KR20070083030A - 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 및 그 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 및 그 형성 방법이 개시된다. 개시된 압전 액츄에이터는, 진동판의 상부에 형성되어 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 것으로, 진동판 위에 형성된 하부 전극과, 하부 전극 위에 다수의 압력 챔버 각각에 대응되는 위치에 형성된 압전막과, 하부 전극 위에 압전막의 일단부에 접촉하여 연장되도록 형성된 지지 패드와, 압전막의 상면으로부터 지지 패드의 상면까지 연장되도록 형성된 상부 전극을 구비하며, 지지 패드의 상부에서 상부 전극과 전압 인가용 구동 회로의 본딩이 이루어진다. 상기 압전막의 길이는 압력 챔버의 길이와 실질적으로 동일할 수 있으며, 상기 지지 패드는 감광성 폴리머로 이루어지며 압전막과 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다. 상기 상부 전극은 압전막의 상면에 형성된 제1부분의 폭보다 지지 패드의 상면에 형성된 제2부분의 폭이 더 넓도록 형성될 수 있다.

Description

잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 및 그 형성 방법{Piezoelectric actuator of inkjet head and method for forming the same}
도 1a는 종래의 압전 방식의 잉크젯 헤드의 일반적인 구성을 도시한 평면도이다.
도 1b는 도 1a에 표시된 A-A'선을 따른 종래의 압전 방식의 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2b는 도 2a에 표시된 B-B'선을 따른 본 발명의 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 도 2a와 2b에 도시된 본 발명에 따른 압전 액츄에이터의 형성 방법을 단계적으로 보여주는 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...유로 플레이트 111...매니폴드
112...리스트릭터 113...압력 챔버
120...진동판 121...절연막
130...노즐 플레이트 131...노즐
140...압전 액츄에이터 141...하부 전극
142...압전막 143...상부 전극
143a...제1부분 143b...제2부분
144...지지 패드 150...가요성 인쇄 회로(FPC)
151...신호선 160...포토레지스트
본 발명은 압전 방식의 잉크젯 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가요성 인쇄 회로를 보다 신뢰성 있게 본딩할 수 있는 구조를 가진 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터와 이 압전 액츄에이터를 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 헤드는 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 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 헤드이다.
도 1a는 종래의 압전 방식의 잉크젯 헤드의 일반적인 구성을 도시한 평면도이고, 도 1b는 도 1a에 표시된 A-A'선을 따른 종래의 압전 방식의 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 1a와 도 1b를 함께 참조하면, 잉크젯 헤드의 유로 플레이트(10)에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드(11), 다수의 리스트릭터(12) 및 다수의 압력 챔버(13)가 형성되어 있다. 상기 유로 플레이트(10)의 상면에는 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 변형되는 진동판(20)이 접합되어 있으며, 유로 플레이트(10)의 저면에는 다수의 노즐(31)이 형성된 노즐 플레이트(30)가 접합되어 있다. 한편, 상기 유로 플레이트(10)와 진동판(20)은 일체로 형성될 수 있으며, 또한 유로 플레이트(10)와 노즐 플레이트(30)도 일체로 형성될 수 있다.
상기 매니폴드(11)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(13) 각각으로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(12)는 매니폴드(11)로부터 다수의 압력 챔버(13)의 내부로 잉크가 유입되는 통로이다. 상기 다수의 압력 챔버(13)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 매니폴드(11)의 일측 또는 양측에 배열되어 있다. 상기 다수의 노즐(31)은 노즐 플레이트(30)를 관통하도록 형성되며 다수의 압력 챔버(13) 각각에 연결된다. 상기 진동판(20)은 다수의 압력 챔버(13)를 덮도록 유로 플레이트(10)의 상면에 접합된다. 상기 진동판(20)은 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 변형되면서 다수의 압력 챔버(13) 각각에 잉크의 토출을 위한 압력 변화를 제공한다. 상기 압전 액츄에이터(40)는 진동판(20) 위에 순차 적층된 하부 전극(41)과, 압전막(42)과, 상부 전극(43)으로 구성된다. 하부 전극(41)은 진동판(20)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 압전막(42)은 다수의 압력 챔버(13) 각각의 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.
그리고, 상기한 바와 같은 구조를 가진 압전 액츄에이터(40)에 구동 전압을 인가하기 위해서, 상부 전극(43)에는 전압 인가용 가요성 인쇄 회로(FPC; Flexible Printed Circuit, 50)가 연결된다. 상세하게 설명하면, 가요성 인쇄 회로(50)의 신호선(51)을 상부 전극(43) 위에 위치시킨 후, 가열 및 가압을 통해 상기 신호선(51)이 상부 전극(43)의 상면에 본딩되도록 하는 것이다.
그런데, 도 1a에 도시된 바와 같이, 압력 챔버(13)는 좁고 긴 형상을 가지므로, 압전막(42)과 상부 전극(43)도 좁고 긴 형상을 가지게 된다. 따라서, 이러한 형상을 가진 상부 전극(43)에 가요성 인쇄 회로(50)의 신호선(51)을 견고하게 본딩하기 위해서는, 상부 전극(43)과 신호선(51)이 본딩되는 부분의 길이가 충분히 길게 확보되어야 한다. 이를 위해, 종래의 잉크젯 헤드에 있어서는, 압전막(42)과 상부 전극(43)을 압력 챔버(13)의 길이보다 충분히 길게, 예컨대 대략 2배 정도의 길이를 가지도록 형성한 뒤, 압력 챔버(13)를 벗어난 부위의 상부 전극(43)에 가요성 인쇄 회로(50)의 신호선(51)을 본딩하였다.
상기 압전막(42)은 압력 챔버(13)의 길이 만큼의 길이만 가지면 됨에도 불구하고, 상부 전극(43)과 하부 전극(41) 사이의 절연과 상부 전극(43)의 지지를 위해 압력 챔버(13)보다 훨씬 긴 길이를 가져야 하는 것이다. 이와 같이 압전막(42)의 길이가 불필요하게 길어지게 되면, 커패시턴스가 증가하게 되므로, 액츄에이터(40) 구동시 부하가 높아지게 되고, 또한 액츄에이터(40)의 응답 속도가 늦어지게 되는 문제점이 발생하게 된다.
그리고, 상기한 바와 같이 압전막(42)이 좁고 긴 길이를 가지게 됨으로써, 그 위에 형성되는 상부 전극(43)의 폭도 좁게 형성된다. 따라서, 상부 전극(43)과 가요성 인쇄 회로(50)의 정렬이 약간만 어긋나더라도, 가요성 인쇄 회로(50)의 신호선(51)이 상부 전극(43)의 상면에 정확하게 본딩되기 힘들다. 이 경우, 상부 전극(43)과 가요성 인쇄 회로(50) 사이의 본딩에 불량이 발생되거나, 상부 전극(43)과 가요성 인쇄 회로(50) 사이의 본딩력이 충분히 강하지 못하여 장기간 구동시 본딩 안전성이 확보되지 못하는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 압전막의 길이를 줄여 응답 속도를 높일 수 있으며 전압 인가용 가요성 인쇄 회로를 보다 견고하고 안정되게 연결할 수 있는 구조를 가진 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터와 그 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터는,
진동판의 상부에 형성되어 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터에 있어서,
상기 진동판 위에 형성된 하부 전극;
상기 하부 전극 위에 상기 다수의 압력 챔버 각각에 대응되는 위치에 형성된 압전막;
상기 하부 전극 위에 상기 압전막의 일단부에 접촉하여 연장되도록 형성된 지지 패드; 및
상기 압전막의 상면으로부터 상기 지지 패드의 상면까지 연장되도록 형성된 상부 전극;을 구비하며,
상기 지지 패드의 상부에서 상기 상부 전극과 전압 인가용 구동 회로의 본딩이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 진동판과 하부 전극 사이에 절연막이 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 압전막의 길이는 상기 압력 챔버의 길이와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 지지 패드는 상기 압전막과 실질적으로 동일한 높이를 가진 것이 바람직하다. 그리고, 상기 지지 패드는 절연성을 가진 물질, 예컨대 감광성 폴리머로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 압전막의 상면에 형성된 제1부분의 폭보다 상기 지지 패드의 상면에 형성된 제2부분의 폭이 더 넓도록 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 인가용 구동 회로는 상기 상부 전극에 본딩되는 신호선들을 가진 가요성 인쇄 회로일 수 있다.
그리고, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법은,
진동판의 상부에 형성되어 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법에 있어서,
상기 진동판 위에 하부 전극을 형성하는 단계;
상기 하부 전극 위에 상기 다수의 압력 챔버 각각에 대응되는 위치에 압전막을 형성하는 단계;
상기 하부 전극 위에 상기 압전막의 일단부에 접촉하여 연장되도록 지지 패드를 형성하는 단계;
상기 압전막의 상면으로부터 상기 지지 패드의 상면까지 연장되도록 상부 전극을 형성하는 단계; 및
상기 지지 패드의 상부에서 상기 상부 전극에 전압 인가용 구동 회로를 본딩하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 진동판의 상면에 절연막을 형성한 뒤, 상기 절연막의 상면에 상기 상부 전극이 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 압전막은 상기 압력 챔버와 실질적으로 동일한 길이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 압전막 형성 단계는, 상기 하부 전극의 상면에 페이스트 상태의 압전 재료를 스크린 프린팅에 의해 도포하는 공정과, 상기 압전 재료를 건조 및 소결시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 지지 패드는 상기 압전막과 실질적으로 동일한 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 지지 패드 형성 단계는, 상 기 하부 전극과 상기 압전막을 덮도록 감광성 폴리머를 도포하는 공정과, 상기 감광성 폴리머를 패터닝하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 지지 패드 형성 단계는, 상기 압전막과 상기 지지 패드의 상면을 동일한 높이로 조절하는 화학적-기계적 연마(CMP) 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 압전막의 상면에 형성된 제1부분의 폭보다 상기 지지 패드의 상면에 형성된 제2부분의 폭이 더 넓도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 압전막과 지지 패드의 상면에 페이스트 상태의 전극 재료를 스크린 프린팅에 의해 도포하거나, 상기 압전막과 지지 패드의 상면에 도전성 금속 물질을 스퍼터링(sputtering), 이베퍼레이터(evaporator) 또는 이빔(E-beam)에 의해 소정 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 의 구조를 도시한 평면도이고, 도 2b는 도 2a에 표시된 B-B'선을 따른 본 발명의 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a와 도 2b를 함께 참조하면, 압전 방식의 잉크젯 헤드는 잉크 유로를 가지며, 이 잉크 유로는 복수의 판, 예컨대 세 개의 판(110, 120, 130)에 형성될 수 있다. 잉크젯 헤드의 유로 플레이트(110)에는 매니폴드(111), 다수의 리스트릭터(112) 및 다수의 압력 챔버(113)가 형성되어 있으며, 상기 유로 플레이트(110)의 상면에는 다수의 압력 챔버(113)를 덮는 진동판(120)이 접합되어 있고, 유로 플레이트(110)의 저면에는 다수의 노즐(131)이 관통 형성된 노즐 플레이트(130)가 접합되어 있다.
한편, 도 2a와 도 2b에 도시된 잉크 유로의 구성은 단지 일 례에 불과하다. 즉, 압전 방식의 잉크젯 헤드에는 다양한 구성의 잉크 유로가 마련될 수 있으며, 이러한 잉크 유로는 도 2b에 도시된 세 개의 판(110, 120, 130)이 아니라 그 보다 많거나 적은 판들을 사용하여 형성될 수도 있다. 예컨대, 상기 유로 플레이트(110)와 진동판(120)은 하나의 판으로 이루어질 수 있으며, 또한 유로 플레이트(110)와 노즐 플레이트(130)도 하나의 판으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 잉크젯 헤드의 진동판(120) 위에는 이 진동판(120)을 변형시킴으로써 다수의 압력 챔버(113) 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터(140)가 형성된다.
이러한 압전 액츄에이터(140)는, 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(141)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(142)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(143)을 구비하며, 상기 하부 전극(141), 압전막(142) 및 상부 전극(143)이 진동판(120) 위에 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 특히, 본 발명에 따른 압전 액츄에이터(140)는 상부 전극(143)의 일부를 지지하는 지지 패드(supporting pad, 144)를 구비하며, 이 지지 패드(144)의 상부에서 상부 전극(143)과 전압 인가용 구동 회로, 예컨대 가요성 인쇄 회로(150)의 본딩이 이루어지게 된다.
상세하게 설명하면, 상기 압전 액츄에이터(140)의 하부 전극(141)은 진동판(120) 위에 형성된다. 상기 하부 전극(141)은 도전성을 가진 금속 물질로 이루어진다. 이러한 하부 전극(141)은 하나의 금속 물질층으로 이루어질 수 있으나, Ti 층과 Pt 층의 두 개의 금속 물질층으로 이루어질 수도 있다. 한편, 상기 진동판(120)과 하부 전극(141) 사이의 절연을 위해, 상기 진동판(120)의 상면에 절연막(121)이 형성되고, 이 절연막(121)의 상면에 하부 전극(141)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 진동판(120)이 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우에는, 상기 절연막(121)은 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.
상기 압전막(142)은 하부 전극(141) 위에 형성되며, 다수의 압력 챔버(113) 각각에 대응하는 위치에 배치된다. 그리고, 상기 압전막(142)은 압력 챔버(113)와 대응되는 형상을 가진다. 특히, 상기 압전막(142)은 압력 챔버(113)의 길이와 실질적으로 동일하거나 약간 긴 길이를 가질 수 있다. 이러한 압전막(142)은 압전 물질, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 압전 액츄에이터(140)의 압전막(142)은 종래에 비해 훨씬 짧은 길이를 가지며, 이에 따라 압전막(142)의 커패시턴스가 감소하고 압전막의 전기적 부하가 낮아지게 되어, 압전 액츄에이터(140)의 응답 속도가 빨라지게 되고 그 내구성이 향상된다.
상기 하부 전극(141) 위에는 지지 패드(144)가 형성된다. 상기 지지 패드(144)는 상기 압전막(142)의 일단부에 접촉하여 연장되도록 형성된다. 그리고, 상기 지지 패드(144)는 다수의 압전막(142) 각각에 하나씩 대응되는 형상을 가질 수 있으나, 도 2a에 도시된 바와 같이, 다수의 압전막(142)의 배열 방향을 따라 길게 연장된 형상을 가진 것이 바람직하다.
상기 지지 패드(144)는 상기 압전막(142)과 실질적으로 동일한 높이를 가진 것이 바람직하다. 이는, 후술하는 상부 전극(143)을 압전막(142)과 지지 패드(144)의 상면에 보다 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위한 것이다. 그리고, 상기 지지 패드(144)는 그 아래에 형성된 하부 전극(141)과 그 위에 형성되는 상부 전극(143) 사이의 절연을 위해 절연성을 가진 물질로 이루어진다. 예컨대, 상기 지지 패드(144)는 포토레지스트와 같은 감광성 폴리머로 이루어질 수 있다.
상기 상부 전극(143)은 상기 압전막(142)의 상면으로부터 상기 지지 패드(144)의 상면까지 연장되도록 형성된다. 그리고, 상기 지지 패드(144)가 넓게 형성되어 있으므로, 상기 상부 전극(143)을 상기 압전막(142)의 상면에 형성된 제1부분(143a)의 폭보다 상기 지지 패드(144)의 상면에 형성된 제2부분(143b)의 폭이 더 넓도록 형성할 수 있다.
상부 전극(143)에는 압전 액츄에이터(140)에 전압은 인가하기 위한 구동 회로가 본딩된다. 상기 전압 인가용 구동 회로로는 신호선들(151)을 가진 가요성 인 쇄 회로(FPC, 150)가 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 가요성 인쇄 회로(150)의 신호선들(151) 각각은 상부 전극(143)의 제2부분(143b)의 상면에 본딩된다. 이때, 상부 전극(143)의 제2부분(143b)이 넓은 폭을 가지고 있으므로, 상부 전극(143)의 제2부분(143b)과 신호선(151) 사이의 접촉 면적이 넓어져서 본딩 강도가 높아지게 된다. 또한, 상부 전극(143)의 제2부분(143b)과 가요성 인쇄 회로(150)의 신호선(151)이 정확하게 정렬되지 않더라도, 신호선(151)이 상부 전극(143)의 제2부분(143b)을 벗어나서 본딩 불량이 발생하게 되는 가능성이 낮아지게 된다.
이하에서는, 상기한 구성을 가진 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터를 형성하는 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3f는 도 2a와 2b에 도시된 본 발명에 따른 압전 액츄에이터의 형성 방법을 단계적으로 보여주는 단면도들이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 진동판(120) 위에 공통 전극으로서의 역할을 하는 하부 전극(141)을 형성한다. 한편, 상기 하부 전극(141)을 형성하기 전에, 하부 전극(141)과 진동판(120) 사이의 절연을 위한 절연막(121)이 상기 진동판(120)의 전 표면에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 하부 전극(141)은 상기 절연막(121)의 전 표면에 형성된다. 상기 진동판(120)이 실리콘 기판으로 이루어진 경우에는, 상기 절연막(121)은 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 하부 전극(141)은 진동판(120) 또는 절연막(121)의 전 표면에 도전성 금속 물질을 소정 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 전극(141)은 하나의 금속 물질층으로 이루어질 수 있으나, Ti 층과 Pt 층의 두 개의 금속 물질층으로 이루어 질 수도 있다. 후자의 경우, 상기 Ti 층은 스퍼터링(sputtering)에 의해 대략 400Å 정도의 두께로 형성될 수 있으며, Pt 층은 스퍼터링에 의해 대략 5,000Å 정도의 두께로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 다수의 압력 챔버(131) 각각의 상부에 위치하도록 상기 하부 전극(141) 위에 압전막(142)을 형성한다. 이때, 상기 압전막(142)은 압력 챔버(113)와 대응되는 형상을 가지도록 형성되며, 압력 챔버(113)의 길이와 실질적으로 동일하거나 약간 긴 길이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하ㄷ다. 상기 압전막(141)은 페이스트 상태의 압전 물질, 예컨대 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료를 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 소정 두께로 도포함으로써 형성될 수 있다. 이어서, 페이스트 상태의 압전막(142)을 건조시킨 후, 대략 900℃~1200℃ 정도에서 소결시킨다.
다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 하부 전극(141)과 상기 압전막(142)을 덮도록 감광성 폴리머(photosensitive polymer), 예컨대 포토레지스트(160)를 도포한다. 상기 포토레지스트(160)의 도포는 스핀 코팅에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트(160)를 소정 형상으로 패터닝하여, 도 3d에 도시된 바와 같이 지지 패드(144)를 형성한다. 상기 포토레지스트(160)의 패터닝은 노광과 현상을 포함하는 잘 알려진 포토리소그라피 공정에 의해 이루어질 수 있다. 이때, 상기 지지 패드(144)는, 상기한 바와 같이, 상기 압전막(142)의 일단부에 접촉하여 연장되도록 형성된다. 그리고, 상기 지지 패드(144)는 상기 압전막(142)과 실질적으로 동일한 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 고점도의 포토레지스트(160)를 사용하여 상기 압전막(142)과 지지 패드(144)의 높이 차이를 최소화할 수 있으며, 또한 화학적-기계적 연마(CMP) 공정을 통해 상기 압전막(142)과 상기 지지 패드(144)의 상면을 동일한 높이로 조절할 수 있다.
다음에는, 도 3e에 도시된 바와 같이, 구동 전극으로서의 역할을 하는 상부 전극(143)을 상기 압전막(142)의 상면으로부터 상기 지지 패드(143)의 상면까지 연장되도록 형성한다. 이때, 상부 전극(143)은 상기 압전막(142)의 상면에 형성된 제1부분(143a)의 폭보다 상기 지지 패드(144)의 상면에 형성된 제2부분(143b)의 폭이 더 넓도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 상부 전극(143)은 압전막(142)과 지지 패드(144)의 상면에 페이스트 상태의 전극 재료를 스크린 프린팅한 후, 건조와 소결시킴으로써 형성될 수 있다. 이때, 저온 경화용 전극 재료를 사용하여 상부 전극(143)을 형성하는 것이 고온 소결로 인해 포토레지스트(160)로 이루어진 지지 패드(144)가 손상되는 것을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 한편, 상기 상부 전극(143)은 상기 압전막(142)과 지지 패드(144)의 상면에 쉐도우 마스크를 사용하여 도전성 금속 물질을 스퍼터링(sputtering), 이베퍼레이터(evaporator) 또는 이빔(E-beam) 등에 의해 소정 두께로 증착함으로써 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 지지 패드(144)의 상부에서 상기 상부 전극(143)의 제2부분(143b)에 전압 인가용 구동 회로, 예컨대 가요성 인쇄 회로(150)의 신호선(151)을 본딩한다.
상기한 단계들을 거치게 되면, 하부 전극(141) 위에 압전막(142)과 지지 패 드(144)가 형성되고, 상기 지지 패드(144)의 상면에 상부 전극(143)의 일부가 형성되어 지지되며, 상기 지지 패드(144) 위에서 상부 전극(143)과 가요성 인쇄 회로(150)의 본딩이 이루어지는 구조를 가진 본 발명에 따른 압전 액츄에이터(140)가 형성된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압전막의 일단부에 접촉하여연장되도록 지지 패드를 형성하고, 이 지지 패드의 상부에서 상부 전극과 가요성 인쇄 회로의 본딩이 이루어지도록 함으로써, 압전막의 길이를 줄일 수 있게 된다. 이에 따라, 압전막의 커패시턴스가 감소하고 압전막의 전기적 부하가 낮아지게 되어, 액츄에이터의 응답 속도가 빨라지게 되고 그 내구성이 향상된다.
그리고, 지지 패드는 넓은 면적으로 형성될 수 있으므로, 이러한 지지 패드 위에 형성되는 상부 전극도 폭 넓게 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 상부 전극과 가요성 인쇄 회로 사이의 본딩 강도가 높아지고 오정렬로 인한 본딩 불량이 방지되므로, 압전 액츄에이터와 가요성 인쇄 회로 사이의 본딩 신뢰성이 향상된다.

Claims (19)

  1. 진동판의 상부에 형성되어 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터에 있어서,
    상기 진동판 위에 형성된 하부 전극;
    상기 하부 전극 위에 상기 다수의 압력 챔버 각각에 대응되는 위치에 형성된 압전막;
    상기 하부 전극 위에 상기 압전막의 일단부에 접촉하여 연장되도록 형성된 지지 패드; 및
    상기 압전막의 상면으로부터 상기 지지 패드의 상면까지 연장되도록 형성된 상부 전극;을 구비하며,
    상기 지지 패드의 상부에서 상기 상부 전극과 전압 인가용 구동 회로의 본딩이 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 진동판과 하부 전극 사이에 절연막이 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압전막의 길이는 상기 압력 챔버의 길이와 실질적으로 동일한 것을 특 징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 패드는 상기 압전막과 실질적으로 동일한 높이를 가진 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 패드는 절연성을 가진 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 지지 패드는 감광성 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 압전막의 상면에 형성된 제1부분의 폭보다 상기 지지 패드의 상면에 형성된 제2부분의 폭이 더 넓도록 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 인가용 구동 회로는 상기 상부 전극에 본딩되는 신호선들을 가진 가요성 인쇄 회로인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터.
  9. 진동판의 상부에 형성되어 다수의 압력 챔버 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법에 있어서,
    상기 진동판 위에 하부 전극을 형성하는 단계;
    상기 하부 전극 위에 상기 다수의 압력 챔버 각각에 대응되는 위치에 압전막을 형성하는 단계;
    상기 하부 전극 위에 상기 압전막의 일단부에 접촉하여 연장되도록 지지 패드를 형성하는 단계;
    상기 압전막의 상면으로부터 상기 지지 패드의 상면까지 연장되도록 상부 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 지지 패드의 상부에서 상기 상부 전극에 전압 인가용 구동 회로를 본딩하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 진동판의 상면에 절연막을 형성한 뒤, 상기 절연막의 상면에 상기 상부 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 압전막은 상기 압력 챔버와 실질적으로 동일한 길이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 압전막 형성 단계는, 상기 하부 전극의 상면에 페이스트 상태의 압전 재료를 스크린 프린팅에 의해 도포하는 공정과, 상기 압전 재료를 건조 및 소결시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 지지 패드는 상기 압전막과 실질적으로 동일한 높이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 지지 패드 형성 단계는, 상기 하부 전극과 상기 압전막을 덮도록 감광성 폴리머를 도포하는 공정과, 상기 감광성 폴리머를 패터닝하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 지지 패드 형성 단계는, 상기 압전막과 상기 지지 패드의 상면을 동일한 높이로 조절하는 화학적-기계적 연마(CMP) 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 압전막의 상면에 형성된 제1부분의 폭보다 상기 지지 패드의 상면에 형성된 제2부분의 폭이 더 넓도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  17. 제 9항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 압전막과 지지 패드의 상면에 페이스트 상태의 전극 재료를 스크린 프린팅에 의해 도포함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  18. 제 9항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 압전막과 지지 패드의 상면에 도전성 금속 물질을 스퍼터링(sputtering), 이베퍼레이터(evaporator) 및 이빔(E-beam) 중 어느 하나에 의해 소정 두께로 증착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
  19. 제 9항에 있어서,
    상기 전압 인가용 구동 회로는 상기 상부 전극에 본딩되는 신호선들을 가진 가요성 인쇄 회로인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터 형성 방법.
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