KR20070025634A - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20070025634A
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박용식
박성준
권명종
이진욱
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삼성전자주식회사
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Abstract

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 복수의 리스트릭터가 상면 쪽에 형성되고, 이 리스트릭터들로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀이 하면 쪽에 형성된 기판; 기판 상에 적층되는 것으로, 리스트릭터들 각각의 상부에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크챔버가 리스트릭터와 연통하도록 형성된 챔버층; 잉크챔버의 바닥면에 형성되어 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 히터; 및 챔버층 상에 적층되는 것으로, 잉크챔버의 상부에는 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐층;을 구비한다.

Description

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet printhead and method of manufacturing the same}
도 1a 및 도 2b는 종래 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 절개 사시도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 사시도 이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A'선을 따라 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 6의 B-B'선을 따라 본 단면도이다.
도 8a 내지 도 13b는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14a 내지 도 19b는 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110,210... 기판 111,211... 트렌치
112,212... 히터 113,213... 제1 희생층
114,214... 챔버층 115,215... 제2 희생층
116,216... 노즐 118,218.... 노즐층
122,222... 잉크피드홀 123,223... 공통 잉크유로
124,224... 리스트릭터 126,226... 잉크챔버
본 발명은 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 잉크의 토출 특성을 향상시켜 고화질 및 고속 인쇄를 구현할 수 있는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지 는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 발열 저항체(heating resistor)로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내부에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
여기에서, 버블의 성장방향과 잉크 액적의 토출 방향에 따라 상기 열구동 방식은 다시 탑-슈팅(top-shooting), 사이드-슈팅(side-shooting), 백-슈팅(back-shooting) 방식으로 분류될 수 있다. 탑-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 동일한 방식이고, 사이드-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 직각을 이루는 방식이며, 그리고 백-슈팅 방식은 버블의 성장 방향과 잉크 액적의 토출 방향이 서로 반대인 잉크 액적 토출 방식을 말한다.
이와 같은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건들을 만족하여야 한다. 첫째, 가능한 한 그 제조가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량 생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위해서는 인접한 노즐 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 한 좁아야 한다. 즉, DPI(dots per inch)를 높이기 위해서는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속 인쇄를 위해서는 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 리필되는 주기가 가능한 한 짧아야 한다. 즉, 구동 주파수를 높일 수 있어야 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드의 절개 사시도 및 단면도이다.
도 1a와 도 1b를 참조하면, 종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 잉크공급을 위한 잉크피드홀(22)이 관통되어 형성된 기판(10)과, 기판(10) 상에 적층되는 것으로 토출될 잉크(29)가 채워지는 잉크챔버(26) 및 잉크유입구(24)가 형성된 챔버층(14)과, 잉크챔버(26)의 바닥면에 마련되는 히터(12)와, 챔버층(14) 상에 적층되는 것으로 잉크챔버(26)로부터 잉크 액적(29')이 토출되는 노즐(16)이 형성된 노즐층(18)를 구비하고 있다. 이와 같은 구조에서, 히터(12)에 펄스 형태의 전류가 공급되어 열이 발생되면 잉크챔버(26) 내에 채워진 잉크(29)가 가열되면서 버블(28)이 생성된다. 이렇게 생성된 버블(28)은 계속적으로 팽창하게 되고, 이에 따라 잉크챔버(26) 내에 채워진 잉크(29)에는 압력이 가해져 노즐(16)을 통해 잉크액적(29')이 외부로 토출된다. 그 다음에, 잉크피드홀(22)로부터 잉크유입구(24)을 통해 잉크 챔버(26) 내부로 잉크(29)가 흡입되어 잉크 챔버(26)는 다시 잉크(29)로 채워진다.
상기와 같은 잉크젯 프린트헤드에서는 챔버층(14)에 형성된 잉크챔버(26)의 내벽이 잉크유입구(22) 쪽을 제외한 히터(12) 주위의 3면을 둘러싸고 있다. 그러나, 상기와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드에서는 히터(12)에 의하여 발생된 버블(28)이 잉크를 토출시키는 이외에 잉크를 잉크피드홀(22) 쪽으로 밀어내는 잉크의 역류 현상이 발생하게 된다. 이러한 잉크의 역류 현상이 심해지면 잉크 토출에 충분한 압력이 전달되지 않아 잉크의 토출 불량이 발생하게 되고, 그 결과 인쇄 품질이 떨어지게 된다. 그리고, 서로 인접한 잉크챔버들(26) 사이에는 크로스 토크(cross-talk)가 발생될 수 있다. 이러한 잉크의 역류 현상을 줄이기 위하여 상기 잉크유입구(24)에 유체 저항을 증대시키는 리스트릭터(restrictor)가 마련될 수 있으나, 이러한 리스트리터는 잉크가 토출된 후 잉크피드홀(22)로부터 새로운 잉크가 잉크챔버(26)로 원활하게 공급되지 않아 구동 주파수를 떨어뜨릴 염려가 있다. 따라서, 버블의 성장으로 인한 잉크의 역류를 감소시키는 동시에 잉크의 공급을 원활하게 할 수 있고, 또한 서로 인접한 잉크챔버들 사이에 크로스 토크가 일어나는 것을 방지할 수 있는 잉크젯 프린트헤드의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 잉크의 토출 특성을 향상시켜 고화질 및 고속 인쇄를 구현할 수 있는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
복수의 리스트릭터가 상면 쪽에 형성되고, 상기 리스트릭터들로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀이 하면 쪽에 형성된 기판;
상기 기판 상에 적층되는 것으로, 상기 리스트릭터들 각각의 상부에는 토출 될 잉크가 채워지는 잉크챔버가 상기 리스트릭터와 연통하도록 형성된 챔버층;
상기 잉크챔버의 바닥면에 형성되어 상기 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 히터; 및
상기 챔버층 상에 적층되는 것으로, 상기 잉크챔버의 상부에는 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐층;을 구비한다.
여기서, 상기 리스트릭터는 서로 인접하는 상기 히터들 사이에 위치하거나 상기 히터와 잉크피드홀 사이에 위치할 수 있다.
상기 잉크피드홀과 리스트릭터들 사이에는 상기 잉크피드홀과 리스트릭터들을 연결하는 공통 잉크유로가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 공통 잉크유로는 상기 기판의 상면 쪽에 상기 리스트릭터들과 동일 평면상에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 잉크챔버의 내벽과 히터 사이의 최대 거리는 25㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
(가) 기판의 상면에 복수의 히터를 형성하는 단계;
(나) 상기 기판의 상면 쪽에 상기 히터들에 대응하는 리스트릭터들을 포함하는 트렌치를 소정 깊이로 형성하는 단계;
(다) 상기 트렌치의 내부에 제1 희생층을 채우는 단계;
(라) 상기 기판 및 제1 희생층의 상면에 상기 히터 및 상기 트렌치의 리스트릭터 내부에 채워진 제1 희생층을 노출시키는 잉크챔버가 형성된 챔버층을 적층하는 단계;
(마) 상기 챔버층의 상면에 노즐이 형성된 노즐층을 적층하는 단계;
(바) 상기 기판의 하면 쪽에 상기 제1 희생층을 노출시키는 잉크피드홀을 형성하는 단계; 및
(사) 상기 리스트릭터를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 (사) 단계에서, 상기 리스트릭터는 상기 노즐, 잉크챔버 및 잉크피드홀을 통하여 노출된 상기 제1 희생층을 식각하여 제거함으로써 형성될 수 있다.
상기 (마) 단계는, 상기 잉크챔버의 내부에 제2 희생층을 채우는 단계; 및 상기 챔버층 및 제2 희생층의 상면에 상기 제2 희생층을 노출시키는 상기 노즐이 형성된 상기 노즐층을 적층하는 단계;를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 (사) 단계에서, 상기 리스트릭터는 상기 잉크피드홀 및 노즐을 통하여 노출된 상기 제1 희생층 및 제2 희생층을 식각하여 제거함으로써 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 사시도 이다. 그리고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이며, 도 4는 도 3의 A-A'선을 따라 본 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 기판(110)의 상면에는 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 복수의 히터(112)가 형성되어 있다. 상기 기판(110)으로는 일반적으로 실리콘 웨이퍼가 사용된다. 그리고, 상기 히터(112)는 탈탄륨-알루미늄 합금, 티타늄 질화물, 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체로 이루어질 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않지만 상기 기판(110)의 상면에는 상기 히터(112)에 펄스형태의 전류를 인가하기 위한 도체(conductor)가 형성되어 있다. 상기 도체는 도전성이 양호한 금속, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 또는 은으로 이루어질 수 있다.
상기 기판(110)의 상면 쪽에는 상기 히터들(112)에 대응하여 복수의 리스트릭터(124)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 리스트릭터들(124)은 서로 인접하는 히터들(112) 사이에 위치하게 된다. 그리고, 상기 기판(110)의 하면 쪽에는 상기 리스트릭터들(124)로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀(122)이 형성되어 있다. 상기 리스트릭터들(124)과 잉크피드홀(122) 사이의 기판(110)에는 상기 잉크피드홀(122)과 리스트릭터들(124)을 연결하는 공통 잉크유로(123)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 공통 잉크유로(123)는 기판(110) 상에서 상기 리스트릭터들(124)과 동일 평면 상에 형성된다.
리스트릭터들(124) 및 잉크피드홀(122)이 형성된 기판(110) 상에는 챔버층(114)이 적층되어 있다. 상기 챔버층(114)에는 상기 리스트릭터들(124)과 연통하는 복수의 잉크챔버(126)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 잉크챔버(126)는 상기 리스트릭터(124)의 상부에 위치하게 된다. 구체적으로, 상기 잉크챔버(126)의 일측 바닥면은 상기 리스트릭터(124)와 연통하도록 관통되어 있으며, 상기 잉크챔버(126)의 타측 바닥면에는 히터(112)가 위치하게 된다. 그리고, 상기 잉크챔버(126)는 그 내벽과 히터(112) 사이의 최대 거리(d)가 25㎛ 이하가 되도록 형성되는 것이 바람 직하다.
잉크챔버들(126)이 형성된 챔버층(114) 상에 노즐층(118)이 적층되어 있다. 상기 노즐층(118)에는 상기 잉크챔버들(126)과 연통하는 복수의 노즐(116)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 노즐(116)은 상기 잉크챔버(126)의 상부에 위치하게 된다.
상기와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드에서는 챔버층(114)에 형성된 잉크챔버(126)의 내벽이 히터(112) 주위의 4면을 둘러싸게 되며, 기판(110)에 형성된 리스트릭터(124)는 상기 잉크챔버(126)의 하부에 위치하여 상기 잉크챔버(126)로 잉크를 공급하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는 잉크 토출시 버블에 의하여 잉크챔버(126) 내의 잉크가 잉크피드홀(122) 쪽으로 밀려나는 잉크의 역류 현상이 일어나는 것을 방지함으로써 토출되는 잉크 액적의 속도를 증대시킬 수 있다. 또한, 서로 인접하는 잉크챔버들(126) 사이에 크로스 토크가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 잉크 토출 후에는 잉크가 잉크피드홀(122)로부터 공통 잉크유로(123) 및 리스트릭터(124)를 통하여 잉크챔버(126)로 원활하게 공급될 수 있으므로 구동 주파수를 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 사시도이다. 그리고, 도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면도이며, 도 7은 도 6의 B-B'선을 따라 본 단면도이다. 이하에서는, 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 기판(210)의 상면에는 복수의 히터(212)가 형성 되어 있다. 그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만 상기 기판(210)의 상면에는 상기 히터(212)에 펄스형태의 전류를 인가하기 위한 도체가 형성되어 있다.
상기 기판(210)의 상면 쪽에는 상기 히터들(212)에 대응하여 복수의 리스트릭터(224)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 기판(210)의 하면 쪽에는 상기 리스트릭터들(224)로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀(222)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 리스트릭터(224)는 전술한 실시예에서 와는 달리 히터(212)와 잉크피드홀(222) 사이에 위치하게 된다. 상기 리스트릭터들(224)과 잉크피드홀(222) 사이의 기판(210)에는 상기 잉크피드홀(222)과 리스트릭터들(224)을 연결하는 공통 잉크유로(223)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 공통 잉크유로(223)는 기판(210) 상에서 상기 리스트릭터들(224)과 동일 평면 상에 형성된다.
리스트릭터들(224) 및 잉크피드홀(222)이 형성된 기판(210) 상에는 복수의 잉크챔버(226)가 형성된 챔버층(214)이 적층되어 있다. 여기서, 상기 잉크챔버(226)는 상기 리스트릭터(224)의 상부에 위치하게 된다. 구체적으로, 상기 잉크챔버(226)의 일측 바닥면은 상기 리스트릭터(224)와 연통하도록 관통되어 있으며, 상기 잉크챔버(226)의 타측 바닥면에는 히터(212)가 위치하게 된다. 그리고, 상기 잉크챔버(226)는 그 내벽과 히터(212) 사이의 최대 거리(d)가 25㎛ 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 잉크챔버들(226)이 형성된 챔버층(214) 상에는 복수의 노즐이 형성된 노즐층(218)이 적층되어 있다. 여기서, 상기 노즐(216)은 상기 잉크챔버(226)의 상부에 위치하게 된다.
상기와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드에서도 챔버층(214)에 형성된 잉크챔 버(226)의 내벽이 히터(212) 주위의 4면을 둘러싸게 되며, 기판(210)에 형성된 리스트릭터(224)는 상기 잉크챔버(226)의 하부에 위치하여 상기 잉크챔버(226)로 잉크를 공급하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서도 전술한 실시예에서와 같이 잉크의 토출 특성이 향상될 수 있다.
컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 종래 잉크젯 프린트헤드와 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 잉크 토출 성능을 비교한 결과는 다음과 같다. 종래 잉크젯 프린트헤드에서는 구동 주파수, 토출되는 액적의 속도 및 액적의 부피가 각각 대략 18kHz, 13m/s 및 4.5pl 이었으며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는 구동 주파수, 토출되는 액적의 속도 및 액적의 부피가 각각 대략 25kHz, 14.7m/s, 4.4pl 이었다. 이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는 종래 잉크젯 프린트헤드에서보다 구동 주파수 및 토출되는 액적의 속도가 향상되었음을 알 수 있다. 그리고, 액적의 부피는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드 및 종래 잉크젯 프린트헤드에서 서로 비슷함을 알 수 있다. 구동 주파수가 증대된다는 것은 잉크 토출 후 잉크가 잉크챔버 내로 용이하게 유입되어 안정 상태로 빨리 복귀할 수 있음을 의미한다. 그리고, 토출되는 액적의 속도가 증대된다는 것은 잉크젯 프린트헤드의 이동 속도를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 인쇄 속도를 증대시킬 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 구동 주파수 및 토출되는 액적의 속도가 증대될수록 요구되는 액적의 양을 줄일 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에서는 구동 주파수 및 토출 액적의 속도의 증대됨으로써 고화질 및 고속 인쇄의 구현이 가능해진 다.
이하에서는 상기한 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 8a 내지 도 13b는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 8a는 기판(110)의 상면에 히터들(112)을 형성한 다음, 상기 기판(110)의 상면 쪽에 소정 형상의 트렌치(111)를 형성한 상태를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 8b는 도 8a의 C-C'선을 따라 본 단면도이다. 상기 기판(110)으로는 일반적으로 실리콘 웨이퍼가 사용된다. 상기 히터들(112)은 기판(110)의 상면에 탈탄륨-알루미늄 합금, 티타늄 질화물, 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체을 박막으로 형성한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상기 트렌치(111)는 상기 기판(110)의 상면 쪽을 소정 깊이로 식각함으로써 형성될 수 있다. 상기 트렌치(111)는 상기 히터들(112)에 대응하는 복수의 리스트릭터(124) 및 상기 리스트릭터들(124)과 후술하는 잉크피드홀(122)을 연결하는 공통 잉크유로(123)를 포함하도록 형성된다. 여기서, 상기 리스트릭터들(124)은 서로 인접하는 히터들(112) 사이에 위치하도록 형성된다.
도 9a 및 도 9b는 기판(110) 상에 형성된 트렌치(111) 내부에 소정 물질로 이루어진 제1 희생층(113)을 채운 상태를 도시한 평면도 및 단면도이다. 여기서, 상기 제1 희생층(113)은 폴리실리콘(poly silicon)으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 트렌치(111) 내부를 채우도록 기판 상에 폴리실리콘을 에픽텍셜(epitaxial) 방법으로 성장시킨 다음, 화학적 기계적 연마(CMP;Chemical Mechanical Polishing) 공정에 의하여 상기 폴리실리콘의 상면을 평탄화시킨다. 이에 따라, 상기 기판(110)의 상면은 외부로 노출된다.
도 10a 및 도 10b는 기판(110) 및 제1 희생층(113)의 상면에 잉크챔버들(126)이 형성된 챔버층(114)을 형성한 상태를 도시한 평면도 및 단면도이다. 여기서, 상기 챔버층(114)의 잉크챔버(126)를 통하여 히터(112) 및 상기 히터(112)에 인접한 트렌치(111)의 리스트릭터(124) 부분이 노출된다. 한편, 상기 잉크챔버(126)는 그 내벽과 히터(112) 사이의 최대거리(d)가 대략 25㎛ 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 챔버층(114)은 기판(110) 및 제1 희생층(113)의 상면에 감광성 수지를 적층하고, 이를 리소그라피(lithography) 공정에 의하여 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 한편, 상기 챔버층(114)은 기판(110) 및 제1 희생층(113)의 상면에 잉크챔버들(126)이 형성된 필름(flim)을 적층함으로써 형성될 수도 있다.
도 11a 및 도 11b는 챔버층(114)의 상면에 노즐들(116)이 형성된 노즐층(118)을 형성한 상태를 도시한 평면도 및 단면도이다. 구체적으로, 먼저, 상기 챔버층(114)의 잉크챔버들(126) 내부에 제2 희생층(115)을 채운다. 이어서, 상기 챔버층(114) 및 제2 희생층(115)의 상면에 감광성 수지를 적층하고, 이를 패터닝함으로써 상기 제2 희생층(115)을 노출시키는 노즐들(116)을 형성한다. 한편, 상기 노즐층(118)은 챔버층(114)의 상면에 노즐들(116)이 형성된 필름을 적층함으로써 형성될 수도 있다.
도 12a 및 도 12b는 기판(110)의 하면 쪽에 제1 희생층(113)을 노출시키는 잉크피드홀(122)을 형성한 상태를 도시한 평면도 및 단면도이다. 상기 잉크피드홀(122)은 기판(110)의 하면 쪽을 제1 희생층(113)이 노출될 때 까지 건식식각 또는 습식식각함으로써 형성될 수 있다.
마지막으로, 상기 잉크피드홀(122)을 통하여 노출된 제1 희생층(113) 및 노즐(116)을 통하여 노출된 제2 희생층(115)을 식각하여 제거하면 노즐(116)과 잉크피드홀(122) 사이에는 잉크챔버(126), 리스트릭터(124) 및 공통 잉크유로(123)가 형성된다. 도 13a는 완성된 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 평면도이며, 도 13b는 도 13a의 D-D'선을 따라 본 단면도이다.
도 14a 내지 도 19b는 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 14a는 기판(210)의 상면에 히터들(212)을 형성한 다음, 상기 기판(210)의 상면 쪽에 소정 형상의 트렌치(211)를 형성한 상태를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 14b는 도 14a의 E-E'선을 따라 본 단면도이다. 상기 트렌치(211)는 상기 히터들(212)에 대응하는 복수의 리스트릭터(224) 및 상기 리스트릭터들(224)과 후술하는 잉크피드홀(222)을 연결하는 공통 잉크유로(223)를 포함하도록 형성된다. 여기서, 상기 리스트릭터들(224)은 히터들(212)과 잉크피드홀(222) 사이에 위치하도록 형성된다.
도 15a 및 도 15b는 기판(210) 상에 형성된 트렌치(211) 내부에 소정 물질로 이루어진 제1 희생층(213)을 채운 상태를 도시한 평면도 및 단면도이다. 여기서, 상기 제1 희생층(213)은 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 기판(210) 및 제1 희생층(213)의 상면에 잉크챔버들(226)이 형성된 챔버층(214)을 형성한 상태를 도시한 평면도 및 단면도이다. 여기서, 상기 챔버층(214)의 잉크챔버(226)를 통하여 히터(212) 및 상기 히터(212)에 인접한 트렌치(211)의 리스트릭터(224) 부분이 노출된다. 한편, 상기 잉크챔버(226)는 그 내벽과 히터(212) 사이의 최대거리(d)가 대략 25㎛ 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 17a 및 도 17b는 챔버층(214)의 상면에 노즐들(216)이 형성된 노즐층(218)을 형성한 상태를 도시한 평면도 및 단면도이다. 구체적으로, 먼저, 상기 챔버층(214)의 잉크챔버들(226) 내부에 제2 희생층(215)을 채운다. 이어서, 상기 챔버층(214) 및 제2 희생층(215)의 상면에 상기 제2 희생층(215)을 노출시키는 노즐들(216)이 형성된 노즐층(218)을 형성한다.
도 18a 및 도 18b는 기판(210)의 하면 쪽에 제1 희생층(213)을 노출시키는 잉크피드홀(222)을 형성한 상태를 도시한 평면도 및 단면도이다. 상기 잉크피드홀(222)은 기판(210)의 하면 쪽을 제1 희생층(213)이 노출될 때 까지 건식식각 또는 습식식각함으로써 형성될 수 있다.
마지막으로, 상기 잉크피드홀(222)을 통하여 노출된 제1 희생층(213) 및 노즐(216)을 통하여 노출된 제2 희생층(215)을 식각하여 제거하면 노즐(216)과 잉크피드홀(222) 사이에는 잉크챔버(226), 리스트릭터(224) 및 공통 잉크유로(223)가 형성된다. 도 19a는 완성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 평면도이며, 도 19b는 도 19a의 F-F'선을 따라 본 단면도이다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서, 각 단계의 순서는 경우에 따라서 예시된 바와 달리할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 챔버층에 형성된 잉크챔버의 내벽이 히터 주위의 4면을 둘러싸게 되고, 기판에 형성된 리스트릭터는 상기 잉크챔버의 하부에 위치하여 상기 잉크챔버로 잉크를 공급하게 된다. 이에 따라, 잉크 토출시 버블에 의하여 잉크챔버 내의 잉크가 잉크피드홀 쪽으로 밀려나는 잉크의 역류 현상이 일어나는 것이 방지될 수 있으므로 잉크의 토출 특성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 서로 인접하는 잉크챔버들 사이에 크로스 토크가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 토출되는 잉크 액적의 속도를 증대시킬 수 있다. 또한, 잉크 토출 후에는 잉크가 잉크피드홀로부터 리스트릭터를 통하여 잉크챔버로 용이하게 공급될 수 있으므로, 구동 주파수를 향상시킬 수 있다. 이와 같은 잉크 액적의 속 도 및 구동 주파수의 향상으로 인하여 고화질 및 고속 인쇄의 구현이 가능해진다.

Claims (14)

  1. 복수의 리스트릭터가 상면 쪽에 형성되고, 상기 리스트릭터들로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀이 하면 쪽에 형성된 기판;
    상기 기판 상에 적층되는 것으로, 상기 리스트릭터들 각각의 상부에는 토출될 잉크가 채워지는 잉크챔버가 상기 리스트릭터와 연통하도록 형성된 챔버층;
    상기 잉크챔버의 바닥면에 형성되어 상기 잉크챔버 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 히터; 및
    상기 챔버층 상에 적층되는 것으로, 상기 잉크챔버의 상부에는 잉크의 토출이 이루어지는 노즐이 형성된 노즐층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리스트릭터는 서로 인접하는 상기 히터들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리스트릭터는 상기 히터와 잉크피드홀 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크피드홀과 리스트릭터들 사이에는 상기 잉크피드홀과 리스트릭터들을 연결하는 공통 잉크유로가 형성되는 것을 특징으로 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공통 잉크유로는 상기 기판의 상면 쪽에 상기 리스트릭터들과 동일 평면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크챔버의 내벽과 히터 사이의 최대 거리는 25㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  7. (가) 기판의 상면에 복수의 히터를 형성하는 단계;
    (나) 상기 기판의 상면 쪽에 상기 히터들에 대응하는 리스트릭터들을 포함하는 트렌치를 소정 깊이로 형성하는 단계;
    (다) 상기 트렌치의 내부에 제1 희생층을 채우는 단계;
    (라) 상기 기판 및 제1 희생층의 상면에 상기 히터 및 상기 트렌치의 리스트릭터 내부에 채워진 제1 희생층을 노출시키는 잉크챔버가 형성된 챔버층을 적층하는 단계;
    (마) 상기 챔버층의 상면에 노즐이 형성된 노즐층을 적층하는 단계;
    (바) 상기 기판의 하면 쪽에 상기 제1 희생층을 노출시키는 잉크피드홀을 형성하는 단계; 및
    (사) 상기 리스트릭터를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (나) 단계에서, 상기 트렌치는 상기 리스트릭터가 서로 인접하는 히터들 사이에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 (나) 단계에서, 상기 트렌치는 상기 리스트릭터가 상기 히터와 잉크피드홀 사이에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 (나) 단계에서, 상기 트렌치는 상기 리스트릭터들과 잉크피드홀을 연결하는 공통 잉크유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 (라) 단계에서, 상기 잉크챔버의 내벽과 히터 사이의 최대 거리는 25㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 (사) 단계에서, 상기 리스트릭터는 상기 노즐, 잉크챔버 및 잉크피드홀을 통하여 노출된 상기 제1 희생층을 식각하여 제거함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 (마) 단계는,
    상기 잉크챔버의 내부에 제2 희생층을 채우는 단계; 및
    상기 챔버층 및 제2 희생층의 상면에 상기 제2 희생층을 노출시키는 상기 노즐이 형성된 상기 노즐층을 적층하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (사) 단계에서, 상기 리스트릭터는 상기 잉크피드홀 및 노즐을 통하여 노출된 상기 제1 희생층 및 제2 희생층을 식각하여 제거함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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