KR20050014130A - 압전 및 정전 방식에 의해 구동되는 잉크젯 프린트헤드 및그 제조방법 - Google Patents

압전 및 정전 방식에 의해 구동되는 잉크젯 프린트헤드 및그 제조방법

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KR20050014130A
KR20050014130A KR1020030052611A KR20030052611A KR20050014130A KR 20050014130 A KR20050014130 A KR 20050014130A KR 1020030052611 A KR1020030052611 A KR 1020030052611A KR 20030052611 A KR20030052611 A KR 20030052611A KR 20050014130 A KR20050014130 A KR 20050014130A
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piezoelectric
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윤용섭
최형
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삼성전자주식회사
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Abstract

압전 및 정전 방식에 의해 구동되는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 토출될 잉크가 채워지는 압력 챔버가 형성된 유로 형성판과, 유로 형성판 위에 형성되어 압력 챔버를 덮는 멤브레인과, 멤브레인 위에 형성된 중간 전극과, 중간 전극 위에 압력 챔버의 상부에 위치하도록 형성된 압전막과, 압전막 위에 형성된 상부 전극과, 압력 챔버의 바닥면에 형성된 하부 전극을 구비하여, 상기 중간 전극과 상부 전극 사이에 인가되는 전압에 의한 압전막의 변형과, 상기 중간 전극과 하부 전극 사이에 인가되는 전압에 의해 생성된 정전력에 의해, 멤브레인이 변형되어 압력 챔버 내의 잉크가 토출되도록 된 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의하면, 보다 큰 구동력을 얻을 수 있으며, 압력 챔버의 크기를 줄여 노즐 밀도를 높일 수 있어서 고해상도의 인쇄가 가능하게 된다.

Description

압전 및 정전 방식에 의해 구동되는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Ink-jet printhead driven piezoelectrically and electrostatically and method for manufacturing method thereof}
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전 방식 및 정전 방식의 복합 방식에 의해 구동되는 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 토출 방식에 따라 여러 가지로 나뉠 수 있다. 그하나는 열원을 이용하여 잉크를 가열하고, 잉크의 가열에 의해 생성된 버블(bubble)의 팽창력에 의해 잉크가 토출되도록 하는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형에 의해 멤브레인을 변형시키고, 그 멤브레인의 변형에 의해 잉크가 토출되도록 하는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이며, 또 다른 하나는 정전력에 의해 멤브레인을 변형시키고, 그 멤브레인의 변형에 의해 잉크가 토출되도록 하는 정전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 유로 형성판(10)의 내부에는 잉크 유로를 이루는 리저버(2), 잉크 채널(3), 압력 챔버(4) 및 노즐(5)이 형성되어 있으며, 유로 형성판(10)의 상부에는 압전 액츄에이터(20)가 마련되어 있다. 리저버(2)는 도시되지 않은 잉크 컨테이너로부터 유입된 잉크를 저장하는 곳이며, 잉크 채널(3)은 리저버(2)로부터 압력 챔버(4)로 잉크가 유입되는 통로이다. 압력 챔버(4)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 압전 액츄에이터(20)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 이를 위해, 유로 형성판(10)의 압력 챔버(4) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(20)에 의해 변형되는 멤브레인(1)의 역할을 하게 된다. 상기 멤브레인(1)은 진동판이라고도 불리운다.
이러한 구성을 가진 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 작동을 설명하면, 압전 액츄에이터(20)의 구동에 의해 멤브레인(1)이 변형되면 압력 챔버(4)의부피가 감소하게 되고, 이에 따른 압력 챔버(4) 내의 압력 변화에 의해 압력 챔버(4) 내의 잉크는 노즐(5)을 통해 외부로 토출된다. 이어서, 압전 액츄에이터(20)의 구동에 의해 멤브레인(1)이 원래의 형태로 복원되면 압력 챔버(4)의 부피가 증가하게 되고, 이에 따른 압력 변화에 의해 리저버(2)에 저장되어 있는 잉크가 리스트릭터(3)를 통해 압력 챔버(4) 내로 유입된다.
도 2에는 상기 압전 액츄에이터의 구조가 상세하게 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 유로 형성판(10)은 주로 세라믹 재료, 금속 재료, 합성수지 재료 또는 실리콘 기판으로 이루어진 다수의 얇은 플레이트(11, 12, 13)를 각각 가공하여 상기한 잉크 유로의 부분을 형성한 뒤, 이들 다수의 플레이트(11, 12, 13)를 접착제를 사용하여 접착함으로써 이루어진다. 압력 챔버(4)의 상부에 적층되는 플레이트(13)는 상기한 바와 같이 멤브레인(1)의 역할을 하게 된다. 그리고, 압전 액츄에이터(20)는, 하부 전극(21)과 압전막(22)과 상부 전극(23)으로 구성되며, 이들은 멤브레인(1)의 상부에 순차 적층되어 있다. 상기 하부 전극(21)과 상부 전극(23)은 소정의 도전성 금속물질로 이루어진다. 상기 압전막(22)은 압전 물질, 통상적으로 페이스트(paste) 상태의 PZT를 하부전극(21) 위에 스크린 프린팅(screen printing)법에 의해 소정 두께로 도포한 뒤 대략 900 ~ 1,000℃ 정도의 고온에서 소결함으로써 형성된다.
상기한 바와 같은 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드와 달리 잉크를 가열하지 않기 때문에 잉크의 열화가 발생하지 않는 장점과 구동력이 비교적 큰 장점이 있다. 그러나, 그 제조 과정에서 멤브레인(1)의두께를 충분히 얇게 하기 어렵고, 이에 따라 멤브레인(1)의 변형량이 작아서 충분한 구동력을 얻기 위해서는 멤브레인(1)의 면적을 증가시켜야 하는 단점이 있다. 일반적으로 고해상도의 인쇄 품질을 얻기 위해서는 노즐 밀도가 높아야 하나, 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 상기한 바와 같이 각 압력 챔버(4)에 대응되는 멤브레인(1)의 면적 증가로 인해 노즐 밀도를 높이는 데에는 한계가 있다. 그리고, 종래에는 압전막(22)을 형성하기 위해 상기한 바와 같이 PZT와 같은 페이스트 상태의 압전 물질을 스크린 프린팅법에 의해 도포한 후, 고온 소결과 압전특성을 발생시키기 위한 폴링(polling) 공정이 수행되는데, 이러한 고온 공정은 재질 선택의 자유도를 줄여 제조 공정의 난이도를 크게 증가시키는 문제점이 있다.
도 3에는 정전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일 예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 유로 형성판(30)에는 잉크 유로를 이루는 리저버(32), 잉크 채널(33), 압력 챔버(34) 및 노즐(35)이 형성되어 있으며, 유로 형성판(30)의 상부에는 멤브레인(40)이 마련되어 있다. 리저버(32)는 도시되지 않은 잉크 컨테이너로부터 유입된 잉크를 저장하는 곳이며, 잉크 채널(33)은 리저버(32)로부터 압력 챔버(34)로 잉크가 유입되는 통로이다. 압력 챔버(34)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 멤브레인(40)의 변형에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 상기 멤브레인(40)은 정전력에 의해 변형되는데, 이를 위해 멤브레인(40)의 상부에는 상부 전극(41)이 형성되어 있고, 압력 챔버(34)의 바닥면에는 하부 전극(42)이 형성되어 있다. 즉, 상부 전극(41)과 하부 전극(42)에 인가되는 전압에 의해 두 전극(41, 42) 사이에는 정전력이 발생하게 되고, 이에 따라 멤브레인(40)이 변형됨으로써 압력 챔버(34)에 잉크의 토출을 위한 구동력이 제공되는 것이다.
상기한 바와 같은 정전 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 구조가 비교적 간단하여 제조 공정이 단순하고 잉크의 열화가 발생하지 않는 장점이 있으나, 구동력이 비교적 약한 단점이 있다. 따라서, 잉크의 토출을 위한 충분한 구동력을 발생시키기 위해서는 압력 챔버(34)의 면적이 넓어지고 전극들(41, 42)에 인가되는 전압이 높아지게 되어, 상기한 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드와 마찬가지로 노즐 밀도를 높이는 데에는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 압전 효과와 정전력에 의한 복합 구동 방식을 채택함으로써, 보다 큰 구동력을 확보할 수 있으며 노즐 밀도를 높일 수 있는 구조를 가진 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기한 잉크젯 프린트헤드를 보다 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
도 1은 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 압전 액츄에이터의 구조를 상세하게 나타낸 도 1에 표시된 A-A'선을 따른 단면도이다.
도 3은 종래의 정전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구성을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 표시된 B-B'선을 따른 본 발명의 잉크젯 프린트헤드의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 압전 효과와 정전력에 의한 멤브레인의 변형량을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 다른 제조방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101...잉크 도입구 102...리저버
103...잉크 채널 104...압력 챔버
105...노즐 110...유로 형성판
111...실리콘 기판 112...감광성 폴리머층
120...멤브레인 131...하부 전극
132...중간 전극 133...압전막
134...상부 전극 135...컨택 홀
136...보호막
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
토출될 잉크가 채워지는 압력 챔버가 형성된 유로 형성판;
상기 유로 형성판 위에 형성되어 상기 압력 챔버를 덮는 멤브레인;
상기 멤브레인 위에 형성된 중간 전극;
상기 중간 전극 위에 상기 압력 챔버의 상부에 위치하도록 형성된 압전막;
상기 압전막 위에 형성된 상부 전극; 및
상기 압력 챔버의 바닥면에 형성된 하부 전극;을 구비하여,
상기 중간 전극과 상부 전극 사이에 인가되는 전압에 의한 상기 압전막의 변형과, 상기 중간 전극과 하부 전극 사이에 인가되는 전압에 의해 생성된 정전력에 의해, 상기 멤브레인이 변형되어 상기 압력 챔버 내의 잉크가 토출되도록 된 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 하부 전극은 상기 압력 챔버의 일측면을 따라 상기 유로 형성판의 상면까지 연장될 수 있다. 그리고, 상기 하부 전극은 상기 멤브레인에 형성된 컨택 홀을 통해 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
상기 하부 전극은 절연성을 가진 보호막에 의해 덮여져 상기 압력 챔버 내에 채워진 잉크와 절연되는 것이 바람직하다.
상기 멤브레인은 유기막으로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 유기막은 라미네이팅 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 압전막은 AlN 또는 ZnO를 포함하는 압전 물질로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 압전 물질은 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.
그리고, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
(가) 유로 형성판에 압력 챔버를 형성하는 단계;
(나) 상기 압력 챔버의 바닥면에 하부 전극을 형성하는 단계;
(다) 상기 유로 형성판 위에 상기 압력 챔버를 덮도록 멤브레인을 형성하는 단계;
(라) 상기 멤브레인 위에 중간 전극을 형성하는 단계;
(마) 상기 중간 전극 위에 상기 압력 챔버의 상부에 위치하도록 압전막을 형성하는 단계; 및
(바) 상기 압전막 위에 상부 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (가) 단계에서는, 소정 두께를 가진 기판을 준비한 후, 상기 기판을 그 상면으로부터 소정 깊이로 식각하여 상기 압력 챔버를 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 (가) 단계는, 소정 두께를 가진 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판의 상면에 감광성 폴리머를 도포하는 단계와, 상기 감광성 폴리머를 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 상기 압력 챔버를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (나) 단계에서는, 상기 압력 챔버가 형성된 유로 형성판의 전면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속물질을 부분적으로 식각함으로써 상기 하부 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 하부 전극 형성 후에, 상기 하부 전극 위에 절연물질로 이루어진 보호막을 형성하는 단계;가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 하부 전극은 상기 압력 챔버의 바닥면으로부터 상기 압력 챔버의 일측면을 따라 상기 유로 형성판의 상면까지 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 (다) 단계에서는, 유기 물질로 이루어진 필름을 라미네이팅 방법에 의해 상기 유로 형성판 위에 접착한 후, 상기 유기 필름을 큐어링하여 상기 멤브레인을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 (라) 단계에서는, 상기 멤브레인의 상면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속물질을 부분적으로 식각함으로써 상기 중간 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 (마) 단계에서, 상기 압전막은 압전 물질을 스퍼터링에 의해 증착함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 압전 물질은 AlN 및 ZnO 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (마) 단계는, 상기 중간 전극과 멤브레인의 상면에 상기 압전 물질을 스퍼터링에 의해 증착하는 단계와, 상기 압전 물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후 이를 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 압전 물질을 부분적으로 식각하여 상기 압전막을 형성하는 단계와, 상기 식각 마스크를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (바) 단계에서는, 상기 압전막과 상기 멤브레인의 상면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속물질을 부분적으로 식각함으로써 상기 상부 전극을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 (바) 단계에서는, 섀도우 마스크를 사용하여 상기 압전막의 상면과 상기 멤브레인의 상면 일부에 도전성 금속물질을 스퍼터링에 의해 증착함으로써상기 상부 전극을 형성할 수도 있다.
그리고, 상기 (바) 단계 전에, 상기 멤브레인을 식각하여 상기 하부 전극을 노출시키는 컨택 홀을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 (바) 단계에서, 상기 상부 전극은 상기 컨택 홀을 통해 상기 하부 전극에 전기적으로 연결되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 구성을 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4에 표시된 B-B'선을 따른 본 발명의 잉크젯 프린트헤드의 단면도이다.
도 4와 도 5를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 유로 형성판(110)과, 상기 유로 형성판(110) 위에 형성된 멤브레인(120)을 구비한다. 상기 유로 형성판(110)과 멤브레인(120)에는 잉크 유로를 이루는 잉크 도입구(101), 리저버(102), 잉크 채널(103), 압력 챔버(104) 및 노즐(105)이 형성된다.
상기 리저버(102)는 도시되지 않은 잉크 컨테이너로부터 유입된 잉크를 저장하는 곳으로서, 상기 유로 형성판(110)에 형성되며 멤브레인(120)에 형성된 잉크 도입구(101)를 통해 잉크 컨테이너와 연결된다. 상기 잉크 채널(103)도 유로 형성판(110)에 형성되어 상기 리저버(102)와 압력 챔버(104)를 연결하며, 리저버(102)로부터 압력 챔버(104)로 잉크를 공급하는 통로 역할을 하게 된다. 상기 압력 챔버(104)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 유로 형성판(110)에 형성되어 그 상부를 덮고 있는 멤브레인(120)의 변형에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 상기 노즐(105)은 압력 챔버(104)의 바닥에 형성되며, 이를 통해 압력 챔버(104) 내의 잉크가 압력 챔버(104) 외부로 토출된다.
한편, 잉크 유로를 구성하는 잉크 도입구(101), 리저버(102), 잉크 채널(103), 압력 챔버(104) 및 노즐(105)은 도 4 및 도 5에 도시된 것과는 다르게 배치될 수도 있다. 예컨대, 잉크 도입구(101)는 리저버(102)의 측면쪽 또는 바닥쪽으로부터 잉크가 유입되도록 유로 형성판(110)에 형성될 수도 있다. 또한, 노즐(105)도 압력 챔버(104)의 측면쪽에 형성될 수 있다. 즉, 상기한 잉크 유로의 구성과 배치는 다양하게 변형될 수도 있으며, 이러한 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다.
그리고, 상기 유로 형성판(110)은 하나의 판으로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 후술하는 제조 방법에서 설명되는 바와 같이 두 개 또는 그 이상의 판이 적층되어 이루어질 수도 있다. 상기 유로 형성판(110)이 하나의 판으로 이루어진 경우, 그 판은 실리콘 기판으로 이루어진 것이 바람직하며, 이 외에도 글라스 기판으로 이루어질 수도 있다. 상기 유로 형성판(110)이 두 개의 판이 적층되어 이루어진 경우에는, 실리콘 또는 글라스 기판과, 이 기판 상에 적층된 감광성 폴리머층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 유로 형성판(110)은 세라믹 재료, 금속 재료 또는 합성수지 재료로 이루어진 다수의 박판을 접착제를 사용하여 접착함으로써 이루어질 수도 있다.
상기 멤브레인(120)은 압력 챔버(104)를 덮도록 유로 형성판(110) 위에 형성된다. 상기 멤브레인(120)은 그 변형에 의해 압력 챔버(104)의 부피를 변화시킴으로써 잉크가 토출되도록 하는 역할을 하게 된다. 본 발명에 있어서, 상기 멤브레인(120)은 유기막으로 이루어진 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 멤브레인(120)은 폴리이미드와 같은 유기 물질로 이루어진 필름을 유로 형성판(110) 상에 가열, 가압하여 압착하는 라미네이팅 방법에 의해 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 멤브레인(120)은 강성이 비교적 약하여 비교적 작은 구동력에 의해서도 변형량이 큰 장점이 있다. 한편, 상기 멤브레인(120)은 실리콘 기판이나 글라스 기판을 유로 형성판(110) 위에 본딩한 뒤, 이 기판을 폴리싱하여 원하는 두께로 맞춤으로써 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 특징은 압전 효과에 의한 전단력과 두 전극 사이에 작용하는 정전력을 이용하여 잉크를 토출시키는 복합 구동 방식을 채용한 점에 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에는 하부 전극(131), 중간 전극(132), 상부 전극(134) 및 압전막(133)이 구비된다.
상기 하부 전극(131)은 상기 압력 챔버(104)의 바닥면에 배치된다. 상기 하부 전극(131)은 도전성 금속물질로 이루어지며, 상기 중간 전극(132)과의 사이에 정전력을 발생시키는 구동 전극의 역할을 하게 된다. 상기 하부 전극(131)은 압력챔버(104)의 일측면을 따라 유로 형성판(110)의 상면까지 연장된다. 그리고, 상기 하부 전극(131)은 압력 챔버(104) 내부의 잉크와의 절연을 위해 절연성을 가진 보호막(136)에 의해 덮여지는 것이 바람직하다.
상기 중간 전극(132)은 상기 멤브레인(120) 위에 형성된다. 상기 중간 전극(132)은 공통 전극의 역할을 하는 것으로, 도전성 금속물질로 이루어진다. 이러한 중간 전극(132)은 멤브레인(120)의 상면 전체에 형성될 수도 있으며, 압력 챔버(104)의 상부에 해당하는 위치에만 형성될 수도 있다.
상기 압전막(133)은 중간 전극(132) 위에 형성되며, 압력 챔버(104)에 대응하는 위치에 배치된다. 상기 압전막(133)은 압전 특성을 가진 압전 물질로 이루어진다. 상기 압전 물질로서 PZT를 사용할 수도 있으나, PZT를 사용하는 경우에는 고온 소결과 폴링 공정을 거쳐야 하는 불편한 점이 있다. 따라서, 본 발명에서는, 상기 압전 물질로서 AlN 또는 ZnO를 사용하는 것이 바람직하다. AlN 및 ZnO와 같은 압전 물질은 스퍼터링에 의해 증착될 수 있으며, 소결과 폴링 공정을 필요로 하지 않으므로 압전막(133)의 형성 공정이 매우 단순화될 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 압전막(133)이 AlN 또는 ZnO로 이루어진 경우에는 PZT로 이루어진 경우에 비해 매우 작은 두께로도 멤브레인(120)을 변형시킬 수 있는 충분한 모멘트를 발생시킬 수 있는 장점도 있다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.
상기 상부 전극(134)은 상기 압전막(133) 위에 형성된다. 상기 상부 전극(134)도 도전성 금속물질로 이루어지며, 상기 압전막(133)에 전압을 인가하여 압전 효과를 발생시키는 구동 전극의 역할을 하게 된다. 상기 상부 전극(134)의 일측은 유로 형성판(110)의 상면까지 연장된다. 이 때, 상부 전극(134)과 중간 전극(132) 사이의 절연을 위해 이들 사이에 개재된 상기 압전막(133)이 중간 전극(132)의 일측 가장자리를 덮도록 형성된다.
그리고, 상부 전극(134)은 하부 전극(131)과 함께 구동 전극의 역할을 하는 것으로서, 서로 전기적으로 연결된 것이 바람직하다. 이를 위해, 멤브레인(120)에는 컨택 홀(135)이 형성되며, 이 컨택 홀(135)을 통해 상부 전극(134)은 하부 전극(131)에 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 유로 형성판(110)의 상면에 상기한 보호막(136)이 형성된 경우에는, 상기 컨택 홀(135)은 하부 전극(131)이 노출될 수 있도록 상기 보호막(136)에도 형성된다. 이와 같이 상부 전극(134)과 하부 전극(131)이 전기적으로 연결되면, 상부 전극(134)과 하부 전극(131)에 동시에 전압을 인가할 수 있게 되므로, 압전 효과의 발생과 정전력의 발생이 동시에 이루어질 수 있어서 멤브레인(120)의 변형량이 보다 커질 수 있는 장점이 있다.
도 6a 및 도 6b는 압전 효과와 정전력에 의한 멤브레인의 변형량을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 6a를 참조하면, 중간 전극(132)과 상부 전극(134) 사이에 전압이 인가되면, 압전막(133)에는 압전 효과에 의해 전단력이 작용하게 된다.
이 때, 압전 효과에 의한 전단력 Fi는 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.
위 수학식 1에서, ε0와 εr은 각각 공기의 유전율과 압전막(133)의 유전율을 가리키고, V는 중간 전극(132)과 상부 전극(134) 사이의 전위차, A는 압전막(133)의 면적, dij는 압전 상수, t는 압전막(133)의 두께를 가리킨다.
위 수학식 1을 보면, 동일한 전위차에서 압전 상수 dij가 작을 수록 전단력 Fi는 커진다는 것을 알 수 있다. 참고로, PZT의 압전 상수는 370pC/N이고, AlN과 ZnO의 압전 상수는 각각 3.4pC/N과 246pC/N이다. 따라서, 본 발명에서 전술한 바와 같이 AlN 또는 ZnO를 사용하여 압전막(133)을 형성한 경우에는, PZT를 사용한 경우에 비해 압전 효과에 의한 전단력 Fi가 커진다는 것을 알 수 있다.
그리고, 상기 정전력 Fi에 의해 멤브레인(120)에 작용하는 모멘트 Mb는 아래 수학식 2로 표현될 수 있다. 아래 수학식 2에서 y는 모멘트 팔의 길이를 가리킨다.
상기한 모멘트 Mb에 의해 변형되는 멤브레인(120)의 곡률 반경 ρ는 아래 수학식 3으로 나타내어진다.
위 수학식 3을 보면, 모멘트 Mb가 커질수록 멤브레인(120)의 곡률 반경 ρ는 점차 작아짐을 알 수 있다. 곡률 반경 ρ가 작아진다는 것은 멤브레인(120)의 변형량이 커진다는 것을 의미한다.
예를 들어, 압전막(133)이 PZT로 이루어진 경우에는, 공기의 유전율 ε0를 8.85e-12, 압전막(133)의 면적 A를 1000 x 100㎛2, 전위차 V를 50 볼트로 설정하고, PZT의 유전율εr을 1000, PZT의 압전 상수 dij를 110e-12, PZT의 두께 t를 20㎛, 모멘트 팔의 길이 y를 10㎛로 하였을 때, 상기 전단력 Fi는 20.1N이고, 모멘트 Mb는 201N㎛이다.
그리고, 압전막(133)이 AlN으로 이루어진 경우에는, 공기의 유전율 ε0와 압전막(133)의 면적 A와 전위차 V는 상기의 경우와 동일하게 설정하고, AlN의 유전율εr을 9, AlN의 압전 상수 dij를 1e-12, AlN의 두께 t를 3㎛, 모멘트 팔의 길이 y를 1.5㎛로 하였을 때, 상기 전단력 Fi는 1194N이고, 모멘트 Mb는 199N㎛이다.
상기한 두 가지 경우를 비교해 보면, 압전막(133)으로서 AlN을 사용한 경우에는 PZT를 사용한 경우에 비해 두께 t가 매우 작아지더라도 거의 동일한 모멘트 Mb를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
다음으로 도 6b를 참조하면, 중간 전극(132)과 하부 전극(131) 사이에 전압이 인가되면, 중간 전극(132)과 하부 전극(131) 사이에 정전력이 발생하게 된다.
이 때, 정전력 Fe는 아래 수학식 4로 표현될 수 있다.
위 수학식 4에서, ε은 중간 전극(132)과 하부 전극(131) 사이의 매질의 유전율을 가리키고, A는 전극 면적, V는 중간 전극(132)과 하부 전극(131) 사이의 전위차, d는 중간 전극(132)과 하부 전극(131) 사이의 거리를 가리킨다.
본 발명에서 중간 전극(132)과 하부 전극(131) 사이의 압력 챔버(104) 내에 잉크가 채워지고, 상기 잉크의 유전율은 대략 80 정도로 매우 크기 때문에, 위 수학식 4에서 알 수 있듯이 비교적 큰 정전력 Fe가 발생하게 된다.
그리고, 상기 정전력 Fe에 의해 멤브레인(120)에 작용하는 모멘트 Mb는 아래 수학식 5로 표현될 수 있다. 아래 수학식 5에서 x는 모멘트 팔의 길이를 가리킨다.
상기한 모멘트 Mb에 의해 변형되는 멤브레인(120)의 곡률 반경 ρ는 위 수학식 3과 같이 나타내어진다. 따라서, 모멘트 Mb가 커질수록 멤브레인(120)의 곡률 반경 ρ는 점차 작아짐을 알 수 있다.
예를 들어, 잉크의 유전율 ε을 80, 전극 면적 A를 3000x3000㎛2, 전위차 V를 50 볼트, 전극 사이의 거리 d를 10㎛, 모멘트 팔의 길이 x를 1500㎛로 하였을 때, 상기 정전력 Fe는 0.016N이고, 모멘트 Mb는 24N㎛이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는, 중간 전극(132)과 상부 전극(134) 사이에 인가되는 전압에 의한 상기 압전막(133)의 변형과, 중간 전극(132)과 하부 전극(131) 사이에 인가되는 전압에 의해 생성되는 정전력을 이용하여 상기 멤브레인(120)을 변형시킨다. 따라서, 압전 효과와 정전력을 이용한 복합 구동 방식에 의해 구동력이 커지게 되어 멤브레인(120)의 변형량이 증가하게 되므로, 압력 챔버(104)의 면적을 줄여도 잉크 토출에 필요한 충분한 구동력을 확보할 수 있다. 따라서, 노즐 밀도를 높일 수 있어서 고해상도의 인쇄가 가능하게 되며, 프린트헤드 칩의 사이즈가 작아지게 되므로 수율이 향상되는 장점이 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다. 이 도면들에서, 왼쪽 그림과 오른쪽 그림은 서로 직교하는 방향으로 절단한 단면도이다.
먼저 도 7a를 참조하면, 소정 두께를 가진 유로 형성판(110)을 준비한 후, 상기 유로 형성판(110)을 그 상면으로부터 소정 깊이로 식각하여 압력 챔버(104)를 형성한다. 이 때, 리저버(102)와 잉크 채널(103)도 함께 형성한다. 구체적으로, 상기 유로 형성판(110)으로는 실리콘 기판을 사용하는 것이 바람직하며, 이 외에도 글라스 기판이 사용될 수 있다. 준비된 유로 형성판(110)의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 식각 마스크를 형성한다. 이어서, 상기 식각 마스크를 이용하여 유로 형성판(110)의 상면을 소정 깊이로 식각함으로써 압력 챔버(104)와 리저버(102)를 형성한 후 식각 마스크를 제거한다. 다음으로, 상기한 바와 같은 방법으로 잉크 채널(103)을 형성한다. 한편, 상기 잉크 채널(103)을 먼저 형성한 후, 압력 챔버(104)와 리저버(102)를 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 압력 챔버(104)의 바닥면에 하부 전극(131)을 형성한다. 구체적으로, 상기 압력 챔버(104)가 형성된 유로 형성판(110)의 전면에 도전성 금속물질을 증착한다. 이어서 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 도전성 금속물질을 부분적으로 식각하여 하부 전극(131)을 형성한다. 이 때, 상기 하부 전극(131)은 압력 챔버(104)의 바닥면으로부터 압력 챔버(104)의 일측면을 따라 유로 형성판(110)의 상면까지 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 하부 전극(131) 위에 절연물질로 이루어진 보호막(136)을 형성한다. 상기 보호막(136)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
도 7c는 노즐(105)을 형성한 상태를 도시한 도면이다. 상기 노즐(105)은 압력 챔버(104) 바닥의 보호막(136)과 유로 형성판(110)을 관통되도록 식각함으로써 형성될 수 있다.
도 7d와 도 7e는 유로 형성판(110) 위에 압력 챔버(104)를 덮는 멤브레인(120)을 형성한 상태를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 7d에 도시된 바와 같이, 폴리이미드와 같은 유기 물질로 이루어진 필름을 유로 형성판(110) 상에 가열, 가압하여 접착하는 라미네이팅 방법에 의해 상기 멤브레인(120)이 형성된다. 이어서, 상기 멤브레인(120)을 열적, 화학적 안정성을 확보하기 위해 소정 온도에서 열처리(curing)하면, 도 7e에 도시된 바와 같이 그 두께가 줄어들면서 소정의 강도를 가지게 된다.
한편, 상기 멤브레인(120)은 실리콘 기판이나 글라스 기판을 유로 형성판(110) 위에 본딩한 뒤, 이 기판을 폴리싱하여 원하는 두께로 맞춤으로써 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 7f에 도시된 바와 같이, 멤브레인(120)의 상면에 중간 전극(132)을 형성한다. 구체적으로, 상기 멤브레인(120)의 상면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속물질을 부분적으로 식각함으로써 상기 중간 전극(132)을 형성할 수 있다.
도 7g는 중간 전극(132) 위에 압력 챔버(104)의 상부에 위치하도록 압전막(133)을 형성한 상태를 도시한 것이다.
도 7g를 참조하면, 상기 압전막(133)은 압전 물질로 이루어지며, 이러한 압전 물질로는 여러 가지가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 AlN 또는 ZnO가 사용될 수 있다. 이러한 압전 물질은 전술한 바와 같이 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. 구체적으로, 상기 중간 전극(132)과 멤브레인(120)의 상면에 상기 압전 물질을 스퍼터링에 의해 증착한다. 이어서, 상기 압전 물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 식각 마스크를 형성한다. 그리고, 상기 식각 마스크를 이용하여 상기 압전 물질을 부분적으로 식각하여 상기 압전막(133)을 형성한 다음, 상기 식각 마스크를 제거한다. 이 때, 상기 압전막(133)은 중간 전극(132)과 후술하는 상부 전극(134) 사이의 절연을 위해 중간 전극(132)의 일측 가장자리를 덮도록 형성된다.
다음으로, 도 7h에 도시된 바와 같이, 멤브레인(120)을 식각하여 리저버(102)와 연결되는 잉크 도입구(101)를 형성한다. 그리고, 바람직하게는 상기 멤브레인(120)과 그 아래의 보호막(136)을 식각하여 하부 전극(131)을 노출시키는 컨택 홀(135)을 형성한다. 상기 잉크 도입구(101)와 컨택 홀(135)은 동시에 형성될 수 있다.
마지막으로, 도 7i에 도시된 바와 같이, 상기 압전막(133) 위에 상부 전극(134)을 형성한다. 구체적으로, 상기 압전막(133)과 멤브레인(120)의 상면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속물질을 부분적으로 식각함으로써 상부 전극(134)을 형성할 수 있다. 한편, 상부 전극(134)은 섀도우 마스크를 사용하여 상기 압전막(133)의 상면과 상기 멤브레인(120)의 상면 일부에 도전성 금속물질을 스퍼터링에 의해 증착함으로써 형성될 수도 있다. 이 때, 상기 상부 전극(134)의 일측은 유로 형성판(110)의 상면까지 연장되도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 컨택 홀(135)을 통해 상부 전극(134)과 하부 전극(131)이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기한 바와 같은 단계들을 거치게 되면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 다른 제조방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다. 이하에서 설명되는 제조방법은 유로 형성판에 압력 챔버를 형성하는 단계를 제외하고는 전술한 제조방법과 동일하다. 따라서, 이하에서는 유로 형성판에 압력 챔버를 형성하는 단계만 설명하기로 한다.
도 8a를 참조하면, 먼저 소정 두께를 가진 실리콘 기판(111)을 준비한다. 한편, 상기 실리콘 기판(111) 대신에 글라스 기판이 사용될 수도 있다. 이어서, 상기 실리콘 기판(111)의 상면에 감광성 폴리머를 소정 두께로 도포하여 감광성 폴리머층(112)을 형성한다.
다음으로 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 감광성 폴리머층(112)을 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 압력 챔버(104)를 형성한다. 이 때, 리저버(102)와 잉크 채널(103)도 함께 형성한다. 구체적으로, 압력 챔버(104)와 리저버(102)에 대응되는 패턴이 형성된 포토 마스크를 사용하여 감광성 폴리머층(112)을 부분적으로 노광시킨 다음 현상하여 압력 챔버(104)와 리저버(102)를 형성한다. 이어서, 잉크 채널(103)에 대응되는 패턴이 형성된 포토 마스크를 사용하여 감광성 폴리머층(112)을 소정 두께만큼 노광시킨 다음 현상하여 잉크 채널(103)을 형성한다. 한편, 잉크 채널(103)을 먼저 형성하고 그 다음에 압력 챔버(104)와 리저버(102)를 형성할 수도 있다. 상기한 공정을 거치게 되면, 도시된 바와 같이 압력 챔버(104), 리저버(102) 및 잉크 채널(103)이 형성된 감광성 폴리머층(112)과 실리콘기판(111)으로 이루어진 유로 형성판(110)이 제조될 수 있다.
다음으로, 전술한 제조방법 중 하부 전극(131)의 형성 단계와 그 이후의 단계들을 거치게 되면 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드가 제조될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, 본 발명에서 잉크젯 프린트헤드의 잉크 유로를 구성하는 리저버, 잉크 채널, 압력 챔버 및 노즐의 형상과 위치는 단지 예시된 것으로서, 다양하게 변형될 수 있다. 그리고, 잉크젯 프린트헤드의 각 구성요소를 형성하는 방법도 단지 예시된 것으로서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 식각방법과 증착방법이 적용될 수 있으며, 각 단계의 순서도 예시된 바와 달리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 압전 효과와 정전력을 이용한 복합 구동 방식에 의해 구동력이 커지게 되어 멤브레인의 변형량이 증가하게 되므로, 압력 챔버의 면적을 줄여도 잉크 토출에 필요한 충분한 구동력을 확보할 수 있다. 따라서, 노즐 밀도를 높일 수 있어서 고해상도의 인쇄가 가능하게 되며, 프린트헤드 칩의 사이즈가 작아지게 되므로 수율이 향상된다.
둘째, 폴리이미드와 같은 유기막을 라미네이팅 방법에 의해 접착하여 멤브레인을 형성함으로써, 멤브레인의 강성이 작아져 보다 작은 구동력으로도 충분한 변형량을 얻을 수 있다.
셋째, AlN 또는 ZnO와 같은 압전 물질을 스퍼터링에 의해 증착하여 압전막을 형성함으로써, 종래의 고온 소결과 폴링 공정이 필요하지 않아 제조 공정이 단순화될 수 있으며, 재질 선택에 대한 자유도가 증가하게 된다.

Claims (25)

  1. 토출될 잉크가 채워지는 압력 챔버가 형성된 유로 형성판;
    상기 유로 형성판 위에 형성되어 상기 압력 챔버를 덮는 멤브레인;
    상기 멤브레인 위에 형성된 중간 전극;
    상기 중간 전극 위에 상기 압력 챔버의 상부에 위치하도록 형성된 압전막;
    상기 압전막 위에 형성된 상부 전극; 및
    상기 압력 챔버의 바닥면에 형성된 하부 전극;을 구비하여,
    상기 중간 전극과 상부 전극 사이에 인가되는 전압에 의한 상기 압전막의 변형과, 상기 중간 전극과 하부 전극 사이에 인가되는 전압에 의해 생성된 정전력에 의해, 상기 멤브레인이 변형되어 상기 압력 챔버 내의 잉크가 토출되도록 된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 압력 챔버의 일측면을 따라 상기 유로 형성판의 상면까지 연장된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 멤브레인에 형성된 컨택 홀을 통해 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 하부 전극은 절연성을 가진 보호막에 의해 덮여져 상기 압력 챔버 내에 채워진 잉크와 절연되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 멤브레인은 유기막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유기막은 라미네이팅 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 압전막은 AlN 및 ZnO 중 어느 하나를 포함하는 압전 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 압전 물질은 스퍼터링에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  9. (가) 유로 형성판에 압력 챔버를 형성하는 단계;
    (나) 상기 압력 챔버의 바닥면에 하부 전극을 형성하는 단계;
    (다) 상기 유로 형성판 위에 상기 압력 챔버를 덮도록 멤브레인을 형성하는 단계;
    (라) 상기 멤브레인 위에 중간 전극을 형성하는 단계;
    (마) 상기 중간 전극 위에 상기 압력 챔버의 상부에 위치하도록 압전막을 형성하는 단계; 및
    (바) 상기 압전막 위에 상부 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 (가) 단계는,
    소정 두께를 가진 기판을 준비한 후, 상기 기판을 그 상면으로부터 소정 깊이로 식각하여 상기 압력 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 (가) 단계는,
    소정 두께를 가진 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판의 상면에 감광성 폴리머를 도포하는 단계; 및
    상기 감광성 폴리머를 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 상기 압력 챔버를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 압력 챔버가 형성된 유로 형성판의 전면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속물질을 부분적으로 식각함으로써 상기 하부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  14. 제 9항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 하부 전극 형성 후에, 상기 하부 전극 위에 절연물질로 이루어진 보호막을 형성하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  15. 제 9항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 압력 챔버의 바닥면으로부터 상기 압력 챔버의 일측면을 따라 상기 유로 형성판의 상면까지 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 (다) 단계는,
    유기 물질로 이루어진 필름을 라미네이팅 방법에 의해 상기 유로 형성판 위에 접착한 후, 상기 유기 필름을 큐어링하여 상기 멤브레인을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 유기 물질은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  18. 제 9항에 있어서, 상기 (라) 단계는,
    상기 멤브레인의 상면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속물질을 부분적으로 식각함으로써 상기 중간 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  19. 제 9항에 있어서,
    상기 (마) 단계에서, 상기 압전막은 압전 물질을 스퍼터링에 의해 증착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 압전 물질은 AlN 및 ZnO 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 (마) 단계는,
    상기 중간 전극과 멤브레인의 상면에 상기 압전 물질을 스퍼터링에 의해 증착하는 단계;
    상기 압전 물질의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 포토리소그라피에 의해 패터닝하여 식각 마스크를 형성하는 단계;
    상기 식각 마스크를 이용하여 상기 압전 물질을 부분적으로 식각하여 상기 압전막을 형성하는 단계; 및
    상기 식각 마스크를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  22. 제 9항에 있어서, 상기 (바) 단계는,
    상기 압전막과 상기 멤브레인의 상면에 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토레지스트로 이루어진 식각 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속물질을 부분적으로 식각함으로써 상기 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  23. 제 9항에 있어서, 상기 (바) 단계는,
    섀도우 마스크를 사용하여 상기 압전막의 상면과 상기 멤브레인의 상면 일부에 도전성 금속물질을 스퍼터링에 의해 증착함으로써 상기 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  24. 제 22항 또는 제 23항에 있어서,
    상기 (바) 단계 전에, 상기 멤브레인을 식각하여 상기 하부 전극을 노출시키는 컨택 홀을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 (바) 단계에서, 상기 상부 전극은 상기 컨택 홀을 통해 상기 하부 전극에 전기적으로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100792351B1 (ko) * 2006-02-09 2008-01-08 삼성전기주식회사 잉크젯 프린터 헤드
WO2014018028A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Piezoelectric actuator and method of making a piezoelectric actuator

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100590558B1 (ko) * 2004-10-07 2006-06-19 삼성전자주식회사 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법
KR100792351B1 (ko) * 2006-02-09 2008-01-08 삼성전기주식회사 잉크젯 프린터 헤드
WO2014018028A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Piezoelectric actuator and method of making a piezoelectric actuator
US9266326B2 (en) 2012-07-25 2016-02-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Piezoelectric actuator and method of making a piezoelectric actuator

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