KR20060044245A - 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크챔버의 내부에 배치되는 히터를 구비한 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에 관한 것으로서, 기판상에 하부챔버를 형성하는 단계; 상기 하부챔버에 희생물질을 채우는 단계; 상기 희생물질상에 히터를 형성하고, 상기 기판상에 상기 히터의 연결도체를 형성하는 단계; 상기 히터 상부에 상부챔버의 형상에 대응하는 희생블록과 상기 희생블록을 수용하는 구조물 패턴을 형성하는 단계; 상기 구조물 패턴을 식각하여 상기 상부챔버의 상부에 노즐을 형성하는 단계; 상기 기판의 저면을 식각하여 상기 하부챔버의 하부에 공급유로를 형성하는 단계; 및 상기 노즐 및 상기 공급유로를 통해 상기 희생물질 및 희생블록을 식각에 의해 제거하는 단계를 포함한다. 이에 의해, 잉크젯 프린터 헤드에서 잉크챔버 중간부의 히터에 의해 구획되는 상,하부챔버가 균일한 크기를 가지도록 제조할 수 있다.
프린터, 잉크젯, 헤드, 상부챔버, 하부챔버, 히터
Description
도 1 내지 도 3은 종래 잉크젯 프린터 헤드의 단면도,
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도,
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,20,30,100: 기판 11,21: 구조물 패턴
12: 잉크챔버 13,23: 히터
14: 노즐플레이트 15,25,35: 노즐
16,37: 잉크유로 22,32,101: 하부챔버
24,34,131: 상부챔버 26,36: 매니폴드
27: 잉크채널 31: 노즐층
33,120: 히터층 110: 실리콘산화막
111: 희생물질 130,170: 구조물 패턴
132,160: 희생블록 140: 구조물 패턴의 상부
141,171: 노즐 151,181: 공급유로
본 발명은 잉크챔버의 내부에 히터가 구비되는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 잉크젯 프린터 헤드는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10)과, 기판(10)상에 잉크챔버(12)를 형성하는 구조물 패턴(11)과, 잉크챔버(12)의 바닥면에 구비된 히터(13)와, 상기 구조물 패턴(11)상에 형성된 노즐플레이트(14)로 이루어져 있다. 이러한 구성에 따른 작동과정을 설명하면, 잉크유로(16)를 통해 잉크챔버(12)에 잉크가 충전된 상태에서, 히터(13)에 전류가 인가되어 발열하면 잉크챔버(12)에 버블(B)이 형성되고, 버블(B)이 팽창함에 따라 잉크챔버(12)에 충전된 잉크가 가압되어 노즐(15)을 통해 토출된다.
그러나, 이러한 구조의 잉크젯 프린터 헤드에 의하면, 히터(13)로부터 발생되는 열량의 상당 부분이 기판(10)에 흡수되어 열량소모가 크고, 이에 따라 충분한 크기의 버블(B)이 형성되지 못하여 충분한 양의 잉크가 토출되지 못할 수도 있다. 또한, 히터(13)의 작동으로 인한 프린터 헤드의 온도상승의 문제가 있다.
이러한 문제를 개선하고자 제안된 발명이 한국공개특허공보 제2004-0044281호에 개시되어 있다. 도 2를 참조하면, 이러한 잉크젯 프린터 헤드는 기판(20)에 형성된 하부챔버(22)상에 다수의 보호층으로 상하 덮혀진 히터(23)가 구비되고, 상기 하부챔버(22)와 히터(23)의 상부에 상부챔버(24)가 위치하도록 형성된 구조물 패턴(21)으로 이루어져 있다. 구조물 패턴(21)에는 상부챔버(24)와 연결되는 노즐 (25)이 형성되어 있으며, 기판(20)의 저면에는 잉크공급을 위한 매니폴드(26)와 잉크채널(27)이 형성되어 있다. 이와 같은 잉크젯 프린터 헤드의 구조에 의하면, 두개의 잉크챔버(22,24) 사이에 히터(23)가 배치되어 발생열의 대부분이 잉크토출에 이용되도록 할 수 있고, 기판(20)의 온도상승을 억제하여 안정적인 작동이 가능해진다.
도 2의 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에 있어서, 하부챔버(22)는 연결구(28)를 통해 기판(20)을 등방성 식각함으로써 형성된다. 즉, XeF2가스 또는 BrF3가스를 식각가스로 사용하여 기판(20)을 소정 시간동안 건식식각한다. 이에 의해 약 20~40㎛인 반구형의 하부챔버(22)가 형성된다.
그러나, 이와 같이 등방성 식각으로 하부챔버(22)를 형성하는 방법에 의하면 챔버의 크기가 균일하도록 식각량을 조절하기가 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 노즐마다 잉크의 토출량이 달라질 수 있다는 문제가 있었다.
한편, 상기에서 언급한 종래기술의 문제를 해결하기 위해 도 3과 같은 발명이 제안된 바 있다. 도 3에 의하면, 기판(30)상에 하부챔버(32)가 형성되고, 기판(30) 및 하부챔버(32)상에 히터층(33)이 형성되며, 하부챔버(32) 및 히터층(33) 상부에 상부챔버(34)를 형성하는 노즐층(31)이 결합된다. 노즐층(31)의 상단부에는 노즐(35)이 형성되어 있으며, 기판(30)의 저면에는 잉크공급을 위한 매니폴드(36)와 공급유로(37)가 형성되어 있다. 여기서, 하부챔버(32)는 포토리소그래피(Photolithography)를 이용하여 기판(30)상의 일부분을 식각함으로써 형성된다.
따라서, 이상과 같은 구조에 의하면 잉크챔버(32,34) 사이에 히터(33)가 배치되어 잉크토출에 이용되는 발생열의 효율이 향상될 뿐 아니라, 하부챔버(32)의 포토리소그래피 공정 상에서 식각량의 조절이 가능하므로 균일한 크기로 형성할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 상기 발명에 의하면 노즐층(31)이 잉크챔버마다 각각 독립적으로 형성되어 잉크젯 헤드의 유지, 보수상의 어려움이 있을 뿐 아니라, 노즐층(31)이 구조적으로 취약하여 내구성이 떨어진다는 문제가 있다. 또한, 잉크젯 프린터 헤드의 제조과정에서 히터층(33)은 하부챔버(32)의 빈 공간상에 형성되는 관계로 히터층(33)이 하부챔버(32)상에서 휘어진 상태에서 형성됨에 따라, 이러한 휘어진 부분에서 전류밀도가 높아 쉽게 손상된다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 잉크챔버의 내부에 히터를 구비하는 프린터 헤드에서 챔버의 크기를 균일하게 형성하여 노즐마다 토출되는 잉크량이 동일하도록 할 뿐 아니라, 노즐층 및 히터의 형성 방법을 개선하여 구조가 단순화되고 내구성이 향상된 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에 있어서, 기판상에 하부챔버를 형성하는 단계; 상기 하부챔버에 희생물질을 채우는 단계; 상기 희생물질상에 히터를 형성하고, 상기 기판상에 상기 히터의 연결도체를 형성하는 단계; 상기 히터 상부에 상부챔버의 형상에 대응하는 희생블록과 상기 희 생블록을 수용하는 구조물 패턴을 형성하는 단계; 상기 구조물 패턴을 식각하여 상기 상부챔버의 상부에 노즐을 형성하는 단계; 상기 기판의 저면을 식각하여 상기 하부챔버의 하부에 공급유로를 형성하는 단계; 및 상기 노즐 및 상기 공급유로를 통해 상기 희생물질 및 희생블록을 식각에 의해 제거하는 단계를 포함하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 개시한다.
여기서, 상기 희생블록 및 구조물 패턴을 형성하는 단계는, 상기 히터 상부에 상부챔버가 형성되도록 상기 기판상에 구조물 패턴을 형성하고, 상기 상부챔버에 희생물질을 채움으로써 상기 희생블록을 형성하며, 상기 기판상에 구조물 패턴을 더 형성하는 과정으로 할 수 있다. 또는, 이와 달리 상기 희생블록 및 구조물 패턴을 형성하는 단계는, 희생물질을 이용하여 상기 히터층 상부에 상기 희생블록을 형성하고, 상기 기판 및 상기 희생블록 상에 상기 구조물 패턴을 형성하는 순서에 의할 수도 있다.
그리고, 상기 기판상에 하부챔버를 형성한 후, 상기 기판상에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 구조물 패턴은 패턴형성이 가능한 네거티브 감광성 수지(Patternable negative photosensitive resin)로 이루어지게 할 수도 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법의 제1 실시예는 도 4a 내지 도 4i에 도시된 바와 같다.
먼저, 도 4a과 같이 포토리소그래피를 이용하여 기판(100)의 상면을 식각하 여 하부챔버(101)를 형성한다. 기판(100)의 재료는 실리콘으로 할 수도 있으나, 가공성이 좋다면 다른 물질을 사용할 수도 있다. 그리고, 하부챔버(101)는 5~15㎛의 깊이를 가지도록 한다. 여기서, 하부챔버(101)의 형상은 원통형이나, 잉크챔버의 히팅시 버블발생에 의한 압력이 노즐방향으로 잉크에 잘 전달되어 잉크토출되도록 다양한 형태로 형성할 수도 있다.
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이 잉크챔버에 저장되는 잉크와 기판(100)을 전기적으로 분리하기 위해 기판(100) 상면에 보호막인 실리콘산화막(110)을 코팅한다. 실리콘산화막(110)의 두께는 0.1~1.0㎛이 되게 하며, 이러한 보호막으로는 실리콘질화막을 이용할 수도 있다.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이 하부챔버(101)를 희생물질(111)인 포토레지스트로 채운다. 이를 위해, 먼저 기판(100)상에 포토레지스트를 도포한 다음, 하부챔버(101)가 형성된 포토마스크를 이용하여 상기 포토레지스트를 노광한다. 그리고, 노광된 포토레지스트를 현상하여 이미지를 전사한 다음, 이를 마스크로 이용하여 건식식각으로 기판(100)을 식각한다. 이 과정에서, 하부챔버(101)의 높이를 결정하여 적절한 용량의 챔버가 형성되도록 한다. 한편, 희생물질(111)로는 기판(100)에 대해 선택적으로 제거하기 용이한 물질을 사용하여야 하며, 상기 물질 외에 PSG, 폴리실리콘, SOG 등을 사용할 수 있다. 마지막으로, 희생물질(111)이 기판(100)과 같은 높이를 가지게 하도록 기판(100)의 전면을 식각에 의해 평탄화한다. 이때, 실리콘산화막(110)은 상기 식각에서 식각정지막으로 이용된다.
그리고, 도 4d에 도시된 바와 같이 기판(100) 및 희생물질(111)로 채워진 하 부챔버(101)상에 니켈(Ni)과 같은 금속물질로 이루어진 히터층(120)을 형성한다. 히터층(120)의 형성은 금속물질을 스퍼터링공정, 리소그래피공정 및 도금공정을 이용하며, 상기 과정들에 의해 히터층(120)을 이루는 박막의 패턴 및 두께를 조정할 수 있다. 히터층(120)은 하부챔버(101)상에 형성되는 히터(도면 미도시)와 기판(100)상에 형성되어 상기 히터와 전기적으로 접속된 연결도체(도면 미도시)로 구분되는데, 상기 히터와 연결도체의 구분은 단면적의 차이에 있으며, 단면적이 감소하면 저항이 증가하여 히터로 작용하게 된다. 한편, 상기 히터층(120)을 보호하기 위해 상하면에 복수의 보호층(도면 미도시)을 형성할 수도 있다. 이상과 같이, 희생물질(111)에 의해 기판(100)의 상면이 평면을 유지한 상태에서 히터층(120)이 형성됨에 따라, 히터층(120)의 처짐 내지 휘어짐이 방지된다.
도 4e는 기판(100)상에 네거티브 포토레지스트(Negative Photoresist)를 도포하고 노광 및 식각공정을 수행하여 구조물 패턴(130)을 형성한 상태를 나타낸다. 구조물 패턴(130)은 희생물질(111)이 채워진 하부챔버(101)의 상부, 즉 히터(도면 미도시)의 상부에 위치하는 상부챔버(131)를 형성하고 있다. 여기서, 구조물 패턴(130)은 패턴형성이 가능한 감광성 수지(Patternable negative photoresist resin)로 이루어지므로, 노광에 의해 식각되지 않고 계속하여 구조물로 남게 된다. 이어서, 도 4f에 도시된 바와 같이 상부챔버(131)를 희생물질을 채워 희생블록(132)을 형성한다. 여기서, 희생물질로는 하부챔버(101)를 채우는데 사용된 물질과 같은 것을 사용한다.
이어서, 도 4g에 도시된 바와 같이, 도 4e 과정에서 사용된 것과 같은 네거 티브 포토레지스트(Negative Photoresist)를 기판(100)상에 도포하여 구조물 패턴(130)의 상부(140)를 연장 형성한다. 그리고, 근접노광(Proximity Exposure)에 의해 구조물 패턴의 상부(140)를 노광시켜 노즐(141)을 형성시킨다. 이때, 노즐(141)의 테이퍼진 구조는 포토마스크를 통과하는 광의 회절에 의해 노광부와 비노광부간의 경계면이 경사지게 형성되는 것에 의해 이루어지게 된다. 한편, 노즐(141)은 일반적인 실린더 형상으로 형성될 수도 있다. 따라서, 이와 같이 형성되는 구조물 패턴(130)에 의하면 다수의 챔버와 연결되는 다수의 노즐이 하나의 구조물 패턴(130)상에 구비되므로, 잉크젯 프린터 헤드의 유지 및 보수가 용이하고 내구성이 향상된다는 이점이 있다.
마지막으로, 도 4h에 도시된 바와 같이 기판(100)의 저면을 식각하여 하부챔버(101)와 연통되는 공급유로(151)를 형성하고, 도 4i와 같이 노즐(141) 또는 공급유로(151)를 통해 하부챔버(101)와 상부챔버(131) 내부의 희생물질 및 희생블록(111,132)을 식각하여 제거한다.
따라서, 상기의 제조방법에 의하면 식각 또는 패터닝을 행한 공간에 희생물질을 채운 상태에서 제조과정을 수행하고, 마지막 단계에서 상기 희생물질을 제거함으로써 균일한 크기를 갖는 다수의 하부챔버와 상부챔버를 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법의 제2 실시예는 상기 도 4a 내지 도 4d의 단계를 거친 후, 도 5a 내지 도 5e의 단계를 수행한다. 따라서, 전술한 제1 실시예와 일치하는 공정에 대해서는 반복된 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에서는, 상기 도 4a 내지 도 4d의 단계를 수행한 후, 도 5a에 도시된 바와 같이 기판(100)의 하부챔버(101) 및 히터 상부인 상부챔버가 형성될 영역에 희생블록(160)을 형성한다. 희생블록(160)은 포토레지스트 몰드(Photoresist Mold)로 이루어지며, 포토리소그래피(Photolithography)공정을 이용하여 형성할 수 있다.
그리고 나서, 도 5b에 도시된 바와 같이 네거티브 포토레지스트(Negative Photoresist)를 기판(100) 및 희생블록(160)상에 도포하여 구조물 패턴(170)을 형성한다. 그리고, 도 5c와 같이 근접노광(Proximity Exposure)에 의해 구조물 패턴(170)을 노광시켜 노즐(171)을 형성한다. 여기서, 노즐(171)은 일반적인 실린더 형상으로 형성될 수도 있다.
마지막으로, 도 5d에 도시된 바와 같이 기판(100)의 저면을 식각하여 하부챔버(101)와 연통되는 공급유로(181)를 형성하고, 도 5e와 같이 노즐(171) 또는 공급유로(181)를 통해 하부챔버(101) 내부의 희생물질(111)과 상부챔버를 이루는 희생블록(160)을 식각하여 제거한다. 이에 의해 하부챔버(101)과 상부챔버(191)가 완성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에 의하면 잉크챔버의 내부에 히터가 구비된 프린터 헤드의 제조방법에서, 다수개로 형성되는 각 잉크챔버의 크기가 균일해짐에 따라 각 노즐마다 동일한 양의 잉크가 토출되도록 하고, 다수의 노즐이 하나의 구조물 패턴상에 형성되어 구조가 개선됨에 따라 잉크젯 헤드의 유지 및 보수가 용이해지고 내구성이 향상되며, 챔버내부에 형성되는 히터의 변형을 방지한다는 효과가 있다.
Claims (5)
- 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법에 있어서,기판상에 하부챔버를 형성하는 단계;상기 하부챔버에 희생물질을 채우는 단계;상기 희생물질상에 히터를 형성하고, 상기 기판상에 상기 히터의 연결도체를 형성하는 단계;상기 히터 상부에 상부챔버의 형상에 대응하는 희생블록과 상기 희생블록을 수용하는 구조물 패턴을 형성하는 단계;상기 구조물 패턴을 식각하여 상기 상부챔버의 상부에 노즐을 형성하는 단계;상기 기판의 저면을 식각하여 상기 하부챔버의 하부에 공급유로를 형성하는 단계; 및상기 노즐 또는 상기 공급유로를 통해 상기 희생물질 및 희생블록을 식각에 의해 제거하는 단계를 포함하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 희생블록 및 구조물 패턴을 형성하는 단계는,상기 히터 상부에 상부챔버가 형성되도록 상기 기판상에 구조물 패턴을 형성하는 단계와; 상기 상부챔버에 희생물질을 채움으로써 상기 희생블록을 형성하는 단계; 및 상기 기판상에 구조물 패턴을 더 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 희생블록 및 구조물 패턴을 형성하는 단계는,희생물질을 이용하여 상기 히터층 상부에 상기 희생블록을 형성하는 단계와; 상기 기판 및 상기 희생블록 상에 상기 구조물 패턴을 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판상에 하부챔버를 형성한 후, 상기 기판상에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 구조물 패턴은 패턴형성이 가능한 네거티브 감광성 수지(Patternable negative photosensitive resin)로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
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| KR1020040092102A KR20060044245A (ko) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060044245A true KR20060044245A (ko) | 2006-05-16 |
Family
ID=37149069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040092102A KR20060044245A (ko) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060044245A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8899714B2 (en) | 2012-11-19 | 2014-12-02 | Samsung Display Co., Ltd. | Inkjet apparatus for depositing liquid crystal |
-
2004
- 2004-11-11 KR KR1020040092102A patent/KR20060044245A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8899714B2 (en) | 2012-11-19 | 2014-12-02 | Samsung Display Co., Ltd. | Inkjet apparatus for depositing liquid crystal |
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