KR20110050205A - Manufacturing method for inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 잉크젯 헤드 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an inkjet head.
잉크젯 헤드는 그 내부에 압력챔버, 리저버, 댐퍼, 노즐 등 다양한 요소의 구조를 가지며, 각 요소들은 여러 층에 개별 가공되어 각각의 층을 접합하는 공정으로 제작이 완료된다. 일반적으로 진동판의 구동을 위해서는 압전체(piezoelectric material, PZT)가 사용되는데, 압전체의 양면에 전압을 인가하면 압전체 내부의 결정구조가 변화하여 압전체에 변위가 발생하게 된다. 이 변위를 이용하여 하부에 접합된 박막 구동체를 구동하게 된다.The inkjet head has a structure of various elements such as a pressure chamber, a reservoir, a damper, and a nozzle therein, and each element is individually processed into several layers to complete the manufacturing process by bonding the respective layers. In general, a piezoelectric material (PZT) is used to drive the diaphragm. When a voltage is applied to both surfaces of the piezoelectric body, the crystal structure inside the piezoelectric body changes, causing displacement of the piezoelectric body. This displacement is used to drive the thin film driver bonded to the lower portion.
매년 증가하는 잉크젯 헤드의 노즐밀도 증가와 발맞추어, 각각의 잉크 액적을 토출시키기 위한 단위 셀 간의 간격 또한 좁아져야 하며, 그러면 진동판의 두께 또한 얇아져야 할 필요가 있으며, 이를 위하여 압전체 두께도 같이 얇아져야 한다.In keeping with the increasing nozzle density of inkjet heads, which are increasing year by year, the spacing between unit cells for discharging each ink droplet must also be narrowed, and the diaphragm must be thinner, and the piezoelectric thickness must be thinner for this purpose. do.
종래기술에 따르면, 각각의 셀에 맞추어 압전체를 형성하기 위하여, 헤드 몸체의 상측에 하부전극을 증착한 후 에폭시를 이용하여 압전체를 전면 도포하고, 도포된 압전체를 블레이드 등을 이용하여 각각의 셀에 맞추어 분할하게 된다. 이 때, 하부전극이 얇은 관계로, 블레이드가 하부전극과 닿으면 진동판까지 절단되는 불량이 발생하기 때문에, 이를 방지하기 위해 압전체에 잔류층이 존재하도록 분할한다.According to the prior art, in order to form a piezoelectric body in accordance with each cell, after depositing a lower electrode on the upper side of the head body, the piezoelectric body is completely coated using epoxy, and the applied piezoelectric body is applied to each cell using a blade or the like. Will be divided accordingly. At this time, since the lower electrode is thin, a defect in which the blade is cut to the diaphragm when the blade touches the lower electrode occurs, so that the residual layer is present in the piezoelectric body to prevent this.
이러한 잔류층은 결국 이웃한 셀로 압전체의 구동력이 전달되는 크로스토크를 유발하는 원인으로 작용하게 되며, 이는 잉크의 토출 불량을 야기하게 된다.This residual layer eventually acts as a cause of crosstalk in which the driving force of the piezoelectric body is transferred to the neighboring cells, which causes a poor ejection of ink.
본 발명은 크로스토크를 방지할 수 있으며, 제조시간을 단축시킬 수 있는 잉크젯 헤드 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention provides an inkjet head manufacturing method which can prevent crosstalk and can shorten the manufacturing time.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부에 진동판이 마련된 헤드몸체를 준비하는 단계; 상기 진동판의 상면에 하부전극을 코팅하는 단계; 상기 진동판의 상측에 개방영역이 형성되도록 포토레지스트를 패터닝하는 단계; 상기 개방영역 내에 압전체를 충전하는 단계; 상기 압전체의 상면 및 상기 포토레지스트의 상면에 도전층을 코팅하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 에칭하여, 상기 포토레지스트 상의 코팅된 도전층의 일부를 제거함으로써, 상기 압전체의 상면에 상부전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the invention, the step of preparing a head body provided with a diaphragm; Coating a lower electrode on an upper surface of the diaphragm; Patterning the photoresist such that an open area is formed above the diaphragm; Filling a piezoelectric material in the open area; Coating a conductive layer on an upper surface of the piezoelectric body and an upper surface of the photoresist; And patterning an upper electrode on the upper surface of the piezoelectric material by etching the photoresist to remove a portion of the coated conductive layer on the photoresist.
여기서, 상기 상부전극을 패터닝하는 단계 이후에, 상기 헤드몸체에 잉크 주입구를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an ink injection hole in the head body after the patterning of the upper electrode.
한편, 압전체를 충전하는 단계는, 상기 개방영역 내부 및 상기 레지스트의 상면에 상기 압전체를 증착하는 단계; 및 상기 포토레지스트의 상면이 노출되도록 상기 증착된 압전체의 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.In the meantime, the filling of the piezoelectric material may include depositing the piezoelectric material in the open area and on the upper surface of the resist; And removing a portion of the deposited piezoelectric body so that the top surface of the photoresist is exposed.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 크로스토크를 방지할 수 있으며, 제조시간을 단축시킬 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, it is possible to prevent crosstalk and to shorten the manufacturing time.
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.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 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.Hereinafter, a preferred embodiment of the inkjet head manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and Duplicate explanations will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법의 각 공정을 나타내는 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an inkjet head according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 10 are views illustrating respective processes of the method of manufacturing an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부에 진동판(16)이 마련된 헤드몸체(10)를 준비한 뒤, 진동판(16)의 상면에 하부전극(20)을 코팅한다(S110). 하부전극(20)을 코팅하기 위하여, 진동판(16)의 상면에 금을 증착하는 방법을 이용할 수 있으나, 재질 및 방법이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.First, as shown in FIG. 2, after preparing the
헤드몸체(10)에는 잉크 도출을 위한 챔버(13), 리저버(11), 리스트릭터(12), 댐퍼(14), 노즐(15) 등이 형성된다. 헤드몸체(10)에 형성되는 각 구성들의 기능에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.The
챔버(13)는 잉크를 수용하며, 진동판(16)의 상면에 형성되는 압전체(도 10의 42 참조) 등을 이용한 구동부에 의해 압력이 가해지면, 수용된 잉크를 노즐(15) 방향으로 이동시켜 잉크가 토출 될 수 있도록 하는 수단이다. 이러한 챔버(13)는 하나의 잉크젯 헤드에 128개 또는 256개 등과 같이 여러 개가 병렬적으로 배치되며, 이들 각각의 챔버(13)에 압력을 제공하기 위해 구동부 역시 챔버(13)의 수만큼 구비된다.The
리저버(11)는 유입구(12) 등을 통해 외부로부터 잉크를 공급 받아 이를 저장하고, 상술한 챔버(13)에 잉크를 공급해주는 수단이다.The
리스트릭터(13)는 상술한 리저버(11)와 챔버(13)를 연통시키며, 리저버(11)와 챔버(13) 사이에서 발생하는 잉크의 흐름을 조절하는 기능을 수행하는 수단이 다. 이러한 리스트릭터(13)는 리저버(11) 및 챔버(13)보다 작은 단면적을 갖도록 형성되며, 구동부에 의해 진동판(16)이 진동하는 경우 리저버(11)로부터 챔버(13)로 공급되는 잉크의 양을 조절할 수 있다.The
노즐(15)은 챔버(13)와 연결되어 챔버(13)로부터 잉크를 공급받아 잉크를 분사하는 기능을 수행한다. 구동부에 의해 발생한 진동이 진동판을 통하여 챔버(13)에 전달되면, 챔버(13)에는 압력이 가해지고, 이 압력에 의해 노즐(15)이 잉크를 분사할 수 있게 된다.The
한편, 상술한 챔버(13)와 노즐(15) 사이에는 댐퍼(14)가 형성된다. 댐퍼(14)는 챔버(13)에서 발생된 에너지를 노즐(15) 측으로 집중시키고 급격한 압력 변화를 완충 하는 기능을 수행할 수 있다.On the other hand, a
이상에서 설명한 각각의 구성요소들을 구비하는 헤드몸체(10)는 실리콘 또는 세라믹과 같은 재질의 기판이 여러 장 적층되어 형성될 수 있으나, 한 장의 기판으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.The
그리고 나서, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부전극(20)의 상측에 개방영역(32)이 형성되도록 포토레지스트(30)를 패터닝한다(S120). 개방영역(32)은 추후 구동부로서 기능을 수행하게 될 압전체(도 10의 42 참조)가 충전되는 영역이다.Then, as shown in FIG. 3, the
다음으로, 개방영역(32) 내에 압전체(42)를 충전한다(S130). 이를 위해 스퍼터링 또는 E-빔 법 등을 이용하여, 개방영역(32) 내부 및 포토레지스트(30)의 상면에 압전체(40)를 증착한 후(도 4 참조), 포토레지스트(30)의 상면이 노출되도록 증 착된 압전체(40)의 일부를 제거 - 예를 들면 연마 - 하는 방법을 이용할 수 있다(도 5 참조). 압전체(40)의 일부를 제거하기 위하여 CMP 공정을 이용할 수 있다.Next, the
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 압전체(42)의 상면 및 포토레지스트(30)의 상면에 도전층(52)을 코팅한다(140). 이를 위해, 압전체(42)와 포토레지스트(30)의 상면에 금과 같이 상부전극(도 7의 50 참조)으로 이용될 수 있는 도전물질을 스퍼터링 등을 이용하여 증착하는 방법을 이용할 수 있다. 그러나, 도전층(52)의 재질 및 형성 방법이 이에 한정되지 않음은 물론이다.Next, as shown in FIG. 6, the
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(30)를 에칭하여 상부전극(50)을 패터닝한다(S150). 압전체(42)의 상면 및 포토레지스트(30)의 상면에 도전층(52)이 코팅된 상태에서 포토레지스트(30)를 선택적으로 에칭하게 되면, 포토레지스트(30)의 상면에 코팅되어 있던 도전층(52)의 일부는 분리되어 제거될 수 있게 된다. 즉, 리프트-오프(lift-off) 공법을 이용하여 상부전극(50)을 패터닝하는 것이다.Next, as shown in FIG. 7, the
이 때, 포토레지스트(30)는 압전체(42)와 금속 재질의 하부전극(20) 및 도전층(52) 등과 에칭액에 대한 반응성이 상이하므로, 압전체(42), 하부전극(20), 도전층(52) 등에 대한 손상 없이 포토레지스트(30)만을 선택적으로 에칭할 수 있게 된다. 그 결과, 압전체(42)의 상면에 코팅되어 있던 도전층(52)의 일부만이 잔존하게 되고, 결국 이 부분이 상부전극(50)으로서의 기능을 수행할 수 있게 된다. At this time, the
이렇게 포토레지스트(30)를 에칭하여 상부전극(50)을 패터닝한 다음, 헤드몸체(10)에 잉크 주입구(도 10의 17 참조)를 형성한다(S160). 이를 위해 헤드몸 체(10) 중 잉크 주입구(17)가 형성될 부분만이 선택적으로 개방되도록 레지스트(60)를 형성한 뒤(도 8 참조), 해당 부분의 헤드몸체(10)를 선택적으로 에칭하는 방법을 이용할 수 있다(도 9 참조). 이 후 레지스트(60)를 제거한다(도 10 참조). 이와 같이 포토레지스트(30)의 에칭을 통한 상부전극(50) 패터닝 후 주입구를 형성하게 되면, 상부전극(50) 패터닝을 위한 각종 에칭 공정 진행 중에 헤드 몸체(10) 내부로 이물질이 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.After etching the
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 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.Many embodiments other than the above-described embodiments are within the scope of the claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법을 나타내는 순서도.1 is a flow chart showing a method of manufacturing an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조방법의 각 공정을 나타내는 도면.2 to 10 is a view showing each step of the inkjet head manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 헤드몸체10: head body
16: 진동판16: diaphragm
20: 하부전극20: lower electrode
30: 포토레지스트30: photoresist
40, 42: 압전체40, 42: piezoelectric
50: 상부전극50: upper electrode
52: 도전층52: conductive layer
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