KR20060071328A - 액체 토출 헤드의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

방법은 PAD 전극을 포함하는 기판 영역에 보호층을 형성하는 단계와, 액실을 형성하기 위해 에너지 발생 소자가 형성된 기판 영역을 포함하는 영역에 용해 수지층을 형성하는 단계와, 용해 수지층을 덮는 영역 및 개구가 형성된 전극 위 영역에 피복 수지층을 형성하는 단계와, 에너지 발생 소자 위의 상기 피복 수지층에 개구를 형성하여 노즐을 형성하는 단계와, 용해액에 기판을 침지하여 용해 수지층을 용해하는 단계와, 용해 수지층을 용해한 후에 보호층을 제거하는 단계를 포함한다.
보호층, 액실, 수지층, 노즐, 에너지 발생 소자, 전극, 기판

Description

액체 토출 헤드의 제조 방법{PROCESS FOR MANUFACTURING LIQUID EJECTION HEAD}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 방법에 의해 제조된 잉크제트 헤드의 단면도.
도2는 보호층이 PAD 전극 상에 형성된 상태를 도시한 단면도.
도3은 접착층이 PAD 전극을 포함하는 기판의 전체 표면에 걸쳐 형성된 상태를 도시한 단면도.
도4는 용해 수지층이 가열 소자 상에 형성된 상태를 도시한 단면도.
도5는 피복 수지층이 용해 수지층 상에 형성된 상태를 도시한 단면도.
도6은 용해 수지층이 용해되어 잉크 챔버 및 개별 유로를 형성하는 상태를 도시한 단면도.
도7은 보호층이 제거된 상태를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 잉크제트 헤드
11: 기판
12: 가열 소자
14: 잉크 챔버
15: 개별 유로
18: 노즐
21: 잉크 공급 부재
22: 공급구
23: 공통 유로
24: 상부판
31: PAD 전극
32: 보호층
34: 용해 수지층
35: 피복 수지층
본 발명은 액실로부터 액체를 토출하기 위해 형성된 노즐을 포함하는 액체 토출 헤드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용해 수지층(soluble resin layer)을 확실하게 용해하여 기판상의 전극이 침식되는 것을 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.
잉크제트 프린터용 잉크제트 헤드(액체 토출 헤더의 일종)에 관한 기술로서 공지된 통상의 기술은 에너지 발생 소자를 사용하는 노즐을 통해 잉크 챔버에 포함된 잉크를 잉크 액적으로서 토출하는 단계와, 사실상 원형인 도트가 격자 형태로 배열되도록 잉크 토출면에 대향 배치된 인쇄 용지 등과 같은 기록 매체 상에 액적을 착탄시켜, 도트 화상으로서 문자, 화상 등을 표현하는 단계를 포함한다.
공지된 잉크 토출 시스템의 예로는, 에너지 발생 소자로서 가열 소자(가열 저항기)를 사용하며 열 에너지에 의해 잉크가 토출되는 열 시스템, 에너지 발생 소자로서 피에조(piezo) 소자를 사용하여 진동판을 변형시킴으로써 잉크가 토출되는 피에조 시스템 등이 있다. 이러한 시스템 모두에서, 잉크 챔버에 포함된 잉크는 노즐을 통해 토출된다.
이러한 형식의 액체 토출 헤드의 구조는 액실, 각각의 액실에 제공된 에너지 발생 소자, 에너지 발생 소자에 배치된 노즐, 각각의 액실에 연통되는 개별 유로, 개별 유로에 연통되어 개별 유로에 액체를 공급하는 공통 유로 등을 포함한다.
이러한 잉크제트 헤드를 제조하는 공지된 방법은 예를 들면, 후속적으로 용해될 수 있는 용해 수지층을 에너지 발생 소자가 배치된 기판상에 잉크 챔버 패턴으로 형성하는 단계와, 잉크 챔버 패턴으로 형성된 용해 수지층에 수지 용액을 도포하여 피복 수지층(coating resin layer)을 형성하는 단계와, 피복 수지층에 노즐을 형성하고 피복 수지층 아래의 용해 수지층을 용해하여 잉크 챔버를 형성하는 단계를 포함한다(예를 들면, 일본 미심사 특허 출원 공개 제59-274689호 참조).
그러나, 전술된 기술은 이하의 문제를 갖는다.
전술된 기술로 제조된 액체 토출 헤드를 사용한 인쇄 평가의 결과로, 일부 노즐로부터의 액적 불토출(nonejection)로 인한 것일 수 있는 백색 줄무늬가 발생 했다. 그래서, 잉크제트 헤드가 분해되어 분석되었다. 그 결과, 원래는 용해에 의해 제거되어야하는 용해 수지층이 유로에 용해되지않고 잔류함으로써, 잉크 흐름을 방해하여 잉크가 노즐에 도달되지 않는 부분을 형성한다는 것을 알았다.
그래서, 용해 수지층을 완전히 제거할 수 있는 용해액이 검토되었다. 그 결과, 용해액으로서 용해 수지층에 사용되는 감광 레지스트용 현상제를 사용함으로써, 용해되지않는 부분을 남기지 않고 피복 수지층에 손상을 주지 않으면서 용해 수지층이 완전히 용해될 수 있다는 것을 알았다.
그러나, 현상제가 알카리성 수용액(2 내지 3%의 테트라메틸암모늄 수산화물(tetramethylammonium hydroxide) 수용액)이기 때문에, 감광 수지용 현상제는 용해액과의 접촉으로 인하여 주로 알루미늄(Al)으로 이루어진 PAD 전극을 침식시키는 문제를 갖는다.
그러므로, 본 발명의 목적은 용해 수지층용 용해액에 의한 전극부의 침식 없이 용해 수지층을 완전히 용해함으로써, 유로의 막힘 등과 같은 결함을 방지할 수 있는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액체에 에너지를 인가하기 위해 기판상에 형성되는 에너지 발생 소자와, 에너지 발생 소자 및 토출되는 액체를 수용하는 액실과, 액실에 수용된 액체를 토출하기 위한 노즐과, 외부와 전기적으로 접속하기 위해 기판상에 형성되는 전극을 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법이 제공되다. 방법은 전극을 포함하는 기판 영역에 보호층을 형성하는 단계와, 액실을 형성하기 위해 에너지 발생 소자가 형성된 기판 영역을 포함하는 영역에 용해 수지층을 형성하는 단계와, 용해 수지층을 덮는 영역 및 개구가 형성된 전극 위 영역에 피복 수지층을 형성하는 단계와, 에너지 발생 소자 위의 피복 수지층에 개구를 형성하여 노즐을 형성하는 단계와, 용해액에 기판을 침지하여 용해 수지층을 용해하는 단계와, 용해 수지층을 용해한 후에 보호층을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 보호층은 전극 상에 형성되기 때문에, 용해 수지층이 용해될 때 상기 전극이 보호층으로 덮여, 용해 수지층용 용해액에 의한 침식이 방지된다. 그러므로, 전극이 침식되는 것을 주의할 필요가 없이 용해 수지층이 확실하게 용해된다. 또한, 보호층은 용해 수지층이 용해된 후에 제거된다. 그 결과, 전극은 확실하게 보호된다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 토출 헤드의 제조 방법은 용해 수지층용 용해액에 의한 전극의 침식을 방지한다. 그러므로, 예를 들면 알카리성 수용액이 용해액으로서 사용될 수 있고, 용해 수지층은 용해 수지층의 찌꺼기를 남기지않고 완전히 제거된다. 그 결과, 유로의 막힘 등이 발생하지 않는 액체 토출 헤드가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 후술된다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에 의해 제조된 액체 토출 헤드는 잉크 프린터용 잉크제트 헤드(10)에 해당된다. 본 실시예에서, 잉크는 액체로서 사용되고 각각의 잉크 챔버(14)에 포함되어 있다. 본 실시예에서, 가열 소자(가열 저항기)(12)는 에너지 발생 소자로서 사용되고 기판(11) 상에 배치된다. 물론, 액체 토 출 헤드는 본 실시예에 한정되지 않는다.
도1에 도시된 바와 같이, 잉크제트 헤드(10)에서 가열 소자(12)는 기판(11) 상에 배치된다. 복수의 가열 소자(12)는 도면에 수직인 방향으로 소정의 간격으로 병렬식으로 배열된다. 예를 들면, 600 DPI의 해상도를 갖는 잉크제트 헤드(10)에서는 가열 소자(12)가 42.3 μm의 간격으로 병렬 배열된다.
또한, 피복 수지층(35)이 기판(11)의 가열 소자(12) 상에 형성된다. 피복 수지층(35)은 잉크 액실(14)을 형성하도록 가열 소자(12) 위에 형성된 소정의 공간을 갖는다. 또한, 개별 유로(15)가 각각의 잉크 챔버(14)에 연통되도록 형성된다. 개별 유로(15)는 또한 후술되는 공통 유로(23)에 연통된다.
또한, 노즐(18)이 각각의 가열 소자(12) 위에서 피복 수지층(35)에 형성된다.
기판(11)은 수직으로 연장된 구멍을 갖는 잉크 공급 부재(21)에 부착되어 구멍의 하부에 공급구(22)를 형성하고 구멍 내에 공통 유로(23)를 형성한다. 또한, 공통 유로(23)를 밀봉하도록 상부판(24)이 피복 수지층(35)과 잉크 공급 부재(21) 사이에 제공된다. 전술된 구성을 갖는 잉크제트 헤드에서는, 공급구(22)를 통해 공급된 잉크가 공통 유로(23) 및 개별 유로(15)를 통하여 잉크 챔버(14)에 보내진다.
한편, 가열 소자(12)가 급속히 가열되는 경우, 기포가 잉크 챔버(14) 내의 가열 소자(12) 위에서 발생되도록 가열 소자(12)의 구동이 제어 유닛(도시 안됨)에 의해 제어되어, 기포의 성장으로 인하여 발생된 비상력(flying force)에 의해 노즐 (18)로부터 잉크가 액적으로서 토출된다. 각각의 잉크 챔버(14)에는 토출된 액적의 양에 대응하는 양의 잉크가 대응 개별 유로(15)로부터 채워진다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예에 다른 잉크제트 헤드의 제조 방법이 기술된다.
먼저, 도2에 도시된 바와 같이 가열 소자(12)(에너지 발생 소자에 해당함)가 예를 들어 반도체 및 전자 장치용의 미세 가공 기술(fine processing technique)을 사용하여 실리콘, 유리, 세라믹 등으로 이루어진 기판(11) 상에 형성된다.
또한, 감광 레지스트로 이루어진 PAD 전극(31)이 기판(11) 상에 형성된다.
다음에, 보호층(32)이 PAD 전극(31) 상에 형성된다. 보호층(32)은 스핀 코팅 및 포토리소그래픽 패터닝에 의해 형성되어 PAD 기판(31) 상에 필름을 남긴다. 보호층의 두께는 대략 1 내지 2 μm이다.
도2에 도시된 바와 같이 PAD 전극(31)을 덮는 영역에만 형성된 보호층(32) 대신, 감광 레지스트로 이루어진 접착층(33)이 스핀 코팅 등에 의해 PAD 전극(31)을 포함하는 기판(11) 전체 표면에 걸쳐 도포되어, 도3에 도시된 바와 같이 PAD 상에 필름이 남도록 포토리소그래피에 의해 패터닝된다. 접착층(33)은 기판(11)과 후술되는 피복 수지층(35) 사이의 접착력을 증가시키기 위해 형성된다. 이러한 경우는, 접착층(33)이 PAD 전극(31)용 보호층(32)으로서 사용될 수 있다.
다음에, 도4에 도시된 바와 같이 용해 수지층(34)(sacrifice layer; 희생층)이 스핀 코팅 등에 의해 가열 소자(12)를 포함하는 영역에 도포되어, 유로 패턴을 형성하도록 포토리소그래피에 의해 패터닝된다. 용해 수지층(34)은 잉크 챔버(14) 및 개별 유로(15)를 형성하기 위한 부분으로서 사용된다.
다음에, 도5에 도시된 바와 같이 예를 들면 감광 레지스트로 이루어진 피복 수지층(35)이 용해 수지층(34)을 포함하는 사실상 기판(11) 전체 표면에 걸쳐 스핀 코팅 등에 의해 도포된다. 그 후, 노즐(18)(토출 구멍)이 개별 가열 소자(12) 바로 위에 위치되도록 포토리소그래피에 의해 피복 수지층(35)에 형성된다. 이러한 경우에, 도5에 도시된 바와 같이 개구(36)가 PAD 전극(31) 위에서 피복 수지층(35)에 형성되도록 포토마스크가 미리 설계된다.
다음에, 기판(11)이 예를 들면 다이서(dicer) 등을 사용하여 각각의 칩으로 절단된다. 이러한 경우, 절단 선들의 적어도 일부가 용해 수지층(34)과 중첩되도록 절단이 수행되어, 절단 후의 단면에 용해 수지층(34)이 노출된다.
다음에, 노출된 용해 수지층(34)의 단면(도5의 좌측 단부)으로부터 시작하여 용해 수지층(34)이 용해되도록 결과의 칩이 용해 수지층(34)용 용해액에 침지되어, 도6에 도시된 바와 같이 기판(11) 상의 구조체로서 피복 수지층(35)만을 남긴다. 그 결과, 용해 수지층(34)이 존재하던 부분에 공간이 형성되어, 잉크 챔버(14) 및 개별 유로(15)가 잉크제트 헤드(10)에 형성된다.
용해액으로서는, 용해 수지층(34)용 현상제로서 사용되는 알카리성 수용액(예를 들면, 2 내지 3%의 테트라메틸암모늄 수산화물 수용액)이 사용된다. 이러한 경우, 유로에 용해 수지층이 남지않고 용해 수지층(34)이 완전히 용해된다. 또한, PAD 전극(31)은 보호층(32)으로 덮이기 때문에 알카리성 수용액에 의해 침식되지 않는다.
다음에, 도7에 도시된 바와 같이, 마스크로서 피복 수지층(35)의 패턴을 사용하는 산소 플라즈마 처리에 의해 기판(11)의 전체 표면으로부터 보호층(32)이 제거된다. 전술된 바와 같이, 보호층(32)은 피복 수지층(35)의 두께(대략 20 μm)보다 상당히 작은 대략 1 내지 2 μm의 두께를 갖기 때문에, 상기 처리가 보호층(32) 제거에 대한 조건하에서 수행되는 한 피복 수지층(35)은 기판의 전체 표면에 대한 산소 플라즈마 처리에 의해 소실되지 않는다. 그 결과, PAD 전극(31)이 노출된다. 보호층(32)이 피복 수지층(35) 아래에 부분적으로 남아있지만, PAD 전극 자체가 외부에 노출되기 때문에, 어떠한 문제도 없다.
전술된 바와 같이 형성된 칩은 에너지 발생 소자로서의 가열 소자(12), 가열 소자(12)를 포함한 잉크 챔버(14) 및 잉크 챔버(14)의 상부에 형성된 노즐(18)을 포함한다.
다음에, 공급구(22)를 가지며 예를 들어 알루미늄, 스테인레스강, 세라믹 또는 수지 재료로 이루어진 잉크 공급 부재(21)로부터 소정의 간격으로 칩이 배치된다. 또한, 상기 간격은, 폴리이미드, PET 등의 수지 필름 또는 니켈, 알루미늄, 스테인레스 강등의 금속 포일로 이루어지며 접착제가 미리 도포된 상부판(24)의 열압착(thermocompression bonding)에 의해 덮인다. 이어서, 공통 유로(23)가 공급구(22)로부터 각각의 개별 유로(15)에 잉크를 공급하기 위해 형성되어, 잉크제트 헤드(10)(도1 참조)가 형성된다.
(예)
본 발명의 예가 이하에서 기술된다.
보호층(32)용 음극의 포토레지스트가 에너지 발생 소자로서의 가열 소자(12)가 형성된 실리콘 웨이퍼 상에 1 μm의 두께로 도포된다. 그 후, 포토레지스트가 마스크 얼라이너(aligner)에 의해 노광된다.
그 후, 포토레지스트는 현상제에 의해 패터닝되고 필름이 PAD 기판(31) 상에 남도록 헹궈지며 또한 내수성이 향상되도록 200℃에서 포스트베이킹된다(post-baked).
다음에, 양극의 포토레지스트 PMER-LA900 (도꾜 오까 고교 컴퍼니 리미티드에 의해 제조)이 스핀 코팅에 의해 10 μm의 두께로 도포되고 마스크 얼라이너에 의해 노광된다.
그 후, 포토레지스트가 현상제(3%의 테트라메틸암모늄 수산화물 수용액)에 의해 현상된 후 순수(pure water)에 의해 헹궈져 유로 패턴이 형성된다.
그 후, 레지스트 패턴의 전체 표면이 마스크 얼라이너에 의해 노광된 후 24시간 동안 질소 분위기에서 자연방치된다.
다음에, 빛 경화형 음극의 포토레지스트가 용해 수지층(34) 상의 두께가 10 μm가 되도록 제어된 회전 속도로 스핀 코팅에 의해 레지스트 패턴 상에 도포된다. 다음에, 포토레지스트가 마스크 얼라이너에 의해 노광되어 현상제(도꾜 오까 고교 컴퍼니 리미티드에 의해 제조된 OK73 희석제(thinner))에 의해 현상되고 린스(IPA)에 의해 헹궈져, 소정의 위치에 15 μm의 두께를 갖는 노즐(18) 및 PAD 전극(31) 위에 개구(36)를 형성한다.
다음에, 웨이퍼는 다이서(dicer)에 의해 개별 칩 크기로 다이싱된다(diced). 이러한 다이싱에서는, 다이싱 선이 패터닝된 양극의 포토레지스트와 중첩되도록 양극의 포토레지스트 포토마스크가 미리 설계된다.
그 후, 각각의 칩은 음극의 포토레지스트가 완전히 용해될 때까지 초음파 진동을 받으면서 양극의 포토레지스트용 현상제인 테트라메틸암모늄 수산화물 3% 수용액에 침지된다.
그 후, 순수 치환(pure water replacement) 및 건조가 실행된다.
또한, 칩이 산소 플라즈마 처리되어 PAD 전극(31) 상의 음극의 포토레지스트(보호층(32))가 제거된다.
다음에, 칩이 잉크 공급부(21)에 부착되고 폴리이미드 필름으로 이루어진 상부판(24)로 덮이며, 칩을 구동하기 위한 인쇄 기판이 와이어 접착에 의해 칩 상의 PAD 전극(31)에 연결된다. 연결부는 잉크가 접촉되는 것을 방지하도록 에폭시 접착제로 밀봉된다.
전술된 바와 같이 형성된 잉크제트 헤드(10)를 사용하는 잉크 토출 실험의 결과로서, 잉크의 불토출로 인한 백색 줄무늬가 관측되지 않았다.
본 발명의 실시예가 전술되었지만, 본 발명은 실시예에 한정되지 않으며, 이하와 같은 다양한 변형예가 이루어질 수 있다.
(1) 전술된 실시예에서 잉크제트 헤드(10)가 기술되었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 토출되는 액체는 잉크에 한정되지 않고, 본 발명은 다양한 액체를 토출하기 위한 액체 토출 헤드에 적용될 수 있다.
예를 들면, 본 발명은 염색되는 물질에 염료를 토출하기 위한 액체 토출 헤 드에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 생물학적 샘플을 검출하기 위해 사용되는 DNA함유 용액을 토출하기 위한 액체 토출 헤드에 적용될 수 있다.
(2) 전술된 실시예에서 잉크제트 헤드(10)는 에너지 발생 소자로서 가열 소자(12)를 사용하는 열 시스템 잉크제트 헤드이지만, 헤드는 이것에 한정되지 않는다. 즉, 에너지 발생 소자는 가열 소자(12)에 한정되지 않고, 본 발명은 에너지 발생 소자로서 피에조 소자를 사용하는 피에조 시스템 잉크제트 헤드에 적용될 수 있다.
당해 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 첨부된 특허청구범위와 동등물의 범주 내에 있는 한, 설계 요건 및 다른 인자에 따라 다양한 변형예, 조합체, 부조합체 및 변경예가 실시될 수 있음을 알 것이다.
본 발명에 따르면, 용해 수지층용 용해액에 의한 전극부의 침식 없이 용해 수지층을 완전히 용해함으로써, 유로의 막힘 등과 같은 결함을 방지할 수 있는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 액체에 에너지를 인가하기 위해 기판상에 형성되는 에너지 발생 소자와,
    상기 에너지 발생 소자 및 토출되는 액체를 수용하는 액실과,
    상기 액실에 수용된 액체를 토출하기 위한 노즐과,
    외부와 전기적으로 접속하기 위해 상기 기판상에 형성되는 전극을 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법이며, 상기 방법은
    상기 전극을 포함하는 기판 영역에 보호층을 형성하는 단계와,
    상기 액실을 형성하기 위해 에너지 발생 소자가 형성된 기판 영역을 포함하는 영역에 용해 수지층을 형성하는 단계와,
    상기 용해 수지층을 덮는 영역 및 개구가 형성된 전극 위 영역에 피복 수지층을 형성하는 단계와,
    에너지 발생 소자 위의 상기 피복 수지층에 개구를 형성하여 노즐을 형성하는 단계와,
    용해액에 상기 기판을 침지하여 용해 수지층을 용해하는 단계와,
    상기 용해 수지층을 용해한 후에 보호층을 제거하는 단계를 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피복 수지층과 상기 기판을 함께 접착시키기 위해 전극을 포함하는 기판 영역에 접착층을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 접착층은 상 기 보호층으로서 사용되는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 알카리성 수용액이 상기 용해 수지층을 형성하기 위한 용해액으로서 사용되는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호층은 기판의 전체 표면에 걸친 산소 플라즈마 처리에 의해 제거되는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
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