KR20050123334A - 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 히터 및 배선이 형성된 기판상에 채널 및 노즐을 위한 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층의 상부에 수지를 도포하여 노즐층을 형성하는 단계; 상기 노즐층의 윗면을 희생층 중 노즐에 대응되는 부분의 상단부가 드러날 때까지 연마하는 단계; 연마된 상기 노즐층 및 희생층의 상부면에 소수성 물질을 도포하고, 베이킹하는 단계; 상기 기판의 배면에 습식 또는 건식 식각에 의해 피드홀을 형성하는 단계; 상기 피드홀을 통해서 상기 희생층 및 상기 노즐 부분의 상부에 잔류하는 소수성 막을 제거하는 단계; 및 상기 소수성 막을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 별도의 금속막을 형성하는 등의 공정이 불필요해지므로 종래에 비해서 단순화된 공정으로 소수성 막을 잉크젯 프린트 헤드에 형성할 수 있어 제조단가를 절감할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 노즐의 내부 및 노즐의 개구부를 제외한 헤드의 표면에 균일하게 소수성 막을 형성할 수 있으므로 프린트 성능을 향상시키게 된다.
Description
본 발명은 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잉크젯 프린터에서 잉크를 분사하는 헤드의 표면에 소수성을 갖는 막을 형성하기 위한 방법 및 소수성 막이 형성된 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린터는 압전소자에 의하거나, 잉크 카트리지에 저장된 잉크에 열을 가하여 비등시키고, 이로 인해 발생된 기포가 터지면서 발생된 압력을 이용해 잉크를 노즐을 통하여 인쇄매체 위로 분사하여 인쇄하게 된다.
도 1을 참조하면, 상기와 같은 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 잉크 저장 수단과 결합되며, 표면에 위치하는 잉크를 가열하기 위한 히터(12)와, 상기 히터와 연결되는 전극(미도시)이 형성된 기판(10)을 갖는다. 상기 기판(10)은 통상적으로 웨이퍼를 이용하여 반도체 제조 공정을 활용해 제작되는데, 기판(10)의 중앙부에는 잉크 저장 수단(미도시)과 연통되는 피드 홀(14, feed hole)이 형성되어, 잉크 저장 수단에 저장된 잉크가 상기 피드 홀(14)을 통해 공급되게 된다.
상기 기판(10)의 상부에는 노즐판(20)이 위치한다. 상기 노즐판(20)은 반도체 제조 공정인 포토 리소그라피(Photo lithography)법을 이용하여 제조되며, 재질은 일반적으로 감광성 에폭시 수지로 구성된다. 노즐판(20)에는 잉크가 분사되는 출구가 되는 두 개의 노즐(24)이 형성되며, 노즐판(20)의 하면과 기판(10)의 윗면 사이에는 피드 홀(14)로부터 공급된 잉크가 일시적으로 저장되는 채널(22)이 형성된다.
따라서, 피드 홀(14)로부터 공급된 잉크는 채널(22) 내에서 노즐(24)의 하부까지 공급되며, 프린터 제어부(미도시)의 신호에 의해 히터(12)에 전원이 인가되면 가열되고, 결국 노즐(24)을 통해서 분출되게 된다.
상기 노즐판(20)은 채널 내의 잉크가 노즐의 내부로 원활하게 공급될 수 있도록 하기 위해 친수성의 성질을 갖는다. 도 2는 상기 노즐판(20)의 표면에 물방울(W)이 부착된 상태를 도시한 것으로서 물방울과 노즐판(20) 즉, 헤드의 표면이 이루는 접촉각(θ)은 약 68°정도이다.
한편, 인쇄 품질의 향상을 위해서는 상기 노즐의 크기를 작게 하고, 고밀도로 배치할 것이 요구된다. 즉, 잉크 액적을 보다 미세화함으로서 프린터의 해상도를 높일 수 있게 되는데, 헤드의 표면이 친수성이면 분사되는 잉크의 형태가 완전한 액적의 상태가 아니라 양쪽으로 연장된 형태를 갖게 되므로 정밀도가 떨어지고 잉크 액적의 토출방향이 일정치 않을 뿐만 아니라 잉크의 분사속도 또한 느려지게 된다. 또한, 노즐을 통해 분사되는 잉크의 일부가 헤드의 표면으로 스며들게 되어 헤드의 표면을 오염시키고, 인쇄 품질에도 영향을 주게 된다.
따라서, 헤드 표면이 소수성을 갖도록 하기 위해 종래부터 다양한 형태의 기술들이 제안된 바 있다. 일예로서, 소수성을 갖는 물질을 이용해 헤드의 표면을 코팅하는 방법이 있는 데, 상기 물질로는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)을 사용하며 전기 도금법을 이용해 코팅하는 기술이 개시된 바 있다. 상기 기술의 경우 PTFE가 갖는 소수성, 내마모성 및 내화학성으로 인해 헤드의 성능 및 수명을 높일 수 있는 장점이 있지만 PTFE 재질의 막을 형성하기 위해서는, 전기 도금법을 활용하여야만 코팅층을 형성할 수 있기 때문에, 반드시 금속층을 먼저 헤드의 표면에 형성하여야 하므로 제조 공정이 복잡하고, 제조 단가 역시 상승하는 문제점이 있다.
이와는 달리, 헤드를 구성하는 노즐판 자체를 소수성을 갖는 실리콘 계열의 저온증착화합물로 형성하는 기술도 소개된 바 있다. 이 경우, 별도의 소수성 막을 형성할 필요가 없으므로 제작이 용이한 장점은 있지만, 실리콘 계열의 저온증착화합물의 소수성이 비교적 낮아 원하는 정도의 소수성을 얻기 힘들며, 노즐을 구성하는 노즐판 전체가 소수성이기 때문에 잉크 공급속도가 느린 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 높은 소수성을 갖는 소수성 막을 헤드의 표면에 용이하게 형성할 수 있는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
또한, 본 발명은 노즐의 내부가 아닌 표면에만 정확하게 소수성 막을 형성시킬 수 있는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
본 발명은 또한, 상기와 같은 제조 방법에 의해 제조되는 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 히터 및 배선이 형성된 기판상에 채널 및 노즐을 위한 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층의 상부에 수지를 도포하여 노즐층을 형성하는 단계; 상기 노즐층의 윗면을 희생층 중 노즐에 대응되는 부분의 상단부가 드러날 때까지 연마하는 단계; 연마된 상기 노즐층 및 희생층의 상부면에 소수성 물질을 도포하고, 베이킹하는 단계; 상기 기판의 배면에 습식 또는 건식 식각에 의해 피드홀을 형성하는 단계; 상기 피드홀을 통해서 상기 희생층 및 상기 노즐 부분의 상부에 잔류하는 소수성 막을 제거하는 단계; 및 상기 소수성 막을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법을 제공한다.
상기 채널과 노즐을 위한 희생층은 비감광성 수지를 사용하여 CMP(Chemical mechanical polishing)법을 활용하여 평탄화하여 얻을 수도 있고, 감광성 에폭시 수지를 사용하여 포토 리소그래피법에 의해 형성할 수도 있다.
상기 노즐층의 연마는 화학 기계적 연마(CMP)법에 의해 이루어질 수 있다. 이때, 수지층을 대상으로 하므로 알칼리계 슬러리(slurry)가 적당하며, 연마시에 노즐층과 희생층 중 노즐 부분의 상부가 함께 연마되기 때문에 노즐층과 희생층의 식각속도가 유사하도록 재질을 선정하는 것이 좋다. 만일, 식각속도에 차이가 있는 경우 희생층과 노즐층이 균일하게 가공되지 않고 어느 한쪽에서 보다 많은 식각이 이루어지므로 경계면에서 단차가 생기는 디싱(dishing) 현상이 발생될 수 있기 때문이다.
한편, 상기 소수성 물질은 액상의 과플루오르 화합물을 이용하여 스핀 코팅법에 의해 연마된 노즐층 및 희생층의 상부에 도포되는 것이 좋다. 상기 과플루오르 화합물로는 ASAHI GLASS사의 CYTOP, 3M사의 FC(Fluoronated carbon) 또는 듀폰사의 Teflon AF 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이들은 모두 비감광성 폴리머로서 낮은 표면 에너지를 갖기 때문에 물과의 접촉각이 크고, 열적 화학적으로도 안정한 성질을 갖는다. 또한, 스프레이 코팅법 등에 의해서도 도포될 수 있다.
상기 희생층은 초음파 분해법(Sonication) 및 습식 식각법에 의해 제거될 수 있다. 희생층이 기판의 배면에 형성된 피드 홀을 통해서 제거되는데, 습식 식각법에만 의할 경우, 노즐 내부까지 완전하게 식각이 이루어지기 어려울 수 있다. 따라서, 초음파 분해법을 동시에 이용하여 식각이 희생층 전체에 걸쳐서 고르게 이루어지도록 하고, 초음파에 의한 물리적 에너지에 의해 노즐의 상부에 잔류하게 되는 소수성 막이 제거된다.
본 발명은 또한, 상술한 제조 방법에 의해 제조되는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다.
또한, 본 발명은 히터 및 배선이 형성되며, 잉크 저장 수단과 연통되는 피드홀을 갖는 기판과; 상기 기판의 상부에 형성되며, 상기 피드홀과 연통되는 채널 및 상기 채널의 상부에 위치하는 노즐을 갖는 노즐판과; 상기 노즐판의 상부에 형성되는 소수성 막을 포함하며, 상기 소수성 막은 액상의 과플루오르 화합물을 도포한 후 열처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다.
상기 채널은 피드홀을 중심으로 양쪽으로 연장되며, 상기 채널의 양단부에 각각 노즐이 배치되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조방법의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 실시예에서 잉크 저장 수단(미도시)과 접하게되는 최하부에는 기판(100)이 위치한다. 상기 기판(100)은 웨이퍼를 가공한 것으로서, 기판(100)의 윗면에는 도시되지 않은 전극과 연결된 히터(102)가 형성되어 있다. 상기 히터(102)의 사이에는 잉크 저장 수단으로부터 잉크를 유입하기 위한 피드 홀(104)이 형성된다.
상기 기판(100)의 상부에는 노즐판(110)이 위치한다. 상기 노즐판(110)은 2층 구조로 이루어져 있는데, 상기 피드홀(104)과 연통되는 부분에는 피드홀(104)로 공급된 잉크가 유입되는 채널(112)이 형성되어 있으며, 상기 채널(112)의 양단부 하부에 상기 히터(102)가 각각 배치되어 있는 형태이다. 또한, 상기 히터(102)가 배치된 부분의 상부에는 노즐(114)이 형성된다. 따라서, 피드홀(104)을 통해 유입된 잉크는 채널(112)을 거쳐 노즐(114)을 통해 분사된다.
상기 노즐판(110)의 표면에는 소수성 막(120)이 형성된다. 소수성 막(120)은 ASAHI GLASS사의 CYTOP, 3M사의 FC(Fluoronated carbon) 또는 듀폰사의 Teflon AF 중 어느 하나를 스핀 코팅법에 의해 노즐판의 표면에 분사된 후 열처리 과정을 거쳐 형성된 것이다. 도 4를 참조하면, 상기 소수성 막(120)의 표면에 물방울이 부착된 상태가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 소수성 막(120)의 특성으로 인해서 물방울이 좌우로 연장된 형태가 아니라 액적의 형태를 띠고 있으며, 접촉각(θ)은 118°정도이다. 따라서, 잉크의 분사방향이 일정하게 되고, 잉크로 인해 헤드의 표면이 오염되지 않게 된다.
도 5a 내지 5h는 도 3에 도시된 실시예를 제조하는 공정을 단계적으로 도시한 것이다.
우선, 히터(102) 및 전극(미도시)이 형성되어 있는 기판(100)을 제조한 후(도 5a), 그 상부 표면에 각각 채널과 노즐을 형성하기 위한 희생층(110a, 110b)을 적층시킨다. 이때, 채널에 해당하는 희생층(110a)과 노즐에 해당하는 희생층(110b)을 노광시에 서로 영향을 주지 않고 독립적으로 진행될 수 있도록, 적층하는 감광성 수지를 서로 다르게 하는 것이 좋다. 예를 들어, 채널에 해당하는 희생층(110a)은 Deep UV에 반응하는 물질인 TOK사의 ODUR-1010을 사용하고, 노즐에 해당하는 희생층(110b)은 i-line과 g-line에 반응하는 물질인 TORAY사의 PW-1270으로 구성할 수 있다.
각각의 희생층을 적층한 후, 최상층에 있는 노즐에 해당하는 희생층(110b)에 대해 포토 리소그라피 방법으로 노즐의 형태를 패턴화한 후(도 5c), 같은 방법으로 채널에 해당하는 희생층(110a)에 대해서 채널의 형태를 형성한다(도 5d). 패터닝이 끝난 후, 그 표면에 노즐판(110)이 되는 수지를 상기 노즐 형태의 패턴(110b)을 완전히 덮도록 도포한다(도 5e). 이 상태에서, CMP에 의해 노즐 형태의 패턴(110b)의 상부가 드러날 때까지 연마를 하고(도 5f), 스핀 코팅법을 이용해 표면에 소수성 물질을 도포한 후 베이킹하여 소수성 막(120)을 형성한다(도 5g).
소수성 막(120)의 형성 후, 기판(100)의 배면에 피드 홀(104)을 형성하고(도 5h), 습식 식각법에 의해 상기 희생층(110a, 110b)을 제거한다. 이때, 습식 식각이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 초음파 분해법을 동시에 이용하게 되며, 노즐에 해당하는 희생층(110b)이 제거된 후 그 상부에 남게 되는 소수성 막은 초음파로 인해 생기는 물리적 에너지에 의해 제거되게 된다.
희생층의 제거가 끝난 후 180℃의 온도를 갖는 핫 플레이트 상에서 약 15분간 열처리하여 소수성 막을 안정화 시키면, 도 3에 도시된 형태의 잉크젯 프린트 헤드가 완성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 별도의 금속막을 형성하는 등의 공정이 불필요해지므로 종래에 비해서 단순화된 공정으로 소수성 막을 잉크젯 프린트 헤드에 형성할 수 있어 제조단가를 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 노즐의 내부 및 노즐의 개구부를 제외한 헤드의 표면에 균일하게 소수성 막을 형성할 수 있으므로 프린트 성능을 향상시키게 된다.
도 1은 종래의 잉크젯 프린트 헤드의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잉크젯 프린트 헤드의 표면에 부착된 물방울을 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에서 헤드의 표면에 부착된 물방울을 도시한 도 1 상당도이다.
도 5a 내지 도 5h는 도 2에 도시된 실시예를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100 …기판, 12, 102 …히터,
14, 104 …피드 홀, 20, 110 …노즐판,
22, 112 …채널, 24, 114 …노즐,
110a, 110b …희생층, 120 …소수성 막.
Claims (8)
- 히터 및 배선이 형성된 기판상에 채널 및 노즐을 형성하기 위한 희생층을 형성하는 단계;상기 희생층의 상부에 수지를 도포하여 노즐층을 형성하는 단계;상기 노즐층의 윗면을 희생층 중 노즐에 대응되는 부분의 상단부가 드러날 때까지 연마하는 단계;연마된 상기 노즐층 및 희생층의 상부면에 소수성 물질을 도포하고, 베이킹하는 단계;상기 기판의 배면에 습식 또는 건식 식각에 의해 피드홀을 형성하는 단계;상기 피드홀을 통해서 상기 희생층 및 상기 노즐 부분의 상부에 잔류하는 소수성 막을 제거하는 단계; 및상기 소수성 막을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 희생층은 포토 리소그래피법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 노즐층의 연마는 화학 기계적 연마(CMP)법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 소수성 물질은 액상의 과플루오르 화합물이고, 스핀 코팅법에 의해 연마된 노즐층 및 희생층의 상부에 도포되는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 희생층은 초음파 분해법(Sonication) 및 습식 식각법에 의해 제거되며, 이 과정에서 상부에 잔류하는 소수성 막이 초음파 분해법에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드.
- 히터 및 배선이 형성되며, 잉크 저장 수단과 연통되는 피드홀을 갖는 기판과;상기 기판의 상부에 형성되며, 상기 피드홀과 연통되는 채널 및 상기 채널의 상부에 위치하는 노즐을 갖는 노즐판과;상기 노즐판의 상부에 형성되는 소수성 막을 포함하며,상기 소수성 막은 액상의 과플루오르 화합물을 도포한 후 열처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드.
- 제7항에 있어서,상기 채널을 피드홀을 중심으로 양쪽으로 연장되며, 상기 채널의 양단부에 각각 노즐이 배치되는 것을 특징으로 하는 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020040047894A KR20050123334A (ko) | 2004-06-24 | 2004-06-24 | 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020040047894A KR20050123334A (ko) | 2004-06-24 | 2004-06-24 | 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20050123334A true KR20050123334A (ko) | 2005-12-29 |
Family
ID=37294942
Family Applications (1)
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| KR1020040047894A KR20050123334A (ko) | 2004-06-24 | 2004-06-24 | 소수성 막을 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20050123334A (ko) |
-
2004
- 2004-06-24 KR KR1020040047894A patent/KR20050123334A/ko not_active Application Discontinuation
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