KR101171475B1 - 압전 엑츄에이터, 이를 포함하는 잉크젯 헤드 및 압전 엑츄에이터 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터는 구동전압을 제공하는 상부 및 하부전극; 상기 상부 및 하부전극 사이에서 점도가 있는 압전체 액이 고화되어 형성되며, 잉크젯 헤드의 압력챔버 내의 잉크에 구동력을 제공하는 압전체; 상기 상부 및 하부전극의 절연을 위해 상기 하부전극에 형성되는 절연부;를 포함하고, 상기 하부전극은 하부전극단자부, 상기 압전체와 접합하는 압전체접합부 및 상기 압전체접합부와 상기 하부전극단자부를 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 절연부는 상기 연결부 상부면과 상기 압전체접합부 외측에 형성될 수 있다.
Description
본 발명은 압전 엑츄에이터, 이를 포함하는 잉크젯 헤드 및 압전 엑츄에이터 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전압 구동 성능 구현이 가능하고 고성능의 압전 엑츄에이터, 이를 포함하는 잉크젯 헤드 및 압전 엑츄에이터 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는 전기신호를 물리적인 힘으로 변환하여 작은 노즐을 통하여 잉크가 액적의 형태로 토출되도록 하는 구조체이다.
최근 압전 방식의 잉크젯 헤드는 산업용 잉크젯 프린터에서도 사용되고 있다. 예를 들어, 플랙시블 인쇄회로기판(PCB) 상에 금, 은 등의 금속을 녹여 만든 잉크를 분사해 회로 패턴을 직접 형성시키거나 산업 그래픽이나 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광다이오드(OLED)의 제조, 태양전지 등에 사용된다.
일반적으로 잉크젯 헤드는 카트리지에서 잉크를 유입 및 유출하는 유입구와 유출구, 유입되는 잉크를 저장하는 매니폴드, 그리고 상기 매니폴드 내의 잉크를 노즐로 이동시키기 위해 액츄에이터의 구동력을 전달하는 챔버 등이 형성되며, 상기 챔버의 잉크를 외부로 토출시키기 위해서 압전체로 제조되는 압전 액츄에이터가 표면에 장착된다.
종래의 압전 액츄에이터는 스크린 프린팅의 방식을 이용하거나, 벌크세라믹의 에폭시 접합 방식을 이용하여 잉크젯 헤드에 결합하였다.
그러나, 상기와 같은 방식은 잉크젯 토출을 위해서 두께가 두꺼워야하고 전압도 높아야 원하는 잉크젯 토출이 가능하였다.
종래처럼 압전 액츄에이터의 두께가 두꺼워지면 단위면적당 노즐수가 작아지는 문제가 있으며, 저전압인 경우에는 구동이 불가하며 토출 주파수의 한계가 생기는 문제가 있다.
따라서, 잉크젯 헤드의 구동에 있어서 저전압에서의 구동이 가능해야하고, 단위면적당 노즐수를 증가시켜야하며 고주파수에서 토출이 가능하도록 하는 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은 잉크젯 프린팅 방식으로 박막 엑츄에이터를 잉크젯 헤드에 결합함으로써 단위면적당 노즐수를 증가시키고, 저전압에서의 구동이 가능하도록 하는 압전 엑츄에이터, 이를 포함하는 잉크젯 헤드 및 압전 엑츄에이터 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터는 구동전압을 제공하는 상부 및 하부전극; 상기 상부 및 하부전극 사이에서 점도가 있는 압전체 액이 고화되어 형성되며, 잉크젯 헤드의 압력챔버 내의 잉크에 구동력을 제공하는 압전체; 상기 상부 및 하부전극의 절연을 위해 상기 하부전극에 형성되는 절연부;를 포함하고, 상기 하부전극은 하부전극단자부, 상기 압전체와 접합하는 압전체접합부 및 상기 압전체접합부와 상기 하부전극단자부를 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 절연부는 상기 연결부 상부면과 상기 압전체접합부 외측에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 상기 압전체는 상기 압전체 액이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 상기 압전체는 1μm 이상 10μm 이하의 두께를 가진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터는 상기 상부 및 하부전극 중 적어도 하나는 전극물질이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 상기 하부전극은 100nm 이상 200nm 이하의 두께이고 300℃ 이상 400℃ 이하에서 열처리 된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터는 상기 상부 및 하부전극에 연결되어 전원을 공급하는 플랙시블 인쇄회로기판;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터는 상기 상부전극과 상기 플랙시블 인쇄회로기판을 연결하는 배선은 전극물질로 잉크젯 프린팅되어 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
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본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제조방법은 잉크젯 헤드의 유로 플레이트 상부면에 하부전극을 위치시키는 단계; 상기 하부전극에 점도가 있는 압전체 액을 잉크젯 프린팅하고 고화시켜 압전체를 형성하는 단계; 상기 압전체가 잉크젯 프린팅되지 않는 상기 하부전극 상에 절연부를 형성하는 단계; 및 상기 압전체 상부면에 상부전극을 위치시키는 단계;를 포함하고, 상기 하부전극은 하부전극단자부, 상기 압전체와 접합하는 압전체접합부 및 상기 압전체접합부와 상기 하부전극단자부를 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 절연부는 상기 연결부 상부면과 상기 압전체접합부 외측에 형성되도록 잉크젯 프린팅될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제조방법의 상기 압전체 액은 건조과정(drying), 열분해과정(pyrolysis), 소결과정(sintering)을 통해 열처리하여 결정립을 성장시켜 고화되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제조방법의 상기 건조과정(drying)은 100~200℃, 열분해과정(pyrolysis)은 300~400℃, 소결과정(sintering)은 600~700℃에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제조방법의 상기 압전체는 1μm 이상 10μm 이하의 두께를 가지도록 잉크젯 프린팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제조방법의 상기 상부 및 하부전극 중 적어도 하나는 전극물질이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제조방법의 상기 하부전극은 100nm 이상 200nm 이하의 두께이고 300℃ 이상 400℃ 이하에서 열처리하여 상기 플레이트 상부면에 위치시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제조방법는 상기 상부 및 하부전극에 연결되어 전원을 공급하기 위해 상기 상부 및 하부전극에 플랙시블 인쇄회로기판을 솔더링하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제조방법의 상기 상부전극은 상기 플랙시블 인쇄회로기판을 연결되는 배선을 구비하며, 상기 배선은 전극물질을 잉크젯 프린팅하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
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본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드는 복수개의 잉크 챔버가 형성되는 유로 플레이트;
상기 잉크 챔버의 잉크를 외부로 토출하기 위하여 상기 잉크 챔버에 각각 연결되는 복수개의 노즐이 형성되는 노즐 플레이트; 구동전압을 제공하는 상부 및 하부전극, 상기 상부 및 하부전극 사이에서 점도가 있는 압전체 액이 고화되어 형성되며, 잉크젯 헤드의 압력챔버 내의 잉크에 구동력을 제공하는 압전체를 구비하는 압전 액츄에이터; 및 상기 상부 및 하부전극의 절연을 위해 상기 하부전극에 형성되는 절연부;를 포함하고, 상기 하부전극은 하부전극단자부, 상기 압전체와 접합하는 압전체접합부 및 상기 압전체접합부와 상기 하부전극단자부를 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 절연부는 상기 연결부 상부면과 상기 압전체접합부 외측에 형성될 수 있다.
상기 잉크 챔버의 잉크를 외부로 토출하기 위하여 상기 잉크 챔버에 각각 연결되는 복수개의 노즐이 형성되는 노즐 플레이트; 구동전압을 제공하는 상부 및 하부전극, 상기 상부 및 하부전극 사이에서 점도가 있는 압전체 액이 고화되어 형성되며, 잉크젯 헤드의 압력챔버 내의 잉크에 구동력을 제공하는 압전체를 구비하는 압전 액츄에이터; 및 상기 상부 및 하부전극의 절연을 위해 상기 하부전극에 형성되는 절연부;를 포함하고, 상기 하부전극은 하부전극단자부, 상기 압전체와 접합하는 압전체접합부 및 상기 압전체접합부와 상기 하부전극단자부를 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 절연부는 상기 연결부 상부면과 상기 압전체접합부 외측에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상기 압전체는 상기 압전체 액이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상기 압전체는 1μm 이상 10μm 이하의 두께를 가진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드는 상기 상부 및 하부전극 중 적어도 하나는 전극물질이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상기 하부전극은 100nm 이상 200nm 이하의 두께이고 300℃ 이상 400℃ 이하에서 열처리된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상기 상부 및 하부전극에 연결되어 전원을 공급하는 플랙시블 인쇄회로기판;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 상기 상부전극과 상기 플랙시블 인쇄회로기판을 연결하는 배선은 전극물질로 잉크젯 프린팅되어 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
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본 발명에 따른 압전 엑츄에이터, 이를 포함하는 잉크젯 헤드 및 압전 엑츄에이터 제조방법에 의하면 잉크젯 프린팅 방식의 박막 압전 액츄에이터를 제조할 수 있어 저전압에서 구동이 가능하고, 단위면적당 노즐수를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도시한 개략 절개 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도시한 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터인 도 2의 A의 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 도시한 개략 평면도.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 제조방법을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도시한 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터인 도 2의 A의 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 도시한 개략 평면도.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 제조방법을 도시한 흐름도.
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 츄가, 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 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도시한 개략 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드를 도시한 개략 단면도이다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(100)는 유로 플레이트(10), 중간 플레이트(20), 노즐 플레이트(30) 및 압전 액츄에이터(200)를 포함할 수 있다.
유로 플레이트(10)는 복수개의 잉크 챔버(40)가 규칙적으로 형성되며, 잉크가 유입되기 위한 잉크 유입구(50)가 마련된다. 이때, 상기 잉크 유입구(50)는 매니폴드(60)와 직접적으로 연결되도록 제공되며, 상기 매니폴드(60)는 리스트릭터(70)를 통해서 잉크 챔버(40)로 잉크를 공급하는 역할을 한다.
이때, 상기 매니폴드(60)는 하나의 큰 공간으로 형성되어 복수개의 상기 잉크 챔버(40)에 각각 연결될 수 있으나 이에 한정하지 않으며 각 상기 잉크 챔버(40)에 대응되도록 복수개가 형성될 수 있다.
또한, 상기 매니폴드(60)는 상기 중간 플레이트(20) 및 노즐 플레이트(30)에 내부 공간을 가지는 홈이 형성되어 마련될 수 있다.
상기 잉크 유입구(50)도 마찬가지로 하나의 상기 매니폴드(60)에 대응해서 하나만 형성될 수 있으나, 복수개의 상기 매니폴드(60)가 형성되는 경우에 각 상기 매니폴드(60)에 대응하도록 복수개가 형성되는 것도 가능하다.
그리고, 잉크 챔버(40)는 후술할 압전 액츄에이터(200)가 장착되는 위치의 하부에 마련된다. 이때, 상기 유로 플레이트(10) 중에서 상기 잉크 챔버(40)의 천장을 이루는 부분은 맴브레인(80) 역할을 한다.
따라서, 잉크의 토출을 위해서 상기 압전 액츄에이터(200)에 구동 신호를 인가하면, 상기 압전 액츄에이터(200)와 함께 그 아래의 맴브레인(80)이 변형되면서 상기 잉크 챔버(40)의 부피가 감소하게 된다.
이에 따른 상기 잉크 챔버(40)내의 압력 증가에 의해 상기 잉크 챔버(40)내의 잉크는 댐퍼(90)와 노즐(95)을 통해 외부로 토출된다.
상기 유로 플레이트(10)는 상기 잉크 챔버(40)의 정확한 높이 설정을 위해, 식각 정지층의 역할을 하는 중간 산화막이 형성되는 SOI(silicon on insulator) 기판을 사용할 수 있다.
중간 플레이트(20)는 길이방향으로 길게 형성되는 상기 매니폴드(60) 및 상기 노즐(95)과 상기 잉크 챔버(40)를 연결하는 댐퍼(90)를 포함할 수 있다.
상기 매니폴드(60)는 상기 잉크 유입구(50)로부터 잉크를 공급받아 상기 잉크 챔버(40)로 잉크를 공급하는 데, 상기 매니폴드(60) 및 상기 잉크 챔버(40)는 리스트릭터(70)에 의해 서로 연결된다.
그리고, 댐퍼(90)는 상기 잉크 챔버(40)로부터 상기 압전 액츄에이터(200)에 의해서 토출되는 잉크를 전달받아 상기 노즐(95)을 통해서 외부로 토출시킨다.
또한, 댐퍼는 다단 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 구조에 의해서 상기 잉크 챔버(40)로부터 받아들이는 잉크 양과 상기 노즐(95)로 진행되는 잉크양을 조절할 수 있게 된다.
이때, 상기 댐퍼(90)는 선택사항으로 이를 삭제할 수 있으며, 이러한 경우는 상기 유로 플레이트(10)와 후술할 노즐 플레이트(30) 만으로도 잉크젯 헤드(100)를 구성할 수 있다.
노즐 플레이트(30)는 각 잉크 챔버(40)와 대응되도록 형성하며, 상기 댐퍼(90)를 지나는 잉크가 외부로 토출되도록 상기 노즐(95)을 형성한다. 그리고, 상기 노즐 플레이트(30)는 상기 중간 플레이트(20) 하부에 접착된다.
상기 노즐(95)은 상기 잉크젯 헤드(100)내에 형성된 유로를 통해 이동하는 잉크를 액적으로 분사하게 된다.
이때, 상기 유로 플레이트(10), 중간 플레이트(20) 및 노즐 플레이트(30)는 반도체 집적 회로에 널리 사용되는 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 그러나 상기 유로 플레이트(10), 상기 중간 플레이트(20) 및 상기 노즐 플레이트(30)의 재질은 실리콘 기판에 한정되지 않으며, 다양한 재료들이 적용될 수 있다.
압전 액츄에이터(200)는 도 3 및 도 4를 이용하여 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터인 도 2의 A의 확대 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 도시한 개략 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터(200)는 하부전극(210), 압전체(220), 상부전극(230) 및 절연부(240)를 포함할 수 있다.
하부전극(210)은 하부전극단자부(201), 압전체접합부(205) 및 연결부(203)를 포함할 수 있다.
상기 하부전극단자부(201)는 플랙시블 인쇄회로기판(250)이 결합되는 부위이며, 상기 압전체접합부(205)는 후술할 압전체(220)가 결합하는 부분이다.
또한, 상기 연결부(203)는 상기 하부전극단자부(201)와 상기 압전체접합부(205)를 연결하는 부분으로 후술할 절연부(240)가 결합하는 부분이다.
상기 하부전극(210)은 상기 잉크 챔버(40)에 구동력을 제공하기 위한 구동 전압을 제공하고, 상기 유로 플레이트(10)상의 잉크젯 프린팅되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 하부전극(210)은 100nm 이상 200nm 이하의 두께이고 300℃ 이상 400℃ 이하에서 열처리될 수 있다.
즉, 상기 하부전극(210)이 잉크젯 프린팅됨으로써 상기 압전 액츄에이터(200)의 박막화가 가능해질 수 있다.
압전체(220)는 상기 하부전극(210) 및 후술할 상부전극(230) 사이에서 점도가 있는 압전체 액이 고화되어 형성되며, 상기 잉크젯 헤드(100)의 잉크 챔버(40) 내의 잉크에 구동력을 제공할 수 있다.
상기 압전체(220)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 또는 반대로 변환할 수 있는 요소이며, 그 재료로서 티탄산지르콘산납(Pb(Zr,Ti)O3 :PZT) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 압전체(220)는 상기 압전체 액이 잉크젯 프린팅 방식으로 구현될 수 있으며, 상기 잉크젯 프린팅 방식으로 상기 압전체(220)의 두께는 1μm 이상 10μm 이하의 범위로 형성될 수 있다.
상기 압전체(220)의 두께가 얇아짐으로써 상기 하부전극(210)과 마찬가지로 상기 압전 액츄에이터(200)의 박막화가 가능해 단위면적당 노즐(95)의 수를 높일 수 있고, 저전압에서의 구동이 가능하며 고주파수에서 토출이 가능해질 수 있다.
상기 압전체(220)에 전압이 인가되면, 상기 맴브레인(80)의 상하 변형으로 구동력이 수직 방향으로 전달된다. 이때의 구동력으로 상기 잉크 챔버(40) 내의 잉크가 상기 노즐(95)을 통해 외부로 토출될 수 있다.
상기 노즐(95)은 폭 방향으로 상기 노즐 플레이트(30)의 측면을 향하도록 형성되므로, 상기 잉크는 상기 잉크 챔버(40) 내의 구동력 전달 방향과 수직방향으로 토출될 수 있다.
상부전극(230)은 상기 하부전극(210)과 마찬가지로 상기 잉크 챔버(40)에 구동력을 제공하기 위한 구동 전압을 제공하고, 상기 압전체(220)의 상부면에 잉크젯 프린팅되어 형성될 수 있다.
상기 상부전극(230)은 상기 플랙시블 인쇄회로기판(250)과 연결되는 상부전극단자부(231)를 포함할 수 있으며, 상기 상부전극단자부(231)와 상기 플랙시블 인쇄회로기판(250)을 연결하는 배선(233)은 전극물질로 잉크젯 프린팅되어 형성될 수 있다.
상기 상부전극단자부(231)는 상기 플랙시블 인쇄회로기판(250)에 의해 상기 상부전극(230)은 (-)로 대전될 수 있으며, 상기 하부전극(210)은 상기 플랙시블 인쇄회로기판(250)에 의해 (+)로 대전되어 상기 압전체(220)가 상기 잉크 챔버(40)에 구동력을 제공할 수 있다.
상기 절연부(240)는 상기 상부전극(230)과 상기 하부전극(210)과의 절연을 위해 상기 하부전극(210)과 상기 상부전극(230) 사이에 형성될 수 있으며, 상기 상부전극(230)과 상기 하부전극(210)이 서로 단락되는 것을 방지할 수 있다.
상기 절연부(240)는 상기 하부전극(210)의 상기 연결부(203) 상부면과 상기 압전체접합부(205) 외측에 형성될 수 있으나, 상기 절연부(240)가 상기 압전 액츄에이터(200)에 있어서 반드시 필수적인 구성은 아니다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 5a를 참조하면, 상기 하부전극(210)은 상기 유로 플레이트(10) 상부면에 위치시킬 수 있으며, 상기 하부전극(210)은 Pt으로 형성하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 하부전극(210)은 전극물질이 잉크젯 프린팅되어 형성될 수 있으며 100nm 이상 200nm 이하의 두께이고 300℃ 이상 400℃ 이하에서 열처리하여 상기 플레이트 상부면에 프린팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 점도가 있는 압전체 액이 고화되어 형성되고 잉크젯 헤드의 잉크 챔버(40) 내의 잉크에 구동력을 제공하는 압전체(220)를 상기 하부전극(210)의 소정 영역에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하부전극(210)의 소정영역은 상기 하부전극(210)의 압전체접합부(205)일 수 있으며, 상기 압전체(220)는 상기 압전체 액이 잉크젯 프린팅 방식으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 압전체(220)는 1μm 이상 10μm 이하의 두께를 가지도록 잉크젯 프린팅될 수 있으며, 추후에 상기 압전체(220)를 건조과정(drying), 열분해과정(pyrolysis), 소결과정(sintering)을 통해 열처리하여 결정립을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 열처리 단계 중 건조과정(drying)은 100~200℃, 열분해과정(pyrolysis)은 300~400℃, 소결과정(sintering)은 600~700℃에서 이루어질 수 있다.
도 5c를 참조하면, 상기 압전체(220)의 결정립을 성장시킨 후 상기 하부전극(210)상에 상기 압전체(220)가 인쇄되지 않은 영역에 절연부(240)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 절연부(240)는 상기 하부전극(210)의 상기 연결부(203) 상부면과 상기 압전체접합부(205) 외측에 형성되도록 잉크젯 프린팅 될 수 있으며, 상기 절연부(240)는 상기 상부전극(230)과 상기 하부전극(210)이 서로 단락되는 것을 방지하는 기능을 하므로 상기 절연부(240)는 상기 압전 액츄에이터(200)에 있어서 반드시 필수적인 구성은 아니다.
도 5d를 참조하면, 상기 압전체(220) 상부면에 상부전극(230)을 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상부전극(230)은 전극물질이 잉크젯 프린팅되어 형성될 수 있으며, 상기 압력 챔버(40)에 구동력을 제공하기 위한 구동 전압을 제공할 수 있다.
상기 상부전극(230)은 Pt, Ag, Au 등의 재료를 잉크젯 프린팅 되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 당업자의 수준에서 변경가능함을 밝혀둔다.
도 5e 및 도 5f를 참조하면, 상기 상부전극(230)을 위치시키고 상기 상부전극(230) 및 하부전극(210)에 연결되어 전원을 공급하기 위해 상기 상부전극(230) 및 하부전극(210)에 플랙시블 인쇄회로기판을 솔더링(260)하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 플랙시블 인쇄회로기판(250)은 상기 상부전극(230)과 상기 플랙시블 인쇄회로기판(250)을 연결하는 배선(233)을 전극물질로 잉크젯 프린팅하여 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 상부전극(230)의 상부전극단자부(231)와 상기 하부전극(210)의 하부전극단자부(201)에 솔더볼(260)을 도포한 후 상기 플랙시블 인쇄회로기판을 접합할 수 있다.
이 경우 상기 플랙시블 인쇄회로기판(250)을 통해서 상부전극(230)은 (-)로 대전될 수 있으며, 상기 하부전극(210)은 상기 플랙시블 인쇄회로기판(250)에 의해 (+)로 대전되어 상기 압전체(220)가 상기 잉크 챔버(40)에 구동력을 제공할 수 있다.
이상의 실시예를 통해, 잉크젯 프린팅을 이용하여 박막의 압전 액츄에이터를 형성함으로써, 단위면적당 노즐수를 증가시킬 수 있고, 저전압에서도 구동될 수 있으며 토출 주파수를 높일 수 있다.
또한, 잉크젯 프린팅을 이용하므로 불필요한 하부전극을 제거하여 누설전류를 방지할 수 있고, 다양한 프린팅 패턴에 의한 구동부 패키지 설계가 가능하다.
100: 잉크젯 헤드 10: 유로 플레이트
20: 중간 플레이트 30: 노즐 플레이트
40: 잉크 챔버 90: 댐퍼
200: 압전 액츄에이터 201: 하부전극단자부
203: 연결부 205: 압전체접합부
210: 하부전극 220: 압전체
230: 상부전극 231: 상부전극단자부
233: 배선 240: 절연부
250: 플랙시블 인쇄회로기판
20: 중간 플레이트 30: 노즐 플레이트
40: 잉크 챔버 90: 댐퍼
200: 압전 액츄에이터 201: 하부전극단자부
203: 연결부 205: 압전체접합부
210: 하부전극 220: 압전체
230: 상부전극 231: 상부전극단자부
233: 배선 240: 절연부
250: 플랙시블 인쇄회로기판
Claims (28)
- 구동전압을 제공하는 상부 및 하부전극;
상기 상부 및 하부전극 사이에서 점도가 있는 압전체 액이 고화되어 형성되며, 잉크젯 헤드의 압력챔버 내의 잉크에 구동력을 제공하는 압전체;
상기 상부 및 하부전극의 절연을 위해 상기 하부전극에 형성되는 절연부;
를 포함하고,
상기 하부전극은 하부전극단자부, 상기 압전체와 접합하는 압전체접합부 및 상기 압전체접합부와 상기 하부전극단자부를 연결하는 연결부를 구비하고,
상기 절연부는 상기 연결부 상부면과 상기 압전체접합부 외측에 형성되는 압전 액츄에이터.
- 제1항에 있어서,
상기 압전체는 상기 압전체 액이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 제1항에 있어서,
상기 압전체는 1μm 이상 10μm 이하의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부전극 중 적어도 하나는 전극물질이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 제1항에 있어서,
상기 하부전극은 100nm 이상 200nm 이하의 두께이고 300℃ 이상 400℃ 이하에서 열처리 된 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부전극에 연결되어 전원을 공급하는 플랙시블 인쇄회로기판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 제6항에 있어서,
상기 상부전극과 상기 플랙시블 인쇄회로기판을 연결하는 배선은 전극물질로 잉크젯 프린팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 삭제
- 삭제
- 잉크젯 헤드의 유로 플레이트 상부면에 하부전극을 위치시키는 단계;
상기 하부전극에 점도가 있는 압전체 액을 잉크젯 프린팅하고 고화시켜 압전체를 형성하는 단계;
상기 압전체가 잉크젯 프린팅되지 않는 상기 하부전극 상에 절연부를 형성하는 단계; 및
상기 압전체 상부면에 상부전극을 위치시키는 단계;를 포함하고,
상기 하부전극은 하부전극단자부, 상기 압전체와 접합하는 압전체접합부 및 상기 압전체접합부와 상기 하부전극단자부를 연결하는 연결부를 구비하고,
상기 절연부는 상기 연결부 상부면과 상기 압전체접합부 외측에 형성되도록 잉크젯 프린팅되는 압전 엑츄에이터 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 압전체 액은 건조과정(drying), 열분해과정(pyrolysis), 소결과정(sintering)을 통해 열처리하여 결정립을 성장시켜 고화되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 건조과정(drying)은 100~200℃, 열분해과정(pyrolysis)은 300~400℃, 소결과정(sintering)은 600~700℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 엑츄에이터 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 압전체는 1μm 이상 10μm 이하의 두께를 가지도록 잉크젯 프린팅되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 상부 및 하부전극 중 적어도 하나는 전극물질이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 하부전극은 100nm 이상 200nm 이하의 두께이고 300℃ 이상 400℃ 이하에서 열처리하여 상기 플레이트 상부면에 위치시키는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 상부 및 하부전극에 연결되어 전원을 공급하기 위해 상기 상부 및 하부전극에 플랙시블 인쇄회로기판을 솔더링하는 단계;를 더 포함하는 압전 액츄에이터 제조방법.
- 제16항에 있어서,
상기 상부전극은 상기 플랙시블 인쇄회로기판과 연결되는 배선을 구비하며, 상기 배선은 전극물질을 잉크젯 프린팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 복수개의 잉크 챔버가 형성되는 유로 플레이트;
상기 잉크 챔버의 잉크를 외부로 토출하기 위하여 상기 잉크 챔버에 각각 연결되는 복수개의 노즐이 형성되는 노즐 플레이트;
구동전압을 제공하는 상부 및 하부전극, 상기 상부 및 하부전극 사이에서 점도가 있는 압전체 액이 고화되어 형성되며, 잉크젯 헤드의 압력챔버 내의 잉크에 구동력을 제공하는 압전체를 구비하는 압전 액츄에이터; 및
상기 상부 및 하부전극의 절연을 위해 상기 하부전극에 형성되는 절연부;
를 포함하고,
상기 하부전극은 하부전극단자부, 상기 압전체와 접합하는 압전체접합부 및 상기 압전체접합부와 상기 하부전극단자부를 연결하는 연결부를 구비하고,
상기 절연부는 상기 연결부 상부면과 상기 압전체접합부 외측에 형성되는 잉크젯 헤드.
- 제20항에 있어서,
상기 압전체는 상기 압전체 액이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 제20항에 있어서,
상기 압전체는 1μm 이상 10μm 이하의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 제20항에 있어서,
상기 상부 및 하부전극 중 적어도 하나는 전극물질이 잉크젯 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 제20항에 있어서,
상기 하부전극은 100nm 이상 200nm 이하의 두께이고 300℃ 이상 400℃ 이하에서 열처리된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 제20항에 있어서,
상기 상부 및 하부전극에 연결되어 전원을 공급하는 플랙시블 인쇄회로기판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 제25항에 있어서,
상기 상부전극과 상기 플랙시블 인쇄회로기판을 연결하는 배선은 전극물질로 잉크젯 프린팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
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