, 상기 봉쇄형상의 틈새를 통과하도록 하는 한편, 노즐에 공급된 잉크가, 배열상의 적어도 약간의 다른 노즐들로부터 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 배열(Array)상의 각 노즐은, 배열상의 다른 모든 노즐로부터 분리되도록 각각 봉쇄형상을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 봉쇄형상은, 배열상의 다른 노즐로부터 기결정된(Predetermined) 노즐 그룹을 분리하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
4. 제1항에 있어서,

   상기 봉쇄형상은 프린트헤드상에 위치한 틈새있는 노즐 가드(Nozzle Guard)로서, 노즐로부터 분사된 잉크가 상기 틈새와 인쇄될 기판을 통과하도록 허용하면서, 노즐들간의 손상접촉을 방지하기 위해 노즐들의 외부로 연장되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
5. 제4항에 있어서,

   상기 노즐 가드는 상기 노즐의 외부를 덮고, 상기 틈새는 각 노즐로부터 분사되는 잉크의 정상적인 궤적을 방해하지 않기 위하여 노즐의 배열과 맞도록 통로의 배열을 형성하며

   상기 노즐 가드는, 각 노즐을 둘러싸는 잉크 봉쇄 챔버(Chamber)를 형성하기 위해 통로의 배열로부터 각 노즐의 외부로 연장된 봉쇄 벽(Containment Wall)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
6. 제4항에 있어서,

   상기 노즐 가드는 실리콘(Silicon)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
7. 제4항에 있어서,

   각 봉쇄 챔버는, 챔버내에서 잉크의 기결정된 레벨(Level)에 의해 작동하고,손상된 노즐을 보상하기 위하여 다른 노즐들의 동작을 배열과 조절하기 위한 결함보정장치에 피드백(Feedback)을 제공하는 잉크 감지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
8. 제7항에 있어서,

   상기 프린터는 상기 잉크 감지수단에 응답하여 상기 손상된 노즐에의 잉크 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
9. 제4항에 있어서,

   상기 노즐 배열상에 이물질이 쌓이는 것을 방지하기 위하여 유체가 통로를 통과하도록 하기 위한 유체 입구개구부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
10. 제4항에 있어서,

    프린트헤드상에 노즐 실드(Shield)를 지지하기 위한 지지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
11. 제10항에 있어서,

    상기 지지수단은, 일체적으로 형성되고, 상기 가드의 각 단부에 배열되어 있는 한쌍의 이격된 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
12. 제11항에 있어서,

    상기 지지부재들의 하나에 유체 입구 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.
13. 제12항에 있어서,

    상기 유체 입구 개구는, 상기 노즐 배열의 결합 패드(Pad)로부터 멀리 떨어져 지지부재에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.