KR20060035820A - 잉크젯 카트리지 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

잉크젯 카트리지 및 그의 제조방법이 제공된다. 이때의 잉크젯 카트리지는 잉크토출수단과 전기적으로 연결되는 패드를 갖는 헤드와, 헤드가 접착되는 헤드 안착부를 갖는 카트리지 몸체와, 카트리지 몸체에 부착되며 전도성 트레이스에 의해 헤드의 패드와 전기적으로 접속되는 연성회로기판과, 연성회로기판의 전도성 트레이스와 헤드의 패드가 접합된 부분의 상부에 증착된 무기막과, 무기막을 커버하도록 무기막의 상부에 도포된 밀봉재를 포함한다. 따라서, 제공된 잉크젯 카트리지 및 그의 제조방법에 따르면, 무기막과 무기막의 상부에 도포된 밀봉재를 이용하여 패드와 리드의 접합부를 보호하기 때문에 외부의 수분이나 열 등으로부터 이 접합부를 보다 효과적으로 보호할 수 있다.

잉크젯 카트리지

Description

잉크젯 카트리지 및 그의 제조방법{Inkjet cartridge and fabrication method of the same}

도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지의 일실시예를 도시한 사시도,

도 2는 도 1의 잉크젯 카트리지를 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절개한 단면도,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 잉크젯 카트리지 110 : 카트리지 몸체

120 : 잉크공급부 130 : 연성회로기판

140 : 헤드 150 : 접착제

160 : 무기막 170 : 밀봉재

본 발명은 잉크젯 카트리지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크를 토출하기 위한 헤드와 이에 접합되는 연성회로기판의 접속부를 보호할 수 있는 잉크젯 카트리지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

잉크젯 카트리지는 내부에 저장된 잉크를 잉크 액적(Droplet)의 형태로 외부로 토출시켜 인쇄매체 상에 소정 화상을 인쇄하는 장치를 말하며, 통상 잉크토출수단을 갖는 헤드(Head)가 헤드에 전기적으로 접속되는 연성회로기판(FPC)을 통하여 외부로부터 전기신호를 입력받음으로써 수행된다.

구체적으로 설명하면, 헤드에는 외부로부터 전기를 입력받도록 전기 입출력 단자인 패드(Pad)가 구비되는데, 이 패드는 잉크토출수단과 전기적으로 연결된다. 그리고, 연성회로기판에는 일정형태로 배치된 전도성 트레이스(Trace)가 구비되는데, 이 전도성 트레이스의 일단{이하, '리드(Lead)'라 칭함}은 패드와 전기적으로 접속되도록 연성회로기판의 외부로 돌출된다. 이에, 헤드와 연성회로기판은 패드와 리드가 전기적으로 접속됨으로써 상호 통전상태가 되는 것이다. 따라서, 리드와 패드 등을 통하여 외부로부터 잉크토출수단에 전기신호가 입력되면, 잉크토출수단은 이 전기신호에 따라 내부에 저장된 잉크를 외부로 토출하게 되는 것이다.

한편, 잉크젯 카트리지는 열악한 외부환경에서도 견딜 수 있는 신뢰성을 가져야 한다. 특히, 이와 같은 리드와 패드의 전기 접속부는 고온 고습 등의 열악한 환경에서도 작동가능해야 한다.

따라서, 종래 잉크젯 카트리지의 전기 접속부는 상호 접합된 다음 밀봉 고분자 등에 의해 밀봉되고 있다.

그러나, 이와 같은 밀봉 고분자는 잉크토출수단에서 발생하는 열이나 잉크들에 의해 지속적으로 노출될 수 있는데, 이 경우 밀봉 고분자는 열화되어 잉크들의 수분침투를 허용할 수 있게 된다. 이에, 침투된 수분은 패드나 리드의 부식을 유발 하게 되고, 이는 결국 패드와 리드의 전기적 접속을 방해하여 잉크젯 카트리지의 내구성을 감소시키게 된다.

따라서, 최근에는 밀봉 고분자를 고온 고습 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위한 방법이 여러가지 방법이 제안되고 있다.

일예로써, 미국특허 제6,641,254호에는 "무기막을 갖는 전기장치(Electronic device hanvig an inorganic film)"가 개시되어 있다.

개시된 미국특허에 따르면, 전기장치는 기판, 기판 상에 위치하는 기판 전기 커넥터, 기판 전기 커넥터에 전기적으로 연결된 캐리어 리드를 구비한다. 또한, 전기장치는 기판 전기 커넥터를 둘러싸는 고분자막과 이 고분자막과 접하면서 기판 전기 커넥터 상에 위치하는 무기막을 구비한다. 이때, 무기막은 탄탈륨(tantalum),플라티늄(platinum) 또는 금(gold) 등의 금속을 0.05 내지 0.1㎛의 두께로 증착함으로 형성되거나, 질화막, 산화막 또는 카바이드막을 0.1 내지 0.5㎛의 두께로 증착함으로써 형성되고, 물리기상증착법 또는 화학기상증착법 등에 수행된다. 따라서, 이 무기막은 밀봉 고분자막을 외부로부터 보호하게 되는 것이다.

그러나, 이와 같은 무기막은 잉크에 대한 내화학성이 비교적 낮아 부식의 위험이 있다. 그리고, 무기막은 기계적 연성이 충분하지 못하여 고분자막의 불규칙한 표면을 균일하게 덮을 수 없을 뿐만 아니라 고분자막과의 계면특성이 불량하여 수분 또는 잉크의 침투를 완벽하게 막을 수 없는 문제점이 있다. 이 경우, 무기막을 형성하기 전에 고분자막의 표면을 처리하기도 하나 이 표면처리에 의한 접착력의 향상은 미미하다.

또한, 고분자막은 온도 및 습도의 변화에 따라 팽창 및 수축을 반복할 수 있는데, 이 경우 무기막은 고분자막의 팽창 및 수축에 의해 쉽게 박리(delamination)될 수 있는 문제가 있다. 또, 무기막은 잉크젯 카트리지의 와이핑으로 인한 외력에 의해 쉽게 파손될 수 있으며, 이러한 파손된 무기막은 노즐의 막힘현상(clogging)을 유발할 수 있다. 그리고, 무기막은 상술한 바와 같이 물리기상증착법 또는 화학기상증착법을 사용하여 형성되므로 잉크젯 카트리지가 조립된 상태에서 선택적으로 원하는 부분에만 형성하는 것이 매우 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 헤드와 연성회로기판 간의 전기 접속부를 외부로부터 효과적으로 보호할 수 있는 잉크젯 카트리지 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 제 1관점에 따르면, 잉크토출수단과 전기적으로 연결되는 패드를 갖는 헤드와, 헤드가 접착되는 헤드 안착부를 갖는 카트리지 몸체와, 카트리지 몸체에 부착되며 전도성 트레이스에 의해 헤드의 패드와 전기적으로 접속되는 연성회로기판을 포함하는 잉크젯 카트리지에 있어서, 상기 연성회로기판의 전도성 트레이스와 헤드의 패드가 접합된 부분의 상부에 증착된 무기막과, 상기 무기막을 커버하도록 무기막의 상부에 도포된 밀봉재를 포함하는 잉크젯 카트리지가 제공된다.

이때, 상기 무기막은 500∼5000Å의 두께로 증착된 내부식성 실리콘 컴파운 드계 막일 수 있다. 그리고, 상기 밀봉재는 감광성 고분자막이거나 열경화성 고분자막일 수 있다.

한편, 본 발명의 제 2관점에 따르면, 잉크토출수단과 전기적으로 연결되는 패드를 갖는 헤드와 전도성 트레이스를 구비한 연성회로기판을 마련하고, 연성회로기판의 전도성 트레이스와 헤드의 패드를 전기적으로 접속하고, 전도성 트레이스와 패드가 접합된 부분의 상부에 무기막을 증착하고, 무기막의 상부에 밀봉재를 도포하는 것을 포함하는 잉크젯 카트리지의 제조방법이 제공된다.

여기서, 상기 무기막은 코로나 방전법(Corona discharging method)에 의해 500∼5000Å의 두께로 증착됨이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지 및 그의 제조방법에 대한 바람직한 일실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지의 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 잉크젯 카트리지를 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절개한 단면도이다.(이때, 도 1과 도 2는 이해를 돕기 위해 상하가 반전된 상태로 도시되어 있다. 따라서, 이하의 설명은 도시된 바와 같이 상하가 반전된 상태를 기준으로 설명하기로 한다.)

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지(100)는 내부에 잉크가 저장되는 카트리지 몸체(110)와, 카트리지 몸체(110)의 상단부에 부착되며 카트리지 몸체(110)에 저장된 잉크를 외부로 토출하는 헤드(140) 및, 헤드(140)에 전기적으로 접속되는 연성회로기판(130)을 포함한다.

보다 구체적으로 설명하면, 카트리지 몸체(110)는 함체형상으로 형성되고, 그 내부에는 잉크가 저장되도록 잉크저장공간이 마련된다. 그리고, 카트리지 몸체(110)의 상부에는 잉크공급통로(125)를 갖는 잉크공급부(120)가 마련되고, 잉크공급부(120)의 상단에는 헤드(140)가 안착되도록 헤드 안착부(도 3a의 123)가 마련된다. 따라서, 헤드 안착부(123)에는 헤드(140)가 안착되어 접착되는 바, 카트리지 몸체(110)에 저장된 잉크는 잉크공급부(120)의 잉크공급통로(125)를 따라 카트리지 몸체(110)의 상단부에 접착된 헤드(140)로 공급되는 것이다.

헤드(140)는 헤드 안착부(123)에 접착되는 기판(141)과, 기판(141)의 상부에 마련된 잉크토출수단(143)과, 잉크토출수단(143)을 둘러싸도록 기판(141)의 상부에 마련된 챔버층(145)과, 챔버층(145)의 상부에 마련된 노즐층(146) 및, 잉크토출수단(143)과 전기적으로 연결되며 기판(141)의 상부에 마련된 패드(148)를 포함한다.

구체적으로, 기판(141)은 실런트와 같은 접착제(150)에 의해 헤드 안착부(123)의 상면에 접착된다. 이때, 기판(141)은 실리콘으로 형성될 수 있다. 그리고, 기판(141)에는 기판(141)의 상하를 관통하며 잉크공급부(120)의 잉크공급통로(125)와 연통되는 잉크피드홀(142)이 형성된다. 따라서, 카트리지 몸체(110)에 저장된 잉크는 잉크공급통로(125)를 따라 잉크피드홀(142)로 공급되는 것이다.

잉크토출수단(143)은 잉크피드홀(142)을 통해 공급된 잉크를 후술될 노즐(147)을 통해 외부로 토출시키는 역할을 하며, 잉크피드홀(142)의 일측 또는 잉크피드홀(142)의 양측에 각각 마련된다. 이때, 잉크토출수단(143)은 열 저항체(Thermal resister)이거나 압전체(Piezo)일 수 있다.

챔버층(145)은 잉크토출수단(143)을 둘러쌓아서 잉크피드홀(142)을 통해 공급된 잉크를 일정량씩 수용하도록 소정공간{이하, '챔버(Chamber,144)'라 칭함}을 마련하는 역할을 한다. 이때, 잉크토출수단(143)은 챔버(144)의 중앙부에 배치될 수 있다.

노즐층(146)은 챔버층(145)의 상부에 마련되어 챔버층(145)을 밀폐하는 역할을 하고, 잉크가 토출되는 노즐(147)을 구비한다. 이때, 노즐(147)은 잉크토출수단(143)의 상부 곧, 잉크토출수단(143)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 챔버(144)에 수용된 잉크를 잉크토출수단(143)이 토출할 경우, 이 토출되는 잉크는 노즐층(146)의 노즐(147)을 통해 외부로 토출되는 것이다. 여기서, 챔버층(145)과 노즐층(146)은 각각 이미드계, 에폭시계 또는 아크릴레이트계 고분자막일 수 있다.

패드(148)는 외부로부터 전기신호를 인가받아 이를 잉크토출수단(143)에 전달하는 역할을 하며, 외부로 노출되도록 챔버(144)의 외측에 마련된다. 이때, 패드(148)는 알루미늄과 같은 전도성 금속이나 금속합금일 수 있다. 그리고, 외부로 노출된 패드(148)는 후술될 연성회로기판(130)의 전도성 트레이스(132)와 전기적으로 접속된다. 구체적으로, 패드(148)는 연성회로기판(130)의 외부로 돌출된 전도성 트레이스(132)의 돌출부와 TAB 본더(미도시) 등에 의해 접합된다. 따라서, 패드(148)는 연성회로기판(130)의 전도성 트레이스(132)를 통해 외부로부터 전기신호를 인가받아 이를 잉크토출수단(143)에 전달하게 되는 것이다.

연성회로기판(130)은 헤드(140)를 커버하도록 그 일측단부가 잉크공급부(120)의 상면에 부착되며 그 타측단부는 잉크공급부(120)의 일측면까지 소정길이로 연장형성되어 잉크공급부(120)의 측면에 부착된다. 이때, 잉크공급부(120)의 상면에 부착된 연성회로기판(130)에는 전술한 헤드(140)의 노즐(147)이 외부로 노출되도록 개구부가 마련되어 있고, 잉크공급부(120)의 측면에 부착된 연성회로기판(130)에는 프린터 본체(미도시)와 전기적으로 접속되기 위한 접속단자(137)가 마련되어 있으며, 연성회로기판(130)의 내부에는 접속단자(137)와 연결된 다수의 전도성 트레이스(132)가 일정형태로 배치되어 있다.

구체적으로, 전도성 트레이스(132)의 일측단은 접속단자(137)와 연결되어 있으며, 타측단은 전술한 패드(148)와 접합되도록 연성회로기판(130)의 외부로 돌출되어 있다.(이때, 패드(148)와 접합되도록 연성회로기판(130)의 외부로 돌출된 부분을 '리드(138)'라 칭하기로 한다.) 따라서, 접속단자(137)를 통해 프린터 본체에서 인가된 전기신호는 전도성 트레이스(132)와 전도성 트레이스(132)의 리드(138) 및 리드(138)에 접속된 패드(148)를 통하여 잉크토출수단(143)에 전달되어지고, 잉크토출수단(143)은 이 전기신호에 따라 잉크를 외부로 토출하게 되는 것이다.

한편, 헤드(140)의 패드(148)와 전도성 트레이스(132)의 리드(138)가 접합된 부분은 잉크토출수단(143)에서 발생하는 열이나 잉크들에 의해 지속적으로 노출될 경우, 내구성이 감소할 수 있으므로, 이 접합부는 소정 보호막들에 의해 보호된다. 구체적으로, 소정 보호막들은 헤드(140)의 패드(148)와 전도성 트레이스(132)의 리드(138)가 접합된 부분의 상부에 증착된 무기막(160)과, 이 무기막(160)을 커버하도록 무기막(160)의 상부에 도포된 밀봉재(170)를 포함할 수 있다. 이 경우, 무기막(160)은 내부식성인 실리콘 컴파운드계 막(SiOx,SiNx 등)으로 500∼5000Å의 두 께로 증착됨이 바람직하고, 코로나 방전법에 의해 증착됨이 바람직하다. 그리고, 밀봉재(170)는 감광성 고분자막 또는 열경화성 고분자막으로 도포됨이 바람직하고, 도포 후 UV나 열에 의해 경화됨이 바람직하다. 이때, 열경화성 고분자막은 에폭시계나 아크릴레이트계 또는 이미드계 고분자막임이 바람직하다.

이상에서, 미설명부호 131은 전도성 트레이스(132)를 절연하는 상부절연막을 지칭한 것이고, 미설명부호 133은 전도성 트레이스(132)를 절연하는 하부절연막을 지칭한 것이다.

이하, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지(100)의 제조방법에 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

먼저, 카트리지 몸체(110)의 헤드 안착부(123)에 접착된 헤드(140)와, 전도성 트레이스(132)를 구비한 연성회로기판(130)이 마련되면, 작업자는 TAB 본딩이나 와이어 본딩 등의 방법에 의해 전도성 트레이스(132)의 리드(138)를 헤드(140)의 패드(148)에 전기적으로 접속시키게 된다.

이후, 작업자는 코로나 방전법 등을 이용하여 전도성 트레이스(132)의 리드(138)와 헤드(140)의 패드(148)가 접합된 부분의 상부에 내부식성인 실리콘 컴파운드계 막(SiOx,SiNx 등) 곧, 무기막(160)을 500∼5000Å의 두께로 증착하게 된다. 구체적으로 설명하면, 작업자는 평판 형태의 음극 일렉트로드(Electrode,미도시)를 패드(148) 등의 접합부에 연결시킨 다음 둥근 형태의 양극 일렉트로드(미도시)를 패드(148) 등의 접합부에서 소정간격 이격된 패드(148)의 상부로 배치하게 된다. 그리고, 일렉트로드들이 연결 및 배치되면, 작업자는 이 두 일렉트로드에 비교적 높은 전압을 인가하게 된다. 이에, 두 일렉트로드 사이에는 코로나 방전이 발생되는 바, 실리콘을 포함한 주변의 기체입자들은 이 코로나 방전에 의해 분해되어 패드(148) 등의 접합부 상부표면으로 증착되는 것이다. 이 경우, 작업자는 증착시간을 적절하게 조절함으로써 접합부의 상부표면에 증착되는 무기막(160)의 두께를 500∼5000Å으로 조절할 수 있게 된다.

이후, 작업자는 니들 디스펜서(Needle dispenser) 등을 이용하여 무기막(160)의 상부에 밀봉재(170)를 도포하게 되고, 도포한 후에는 UV나 열을 가하여 도포된 밀봉재(170)를 경화시키게 된다. 이에, 밀봉재(170)는 UV나 열에 의하여 경화되어지는 바, 이 경화된 밀봉재(170)는 외부 환경으로부터 무기막(160) 및 패드(148)와 리드(138)의 접합부에 가해지는 충격 등을 보호하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지는 무기막과 무기막의 상부에 도포된 밀봉재를 이용하여 패드와 리드의 접합부를 보호하기 때문에 외부의 수분이나 열 등으로부터 이 접합부를 보다 효과적으로 보호할 수 있다.

특히, 종래의 무기막은 밀봉 고분자의 불규칙한 표면을 골고루 잘 덮을 정도로 기계적 연성이 충분하지 못하여 여러가지 문제를 야기하게 되었는데, 본 발명에 따른 무기막은 굴곡이 없는 패드와 리드의 접합부 상측에 증착되기 때문에 종래와 같은 기계적 연성에 따른 문제는 모두 해소될 수 있다.

그리고, 종래의 무기층은 고분자막의 팽창 및 수축의 반복에 의하여 쉽게 박리되는 문제가 발생되었는데, 본 발명에 따른 무기막은 고분자막인 밀봉재의 내부에 증착되기 때문에 종래와 같은 고분자막의 영향을 받지 않게되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 무기막은 밀봉재의 내부에 증착되기 때문에 종래와 같은 잉크젯 카트리지의 와이핑으로 인한 외력에 의해 쉽게 파손되지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 종래 파손된 무기막에 의해 유발되는 노즐의 막힘현상 등을 미연에 방지할 수 있다.

또, 종래의 경우 물리기상증착법 또는 화학기상증착법을 이용하여 무기막을 증착하기 때문에 잉크젯 카트리지가 조립된 상태에서는 원하는 부분만을 선택적으로 증착하는 것이 매우 어려웠지만, 본 발명에 따른 잉크젯 카트리지는 코로나 방전법을 이용하여 무기막을 증착하기 때문에 잉크젯 카트리지가 조립된 상태에서도 원하는 부분만을 선택적으로 증착할 수 있는 효과가 있다.

이상, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 잉크토출수단과 전기적으로 연결되는 패드를 갖는 헤드와, 상기 헤드가 접착되는 헤드 안착부를 갖는 카트리지 몸체와, 상기 카트리지 몸체에 부착되며 전도성 트레이스에 의해 상기 헤드의 패드와 전기적으로 접속되는 연성회로기판을 포함하는 잉크젯 카트리지에 있어서,

   상기 연성회로기판의 전도성 트레이스와 헤드의 패드가 접합된 부분의 상부에 증착된 무기막과,

   상기 무기막을 커버하도록 상기 무기막의 상부에 도포된 밀봉재를 포함한 것을 특징으로 하는 잉크젯 카트리지.
2. 제 1항에 있어서, 상기 무기막은 500∼5000Å의 두께로 증착된 내부식성 실리콘 컴파운드계 막이며, 상기 밀봉재는 감광성 고분자막이거나 열경화성 고분자막인 것을 특징으로 하는 잉크젯 카트리지.
3. 잉크토출수단과 전기적으로 연결되는 패드를 갖는 헤드와 전도성 트레이스를 구비한 연성회로기판을 마련하고,

   상기 연성회로기판의 전도성 트레이스와 헤드의 패드를 전기적으로 접속하고,

   상기 전도성 트레이스와 패드가 접합된 부분의 상부에 무기막을 증착하고,

   상기 무기막의 상부에 밀봉재를 도포하는 것을 포함하는 잉크젯 카트리지의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 무기막은 내부식성 실리콘 컴파운드계 막을 포함하고,

   상기 밀봉재는 감광성 고분자막이거나 열경화성 고분자막인 것을 특징으로 하는 잉크젯 카트리지의 제조방법.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 무기막은 코로나 방전법에 의해 500∼5000Å의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 카트리지의 제조방법.

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