KR20050108155A - 잉크젯 헤드 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

잉크젯 헤드 기판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 헤드기판 및 그 제조방법이 제공된다. 상기 잉크젯 헤드 기판은 잉크 토출영역 및 상기 잉크 토출영역에 의하여 서로 이격된 패드 영역들을 갖되, 제1 도전형을 갖는 기판을 포함한다. 상기 패드 영역들의 상기 기판내에 제2 도전형을 갖는 누설방지 불순물 확산층이 배치된다. 상기 기판 상의 전면에 열장벽층이 배치될 수 있다. 상기 잉크 토출영역의 열장벽층 상에 잉크 토출을 위한 압력을 생성하는 복수개의 압력 생성요소들이 배치될 수 있다. 또한, 상기 패드 영역의 열장벽층 상에 상기 복수개의 압력 생성요소들과 전기적으로 연결되되, 상기 누설방지 불순물 확산층과 중첩되는 복수개의 패드들이 배치될 수 있다. 상기 누설방지 불순물 확산층에 의하여 상기 패드와 기판 사이에 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

잉크젯 헤드 기판 및 그 제조방법{ink jet head substrate and method for fabricating the same}
본 발명은 잉크젯 헤드 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 기판 내에 누설방지 불순물확산층을 구비하는 잉크젯 헤드 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 기록장치(ink jet recording device)는 인쇄용 잉크의 미소한 액적을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 기록장치는 가격이 저렴하고 수 많은 종류의 색상을 높은 해상도로 인쇄할 수 있어 광범위하게 사용되고 있다. 상기 잉크젯 기록장치는 기본적으로 잉크가 실질적으로 토출되는 잉크젯 헤드(ink jet head)와 상기 잉크젯 헤드와 유체 연통되는 잉크 카트리지를 포함한다. 상기 잉크젯 기록장치의 잉크 토출 방식은 전기-열 변환방식(electro-thermal transducer)과 전기-기계 변환방식(electro- mechanical transducer)으로 분류된다.
잉크를 순간 가열하여 얻은 버블에 의해 잉크 액적을 토출하는 전기-열 변환방식(electro-thermal transducer)의 잉크젯 헤드는 발열 저항체와 노즐이 형성된 기판을 갖춘다. 기판에는 또한 상기 발열 저항체와 외부회로를 전기적으로 연결시키기 위하여 그 가장자리에 복수개의 패드가 형성된다. 상기 패드들은 각각에 대응하는 다수의 빔리드(beam lead)가 배치되어 있는 플렉서블 인쇄회로(Flexible printed circuit ;FPC)에 연결된다. 상기 패드들과 빔리드간의 연결은 서모소닉 본딩(thermosonic bonding)에 의하여 이루어진다.
도 1은 서머소닉 본딩 방법에 의한 잉크젯 헤드의 FPC 리드빔 본딩방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 실리콘 산화막(102)이 적층되고, 상기 실리콘 산화막(102) 상에 패드(104)가 배치된다. 상기 패드(104)는 상기 기판(100) 상의 단부에 위치한 패드영역에 배치되며, 도면에 도시하지는 않았지만 상기 기판(100) 상의 다른 영역에는 잉크 토출을 위한 압력을 생성하는 발열 저항체가 생성되어 있으며, 상기 패드(104)는 알루미늄과 같은 배선에 의하여 상기 발열 저항체와 전기적으로 연결된다. 상기 패드(104)는 탭(Tape Automated Bonding;TAB) 결합 플렉서블 인쇄회로의 빔리드(106)와 정렬되고, 상기 빔리드(106) 상에 초음파 접속툴(108)을 접촉시킨 상태에서 초음파에너지, 압력, 열을 가하여 금속 대 금속 써모소닉 결합을 형성한다.
그러나, 상기와 같은 방법에 의하여 패드(104)와 FPC의 빔리드를 본딩시키는 경우, 본딩시 순간적으로 발생하는 높은 열, 상기 초음파 접속툴이 국부적으로 상기 빔리드에 접촉됨에 따라 기판에 전달되는 진동에너지 및 본딩시 가해지는 압력에 의하여 상기 패드(104)와 상기 기판(100) 사이에 개재된 상기 실리콘산화막 (102)에 균열과 같은 기계적 결함이 발생할 수 있다. 상기 실리콘산화막(102)에 균열이 발생하면 상기 잉크젯 헤드의 동작시 상기 균열을 통해 상기 패드(104)로 부터 상기 기판(100)으로 누설전류가 흐르게 되어 상기 기판(100)의 온도가 상승하게 된다. 통상, 상기 잉크젯 헤드와 유체연통하는 상기 잉크 카트리지는 폴리머 재질로 형성된다. 따라서, 상술한 바와 같이 상기 기판(100)의 온도가 상승하게 되면 이와 접하고 있는 상기 잉크 카트리지가 연소될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 패드와 기판 사이에 누설전류의 발생을 방지하여 잉크 카트리지의 연소를 방지할 수 있는 잉크젯 헤드 기판을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 잉크젯 헤드 기판의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 기판 내에 누설방지 불순물확산층을 구비하는 잉크젯 헤드 기판을 제공한다. 상기 잉크젯 헤드 기판은 잉크 토출영역 및 상기 잉크 토출영역에 의하여 서로 이격된 패드 영역들을 갖되, 제1 도전형을 갖는 기판을 포함한다. 상기 패드 영역들의 상기 기판내에 제2 도전형을 갖는 누설방지 불순물 확산층이 배치된다.
더 나아가, 상기 기판 상의 전면에 열장벽층이 배치될 수 있다. 상기 잉크 토출영역의 열장벽층 상에 잉크 토출을 위한 압력을 생성하는 복수개의 압력 생성요소들이 배치될 수 있다. 또한, 상기 패드 영역의 열장벽층 상에 상기 복수개의 압력 생성요소들과 전기적으로 연결되되, 상기 누설방지 불순물 확산층과 중첩되는 복수개의 패드들이 배치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제1 도전형은 P형이고 상기 제2 도전형은 N형일 수 있다. 즉, 기판은 P형을 갖고, 상기 누설방지 불순물 확산층은 N형 불순물 이온들의 확산층일 수 있다. 또한, 상기 열장벽층은 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 기판 내에 누설방지 불순물확산층을 구비하는 잉크젯 헤드 기판의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 잉크 토출영역 및 상기 잉크 토출영역에 의하여 서로 이격된 패드 영역들을 갖되, 제1 도전형을 갖는 기판을 준비하는 것을 포함한다. 상기 기판 상에 상기 패드영역을 노출시키는 마스크 패턴을 형성한다. 다음으로, 상기 마스크 패턴을 이온주입마스크로 사용하여 상기 기판내에 제2 도전형을 갖는 불순물 이온들을 주입한다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명 하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 의한 잉크젯 헤드 기판의 레이아웃도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 2의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
먼저, 도 2 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 잉크젯 헤드 기판을 설명한다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 잉크 토출영역(I) 및 패드영역들(P)을 구비하는 기판(300)이 제공된다. 상기 기판(300)은 약 500㎛의 두께를 갖는 실리콘 기판(100)인 것이 바람직하다. 이는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 기판을 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이다. 또한, 상기 기판(300)은 P형 반도체기판일 수 있다. 상기 기판(300) 상의 전면에 열장벽층(308)이 배치된다. 상기 열장벽층(308)은 실리콘 산화막(SiO2)일 수 있으며 잉크젯 헤드의 동작시 후술될 발열저항체에서 발생된 열에너지가 상기 기판(300)으로 전달되는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 잉크 토출영역(I)은 상기 기판(300)의 중심부에 마련되며, 상기 잉크 토출영역(I)에는 잉크 토출을 위한 압력을 생성하는 복수개의 압력 생성요소들 (310)이 배치된다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 압력 생성요소들(310)은 발열 저항체로 이루어질 수 있다. 상기 발열 저항체는 탄탈륨-알루미늄 합금과 같은 고저항 금속이거나 N형 불순물 이온들이 도핑된 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 패드영역들(P)은 상기 잉크 토출영역(I)에 의하여 이격되어 상기 기판 (300) 상의 양단부에 배치된다. 상기 패드영역들(P)에는 상기 압력 생성요소들 (310)과 전기적으로 연결되는 복수개의 패드들(312)이 배치된다. 상기 패드들 (312)에는 패키징 공정에서 FPC의 빔리드들이 본딩된다. 상기 패드들(312)은 예를 들어 알루미늄과 같은 도전성 금속으로 이루어질 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 패드들(312)과 상기 압력 생성요소들(310)은 알루미늄과 같은 배선에 의하여 전기적으로 연결되며 이때 상기 패드들(312)은 상기 배선과 기판 상의 동일 레벨에 배치될 수 있다.
한편, 상기 패드영역들(P)과 다른 기판(300) 상의 양단부에는 파워트랜지스터 영역들(T)이 더 배치될 수 도 있다. 상기 파워트랜지스터 영역들(T)에는 상기 압력 생성요소(310)들과 각각 전기적으로 연결되는 모오스 트랜지스터들(도시하지 않음)이 위치한다. 상기 모오스 트랜지스터들은 상기 기판(300) 내에 형성되는 소오스/드레인 영역들 및 상기 소오스/드레인 영역들 사이의 채널영역 상에 위치하는 게이트 전극들을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 패드영역(P)의 상기 기판(300) 내에 누설방지 불순물 확산층들(306)이 배치된다. 상기 누설 방지 불순물 확산층들(306)은 상기 기판(300)과 다른 도전형을 갖는다. 상술한 바와 같이 상기 기판(300)이 P형 실리콘 기판인 경우에 상기 불순물 확산층들(306)은 N형 불순물 이온들의 확산층이며 그 계면에 PN접합을 형성한다. 상기 누설 방지 불순물 확산층들(306)은 적어도 상기 패드영역(P)의 기판(300) 상에 배치된 상기 패드들(312)과 중첩된다. 본 발명의 실시예들에 있어서 상기 누설 방지 불순물 확산층들(306)은 상기 패드들(312)로 부터 상기 기판(300)으로 흐를 수 있는 누설전류를 차단하는 역할을 한다. 상기 기판 (300)과 상기 패드들(312) 사이에는 상기 열장벽층(308)이 개재된다. 그러나, 잉크젯 헤드의 패키징 공정시 상기 패드들(312)에 FPC의 빔리드를 본딩하는 과정에서 발생하는 열 및 압력에 의하여 상기 기판(300)과 상기 패드들(312) 사이에 개재된 열장벽층(308)에 균열이 발생 할 수 있다. 이러한, 균열은 누설전류의 경로로 제공되어 상기 기판(300)의 온도를 상승시키는 일요인으로 작용한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 패드들(312) 하부의 상기 기판(300) 내에 상기 누설 방지 불순물 확산층들(306)에 의한 PN 접합이 형성된다. 따라서, 상기 패드들(312)에 전압이 인가되는 경우 상기 접합계면에 역방향 다이오드가 형성되어 상기 패드들(312)로 부터 상기 기판(300)으로 누설전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 패드들(312)과 상기 기판(300) 사이의 상기 열장벽층(308)에 균열이 발생한 경우라도 패드들(312)로 부터 유입된 누설전류에 의하여 상기 기판(300)의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 잉크젯 헤드 기판의 제조방법을 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저, 기판(300)을 준비한다. 상기 기판(300)은 반도체 소자의 제조에 사용되는 P형 실리콘 기판인 것이 바람직하다. 상기 기판(300)은 상술한 바와 같이 잉크 토출영역(I) 및 상기 잉크 토출영역(I)에 의하여 이격된 패드영역들(P)을 갖는다. 또한, 파워 트랜지스터 영역들(T)이 더 배치될 수도 있다. 상기 기판(300) 상에 상기 패드영역들(P)을 노출시키는 마스크 패턴(302)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(302)은 예를 들어, 포토레지스트 패턴으로 형성할 수 있다. 다음으로, 상기 마스크 패턴(302)을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 기판 내에 N형 불순물 이온들(304)을 주입한다. 그 결과, 상기 패드영역들 (P)의 상기 기판(300) 내에 N형 불순물 이온들의 확산층인 누설방지 불순물 확산층들(306)이 형성된다. 상기 누설 방지 불순물 확산층들(306)에 의하여 기판(300)과의 계면에 PN접합이 형성된다. 한편, 상기 누설방지 불순물 확산층들(306)을 형성하는 공정은 상기 기판(300) 내에 N웰을 형성하는 공정과 동시에 수행될 수 있다. 즉, 도면에 도시하지는 않았지만 상기 기판(300)은 시모스 트랜지스터(CMOS transistor)들이 형성되는 논리회로 영역을 더 구비할 수 있다. 상기 시모스 트랜지스터들은 잉크젯 헤드의 동작시 어드레싱 또는 디코딩을 수행한다. 이 경우에, 상기 누설 방지 불순물 확산층들(306)은 상기 시모스 트랜지스터가 형성될 영역에 N웰을 형성하는 공정에 병합되어 함께 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 먼저, 상기 마스크 패턴(302)을 제거한다. 상기 마스크 패턴(302)이 포토레지스트 패턴인 경우에 상기 마스크 패턴은 애슁(ashing) 공정에 의하여 제거 될 수 있다. 다음으로, 상기 누설방지 불순물 확산층들(306)이 형성된 기판(300) 상에 열장벽층(308)을 형성한다. 상기 열장벽층(308)은 열산화법에 의한 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 열장벽층(308)을 갖는 기판(300) 상의 잉크 토출 영역(I)에 잉크 토출을 위한 압력을 생성하는 압력 생성요소들(310)을 형성한다. 또한, 상기 패드영역들(P) 상에 상기 압력 생성요소들(310)과 전기적으로 연결되는 패드들(312)을 형성한다. 상기 패드들(312)은 상기 패드영역들(P) 상에 배치되되 상기 누설방지 불순물 확산층들(306)과 중첩되도록 형성된다. 이 밖에 상기 압력 생성요소들(310) 및 상기 패드들(312)을 형성하는 공정은 당업자에게 공지된 방법들에 의하여 다양하게 변형실시 될 수 있다. 따라서, 상기 압력 생성요소들(310) 및 상기 패드들(312)을 형성하는 공정에 의하여 본 발명의 사상이 제한되지는 않는다. 상기 압력 생성요소들(310) 및 상기 패드들(312)은 예를들어, 다음과 같은 공정을 통하여 형성될 수 있다. 먼저, 상기 기판(300) 상에 고저항 금속층 및 알루미늄과 같은 배선층을 차례로 형성한다. 이후, 상기 배선층 및 상기 고저항 금속층을 이방성식각하여 상기 패드영역들(P)에 패드들(312)을 형성하고, 동시에 상기 패드들과(312) 각각 전기적으로 연결되는 적층 금속 패턴을 형성한다. 상기 적층 금속 패턴은 차례로 적층된 고저항 금속층 패턴 및 배선층 패턴을 포함한다. 다음으로, 상기 배선층 패턴을 선택적으로 이방성 식각하여 상기 고저항 금속층 패턴을 부분적으로 노출시킨다. 상기 고저항 금속층 패턴의 노출된 부분은 잉크 토출을 위한 열에너지를 발생시키는 발열저항체로 제공된다.
이후, 통상의 공정을 수행하여 상기 기판(300) 상에 챔버 플레이트 및 노즐 플레이트를 형성하는 공정이 수행된다. 상기 노즐 플레이트에는 상기 압력 생성요소들(310)과 각각 대응하는 노즐들이 마련된다. 상기 챔버 플레이트 및 노즐 플레이트를 형성하는 공정은 접착식 또는 일체식 방법을 통해 수행될 수 있으며, 당업자에게 공지된 기술에 의하여 다양하게 변형실시 될 수 있는 것으로서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 공정들을 통해 잉크젯 헤드를 제조한 후 패키징 공정을 수행한다. 상기 패키징 공정은 상기 패드들(312)에 FPC의 리드빔을 본딩하는 공정을 포함한다. 본 발명의 실시예들에 의하면 상기 패드영역들(P) 하부의 상기 기판(300) 내에 누설 방지 불순물 확산층들(306)이 형성된다. 따라서, 상기 본딩과정에서 상기 패드들(312) 및 기판(300) 사이에 개재된 열장벽층(308)에 기계적 결함이 발생하는 경우라도, 상기 패드들(312)로 부터 상기 기판(300)으로 흐를 수 있는 누설전류를 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 잉크젯 헤드에 제공되는 패드와 기판사이에 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 상기 누설전류에 의하여 기판의 온도가 상승하고 잉크 카트리지가 연소되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 서머소닉 본딩 방법에 의한 잉크젯 헤드의 FPC 리드빔 본딩방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 의한 잉크젯 헤드 기판의 레이아웃도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 2의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *
300 : 기판 304 : 불순물 이온들
306 : 누설방지 불순물 확산층 308 : 열장벽층
310 : 압력 생성요소 312 : 패드

Claims (5)

  1. 잉크 토출영역 및 상기 잉크 토출영역에 의하여 서로 이격된 패드 영역들을 갖되, 제1 도전형을 갖는 기판; 및
    상기 패드 영역들의 상기 기판내에 배치되고 제2 도전형을 갖는 누설방지 불순물 확산층을 포함하는 잉크젯 헤드기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형은 P형이고 상기 제2 도전형은 N형인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 상의 전면에 배치된 열장벽층;
    상기 잉크 토출영역의 열장벽층 상에 배치된 복수개의 압력 생성요소들; 및
    상기 패드 영역의 열장벽층 상에 배치되어 상기 복수개의 압력 생성요소들과 전기적으로 연결되되, 상기 누설방지 불순물 확산층과 중첩되는 복수개의 패드들을 더 포함하는 잉크젯 헤드기판.
  4. 잉크 토출영역 및 상기 잉크 토출영역에 의하여 서로 이격된 패드 영역들을 갖되, 제1 도전형을 갖는 기판을 준비하고,
    상기 기판 상에 상기 패드영역을 노출시키는 마스크 패턴을 형성하고,
    상기 마스크 패턴을 이온주입마스크로 사용하여 상기 기판 내에 제2 도전형의 불순물 이온들을 주입하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드기판의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 도전형은 P형이고, 상기 제2 도전형은 N형인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드기판의 제조방법.
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