KR20060038275A - 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 기판의 저면에 형성된 잉크 피드홀과; 상기 잉크 피드홀과 연통되며, 상기 기판의 상부면에 형성되는 하부 챔버와; 상기 하부 챔버의 주위에 형성되며, 동일 평면상에서 상기 하부 챔버의 상부를 가로지르도록 배치되는 히터를 포함하는 히터층과; 상기 히터층의 상부에 형성되는 배선층과; 상기 배선층의 상부에 형성되는 보호층과; 상기 보호층의 상부에 형성되어 상기 하부 챔버의 상부에 상부 챔버를 형성하는 상부 챔버층과; 상기 상부 챔버층에 형성되며, 노즐을 갖는 노즐층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다.
본 발명에 의하면, 리스트릭터와 하부 챔버가 일체로 형성되어 있으며, 히터가 히터층과 동일한 평면에 위치하기 때문에 히터에 꺾인 부분이 없어 균일한 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 아울러, 히터의 양면이 보호층 없이 직접 잉크와 접촉하기 때문에 버블 생성에 필요한 전력을 절감할 수 있다.
잉크젯 프린트, 헤드, 히터, 효율
Description
도 1은 종래의 일반적인 잉크젯 프린트 헤드의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 또 다른 잉크젯 프린트 헤드의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에서 히터층을 도시한 평면도이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 따른 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조 방법의 일 실시예에서 각 단계를 도시한 단면도이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 … 기판, 102 … 피드홀,
104 … 하부 챔버, 106 … 상부 챔버,
108 … 노즐, 110 … 유입구,
112 … 열 산화막, 114 … 히터층,
120 … 보호층, 122 … 접속부,
130 … 챔버층, 140 … 노즐층.
본 발명은 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잉크젯 프린터에서 카트리지에 저장된 잉크를 미세한 액적의 형태로 분사하기 위한 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는 카트리지에 저장된 잉크를 미세한 액적의 형태로 인쇄 매체의 표면에 분사하여 원하는 형태의 인쇄물을 얻어내는 화상 형성 장치의 일종으로서, 카트리지에 저장된 잉크는 헤드를 통해서 분사되게 된다. 이때, 잉크를 분사하는 방법은 크게 열 구동 방식과 압전 구동 방식으로 구별할 수 있는데, 전자는 헤드 내에 히터를 장착하여 히터에서 발생된 열로 인해 버블을 형성한 후 그에 의한 압력으로 잉크 액적을 분사하는 방식이며, 후자는 압전 소자에 전원을 인가하여 압전 소자의 기계적인 변형으로 인해 발생된 압력으로 잉크 액적을 분사하는 방식이다.
도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 열 구동 방식의 잉크젯 프린트 헤드가 도시되어 있다. 상기 헤드는 잉크 카트리지로부터 잉크를 공급받는 잉크 피드홀(12)을 기판(10)의 상부면에, 피드홀(12)로 공급된 잉크를 헤드 내부로 공급하는 리스트릭터(16)와 공급된 잉크를 일시적으로 저장하는 잉크 챔버(18)를 갖는 챔버층(14)을 갖는다. 상기 챔버층(14)의 상부에는 노즐(20)이 형성되어 있으며, 상기 노 즐(20)의 하부에는 히터(22)가 형성된다. 한편, 상기 히터(22)가 잉크와의 반응으로 손상을 입는 것을 방지하기 위해, 표면에 보호층(24)이 형성되어 있다. 또한, 상기 히터(22)는 패드(26)와 연결되며, 상기 패드(26)는 연성 회로 기판(미도시)을 통해서 잉크젯 프린터 본체와 연결된다. 여기서, 상기 헤드의 구조는 개략적으로 도시한 것으로서 실제는 보다 복잡한 구조를 갖는다.
한편, 상기 히터(22)에 펄스 형태의 전류가 인가되면, 순간적으로 가열되어 히터(22)의 표면에는 버블이 형성되고, 이로 인해 증가된 압력에 의해서 잉크 액적(28)이 노즐(20)을 통해 배출되게 된다. 그러나, 도시된 형태에서는 히터(22)의 상부면을 통해서만 열전달이 이뤄지며, 히터(22)의 저면에서 발생된 열은 헤드(14)의 온도를 상승시킬 뿐 잉크를 가열하는 데에는 사용되지 않는다. 더구나, 상기 히터(22)의 상부면에 위치하는 보호층(24)으로 인해 열전달 효율은 더욱 낮아지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이 잉크 피드홀(52) 및 리스트릭터(56)를 갖는 기판(50)의 상부에 챔버층(54)을 형성하고, 리스트릭터(56)를 통해 유입된 잉크를 가열하는 히터(58)를 잉크 챔버(57)의 중앙부에 위치하도록 하여 히터(58)의 양면에서 가열이 이루어질 수 있는 형태의 기술이 개시된 바 있다. 상기 기술에서는 히터의 양면을 통해서 가열이 이루어지므로 종래에 비해서 적은 전력으로도 잉크 액적을 토출시킬 수 있게 된다.
또한, 액적을 토출한 후 히터에 전원이 차단되면 버블이 축소되면서 히터의 표면에 캐비테이션 포스(cavitation force)가 작용하게 되고, 이로 인해 히터가 변 형되면서 손상될 염려가 있으나, 도 2에 도시된 형태에서는 히터의 양면에서 버블의 생성 및 소멸이 서로 반대방향으로 이루어지기 때문에 상기 캐비테이션 포스가 서로 상쇄되어 히터에 미치는 영향이 대폭 감소하므로 히터의 수명을 연장할 수 있는 장점도 있다.
그러나, 상기 기술은 히터가 종래와 같이 동일 평면상에 존재하지 않고 직각으로 꺾인 구조로 존재하기 때문에 꺾인 부분의 히터 두께 측면에서 불균일할 가능성이 높다. 즉, 히터는 일반적으로 히터 물질을 스퍼터링이나 CVD법 등에 의해 박막형태로 증착한 후 패터닝하여 이루어지는 것인바, 도시된 바와 같이 직각으로 꺾인 부분에 있어서는 소망하는 치수를 갖도록 히터를 형성하는 것이 매우 어렵다. 즉, 꺾인 부분의 부근에서는 박막의 두께가 불균일해지는데, 꺾인 부분의 두께가 얇을 경우, 전류 밀도가 집중되기 때문에 전기적으로 단락이 발생될 가능성이 매우 높다. 따라서, 생산성의 면에서 불리할 뿐만 아니라 작동시에도 히터의 발열량을 정확하게 조절하는 것이 힘들게 된다.
그리고, 히터의 양쪽면에 발생되는 캐비테이션 포스가 정확히 일치하여야 하나, 실제로는 그렇지 못하므로 캐비테이션 포스의 영향에서 자유롭지 못하며, 오히려 히터가 공중에 부양된 상태이기 때문에 구조적으로 취약한 문제가 있다. 아울러, 리스트릭터를 추가적으로 가공해야 하나 이는 웨이퍼 천공, 레이저 공정, Long distance focus photo 등의 기술이 요구되어 원가 상승 및 불량 요인으로 이어지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 히터를 포함하는 히터층이 평탄한 형태를 갖도록 하여 균일한 박막 두께를 얻을 수 있는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
본 발명은 또한, 리스트릭터와 히터 저면에 위치하는 하부 챔버를 일체로 형성하여 원가의 절감 및 불량률을 낮출 수 있는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 제조하기 위한 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 기판의 저면에 형성된 잉크 피드홀과; 상기 잉크 피드홀과 연통되며, 상기 기판의 상부면에 형성되는 하부 챔버와; 상기 하부 챔버의 주위에 형성되며, 동일 평면상에서 상기 하부 챔버의 상부를 가로지르도록 배치되는 히터를 포함하는 히터층과; 상기 히터층의 상부에 형성되는 배선층과; 상기 배선층의 상부에 형성되는 보호층과; 상기 보호층의 상부에 형성되어 상기 하부 챔버의 상부에 상부 챔버를 형성하는 상부 챔버층과; 상기 상부 챔버층에 형성되며, 노즐을 갖는 노즐층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다.
즉, 본 발명은 히터가 잉크 챔버 내부를 가로지르도록 배치되며, 또한 히터층과 히터가 동일한 평면상에 배치되기 때문에 꺾인 부분이 없어 균일한 두께를 갖 도록 형성하는 것이 용이해진다. 또한, 히터의 하부에 위치하는 하부 챔버와 리스트릭터를 별도로 형성하는 것이 아니라 일체로 형성함으로써, 하부 챔버 및 리스트릭터를 하나의 공정을 통해 형성할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 하부 챔버는 단면 형상이 상기 상부 챔버측으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리 꼴 형태인 것이 좋다.
또한, 상기 히터는 서로 나란하게 배치되는 두 개의 띠 형태의 박막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 기판의 표면에 열 산화막을 형성하는 단계와; 상기 열 산화막의 상부에 히터를 포함하는 히터층 및 배선층을 적층하는 단계와; 상기 히터를 제외한 부분의 상부에 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층의 상부에 챔버층을 형성하는 단계와; 상기 챔버층의 상부에 노즐을 갖는 노즐층을 형성하는 단계와; 상기 챔버층의 저면에 위치하는 열 산화막을 제거하는 단계와; 식각법에 의해 히터의 하부에 하부 챔버를 형성하는 단계와; 기판의 저면으로부터 식각법에 의해 잉크 피드홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 하부 챔버는 실리콘 이방성 식각법에 의해 형성되는 것이 좋다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 잉크젯 프린트 헤드의 일 실시예의 단면이 도시되어 있다. 상기 실시예에서 기판(100)은 일반적인 실리콘 웨이퍼로 구성되며, 기판(100)의 저면에는 잉크 카트리지(미도시)로부터 공급된 잉크가 일차적으로 유입되는 피드홀(102)이 형성된다.
상기 피드홀(102)의 상부에는 하부 챔버(104)가 형성된다. 상기 하부 챔버(104)는 상부 챔버(106)와 함께, 노즐(108)을 통해 분사될 잉크가 일시적으로 저장되는 잉크 챔버를 구성하게 된다. 한편, 상기 하부 챔버(104)는 종래의 리스트릭터의 역할도 겸하게 된다. 이를 위해서, 상기 하부 챔버(104)의 저면에 폭이 좁은 유입구(110)를 형성하고, 잉크의 원활한 유입을 위해 상기 하부 챔버(104)를 상부로 갈수록 폭이 확장되도록 형성한다.
한편, 상기 기판(100)의 상부에는 열 산화막(Thermal Barrier, 112)이 형성되어 있다. 상기 열 산화막(112)은 히터층(114)과 기판(100)을 절연하는 역할을 하게 되며, 하부 챔버(104)를 제외한 기판(100)의 상부 표면에 형성된다. 상기 히터층(114)은 상기 열 산화막(112)의 표면에 형성된다. 도 4는 상기 히터층(114)을 도시한 평면도로서, 점선으로 표시된 부분은 하부 챔버(104)이며, 도 4에서 선a-a'에 따른 단면도가 도 3에 해당된다. 상기 히터층(114)에서 하부 챔버(104)의 상부에 히터(114a, 114b)가 위치하는데, 상기 히터(114a, 114b)는 얇은 폭을 갖는 띠 형태로 구성되며, 각각의 히터 사이에는 슬릿(116)이 형성되어 있다.
상기 슬릿(116)은 1 ~ 3㎛의 폭을 가지며, 각각의 히터(114a, 114b)에서 발생된 버블이 노즐(108)을 통해 분사되기 전에 하나로 합쳐지도록 하기 위한 것이 다. 상기 슬릿(116)이 지나치게 넓은 경우 버블이 합쳐지지 않으므로 분사 성능이 저하되며, 슬릿이 좁은 경우에는 버블 소멸시에 발생되는 캐비테이션 포스가 히터(114a, 114b)의 표면에 작용하게 되므로 히터의 수명을 단축시키게 된다.
한편, 상기 히터층과 히터는 Ta, TaN, Ta-Al, TiN, Pt, Doped POLY-Si 등의 박막으로 형성되며, 1000 ~ 5000A의 두께를 갖는다.
상기 히터층(114)의 상부에는 배선층(118)이 형성된다. 상기 배선층(118)은 상기 히터층(114)을 통해 히터(114a, 114b)에 전력을 인가하기 위한 것으로서, Al 또는 Au로 5000 ~ 10000A의 두께를 갖는 박막으로 형성된 것이다. 상기 배선층(118)과 히터층(114)의 챔버쪽 측면 및 상기 배선층(118)의 상부면에는 보호층(120)이 형성된다. 상기 보호층(120)은 배선층(118)이 잉크와 접촉되는 것을 차단하여 배선층(118)을 보호하기 위한 것으로서, SiOx, SiNx, SiC, DLC 등의 내화학성이 우수한 물질로 박막을 형성한 것이다. 한편, 상기 보호층(120) 중에서 챔버층(130)의 외측에는 접속부(122)가 형성되어 있다. 상기 접속부(122)는 잉크 카트리지의 연성 회로 케이블(미도시)과 배선층(118)을 접속시키기 위한 것이다.
상기 보호층(120)의 상부에는 챔버층(130)이 형성된다. 상기 챔버층(130)은 잉크 챔버를 구성하는 상부 챔버(106)를 형성하며, 포토 에폭시로 이루어진다. 상기 챔버층(130)의 상부에는 노즐층(140)이 형성된다. 상기 노즐층(140)에는 노즐(108)이 형성되어 있으며, 챔버층과 동일한 재질로 이루어진다.
상기 실시예에서는 리스트릭터와 하부 챔버가 일체로 형성되어 있으며, 히터가 히터층과 동일한 평면에 위치하기 때문에 히터에 꺾인 부분이 없어 균일한 두께 를 갖도록 형성할 수 있다. 아울러, 히터의 양면이 보호층 없이 직접 잉크와 접촉하기 때문에 버블 생성에 필요한 전력을 절감할 수 있다.
이하에서는, 도 5a 내지 도 5h를 참조하여, 본 발명에 따른 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조 방법의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 기판(100)의 상부에 열 산화막(112)을 형성한다. 그 후, 열 산화막(112)의 상부에 히터층(114) 및 배선층(118)을 차례로 증착한 후 패터닝하여, 도 5b에 도시된 형태로 가공한다. 이 상태에서 보호층(120)을 형성한다. 형성된 보호층(120) 중에서 챔버(106) 내부에 위치할 히터(114a, 114b) 부분에 형성된 보호층을 제거한다(도 5c).
히터 부분의 보호층 제거시에 상기 접속부(122)에 해당되는 보호층을 함께 제거한 후, 상기 챔버(106)를 형성하기 위해 포토 에폭시를 코팅한 후 패터닝하여 챔버층(130)을 형성한다(도 5d). 그 후, 폴리 이미드, 고무계 포토 레지스트, 패터너블 실리콘(Patternable Si) 등으로 희생층(150)을 형성한 후 CMP 법 등을 이용하여 상기 챔버층(130)의 표면이 드러날 때까지 평탄화한다(도 5e).
평탄화 공정이 완료되면, 상기 챔버층(130) 및 희생층(150)의 상부에 챔버층과 동일한 물질을 사용하여 노즐층(140)을 형성한 후, 패터닝하여 노즐(108)을 형성한다. 이때, 설비의 포커스(Focus)와 물질의 첨가제를 이용하여 노즐의 벽면이 5 ~ 10°의 각도를 갖도록 경사지게 형성하는 것이 좋다. 노즐(108)의 형성이 완료되면, 상기 희생층(150)을 제거한다(도 5f).
이 상태에서, 상기 노즐(108)을 통해 상기 히터(114a, 114b)의 저면에 위치 하는 보호층(120)을 습식 식각 등의 방법으로 제거한 후, 실리콘 이방성 식각법에 의해 히터의 저면에 하부 챔버(104)를 형성한다(도 5g). 이때, 식각 용액으로는 TMAH, H2N4, KOH 등을 사용할 수 있다. 마지막으로, 상기 기판(100)의 배면으로부터 건식 또는 습식 식각법을 활용해 피드홀(102)을 형성한다(도 5h). 상기 피드홀(102)의 형성시에, 상기 하부 챔버(104)의 저면에 형성되는 유입구(110)가 사전에 정해진 폭을 갖도록 식각 정도를 조절한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 리스트릭터와 하부 챔버가 일체로 형성되어 있으며, 히터가 히터층과 동일한 평면에 위치하기 때문에 히터에 꺾인 부분이 없어 균일한 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 아울러, 히터의 양면이 보호층 없이 직접 잉크와 접촉하기 때문에 버블 생성에 필요한 전력을 절감할 수 있다.
특히, 히터층에 보호층이 없으므로 저전력 구동이 가능해지고, 소요 전압이 낮아지므로 노즐의 밀집도를 증가시킬 수 있다.
Claims (5)
- 기판의 저면에 형성된 잉크 피드홀과;상기 잉크 피드홀과 연통되며, 상기 기판의 상부면에 형성되는 하부 챔버와;상기 하부 챔버의 주위에 형성되며, 동일 평면상에서 상기 하부 챔버의 상부를 가로지르도록 배치되는 히터를 포함하는 히터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드.
- 제1항에 있어서,상기 하부 챔버는 단면 형상이 상기 피드홀에서 멀어질 수록 폭이 넓어지는 사다리 꼴 형태인 것을 특징으로 하는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드.
- 제1항에 있어서,상기 히터는 서로 나란하게 배치되는 두 개의 띠 형태의 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드.
- 기판의 표면에 열 산화막을 형성하는 단계와;상기 열 산화막의 상부에 히터를 포함하는 히터층 및 배선층을 적층하는 단계와;상기 히터를 제외한 부분의 상부에 보호층을 형성하는 단계와;상기 보호층의 상부에 챔버층을 형성하는 단계와;상기 챔버층의 상부에 노즐을 갖는 노즐층을 형성하는 단계와;상기 챔버층의 저면에 위치하는 열 산화막을 제거하는 단계와;식각법에 의해 히터의 하부에 하부 챔버를 형성하는 단계와;기판의 저면으로부터 식각법에 의해 잉크 피드홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,상기 하부 챔버는 실리콘 이방성 식각법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040087498A KR20060038275A (ko) | 2004-10-29 | 2004-10-29 | 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040087498A KR20060038275A (ko) | 2004-10-29 | 2004-10-29 | 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060038275A true KR20060038275A (ko) | 2006-05-03 |
Family
ID=37145897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040087498A KR20060038275A (ko) | 2004-10-29 | 2004-10-29 | 고효율 히터를 갖는 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060038275A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101129390B1 (ko) * | 2007-06-05 | 2012-03-27 | 삼성전자주식회사 | 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 |
| US8899714B2 (en) | 2012-11-19 | 2014-12-02 | Samsung Display Co., Ltd. | Inkjet apparatus for depositing liquid crystal |
-
2004
- 2004-10-29 KR KR1020040087498A patent/KR20060038275A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101129390B1 (ko) * | 2007-06-05 | 2012-03-27 | 삼성전자주식회사 | 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 |
| US8197032B2 (en) | 2007-06-05 | 2012-06-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thermal inkjet printhead |
| US8899714B2 (en) | 2012-11-19 | 2014-12-02 | Samsung Display Co., Ltd. | Inkjet apparatus for depositing liquid crystal |
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