KR20070055129A - 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성코팅막을 형성하는 방법 - Google Patents

잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성코팅막을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법이 개시된다. 개시된 소수성 코팅막 형성 방법은, 노즐 플레이트에 노즐을 형성하는 단계; 노즐의 출구를 덮도록 노즐 플레이트의 표면에 필름을 적층하는 단계; 노즐의 내벽 및 노즐을 출구를 덮는 필름의 내면에 도금 방법에 의하여 소정의 금속층을 형성하는 단계; 노즐 플레이트의 표면으로부터 필름을 제거하는 단계; 노즐의 출구를 통하여 노출된 금속층을 덮도록 노즐 플레이트의 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 단계; 및 노즐의 내벽에 형성된 금속층 및 금속층의 표면에 형성된 소수성 코팅막을 제거하는 단계;를 포함한다.

Description

잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법{Method for forming hydrophobic coating layer on surface of nozzle plate of inkjet printhead}
도 1은 종래의 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막으로서 황 화합물층이 형성된 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 불소 수지를 포함하는 발수막이 형성된 예를 보여주는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
120... 노즐 플레이트 122... 노즐
130... 필름 142... 시드층
144... 금속층 150... 소수성 코팅막
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 상세하게는 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법에 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 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
도 1은 일례로서 압전 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유로 플레이트(10)에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(13), 다수의 리스트릭터(12) 및 다수의 압력 챔버(11)가 형성되어 있으며, 노즐 플레이트(20)에는 다수의 압력 챔버(11) 각각에 대응하는 다수의 노즐(22)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 유로 플레이트(10)의 상부에는 압전 액츄에이터(40)가 마련되어 있다. 상기 매니폴드(13)는 잉크 저장고(미도시)로부터 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(11) 각각으로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(12)는 매니폴드(13)로부터 압력 챔버(11) 내부로 잉크가 유입되는 통로이다. 상기 다수의 압력 챔버(11)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 매니폴드(13)의 일측 또는 양측에 배열되어 있 다. 이러한 압력 챔버(11)는 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 이를 위해, 유로 플레이트(10)의 압력 챔버(11) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(40)에 의해 변형되는 진동판(14)의 역할을 하게 된다.
상기 압전 액츄에이터(40)는 유로 플레이트(10) 위에 순차 적층된 하부 전극(41)과, 압전막(42)과, 상부 전극(43)으로 구성된다. 그리고, 상기 하부 전극(41)과 유로 플레이트(10) 사이에는 절연막으로서 실리콘 산화막(31)이 형성되어 있다. 하부 전극(41)은 실리콘 산화막(31)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 압전막(42)은 압력 챔버(11)의 상부에 위치하도록 하부 전극(41) 위에 형성된다. 상부 전극(43)은 압전막(42) 위에 형성되며, 압전막(42)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 노즐 플레이트(20) 표면의 발수(water-repellant) 처리는 노즐(22)을 통해 토출되는 잉크 액적의 직진성과 토출 속도 등의 잉크 토출 성능에 직접적인 영향을 미치게 된다. 즉, 잉크 토출 성능을 향상시키기 위해서는, 노즐(22) 외부의 노즐 플레이트(20) 표면은 발수성, 즉 소수성을 가져야 하고, 노즐(22)의 내벽은 친수성을 가져야 한다. 구체적으로, 노즐(22) 외부의 노즐 플레이트(20) 표면이 소수성을 가지게 되면, 노즐 플레이트(20) 표면에서의 잉크 웨팅(ink wetting)이 방지되어 토출되는 잉크의 직진성이 확보될 수 있다. 그리고, 노즐(22)의 내벽이 친수성을 가지게 되면, 잉크에 대한 접촉각(contact angle)이 작아져 모세관력(capillary force)이 증가하므로, 잉크의 리필(refill) 시간이 단축되며, 이에 따라 토출 주파수가 증대될 수 있다. 또한, 잉크가 노즐(22)의 출구까지 채워지므로 잉크 토출의 균일성(uniformity)이 향상될 수 있다.
종래에는 노즐이 형성된 노즐 플레이트에 전자빔 증착방법(e-beam evaporation method)에 의하여 소수성 코팅막을 전면적으로 형성하는 방법이 사용되었다. 이에 따라, 노즐 외부의 노즐 플레이트 표면 뿐만 아니라 노즐의 내벽에도 소수성 코팅막이 형성되는데, 노즐의 내벽에 형성되는 소수성 코팅막은 잉크의 리필 특성 및 토출 균일성을 저해시키는 요인이 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 최근에는 노즐 플레이트 표면에만 소수성 코팅막을 형성하는 방법이 개발되고 있다.
도 2는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막으로서 황 화합물층이 형성된 예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 노즐(55)이 관통 형성되어 있는 노즐 플레이트(51)의 표면에 먼저 금속층(52)을 형성한 후, 상기 금속층(52)의 표면에 황 화합물을 도포하여 황 화합물층(53)을 형성한다. 이 때, 황 화합물은 금속층(52)의 표면에만 선택적으로 도포된다. 그러나, 이러한 방법에 있어서는, 금속층(52)이 노즐 플레이트(51)의 표면 뿐만 아니라 노즐(55)의 내벽에도 증착될 가능성이 높고, 또한 노즐(55)의 수가 많은 경우에는 다수의 노즐(55) 각각마다 다른 부분에 다른 면적으로 불균일하게 증착될 수 있다. 이 경우에는, 황 화합물층(53)도 노즐(55) 내벽에 형성되거나 불균일하게 형성된다. 이와 같이, 소수성 코팅막인 황 화합물층(53)의 형성 상태가 양호하지 못하면, 노즐(55) 주변이 잉크에 의해 쉽게 오염되고, 잉크 액적의 토출 속도가 저하되거나 토출 방향이 불균일하게 되는 등 잉크 액적의 토출 성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
도 3은 종래의 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 불소 수지를 포함하는 발수막이 형성된 예를 보여준다.
도 3을 참조하면, 노즐 플레이트(70)의 표면에는 발수막(90)이 형성되는데, 이 발수막(90)은 니켈 베이스(96)에 불소 수지 입자(94)와 경질체(98)가 함유된 구성을 가지며, 그 표면에는 불소 수지막(92)이 형성된다. 그러나, 니켈은 일부 잉크와 반응성이 있어서 상용으로 사용되기는 어려운 점이 있다.
한편, 일본 공개특허공보 평7-314693호에는, 노즐 내면에 발수막이 코팅되는 것을 방지하기 위해 노즐을 통해 가스를 불어 내면서 노즐 플레이트의 표면에 발수막을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 장치가 복잡하고 공정이 어려워서 실제로 적용하기가 곤란하다.
본 발명은 잉크젯 프린트헤드의 토출 직진성 및 토출 균일성을 향상시킬 수 있고, 토출 주파수를 증대시킬 수 있도록 노즐 플레이트의 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 구현예에 따르면,
잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법 에 있어서,
노즐 플레이트에 노즐을 형성하는 단계;
상기 노즐의 출구를 덮도록 상기 노즐 플레이트의 표면에 필름을 적층하는 단계;
상기 노즐의 내벽 및 상기 노즐을 출구를 덮는 필름의 내면에 도금 방법에 의하여 소정의 금속층을 형성하는 단계;
상기 노즐 플레이트의 표면으로부터 상기 필름을 제거하는 단계;
상기 노즐의 출구를 통하여 노출된 금속층을 덮도록 상기 노즐 플레이트의 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 단계; 및
상기 노즐의 내벽에 형성된 금속층 및 상기 금속층의 표면에 형성된 소수성 코팅막을 제거하는 단계;를 포함하는 소수성 코팅막 형성 방법이 개시된다.
여기서, 상기 노즐 플레이트의 표면에 상기 필름을 적층한 다음, 상기 노즐의 내벽 및 상기 노즐의 출구를 덮는 필름의 내면에 도금을 위한 시드층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.
그리고, 상기 필름을 제거한 다음, 상기 노즐의 출구를 통하여 노출된 상기 금속층을 소정 깊이로 식각하는 단계가 더 포함될 수 있다. 여기서, 상기 금속층은 1~10㎛의 깊이로 식각될 수 있다.
상기 금속층은 상감(damascening) 도금 방법에 의하여 형성될 수 있다.
상기 금속층의 표면에 형성된 소수성 코팅막은 상기 노즐의 내벽에 형성된 금속층을 제거한 후 드라이 에칭(dry etching)에 의하여 제거될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하여, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에서 설명되는 노즐 플레이트의 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법은 압전방식의 잉크젯 프린트헤드 뿐만 아니라 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에도 적용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 이하의 도면들에서는 노즐 플레이트의 일부가 도시된 것으로서, 일반적인 노즐 플레이트에는 수십 내지 수백 개의 노즐이 1열 또는 복수의 열로 배열되어 있다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 노즐 플레이트(120)에 소정 형상의 노즐(122)을 형성한다. 상기 노즐 플레이트(120)는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 노즐 플레이트(120)는 실리콘 웨이퍼 대신에 글라스 기판이나 금속 기판 등이 사용될 수도 있다. 그리고, 상기 노즐(122)은 그 하부가 출구 쪽으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성되며, 그 상부가 출구 방향을 따라 일정한 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 이어서, 도 4b를 참조하면, 상기 노즐(122)의 출구를 덮도록 상기 노즐 플레이트(120) 표면에 소정의 필름(130)을 적층한다.
도 4c를 참조하면, 상기 노즐(122)의 내벽 및 상기 노즐(122)의 출구를 덮는 필름(130)의 내면에 도금을 위한 시드층(seed layer,142))을 형성한다. 상기 시드층(142)은 후술하는 금속층(도 4d의 144)이 상기 노즐(122)의 내벽 및 상기 필름 (130)의 내면에 원활하게 도금될 수 있도록 하기 위한 층이다. 여기서, 상기 시드층(142)은 예를 들면, 노즐(122)의 내벽 및 필름(130)의 내면에 형성되는 크롬(Cr) 및 상기 크롬(Cr) 상에 형성되는 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 시드층(142)은 도금되는 물질에 따라 전술한 크롬 및 구리 이외에 다양한 금속으로 이루어질 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 노즐(122)의 내벽 및 상기 노즐(122)의 출구를 덮는 필름(130)의 내면에 형성된 시드층(142) 상에 도금 방법에 의하여 소정의 금속층(144)을 형성한다. 여기서, 상기 금속층(144)은 예를 들면, 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 금속층(144)은 구리(Cu) 이외에도 다양한 금속으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 상기 금속층(144)을 형성하기 위해서 다양한 도금 방법이 적용될 수 있으나, 상감(damascening) 도금 방법이 특히 유용하게 적용될 수 있다. 이와 같이, 상기 금속층(144)을 형성하기 위해서 상감 도금 방법을 이용하게 되면, 노즐(122)의 출구 쪽에 좁게 형성된 노즐(122)의 상부에서 도금이 잘 이루어지게 된다. 이에 따라, 상기 노즐(122)의 상부 쪽에 형성되는 금속층(144)은 노즐(122)의 다른 내벽에 형성되는 금속층(144) 보다 두꺼운 두께로 형성된다.
도 4e를 참조하면, 상기 노즐 플레이트(120)의 표면에 적층된 필름(130)을 제거한다. 여기서, 상기 필름(130)은 노즐 플레이트(120)의 표면으로부터 떼어내거나 아세톤 등을 이용하여 제거할 수 있다. 이어서, 상기 노즐(122)의 출구를 통하여 노출된 상기 시드층(142) 및 금속층(142)을 소정 깊이로 식각한다. 이와 같이 시드층(142) 및 금속층(144)을 소정 깊이로 식각하게 되면, 후술하는 바와 같이 노 즐(122) 상단부의 내벽에 소수성 코팅막(도 4f의 150)을 형성할 수 있게 되고, 이에 따라 노즐(122)의 출구에 위치하는 노즐 플레이트(120) 표면에서의 잉크 웨팅(ink wetting)을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 여기서, 상기 시드층(142) 및 금속층(144)의 식각 깊이는 다양하게 조절 될 수 있으며, 구체적으로 대략 1~10㎛ 정도가 될 수 있다.
도 4f를 참조하면, 상기 노즐(122)의 출구를 통하여 노출된 금속층(144)을 덮도록 상기 노즐 플레이트(120)의 전 표면에 소수성 코팅막(150)을 형성한다. 다음으로, 도 4g를 참조하면, 상기 노즐(122)의 내벽에 형성된 도금층(142) 및 금속층(144)을 식각에 의하여 제거한다. 이어서, 상기 노즐(122)의 출구를 덮고 있는 소수성 코팅막(150)을 드라이 에칭(etching)에 의하여 제거한다. 한편, 상기 노즐(122)의 출구를 덮고 있는 소수성 코팅막(150)은 전술한 도금층(142) 및 금속층(144)을 제거하는 과정에서 함께 제거될 수도 있다.
이와 같이, 노즐(122)의 출구를 덮고 있는 소수성 코팅막(150)을 제거하게 되면, 도 4h에 도시된 바와 같이 노즐(122) 외부의 노즐 플레이트(120) 표면 및 노즐(122) 상단부 내벽에 소수성 코팅막(150)이 형성된다. 이에 따라, 노즐 플레이트(120)의 표면 및 노즐(122) 상단부 내벽은 소수성을 가지게 되며, 노즐(122) 상단부 내벽을 제외한 노즐(122)의 내벽 전체는 친수성을 가지게 된다. 한편, 본 실시예에서는 도 4에서 전술한 시드층(142) 및 금속층(144)을 소정 깊이로 식각하는 공정이 생략될 수도 있으며, 이 경우에는 노즐 플레이트(120)의 표면에만 소수성 코팅막(150)이 형성된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 노즐 외부의 노즐 플레이트 표면이 소수성을 가짐으로써 노즐 플레이트 표면에서의 잉크 웨팅이 방지되어 토출되는 잉크의 직진성이 확보될 수 있다. 그리고, 노즐의 내벽이 친수성을 가짐으로써 잉크의 리필 시간이 단축되어 토출 주파수가 증대될 수 있으며, 잉크가 노즐의 출구 가까이 까지 채워지므로 잉크 토출의 균일성이 향상될 수 있다.

Claims (6)

  1. 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 방법에 있어서,
    노즐 플레이트에 노즐을 형성하는 단계;
    상기 노즐의 출구를 덮도록 상기 노즐 플레이트의 표면에 필름을 적층하는 단계;
    상기 노즐의 내벽 및 상기 노즐을 출구를 덮는 필름의 내면에 도금 방법에 의하여 소정의 금속층을 형성하는 단계;
    상기 노즐 플레이트의 표면으로부터 상기 필름을 제거하는 단계;
    상기 노즐의 출구를 통하여 노출된 금속층을 덮도록 상기 노즐 플레이트의 표면에 소수성 코팅막을 형성하는 단계; 및
    상기 노즐의 내벽에 형성된 금속층 및 상기 금속층의 표면에 형성된 소수성 코팅막을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트의 표면에 상기 필름을 적층한 다음, 상기 노즐의 내벽 및 상기 노즐의 출구를 덮는 필름의 내면에 도금을 위한 시드층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필름을 제거한 다음, 상기 노즐의 출구를 통하여 노출된 상기 금속층을 소정 깊이로 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속층은 1~10㎛의 깊이로 식각되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 상감(damascening) 도금 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층의 표면에 형성된 소수성 코팅막은 상기 노즐의 내벽에 형성된 금속층을 제거한 후 드라이 에칭(dry etching)에 의하여 제거되는 것을 특징으로 하는 소수성 코팅막 형성방법.
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