KR20090032198A - 잉크젯 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 압력챔버에 제공되는 압력을 이용하여, 노즐을 통해 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서, 기판을 가공하여, 압력챔버 및 노즐을 형성하는 단계; 기판의 하면에, 노즐의 위치에 상응하는 부위에 오목한 홈이 형성된 보호커버를 적층하는 단계; 기판의 상면에 압전체를 결합하는 단계; 및 홈이 형성된 부위를 제거하여, 보호커버를 관통시키는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법은, 잉크젯 헤드를 제조하는 공정의 초기에 노즐이 형성된 기판의 하면에 보호커버를 적층함으로써, 노즐의 오염을 효율적으로 방지할 수 있으며, 잉크젯 헤드의 제작 수율을 향상시킬 수 있다.
잉크젯, 헤드, 노즐, 보호층, 실리콘, 유리
Description
본 발명은 잉크젯 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 잉크젯 기술을 다양한 분야, 예를 들어 바이오칩, PCB의 금속 배선, LCD의 색상 패턴 등의 분야에 적용하려는 시도가 이루어지고 있다. 이와 같이 잉크젯 기술을 새로운 분야에 적용하기 위해서는, 종이 위에 점도가 낮은 잉크 방울을 뿌려서 글자나 그림을 형성하는 종래기술과는 달리 금속 나노 입자나 높은 점도의 폴리머 등을 특수한 재질의 기판에 토출해야 하는 상황이 발생한다.
따라서 잉크젯 기술을 여러 분야에 적용하기 위해서는 헤드의 개발이 시급한 실정이다. 즉, 점도가 높은 잉크액적을 토출할 수 있어야 하고, 정밀도와 주파수가 높아야 하며, 잉크입자에 의한 헤드구조에의 화학적 반응이 없어야 하고, 노즐이 막히지 않아야 한다. 이와 같이 여러 가지 제약 조건들을 수용할 수 있는 잉크젯 프린터 헤드의 개발이 필요한 것이다.
이러한 잉크젯 프린팅 기술은 주로 사무자동화(OA) 분야에서 사용되어 왔고, 산업용으로는 포장재 마킹(marking)이나 의류 인쇄와 같은 분야에서 주로 사용되어 왔으며, 은 및 니켈 등의 나노 금속입자를 포함하는 기능성 잉크 등의 개발과 더불어 응용 가능성이 점차 확대되고 있다.
잉크젯 기술에 있어서 노즐을 형성하는 공정은 잉크 토출 성공과 직접적인 연관이 있기 때문에 매우 중요한 공정이다. 잉크젯 헤드를 제조하는 과정에 있어서, 노즐이 오염되면, 각종 이물질이 잉크젯 헤드의 내부로 들어가게 되어 이상 토출의 원인이 될 수 있기 때문이다.
종래기술에 따르면, 잉크젯 헤드를 제조하는 과정에서 노즐을 보호하기 위하여 노즐이 형성된 면에 각종 테이프를 붙이는 방법을 이용하였다. 그러나, 해당 공정을 마친 후 테이프를 제거하는 과정에서, 접착제 성분이 완전히 제거되지 않아 노즐의 오염을 효율적으로 방지하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 노즐의 오염을 효율적으로 방지할 수 있으며, 잉크젯 헤드의 제작 수율을 향상시킬 수 있는 잉크젯 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 노즐 및 노즐에 잉크를 공급하는 압력챔버가 형성된 기판; 기판의 상면에 결합되어 압력챔버에 압력을 제공하는 압전체; 및 기 판의 하면에 적층되며, 노즐의 위치에 상응하는 개구부가 형성된 보호층을 포함하는 잉크젯 헤드를 제공할 수 있다.
개구부를 통하여 노출되는 기판의 하면에는 발수층이 형성될 수 있다.
한편, 기판은 실리콘(Si)을 주된 재질로 하여 이루어질 수 있으며, 보호층은 유리(glass)를 주된 재질로 하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 압력챔버에 제공되는 압력을 이용하여, 노즐을 통해 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서, 기판을 가공하여, 압력챔버 및 노즐을 형성하는 단계; 기판의 하면에, 노즐의 위치에 상응하는 부위에 오목한 홈이 형성된 보호커버를 적층하는 단계; 기판의 상면에 압전체를 결합하는 단계; 및 홈이 형성된 부위를 제거하여, 보호커버를 관통시키는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법을 제공할 수 있다.
보호커버가 관통된 영역을 통하여 노출되는 기판의 하면에 발수층을 형성하는 단계를 더 수행할 수 있으며, 홈의 면적은 발수층의 면적에 상응할 수 있다.
또한, 기판은 실리콘(Si)를 주된 재질로 하여 이루어질 수 있으며, 보호커버는 유리(glass)를 주된 재질로 하여 이루어질 수 있다.
한편, 기판은 복수의 단위기판으로 이루어질 수 있으며, 보호커버를 관통시키는 단계 이전에, 기판을 단위기판으로 분할하는 단계를 더 수행할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 잉크젯 헤드를 제조하는 공정의 초기 에 노즐이 형성된 기판의 하면에 보호커버를 적층함으로써, 노즐의 오염을 효율적으로 방지할 수 있으며, 잉크젯 헤드의 제작 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 잉크젯 헤드의 일 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판(10), 유입구(inlet, 11), 리저버(reservoir, 12), 리스트릭터(restrictor, 13), 압력챔버(pressure chamber, 14), 노즐(nozzle, 15), 진동판(16), 압전체(PZT, 20), 전극(22), 보호층(30), 개구부(32), 발수층(40)이 도시되어 있다.
기판(10)은 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 구성하는 몸체로서, 유입구(11), 리저버(12), 리스트릭터(13), 압력챔버(14), 노즐(15) 및 진동판(16) 등이 형성될 수 있다. 이러한 기판(10)을 형성하기 위하여, 한 장의 웨이퍼를 가공하는 방법을 이용할 수도 있고, 여러 장의 서브기판(미도시)을 각각 가공한 후, 이들을 적층하는 방법을 이용할 수도 있다.
기판(10)은 실리콘 재질로 이루어질 수도 있고, 스테인리스 재질로 이루어질 수도 있으며, 그 밖의 다양한 재질로 이루어질 수도 있다. 본 실시예에서는 실리콘 재질로 이루어지는 기판(10)을 제시하도록 한다.
리저버(12)는 유입구(11)를 통하여 잉크를 공급받아 잉크를 수용하여, 이하에서 설명할 리스트릭터(13)를 통하여 압력챔버(14)에 잉크를 제공할 수 있다.
리스트릭터(13)는 리저버(12)와 추후 설명할 압력챔버(14)를 서로 연통하게 하여 리저버(12)로부터 압력챔버(14)에 잉크를 공급하는 유로로서의 기능을 수행할 수 있다. 리스트릭터(13)는 리저버(12)보다 작은 단면적을 갖도록 형성될 수 있으며, 압전체(20)에 의해 진동판(16)이 진동하는 경우 리저버(12)로부터 압력챔버(14)로 공급되는 잉크의 양을 조절할 수 있다.
압력챔버(14)는 리스트릭터(13)와 연결되어 리저버(12)와 연통된다. 또한, 리스트릭터(13)와 연결된 측 외의 타 측면을 통하여 노즐(15)과 연결된다. 이러한 구조를 통해, 리저버(12)로부터 잉크를 공급받고, 이를 다시 노즐(15)에 공급함으로써 인쇄작업을 가능케 할 수 있다.
한편, 압력챔버(14)는 상면이 진동판(16)에 의해 커버되며, 압력챔버(14)의 위치에 상응하는 진동판(16)의 상면에는 압전체(20)가 결합될 수 있다.
압전체(20)는 압력챔버(14)의 위치에 상응하는 진동판(16)의 상면에 위치하여, 전원에 의해 진동을 발생시킬 수 있다. 즉, 압전체(20)는 공급되는 전압에 따라 진동을 발생하여 진동판(16)을 통해 압력챔버(14)에 압력을 공급할 수 있다. 압전체(20)와 진동판(16) 사이에는 전극(22)이 형성될 수 있다.
노즐(15)은 압력챔버(14)와 연결되어 압력챔버(14)로부터 잉크를 공급받아 잉크를 분사하는 기능을 수행할 수 있다. 압전체(20)에 의해 발생한 진동이 압력챔버(14)에 전달되면, 압력챔버(14)에는 압력이 가해지고, 이 압력에 의해 노즐(15)이 잉크를 분사할 수 있게 된다.
보호층(30)은 기판(10)의 하면에 적층되어 노즐(15)이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 보호층(30)은, 노즐(15)이 형성된 부분이 개방되도록 개구부(32)가 형성된 형상일 수 있으며, 나머지 부분은 기판(10)의 하 면을 지지하도록 기판(10)에 적층될 수 있는 것이다.
이러한 구조를 통하여, 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드가 작업대, 지그 등과 같은 외부 환경에 놓일 경우, 노즐(15)이 작업대 또는 지그로부터 보호층(30)의 두께만큼 이격될 수 있게 된다. 이로써, 노즐(15)이 작업대 또는 지그 등과 직접 맞닿는 것을 방지할 수 있게 되어 노즐(15)의 오염을 방지할 수 있게 된다.
한편, 기판(10)과 보호층(30) 사이의 결합이 견고하게 유지될 수 있도록 하기 위하여, 기판(10)이 실리콘(Si) 재질로 이루어지는 경우, 유리(glass) 재질의 보호층(30)을 이용할 수 있다. 물론, 실리콘 재질의 보호층을 이용할 수도 있으며, 기판(10)이 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 이루어지는 경우, 스테인리스 스틸 재질의 보호층을 이용할 수도 있다.
기판(10)의 하면에는 발수층(40)이 형성될 수 있다. 발수층(40)으로 인하여 노즐(15)을 통해 토출되는 잉크와 기판(10) 사이의 장력을 줄일 수 있게 되며, 그 결과 잉크의 토출이 안정적으로 구현될 수 있게 된다.
도 1에는 개구부(32)를 통하여 노출되는 기판(10)의 하면 전체에 발수층(40)이 형성되는 구조가 제시되어 있으나, 노즐(15) 주위의 일부에만 발수층이 형성될 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 일 측면에 따른 잉크젯 헤드의 구조에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 잉크젯 헤드 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 잉크젯 헤드 제조방법의 일 실시예를 나타내는 순서도이고, 도 3 내지 도 7은 도 2의 잉크젯 헤드 제조방법을 나타내는 공정도이다. 도 3 내지 도 7을 참조하면, 기판(10), 유입구(inlet, 11), 리저버(reservoir, 12), 리스트릭터(restrictor, 13), 압력챔버(pressure chamber, 14), 노즐(nozzle, 15), 진동판(16), 압전체(PZT, 20), 전극(22), 보호층(30), 보호커버(30'), 개구부(32), 홈(34), 발수층(40)이 도시되어 있다.
먼저, 기판(10)을 가공하여 압력챔버(14) 및 노즐(15)을 형성한다(S110). 기판(10)은 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 구성하는 몸체로서, 압력챔버(14) 및 노즐(15)뿐만 아니라, 유입구(11), 리저버(12), 리스트릭터(13) 및 진동판(16) 등이 형성될 수 있다.
이를 위하여, 한 장의 웨이퍼를 가공하는 방법을 이용할 수도 있고, 여러 장의 서브기판(미도시)을 각각 가공한 후, 이들을 적층하는 방법을 이용할 수도 있다.
기판(10)은 실리콘 재질로 이루어질 수도 있고, 스테인리스 스틸(SUS)재질로 이루어질 수도 있으며, 그 밖의 다양한 재질로 이루어질 수도 있다. 본 실시예에서는 실리콘 재질로 이루어지는 기판(10)을 제시하도록 한다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐(15)의 위치에 상응하는 부위에 오목한 홈(34)이 형성된 보호커버(30')를 기판(10)의 하면에 적층한다(S120). 이러한 보호커버(30')를 이용하여 노즐(15)이 형성된 기판(10)의 하면을 커버함으로써, 잉크젯 헤드를 제조하는 공정을 진행함에 있어 노즐(15)이 외부에 노출되어 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이러한 보호커버(30')와 기판(10) 사이의 결합이 견고하게 유지될 수 있도록 하기 위하여, 기판(10)이 실리콘(Si) 재질로 이루어지는 경우, 유리(glass) 재질의 보호커버(30')를 이용할 수 있다. 물론, 실리콘 재질의 보호커버를 이용할 수도 있으며, 기판(10)이 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 이루어지는 경우, 스테인리스 스틸 재질의 보호커버를 이용할 수도 있다.
다음으로, 기판(10)의 상면에 압전체(20)를 결합한다(S130). 압전체(20)는 압력챔버(14)의 위치에 상응하는 진동판(16)의 상면에 위치하여, 전원에 의해 진동을 발생시킬 수 있다. 즉, 압전체(20)는 공급되는 전압에 따라 진동을 발생하여 진동판(16)을 통해 압력챔버(14)에 압력을 공급할 수 있다.
이를 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상면에 전극(22)을 형성한 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극(22) 위에 압전체(20)를 결합하는 방법을 이용할 수 있다. 이처럼, 기판(10)의 상면에 전극(22)을 형성하고 그 위에 압전체(20)를 결합하는 과정에서, 보호커버(30')는 노즐(15)이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 기판(10)이 복수 개의 단위기판으로 이루어지는 경우, 즉, 웨이퍼 스케일로 잉크젯 헤드를 제조하는 경우에는, 전극(22)을 형성한 다음, 기판(10)을 각각의 단위기판으로 분할(dicing)하고, 각각의 단위기판에 압전체(20)를 결합하는 방법을 이용할 수도 있다. 이처럼 기판(10)을 분할하는 경우에도, 노즐(15)은 보호커버(30')에 의해 보호될 수 있게 된다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 보호커버(30')가 관통되도록 홈(34)이 형성된 부위를 제거한다(S140). 홈(34)이 형성된 부위를 제거하는 방법으로는, 해당 부위에 충격을 주어 깨뜨리는 방법을 이용할 수도 있고, 보호커버(30')의 하면을 에칭액에 노출시키는 방법을 이용할 수도 있다. 그 밖의 다양한 방법을 이용할 수도 있음은 물론이다. 이렇게 보호커버(30')의 홈(34)이 형성된 부분을 제거함으로써, 도 1에 도시된 보호층(30)과 동일한 구조를 형성할 수 있게 된다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 보호커버(30')가 관통된 영역을 통하여 노출되는 기판(10)의 하면에 발수층(40)을 형성한다(S150). 이러한 발수층(40)으로 인하여 노즐(15)을 통해 토출되는 잉크와 기판(10) 사이의 장력을 줄일 수 있게 되며, 그 결과 잉크의 토출이 안정적으로 구현될 수 있게 된다.
한편, 발수층(40)이 형성되는 위치를 효율적으로 제어할 수 있도록 하기 위하여, 보호커버(30')에 형성된 홈(34)의 면적을, 형성하고자 하는 발수층(40)의 면적에 상응하도록 설계할 수 있다. 즉, 홈(34)의 면적과 발수층(40)의 면적은 실질적으로 동일할 수 있다. 이를 통하여, 홈(34)이 형성된 부위를 제거한 후, 발수층(40)을 형성함에 있어, 제거되지 않은 부분이 레지스트로서의 역할을 할 수 있게 되어, 발수층(40)을 수월하게 형성할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변 경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 잉크젯 헤드의 일 실시예를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 잉크젯 헤드 제조방법의 일 실시예를 나타내는 순서도.
도 3 내지 도 7은 도 2의 잉크젯 헤드 제조방법을 나타내는 공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 11: 유입구(inlet)
12: 리저버(reservoir) 13: 리스트릭터(restrictor)
14: 압력챔버(pressure chamber) 15: 노즐(nozzle)
16: 진동판 20: 압전체
22: 전극 30: 보호층
30': 보호커버 32: 개구부
34: 홈 40: 발수층
Claims (8)
- 노즐 및 상기 노즐에 잉크를 공급하는 압력챔버가 형성된 기판;상기 기판의 상면에 결합되어 상기 압력챔버에 압력을 제공하는 압전체; 및상기 기판의 하면에 적층되며, 상기 노즐의 위치에 상응하는 개구부가 형성된 보호층을 포함하는 잉크젯 헤드.
- 제1항에 있어서,상기 개구부를 통하여 노출되는 상기 기판의 하면에는 발수층이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 제1항에 있어서,상기 기판은 실리콘(Si)을 포함하여 이루어지며,상기 보호층은 유리(glass)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 압력챔버에 제공되는 압력을 이용하여, 노즐을 통해 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드를 제조하는 방법으로서,기판을 가공하여, 상기 압력챔버 및 상기 노즐을 형성하는 단계;상기 기판의 하면에, 상기 노즐의 위치에 상응하는 부위에 오목한 홈이 형성된 보호커버를 적층하는 단계;상기 기판의 상면에 압전체를 결합하는 단계; 및상기 홈이 형성된 부위를 제거하여, 상기 보호커버를 관통시키는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 보호커버가 관통된 영역을 통하여 노출되는 상기 기판의 하면에 발수층을 형성하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 기판은 실리콘(Si)를 포함하여 이루어지며,상기 보호커버는 유리(glass)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 홈의 면적은 상기 발수층의 면적에 상응하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 기판은 복수의 단위기판으로 이루어지며,상기 보호커버를 관통시키는 단계 이전에,상기 기판을 상기 단위기판으로 분할하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 제조방법.
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