KR20090062012A

KR20090062012A - 잉크젯 헤드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090062012A
Application number: KR1020070129082A
Authority: KR
Inventors: 박성준; 박병하; 심동식; 민혜영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-06-17
Also published as: JP2009143228A; US20090153623A1; EP2070703A1; CN101456283A

Abstract

잉크젯헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 잉크젯헤드는 기판, 기판 상부에 잉크챔버를 형성하는 챔버와, 기판과 챔버를 부착시키기 위한 접착부를 구비하며, 접착부는 페놀계 감광성수지로 이루어져 있다.

Description

잉크젯 헤드 및 그 제조방법{Inkjet head and method for manufacturing the same}

본 발명은 잉크젯 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버블젯 방식의 잉크제헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 잉크젯화상형성장치의 잉크 토출방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 기포(버블)를 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 전기-열 변환방식(electro-thermal transducer, 버블젯 방식)과, 압전체를 이용하여 압전체의 변형으로 인해 생기는 잉크의 체적 변화에 의해 잉크를 토출시키는 전기-기계 변환 방식(electro-mechanical transducer)이 있다.

전기-열 변환방식은 열이 히터와 접촉하고 있는 잉크로 전달되어 수용성잉크가 비등점 이상으로 온도가 급격히 상승하게 된다. 잉크의 온도가 비등점 이상으로 상승하게 되면 기포가 형성되고, 형성된 기포는 주변의 잉크에 압력을 가한다. 압력을 받은 잉크는 대기압과의 압력차이로 인해 노즐을 통해 토출된다. 이때 토출되는 잉크는 잉크 고유의 표면에너지를 최소화하기 위해 잉크방울을 형성하면서 지면으로 토출된다, 이런 과정을 컴퓨터를 이용해서 필요할 때마다 작동시키는 방 식을 드롭-온- 디맨드(Drop-on-demand)방식이라고 한다.

이러한 전기-열 변환방식은 열에너지에 의해 발생되는 잉크방울의 압력으로 인한 연속적인 충격 때문에 내구성에 문제가 있으며, 잉크방울의 크기를 조절하기 어렵고, 속도의 증가에도 한계가 있다.

근래에는, 고속화 및 고집적화의 경향으로 개발방향이 진행됨에 따라 용지의 폭에 해당하는 잉크젯헤드를 구비하는 어레이헤드 또는 라인헤드방식이 개발되고 있다.

전기-기계 변환방식은 헤드의 챔버에 압력을 가할 수 있도록 다이아프램에 압전물질을 부착하여 전압이 인가되면 힘을 발생시키는 압전특성을 이용하여 챔버에 압력을 제공하여 잉크를 밀어내는 방식으로, 인가되는 전압에 따라 힘을 발생시켜 챔버 내에 압력을 전달하는 방식으로 속도측면에서 성능이 우수하다.

전기-열변환방식의 잉크젯헤드는 열을 발생시키는 히터와 잉크를 공급하는 매니폴드가 마련되어 있는 기판, 히터를 둘러쌓아 토출될 잉크를 일시적으로 저장하는 잉크챔버를 형성하는 챔버와, 챔버의 상측에 마련되어, 잉크가 토출되는 노즐이 마련된 노즐판이 결합되어 이루어진다. 이때, 챔버는 접착층(glue layer)을 이용하여 기판에 부착된다.

이러한 접착층은 레진(resin)계열의 물질이며, 비감광성일 경우 건식 또는 습식 에칭으로 패터닝하여 형성된다. 접착층은 그 일부가 잉크챔버 내에 저장된 잉크와 접촉하고 있는 경우에 장기간 잉크와 접촉하여도 반응이 일어나지 않아야 하므로 내화학성이 높아야 한다.

그런데, 이러한 비감광성 접착층은 포토리소그래피공정을 이용하는 경우에, 포토레지스트를 이용하여 패터닝하여야 한다. 따라서, 기판 위에 접착층을 증착하고, 그 위에 포토레지스트를 적층한 다음, 그 위에 원하는 모양이 패터닝된 포토마스크를 올려놓고 광(자외선)을 조사하여, 포토레지스트를 포토마스크의 패턴대로 잠재적인 패터닝을 한다. 그런 다음, 에칭용액으로 포토레지스트를 현상한 후, 접착층을 에칭하여 접착층을 원하는 모양으로 패터닝한다. 따라서, 비감광성 접착층을 이용하는 경우에 포토레지스트를 사용하는 공정이 더 필요하다.

또한, 접착층의 일부가 잉크챔버 내에서 잉크와 접촉하고 있는 경우에, 잉크와 반응이 일어나지 않아야 하는 화학적특성을 가지는 접착층이 사용되어야 하므로, 접착층의 재료가 한정적일 수밖에 없다.

본 발명은 감광성물질을 사용하여 제조공정을 줄일 수 있으며, 잉크와 접촉되지 않도록 형성된 접착층을 구비하는 잉크젯헤드 및 그 제조방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 잉크젯헤드는

기판;

상기 기판 상부에 잉크챔버를 형성하는 챔버;와

상기 기판과 챔버를 부착시키기 위한 접착부를 구비하며, 상기 접착부는 페놀계 감광성수지이다.

본 발명에 따르면, 상기 페놀계 감광수지는 네가티브 감광성수지이다.

본 발명에 따르면, 상기 접착부의 접착력은 40gf 이상이다.

본 발명에 따르면, 상기 접착부는 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크와 접촉하지 않는다.

본 발명의 다른 특징에 따른 잉크젯헤드제조방법은

(a) 기판 위에 적어도 하나의 열원과 전극을 형성하는 단계;

(b) 상기 기판 위에 폐놀계 감광성수지로 이루어진 접착부를 형성하는 단계;

(c) 상기 접착부가 잉크와 접촉하지 않도록 상기 접착부 위에 토출될 잉크를 일시적으로 수용하는 잉크챔버를 형성하는 챔버를 형성하는 단계;와

(d) 상기 챔버 위에 적어도 하나의 노즐이 형성된 노즐판을 형성하는 단계; 를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 접착부는 포토레지스트공정에 의해 형성된다.

본 발명에 따르면, 상기 접착부의 접착력은 40Kgf 이상이다.

본 발명에 따르면, 상기 챔버를 형성하는 단계는 상기 접촉부가 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크와 접촉되지 않도록 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯헤드 및 그 제조방법은

첫째, 접착부가 챔버에 둘러싸여 잉크챔버 내에 수용된 잉크와 접촉하지 않으므로 부식이 발생되지 않아 수명의 신뢰성이 확보되며,

둘째, 접착부는 페놀계 감광성수지를 이루어져 있어, 포토마스크를 사용하지 않고 포토리소그래피공정을 수행할 수 있어 공정을 줄일 수 있어 경제적이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯헤드를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯헤드의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.

도 9를 참조하면, 기판(100)에는 챔버(430)에 잉크(700)를 공급할 수 있도록 매니폴드(170)와 트렌치(160)가 관통되도록 형성되어 있으며, 상기 기판(100)위에는 산화막(110)이 형성되어 있고, 상기 산화막(110)위에는 잉크에 열을 가하여 버블(bubble)형성하기 위한 열원(120)이 형성되어 있고, 상기 열원(120)의 상측에는 상기 열원(120)에 전류를 공급하기 위한 전극(130)이 마련되어 있다. 상기 전극(130)은 상기 잉크챔버(440)에 저장된 잉크와 접촉되어 부식되는 것을 방지하기 위하여 보호층에 의하여 잉크와 접촉되지 않도록 격리되어 있다. 도면부호 140은 패시베이션층(passivation layer)이고, 도면부호150은 안티 캐비테이션층(anti-cavitation layer)이다.

상기 기판(100)의 상측에는 상기 잉크챔버(440)를 형성하는 챔버(430)가 마련되어 있으며, 상기 챔버(430)는 접착부(230)에 의하여 상기 기판(100)의 상측, 정확하게는 상기 패시베이션층(140)에 부착된다. 상기 접착부(230)는 상기 챔버(430)에 둘러싸여 있어, 외부로 노출되지 않도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 접착부(230)는 상기 잉크챔버(440)에 저장되는 잉크와 접촉되지 않는다. 그러므로, 상기 접착부(230)가 상기 잉크챔버(440)에 저장된 잉크와 화학적 반응이 일어나는 것이 차단될 수 있다.

상기 챔버(430)의 상측에는 잉크를 외부로 토출하는 복수의 노즐(610)(620)이 마련된 노즐판(600)이 상기 잉크챔버(440)의 상측을 덮도록 마련되어 있다. 상기 복수의 노즐(610)(620)은 상기 열원(120)에 각각 동일 축 선상에 놓이도록 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯헤드를 제조하기 위한 방법을 도면들 참조하여 제조순서대로 설명한다.

도 1을 참조하면, Si로 이루어진 기판(100)위에 소정두께로 SiO₂로 이루어진 산화막(110)을 형성한다. 상기 산화막(110)위에는 잉크에 열을 가하도록 TaN으로 이루어진 적어도 하나의 열원(120)을 소정간격 이격되도록 설치한다. 상기 열원(120)의 상측에는 전원을 제공하도록 Al으로 이루어진 적어도 하나의 전극(120)을 설치한다. 상기 산화막(110), 열원(120) 및 전극(130)위에는 소정두께로 SiN으로 이루어진 패시베이션층(140)을 적층한다. 상기 패시베이션층(140)중 상기 열원(120)에 직접 대면하는 부분의 상측에는 소정두께로 Ta이루어진 안티 캐비테이션층(150)을 적층한다.

상기 열원(120), 전극(130), 패시베이션층(140) 및 안티 캐비테이션층(150)은 포토리소그래피공정(photolithography process)을 이용하여 형성된다. 포토리소그래피공정은 공지기술로 당업자가 용이하게 실시 가능하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 상기 패시베이션층(140) 및 안티 캐비테이션층(150)을 덮도록 2 ~ 3㎛ 두께로 접착층(200)을 적층한다. 그런 다음, 상기 접착층(200)위에 접착부(230, 도3참조)를 형성하기 위한 차단부(310)가 패터닝된 포토마스크(300)를 씌운 다음, 그 상측에서 광(자외선)을 조사한다.

광은 상기 차단부(310)를 통과하지 못하지만, 그 나머지부분을 통과한다. 이때, 상기 접착층(200)은 상기 차단부(310)에 의하여 광이 통과하지 못하는 부 분(210)과 광이 통과한 부분(220)으로 구획된다.

그런 다음, 상기 기판(100)을 소정용액에 넣으면, 상기 접착층(200)은 네가티브 감광성물질로 이루어져 있기 때문에, 상기 광이 통과한 부분(220)은 식각되지만, 상기 광이 통과하지 못한 부분(210)은 식각되지 않고 남아 접착부(230, 도3참조)가 된다.

상기 접착층(200)은 폐놀계(Phenolic)물질로 이루어진 것이 바람직하다. 바람직하게는 일본 JSR사의 WPR-1201이 적용될 수 있다. 이 물질은 폐놀계 감광성수지로 포토리소그래피공정에 직접 이용될 수 있어, 그렇지 않은 다른 물질과 비교하여 포토레지스트(photoresist)를 사용하는 공정이 필요 없어 제작공정이 간단해질 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 적어도 하나의 접착부(230)가 형성된 기판(100)위에 10 ~ 15㎛ 두께로 챔버층(400)을 적층한다. 그런 다음, 상기 챔버층(400)위에 챔버(430)를 형성하기 위한 차단부(330)가 패터닝된 포토마스크(320)를 씌운 다음, 그 상측에서 광(자외선)을 조사한다.

광은 상기 차단부(330)를 통과하지 못하지만, 그 나머지부분을 통과한다. 이때, 상기 챔버층(400)은 상기 차단부(330)에 의하여 광이 통과하지 못하는 부분(410)과 광이 통과한 부분(420)으로 구획된다.

그런 다음, 상기 기판(100)을 소정용액에 넣으면, 상기 챔버층(400)은 네가티브 감광성물질로 이루어져 있기 때문에, 상기 광이 통과한 부분(420)은 식각되지만, 상기 광이 통과하지 못한 부분(410)은 식각되지 않고 남아 챔버(430)가 된다.

이때, 상기 접착부(230)는 상기 챔버(430)에 의하여 그 둘레가 둘러 쌓여 있어 외부에 노출되지 않는다. 따라서, 상기 접착부(230)는 잉크와 접촉되지 않게 되므로 그로 인한 부식 등의 영향을 받지 않는다.

상기 접착부(230)의 접착력을 알아보기 위하여 다음과 같은 시편을 이용하여 실험을 하였다.

도 10은 접착부의 접착력을 실험하기 위한 실험방법을 설명하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 기판(10)위에 가로, 세로 및 두께가 각각 100㎛× 40㎛× 15㎛인 접착시편(20)을 부착시킨다. 상기 접착시편(20)의 옆에 이에 힘을 가하기 위한 가압도구(30)를 위치시킨다. 상기 기판(10)은 상기 접착부(230)가 위치되는 곳과 동일한 조건으로 이루어지는 것이 바람직하다.

화살표방향으로 상기 가압도구(30)를 밀어 상기 접착시편(20)에 힘을 가하여, 상기 접착시편(20)이 상기 베이스(10)로부터 이격될 때의 상기 가압도구(30)에 가해지는 힘을 측정한다.

그 결과가 다음 표1에 정리되어 있다.

[표 1]

횟수	접착력(Kgf)
1	41.2
2	40.3
3	40.1
4	40.3
5	40.6
6	40.1
7	41.3
8	40.1
9	38.5
10	40.4
평균	40.29

상기 접착시편(20)의 접착력은 40Kgf 이상인 것을 알 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 패시베이션층(140), 산화막(110) 및 기판(100)의 일부를 제거하여 트렌치(160)를 형성한다. 상기 트렌치(160)는 챔버 내에 잉크를 공급하기 위한 잉크유로의 일부분으로 이용된다.

도 6을 참조하면, 상기 기판(100)위에 Odur과 같은 희생층(500)을 상기 챔버(430)의 높이와 동일하게 되도록 적층한다.

도 7을 참조하면, 상기 희생층(500)위에 잉크를 토출하기 위한 통로인 적어도 하나의 노즐(610)이 형성된 노즐판(600)을 적층한다.

도 8을 참조하면, 상기 기판(100)에는 그 하측으로부터 상기 희생층(500)까지 연통될 수 있도록 매니폴드(170)를 형성한다.

도 9를 참조하면, 상기 희생층(500)을 제거한다. 상기 희생층(500)이 제거던 부분은 토출될 잉크가 일시적으로 저장되는 잉크챔버(440)가 된다. 따라서, 잉크는 상기 매니폴드(170) 및 트렌치(160)를 통하여 상기 잉크챔버(440)에 유입된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯헤드를 제조하는 방법을 도시한 도면이고,

도 10은 접착부의 접착력을 실험하기 위한 실험방법을 설명하는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...기판 120...열원

130...전극 140...패시베이션층

150...안티 캐비테이션층 230...접착부

430...챔버 440...잉크챔버

600...노즐판 610,620...노즐

Claims

기판;

상기 기판 상부에 잉크챔버를 형성하는 챔버;와

상기 기판과 챔버를 부착시키기 위한 접착부를 구비하며, 상기 접착부는 페놀계 감광성수지인 잉크젯 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 페놀계 감광수지는 네가티브 감광성수지인 잉크젯헤드.
제 1항에 있어서,

상기 접착부의 접착력은 40gf 이상인 잉크젯 헤드.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 접착부는 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크와 접촉하지 않는 잉크젯 헤드.
(a) 기판 위에 적어도 하나의 열원과 전극을 형성하는 단계;

(b) 상기 기판 위에 폐놀계 감광성수지로 이루어진 접착부를 형성하는 단계;

(c) 상기 접착부가 잉크와 접촉하지 않도록 상기 접착부 위에 토출될 잉크를 일시적으로 수용하는 잉크챔버를 형성하는 챔버를 형성하는 단계;와

(d) 상기 챔버 위에 적어도 하나의 노즐이 형성된 노즐판을 형성하는 단계;를 포함하는 잉크젯헤드제조방법.
제 5항에 있어서,

상기 접착부는 포토레지스트공정에 의해 형성되는 잉크젯헤드제조방법.
제 6항에 있어서,

상기 접착부의 접착력은 40Kgf 이상인 잉크젯헤드제조방법.
제 5항에 있어서,

상기 챔버를 형성하는 단계는

상기 접촉부가 상기 잉크챔버 내에 수용된 잉크와 접촉되지 않도록 형성되는 잉크젯헤드제조방법.