KR20040033563A - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는 잉크 챔버, 매니폴드 및 잉크 채널이 형성된 기판; 매니폴드와 잉크 채널 사이에 형성되어 매니폴드로부터 잉크 채널로 유입되는 잉크 내의 불순물을 여과하는 불순물 여과층; 및 기판의 표면 상에 형성되며, 잉크 챔버의 중앙부와 대응되는 위치에 노즐이 형성된 노즐판;을 구비한다. 따라서, 잉크 내의 불순물이 잉크 채널을 막거나 잉크 챔버로 유입되는 것을 방지함으로써 프린트헤드의 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 불순물 입자를 여과할 수 있도록 구조가 개선된 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크가 충만된 잉크 챔버 내부에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
여기에서, 버블의 성장방향과 잉크 액적의 토출 방향에 따라 상기 열구동 방식은 다시 탑-슈팅(top-shooting), 사이드-슈팅(side-shooting), 백-슈팅(back-shooting) 방식으로 분류될 수 있다. 탑-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 동일한 방식이고, 사이드-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 방식이며, 그리고 백-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 잉크 액적 토출 방식을 말한다.
이와 같은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위해서는 인접한 노즐 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 한 좁아야 한다. 셋째, 고속 인쇄를 위해서는 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 리필되는 주기가 가능한 한 짧아야 한다.
한편, 잉크 내에 존재하는 불순물 입자는 프린트헤드의 성능을 떨어뜨리는 원인이 된다. 즉, 불순물 입자가 잉크 채널을 막게되면 잉크 챔버 내로 잉크가 공급되지 않아서 잉크가 토출되지 않으며, 히터가 파손될 수 있다. 이러한 불순물 입자는 헤드칩과 카트리지의 조립과정에서도 유입될 수 있으며, 잉크가 카트리지의 필터를 거치더라도 미세한 불순물 입자는 여전히 잉크 내에 존재할 수 있다. 따라서, 프린트헤드의 성능을 향상시키기 위해서는 상기의 요건 이외에도 잉크 내에 존재하는 불순물을 여과하여 불순물 입자가 잉크의 유로를 막거나 잉크 챔버로 유입되는 것을 방지하여야 한다.
도 1은 불순물 입자를 여과할 수 있는 종래 잉크젯 프린트헤드의 일 예로서, 미국특허 US 5,734,399호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 평면도이다. 도면을 참조하면, 잉크는 매니폴드(407)로부터 잉크 채널(409,411,413,415)을 통하여 히터(401,403) 부위로 공급된다. 여기서, 잉크젯 프린트헤드는 잉크 유로에 포토레지스트를 이용한 일종의 섬(island, 417,419,423,425,427,429,431) 구조를 이용하여 불순물 입자(433,435)가 히터(401,403) 부위로 유입되는 것을 방지하고 있다.
도 2은 종래 잉크젯 프린트헤드의 다른 예로서, 미국특허 US 6,286,941호에 개시된 잉크젯 프린트헤드의 사시도이다. 도면을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 노즐판(48)에 형성된 다수의 슬릿(64)을 잉크 챔버(74)로 잉크를 공급하는 잉크유로로 이용함으로써 불순물 입자가 잉크 챔버(74)로 유입되는 것을 방지하는 구조를 가지고 있다. 여기서, 참조부호 72, 84는 각각 히터와 노즐을 나타낸다.
그러나, 상기의 두가지 잉크젯 프린트헤드는 미세한 불순물 입자를 여과하기에는 한계가 있다. 또한, 상기의 구조는 잉크 채널이 기판의 표면에 평행하게 형성된 경우에만 적용이 가능하며 잉크 채널이 기판의 표면에 수직하게 형성된 경우에는 적용하기 어렵다. 즉, 기판의 표면에 수직으로 형성된 원통형의 잉크 채널에 섬구조를 형성하기는 쉽지 않으며, 만약 형성한다고 해도 잉크 공급이 자유롭지 못할 가능성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 매니폴드와 잉크 채널 사이에 형성된 불순물 여과층을 이용하여 미세한 불순물 입자도 여과함으로써 프린트헤드의 성능을 향상시킨 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 일 예를 도시한 평면도.
도 2는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 다른 예를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구조를 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 평면도.
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 본 잉크젯 프린트헤드의 단면도.
도 6은 도 4에 도시된 불순물 여과층의 메쉬부를 확대하여 도시한 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 다른 예를 도시한 단면도.
도 8 내지 도 14는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 과정을 도시한 단면도들.
도 15 내지 도 19는 도 7에 도시된 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 과정을 도시한 단면도들.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100... 기판 101... 본딩 패드
102... 매니폴드 103... 잉크 토출부
104... 노즐 105... 잉크 채널
106... 잉크 챔버 108... 히터
110... 불순물 여과층 110a... 메쉬부
112... 전극 114... 노즐판
116... 히터보호층 118... 전극보호층
125... 노즐가이드 150... 불순물 입자
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 그 표면 쪽에 형성되고, 상기 잉크 챔버로 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 그 배면 쪽에 형성되며, 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드를 연결하는 잉크 채널이 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드 사이에 형성된 기판; 상기 매니폴드와 상기 잉크 채널 사이에 형성되어 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 채널로 유입되는 잉크 내의 불순물을 여과하는 불순물 여과층; 및 상기 기판의 표면상에 형성되며, 상기 잉크 챔버의 중앙부와 대응되는 위치에 노즐이 형성되고, 상기 노즐 주위에 형성된 히터 및 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 전극이 배치된 노즐판;을 구비한다.
여기서, 상기 불순물 여과층은 메쉬부가 형성된 박막인 것이 바람직하다. 상기 잉크 챔버는 그 형상이 실질적으로 반구형이며, 상기 잉크 채널은 상기 기판의 표면에 수직하게 형성된다. 상기 노즐판은 상기 노즐의 가장자리에서 상기 잉크 챔버의 깊이 방향으로 연장 형성된 노즐 가이드를 더 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
히터 및 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극이 배치된 노즐판을 기판의 표면상에 적층하고, 상기 노즐판에 노즐을 형성하는 단계; 상기 기판의 배면을 소정 깊이로 식각하여 매니폴드를 형성하는 단계; 상기 기판의 배면에 불순물 여과층을 형성하는 단계; 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 식각하여 잉크 챔버를 형성하는 단계; 및 상기 잉크 챔버의 바닥면으로부터 상기 기판을 식각하여 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드를 연결하는 잉크 채널을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 불순물 여과층을 형성하는 단계는, 상기 매니폴드가 형성된 상기 기판의 배면상에 박막을 적층하는 단계; 및 상기 박막을 패터닝하여 메쉬부를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는, 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 등방성 식각함으로써 실질적으로 반구형의 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계를 포함한다. 한편, 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는, 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 소정 깊이로 이방성 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 이방성 식각된 기판의 전면에 소정의 물질막을 증착하는 단계; 상기 물질막을 이방성 식각하여 상기 트렌치의 바닥을 노출함과 동시에 상기 트렌치의 측벽에 상기 물질막의 노즐 가이드를 형성하는 단계; 및 상기 트렌치의 바닥에 노출된 상기 기판을 등방성 식각함으로써 실질적으로 반구형의 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 잉크 채널을 형성하는 단계는, 상기 잉크 챔버의 바닥면으로부터 상기 기판의 표면에 수직하게 상기 기판을 식각하여 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드를 연결하는 단계를 포함한다.
이상과 같이, 본 발명은 잉크 내의 불순물을 여과하여 프린트헤드의 성능을 향상시킨 개선된 구조의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이다. 도면을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드에는 점선으로 도시된 잉크 공급을 위한 매니폴드(102) 상에 잉크 토출부(103)들이 2열로 배치되고, 각 잉크 토출부(103)와 전기적으로 연결되는 본딩 패드(101)들이 배치되어 있다. 상기 매니폴드(102)는 잉크를 담고 있는 잉크 컨테이너(미도시)와 연결된다. 도면에서 잉크 토출부(103)들은 2열로 배치되어 있지만, 1열로 배치될 수도 있고, 해상도를 높이기 위하여 3열이상으로 배치될 수도 있다. 또한, 매니폴드(102)는 잉크 토출부(103)의 각 열마다 하나씩 형성될 수도 있다.
도 4은 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 본 잉크젯 프린트헤드의 수직구조를 도시한 단면도이다. 도면들을 참조하여 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(100)에는, 그 표면 쪽에 잉크가 채워지는 잉크 챔버(106)가 대략 반구형으로 형성되어 있고, 그 배면 쪽에는 각 잉크 챔버(106)로 잉크를 공급하는 매니폴드(102)가 형성되어 있다. 여기서, 기판(100)은 집적회로의 제조에 널리 쓰이는 실리콘이 일반적으로 사용된다.
상기 잉크 챔버(106)와 매니폴드(102) 사이에는 잉크 챔버(106)와 매니폴드(102)를 연결하는 잉크 채널(105)이 기판(100)의 표면에 수직하게 원통형으로 형성되어 있다.
기판(100)의 표면에는 노즐판(114)이 적층되어, 잉크 챔버(106)의 상부벽을 이루며, 상기 노즐판(114)에는 잉크 챔버의 중앙부에 대응하는 위치에 노즐(104)이 형성되어 있다. 기판(100)이 실리콘으로 이루어진 경우, 노즐판(114)은 실리콘을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막이나 기판(100) 상에 증착된 실리콘 질화막 등이 될 수 있다.
상기 노즐판(114) 위에는 노즐(104) 주위에 버블 생성용 히터(108)가 형성되어 있다. 이 히터(108)는 불순물이 도핑된 다결정 실리콘이나 탄탈륨-알루미늄 합금, 타이타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN)과 같은 저항 발열체로 이루어지고, 상기 히터(108)에는 펄스상 전류를 인가하기 위한 전극(112)이 접속된다. 전극(112)은 통상 본딩 패드(도 3의 101) 및 필요한 배선(미도시)과 동일한 물질 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금과 같은 금속으로 이루어진다. 한편, 히터(108)및 전극(112)을 보호하기 위하여 히터(108) 및 전극(112) 위에는 각각 히터보호층(116) 및 전극보호층(118)이 형성되어 있다.
한편, 잉크 내에 존재하는 불순물 입자(150)가 매니폴드(102)로부터 잉크 챔버(106)로 유입되는 것을 방지하기 위하여 매니폴드(102)와 잉크 채널(105) 사이에는 불순물 여과층(110)이 형성되어 있다. 이 불순불 여과층(110)은 기판(100)의 배면상에 적층된 박막으로서 매니폴드(102)로부터 잉크 채널(105)로 통하는 부분에는 도 6에 도시된 바와 같이 메쉬부(110a)가 형성되어 작은 불순물 입자(150)도 여과할 수 있도록 되어있다. 상기 불순물 여과층(110)은 그 두께가 대략 1㎛이하의 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등으로 이루어진다. 메쉬부(110a)는 기판(100)의 배면 상에 적층된 박막을 패터닝하여 형성된다. 이때, 상기 메쉬부(110a)는 그 메쉬(mesh)를 조절함으로써 유체 저항(flow resistance)을 용이하게 변경할 수 있다.
상기와 같은 구조에서, 매니폴드(102)내의 잉크는 불순물 여과층(110)의 메쉬부(110a)를 통과하면서 여과되고, 여과된 잉크는 잉크 채널(105)을 통하여 잉크 챔버(106)로 공급된다.
다음으로, 잉크 챔버(106)에 잉크가 채워진 상태에서 히터(108)에 펄스상 전류를 인가하면, 히터(108)에서 발생된 열이 아래의 노즐판(114)을 통하여 전달되고, 이에따라 히터(108) 아래의 잉크가 비등하면서 버블(B)이 생성된다.
시간이 지남에 따라 버블(B)이 팽창하면, 팽창하는 버블(B)의 압력에 의하여 잉크 챔버(106) 내의 잉크는 노즐(104)을 통하여 토출된다.
다음으로, 인가했던 전류를 차단하면 버블(B)은 소멸되고, 잉크 챔버(106)내에는 여과된 잉크가 다시 채워진다.
상기와 같이, 매니폴드(102) 내의 잉크는 불순물 여과층(110)의 메쉬부(110a)를 통과하면서 여과된 후 잉크 챔버(106)로 공급되므로 잉크 내의 불순물 입자(150)가 잉크 채널(105)에 고착되거나 잉크 챔버(106)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 전술한 잉크젯 프린트헤드와 다른 점은 노즐가이드(125)가 노즐(104)의 가장자리로부터 잉크 챔버(106)쪽으로 연장 형성되어 있다는 것이다. 이러한 노즐 가이드(125)는 버블(B)의 성장시 액적의 토출방향을 가이드함으로써 액적이 정확히 기판(100)의 표면에 수직한 방향으로 토출되게 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 도 8내지 도 14는 도 5에 도시된 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 과정을 도시한 단면도들이다.
도 8은 기판(100)의 표면에 노즐판(114)이 형성된 후, 그 위에 히터(108) 및 전극(112)이 형성된 상태를 도시한 것이다.
먼저, 기판(100)은 일반적으로 실리콘 기판이 사용되는데, 이는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼를 그대로 사용함으로써 대량생산에 효과적이기 때문이다. 이 실리콘 기판(100)을 산화로에 넣고 습식 또는 건식 산화시키면, 실리콘 기판(100)의 표면에는 노즐판(114)이 되는 실리콘 산화막이 형성되며, 이 노즐판(114)에는 이후에 노즐(104)이 형성된다.
다음으로, 노즐판(114) 상에 히터(108)를 형성한다. 이 히터(108)는 실리콘 산화막인 노즐판(114)의 전면에 불순물이 도핑된 다결정 실리콘 이나 탄탈륨-알루미늄 합금을 증착한 다음 이를 패터닝함으로써 형성된다. 구체적으로, 불순물이 도핑된 다결정 실리콘은 다결정 실리콘을 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)법에 의하여 불순물과 함께 증착함으로써 대략 0.5-2㎛ 두께로 형성될 수 있다. 히터(108)를 탄탈륨-알루미늄 합금으로 형성하는 경우, 탄탈륨-알루미늄 합금막은 탄탈륨-알루미늄 합금을 타겟으로 하거나, 탄탈륨-알루미늄을 별도의 타겟으로 하여 스퍼터링(Sputtering)으로 증착함으로써 대략 0.1-0.3㎛ 두께로 형성될 수 있다. 이 다결정 실리콘막이나 탄탈륨-알루미늄 합금막의 증착두께는, 히터(108)의 폭과 길이를 고려하여 적정한 저항값을 가지도록 다른 범위로 할 수도 있다. 이어서, 노즐판(114)에 증착된 다결정 실리콘막 또는 탄탈륨-알루미늄 합금막은 식각공정에 의하여 패너닝된다.
다음으로, 히터(108)가 형성된 노즐판(114)의 전면에 실리콘 질화막과 같은 히터보호층(116)을 대략 0.5㎛ 두께로 저압 화학기상증착법으로 증착하고, 상기 히터(108)의 상부에 증착된 히터보호층(116)을 식각하여 전극(112)과 접속될 부분의 히터(108)를 노출시킨다. 이어서, 도전성이 좋고 패터닝이 용이한 금속 예컨대, 알루미늄이나 알루미늄 합금을 대략 1㎛ 두께로 스퍼터링으로 증착하고 이를 패터닝함으로써 전극(112)을 형성한다. 이때 전극(112)을 이루는 금속막은 기판(100) 상의 다른 부위에서 배선(미도시)과 본딩 패드(도 3의 101)를 동시에 이루도록 패터닝된다. 이어서, 전극(112)이 형성된 노즐판(114)의 전면에TEOS(Tetraethylorthosilane) 산화막과 같은 전극보호층(118)을 증착한다. 상기 TEOS 산화막은 전극(112)과 본딩 패드(도 3의 101)가 변형되지 않는 범위인 대략 400℃ 이하에서 대략 1㎛ 두께로 화학기상증착법에 의하여 증착된다.
도 9는 노즐판(114)에 노즐(104)이 형성된 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 히터(108)의 안쪽으로 히터(108)의 크기보다 작은 크기로 전극보호층(118), 히터보호층(116) 및 노즐판(114)을 순차 식각하여 노즐(104)을 이룰 부분의 기판(100)을 노출한다.
도 10은 기판(100)의 배면 쪽에 매니폴드(102)가 형성된 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 실리콘 기판(100)의 배면에 대략 1㎛ 두께의 실리콘 산화막 등을 증착하고, 이를 패터닝하여 식각될 영역을 한정하는 식각 마스크를 형성한 다음, 식각 마스크에 노출된 기판(100)을 대략 300-400㎛의 깊이로 TMAH(Tetramethyl Amonium Hydroxide)를 에칭액으로 하여 습식 식각하거나 또는 유도결합 플라즈마-반응이온식각(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching; ICP-RIE)에 의하여 건식 식각하여 기판(100)의 배면 쪽에 매니폴드(102)를 형성한다. 한편, 매니폴드(102)는 노즐(104)을 형성하는 단계 이전에 기판(100)의 배면을 식각하여 형성될 수도 있다. 또한, 도면에서는 매니폴드(102)가 기판(100)의 배면을 이방성 습식 식각하여 형성되는 것으로 설명되었지만, 이방성 습식 식각이 아닌 이방성 건식 식각으로 형성될 수도 있다.
도 11 및 도 12는 매니폴드(102)가 형성된 기판(100)의 배면 상에 불순물 여과층(110)이 형성되는 과정을 도시한 것이다. 먼저, 도 11에 도시된 바와 같이, 매니폴드(102)가 형성된 기판(100)의 배면 상에 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ; PECVD)방법이나 스퍼터링 방법으로 대략 1㎛이하의 박막(111)을 증착한다. 이때, 박막(111)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등이 될 수 있다. 다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 반응이온식각(Reaction Ion Ecthing; RIE) 등에 의하여 상기 박막(111)을 패터닝함으로써 불순물 여과층(110)을 형성하게 되며, 이때, 불순물 여과층(110)에는 불순물 입자를 여과하는 메쉬부(110a)가, 후에 형성될 잉크 채널(105)에 대응하는 위치에 형성되어 있다.
도 13은 기판(100)의 표면 쪽에 잉크 챔버(106)가 형성된 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 잉크 챔버(106)는 XeF2가스와 같은 식각가스를 사용하여 노즐(104)에 의하여 노출된 기판(100)을 등방성 식각함으로써 형성되며, 이때 잉크 챔버(106)의 형상은 실질적으로 반구형이 된다.
도 14는 잉크 채널(105)이 형성된 상태를 도시한 것이다. 구체적으로, 잉크 챔버(106)의 바닥면을 이루는 기판(100)을 유도결합 플라즈마-반응이온식각 등에 의하여 기판(100)의 표면에 수직하게 이방성 식각함으로써 매니폴드(102)와 잉크 챔버(106)를 연결하는 잉크 채널을 형성한다.
도 15내지 도 19는 본 발명에 따른 다른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 이 제조방법은 노즐가이드(125)를 형성하는 단계가 추가되는 것을 제외하고는 전술한 잉크젯 프린트헤드의 제조방법과 동일하다. 따라서, 이하에서는 노즐가이드(125)를 형성하는 단계를 중심으로 설명하기로 한다.
도 12에 도시된 상태에서 노즐(104)에 의하여 노출된 기판(100)을 이방성 식각하여 도 15에 도시된 바와 같이 소정 깊이의 트렌치(140)를 형성한다. 이어서, 그 전면에 도 16에 도시된 바와 같이 TEOS 산화막과 같은 소정의 물질층(108)을 증착한다. 다음으로, 상기 물질층(108)을 기판(100)이 노출될 때까지 이방성 식각하면 도 17에 도시된 바와 같이 트렌치(140)의 측벽에 노즐가이드(125)가 형성된다.
다음으로, 전술한 바와 같이 도 17에 도시된 상태에서 노즐(104)에 의하여 노출된 기판(100)을 등방성 식각함으로써 도 18에 도시된 바와 같이 실질적으로 반구형의 잉크 챔버(106)를 형성하고, 이어서 잉크 챔버(106)의 바닥면을 이루는 기판(100)을 이방성 식각함으로써 도 19에 도시된 바와 같이 매니폴드(102)와 잉크 챔버(106)를 연결하는 잉크 채널(105)을 형성한다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명에서 잉크젯 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있으며, 각 물질의 적층 및 형성방법도 다양한 증착방법 및 식각방법이 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서 각 단계의 순서는 경우에 따라서 예시된 바와 달리할 수도 있으며, 각 단계에서 예시된 구체적인 수치는 제조된 잉크젯 프린트헤드가 정상적으로 작동할 수 있는 범위 내에서는 얼마든지 예시된 범위를 벗어나 조정가능하다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 매니폴드와 잉크 채널사이에 메쉬부가 형성된 불순물 여과층을 구비하여 미세한 불순물 입자까지도 여과함으로써 잉크 내에 존재하는 불순물 입자가 잉크 채널을 막거나 잉크 챔버로 유입되는 것을 방지할 수 있 수 있다. 따라서, 잉크 챔버로 잉크가 공급되지 않아 발생할 수 있는 토출불량이나 히터파손 등의 원인을 사전에 제거하여 프린트헤드의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 불순물 여과층에 형성된 메쉬부의 메쉬를 조절함으로써 유로 저항을 용이하게 변경할 수 있다.
Claims (10)
- 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버가 그 표면 쪽에 형성되고, 상기 잉크 챔버로 잉크를 공급하기 위한 매니폴드가 그 배면 쪽에 형성되며, 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드를 연결하는 잉크 채널이 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드 사이에 형성된 기판;상기 매니폴드와 상기 잉크 채널 사이에 형성되어 상기 매니폴드로부터 상기 잉크 채널로 유입되는 잉크 내의 불순물을 여과하는 불순물 여과층; 및상기 기판의 표면상에 형성되며, 상기 잉크 챔버의 중앙부와 대응되는 위치에 노즐이 형성되고, 상기 노즐 주위에 형성된 히터 및 상기 히터와 전기적으로 연결되어 상기 히터에 전류를 인가하는 전극이 배치된 노즐판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1 항에 있어서,상기 불순물 여과층은 메쉬부가 형성된 박막인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 잉크 챔버는 그 형상이 실질적으로 반구형인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 잉크 채널은 상기 기판의 표면에 수직하게 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 노즐판은 상기 노즐의 가장자리에서 상기 잉크 챔버의 깊이 방향으로 연장 형성된 노즐 가이드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 히터 및 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전극이 배치된 노즐판을 기판의 표면상에 적층하고, 상기 노즐판에 노즐을 형성하는 단계;상기 기판의 배면을 소정 깊이로 식각하여 매니폴드를 형성하는 단계;상기 기판의 배면에 불순물 여과층을 형성하는 단계;상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 식각하여 잉크 챔버를 형성하는 단계;및상기 잉크 챔버의 바닥면으로부터 상기 기판을 식각하여 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드를 연결하는 잉크 채널을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 불순물 여과층을 형성하는 단계는,상기 매니폴드가 형성된 상기 기판의 배면상에 박막을 적층하는 단계; 및상기 박막을 패터닝하여 메쉬부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는, 상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 등방성 식각함으로써 실질적으로 반구형의 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 잉크 챔버를 형성하는 단계는,상기 노즐에 의해 노출된 상기 기판을 소정 깊이로 이방성 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;상기 이방성 식각된 기판의 전면에 소정의 물질막을 증착하는 단계;상기 물질막을 이방성 식각하여 상기 트렌치의 바닥을 노출함과 동시에 상기 트렌치의 측벽에 상기 물질막의 노즐 가이드를 형성하는 단계; 및상기 트렌치의 바닥에 노출된 상기 기판을 등방성 식각함으로써 실질적으로 반구형의 상기 잉크 챔버를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 잉크 채널을 형성하는 단계는, 상기 잉크 챔버의 바닥면으로부터 상기 기판의 표면에 수직하게 상기 기판을 식각하여 상기 잉크 챔버와 상기 매니폴드를 연결하는 단계인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드 제조방법.
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