KR100773983B1 - Inkjet head and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 구조를 나타낸 종단면도.1A is a longitudinal sectional view showing the structure of an inkjet head according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1b는 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 필터부를 나타낸 횡단면도.1B is a cross-sectional view showing a filter portion of an inkjet head according to a preferred embodiment of the invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법을 나타낸 순서도.2 is a flow chart showing a method of manufacturing an inkjet head according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상부기판의 제조방법을 나타낸 순서도.Figure 3a is a flow chart showing a manufacturing method of the upper substrate of the inkjet head according to an embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 중간기판의 제조방법을 나타낸 순서도.Figure 3b is a flow chart showing a manufacturing method of the intermediate substrate of the inkjet head according to an embodiment of the present invention.
도 3c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 하부기판의 제조방법을 나타낸 순서도.Figure 3c is a flow chart showing a manufacturing method of the lower substrate of the inkjet head according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상부기판의 제조공정을 나타낸 흐름도.Figure 4a is a flow chart showing a manufacturing process of the upper substrate of the inkjet head according to an embodiment of the present invention.
도 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 중간기판의 제 조공정을 나타낸 흐름도.Figure 4b is a flow chart showing a manufacturing process of the intermediate substrate of the ink jet head according to an embodiment of the present invention.
도 4c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 하부기판의 제조공정을 나타낸 흐름도.Figure 4c is a flow chart showing a manufacturing process of the lower substrate of the inkjet head according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조공정을 나타낸 흐름도.5 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an inkjet head according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 실리콘 기판 2 : 상부기판1: silicon substrate 2: upper substrate
3 : 산화막 4 : 중간기판3: oxide film 4: intermediate substrate
5 : 포토 레지스트 6 : 하부기판5: photoresist 6: lower substrate
7 : 에칭 레지스트 10 : 압력챔버7: etching resist 10: pressure chamber
11 : 관통홀 12 : 필터부11 through
14 : 콘부 16 : 노즐14
18 : 리스트릭터 20 : 리저버18: List 20: Reservoir
22 : 잉크 유입구 24 : 압전체22: ink inlet 24: piezoelectric body
본 발명은 잉크젯 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inkjet head and a method of manufacturing the same.
잉크젯 프린팅 기술은 주로 사무자동화(OA) 분야에서 사용되어 왔고 산업용으로는 포장재 마킹(marking)이나 의류 인쇄와 같은 분야에서 주로 사용되어 왔으 나, 은 및 니켈 등의 나노 금속입자를 포함하는 기능성 잉크의 개발과 더불어 응용 가능성이 점차 확대되어, 현재에는 나노 금속입자를 포함하는 기능성 잉크를 사용하여 인쇄회로기판의 회로패턴 형성 등에 적용되고 있다.Inkjet printing technology has been used mainly in the office automation (OA) field and has been mainly used in the field of packaging marking and garment printing for industrial purposes. However, inkjet printing technology has been used in the field of functional ink including nano metal particles such as silver and nickel. With the development, the application potential is gradually expanded, and now, it is applied to the formation of circuit patterns of printed circuit boards using functional inks including nano metal particles.
최근, 잉크젯을 이용한 기술이 나날이 발전하고 있으며 전자산업에서는 액정 디스플레이의 컬러필터(color filter), 인쇄회로기판(PCB) 등의 제조공정에 잉크젯을 이용하려는 방법이 널리 연구되고 있다. 사무용 잉크젯과 달리 산업용으로 잉크젯 방법을 이용하기 위해서는, 잉크젯 헤드에 128개나 256개 등 다수로 형성된 노즐 모두가 작동해야 한다.Recently, technology using inkjets has been developed day by day, and in the electronic industry, methods for using inkjets in manufacturing processes such as color filters and printed circuit boards (PCBs) of liquid crystal displays have been widely studied. Unlike office inkjets, in order to use the inkjet method for industrial purposes, all of the nozzles formed in the inkjet head such as 128 or 256 must be operated.
일반적인 잉크젯 헤드의 구조는, 잉크를 수용하고 가압하는 압력챔버(chamber)와, 압력챔버의 일부에 연결되는 노즐(nozzle) 및 압력챔버의 다른 일부에 연결되는 리스트릭터(restrictor)와, 리스트릭터에 연결되어 압력챔버로 공급되는 잉크를 저장하는 리저버(reservoir)와, 리저버에 잉크를 공급하는 잉크 유입구(inlet)로 이루어진다.The general structure of an inkjet head includes a pressure chamber for receiving and pressurizing ink, a nozzle connected to a part of the pressure chamber, a restrictor connected to another part of the pressure chamber, and a restrictor. It is connected to the reservoir (reservoir) for storing the ink supplied to the pressure chamber and the ink inlet (inlet) for supplying ink to the reservoir.
잉크 유입구를 통해 공급되는 잉크는 리저버 및 리스트릭터를 거쳐 압력챔버로 유입되며, 압력챔버에서 가압된 잉크는 노즐을 통해 밖으로 토출되게 된다. 한편, 압력챔버에는 압전체 등의 액츄에이터(actuator)가 결합되어 압력챔버의 체적을 변화시킴으로써 압력챔버 내에 수용된 잉크가 가압될 수 있도록 한다.The ink supplied through the ink inlet is introduced into the pressure chamber through the reservoir and the restrictor, and the ink pressurized in the pressure chamber is discharged out through the nozzle. On the other hand, an actuator such as a piezoelectric body is coupled to the pressure chamber to change the volume of the pressure chamber so that the ink contained in the pressure chamber can be pressurized.
압력챔버에 연결되는 노즐은 잉크 액적이 토출되도록 하기 위해 매우 작은 단면적을 갖도록 형성되며, 이에 따라 리스트릭터 또한 노즐에 의한 잉크 유동저항에 대응하도록 작은 단면적을 갖도록 형성된다. 따라서, 이러한 구조의 잉크젯 헤 드 내에서는 먼지나 잉크 내에 응집된 불순물이 리스트릭터나 노즐 부분에서 걸림으로써 잉크의 원활한 유동을 저해하여 결국 잉크 액적의 토출불량을 야기하게 된다.The nozzles connected to the pressure chamber are formed to have a very small cross-sectional area in order to allow ink droplets to be ejected, and thus the restrictor is also formed to have a small cross-sectional area to correspond to the ink flow resistance by the nozzle. Therefore, in the inkjet head having such a structure, dust or impurities aggregated in the ink are caught in the restrictor or the nozzle portion, which hinders the smooth flow of the ink and eventually causes the ejection of the ink droplets.
통상, 잉크젯 헤드에 잉크를 공급하는 잉크 공급부에 먼지나 이물질을 사전에 제거하기 위한 필터를 달아서 필터링된 잉크를 사용하는 방법이 채용되나, 이것만으로는 먼지나 이물질 등이 완전히 제거되지 않아 완벽한 방법이 되지 못한다는 한계가 있다. 또한, 잉크젯 헤드 내에 공급된 잉크의 자체 응집으로 인하여 발생된 오염물질에 의해 전체 노즐의 토출이 불가능하게 되는 경우도 있다.In general, a method of using filtered ink by attaching a filter for removing dust or foreign matter in advance to an ink supply unit for supplying ink to the inkjet head is employed, but this is not a perfect method because dust or foreign matter is not completely removed. There is no limit. In addition, the discharge of the entire nozzle may be impossible due to the contaminants generated due to self-aggregation of the ink supplied into the inkjet head.
사무용 잉크젯 헤드와는 달리, 잉크젯 헤드가 산업용으로 활용되는 과정에서는 단 한개의 노즐이라도 불량이 되면 헤드 전체가 기능을 상실하게 된다. 따라서 먼지나 잉크 내에서 응집된 이물질에 의해 잉크젯 헤드 내의 리스트릭터나 노즐이 막히는 현상을 방지할 필요가 있다. 즉, 외부 필터 이외에 헤드 내에 자체적으로 구비된 필터링 시스템이 요구되는 실정이다.Unlike office inkjet heads, when an inkjet head is used for industrial purposes, even if only one nozzle is defective, the whole head loses its function. Therefore, it is necessary to prevent the phenomenon of the restrictor or the nozzle in the inkjet head from clogging due to dust or foreign matter aggregated in the ink. That is, in addition to the external filter, a filtering system provided in the head itself is required.
본 발명은 잉크의 응집이나 잉크에 함유된 불순물 등으로 인해 발생되는 잉크젯 헤드의 토출 불량을 개선하기 위한 잉크젯 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an inkjet head and a method of manufacturing the same for improving a discharge failure of an inkjet head caused by agglomeration of ink or impurities contained in the ink.
본 발명의 일 측면에 따르면, 잉크를 수용하며, 체적의 감소에 의해 잉크에 압력을 가하는 압력챔버와, 압력챔버의 일부에 연결되며, 잉크의 유로를 형성하는 복수의 관통홀을 포함하는 필터부와, 필터부에 연결되며, 잉크 액적이 토출되도록 하는 노즐부를 포함하는 잉크젯 헤드가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a filter portion for accommodating the ink, the pressure chamber for applying pressure to the ink by the reduction of the volume, and a plurality of through-holes connected to a portion of the pressure chamber, forming a flow path of the ink And an inkjet head connected to the filter portion and including a nozzle portion for discharging ink droplets.
압력챔버의 일면에는 멤브레인이 형성되며, 멤브레인의 구동에 의해 압력챔버의 체적이 증가 또는 감소할 수 있다. 멤브레인에 압전체가 결합되는 것이 바람직하다. 압력챔버의 다른 일부에 연결되며, 잉크가 압력챔버로 공급되도록 하는 유로를 형성하는 리스트릭터(restrictor)를 더 포함할 수 있다.A membrane is formed on one surface of the pressure chamber, and the volume of the pressure chamber may be increased or decreased by driving the membrane. It is preferable that the piezoelectric body is bonded to the membrane. It may further include a restrictor connected to the other part of the pressure chamber and forming a flow path through which ink is supplied to the pressure chamber.
관통홀의 단면은 육각형이며, 필터부는 하니콤(honeycomb) 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 관통홀은 노즐부의 단면적에 상응하는 단면적을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.The cross-section of the through hole is hexagonal, and the filter portion is preferably formed in a honeycomb structure. The through hole is preferably formed to have a cross-sectional area corresponding to the cross-sectional area of the nozzle portion.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 제1 기판에, 잉크를 수용하며 체적의 감소에 의해 잉크에 압력을 가하는 압력챔버를 형성하는 단계, (b) 제2 기판에, 압력챔버의 일부에 연결되며 잉크의 유로를 형성하는 복수의 관통홀을 포함하는 필터부를 형성하는 단계, (c) 제3 기판에, 필터부에 연결되며 잉크 액적이 토출되도록 하는 노즐부를 형성하는 단계, 및 (d) 제1 기판, 제2 기판, 제3 기판을 순차적으로 적층하여 결합하는 단계를 포함하는 잉크젯 헤드 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) forming a pressure chamber in the first substrate, the ink chamber receiving ink and pressurizing the ink by volume reduction, and (b) in the second substrate, Forming a filter part including a plurality of through holes connected to a part and forming a flow path of ink, (c) forming a nozzle part connected to the filter part and allowing ink droplets to be discharged to the third substrate; d) there is provided an inkjet head manufacturing method comprising the step of sequentially stacking and bonding a first substrate, a second substrate, and a third substrate.
단계 (a)는, (a1) 제1 실리콘층과 제2 실리콘층이 산화막을 개재하여 접합된 실리콘 기판의 제1 실리콘층에 제1 포토 레지스트를 도포하는 단계, (a2) 압력챔버가 형성될 위치에 상응하여 제1 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계, (a3) 제1 실리콘층을 에칭하여 압력챔버를 형성하는 단계, 및 (a4) 제1 실리콘층의 표면 에 잔존하는 포토 레지스트를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.Step (a) is performed by (a1) applying a first photoresist to a first silicon layer of a silicon substrate where the first silicon layer and the second silicon layer are bonded through an oxide film, and (a2) a pressure chamber is to be formed. Selectively removing the first photoresist corresponding to the position, (a3) etching the first silicon layer to form a pressure chamber, and (a4) removing the photoresist remaining on the surface of the first silicon layer. It may include a step.
실리콘 기판을 관통하는 잉크 유입구가 더 형성되며, 단계 (a1)은, 제2 실리콘층에 제2 포토 레지스트를 도포하는 단계를 더 포함하고, 단계 (a2)는, 잉크 유입구가 형성될 위치에 상응하여 제1 포토 레지스트 및 제2 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하며, 단계 (a3)은, 잉크 유입구가 형성될 위치에 상응하여 제1 실리콘층 및 제2 실리콘층을 에칭하는 단계를 더 포함하고, 단계 (a4)는, 잉크 유입구가 형성될 위치에 잔존하는 산화막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.An ink inlet penetrating through the silicon substrate is further formed, and step (a1) further includes applying a second photoresist to the second silicon layer, and step (a2) corresponds to the position where the ink inlet is to be formed. Selectively removing the first photoresist and the second photoresist, wherein step (a3) includes etching the first silicon layer and the second silicon layer corresponding to the position where the ink inlet is to be formed. Further, step (a4) may further include removing the oxide film remaining at the position where the ink inlet is to be formed.
단계 (b)는, (b1) 실리콘 기판의 일면에 제1 포토 레지스트를 도포하는 단계, (b2) 복수의 관통홀이 형성될 위치에 상응하여 제1 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계, (b3) 실리콘 기판을 건식 에칭하여 복수의 관통홀을 형성하는 단계, 및 (b4) 실리콘 기판의 표면에 잔존하는 제1 포토 레지스트를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.Step (b) comprises: (b1) applying the first photoresist to one surface of the silicon substrate, (b2) selectively removing the first photoresist corresponding to the position where the plurality of through holes are to be formed, (b3 ) Dry etching the silicon substrate to form a plurality of through holes, and (b4) removing the first photoresist remaining on the surface of the silicon substrate.
관통홀의 단면은 육각형이며, 필터부는 하니콤(honeycomb) 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 관통홀은 노즐부의 단면적에 상응하는 단면적을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.The cross-section of the through hole is hexagonal, and the filter portion is preferably formed in a honeycomb structure. The through hole is preferably formed to have a cross-sectional area corresponding to the cross-sectional area of the nozzle portion.
실리콘 기판을 관통하며, 압력챔버로 공급되는 잉크를 저장하는 리저버(reservoir)가 더 형성되며, 단계 (b2)는, 리저버가 형성될 위치에 상응하여 제1 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하며, 단계 (b3)은, 실리콘 기판을 건식 에칭하여 리저버를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 단계 (b)는 단계 (b4) 이후에, 실리콘 기판의 표면에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.A reservoir is formed which penetrates the silicon substrate and stores ink supplied to the pressure chamber, and step (b2) further comprises selectively removing the first photoresist corresponding to the position where the reservoir is to be formed. Wherein step (b3) may further comprise dry etching the silicon substrate to form a reservoir. Step (b) may further include forming an oxide film on the surface of the silicon substrate after step (b4).
실리콘 기판에는 압력챔버에 잉크가 공급되는 유로인 리스트릭터가 더 형성되며, 단계 (b)는, (b5) 실리콘 기판의 타면에 제2 포토 레지스트를 도포하는 단계, (b6) 리스트릭터가 형성될 위치에 상응하여 제2 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계, (b7) 리스트릭터가 형성될 위치에 상응하여 실리콘 기판을 에칭하는 단계, 및 (b8) 실리콘 기판의 타면에 잔존하는 제2 포토 레지스트를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The silicon substrate is further formed with a restrictor, which is a flow path through which ink is supplied to the pressure chamber, in step (b), (b5) applying a second photoresist to the other surface of the silicon substrate, and (b6) the restrictor is formed. Selectively removing the second photoresist corresponding to the position, (b7) etching the silicon substrate corresponding to the position where the restrictor is to be formed, and (b8) removing the second photoresist remaining on the other side of the silicon substrate. It may further comprise the step of removing.
노즐부는 잉크 액적이 토출되는 노즐과, 일단이 노즐에 연결되고 타단이 필터부에 연결되는 콘(cone)부로 이루어지며, 단계 (c)는, (c1) 실리콘 기판의 일면에 제1 포토 레지스트를 도포하는 단계, (c2) 노즐이 형성될 위치에 상응하여 제1 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계, (c3) 실리콘 기판을 건식 에칭하여 노즐을 형성하는 단계, 및 (c4) 실리콘 기판의 표면에 잔존하는 제1 포토 레지스트를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The nozzle part comprises a nozzle from which ink droplets are discharged, and a cone part of which one end is connected to the nozzle and the other end is connected to the filter part, and step (c) comprises: (c1) applying a first photoresist to one surface of the silicon substrate; (C2) selectively removing the first photoresist corresponding to the position where the nozzle is to be formed, (c3) dry etching the silicon substrate to form the nozzle, and (c4) a surface of the silicon substrate. And removing the remaining first photoresist.
단계 (c1) 이전에, 실리콘 기판의 표면에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 단계 (c2)는 제1 포토 레지스트가 제거된 부분의 산화막을 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하며, 단계 (c3) 이후에, 노즐이 형성된 부분의 실리콘 기판의 표면에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Prior to step (c1), further comprising forming an oxide film on the surface of the silicon substrate, and step (c2) further includes selectively removing the oxide film of the portion from which the first photoresist has been removed, After c3), the method may further include forming an oxide film on the surface of the silicon substrate in the portion where the nozzle is formed.
단계 (c)는 단계 (c4) 이후에, (c5) 실리콘 기판의 일면에 에칭 레지스트를 도포하고, 실리콘 기판의 타면에 제2 포토 레지스트를 도포하는 단계, (c6) 콘부가 형성될 위치에 상응하여 제2 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 단계, (c7) 실리콘 기판을 습식 에칭하여 콘부를 형성하는 단계, 및 (c8) 실리콘 기판의 표면에 잔존하는 제2 포토 레지스트를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.Step (c), after step (c4), (c5) applying an etching resist to one surface of the silicon substrate, and applying a second photoresist to the other surface of the silicon substrate, (c6) corresponding to the position where the cone portion is to be formed Selectively removing the second photoresist, (c7) wet etching the silicon substrate to form a cone portion, and (c8) removing the second photoresist remaining on the surface of the silicon substrate. Can be.
단계 (c6)는 제2 포토 레지스트가 제거된 부분의 산화막을 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하고, 단계 (c8) 이후에, 실리콘 기판의 표면에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Step (c6) may further include selectively removing the oxide film of the portion from which the second photoresist has been removed, and after step (c8), may further include forming an oxide film on the surface of the silicon substrate.
제1 기판, 제2 기판 및 제3 기판은 실리콘 기판을 가공하여 형성되며, 단계 (d)는 실리콘 다이렉트 본딩(silicon direct bonding)에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 단계 (d) 이후에, 압력챔버가 형성된 위치에 상응하여 제1 기판에 압전체를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.The first substrate, the second substrate and the third substrate are formed by processing a silicon substrate, and step (d) is preferably performed by silicon direct bonding. After step (d), the method may further include coupling the piezoelectric body to the first substrate corresponding to the position where the pressure chamber is formed.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
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.Hereinafter, preferred embodiments of an inkjet head and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Duplicate description thereof will be omitted.
도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 구조를 나타낸 종단면도이고, 도 1b는 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 필터부를 나타낸 횡단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 압력챔버(10), 관통홀(11), 필 터부(12), 콘부(14), 노즐(16), 리스트릭터(18), 리저버(20), 잉크 유입구(22), 압전체(24)가 도시되어 있다.1A is a longitudinal cross-sectional view illustrating a structure of an inkjet head according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a filter unit of the inkjet head according to an exemplary embodiment of the present invention. 1A and 1B, the
본 실시예에 따른 잉크젯 헤드는 압력챔버(10)로부터 가압된 잉크가 콘부(14)와 노즐(16)로 이루어지는 노즐부를 통해 토출되는 과정에서, 잉크 내에 함유된 이물질이나, 응집된 불순물이 걸러져 노즐(16)이 막히는 것을 방지하기 위해 압력챔버(10)와 노즐부 사이에 필터부(12)를 개재시킨 것을 특징으로 한다.In the inkjet head according to the present embodiment, the ink pressurized from the
즉, 체적의 감소에 의해 잉크에 압력을 가하는 압력챔버(10)의 일부에 필터부(12)가 연결되며, 필터부(12)를 경유한 잉크는 콘부(14) 및 노즐(16)을 순차적으로 거쳐 액적의 형태로 토출된다. 필터부(12)는 복수의 관통홀(11)로 구성되어 압력챔버(10)로부터 노즐(16)로 유동하는 잉크에 대해 유로를 제공하게 된다.That is, the
관통홀(11)의 단면적을 노즐(16)과 같게 형성하면, 잉크 내에 함유된 이물질 등이 노즐(16)에 걸리기 전에 관통홀(11)에서 걸리게 되므로, 잉크를 필터링하는 역할을 하게 된다. 필터부(12)는 복수의 관통홀(11)로 구성되므로, 하나의 관통홀(11)이 이물질 등에 의해 막히더라도 다른 관통홀(11)들을 통해 압력챔버(10)로부터 노즐(16)로 잉크가 원활하게 유동할 수 있다.When the cross-sectional area of the through
또한, 잉크의 성분, 점도, 잉크젯 헤드의 구동환경 등에 따라 잉크를 효과적으로 필터링할 수 있는 범위 내에서 관통홀(11)의 단면적을 노즐(16)보다 작게, 또는 크게 형성할 수 있음은 물론이다.In addition, the cross-sectional area of the through
관통홀(11)은, 후술하는 바와 같이 직진성을 갖는 에칭공정으로 형성될 수 있으며, 따라서 관통홀(11)의 단면의 형상은 원형, 타원형, 다각형 등 다양하게 형 성할 수 있다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 것과 같이 관통홀(11)의 단면의 형상을 육각형으로 하게 되면, 필터부(12)의 전체적인 형상은 하니콤 구조로 형성되어 관통홀(11)의 면적을 충분히 확보하면서도 안정된 구조로 필터부(12)를 제작할 수 있다.The through
도 1a는 압전식 잉크젯 헤드를 예로 들어 설명한 것으로, 압력챔버(10)의 일면에 압력챔버(10)의 체적을 증가 또는 감소시키도록 구동되는 멤브레인을 형성하고, 멤브레인에 압전체(24)가 결합됨으로써 압력챔버(10) 내에 수용된 잉크를 가압할 수 있다. 정전식 잉크젯 헤드의 경우에는 압력챔버(10)의 일면에 다이어프램을 형성하고 다이어프램에 대향하여 전극을 설치함으로써 압력챔버(10) 내에 수용된 잉크를 가압하여 토출되도록 할 수 있다.FIG. 1A illustrates a piezoelectric inkjet head as an example, and forms a membrane driven on one surface of the
도 1a에 도시된 것과 같이, 압력챔버(10)의 한쪽에는 필터부(12) 및 노즐부가 연결되며, 다른 한쪽에는 잉크가 압력챔버(10)로 공급되도록 하는 유로를 형성하는 리스트릭터(18)가 연결된다. 리스트릭터(18)는 압력챔버(10)에 의해 가압된 잉크가 노즐(16)쪽으로 토출되지 않고 역으로 잉크 유입구(22) 쪽으로 유동하는 것을 방지하기 위해 노즐부에 상당하는 유동저항을 제공하는 역할을 한다.As shown in FIG. 1A, the
본 실시예와 같이, 압력챔버(10)와 노즐(16) 사이에 복수의 관통홀(11)로 구성된 필터부(12)를 개재시켜 충분한 유로를 제공함과 동시에 잉크를 필터링 함으로써, 노즐(16)과 리스트릭터(18)의 저항비에 영향을 주지 않으면서도 헤드 자체 내에 형성된 필터를 통해 먼지와 같은 불순물을 필터링할 수 있게 된다. 이하, 본 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법에 대해 설명한다.As in the present embodiment, the
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상부기판, 중간기판 및 하부기판의 제조방법을 각각 나타낸 순서도이고, 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상부기판, 중간기판 및 하부기판의 제조공정을 각각 나타낸 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조공정을 나타낸 흐름도이다. 도 4a 내지 도 5를 참조하면, 실리콘 기판(1), 상부기판(2), 산화막(3), 중간기판(4), 포토 레지스트(5), 하부기판(6), 에칭 레지스트(7), 압력챔버(10), 관통홀(11), 필터부(12), 콘부(14), 노즐(16), 리스트릭터(18), 리저버(20), 잉크 유입구(22), 압전체(24)가 도시되어 있다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an inkjet head according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 3A, 3B, and 3C are upper and middle substrates and lower substrates of an inkjet head according to an exemplary embodiment of the present invention. 4A, 4B, and 4C are flow charts illustrating manufacturing processes of an upper substrate, an intermediate substrate, and a lower substrate of an inkjet head according to an exemplary embodiment of the present invention, respectively. Is a flowchart illustrating a manufacturing process of an inkjet head according to an exemplary embodiment of the present invention. 4A to 5, the
본 실시예에 따른 잉크젯 헤드 제조공정은 반도체 공정을 응용한 것으로, 실리콘 웨이퍼를 식각하여 잉크젯 헤드의 각 층을 구성하는 기판을 제작한 후, 이를 적층하여 잉크젯 헤드 구조를 제조하는 것을 특징으로 한다. 본 실시예는 총 3개의 기판, 즉 상부기판(2), 중간기판(4), 하부기판(6)을 적층하여 잉크젯 헤드 구조를 형성하고, 멤브레인 상에 압전체(24)를 결합하여 압전식 잉크젯 헤드를 제조한 사례에 대해 설명한다.The inkjet head manufacturing process according to the present embodiment is an application of a semiconductor process, and after fabricating a substrate constituting each layer of the inkjet head by etching a silicon wafer, it is characterized in that the inkjet head structure is manufactured by laminating them. In this embodiment, a total of three substrates, namely, an
먼저, 도 4a와 같이 상부기판(2)에 압력챔버(10)를 형성한다(100). 압력챔버(10)는 전술한 것과 같이, 잉크를 수용하며 체적의 감소에 의해 잉크에 압력을 가하는 헤드 구조이다.First, the
다음으로, 도 4b와 같이 중간기판(4)에 필터부(12)를 형성한다(120). 필터 부(12)는 전술한 것과 같이, 압력챔버(10)에 연결되어 노즐(16)을 향해 유동하는 잉크가 흐를 수 있도록 유로를 제공함과 동시에 잉크에 함유된 이물질 등을 필터링 하는 복수의 관통홀(11)을 포함하는 헤드 구조이다.Next, as shown in FIG. 4B, the
다음으로, 도 4c와 같이 하부기판(6)에 노즐부를 형성한다(140). 노즐부는 필터부(12)를 통과하여 필터링된 잉크가 외부로 분사되는 부분이며, 필터부(12)에 연결되는 깔때기 형상의 콘부(14)와, 콘부(14)에 연결되며 외부로 노출되는 노즐(16)로 구성된다.Next, as shown in FIG. 4C, a nozzle part is formed on the lower substrate 6 (140). The nozzle portion is a portion through which the filtered ink is injected through the
마지막으로, 하부기판(6)과 중간기판(4)과 상부기판(2)을 순차적으로 적층하여 결합한 후(170), 상부기판(2)의 압력챔버(10)에 상응하는 위치, 즉 멤브레인에 해당하는 부분에 압전체(24)를 결합하여(172) 본 실시예에 따른 압전식 잉크젯 헤드의 제조를 완료한다.Finally, after the
후술하는 것과 같이, 반도체 제조공정을 응용하여 상부기판(2), 중간기판(4), 하부기판(6)을 실리콘 기판(1)을 식각하여 제작할 경우에는, 별도의 본딩제를 사용하지 않고 고온에서 가압하여 접합하는 방식인 실리콘 다이렉트 본딩으로 각 기판을 접합하는 것이 좋다(170). 이에 따라 헤드 내부에 수용된 잉크의 물리적, 화학적 성질에 반응하지 않고 내구성이 강한 헤드 구조를 얻을 수 있다.As described later, when the
이하, 상부기판(2), 중간기판(4), 하부기판(6)의 보다 상세한 제조공정의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a more detailed manufacturing process of the
압력챔버(10)가 형성되는 상부기판(2)을 제조하기 위해서는, 2개 층의 실리콘층이 산화막(3)을 사이에 두고 접합되는 실리콘 기판(1)을 사용하는 것이 좋다. 이 경우 하나의 실리콘층은 그 일부가 식각되어 압력챔버(10)를 형성할 부분이고, 나머지 하나의 실리콘층은 압력챔버(10)의 일면을 구성하여 멤브레인의 역할을 하는 부분이므로, 압력챔버(10)를 형성할 실리콘층은 압력챔버(10)의 높이만큼의 두께에 해당하도록, 멤브레인의 역할을 하게 될 실리콘층의 두께는 멤브레인의 두께에 해당하도록 하여 실리콘 기판(1)을 제작한다.In order to manufacture the
상부기판(2)에는 압력챔버(10)와 잉크 유입구(22)가 형성될 수 있으며, 압력챔버(10)는 실리콘 기판(1)의 일부를 파냄으로써 형성되고, 잉크 유입구(22)는 실리콘 기판(1)의 다른 일부에 관통홀(11)을 천공함으로써 형성된다. 이를 위해, 도 4a의 (a)와 같이, 실리콘 기판(1)을 구성하는 2개의 실리콘층의 표면에 각각 포토 레지스트(5)를 도포한다(102). 포토 레지스트(5)는 감광성 물질을 포함하여 노광, 현상을 통해 원하는 부분만을 선택적으로 제거할 수 있는 재료이다.The
다음으로, 도 4a의 (b)와 같이, 압력챔버(10)의 높이에 해당하는 두께의 실리콘층에 도포된 포토 레지스트(5)를 노광, 현상을 통해 압력챔버(10)가 형성될 위치(9)만을 선택적으로 제거한다. 또한, 실리콘 기판(1)의 양면에 도포된 포토 레지스트(5)를 모두 노광, 현상하여 잉크 유입구(22)가 형성될 위치(21)만을 선택적으로 제거한다(104).Next, as shown in (b) of FIG. 4A, a position where the
다음으로, 도 4a의 (c)와 같이, 압력챔버(10)가 형성될 위치(9)의 실리콘층을 에칭하여 압력챔버(10)를 형성한다. 실리콘 기판의 표면에 대해 수직방향으로 식각하여 압력챔버를 형성할 경우에는 'ICP RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)'와 같이 직진성을 갖는 건식 에칭 공정을 적용하는 것이 좋 다.Next, as shown in (c) of FIG. 4A, the
상부기판(2)을 제조하기 위한 실리콘 기판(1)은 압력챔버(10)의 높이에 해당하는 두께의 실리콘층과 멤브레인의 두께에 해당하는 실리콘층이 산화막(3)을 사이에 두고 접합된 구조로 되어 있으므로, 산화막(3)에 접합되는 실리콘층의 두께를 조절함으로써 압력챔버(10)의 크기 및 멤브레인의 두께를 조절할 수 있게 된다.The
잉크 유입구(22)가 형성될 위치(21)의 실리콘층을 에칭하여 산화막(3)으로 막혀 있는 잉크 유입구(22)를 형성한다(106). 마지막으로, 도 4a의 (d)와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에 잔존하는 포토 레지스트(5)를 박리하여 제거하고, 잉크 유입구(22)에 막혀 있는 산화막(3)을 제거한다(108). 이 과정에서 압력챔버(10)의 일면, 즉 멤브레인에 접해 있는 산화막(3)도 같이 제거할 수 있다.The silicon layer at the
중간기판(4)에 형성되는 필터부(12)는 중간기판(4)을 관통하는 복수의 관통홀(11)로 구성된다. 즉, 도 4b의 (e)와 같이, 실리콘 기판(1)의 일면에 포토 레지스트(5)를 도포하고(121), 노광 및 현상하여 복수의 관통홀(11)이 형성될 위치(8)만을 선택적으로 제거한다. 한편, 중간기판(4)에는 도 4b에 도시된 것처럼 압력챔버(10)로 공급되는 잉크를 저장하는 리저버(20)가 더 형성될 수 있는데, 리저버(20) 또한 관통홀(11)과 마찬가지로 중간기판(4)을 관통하도록 천공함으로써 형성된다. 따라서, 관통홀(11)을 형성하는 공정에 병행하여, 포토 레지스트(5)를 도포하고 리저버(20)가 형성될 위치(19)만을 선택적으로 제거한다(123).The
전술한 바와 같이 관통홀(11)의 단면 형상을 육각형으로 하여 필터부(12)를 하니콤 구조로 형성하기 위해서는 포토 레지스트(5)를 하니콤 형태로 노광, 현상한 후 선택적으로 제거하는 것이 좋다. 또한, 관통홀(11)의 단면적이 노즐부의 단면적과 같도록, 또는 크거나 작도록 포토 레지스트(5)를 노광, 현상할 수 있다.As described above, in order to form the honeycomb structure of the
다음으로, 도 4b의 (f)와 같이, 실리콘 기판(1)을 에칭하여 복수의 관통홀(11) 및 리저버(20)를 형성한다(125). 관통홀(11)은 잉크를 필터링하는 역할을 하므로 미세한 관(pipe)의 형상으로 형성되며, 따라서 전술한 'ICP RIE'와 같은 직진성이 있는 건식 에칭(dry etching) 공법으로 에칭하는 것이 좋다. 전술한 것과 같이 관통홀(11) 형성 공정에 병행하여 리저버(20)도 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 4B (f), the
필터부(12)를 구성하는 복수의 관통홀(11)은 중간기판(4)을 관통하여 형성되므로, 관통홀(11)의 형상 및 길이는 중간기판(4)에 도포한 포토 레지스트(5)를 선택적으로 제거하는 형상 및 중간기판(4)의 두께를 조절함으로써 결정될 수 있다.Since the plurality of through
다음으로, 도 4b의 (g)와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에 잔존하는 포토 레지스트(5)를 제거하고(127), 도 4b의 (h)와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에 산화막(3)을 형성(wet oxidation)하여(129), 중간기판(4)의 제작을 완료한다.Next, as shown in FIG. 4B (g), the
한편, 중간기판(4)에는 리저버(20)에 연결되어 리스트릭터(18)가 형성될 수 있으며, 리스트릭터(18)는 리저버(20)에 저장된 잉크가 압력챔버(10)로 공급되도록 하는 유로에 해당할 뿐만 아니라 압력챔버(10)로부터 가압된 잉크에 대해 노즐(16)에 상당하는 유동저항을 제공하는 부분이므로 실리콘 기판(1)을 일부 에칭하여 형성된다.On the other hand, the
전술한 것과 같이 중간기판(4)을 제작하는 단계에 선행하거나, 병행하거나, 후행하여 중간기판(4)에 리스트릭터(18)를 형성하는 공정이 추가될 수 있다. 리스 트릭터(18)를 형성하기 위해서는, 도 4b의 (a)와 같이, 실리콘 기판(1)의 일부가 제거되는 쪽의 표면에 포토 레지스트(5) 도포하고(122), 도 4b의 (b)와 같이, 리스트릭터(18)가 형성될 위치(17)만을 선택적으로 제거한다(124).As described above, a process of forming the restrictor 18 on the
다음으로, 도 4b의 (c)와 같이, 포토 레지스트(5)가 제거된 부분의 실리콘 기판(1)을 에칭하여 리스트릭터(18)를 형성하고(126), 도 4b의 (d)와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에 잔존하는 포토 레지스트(5)를 제거한다(128). 리스트릭터(18)도 전술한 압력챔버(10)와 마찬가지로 실리콘 기판(1)의 표면에 대해 수직한 방향으로 형성하기 위해서는 건식 에칭 공정을 적용할 수 있다.Next, as shown in FIG. 4B (c), the
전술한 복수의 관통홀(11) 및 리저버(20)는 중간기판(4)을 관통하여 형성되는 구조물이므로, 이러한 구조물이 형성된 후에는 실리콘 기판(1)의 양쪽면으로 관통홀(11)이 개방되게 된다. 따라서, 관통홀(11) 및 리저버(20)를 형성하기 이전에 리스트릭터(18)를 형성하는 것이 좋으며, 중간기판(4)에서 리스트릭터(18)가 형성된 면의 반대쪽 면에서 관통홀(11) 및 리저버(20) 형성 공정을 진행하는 것이 좋다.Since the plurality of through
리스트릭터(18) 형성 이후에 관통홀(11) 및 리저버(20)를 형성하기 위해서는 도 4b의 (d)와 같이 리스트릭터(18)가 형성된 면의 포토 레지스트(5)를 제거하는 공정과 병행하여 그 반대쪽 면에 포토 레지스트(5)를 도포하는 것이 좋다.In order to form the through-
하부기판(6)에는 노즐부가 형성되며, 노즐부는 잉크액적이 토출되는 노즐(16)과, 노즐(16) 및 중간기판(4)의 필터부(12) 사이에서 잉크의 유로를 형성하는 콘부(14)로 구성된다. 필터부(12)의 폭이 노즐(16)의 폭보다 크기 때문에 콘 부(14)는 필터부(12)를 통과한 잉크를 노즐(16)로 유도하는 깔때기 형상으로 형성될 수 있다.A nozzle portion is formed in the
하부기판(6)을 제조하기 위해서는, 실리콘 기판(1)의 일면에서 노즐(16)을 천공하고, 타면에서 콘부(14)를 형성하여 노즐(16)과 콘부(14)가 서로 연통되도록 한다. 노즐(16)은 단면의 형상, 직경 등 그 형상에 있어서 정밀도 및 정확성이 중요한 구조물에 해당하므로 직진성을 갖는 건식 에칭으로 형성하는 것이 좋고, 콘부(14)는 깔때기 형상으로 경사면을 갖도록 형성되어야 하므로 습식 에칭 공정을 적용하는 것이 좋으며, 따라서 실리콘 기판(1)의 양면에서 노즐(16)과 콘부(14)를 각각 형성하여 서로 연통되도록 하는 것이다.In order to manufacture the
먼저, 도 4c의 (a)와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에 산화막(SiO2)(3)을 형성하고(142), 도 4c의 (b)와 같이, 실리콘 기판(1)의 일면에 포토 레지스트(5)를 도포한 후(144), 노광, 현상하여 노즐(16)이 형성될 위치(15)의 포토 레지스트(5)를 제거하고, 도 4c의 (c)와 같이 산화막(3)을 선택적으로 제거한다(146).First, as shown in FIG. 4C (a), an oxide film (SiO 2 ) 3 is formed on the surface of the silicon substrate 1 (142), and as shown in FIG. 4C (b), one surface of the
다음으로, 도 4c의 (d)와 같이, 실리콘 기판(1)을 직진성을 갖는 건식 에칭으로 식각하여 필요한 깊이만큼의 노즐(16)을 형성한다(148). 실리콘 기판(1)의 표면에 잔존하는 포토 레지스트(5)를 제거하고(150), 건식 에칭으로 인해 산화막(3)이 증착되어 있지 않은 노즐(16)의 내주면에 산화막(3)을 형성한다(152). 산화막(3)은 후술하는 콘부(14) 형성을 위한 습식 에칭 과정에서 에칭액이 노즐(16)의 내주면에 침투함으로써 노즐(16)이 손상되는 것으로부터 노즐(16)을 보호하는 역할 을 한다.Next, as shown in FIG. 4C (d), the
다음으로, 노즐(16)이 형성된 쪽의 반대쪽 면에서 콘부(14)가 형성되므로, 도 4c의 (e)와 같이, 노즐(16)이 형성된 쪽의 반대쪽 표면에 포토레지스트(5)를 도포하고(154), 노광, 현상하여 도 4c의 (f)와 같이 콘부(14)가 형성될 위치(13)를 선택적으로 제거한 후, 도 4c의 (g)와 같이 해당 부분의 산화막도 선택적으로 제거한다(156). 이 과정에서 실리콘 기판(1)의 노즐(16)이 형성된 쪽의 표면에는 에칭 레지스트(7)를 도포하여, 콘부(14) 형성을 위한 습식 에칭 과정에서 반대쪽면에 불필요한 에칭이 되지 않도록 한다.Next, since the
다음으로, 도 4c의 (h)와 같이, 실리콘 기판(1)을 습식 에칭(wet etching)하여 콘부(14)를 형성한다(158). 습식 에칭은 에칭액(etchant)과 실리콘과의 화학반응에 의해 실리콘 기판(1)을 식각하는 과정이므로, 실리콘의 분자배열 각도에 의해 도 4c에 도시된 것과 같이 소정의 경사각을 갖도록 실리콘 기판(1)이 식각된다. 이와 같이 습식 에칭에 의해 콘부(14)를 형성하여 실리콘 기판(1)의 반대쪽 면에 형성되어 있는 노즐(16)과 연통시킨다. 이로써 콘부(14)와 그에 연결된 노즐(16)에 의해 하부기판(6)을 관통하는 노즐부가 형성된다.Next, as shown in FIG. 4C (h), the
다음으로, 도 4c의 (i)와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에 잔존하는 포토 레지스트(5) 및 산화막(3)을 제거하고(160), 도 4c의 (j)와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면에 산화막(3)을 성장시켜(162) 하부기판(6)의 제작을 완료한다.Next, as shown in FIG. 4C (i), the
여기에서는 노즐(16)을 형성한 후 콘부(14)를 형성하여 노즐(16)과 콘부(14)를 연통시키는 공정을 예로 들어 설명하였으나, 이와 반대로 콘부(14)를 먼저 형성 하고 노즐(16)을 형성하여 노즐(16)과 콘부(14)를 연통시키는 것도 가능함은 물론이다.Here, the process of communicating the
이와 같이 상부기판(2), 중간기판(4), 하부기판(6)을 각각 제작한 후에는, 도 5의 (a)와 같이 기판들을 순차적으로 적층하고, 도 5의 (b)와 같이 실리콘 다이렉트 본딩에 의해 접합한 후, 도 5의 (c)와 같이 압력챔버(10)의 위치에 상응하는 상부기판(2)의 표면, 즉 멤브레인상에 압전체(24)를 결합한다. 이로써 압전식 잉크젯 헤드가 제조될 수 있다.After fabricating the
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.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 잉크젯 헤드의 노즐부에 노즐의 단면적에 상당하는 단면적을 갖는 복수의 관통홀을 자체적으로 구비하여 먼지나 잉크 내에서 응집된 이물질 등을 필터링함으로써, 잉크젯 헤드의 노즐이 막히는 현상을 방지하고, 산업용 잉크젯 헤드의 수명을 연장하며, 안정적인 토출 성능을 확보할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention as described above, by providing a plurality of through-holes having a cross-sectional area corresponding to the cross-sectional area of the nozzle in the nozzle portion of the inkjet head by itself to filter dust or foreign matter aggregated in the ink, The nozzle of the inkjet head can be prevented from clogging, the life of the industrial inkjet head can be extended, and stable discharge performance can be ensured.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020060057684A KR100773983B1 (en) | 2006-06-26 | 2006-06-26 | Inkjet head and manufacturing method thereof |
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