KR20120012160A - 잉크젯 헤드 어셈블리 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크젯 헤드 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리는 내부에 잉크 유로가 형성되며 상부에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 액추에이터가 형성된 잉크젯 헤드 플레이트, 상기 액추에이터에 전압을 인가하기 위한 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB), 상기 액추에이터와 상기 플렉서블 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하도록 제공되고 상기 액추에이터와 접합하는 제1 접합부보다 상기 플렉서블 인쇄회로기판과 접합하는 제2 접합부가 상기 잉크젯 헤드 플레이트의 폭방향에서 내측에 형성되는 중간 기판을 포함할 수 있다.

Description

잉크젯 헤드 어셈블리 및 그 제조방법 {Inkjet head assembly and method for manufacturing the same}
본 발명은 잉크젯 헤드 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잉크젯 헤드의 구동을 위하여 압전 액추에이터에 전압을 인가하는 FPCB의 연결 구조를 개선하여 잉크젯 헤드의 폭을 감소시킴으로써, 잉크젯 헤드의 생산성이 향상된 잉크젯 헤드 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는 전기신호를 물리적인 힘으로 변환하여 작은 노즐을 통하여 잉크가 액적(droplet)의 형태로 토출되도록 하는 구조체이다. 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.
압전 방식의 잉크젯 헤드를 구동하기 위해서는 액추에이터에 전기적 신호를 인가하여야 하는데, 일반적으로 액추에이터에 플렉서블 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)을 연결하고 이를 잉크젯 헤드 구동 드라이버로 연결함으로써 액추에이터에 전압을 인가하고 있다.
일반적으로, 액추에이터의 외측에 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하기 위한 잉크 탱크가 배치되기 때문에, 액추에이터에 FPCB의 연결시 FPCB가 액추에이터 연결부에서 상기 잉크 탱크의 상부로 굴곡되기 위한 공간을 필요로 하게 된다. 이는 잉크젯 헤드의 폭을 증가시키게 되고, 웨이퍼레벨로 제조되는 잉크젯 헤드에 있어서 하나의 웨이퍼에 제조 가능한 잉크젯 헤드의 수가 감소하게 되며, 이는 가공 수율의 하락 및 제조 원가의 상승 등 생산성의 저하로 이어진다는 문제점이 있다.
또한, FPCB의 휨 변형으로 인해 FPCB에 가해지는 물리적인 스트레스가 증가하며, FPCB의 탄성으로 인해 액추에이터와의 접합부에서 전기적으로 단락되는 등 접합 불량이 발생한다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 잉크젯 헤드와 FPCB의 연결 구조를 개선함으로써, 잉크젯 헤드의 전체 폭을 감소시키고 하나의 웨이퍼에 제조가능한 잉크젯 헤드의 수가 증가하여 가공 수율의 상승 및 제조 원가의 절감 등 생산성이 향상된 잉크젯 헤드 어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 잉크젯 헤드에 FPCB의 연결시 FPCB에 가해지는 물리적인 스트레스를 경감하고 FPCB의 접합 특성을 개선하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리는 내부에 잉크 유로가 형성되며 상부에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 액추에이터가 형성된 잉크젯 헤드 플레이트, 상기 액추에이터에 전압을 인가하기 위한 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB), 상기 액추에이터와 상기 플렉서블 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하도록 제공되고 상기 액추에이터와 접합하는 제1 접합부보다 상기 플렉서블 인쇄회로기판과 접합하는 제2 접합부가 상기 잉크젯 헤드 플레이트의 폭방향에서 내측에 형성되는 중간 기판을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리에 있어서, 상기 중간 기판에는 상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부를 연결하는 도체 패턴이 형성될 수 있다.
이때, 상기 도체 패턴의 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부에 대응하는 위치에 제1 단자 전극 및 제2 단자 전극이 각각 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리에 있어서, 상기 중간 기판은 상기 중간 기판의 일면에 형성되는 배선 패턴, 및 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부 중 어느 하나에서 상기 중간 기판을 관통하도록 형성되며 상기 배선 패턴과 연결되는 비아 도체를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리에 있어서, 상기 중간 기판의 하부에는 상기 액추에이터의 진동 공간을 확보하도록 캐비티가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리에 있어서, 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부는 ACF(anisotrofic conductive film)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리에 있어서, 상기 중간 기판은 FR-4(글라스 에폭시) 기판일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 제조하는 방법은, 내부에 잉크 유로가 형성되고 상부에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 액추에이터가 형성된 잉크젯 헤드 플레이트를 준비하는 단계, 상기 액추에이터에 전압을 인가하기 위한 플렉서블 인쇄회로기판을 준비하는 단계, 상기 액추에이터와 상기 플렉서블 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하도록 중간 기판에 도체 패턴을 형성하는 단계, 상기 액추에이터의 상부에 제1 접합부를 형성하고 상기 제1 접합부와 상기 중간 기판의 하부를 접합하는 단계, 상기 중간 기판의 상부에 상기 제1 접합부보다 상기 잉크젯 헤드 플레이트의 폭방향에서 내측으로 제2 접합부를 형성하는 단계, 및 상기 제2 접합부에 상기 플렉서블 인쇄회로기판을 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법에 있어서, 상기 중간 기판에 도체 패턴을 형성하는 단계는 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부 중 어느 하나에 대응하는 위치에 상기 중간 기판을 관통하도록 비아를 형성하는 단계, 상기 비아에 도전성 물질을 충진하여 비아 도체를 형성하는 단계, 및 상기 중간 기판의 일면에 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부 중 다른 하나와 상기 비아 도체의 일단부를 연결하는 배선 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법은, 상기 중간 기판의 하부에 상기 액추에이터의 진동 공간을 확보하도록 캐비티를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법에 있어서, 상기 캐비티를 형성하는 단계는 식각 방법에 의해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법에 있어서, 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부는 ACF(anisotrofic conductive film)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법에 있어서, 상기 중간 기판은 FR-4(글라스 에폭시) 기판일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법에 있어서, 상기 중간 기판에 도체 패턴을 형성하는 단계는 상기 도체 패턴의 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부에 대응하는 위치에 제1 단자 전극 및 제2 단자 전극을 각각 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리 및 그 제조방법에 의하면, 잉크젯 헤드의 전체 폭이 감소하기 때문에, 하나의 웨이퍼에 제조가능한 잉크젯 헤드의 수가 증가하며, 따라서 가공 수율의 상승 및 제조 원가의 절감 등 생산성이 향상된다.
더욱이, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리는 FPCB 연결시 FPCB에 가해지는 물리적 스트레스가 경감되기 때문에, FPCB 접합 특성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 나타내는 개략 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 나타내는 개략 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리에서 중간 기판의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리 중 잉크젯 헤드 플레이트의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리 중 중간 기판의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리의 조립 방법을 나타내는 공정도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 형태에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 형태를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시 형태의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일 또는 유사한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 나타내는 개략 분해 사시도, 개략 절개 사시도, 및 개략 단면도이고 , 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리에서 중간 기판의 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리(100)는 내부에 잉크 유로가 형성된 잉크젯 헤드 플레이트(110), 잉크젯 헤드 플레이트(110)에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액추에이터(120), 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 잉크 유로에 잉크를 공급하기 위한 잉크 탱크(130), 압전 액추에이터(120)에 전압을 인가하기 위한 플렉서블 인쇄회로기판(140), 및 상기 압전 액추에이터(120)와 플렉서블 인쇄회로기판(140)의 전기적 연결을 위한 중간 기판(150)을 포함할 수 있다.
잉크젯 헤드 어셈블리(100)에서 하나의 잉크젯 헤드는 잉크젯 헤드의 성능에 따라 96개, 256개 등의 노즐을 구비하는 다수의 헤드셀이 한 세트를 이루며, 본 실시예에서, 잉크젯 헤드 어셈블리(100)는 두 세트의 잉크젯 헤드가 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 폭방향으로 배치되어 있는 구조이다.
여기서, 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 방향을 정의하면 길이방향은 다수의 헤드셀의 하나의 헤드셀에서 다른 헤드셀을 향하는 방향을 가리키고, 폭방향은 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 평면에서 상기 길이방향에 수직한 방향을 가리킨다.
잉크젯 헤드 플레이트(110)는 잉크가 유입되는 잉크 유입구(111), 잉크 유입구(111)로 유입되는 잉크를 각 헤드셀의 잉크 유로로 이송하는 매니폴드(112), 압전 액추에이터(120)가 장착되는 위치의 하부에 마련되는 다수의 압력 챔버(114), 및 잉크를 토출하는 다수의 노즐(116)을 포함할 수 있다. 매니폴드(112)와 압력 챔버(114) 사이에는 잉크가 토출될 때 압력 챔버(114)의 잉크가 매니폴드(112)로 역류하는 것을 억제하기 위하여 다수의 리스트릭터(113)가 형성될 수 있다. 또한, 압력 챔버(114)와 노즐(116)은 다수의 댐퍼(115)에 의해 연결될 수 있다.
잉크젯 헤드 플레이트(110)는 상기한 잉크 유로를 형성하는 구성요소들을 상부 기판 및 하부 기판에 적절하게 형성하여 상부 기판 및 하부 기판을 실리콘 직접 접합(SDB) 등의 방식으로 접합하여 형성할 수 있다. 이때, 상부 기판은 단결정 실리콘 기판이나 SOI 기판일 수 있으며, 하부 기판은 SOI 기판으로 이루어질 수 있다. 또한, 잉크젯 헤드 플레이트(110)는 이에 한하지 않고, 더 많은 기판을 사용하여 잉크 유로를 구성할 수 있으며, 경우에 따라서는 하나의 기판으로 구현할 수도 있다. 잉크 유로를 형성하는 구성요소들 또한 예시적인 것에 불과하며, 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구성의 잉크 유로가 마련될 수 있다.
압전 액추에이터(120)는 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 압력 챔버(114)에 대응하도록 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 상부에 형성되며, 압력 챔버(114)로 유입된 잉크를 노즐(116)로 토출하기 위한 구동력을 제공한다. 예를 들어, 압전 액추에이터(120)는 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막, 및 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극을 포함하여 구성될 수 있다.
하부 전극은 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 전 표면에 형성될 수 있으며, 하나의 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으나, 티타늄(Ti)과 백금(Pt)으로 이루어진 두 개의 금속 박막층으로 구성되는 것이 바람직하다. 하부 전극은 공통 전극의 역할뿐만 아니라, 압전막과 잉크젯 헤드 플레이트(110) 사이의 상호 확산을 방지하는 확산방지층의 역할도 하게 된다. 압전막은 하부 전극 위에 형성되며, 다수의 압력 챔버(114) 각각의 상부에 위치하도록 배치된다. 이러한 압전막은 압전 물질, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 상부 전극은 압전막 위에 형성되며, Pt, Au, Ag, Ni, Ti 및 Cu 등의 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 압전 액추에이터(120)를 사용한 압전 구동 방식에 의해 잉크가 토출되는 구성을 예로서 설명하고 있지만, 잉크 토출 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 요구되는 조건에 따라 열구동 방식 등 다양한 방식으로 잉크가 토출되도록 구성될 수 있다.
잉크 탱크(130)는 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 잉크 유로에 잉크를 공급하도록 잉크 유입구(111)와 연결되며, 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 폭방향에서 상기 압전 액추에이터(120)의 외측에 배치된다.
중간 기판(150)은 압전 액추에이터(120)와 플렉서블 인쇄회로기판(140)을 전기적으로 연결하기 위한 것으로, 중간 기판(150)에는 일정한 형태의 도체 패턴이 형성되어 있다.
도 4를 참조하면, 중간 기판(150)의 하면에는 압전 액추에이터(120)와 접합하기 위한 제1 접합부(151)가 형성되고, 상면에는 플렉서블 인쇄회로기판(140)과 접합하기 위한 제2 접합부(152)가 형성된다. 상기 제2 접합부(152)는 상기 제1 접합부(151)보다 상기 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 폭방향에서 내측에 형성될 수 있다.
중간 기판(150)은 일면에 도체 패턴이 인쇄된 인쇄 회로 기판으로 이루어지며, 에폭시 수지계 기판 예를 들어 FR-4(글라스 에폭시) 기판으로 이루어질 수 있다.
중간 기판(150)에 형성되는 도체 패턴으로는, 제1 접합부(151)에서 중간 기판(150)을 관통하는 비아(153)에 충진되는 비아 도체(154)와, 중간 기판(150)의 상면에 제2 접합부(152)에서 상기 비아 도체(154)의 상단까지 형성되는 배선 패턴(155)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 비아 도체(154)의 하단은 제1 접합부(151)에, 상단은 배선 패턴(155)에 각각 연결될 수 있다.
중간 기판(150)에 비아(153)의 형성은 인쇄 회로 기판에 기계적인 드릴링 또는 레이저를 이용한 드릴링 공정을 이용할 수 있으며, 상기 비아 도체(154)는 전기 도금법(electroplating)을 통하여 비아(153)에 금속을 도금함으로써 형성될 수 있다. 여기에 사용되는 금속으로는 Pt, Au, Ag, Ni, Ti 및 Cu 등의 물질 중 어느 하나의 물질일 수 있다.
이때, 중간 기판(150)에 형성되는 도체 패턴은 제1 및 제2 접합부(151, 152)와 연결되는 부분에 전기적 연결을 확실히 하기 위하여 단자 전극을 포함할 수 있다. 즉, 제1 접합부(151)와 연결되는 상기 비아 도체(154)의 하단에 제1 단자 전극(156)이 형성되고, 제2 접합부(152)와 연결되는 상기 배선 패턴(155)의 부분에 제2 단자 전극(157)이 형성될 수 있다.
제1 접합부(151) 및 제2 접합부(152)는 전기적으로 단락이 되지 않는 수준의 접합력을 갖는 통전 매질로 이루어지며, 예를 들어 솔더볼(solder ball) 또는 솔더 범프 등의 돌기형 연결부재, ACF(Anisotrofic Conductive Film, 이방성 도전 필름)로 구성될 수 있으며, 이외에도 다양한 하중인가 통전형 매질을 이용할 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 제1 접합부(151) 및 제2 접합부(152)로 ACF를 사용하는 경우를 상정하고 있다.
제2 접합부(152)의 중간 기판(150)에의 접합시 중간 기판(150)의 상면에 형성된 배선 패턴(155)을 보호하기 위하여 상기 배선 패턴(155)의 상부에 고분자 필름(미도시)이 도포 될 수 있다.
중간 기판(150)의 하부에는 압전 액추에이터(120)의 진동 공간을 확보하도록 캐비티(158)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 캐비티(158)는 압전 액추에이터(120)의 진동시 상기 중간 기판(150)에 의해 진동이 방해받지 않도록 하기 위한 공간이다.
상기 캐비티(158)는 식각 공정을 통하여 형성될 수 있으며, 구체적으로는 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 이용한 반응성 이온 식각(RIE: Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각 방법이나, 실리콘용 에칭액(etchant)으로서, 예컨대 테트라메틸 수산화 암모늄(TMAH: Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 수산화 칼륨(KOH)을 이용한 습식 식각 방법이 이용될 수 있다.
본 실시예에서는 중간 기판(150)의 하부에 캐비티(158)가 형성되는 것을 도시하고 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 캐비티(158)가 형성되지 않을 수도 있다. 이는 압전 액추에이터(120)의 진동에 있어서, 진폭의 1/2이 제1 접합부(151)와 제1 단자 전극(156)의 두께를 합한 정도를 넘지 않기 때문이다.
FPCB(140)는 상기 제2 접합부(152)와 결합하여 중간 기판(150)에 접합되며, 이때 제2 접합부(152)가 제1 접합부(151)보다 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 폭방향에서 내측, 즉 중심부 근처에 배치되기 때문에, 제2 접합부(152)에서 압전 액추에이터(120)의 외측까지에 이르는 휨 변형 공간을 확보할 수 있다.
이로 인해, 압전 액추에이터(120)와 잉크 탱크(130)의 사이에 FPCB(140)의 굴곡을 위한 공간을 별도로 마련할 필요가 없게 되며, 잉크젯 헤드 어셈블리의 전체 폭을 약 25%정도 감소시킬 수 있다.
또한, FPCB(140)와 압전 액추에이터(120)의 사이에 중간 기판(150)이 개재되기 때문에, FPCB(140)가 잉크 탱크(130) 상부로 굴곡되는 높이가 중간 기판(150)의 두께만큼 줄어들게 된다.
따라서 FPCB(140)의 휨 변형시 FPCB(140)가 완만한 곡선으로 굴곡되어, FPCB(140)에 가해지는 물리적 스트레스가 현저하게 감소하고, FPCB(140)의 접합이 확실하게 되기 때문에, 탄성을 갖는 FPCB(140)의 특성상 제2 접합부(152)에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 상기한 구성을 가진 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
우선, 본 발명의 바람직한 제조 방법을 개략적으로 설명하면, 웨이퍼 상에 잉크 유로를 형성하여 잉크젯 헤드 플레이트를 제조하고, 기판에 도체 패턴을 형성하여 중간 기판을 제조하고, 상기 잉크젯 헤드 플레이트 상에 상기 중간 기판을 적층하여 접합하고, 상기 중간 기판에 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)을 접합함으로써 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리가 완성된다. 한편, 중간 기판과 잉크젯 헤드 플레이트를 제조하는 단계들은 순서에 관계없이 수행될 수 있다. 즉, 중간 기판과 잉크젯 헤드 플레이트 중 어느 하나가 먼저 제조될 수도 있으며, 중간 기판과 잉크젯 헤드 플레이트가 동시에 제조될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의상 잉크젯 헤드 플레이트를 제조하는 공정을 먼저 살펴보기로 한다. 또한, 잉크젯 헤드 플레이트를 제조하는 단계들은 일반적으로 하나 이상의 웨이퍼에 잉크 유로를 형성하는 단계들로, 이하에서는 설명의 편의상 잉크젯 헤드 플레이트를 제조하는 단계들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리 중 잉크젯 헤드 플레이트의 제조 방법을 나타내는 공정도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리 중 중간 기판의 제조 방법을 나타내는 공정도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리의 조립 방법을 나타내는 공정도이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 잉크젯 헤드 플레이트(110)에 잉크 유로를 형성한다. 잉크 유로의 구성요소로는 잉크가 유입되는 잉크 유입구(111), 잉크 유입구(111)로 유입되는 잉크를 각 헤드셀의 잉크 유로로 이송하는 매니폴드(112), 압전 액추에이터(120)가 장착되는 위치의 하부에 마련되는 다수의 압력 챔버(114), 및 잉크를 토출하는 다수의 노즐(116)을 포함할 수 있다. 매니폴드(112)와 압력 챔버(114) 사이에는 잉크가 토출될 때 압력 챔버(114)의 잉크가 매니폴드(112)로 역류하는 것을 억제하기 위하여 다수의 리스트릭터(113)가 형성될 수 있으며, 압력 챔버(114)와 노즐(116) 사이에는 다수의 댐퍼(115)가 형성될 수 있다.
이들 잉크 유로의 구성요소의 형성은 단결정 실리콘 기판이나 SOI 기판으로 이루어지는 잉크젯 헤드 플레이트(110)에 식각 공정을 통하여 형성될 수 있으며, 구체적으로는 ICP를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법이나, TMAH 또는 KOH를 이용한 습식 식각 방법이 이용될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 잉크 유로가 형성된 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 상부에 압전 액추에이터(120)를 형성할 수 있다. 압전 액추에이터(120)는 압력 챔버(114)에 대응하는 위치에 형성될 수 있으며, 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막, 및 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 중간 기판(150)을 형성하기 위한 기판을 준비한다. 중간 기판(150)으로는 에폭시 수지계 기판이 사용될 수 있으며, 예를 들어 FR-4 기판이 사용될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 중간 기판(150)에 비아(153)를 형성하기 위한 홀 및 캐비티(158)를 형성하기 위한 홈을 형성한다. 이는 식각 공정에 의하여 이루어질 수 있으며, 구체적으로 ICP를 이용한 반응성 이온 식각(RIE)과 같은 건식 식각 방법이나, TMAH 또는 KOH를 이용한 습식 식각 방법이 이용될 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 비아(153)에 도전성 물질을 충진하여 비아 도체(154)를 형성하고, 중간 기판(150)의 상면에 배선 패턴(155)을 형성한다. 비아 도체(154)의 형성은 전기 도금법(electroplating)을 통하여 비아(153)에 금속을 도금함으로써 수행될 수 있으며, 여기에 사용되는 금속으로는 Pt, Au, Ag, Ni, Ti 및 Cu 등의 물질 중 어느 하나의 물질일 수 있다. 또한, 배선 패턴(155)의 형성은 상기 금속 물질을 인쇄하거나 스퍼터링함으로써 수행될 수 있다.
비아 도체(154)의 하단부에는 압전 액추에이터(120)와의 접합을 확실히 하기 위하여 제1 단자 전극(156)이 형성될 수 있으며, 배선 패턴(155)의 FPCB측 단부에는 상기 FPCB(140)와의 접합을 확실히 하기 위하여 제2 단자 전극(157)이 형성될 수 있다.
또한, 중간 기판(150)의 상면에는 제2 단자 전극(157)이 형성된 부분을 제외하고 상기 배선 패턴(155)을 보호하기 위하여 고분자 필름(미도시)이 도포 될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 비아 도체(154)가 제1 접합부(151)에 연결되고 배선 패턴(155)이 제2 접합부(152)에 연결되는 것을 도시하고 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 중간 기판(150)의 하면에 제1 접합부(151)와 연결되도록 배선 패턴이 형성되고, 비아 도체가 제2 접합부(152)와 연결되도록 형성될 수도 있으며, 이외에 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리(100)의 조립 방법을 살펴보면, 도 7a에 도시된 바와 같이, 압전 액추에이터(120)의 상면에 제1 접합부(151)를 형성한다. 제1 접합부(151)는 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 폭방향에 있어서 압전 액추에이터(120)의 외측에 형성되며, 제1 단자 전극(156)상에 형성될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 접합부(151)의 위치와 중간 기판(150)의 비아 도체(154)가 형성된 위치를 얼라인하여 배치하여, 잉크젯 헤드 플레이트(110) 상에 중간 기판(150)을 결합한다. 이때 상기 제1 접합부(151)를 통한 상기 결합은 열압착을 통하여 가접합한 후, 초음파(ultrasonic)를 이용한 본접합을 함으로써 수행될 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 중간 기판(150)의 배선 패턴(155)의 일단부에 FPCB(140)와의 결합을 위한 제2 접합부(152)를 형성한다. 즉, 제2 접합부(152)는 잉크젯 헤드 플레이트(110)의 폭방향에 있어서 중심 부근에 형성되며, 상기 배선 패턴(155)의 제2 단자 전극(157)상에 형성될 수 있다.
도 7d에 도시된 바와 같이, 중간 기판(150)상에 FPCB(140)를 얼라인하여 배치하고, 상기 제2 접합부(152)를 통하여 결합한다. 이때, 상기 결합은 열압착에 의한 가접합 및 열압착에 의한 본접합을 통하여 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, 본 발명에서 잉크젯 헤드 어셈블리에서 중간 기판에 비아 도체 및 배선 패턴을 형성하는 방법은 단지 예시된 것으로서, 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 제조방법의 각 단계의 순서도 예시된 바와 달리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 잉크젯 헤드 어셈블리 110: 잉크젯 헤드 플레이트
120: 압전 액추에이터 130: 잉크 탱크
140: FPCB 150: 중간 기판
151: 제1 접합부 152: 제2 접합부
153: 비아 154: 비아 도체
155: 배선 패턴 156, 157: 제1 및 제2 단자 전극
158: 캐비티

Claims (14)

  1. 내부에 잉크 유로가 형성되며, 상부에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 액추에이터가 형성된 잉크젯 헤드 플레이트;
    상기 액추에이터에 전압을 인가하기 위한 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB);
    상기 액추에이터와 상기 플렉서블 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하도록 제공되고, 상기 액추에이터와 접합하는 제1 접합부보다 상기 플렉서블 인쇄회로기판과 접합하는 제2 접합부가 상기 잉크젯 헤드 플레이트의 폭방향에서 내측에 형성되는 중간 기판;을 포함하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 기판에는 상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부를 연결하는 도체 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도체 패턴의 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부에 대응하는 위치에 제1 단자 전극 및 제2 단자 전극이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중간 기판은
    상기 중간 기판의 일면에 형성되는 배선 패턴; 및
    상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부 중 어느 하나에서 상기 중간 기판을 관통하도록 형성되며 상기 배선 패턴과 연결되는 비아 도체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중간 기판의 하부에는 상기 액추에이터의 진동 공간을 확보하도록 캐비티가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부는 ACF(anisotrofic conductive film)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중간 기판은 FR-4(글라스 에폭시) 기판인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  8. 내부에 잉크 유로가 형성되고, 상부에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 액추에이터가 형성된 잉크젯 헤드 플레이트를 준비하는 단계;
    상기 액추에이터에 전압을 인가하기 위한 플렉서블 인쇄회로기판을 준비하는 단계;
    상기 액추에이터와 상기 플렉서블 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하도록 중간 기판에 도체 패턴을 형성하는 단계;
    상기 액추에이터의 상부에 제1 접합부를 형성하고 상기 제1 접합부와 상기 중간 기판의 하부를 접합하는 단계;
    상기 중간 기판의 상부에 상기 제1 접합부보다 상기 잉크젯 헤드 플레이트의 폭방향에서 내측으로 제2 접합부를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 접합부에 상기 플렉서블 인쇄회로기판을 접합하는 단계;
    를 포함하는 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중간 기판에 도체 패턴을 형성하는 단계는
    상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부 중 어느 하나에 대응하는 위치에 상기 중간 기판을 관통하도록 비아를 형성하는 단계;
    상기 비아에 도전성 물질을 충진하여 비아 도체를 형성하는 단계; 및
    상기 중간 기판의 일면에, 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부 중 다른 하나와 상기 비아 도체의 일단부를 연결하는 배선 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 중간 기판의 하부에 상기 액추에이터의 진동 공간을 확보하도록 캐비티를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캐비티를 형성하는 단계는 식각 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부는 ACF(anisotrofic conductive film)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 중간 기판은 FR-4(글라스 에폭시) 기판인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 중간 기판에 도체 패턴을 형성하는 단계는 상기 도체 패턴의 상기 제1 접합부 및 상기 제2 접합부에 대응하는 위치에 제1 단자 전극 및 제2 단자 전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리의 제조방법.
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