KR20050062743A - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 잉크를 가열하기 위한 히터와 이 히터에 전류를 공급하기 위한 도선이 형성된 기판; 기판 위에 적층되어 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 한정하는 것으로, 적어도 일부가 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 챔버층; 및 챔버층의 상면에 부착되는 것으로, 잉크가 토출되는 노즐이 형성된 노즐 플레이트;를 구비한다.

Description

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet printhead and method for manufacturing the same}
본 발명은 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 챔버층을 형성하는 물질 및 공정을 개선함으로써 잉크의 토출 성능을 향상시킬 수 있는 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 프린트헤드이고, 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 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
한편, 이러한 열구동 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향에 따라 다시 탑-슈팅(top-shooting) 방식, 사이드-슈팅(side-shooting) 방식 및 백-슈팅(back-shooting) 방식으로 분류된다. 탑-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 동일한 방식이고, 사이드-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 방식이고, 백-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 잉크 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. 즉, DPI(Dots Per Inch)를 높이기 위해서는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속 인쇄를 위해서는, 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 리필(refill)되는 주기가 가능한 한 짧아야 한다. 즉, 가열된 잉크와 히터의 냉각이 빨리 이루어져 구동 주파수를 높일 수 있어야 한다.
도 1은 종래 탑-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드의 구성을 나타낸 개략적인 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 수직구조를 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드는 상부에 다수의 물질층이 적층된 기판(11)과, 상기 기판(11) 위에 적층되어 잉크 챔버(22)를 한정하는 챔버층(20)과, 상기 챔버층(20) 위에 적층되는 노즐 플레이트(30)로 이루어져 있다. 잉크 챔버(22) 내에는 잉크가 채워지며, 잉크 챔버(22)의 아래쪽에는 잉크를 가열하여 버블을 생성시키기 위한 히터(도 2의 13)가 마련되어 있다. 잉크 피드홀(ink feedhole,24)는 잉크 챔버(22)의 내부로 잉크를 공급하기 위한 통로로서 잉크 저장고(미도시)와 연결되어 있다. 노즐 플레이트(30)에는 각각의 잉크 챔버(22)에 대응하는 위치에 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐(32)이 형성되어 있다.
상기와 같은 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 도 2를 참조하여 설명하면, 실리콘으로 이루어진 기판(11) 상에는 히터(13)와 기판(11) 사이의 단열과 절연을 위한 절연층(12)이 형성되어 있다. 상기 절연층(12) 위에는 잉크 챔버(22) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터(13)가 형성되어 있다. 이 히터(13)는 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl) 등을 절연층(12) 상에 박막의 형태로 증착함으로써 형성된다. 히터(13) 위에는 히터(13)에 전류를 인가하기 위한 도선(conductor, 14)이 마련되어 있다. 이 도선(14)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등과 같은 도전성이 양호한 금속물질로 이루어진다.
히터(13)와 도선(14) 위에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 15)이 형성되어 있다. 보호층(15)은 히터(13)와 도선(14)이 산화되거나 잉크와 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로 주로 실리콘 질화막을 증착함으로써 이루어진다. 그리고, 보호층(15) 위에는 잉크 챔버(22)가 형성되는 부위에 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer, 16)이 형성되어 있다.
한편, 수 개의 물질층이 적층된 기판(11) 위에는 잉크 챔버(22)를 형성하기 위한 챔버층(20)이 부착되어 있다. 상기 챔버층(20)은 일반적으로 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 계열의 물질로 이루어진다. 그리고, 이 챔버층(20) 위에는 노즐(32)이 형성되어 있는 노즐 플레이트(30)가 부착되어 있다. 상기 노즐 플레이트(30)로는 레이저로 가공한 폴리이미드(PI; polyimide) 필름이나 금(Au)이 도금된 니켈(Ni) 플레이트가 사용된다.
상기와 같은 구조에서, 잉크 챔버(22)에 잉크가 채워진 상태에서 히터(13)에 열이 발생하게 되면 히터(13) 주위에 버블이 발생 팽창하게 되고, 이 버블의 팽창력에 의하여 잉크 챔버(22) 내부의 잉크는 노즐(32)을 통하여 액적의 형태로 토출된다.
그러나, 상기와 같은 잉크젯 프린트헤드에서는 챔버층(20)이 고온에서 잉크와 지속적으로 접촉하고 있기 때문에, 챔버층(20)을 이루는 물질이 스웰링(swelling)되어 챔버층(20)이 기판(11)이나 노즐 플레이트(30)와 분리되는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같이, 층간에 분리가 발생되면, 잉크 토출에 심각한 영향을 미치게 되어 결국 인쇄 품질이 매우 나빠지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 챔버층을 형성하는 물질 및 공정을 개선함으로써 층간 분리를 방지하여 잉크의 토출 성능을 향상시킬 수 있는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 도선이 형성된 기판;
상기 기판 위에 적층되어 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 한정하는 것으로, 적어도 일부가 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 챔버층; 및
상기 챔버층의 상면에 부착되는 것으로, 잉크가 토출되는 노즐이 형성된 노즐 플레이트;를 구비한다.
상기 폴리이미드는 폴리아믹산(polyamic acid)이 소정 온도에서 이미드화(imidization)되어 형성된다. 여기서, 상기 소정 온도는 240℃ ~ 400℃인 것이 바람직하다. 상기 폴리이미드는 상기 노즐 플레이트가 상기 챔버층의 상면에 접착될 때 형성되는 것이 바람직하다.
상기 챔버층의 두께는 10㎛ ~ 100㎛인 것이 바람직하다.
상기 기판에는 상기 잉크 챔버로 잉크를 공급하는 통로인 잉크 피드홀이 형성될 수 있다.
상기 기판 상에는 상기 히터와 기판 사이의 단열과 절연을 위한 절연층이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 히터 및 도선의 상부에는 상기 히터 및 도선을 보호하기 위한 보호층이 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 히터의 상부에는 캐비테이션 보호층이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 노즐 플레이트는 폴리이미드 또는 니켈(Ni)로 이루어진 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 도선을 형성하는 단계;
상기 기판의 상부에 폴리아믹산을 코팅하고, 이를 패터닝하여 잉크 챔버를 한정하는 챔버층을 형성하는 단계; 및
소정 온도에서 상기 챔버층의 상면에 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 접착시키면서 상기 폴리아믹산의 적어도 일부를 이미드화 반응에 의하여 폴리이미드로 전환하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 챔버층을 형성하는 단계는,
상기 기판의 상부에 폴리아믹산을 소정 두께로 코팅하고, 이를 베이킹하여 폴리아믹산 필름을 형성하는 단계; 및
상기 폴리아믹산 필름을 패터닝하여 상기 챔버층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 폴리아믹산은 스핀코팅에 의하여 상기 기판의 상부에 코팅되는 것이 바람직하다.
상기 폴리아믹산 필름의 두께는 10㎛ ~ 100㎛인 것이 바람직하며, 상기 폴리아믹산 필름은 포토리소그라피 공정이나 건식 식각에 의하여 패터닝될 수 있다.
상기 노즐 플레이트는 240℃ ~ 400℃에서 상기 챔버층의 상면에 접착되는 것이 바람직하다.
상기 기판에 상기 잉크 챔버로 잉크를 공급하는 통로인 잉크 피드홀을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 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 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다.
먼저, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탑-슈팅 방식의 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 잉크젯 프린트헤드의 표면에는 노즐(132)이 2열로 배치되어 있으며, 그 양측 가장자리 부위에는 도선이 본딩될 본딩 패드들(101)이 배치되어 있다. 도면에서, 노즐(103)은 2열로 배치되어 있지만, 1열로 배치될 수도 있고, 해상도를 높이기 위하여 3열 이상으로도 배치될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 본 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는 기판(111), 챔버층(120) 및 노즐 플레이트(130)이 순차적으로 적층되는 구조를 가진다. 상기 기판(111)에는 잉크 챔버(122)로 잉크를 공급하는 통로인 잉크 피드홀(ink feedhole,102)이 형성된다. 이러한 잉크 피드홀(102)은 잉크 저장고(미도시)와 연결되어 있다. 상기 챔버층(120)은 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버(122)를 한정한다. 즉, 상기 챔버층(120)은 잉크 챔버(122)의 측벽을 이루게 된다. 그리고, 상기 노즐 플레이트(130)에는 잉크 챔버(122)로부터 잉크의 토출이 이루어지는 노즐(132)이 형성되어 있다.
상기 기판(111)으로는 집적회로의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 상기 기판(111)의 상면에는 절연층(112)이 형성된다. 이 절연층(112)은 기판(111)과 히터(113) 사이의 절연 뿐만 아니라 히터(113)에서 발생된 열에너지가 기판(111)쪽으로 빠져나가는 것을 억제하기 위한 단열층으로서의 기능도 하게 된다. 이러한 절연층(112)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(112) 위에는 잉크 챔버(122) 내의 잉크를 가열하여 버블(135)을 발생시키기 위한 히터(113)가 형성된다. 상기 히터(113)는 저항 발열체로서 예컨대 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl), 티타늄 질화물(TiN) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 히터(113) 위에는 히터(113)에 전류를 공급하기 위한 도선(114)이 형성된다. 여기서, 상기 도선(114)은 히터(113)의 일부를 노출시키도록 패터닝되어 있다. 이러한 도선(114)은 알루이늄, 알루미늄 합금 또는 텅스텐 등과 같은 도전성이 양호한 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 히터(113)와 도선(114) 위에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation,115)이 형성된다. 이 보호층(115)은 히터(113)와 도선(114)이 산화되거나 잉크와 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 보호층(114) 위에는 잉크 챔버(122)가 형성되는 부위에 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer,116)이 형성된다. 이 캐비테이션 방지층(116)은 잉크 챔버(122) 내의 버블(135)이 수축하여 소멸할 때 발생되는 높은 압력에 의해 히터(113)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 캐비테이션 방지층(116)은 탄탈륨(Ta) 등으로 이루어질 수 있다.
상기한 물질증들이 적층된 기판(111)의 상부에는 챔버층(120)이 형성된다. 상기 챔버층(120)은 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버(122)를 한정한다. 즉, 상기 챔버층(120)은 잉크 챔버(122)의 측벽을 이루게 된다. 이러한 챔버층(120)의 두께는 대략 10㎛ ~ 100㎛ 정도가 바람직하다. 그리고, 상기 챔버층(120)의 일부 또는 전부는 잉크에 대한 스웰링(swelling) 특성이 우수한 폴리이미드(PI; polyimide)로 이루어져 있다. 이러한 폴리이미드는 대략 240℃ ~ 400℃의 온도에서 후술하는 노즐 플레이트(130)가 챔버층(120)의 상면에 접착될 때, 폴리아믹산(PAA; polyamic acid)이 이미드화(imidization)되어 형성된 것이다.
상기 챔버층(120)의 상면에는 노즐(132)이 형성된 노즐 플레이트(130)가 마련된다. 상기 노즐 플레이트(130)는 상기 폴리아믹산의 이미드화가 이루어지는 대략 240℃ ~ 400℃의 온도에서 챔버층(120)의 상면에 접착된다. 이때, 챔버층(120)에는 폴리아믹산이 이미드화되어 폴리이미드가 형성되게 된다. 상기 노즐 플레이트(130)로는 레이저로 가공한 폴리이미드 필름이나 금(Au)이 도금된 니켈(Ni) 플레이트가 사용될 수 있다.
이하에서는, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명한다.
도 5a는 기판(111)의 상면에 절연층(112)을 형성하고, 그 위에 히터(113)를 형성한 상태를 도시한 것이다. 먼저, 기판(111)으로는 실리콘 웨이퍼를 대략 400 ~ 650㎛의 두께로 가공하여 사용한다. 이는 실리콘 웨이퍼가 반도체 소자에 널리 사용되는 것으로서, 대량 생산에 효과적이기 때문이다. 한편, 도 5a는 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 하나의 웨이퍼에 수십 내지 수백개의 칩상태로 제조될 수 있다.
이어서, 준비된 실리콘 기판(111)의 상면에 절연층(112)을 형성한다. 상기 절연층(112)은 기판(111)의 상면에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 증착함으로써 형성될 수 있다. 이러한 절연층(112)은 기판(111)과 히터(113) 사이의 절연 뿐만 아니라 히터(113)에서 발생된 열에너지가 기판(111)쪽으로 빠져나가는 것을 억제하기 위한 단열층으로서의 기능을 한다.
다음으로, 상기 절연층(112)의 상면에 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터를 형성한다. 상기 히터(113)는 상기 절연층(112)의 상면에 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨-알루미늄 합금(TaAl), 티타늄 질화물(TiN) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide) 등과 같은 발열 저항체를 소정 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다.
도 5b는 히터(113)에 전류를 인가하기 위한 도선(conductor,114)을 히터(113)의 상면에 형성한 상태를 도시한 것이다. 상기 도선(114)은 상기 히터(113)의 상면에 도전성이 양호한 금속 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금 등을 소정 두께로 증착하고, 이를 히터(113)의 일부를 노출시키도록 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
도 5c는 상기 히터(113) 및 도선(114)의 상면에 보호층(passivation layer,115)를 형성하고, 그 위에 캐비테인션 방지층(anti-cavitation layer,116)을 형성한 상태를 도시한 것이다. 상기 보호층(115)은 주로 실리콘 질화물을 도선(114) 및 노출된 히터(113)의 상면에 증착함으로써 형성될 수 있다. 이러한 보호층(115)은 히터(113)와 도선(114)이 산화되거나 잉크와 집적 접촉되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 캐비테이션 방지층(116)은 상기 보호층(115)의 상면에 탄탈륨(Ta) 등을 증착하고, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이러한 캐비테이션 방지층(116)은 잉크 챔버(122) 내의 버블(135)이 수축하여 소멸할 때 발생되는 높은 압력에 의해 히터(113)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 5d는 상기한 물질층들이 적층된 기판(111)의 상부에 잉크 챔버(도 4의 122)를 한정하는 챔버층(120)을 형성한 상태를 도시한 것이다.
구체적으로, 먼저, 도 5c에 도시된 결과물 전면에 폴리아믹산(polyamic acid)을 스핀 코팅(spin coating)에 의하여 소정 두께로 코팅하고, 이를 베이킹(baking)함으로써 폴리아믹산 필름을 형성한다. 여기서, 상기 폴리아믹산은 대략 240℃ ~ 400℃의 온도에서 이미드화되어 폴리이미드로 전환될 수 있는 물질이다. 상기 폴리아믹산 필름은 대략 10㎛ ~ 100㎛ 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 폴리아믹산 필름을 소정 형상으로 패터닝하여 잉크 챔버(도 4의 122)를 한정하는 챔버층(120)을 형성한다. 여기서, 상기 폴리아믹산 필름은 다음과 같은 두가지 방법에 의하여 패터닝할 수 있다. 첫째는 감광성 첨가제가 함유된 폴리아믹산 필름을 마스크를 이용한 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 패터닝하는 방법이고, 둘째는 상기 폴리아믹산 필름을 건식 식각(dry etching) 공정에 의하여 패터닝하는 방법이다.
도 5e는 상기 챔버층(120)의 상면에 노즐(132)이 형성된 노즐 플레이트(130)를 접착한 상태를 도시한 것이다. 상기 노즐 플레이트(130)는 폴리아믹산의 이미드화가 이루어지는 대략 240℃ ~ 400℃의 온도에서 상기 챔버층(120)의 상면에 접착된다. 여기서, 상기 노즐 플레이트(130)로는 레이저로 가공한 폴리이미드 필름이나 금(Au)이 도금된 니켈(Ni) 플레이트가 사용될 수 있다. 한편, 상기 노즐 플레이트(130)가 챔버층(120)의 상면에 접착될 때, 도 5d에서 챔버층(120)을 이루었던 물질인 폴리아믹산의 일부 또는 전부가 이미드화되어 잉크에 대한 스웰링(swelling) 특성이 우수한 폴리이미드로 전환되게 된다.
도 5f는 잉크 챔버(122)에 잉크를 공급하는 통로인 잉크 피드홀(102)을 기판(111)에 형성한 상태를 도시한 것이다. 상기 잉크 피드홀(102)은 기판(111)의 배면쪽에 식각 마스크(미도시)를 설치하고, 이 식각 마스크에 의해 노출된 기판(111)의 배면으로부터 기판(111)이 관통되도록 식각함으로써 형성된다. 여기서, 기판(111)의 식각은 플라즈마를 이용한 건식 식각에 의해 이루어질 수도 있고, 에칭액(etchant)으로서 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 KOH를 사용하는 습식 식각에 의해 이루어질 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 각각 층간의 접착력을 나타내는 인장강도 시험을 위한 시료의 평면도 및 측면도를 도시한 도면이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 시료는 상,하부 필름(150,152)과 중간 필름(154)이 접착된 싱글 랩-조인트(single lap-joint) 형태로 제작된다. 여기서, 상,하부 필름(150,152)의 길이 및 폭은 각각 60mm, 5mm이며, 중간 필름(154)의 길이 및 폭은 각각 20mm, 5mm이다. 그리고, 상기 상,하부 필름(150,152)으로는 폴리이미드 필름을 사용한다.
상기와 같은 시료를 제작 조건에 따라 3 종류로 제작하여 각각의 시료에 대한 인장강도를 측정하였다. 첫 번째 시료은 중간 필름(154)으로 폴리아크릴레이트 필름을 사용하고, 접착 압력, 접착 온도, 접착 시간을 각각 15atm, 220℃, 30분으로 하여 제작되었으며, 그 인장강도는 0.57 MPa로 나타났다. 그리고, 두 번째 시료는 중간 필름(154)으로 폴리아믹산 필름을 사용하고, 접착 압력, 접착 온도, 접착 시간은 각각 15atm, 220℃, 30분으로 하여 제작되었으며, 그 인장강도는 0.33 MPa로 나타났다. 마지막으로, 세 번째 시료는 중간 필름(154)으로 폴리아믹산 필름을 사용하고, 접착 압력, 접착 온도, 접착 시간은 각각 15atm, 250℃, 30분으로 하여 제작되었으며, 그 인장강도는 0.61 MPa로 나타났다.
이상의 결과를 종합해 보면, 중간 필름(154)이 종래 잉크젯 프린트헤드의 챔버층을 이루는 물질인 폴리아크릴레이트 필름인 경우에는 인장강도가 0.57 MPa로 강한 접착력을 나타내고 있지만, 고온에서 잉크와 접촉하게 되면 스웰링에 의한 층간 분리가 발생하게 된다. 그리고, 중간 필름(154)이 폴리아믹산 필름이고, 접착 조건이 전술한 폴리아크릴레이트 필름의 경우와 동일한 경우에는 인장강도가 0.33 MPa로 접착력이 매우 낮게 나타났다. 그러나, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 챔버층과 같이, 중간 필름(154)이 폴리아믹산 필름이고, 접착 온도를 250℃로 했을 경우에는 인장강도가 0.61MPa로 강한 접착력을 나타내고 있다. 이는 250℃의 접착 온도에서 폴리아믹산의 일부 또는 전부가 이미드화되어 폴리이미드로 전환되었기 때문이다. 그리고, 폴리아믹산 이나 폴리이미드는 기존의 폴리아크릴레이트에 비하여 잉크에 대한 스웰링 특성도 우수하다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 잉크 챔버를 한정하는 챔버층을 형성하는 물질로서 잉크에 대한 스웰링 특성이 우수한 폴리이미드를 사용하며, 상기 폴리이미드는 소정 온도에서 폴리아믹산이 이미드화되어 형성된다. 이에 따라, 챔버층이 기판이나 노즐 플레이트로부터 분리되는 현상이 방지되어 잉크의 토출 성능이 향상된다.
도 1은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 부분 절개 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 본 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 내지 도 6b는 인장강도 시험을 위한 시료의 평면도 및 측면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102... 잉크 피드홀 111... 기판
112... 절연층 113... 히터
114... 도선 115... 보호층
116... 캐비테이션 방지층 120... 챔버층
122... 잉크 챔버 130... 노즐 플레이트
132... 노즐

Claims (18)

  1. 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 도선이 형성된 기판;
    상기 기판 위에 적층되어 토출될 잉크가 채워지는 잉크 챔버를 한정하는 것으로, 적어도 일부가 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 챔버층; 및
    상기 챔버층의 상면에 부착되는 것으로, 잉크가 토출되는 노즐이 형성된 노즐 플레이트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리이미드는 폴리아믹산(polyamic acid)이 소정 온도에서 이미드화(imidization)되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소정 온도는 240℃ ~ 400℃인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리이미드는 상기 노즐 플레이트가 상기 챔버층의 상면에 접착될 때 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버층의 두께는 10㎛ ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에는 상기 잉크 챔버로 잉크를 공급하는 통로인 잉크 피드홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에는 상기 히터와 기판 사이의 단열과 절연을 위한 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 및 도선의 상부에는 상기 히터 및 도선을 보호하기 위한 보호층이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터의 상부에는 캐비테이션 보호층이 형성되는 것을 특징으로 한느 잉크젯 프린트헤드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트는 폴리이미드 또는 니켈(Ni)로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  11. 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 도선을 형성하는 단계;
    상기 기판의 상부에 폴리아믹산을 코팅하고, 이를 패터닝하여 잉크 챔버를 한정하는 챔버층을 형성하는 단계; 및
    소정 온도에서 상기 챔버층의 상면에 노즐이 형성된 노즐 플레이트를 접착시키면서 상기 폴리아믹산의 적어도 일부를 이미드화 반응에 의하여 폴리이미드로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 챔버층을 형성하는 단계는,
    상기 기판의 상부에 폴리아믹산을 소정 두께로 코팅하고, 이를 베이킹하여 폴리아믹산 필름을 형성하는 단계; 및
    상기 폴리아믹산 필름을 패터닝하여 상기 챔버층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리아믹산은 스핀코팅에 의하여 상기 기판의 상부에 코팅되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리아믹산 필름의 두께는 10㎛ ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리아믹산 필름은 포토리소그라피 공정에 의하여 패터닝되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리아믹산 필름은 건식 식각에 의하여 패터닝되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트는 240℃ ~ 400℃에서 상기 챔버층의 상면에 접착되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판에 상기 잉크 챔버로 잉크를 공급하는 통로인 잉크 피드홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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