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KR20060125214A - Ink jet print head and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20060125214A
KR20060125214A KR1020050047135A KR20050047135A KR20060125214A KR 20060125214 A KR20060125214 A KR 20060125214A KR 1020050047135 A KR1020050047135 A KR 1020050047135A KR 20050047135 A KR20050047135 A KR 20050047135A KR 20060125214 A KR20060125214 A KR 20060125214A
Authority
KR
South Korea
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ink
pressure chamber
forming
substrate
nozzle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020050047135A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
송기창
김선호
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 잉크 젯 프린트 헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 두 개의 단결정 실리콘 기판에 미세 공정을 이용하여 잉크 젯 프린트 헤드를 이루는 구조물들을 일체적으로 형성한 후, 이를 접합하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an ink jet print head and a method for manufacturing the same, characterized in that the two single crystal silicon substrates are integrally formed with a structure forming the ink jet print head using a micro process, and then bonded to each other.

본 발명에 의하면, 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 공정에 있어서, 접합 공정을 단순화할 수 있으며, 상기 접합 공정에 따른 정렬 오차를 줄일 수 있어 제품 수율과 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, in the manufacturing process of the ink jet print head, the bonding process can be simplified, the alignment error caused by the bonding process can be reduced, and the product yield and performance can be improved.

Description

잉크 젯 프린트 헤드 및 그 제조방법 { Ink jet print head and fabricating method thereof }Ink jet print head and fabrication method

도 1은 종래의 압전 방식의 잉크 젯 프린트 헤드의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional piezoelectric ink jet print head.

도 2는 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 단면도.2 is a cross-sectional view of the ink jet print head of the present invention.

도 3은 압전막의 변형에 의한 압력 챔버의 부피 변화 상태를 나타낸 도면.3 is a view showing a volume change state of the pressure chamber due to the deformation of the piezoelectric film.

도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 하부 기판에 구조물을 형성하는 방법을 설명하는 단면도.4A-4I are cross-sectional views illustrating a method of forming a structure on a lower substrate of an ink jet print head of the present invention.

도 5는 이방성 에칭 용액으로 습식 식각한 경우 단결정 실리콘 기판의 (100)면과 (111)면의 상태를 설명하는 도면.FIG. 5 is a view for explaining a state of the (100) plane and the (111) plane of a single crystal silicon substrate when wet etching with an anisotropic etching solution. FIG.

도 6은 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 하부 기판의 평면도.6 is a plan view of a lower substrate of the ink jet print head of the present invention.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 상부 기판에 구조물을 형성하는 방법을 설명하는 단면도.7A to 7E are cross-sectional views illustrating a method of forming a structure on an upper substrate of an ink jet print head of the present invention.

도 8은 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 상태를 나타낸 도면.8 is a view showing a state in which the upper substrate and the lower substrate of the ink jet print head of the present invention are bonded.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 하부 기판 110 : 노즐100: lower substrate 110: nozzle

120 : 댐퍼 130 : 채널120: damper 130: channel

140 : 리저버 200 : 상부 기판140: reservoir 200: upper substrate

210 : 잉크 유입구 220 : 압력 챔버210: ink inlet 220: pressure chamber

230 : 액츄에이터 231 : 하부 전극230: actuator 231: lower electrode

233 : 압전막 235 : 상부 전극233: piezoelectric film 235: upper electrode

본 발명은 잉크 젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 단결정 실리콘 기판을 미세 가공하여 잉크 젯 프린트 헤드를 이루는 구조물들을 일체적으로 형성한 잉크 젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet print head and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an ink jet print head and a method for manufacturing the same, in which microstructures of a single crystal silicon substrate are used to form the structures forming the ink jet print head.

최근 정보화 시대의 요구에 의하여 디스플레이, 기록 매체, 통신 등 다양한 분야에서 기술이 눈부시게 발전하고 있으며 특히, 인쇄 기술의 경우 새롭고 다양한 기술이 제시되면서 빠르게 발전하고 있다.Recently, due to the demands of the information age, technology has been remarkably developed in various fields such as display, recording media, and communication. In particular, in the case of printing technology, new and various technologies are being rapidly developed.

이 중 잉크 젯 방식을 이용한 인쇄 기술은 간단한 구조와 저렴한 가격으로 가정용, 사무용 및 산업용에 널리 사용되고 있다. 상기 잉크 젯 방식은 열이나 기포 또는 압력을 이용하여 인쇄하고자 하는 위치에 잉크를 미세 구멍(Nozzle)으로 밀어 넣어 인쇄하는 방법이다.Among them, the inkjet printing technology is widely used for home, office and industrial use because of its simple structure and low price. The ink jet method is a method of printing by inserting ink into a fine nozzle (Nozzle) to the position to be printed using heat, bubbles or pressure.

잉크 젯 방식의 프린터에 있어서, 잉크 젯 프린트 헤드는 매우 중요한 부분을 이루고 있으며, 잉크 젯 프린트 헤드란 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록 용지 상의 원하는 위치에 분출시켜서 일정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이 다.In an ink jet printer, an ink jet print head is an important part, and an ink jet print head is used to print a predetermined color image by ejecting a small droplet of printing ink to a desired position on a recording sheet. Device.

이러한 잉크 젯 프린트 헤드는 잉크 분출 방식에 따라 열 구동 방식의 잉크 젯 프린트 헤드와 압전 방식의 잉크 젯 프린트 헤드로 구분할 수 있다. 여기서, 열 구동 방식의 잉크 젯 프린트 헤드는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 분출시키며, 압전 방식의 잉크 젯 프린트 헤드는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 분출시킨다.Such ink jet print heads may be classified into heat-driven ink jet print heads and piezoelectric ink jet print heads according to ink ejection methods. Here, the thermally driven ink jet print head generates a bubble in the ink by using a heat source and ejects the ink by the expansion force of the bubble, and the piezoelectric ink jet print head uses a piezoelectric material to The ink is ejected by the pressure applied to the ink by deformation.

도 1은 종래의 압전 방식 잉크 젯 프린트 헤드의 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 잉크를 분출하기 위한 노즐(10a)이 형성된 제1기판(10)과, 상기 제1기판(10) 상부에 형성되며, 제1잉크 배출구(11a)와 잉크 컨테이너(미도시)로부터 유입되는 잉크를 저장하는 리저버(reservoir)(11b)을 갖는 제2기판(11)과, 상기 제2기판(11) 상부에 형성되며, 제2잉크 배출구(12a)와 제1잉크 유입구(12b)를 갖는 제3기판(12)과, 상기 제3기판(12) 상부에 형성되며, 제3잉크 배출구(13a)와 제2잉크 유입구(13b)를 갖는 제4기판(13)과, 상기 제4기판(13) 상부에 형성되며, 상기 제3잉크 배출구(13a) 및 제2잉크 유입구(13b)와 연통되어 있고 액츄에이터(20)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 분출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하는 압력 챔버(14a)를 갖는 제5기판(14)과, 상기 제5기판(14) 상부에 형성되며 액츄에이터(20)에 의해 변형되는 진동판(15)과, 상기 진동판(15) 상부에 순차적으로 적층되어 있는 하부 전극(16), 압전막(17), 상부 전극(18)으로 구성된다. 여기서, 상기 하부 전극(16)과 압전막(17) 및 상부 전극(18)은 잉크를 분출하기 위한 구동 력을 발생시키는 액츄에이터(20)를 이룬다.1 is a cross-sectional view of a conventional piezoelectric ink jet print head. As shown in the drawing, the first substrate 10 having the nozzle 10a for ejecting ink is formed on the first substrate 10 and the first ink outlet 11a and the ink container (not shown). A second substrate 11 having a reservoir 11b for storing ink flowing from the second substrate 11 and an upper portion of the second substrate 11 and having a second ink outlet 12a and a first ink inlet A third substrate 12 having a 12b), a fourth substrate 13 formed on the third substrate 12, and having a third ink outlet 13a and a second ink inlet 13b; It is formed on the fourth substrate 13 and is in communication with the third ink outlet 13a and the second ink inlet 13b, and the volume of the ink is changed by driving the actuator 20 to thereby eject or inject ink. A fifth substrate 14 having a pressure chamber 14a for generating a pressure change for the diaphragm, and a vibration plate 15 formed on the fifth substrate 14 and deformed by the actuator 20; The lower electrode 16, the piezoelectric film 17, and the upper electrode 18 are sequentially stacked on the diaphragm 15. Here, the lower electrode 16, the piezoelectric film 17, and the upper electrode 18 form an actuator 20 for generating a driving force for ejecting ink.

이와 같이 구성된 종래의 압전 방식 잉크 젯 프린트 헤드에 있어서, 상부 전극(18)에 전압이 인가 되어 액츄에이터(20)가 구동되면, 상기 액츄에이터의 구동에 의해 진동판(15)이 변형되고 상기 진동판(15)의 변형에 의해 압력 챔버(14a)의 부피가 감소하게 된다.In the conventional piezoelectric inkjet printhead configured as described above, when a voltage is applied to the upper electrode 18 and the actuator 20 is driven, the diaphragm 15 is deformed by driving the actuator and the diaphragm 15 The volume of the pressure chamber 14a is reduced by the deformation of.

그리고, 상기 압력 챔버(14a)의 부피 감소에 따라 압력 챔버(14a) 내의 압력 이 증가하면, 상기 압력 챔버(14a) 내의 잉크는 제3잉크 분출구(13a)와 제2잉크 분출구(12a) 및 제1잉크 분출구(11a)를 따라 노즐(10a)로 이동하게 되고, 상기 노즐(10a)에서 분출된다.When the pressure in the pressure chamber 14a increases as the volume of the pressure chamber 14a decreases, the ink in the pressure chamber 14a is discharged from the third ink ejection opening 13a, the second ink ejection opening 12a, and the first ink. It moves to the nozzle 10a along the 1 ink ejection opening 11a, and is ejected from the said nozzle 10a.

상기 상부 전극(18)에 인가되는 전압을 제거하면, 상기 진동판(15)이 원래의 형태로 복원되고 상기 압력 챔버(14a)의 부피는 증가하게 된다. 그리고, 상기 압력 챔버(14a)의 부피 증가에 따라 압력 챔버(14a) 내의 압력이 감소하면, 리저버(11a)에 저장되어 있는 잉크가 제1잉크 유입구(12b) 및 제2잉크 유입구(13b)를 통하여 상기 압력 챔버(14a)로 유입되게 된다.When the voltage applied to the upper electrode 18 is removed, the diaphragm 15 is restored to its original shape and the volume of the pressure chamber 14a is increased. Then, when the pressure in the pressure chamber 14a decreases as the volume of the pressure chamber 14a increases, the ink stored in the reservoir 11a causes the first ink inlet 12b and the second ink inlet 13b to pass through. Through the pressure chamber 14a is introduced through.

이와 같은 종래의 압전 방식 잉크 젯 프린트 헤드의 제조는, 각 기판들을 따로 따로 제작한 뒤, 이들을 적층하여 서로 접합시키는 정렬 본딩(align-bonding)으로 제조하고 있다.The conventional piezoelectric ink jet print head is manufactured by alignment bonding in which each substrate is separately manufactured and then laminated and bonded to each other.

이처럼 많은 기판들을 정렬 본딩하는 경우, 각 기판들을 정렬시키는 공정이 많아져서 정렬 오차가 커지게 되는 문제점이 있으며, 정렬 오차가 커지게 되면 잉크의 흐름이 원활하지 못하게 되고 이는 프린터의 해상도를 저하시키는 문제로 연 결되게 된다.In the case of the alignment bonding of many substrates, there is a problem that the alignment error is increased due to the number of processes for aligning each substrate, and when the alignment error is increased, ink flow is not smooth and this causes a problem of lowering the resolution of the printer. Will be connected.

그리고, 각 기판들이 서로 다른 재료로 서로 다른 방법에 의해 제조되므로 인해 제조 공정이 복잡하며, 온도 변화에 의한 열팽창 계수의 차이로 인해 변형이 발생할 수 있는 문제점이 있다.In addition, since the substrates are manufactured by different methods using different materials, the manufacturing process is complicated, and deformation may occur due to a difference in thermal expansion coefficient due to temperature change.

따라서, 본 발명은 두 개의 단결정 실리콘 기판에 잉크 젯 프린트 헤드를 이루는 구조물들을 일체적으로 형성함으로써 접합 공정을 단순화하여 정렬 오차를 줄일 수 있는 잉크 젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an ink jet print head and a method of manufacturing the same, which can reduce the alignment error by simplifying the bonding process by integrally forming the structures forming the ink jet print head on two single crystal silicon substrates. .

본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 실시예는, 잉크가 유입되는 잉크 유입구가 관통되어 형성되어 있고, 분출될 잉크가 일시 저장되고 저장된 잉크가 분출될 수 있도록 압력을 가하는 압력 챔버를 구비하며, 상기 압력 챔버의 상부에 상기 잉크를 분출하기 위한 구동력을 상기 압력 챔버로 전달하는 액츄에이터가 형성된 상부 기판과, 상기 잉크 유입구를 통해 유입되는 잉크를 저장하는 리저버와, 상기 리저버로부터 상기 압력 챔버로 잉크를 공급하는 채널과, 상기 압력 챔버로부터 잉크를 노즐로 전달하는 댐퍼와, 상기 댐퍼로부터 전달받은 잉크를 분출하는 노즐이 일체적으로 형성되어 있으며, 상기 상부 기판과 접합되어 있는 하부 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.An embodiment of the ink jet print head of the present invention is formed by penetrating an ink inlet through which ink is introduced, and having a pressure chamber for temporarily storing the ink to be ejected and pressurizing the stored ink to be ejected. An upper substrate having an actuator configured to transfer a driving force for ejecting the ink to the pressure chamber, an reservoir for storing ink flowing through the ink inlet, and supplying ink from the reservoir to the pressure chamber. A channel, a damper for transferring ink from the pressure chamber to the nozzle, and a nozzle for ejecting ink delivered from the damper are integrally formed, and the lower substrate is bonded to the upper substrate.

상기 상부 기판은 단결정 실리콘 기판이며, 상기 하부 기판은 표면이 (100)면 단결정 실리콘 기판인 것을 특징으로 한다.The upper substrate is a single crystal silicon substrate, and the lower substrate is characterized in that the surface is a (100) plane single crystal silicon substrate.

상기 액츄에이터는, 상기 압력 챔버의 상부에 형성된 하부 전극과, 상기 하부 전극 상부에 형성되며 인가되는 전압에 따라 변형을 일으키는 압전막과, 상기 압전막 상부에 형성되며 상기 압전막에 전압을 인가하는 상부 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The actuator may include a lower electrode formed on an upper portion of the pressure chamber, a piezoelectric film formed on an upper portion of the lower electrode and causing deformation according to an applied voltage, and an upper portion formed on an upper portion of the piezoelectric film and applying voltage to the piezoelectric film. It is characterized by consisting of an electrode.

여기서, 상기 압전막은 PZT(Plumbum-Zirconate-Titanate)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Here, the piezoelectric film is made of PZT (Plumbum-Zirconate-Titanate).

본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 제조 방법의 실시예는, 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판을 미세 가공하여 잉크가 유입되는 잉크 유입구와, 분출될 잉크가 일시 저장되고 저장된 잉크가 분출될 수 있도록 압력을 가하는 압력 챔버를 형성하고, 상기 압력 챔버의 상부에 상기 잉크를 분출하기 위한 구동력을 상기 압력 챔버로 전달하는 액츄에이터를 형성하는 단계와, (100)면 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 하부 기판을 미세 가공하여 상기 잉크 유입구를 통해 유입되는 잉크를 저장하는 리저버와, 상기 리저버로부터 상기 압력 챔버로 잉크를 공급하는 채널과, 상기 압력 챔버로부터 잉크를 노즐로 전달하는 댐퍼와, 상기 댐퍼로부터 전달받은 잉크를 분출하는 노즐을 형성하는 단계와, 상기 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.An embodiment of the method of manufacturing an ink jet print head of the present invention includes an ink inlet through which an ink is introduced by finely processing an upper substrate made of a single crystal silicon substrate, and pressure so that the ink to be ejected is temporarily stored and the stored ink is ejected. Forming a pressure chamber to apply, and forming an actuator on the upper portion of the pressure chamber to transmit a driving force for ejecting the ink to the pressure chamber, and finely processing a lower substrate made of a (100) plane single crystal silicon substrate. A reservoir for storing ink flowing through the ink inlet, a channel for supplying ink from the reservoir to the pressure chamber, a damper for transferring ink from the pressure chamber to the nozzle, and a nozzle for ejecting ink delivered from the damper Forming an upper substrate and the lower substrate; It characterized by that.

상기 하부 기판에 댐퍼, 노즐, 채널, 리저버를 형성하는 단계는, 상기 하부 기판에 습식 식각용 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 습식 식각용 마스크층의 일부분을 에칭하여 상기 노즐과 리저버의 형성을 위한 개구부를 형성하는 단계와, 상기 노즐과 리저버의 형성을 위한 개구부에 의해 노출된 하부 기판을 이방성 에칭 용액으로 습식 식각하는 단계와, 상기 습식 식각용 마스크층을 제거한 후, 상기 하부 기판에 건식 식각용 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 건식 식각용 마스크층의 일부분을 에칭하여 상기 댐퍼의 형성을 위한 개구부를 형성하는 단계와, 상기 댐퍼의 형성을 위한 개구부에 의해 노출된 하부 기판을 RIE(Reactive Ion Etching)로 일정 깊이까지 건식 식각하는 단계와, 상기 댐퍼와 리저버를 연결하는 채널을 형성하는 단계와, 상기 댐퍼의 형성을 위한 개구부에 의해 노출된 하부 기판을 RIE(Reactive Ion Etching)로 노즐이 형성될 때까지 건식 식각하는 단계와, 상기 건식 식각용 마스크층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The forming of the damper, the nozzle, the channel, and the reservoir on the lower substrate may include forming a wet etching mask layer on the lower substrate and etching a portion of the wet etching mask layer to form the nozzle and the reservoir. Forming an opening for the substrate, wet etching the lower substrate exposed by the opening for forming the nozzle and the reservoir with an anisotropic etching solution, removing the wet etching mask layer, and then dry etching the lower substrate. Forming an opening for forming the damper by forming a mask layer for etching, etching a portion of the dry etching mask layer, and forming a lower substrate exposed by the opening for forming the damper. Dry etching to a predetermined depth with ion etching, forming a channel connecting the damper and the reservoir, and Dry etching the lower substrate exposed by the opening for forming until the nozzle is formed by Reactive Ion Etching (RIE), and removing the dry etching mask layer.

여기서, 상기 습식 식각용 마스크층은 Si3N4 또는 SiO2 를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 이방성 에칭 용액은 EDP(Ethylenediamine Pyrocatechol Water), TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide), KOH(Potassium Hydroxide) 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.Here, the wet etching mask layer is preferably using Si 3 N 4 or SiO 2 , the anisotropic etching solution is any one of EDP (Ethylenediamine Pyrocatechol Water), TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide), KOH (Potassium Hydroxide) Preference is given to using.

상기 상부 기판에 압력 챔버 및 잉크 유입구를 형성하는 단계는, 상기 상부 기판에 식각용 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 식각용 마스크층의 일부분을 에칭하여 상기 압력 챔버 및 잉크 유입구의 형성을 위한 개구부를 형성하는 단계와, 상기 압력 챔버 및 잉크 유입구의 형성을 위한 개구부에 의해 노출된 상부 기판을 식각하여 압력 챔버 및 잉크 유입구를 형성하는 단계와, 상기 식각용 마스크층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The forming of the pressure chamber and the ink inlet on the upper substrate may include forming an etching mask layer on the upper substrate and etching a portion of the etching mask layer to form an opening for forming the pressure chamber and the ink inlet. Forming a pressure chamber and an ink inlet by etching the upper substrate exposed by the opening for forming the pressure chamber and the ink inlet; and removing the etching mask layer. It is done.

상기 상부 기판과 하부 기판의 접합은 에폭시 또는 금속 솔더로 접합하는 방 식 및 실리콘 직접 접합(Silicon Direct Bonding) 방식 중 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.Bonding of the upper substrate and the lower substrate is characterized in that it is carried out by any one of the method of bonding by epoxy or metal solder and Silicon Direct Bonding.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 단면도이다.Hereinafter, an ink jet print head of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 8. 2 is a cross-sectional view of the ink jet print head of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드는 액츄에이터(230)와, 압력 챔버(220) 및 잉크 유입구(210)가 일체적으로 형성되어 있는 상부 기판(200)과, 리저버(reservoir)(140), 채널(130), 댐퍼(120) 및 노즐(110)이 일체적으로 형성되어 있는 하부 기판(100)이 접합되어 있는 구조를 가지고 있다.As shown therein, the ink jet print head of the present invention includes an actuator 230, an upper substrate 200 in which the pressure chamber 220 and the ink inlet 210 are integrally formed, and a reservoir (reservoir) ( 140, the channel 130, the damper 120, and the lower substrate 100 on which the nozzles 110 are integrally formed are bonded to each other.

상기 상부 기판(200)은 노즐(110)에서 잉크를 분출하기 위한 구동력을 발생시키는 액츄에이터(230)와, 분출될 잉크가 일시 저장되고 상기 액츄에이터(230)의 구동에 의해 저장된 잉크가 분출될 수 있도록 압력을 가하는 압력 챔버(220)와, 잉크 컨테이너(미도시)로부터 잉크가 유입되는 잉크 유입구(210)로 이루어져 있다.The upper substrate 200 may include an actuator 230 generating a driving force for ejecting ink from the nozzle 110, and the ink to be ejected may be temporarily stored, and the stored ink may be ejected by driving the actuator 230. It consists of a pressure chamber 220 for applying pressure and an ink inlet 210 through which ink is introduced from an ink container (not shown).

상기 하부 기판(100)은 상기 잉크 유입구(210)를 통해 유입되는 잉크가 저장되는 리저버(140)와, 상기 압력 챔버(220)의 압력 변화에 따라 상기 압력 챔버(220) 내의 잉크를 노즐(110)로 전달하고 급격한 압력 변화를 완충하기 위한 댐퍼(120)와, 상기 리저버(140)에 저장되어 있는 잉크를 상기 압력 챔버(220)로 공급하기 위한 채널(130)과, 상기 댐퍼(120)에서 전달하는 잉크를 분출하는 노즐(110)로 이루어져 있다.The lower substrate 100 may include a reservoir 140 in which ink flowing through the ink inlet 210 is stored, and ink in the pressure chamber 220 according to a pressure change of the pressure chamber 220. A damper 120 for transferring a pressure change and buffering a sudden pressure change, a channel 130 for supplying ink stored in the reservoir 140 to the pressure chamber 220, and the damper 120. It consists of a nozzle 110 for ejecting the ink to be delivered.

상기 액츄에이터(230)는 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(231)과, 인가되는 전압에 따라 변형되는 압전막(233)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(235)으로 이루어져 있다.The actuator 230 includes a lower electrode 231 serving as a common electrode, a piezoelectric film 233 deformed according to an applied voltage, and an upper electrode 235 serving as a driving electrode.

이와 같이 구성된 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드에 있어서, 상기 액츄에이터(230)의 상부 전극(235)에 전압이 인가되면 압전막(233)이 압전성(piezoelectric)에 의해 변형을 일으킨다.In the ink jet print head of the present invention configured as described above, when a voltage is applied to the upper electrode 235 of the actuator 230, the piezoelectric film 233 causes deformation by piezoelectricity.

여기서, 압전성이란 물질의 전기적 성질과 기계적 성질의 결합에 의해 나타나는 것으로 물질에 압력을 가해서 변형을 일으키면 전기장이 형성되어 전극을 통해 전압이 발생하는 현상 또는 압전성 물질에 전기장을 가하면 물질의 변형이 유발되는 현상을 말하는데, 여기서는 후자의 경우가 이에 해당한다.Here, piezoelectricity is represented by a combination of electrical and mechanical properties of a material, and when a deformation occurs by applying pressure to the material, an electric field is formed and a voltage is generated through the electrode, or when the electric field is applied to the piezoelectric material, deformation of the material is caused. The latter is the case here.

도 3은 압전막의 변형에 의한 압력 챔버의 부피 변화 상태를 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 상부 전극(235)에 전압을 인가하면 압전성 물질로 이루어진 압전막(233)이 변형을 일으키게 되고, 이로 인해 압력 챔버(220)의 부피가 감소하며 따라서, 상기 압력 챔버(220) 내의 압력이 증가하게 된다.3 is a view showing a volume change state of the pressure chamber due to the deformation of the piezoelectric film. As shown in the drawing, when a voltage is applied to the upper electrode 235, the piezoelectric film 233 made of a piezoelectric material causes deformation, thereby reducing the volume of the pressure chamber 220 and thus, the pressure chamber ( The pressure in 220 will increase.

상기 압력 챔버(220) 내의 압력이 증가함에 따라 발생된 에너지는 댐퍼(120)에 의해 노즐(110)로 집중되며, 상기 압력 챔버(220) 내에 채워져 있는 잉크는 댐퍼(120)를 지나 노즐(110)에서 분출되게 된다.Energy generated as the pressure in the pressure chamber 220 increases is concentrated by the damper 120 to the nozzle 110, and the ink filled in the pressure chamber 220 passes through the damper 120 and passes through the nozzle 110. )

상기 상부 전극(235)에 인가하는 전압을 제거하면, 상기 압전막(233)은 원래의 형태로 복원되고, 이로 인해 압력 챔버(220)의 부피는 증가하며 따라서, 상기 압력 챔버(220) 내의 압력은 감소하게 된다.When the voltage applied to the upper electrode 235 is removed, the piezoelectric film 233 is restored to its original shape, thereby increasing the volume of the pressure chamber 220 and thus, the pressure in the pressure chamber 220. Will decrease.

그리고, 상기 압력 챔버(220) 내의 압력이 감소하게 되면, 상기 리저버(140)에 저장되어 있는 잉크가 상기 채널(130)을 통하여 상기 압력 챔버(220)로 유입되게 된다.When the pressure in the pressure chamber 220 decreases, ink stored in the reservoir 140 flows into the pressure chamber 220 through the channel 130.

상기 채널(130)은 상기 리저버(140)로부터 압력 챔버(220)로 잉크를 공급하는 통로의 역할을 할 뿐만 아니라, 잉크가 상기 노즐(110)로부터 분출될 때 압력 챔버(220)로부터 상기 리저버(140)로 잉크가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.The channel 130 not only serves as a passage for supplying ink from the reservoir 140 to the pressure chamber 220, but also when the ink is ejected from the nozzle 110, the reservoir 130 is discharged from the pressure chamber 220. 140) prevents ink from flowing back.

도 4a 내지 도 4i 는 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 하부 기판에 구조물을 형성하는 방법을 설명하는 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 하부 기판(300) 상의 양면에 습식 식각용 마스크 층(301a)(301b)을 증착한다(도 4a). 4A to 4I are cross-sectional views illustrating a method of forming a structure on a lower substrate of the ink jet print head of the present invention. As shown in FIG. 4, first, wet etching mask layers 301a and 301b are deposited on both surfaces of the lower substrate 300 (FIG. 4A).

여기서, 상기 하부 기판(300)은 (100)면 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하며, 상기 하부 기판(300)은 200 ~ 250 ㎛ 의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 습식 식각용 마스크 층(301a)(301b)은 Si3N4 또는 SiO2 층으로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the lower substrate 300 uses a (100) plane single crystal silicon wafer, and the lower substrate 300 preferably has a thickness of 200 to 250 μm. The wet etching mask layers 301a and 301b may be formed of a Si 3 N 4 or SiO 2 layer.

이어서, 상기 하부 기판(300) 상부에 리소그라피(Lithography) 공정을 이용하여 노즐을 형성할 부분(305)과 리저버를 형성할 부분(307)에 패턴을 형성하고 건식 식각 공정을 이용하여 상기 습식 식각 마스크 층(301a)을 제거한다(도 4b).Subsequently, a pattern is formed on a portion 305 for forming a nozzle and a portion 307 for forming a reservoir using a lithography process on the lower substrate 300 and the wet etching mask using a dry etching process. The layer 301a is removed (FIG. 4B).

다음으로, 상기 노즐을 형성할 부분(305)과 리저버를 형성할 부분(307)에 이방성 에칭 용액을 이용하여 습식 식각 공정을 수행한다(도 4c). 상기 단결정 실리 콘 웨이퍼는 (100)면과 (111)면에 대한 이방성 에칭 특성을 나타내는 용액 예를 들면, EDP(Ethylenediamine Pyrocatechol Water), TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 및 KOH(Potassium Hydroxide)을 이용하여 원하는 형태와 크기의 3차원 미세 구조물을 제작할 수 있다.Next, a wet etching process is performed on the portion 305 to form the nozzle and the portion 307 to form the reservoir using an anisotropic etching solution (FIG. 4C). The single crystal silicon wafer may be prepared using a solution that exhibits anisotropic etching characteristics for the (100) and (111) planes, for example, Ethylenediamine Pyrocatechol Water (EDP), Tetramethyl Ammonium Hydroxide (TMAH), and Potassium Hydroxide (KOH). Three-dimensional microstructures of shape and size can be produced.

상기 하부 기판(300)으로 (100)면 단결정 실리콘 기판을 사용하는 경우, 상기 하부 기판(300)의 (100)면과 (111)면의 이방성 습식 식각 특성을 이용하면 사각뿔 형태의 미세 구조물을 형성할 수 있다.When the (100) plane single crystal silicon substrate is used as the lower substrate 300, a microstructure having a square pyramid shape is formed by using the anisotropic wet etching characteristics of the (100) and (111) planes of the lower substrate 300. can do.

즉, 단결정 실리콘 웨이퍼의 (111)면의 식각 속도는 (100)면의 식각 속도에 비해 상당히 느리므로, 결과적으로 상기 하부 기판(300)은 (111)면을 따라 경사 식각되어 사각뿔 형태의 미세 구조물을 형성하게 된다. That is, since the etching speed of the (111) plane of the single crystal silicon wafer is considerably slower than that of the (100) plane, the lower substrate 300 is inclinedly etched along the (111) plane to form a square pyramid-like microstructure. Will form.

이 경우, 상기 단결정 실리콘 웨이퍼의 (111)면은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 단결정 실리콘 웨이퍼의 (100)면과 54.74 °의 기울기를 가지게 된다.In this case, the (111) plane of the single crystal silicon wafer has an inclination of 54.74 ° with the (100) plane of the single crystal silicon wafer, as shown in FIG. 5.

상기 습식 식각 공정을 통하여 잉크 젯 프린트 헤드의 노즐을 형성할 부분(305)은 실리콘의 (111)면들이 (100)면들과 각각 54.74 °의 기울기를 가지고 만나서 사각뿔 형태를 가지게 되며, 리저버를 형성할 부분(307)은 상기 노즐을 형성할 부분(305)보다 패턴 폭이 넓어 밑면이 좁은 사다리꼴 형태의 모양을 가지게 된다. 이때, 리저버(309)의 경우 150 ~ 180 ㎛ 의 깊이를 가지며 형성된다.Through the wet etching process, the portion 305 to form the nozzle of the ink jet print head has a square pyramid shape where the (111) planes of silicon meet with the (100) planes at an inclination of 54.74 °, respectively, to form a reservoir. The portion 307 has a wider pattern width than the portion 305 to form the nozzle and has a trapezoidal shape having a narrow bottom surface. At this time, the reservoir 309 is formed having a depth of 150 ~ 180 ㎛.

이후에, 상기 습식 식각 마스크층(301a)(301b)을 제거하고 상기 하부 기판(300)을 약 1100 ℃ 의 화로(furnace)에 넣어서 상기 하부 기판(300)의 양면에 실 리콘 산화막 층(SiO2 )(310a)(310b)을 성장시킨다(도 4d). 상기 실리콘 산화막 층(SiO2 )(310a)(310b)은 건식 식각용 마스크층으로서의 역할을 하게 된다.Subsequently, the wet etching mask layers 301a and 301b are removed and the lower substrate 300 is placed in a furnace at about 1100 ° C. to form silicon oxide layers (SiO 2 ) on both sides of the lower substrate 300. ) 310a and 310b are grown (FIG. 4D). The silicon oxide layer (SiO 2 ) 310a and 310b may serve as a mask layer for dry etching.

다음으로, 상기 하부 기판(300) 상부에 형성된 실리콘 산화막 층(310a) 상에 포토 레지스트(Photo Resist)를 도포하고, 도포된 포토 레지스트(PR)를 패터닝하여 잉크 젯 헤드의 노즐을 형성할 부분(305)에 개구부를 형성한다.Next, a part of forming a nozzle of the ink jet head by applying a photoresist on the silicon oxide layer 310a formed on the lower substrate 300 and patterning the applied photoresist PR. An opening is formed in 305.

그리고, 상기 개구부를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막 층(310a)을 상기 포토 레지스트를 식각 마스크로 하여 건식 또는 습식 식각하여 제거함으로써 노즐을 형성할 부분(305)을 노출시킨 뒤, 포토 레지스트를 스트립한다(도 4e).Then, the silicon oxide layer 310a of the portion exposed through the opening is removed by dry or wet etching using the photoresist as an etch mask to expose a portion 305 to form a nozzle, and then strip the photoresist. (FIG. 4E).

이어서, 상기 노즐을 형성할 부분(305)을 RIE(Reactive Ion Etching : 반응성 이온 식각)로 건식 식각한다(도 4f). 상기 RIE 를 실시하는 경우 Sf6, O2 및 CHF3 기체를 사용하는 것이 바람직하다.Subsequently, the portion 305 to form the nozzle is dry-etched by Reactive Ion Etching (RIE) (FIG. 4F). When performing the above RIE, it is preferable to use Sf 6 , O 2 and CHF 3 gas.

상기 RIE 의 경우, 직진성을 가지고 식각되기 때문에 노즐이 형성되는 부분(305)은 상기 이방성 습식 식각을 통해 형성된 형상을 유지하면서 상기 형상에 수직한 방향으로 식각이 이루어진다. 상기 건식 식각 공정을 통하여 압력 챔버(미도시)내의 잉크를 노즐로 전달하는 댐퍼(311)가 형성된다.In the case of the RIE, the portion 305 where the nozzle is formed is etched in a direction perpendicular to the shape while maintaining the shape formed through the anisotropic wet etching because the RIE is etched with straightness. Through the dry etching process, a damper 311 is formed to transfer the ink in the pressure chamber (not shown) to the nozzle.

다음으로, 상기 건식 식각을 통해 일정 깊이의 식각이 진행된 후, 잉크 젯 프린트 헤드의 리저버(309)와 상기 건식 식각 공정을 통해 형성된 댐퍼(311)를 연결하기 위한 채널(313)을 형성한다(도 4g). 즉, 상기 실리콘 산화막 층(310a) 상에 포토 레지스트(Photo Resist)를 도포하고, 도포된 포토 레지스트를 패터닝하여 채 널을 형성할 부분에 개구부를 만든다. Next, after etching of a predetermined depth through the dry etching, a channel 313 for connecting the reservoir 309 of the ink jet print head and the damper 311 formed through the dry etching process is formed (FIG. 4g). That is, photoresist is applied on the silicon oxide layer 310a, and the applied photoresist is patterned to form an opening in a portion to form a channel.

그리고, 상기 개구부를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막 층(310a)을 상기 포토 레지스트를 식각 마스크로 하여 건식 또는 습식 식각하여 채널이 형성되는 부분을 노출시킨 뒤, 상기 노출된 부분을 건식 또는 습식 식각하여 채널(313)을 형성한다.The exposed portion of the channel is formed by dry or wet etching the silicon oxide layer 310a of the portion exposed through the opening using the photoresist as an etching mask, and then dry or wet etching the exposed portion. Channel 313 is formed.

이어서, 상기 건식 식각 공정을 계속 진행하여 상기 노즐을 형성할 부분의 형상 즉, 사다리꼴 형상의 끝 부분이 상기 하부 기판(300)의 저면에 형성되어 있는 실리콘 산화막 층(310b)과 만나서 노즐(Nozzle)(315)을 형성할 때 까지 진행한다(도 4h). Subsequently, the dry etching process is continued to form a shape, that is, a trapezoidal end portion of the portion to form the nozzle, meets the silicon oxide layer 310b formed on the bottom surface of the lower substrate 300 to form a nozzle. It proceeds until 315 is formed (FIG. 4H).

이 경우, 상기 하부 기판(300)의 저면에 형성되어 있는 실리콘 산화막 층(310b)은 식각 정지층으로서의 기능을 하며, 상기 노즐(315)의 크기는 건식 식각 공정을 수행하는 시간에 의해 조절할 수 있고, 노즐(315)의 직경이 18 ~ 22 ㎛ 정도가 되도록 상기 건식 식각 공정을 조절하는 것이 바람직하다.In this case, the silicon oxide layer 310b formed on the bottom surface of the lower substrate 300 functions as an etch stop layer, and the size of the nozzle 315 may be adjusted by a time for performing a dry etching process. In addition, it is preferable to adjust the dry etching process so that the diameter of the nozzle 315 is about 18 to 22 μm.

마지막으로, 남아있는 실리콘 산화막 층(310a)(310b)을 습식 식각 등에 의해 제거한다(도 4i). 이와 같은 제조 공정을 통하여 상기 하부 기판(300)에 잉크가 저장되는 리저버(309)와, 압력 챔버(미도시)의 압력 변화에 따라 상기 압력 챔버 내의 잉크를 노즐(315)로 전달하고 급격한 압력 변화를 완충하기 위한 댐퍼(311)와, 상기 리저버(309)와 댐퍼(311)를 연결하는 채널(313)과, 상기 댐퍼(311)에 의해 전달된 잉크를 분출하는 노즐(315)을 일체적으로 형성할 수 있다.Finally, the remaining silicon oxide film layers 310a and 310b are removed by wet etching or the like (FIG. 4I). Through such a manufacturing process, the reservoir 309 in which the ink is stored in the lower substrate 300 and the ink in the pressure chamber are transferred to the nozzle 315 according to the pressure change of the pressure chamber (not shown), and the sudden pressure change is performed. A damper 311 for buffering the pressure, a channel 313 connecting the reservoir 309 and the damper 311, and a nozzle 315 for ejecting ink delivered by the damper 311. Can be formed.

도 6은 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 하부 기판의 평면도이다. 이에 도 시된 바와 같이, 하부 기판(400)에는 54.74 °의 기울기를 가지며 밑면이 좁아지는 사다리꼴 모양의 리저버(410)가 형성되어 있고, 상기 리저버(410)의 가로 변의 일면에는 상기 리저버(410)에 저장된 잉크를 댐퍼(미도시)에 공급하기 위한 채널(420)들의 일단이 형성되어 있다.6 is a plan view of the lower substrate of the ink jet print head of the present invention. As shown therein, the lower substrate 400 has a trapezoidal reservoir 410 having a slope of 54.74 ° and a narrow bottom surface thereof, and formed on the reservoir 410 on one side of the horizontal side of the reservoir 410. One end of channels 420 is formed to supply stored ink to a damper (not shown).

그리고 상기 각 채널(420)의 타단은 댐퍼로 연결되며, 댐퍼의 하부에는 잉크를 분출하기 위한 노즐(430)이 형성되어 있다. 참고로, 상기 도면은 평면도이므로 댐퍼는 표시되지 않는다. 상기 노즐(430)은 상기 하부 기판(400)의 (111)면이 (100)면과 54.74 °의 기울기를 가지는 사각뿔의 형상을 하고 있다.The other end of each channel 420 is connected to a damper, and a nozzle 430 for ejecting ink is formed under the damper. For reference, the damper is not displayed since the drawing is a plan view. The nozzle 430 has a quadrangular pyramid in which the (111) plane of the lower substrate 400 has an inclination of 54.74 ° with the (100) plane.

도 7a 내지 도 7e 는 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 상부 기판에 구조물을 형성하는 방법을 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 상부 기판(500) 상의 양면에 실리콘 산화막 층(SiO2 )(510a)(510b)을 성장시킨다(도 7a).7A to 7E are cross-sectional views illustrating a method of forming a structure on an upper substrate of an ink jet print head of the present invention. As shown in FIG. 7, first, silicon oxide layers (SiO 2 ) 510a and 510b are grown on both surfaces of the upper substrate 500 (FIG. 7A).

여기서, 상기 상부 기판(500)은 단결정 실리콘 기판으로 이루어지며, 그 두께는 100 ~ 130 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.Here, the upper substrate 500 is made of a single crystal silicon substrate, the thickness is preferably about 100 ~ 130 ㎛.

다음으로, 상기 상부 기판(500)의 저면에 형성된 실리콘 산화막 층(510b) 표면에 포토 레지스트(PR)를 도포하고, 도포된 포토 레지스트(PR)를 패터닝하여 잉크 젯 프린트 헤드의 압력 챔버 및 잉크 유입구를 형성할 부분(501)(502)에 개구부를 형성한다. Next, a photoresist PR is applied to a surface of the silicon oxide layer 510b formed on the bottom surface of the upper substrate 500, and the applied photoresist PR is patterned to form a pressure chamber and an ink inlet of the ink jet print head. Openings are formed in the portions 501 and 502 to be formed.

그리고, 상기 개구부를 통해 노출된 부위의 실리콘 산화막 층(510b)을 상기 포토 레지스트를 식각 마스크로 하여 건식 또는 습식 식각에 의해 제거함으로써 상 기 압력 챔버 및 잉크 유입구를 형성할 부분(501)(502)을 노출시킨다(도 7b).In addition, the silicon oxide layer 510b of the portion exposed through the opening is removed by dry or wet etching using the photoresist as an etching mask to form the pressure chamber and the ink inlet (501, 502). Is exposed (FIG. 7B).

그 후, 상기 노출된 부분(501)(502)을 상기 포토 레지스트를 식각 마스크로 하여 식각함으로써 압력 챔버(505) 및 잉크 유입구(507)를 형성한다(도 7c). 이때, 상기 압력 챔버의 깊이는 50 ~ 80 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하며, 상기 압력 챔버(505) 상에 있는 상부 기판은 진동판으로서의 역할을 하게 된다.Thereafter, the exposed portions 501 and 502 are etched using the photoresist as an etch mask to form a pressure chamber 505 and an ink inlet 507 (FIG. 7C). At this time, the depth of the pressure chamber is preferably about 50 ~ 80 ㎛, the upper substrate on the pressure chamber 505 serves as a diaphragm.

다음으로, 남아있는 실리콘 산화막 층(SiO2)(510a)(510b)을 습식 또는 건식 식각 공정을 이용하여 제거한다(도 7d)Next, the remaining silicon oxide layer (SiO 2 ) 510a and 510b is removed using a wet or dry etching process (FIG. 7D).

이어서, 상기 상부 기판(500)의 압력 챔버(505)가 형성된 상부 영역에 하부 전극(511), 압전막(513), 상부 전극(515)을 순차적으로 적층하여 액츄에이터(517)를 형성한다(도 7e).Subsequently, the actuator 517 is formed by sequentially stacking the lower electrode 511, the piezoelectric film 513, and the upper electrode 515 in the upper region where the pressure chamber 505 of the upper substrate 500 is formed (FIG. 7e).

여기서, 상기 하부 전극(511)과 상부 전극(515)은 Pt 을 일정 두께로 스퍼터링(sputtering)함으로써 형성하는 것이 바람직하고, 상기 압전막(513)으로는 압전성을 가지는 물질을 이용하되 특히 세라믹 계통의 PZT(Plumbum-Zirconate-Titanate)를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 PZT는 낮은 전압 공급으로 비교적 큰 변형을 이룰수 있다.The lower electrode 511 and the upper electrode 515 are preferably formed by sputtering Pt to a predetermined thickness, and the piezoelectric film 513 may be formed of a piezoelectric material. PZT (Plumbum-Zirconate-Titanate) is preferably used. The PZT can be made relatively large with low voltage supply.

여기까지, 본 발명의 잉크 젯 프린트 헤드의 하부 기판과 상부 기판에 구조물을 형성하는 공정에 대해 살펴보았으며, 마지막으로 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부 기판(700)과 상부 기판(600)을 접합하는 공정을 수행한다.Up to this point, the process of forming a structure on the lower substrate and the upper substrate of the ink jet print head of the present invention has been described. Finally, as shown in FIG. 8, the lower substrate 700 and the upper substrate 600 are described. Perform the process of bonding.

상기 하부 기판(700)과 상부 기판(600)의 접합을 위해 에폭시 또는 금속 솔 더(solder) 및 실리콘 직접 접합(Silicon Direct Bonding)방식을 이용할 수 있다.For bonding the lower substrate 700 and the upper substrate 600, an epoxy or metal solder and silicon direct bonding method may be used.

여기서, 에폭시를 이용한 접합은 폴리머 접합제를 통하여 상기 하부 기판(700)과 상부 기판(600)을 접합하는 것이며, 금속 솔더를 이용한 접합은 상기 하부 기판(700)과 상부 기판(600) 중 어느 기판 상에 용융점이 낮은 금속을 도포하고 열을 가해준 후 상기 하부 기판(700)과 상부 기판(600)을 접합하는 것이다.Here, the bonding using epoxy is to bond the lower substrate 700 and the upper substrate 600 through a polymer bonding agent, and the bonding using metal solder is any one of the lower substrate 700 and the upper substrate 600. The lower substrate 700 and the upper substrate 600 are bonded to each other by applying a low melting point metal and applying heat thereto.

실리콘 직접 접합 방식은 먼저, 상기 하부 기판(700)과 상부 기판(600)을 표면 처리한 후 산화로에 넣어 그 표면에 산화막을 형성한다. 그리고, 상기 하부 기판(700)과 상부 기판(600)을 정렬시켜 적층한 후 수평로에서 어닐링(annealing)하여 접합하는 것이다.In the silicon direct bonding method, first, the lower substrate 700 and the upper substrate 600 are surface treated, and then put in an oxide furnace to form an oxide film on the surface thereof. The lower substrate 700 and the upper substrate 600 are aligned and stacked, and then bonded by annealing in an horizontal direction.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art that it can be used.

본 발명에 의하면, 두 개의 단결정 실리콘 기판을 이용하여 잉크 젯 프린트 헤드를 이루는 구조물들을 일체적으로 형성한 후 이를 접합함으로써, 잉크 젯 프린트 헤드의 접합 공정을 단순화할 수 있으며, 상기 접합 공정에 따른 정렬 오차를 줄일 수 있다.According to the present invention, by integrally forming the structures forming the ink jet print head using two single crystal silicon substrates and then bonding them, it is possible to simplify the bonding process of the ink jet print head, alignment according to the bonding process The error can be reduced.

또한, 같은 재료의 기판을 사용함으로써 열 변형이 거의 생기지 않게 되고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, by using the substrate of the same material, thermal deformation hardly occurs, and the yield of the product can be improved.

Claims (12)

잉크가 유입되는 잉크 유입구가 관통되어 형성되어 있고, 분출될 잉크가 일시 저장되고 저장된 잉크가 분출될 수 있도록 압력을 가하는 압력 챔버를 구비하며, 상기 압력 챔버의 상부에 상기 잉크를 분출하기 위한 구동력을 상기 압력 챔버로 전달하는 액츄에이터가 형성된 상부 기판; 및It is formed through the ink inlet through which the ink flows, and has a pressure chamber for applying the pressure so that the ink to be ejected is temporarily stored and the stored ink is ejected, and a driving force for ejecting the ink on top of the pressure chamber An upper substrate on which an actuator for transferring to the pressure chamber is formed; And 상기 잉크 유입구를 통해 유입되는 잉크를 저장하는 리저버와, 상기 리저버로부터 상기 압력 챔버로 잉크를 공급하는 채널과, 상기 압력 챔버로부터 잉크를 노즐로 전달하는 댐퍼와, 상기 댐퍼로부터 전달받은 잉크를 분출하는 노즐이 일체적으로 형성되어 있으며, 상기 상부 기판과 접합되어 있는 하부 기판으로 이루어지는 잉크 젯 프린트 헤드.A reservoir for storing ink flowing through the ink inlet, a channel for supplying ink from the reservoir to the pressure chamber, a damper for transferring ink from the pressure chamber to the nozzle, and ejecting ink received from the damper An ink jet print head comprising a lower substrate integrally formed with a nozzle and bonded to the upper substrate. 제1항에 있어서, 상기 상부 기판은 단결정 실리콘 기판이며, 상기 하부 기판은 표면이 (100)면 단결정 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.An ink jet print head according to claim 1, wherein the upper substrate is a single crystal silicon substrate, and the lower substrate is a (100) plane single crystal silicon substrate. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터는;The apparatus of claim 1, wherein the actuator; 상기 압력 챔버의 상부에 형성된 하부 전극;A lower electrode formed on the pressure chamber; 상기 하부 전극 상부에 형성되며 인가되는 전압에 따라 변형을 일으키는 압전막; 및A piezoelectric film formed on the lower electrode and causing deformation according to an applied voltage; And 상기 압전막 상부에 형성되며 상기 압전막에 전압을 인가하는 상부 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.And an upper electrode formed on the piezoelectric film and configured to apply a voltage to the piezoelectric film. 제3항에 있어서, 상기 압전막은 PZT(Plumbum-Zirconate-Titanate)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.4. An ink jet print head according to claim 3, wherein the piezoelectric film is made of PZT (Plumbum-Zirconate-Titanate). 제1항에 있어서, 상기 노즐의 크기는 18 ~ 22 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드.The ink jet print head of claim 1, wherein the nozzle has a size of 18 to 22 μm. 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 상부 기판을 미세 가공하여 잉크가 유입되는 잉크 유입구와, 분출될 잉크가 일시 저장되고 저장된 잉크가 분출될 수 있도록 압력을 가하는 압력 챔버를 형성하고, 상기 압력 챔버의 상부에 상기 잉크를 분출하기 위한 구동력을 상기 압력 챔버로 전달하는 액츄에이터를 형성하는 단계;The upper substrate made of a single crystal silicon substrate is finely processed to form an ink inlet through which ink is introduced, and a pressure chamber configured to apply pressure to allow the ink to be ejected to be temporarily stored and the stored ink to be ejected, and the ink above the pressure chamber. Forming an actuator for transmitting a driving force to eject the pressure to the pressure chamber; (100)면 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 하부 기판을 미세 가공하여 상기 잉크 유입구를 통해 유입되는 잉크를 저장하는 리저버와, 상기 리저버로부터 상기 압력 챔버로 잉크를 공급하는 채널과, 상기 압력 챔버로부터 잉크를 노즐로 전달하는 댐퍼와, 상기 댐퍼로부터 전달받은 잉크를 분출하는 노즐을 형성하는 단계; 및A reservoir for storing the ink flowing through the ink inlet by finely processing a lower substrate made of a (100) plane single crystal silicon substrate, a channel for supplying ink from the reservoir to the pressure chamber, and nozzles for ink from the pressure chamber. Forming a damper for transferring the nozzle to a nozzle for ejecting ink transferred from the damper; And 상기 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 단계로 이루어지는 잉크 젯 프린트 헤드 제조방법.An ink jet printhead manufacturing method comprising the step of bonding the upper substrate and the lower substrate. 제6항에 있어서, 상기 하부 기판에 댐퍼, 노즐, 채널, 리저버를 형성하는 단계는;The method of claim 6, wherein forming a damper, a nozzle, a channel, and a reservoir in the lower substrate; 상기 하부 기판에 습식 식각용 마스크층을 형성하는 단계;Forming a wet etching mask layer on the lower substrate; 상기 습식 식각용 마스크층의 일부분을 에칭하여 상기 노즐과 리저버의 형성을 위한 개구부를 형성하는 단계;Etching a portion of the wet etching mask layer to form an opening for forming the nozzle and the reservoir; 상기 노즐과 리저버의 형성을 위한 개구부에 의해 노출된 하부 기판을 이방성 에칭 용액으로 습식 식각하는 단계;Wet etching the lower substrate exposed by the opening for forming the nozzle and reservoir with an anisotropic etching solution; 상기 습식 식각용 마스크층을 제거한 후, 상기 하부 기판에 건식 식각용 마스크층을 형성하는 단계;Removing the wet etching mask layer, and then forming a dry etching mask layer on the lower substrate; 상기 건식 식각용 마스크층의 일부분을 에칭하여 상기 댐퍼의 형성을 위한 개구부를 형성하는 단계;Etching a portion of the dry etching mask layer to form an opening for forming the damper; 상기 댐퍼의 형성을 위한 개구부에 의해 노출된 하부 기판을 RIE(Reactive Ion Etching)로 일정 깊이까지 건식 식각하는 단계;Dry etching the lower substrate exposed by the opening for forming the damper to a predetermined depth with Reactive Ion Etching (RIE); 상기 댐퍼와 리저버를 연결하는 채널을 형성하는 단계;Forming a channel connecting the damper and a reservoir; 상기 댐퍼의 형성을 위한 개구부에 의해 노출된 하부 기판을 RIE(Reactive Ion Etching)로 노즐이 형성될 때까지 건식 식각하는 단계; 및Dry etching the lower substrate exposed by the opening for forming the damper until the nozzle is formed by reactive ion etching (RIE); And 상기 건식 식각용 마스크층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조방법.Inkjet print head manufacturing method comprising the step of removing the dry etching mask layer. 제7항에 있어서, 상기 습식 식각용 마스크층은 Si3N4 또는 SiO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조방법.The method of claim 7, wherein the wet etching mask layer is any one of Si 3 N 4 or SiO 2 . 제7항에 있어서, 상기 이방성 에칭 용액은 EDP(Ethylenediamine Pyrocatechol Water), TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide), KOH(Potassium Hydroxide) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조방법.The method of claim 7, wherein the anisotropic etching solution is any one of Ethylenediamine Pyrocatechol Water (EDP), Tetramethyl Ammonium Hydroxide (TMAH), Potassium Hydroxide (KOH). 제7항에 있어서, 상기 건식 식각용 마스크층은 SiO2 인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조방법.The method of claim 7, wherein the dry etching mask layer is SiO 2 . 제6항에 있어서, 상기 상부 기판에 압력 챔버 및 잉크 유입구를 형성하는 단계는;The method of claim 6, wherein forming a pressure chamber and an ink inlet in the upper substrate; 상기 상부 기판에 식각용 마스크층을 형성하는 단계;Forming an etching mask layer on the upper substrate; 상기 식각용 마스크층의 일부분을 에칭하여 상기 압력 챔버 및 잉크 유입구의 형성을 위한 개구부를 형성하는 단계;Etching a portion of the etching mask layer to form an opening for forming the pressure chamber and the ink inlet; 상기 압력 챔버 및 잉크 유입구의 형성을 위한 개구부에 의해 노출된 상부 기판을 식각하여 압력 챔버 및 잉크 유입구를 형성하는 단계; 및Etching the upper substrate exposed by the opening for forming the pressure chamber and the ink inlet to form the pressure chamber and the ink inlet; And 상기 식각용 마스크층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.The method of claim 1, wherein the etching mask layer is removed. 제 6항에 있어서, 상기 상부 기판과 하부 기판의 접합은 에폭시 또는 금속 솔더로 접합하는 방식 및 실리콘 직접 접합(Silicon Direct Bonding) 방식 중 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트 헤드 제조 방법.The method of claim 6, wherein the bonding between the upper substrate and the lower substrate is performed by any one of an epoxy or metal solder bonding method and a silicon direct bonding method. .
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