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KR101656915B1 - 인쇄헤드와 그에 관련된 방법 및 시스템 - Google Patents

인쇄헤드와 그에 관련된 방법 및 시스템 Download PDF

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KR101656915B1
KR101656915B1 KR1020127031058A KR20127031058A KR101656915B1 KR 101656915 B1 KR101656915 B1 KR 101656915B1 KR 1020127031058 A KR1020127031058 A KR 1020127031058A KR 20127031058 A KR20127031058 A KR 20127031058A KR 101656915 B1 KR101656915 B1 KR 101656915B1
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KR
South Korea
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wafer
circuit
movable membrane
printhead
chamber
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KR1020127031058A
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English (en)
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Inventor
브룩클린 앤드류 엘 반
에릭 엘 닉켈
Original Assignee
휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Publication date
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Abstract

인쇄헤드는 가동 멤브레인, 멤브레인을 이동시키기 위한 압전 액추에이터 및 가동 멤브레인 상에 배치된 전자 회로를 포함한다. 인쇄헤드 제조 방법은 회로 웨이퍼의 제 1 면 상에 CMOS 회로를 제조하는 단계와, 회로 웨이퍼의 제 2 면에 챔버를 형성하여 챔버의 저부가 가동 멤브레인을 형성하고 CMOS 회로가 챔버의 저부에 대향하여 가동 멤브레인 상에 배치되게 하는 단계를 포함한다. 인쇄 시스템은 가동 멤브레인의 제 1 면 상에 형성된 CMOS 회로를 갖는 인쇄헤드와, 가동 멤브레인의 제 2 면을 포함하는 저부를 갖는 챔버와, 챔버 내로의 가동 멤브레인의 변위를 발생시키도록 구성된 CMOS 회로 상에 형성된 압전 액추에이터를 포함한다.

Description

인쇄헤드와 그에 관련된 방법 및 시스템 {PRINTHEAD AND RELATED METHODS AND SYSTEMS}
드롭 온 디맨드(drop-on-demand) 잉크젯 프린터는 통상적으로 잉크젯 인쇄헤드 내의 액적 형성의 2개의 메커니즘 중 하나에 따라 분류된다. 서멀 버블(thermal bubble) 잉크젯 프린터는 인쇄헤드 노즐로부터 잉크 액적을 가압하는 기포를 생성하기 위해 잉크 충전된 챔버 내부에서 잉크(또는 다른 유체)를 기화하는 가열 소자 액추에이터를 갖는 열적 잉크젯 인쇄헤드를 사용한다. 압전 잉크젯 프린터는 인쇄헤드 노즐로부터 잉크(또는 다른 유체)의 액적을 가압하기 위해 잉크 충전된 챔버 내부에 압력 펄스를 생성하는 압전 재료 액추에이터를 갖는 압전 잉크젯 인쇄헤드를 사용한다.
압전 잉크젯 인쇄헤드는 그 더 높은 점도 및/또는 화학 조성물이 UV 경화성 인쇄 잉크와 같은 열적 잉크젯 인쇄헤드의 사용을 억제하는 분사 가능 유체를 사용할 때 열적 잉크젯 인쇄헤드에 비해 적합하다. 열적 잉크젯 인쇄헤드는 그 조성물이 기계적 또는 화학적 열화를 경험하지 않고 비등 온도를 견딜 수 있는 분사 가능 유체에 제한된다. 압전 인쇄헤드는 노즐로부터 잉크 액적을 가압하기 위해 압력(열이 아님)을 사용하기 때문에, 압전 인쇄헤드는 분사 가능 재료의 더 넓은 선택을 수용할 수 있다. 따라서, 압전 인쇄헤드는 다양한 매체 기판 상에 인쇄하기 위해 광범위하게 이용된다.
그러나, 압전 인쇄헤드와 연관된 일 문제점은 인쇄 시스템 비용을 최소화하는 방식의 MEMS(마이크로전기기계 시스템) 및 압전 액추에이터 구동 회로의 구성이다. 노즐당 기초로 전자 회로 제어부를 필요로 하는 압전 인쇄헤드의 특정한 특징이 존재한다. 예를 들어, 개별 노즐을 트리밍하고 인접한 노즐들 사이의 누화를 감소시키는 것은 각각의 노즐을 위한 개별 전자 회로의 사용을 필요로 한다. 그러나, 노즐당 전자 회로를 구현하는 것은 인쇄헤드 비용을 증가시키는 인쇄헤드 내의 부가의 영역을 필요로 한다. 따라서, 높은 노즐 밀도 및 낮은 비용을 갖는 압전 인쇄헤드를 구성하는 것은 계류중인 과제이다.
도 1은 실시예에 따른 인쇄헤드를 채택하기에 적합한 잉크젯 인쇄 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 실시예에 따른 가동 멤브레인 상에 형성된 CMOS 회로를 갖는 압전 잉크젯 인쇄헤드의 측면도.
도 3은 실시예에 따른 각각의 챔버 위에 위치된 압전 재료로의 작동 전압 신호의 인가를 통한 압전 인쇄헤드의 작동을 도시하는 도면.
도 4는 실시예에 따른 압전 인쇄헤드 웨이퍼 스택의 위에서 아래로 본 도면.
도 5는 실시예에 따른 압전 인쇄헤드를 제조하기 위한 웨이퍼 스택 상에 수행된 일반적인 프로세싱 단계를 도시하는 도면.
상기 언급된 바와 같이, 압전 잉크젯 인쇄헤드와 관련된 당면 과제는 높은 노즐 밀도 및 낮은 비용을 갖는 인쇄헤드를 구현하는 것이다. 이와 관련하여 각각의 노즐을 개별적으로 제어하는데 사용되는 별도의 전자 회로를 장착하기 위해서 인쇄헤드 내에 확보할 수 있는 공간이 매우 협소하다는 것이 가장 주요한 문제점이다.
본 발명의 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
본 발명의 실시예는 일반적으로 인쇄헤드의 작동에 사용되는 가동 멤브레인 상에 제조된 CMOS 회로를 갖는 압전 잉크젯 인쇄헤드를 통해 이 과제를 처리한다. 액적 토출 MEMS(마이크로전기기계 시스템) 메커니즘의 작동에 의해 변형된 웨이퍼 표면의 부분 상에 형성된 CMOS 회로 디바이스의 적어도 일부를 갖는 것은 인쇄헤드 내의 이용 가능한 영역의 더 효율적인 사용이고 MEMS 제조의 복잡성을 감소시킨다. CMOS 회로를 제조하여 이를 웨이퍼 형태로 MEMS 구조체를 완성하는데 사용된 하나 이상의 부가의 웨이퍼에 접합하는 것은 또한 압전 액추에이터와 CMOS 회로 사이의 상호 접속의 비용을 감소시킨다.
일 예시적인 실시예에서, 인쇄헤드는 가동 멤브레인, 멤브레인을 이동시키기 위한 압전 액추에이터 및 가동 멤브레인 상에 배치된 전자 회로를 포함한다. 다른 실시예에서, 인쇄 시스템은 가동 멤브레인의 제 1 면 상에 형성된 CMOS 회로를 갖는 인쇄헤드를 포함한다. 챔버는 가동 멤브레인의 제 2 면을 포함하는 저부를 갖는다. 챔버 내로의 가동 멤브레인의 변위를 야기하도록 구성된 압전 액추에이터가 CMOS 회로 상에 형성된다.
다른 실시예에서, 잉크젯 인쇄헤드를 제조하는 방법은 회로 웨이퍼의 제 1 면 상에 CMOS 회로를 제조하는 단계를 포함한다. 챔버가 회로 웨이퍼의 제 2 면에 형성되어 챔버의 저부가 가동 멤브레인을 형성하게 된다. 회로 웨이퍼의 제 1 면 상에 제조된 CMOS 회로는 가동 멤브레인 상에 있고, 회로 웨이퍼의 제 2 면에 형성된 챔버의 저부에 대향한다.
예시적인 실시예
도 1은 실시예에 따른, 본 명세서에 개시된 바와 같은 인쇄헤드 또는 유체 토출 디바이스를 채택하는데 적합한 잉크젯 인쇄 시스템(100)을 도시한다. 이 실시예에서, 인쇄헤드는 유체 액적 제팅(jetting) 인쇄헤드(114)로서 개시된다. 잉크젯 인쇄 시스템(100)은 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102), 잉크 공급 조립체(104), 장착 조립체(106), 매체 운반 조립체(108), 전자 제어기(110) 및 잉크젯 인쇄 시스템(100)의 다양한 전기 부품에 전력을 제공하는 적어도 하나의 전원(112)을 포함한다. 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)는 인쇄 매체(118) 상에 인쇄하기 위해 복수의 오리피스 또는 노즐(116)을 통해 인쇄 매체(118)를 향해 잉크의 액적을 토출하는 적어도 하나의 인쇄헤드(유체 토출 디바이스) 또는 인쇄헤드 다이(114)를 포함한다. 인쇄 매체(118)는 페이퍼, 카드 스톡, 투명 필름, 마일라(Mylar) 등과 같은 임의의 유형의 적합한 시트 재료이다. 통상적으로, 노즐(116)이 하나 이상의 칼럼 또는 어레이로 배열되어, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102) 및 인쇄 매체(118)가 서로에 대해 이동함에 따라, 노즐(116)로부터의 적절하게 시퀀싱된 잉크의 토출이 문자, 기호 및/또는 다른 그래픽 또는 이미지가 인쇄 매체(118) 상에 인쇄될 수 있게 한다.
잉크 공급 조립체(104)는 인쇄헤드 조립체(102)에 유체 잉크를 공급하고 잉크를 저장하기 위한 저장조(120)를 포함한다. 잉크는 저장조(120)로부터 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)로 유동한다. 잉크 공급 조립체(104) 및 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)는 일방향 잉크 전달 시스템 또는 재순환 잉크 전달 시스템을 형성할 수 있다. 일방향 잉크 전달 시스템에서, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)에 공급된 실질적으로 모든 잉크가 인쇄 중에 소비된다. 그러나, 재순환 잉크 전달 시스템에서는, 인쇄헤드 조립체(102)에 공급된 잉크의 일부만이 인쇄 중에 소비된다. 인쇄 중에 소비되지 않은 잉크는 잉크 공급 조립체(104)로 복귀된다.
일 실시예에서, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102) 및 잉크 공급 조립체(104)는 잉크젯 카트리지 또는 펜 내에 함께 수용된다. 다른 실시예에서, 잉크 공급 조립체(104)는 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)로부터 분리되고 공급 튜브와 같은 인터페이스 접속을 통해 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)에 잉크를 공급한다. 일 실시예에서, 잉크 공급 조립체(104)의 저장조(120)는 제거되고, 교체되고, 그리고/또는 재충전될 수 있다. 일 실시예에서, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102) 및 잉크 공급 조립체(104)가 잉크젯 카트리지 내에 함께 수용되어 있는 경우에, 저장조(120)는 카트리지 내에 위치된 로컬 저장조 뿐만 아니라 카트리지로부터 분리되어 위치된 대형 저장조를 포함한다. 개별의 더 대형의 저장조는 로컬 저장조를 재충전하는 기능을 한다. 따라서, 분리된 더 대형의 저장조 및/또는 로컬 저장조는 제거되고, 교체되고, 그리고/또는 재충전될 수 있다.
장착 조립체(106)는 매체 운반 조립체(108)에 대해 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)를 위치 설정하고, 매체 운반 조립체(108)는 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)에 대해 인쇄 매체(118)를 위치 설정한다. 따라서, 인쇄 구역(122)이 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)와 인쇄 매체(118) 사이의 영역에서 노즐(116)에 인접하여 형성된다. 일 실시예에서, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)는 주사형(scanning type) 인쇄헤드 조립체이다. 주사형 인쇄헤드 조립체에서, 장착 조립체(106)는 인쇄 매체(118)를 주사하기 위해 매체 운반 조립체(108)에 대해 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)를 이동시키기 위한 캐리지를 포함한다. 다른 실시예에서, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)는 비주사형 인쇄헤드 조립체이다. 비주사형 인쇄헤드 조립체에서, 장착 조립체(106)는 매체 운반 조립체(108)에 대해 지정된 위치에 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)를 고정한다. 따라서, 매체 운반 조립체(108)는 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)에 대해 인쇄 매체(118)를 위치 설정한다.
전자 제어기 또는 프린터 제어기(110)는 통상적으로 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102), 장착 조립체(106) 및 매체 운반 조립체(108)와 통신하여 제어하기 위한 프로세서, 펌웨어 및 다른 프린터 전자 기기를 포함한다. 전자 제어기(110)는 컴퓨터와 같은 호스트 시스템으로부터 데이터(124)를 수신하고, 데이터(124)를 일시적으로 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 통상적으로, 데이터(124)는 전자, 적외선, 광학 또는 다른 정보 전달 경로를 따라 잉크젯 인쇄 시스템(100)에 송신된다. 데이터(124)는 예를 들어 인쇄될 문서 및/또는 파일을 표현한다. 이와 같이, 데이터(124)는 잉크젯 인쇄 시스템(100)을 위한 인쇄 작업을 형성하고, 하나 이상의 인쇄 작업 명령 및/또는 명령 파라미터를 포함한다.
일 실시예에서, 전자 제어기(110)는 노즐(116)로부터 잉크 액적의 토출을 위한 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)를 제어한다. 따라서, 전자 제어기(110)는 문자, 기호 및/또는 다른 그래픽 또는 이미지를 인쇄 매체(118) 상에 형성하는 토출된 잉크 액적의 패턴을 규정한다. 토출된 잉크 액적의 패턴은 인쇄 작업 명령 및/또는 명령 파라미터에 의해 결정된다.
일 실시예에서, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)는 하나의 인쇄헤드(114)를 포함한다. 다른 실시예에서, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)는 와이드 어레이 또는 멀티-헤드 인쇄헤드 조립체이다. 일 와이드-어레이 실시예에서, 잉크젯 인쇄헤드 조립체(102)는 캐리어를 포함하고, 이 캐리어는 인쇄헤드 다이(114)를 지지하고, 인쇄헤드 다이(114)와 전자 제어기(110) 사이에 전기 통신을 제공하고, 인쇄헤드 다이(114)와 잉크 공급 조립체(104) 사이의 유체 연통을 제공한다.
일 실시예에서, 잉크젯 인쇄 시스템(100)은 인쇄헤드(114)가 도 2에 도시된 것과 같은 압전 잉크젯 인쇄헤드(114)인 드롭 온 디맨드 압전 잉크젯 인쇄 시스템이다. 도 2는 실시예에 따른, 가동 멤브레인 상에 형성된 CMOS 회로를 갖는 압전 잉크젯 인쇄헤드(114)의 부분 측면도를 도시한다. 압전 인쇄헤드(114)는 도 5를 참조하여 더 상세히 이하에 설명되는 바와 같이, 일반적으로 실리콘 회로 웨이퍼(500) 및 실리콘 MEMS 웨이퍼(504)를 포함하는 웨이퍼 스택(506)으로서 형성된다. 압전 인쇄헤드(114)는 노즐(116)로부터 잉크 또는 다른 유체 액적을 가압하는 압력 펄스를 생성하기 위해 잉크 챔버(202) 내에 압전 소자/액추에이터(200)를 구현한다. 잉크는 잉크 이송 슬롯(204)을 통해 챔버(200) 내에서 교체된다. 압전 챔버(202)의 작동은 작동 전압 신호가 챔버와 연관된 압전 재료(200)에 인가될 때 발생한다.
도 3은 실시예에 따른, 각각의 챔버(202) 상에 위치된 압전 재료(200)로의 작동 전압 신호의 인가를 통한 압전 인쇄헤드(114) 내의 압전 챔버(202)의 작동을 도시한다. 압전 인쇄헤드(114)는 각각의 챔버(202)의 저부 부분으로서 형성된 가동 멤브레인(206)을 포함한다. 압전 재료(200)는 가동 멤브레인(206)에 결합된다(예를 들어, 접착되거나 형성됨). 압전 재료(200)의 작동은 재료(200)가 챔버(202)의 방향에서 변형될 수 있게 하고, 이는 챔버(202) 내로의 인접한 가동 멤브레인(206)의 대응 변위를 야기한다(변형 및 변위는 이 설명을 위해 도 3의 도시에서는 과장되어 있음). 챔버(202) 내로의 가동 멤브레인(206)의 변위는 챔버 체적을 감소시켜, 챔버(202)로부터 노즐(116)을 통한 잉크(또는 다른 유체)의 액적의 토출을 야기한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 압전 인쇄헤드(114)는 회로 웨이퍼(500)(도 5)의 표면 영역 상에 제작된 전자 CMOS 회로(208)를 또한 포함한다. CMOS 회로(208)는 표준 CMOS 제조 프로세스를 통해 구성되고, 가동 멤브레인(206) 상을 포함하는, 회로 웨이퍼(500)의 상부측의 전체 표면 영역을 가로질러 형성될 수 있다. 따라서, 잉크 액적의 토출을 발생하기 위한 압전 재료(200)의 작동시에 탄력적으로 변형하는 가동 멤브레인(206)은 일 측면에서 챔버(202)의 저부면으로서, 다른 측면에서 CMOS 회로(208)를 구성하기 위한 가치있는 실리콘 리얼 에스테이트(real estate)로서 기능한다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 가동 멤브레인(206) 상에 제조된 CMOS 회로(208)의 부분은 이것이 압전 재료(200)의 작동 중에 탄력적으로 변형하기 때문에 가동 멤브레인(206)과 함께 이동한다.
도 4는 실시예에 따른, 압전 인쇄헤드(114) 실리콘 웨이퍼 스택의 위에서 아래로 본 도면을 도시한다. CMOS 회로(208)는 가동 멤브레인 회로(400) 및 정적 표면 회로(402)의 모두를 포함한다. 가동 멤브레인(206)의 상부에 제조된 가동 멤브레인 회로(400)는 예를 들어 압전 액추에이터 재료(200)를 구동하도록 구성된 증폭기 회로용 구동 트랜지스터(Q1 내지 Q4)를 포함한다. 가동 멤브레인(206) 상의 회로(400)는 스트레인 센서 주입 저항을 또한 포함할 수 있다.
동작 중에, 회로 웨이퍼(500) 표면의 평면에 대한 멤브레인(206)의 상승 및 하강 이동은 실리콘의 결정 격자 내에 스트레인을 유발한다. 효과는 반도체 내의 이동도 캐리어를 변형하는 것이다. 스트레인 센서 저항에 대해, 효과는 디바이스의 저항의 변화이다. MOS 트랜지스터(예를 들어, Q1 내지 Q4)에 대해, 효과는 소정의 게이트 전압(Vgs)에 대해 디바이스의 포화 전류에 영향을 미쳐, 격자 스트레인의 방향 및 이들의 배향에 따라 이들을 효과적으로 좁게 하거나 넓게 하는 것이다. 그러나 이 효과는 작고(6% 미만), 계산된 값은 0.032 내지 0.054의 격자 스트레인을 나타낸다. 이들 값은 고정밀도 및/또는 고속 회로에 대해 허용 가능하고, 이들은 압전 액추에이터(200)를 구동하는 최종 스테이지에 사용된 출력 구동 트랜지스터를 위한 본 구현에서 더 충분하다.
스트레인 센서 주입 저항은 가동 멤브레인(206)의 실리콘 표면 내로의 주입 도핑으로부터 형성된 통상의 저항의 세트로서 구현될 수 있다. 이러한 저항은 높은 오옴/스퀘어 비저항을 갖고, 주입을 통해 이들은 실리콘 표면/기판에 완전히 기계적으로 결합된다. 4개의 저항이 통상의 풀 브리지 구성으로 사용된다. 기계적으로, 저항은 2개가 스트레인 방향을 따르고 2개는 그에 직교하도록 배열된다. 따라서, 스트레인 신호는 멤브레인(206)의 이동으로부터 직접 측정될 수 있다. 스트레인 신호는 예를 들어 제어 목적으로 멤브레인(206)의 위치를 피드백하는데 사용될 수 있다.
정적 표면 회로(402)는 가동 멤브레인(206) 주위의 회로 웨이퍼(500)(도 5)의 표면 상의 정지 위치에 위치된 노즐당(per-nozzle) 회로 블록을 포함한다. 회로 블록은 논리 블록, 신호 발생기 블록 및 증폭기 회로 블록을 포함한다. 함께, 이들 회로 블록은 압전 액추에이터(200)를 구동하는 역다중화 및 전력 출력 회로로서 기능한다.
도 5는 실시예에 따른, 압전 인쇄헤드(114)의 제조시에 웨이퍼 스택 상에 수행된 일반적인 프로세싱 단계를 도시한다. 프로세싱 단계는 단계 A 내지 E로서 도 5에 분할되어 있다. 단계 A에서, 회로 웨이퍼(500)가 도시되어 있다. 회로 웨이퍼(500)는 풀 기능성 CMOS 회로로 프로세싱되는 SOI(실리콘 온 절연체) 웨이퍼이다. 회로 웨이퍼(500)는 SOI 웨이퍼 상부 내에 주입되고 형성된 CMOS 회로(208)를 포함한다. 회로 웨이퍼(500) 상에 CMOS 회로(208)를 제조하는데 수반되는 단계들은 당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 표준 CMOS 제조 프로세스이다.
단계 B에서, 핸들 웨이퍼가 회로 웨이퍼(500)에 추가/부착된다(예를 들어, 열적으로 해제 가능한 접착제에 의해). 핸들 웨이퍼(502)는 기계적 이유로 프로세싱 중에 일시적으로 부착된다. 예를 들어, 핸들 웨이퍼(502)는 CMOS 회로(208)를 손상하지 않고 프로세싱 중에 툴링(tooling) 기계류가 웨이퍼 조립체를 파지할 수 있게 한다. 핸들 웨이퍼(502)는 또한 후속의 프로세싱(예를 들어, 에칭) 단계 중에 기계적 강도를 제공한다.
도 5의 단계 C에서, 챔버(202) 및 가동 멤브레인(206)은 회로 웨이퍼(500) 내에 형성된다. 챔버(202)는 가동 멤브레인(206)(즉, 다이어프램)의 두께를 규정하는 깊이로 SOI 회로 웨이퍼(500) 내로 에칭된다. 이 단계에서, 에칭의 깊이는 통상적으로 이산화실리콘층과 같은 SOI 실리콘 웨이퍼(500) 내의 에칭 정지부에 의해 제어된다. 에칭 정지부는 가동 멤브레인(206)을 위한 정확한 두께를 성취하기 위한 메커니즘을 제공한다.
도 5의 단계 D에서, 실리콘 기반 MEMS(마이크로전기기계 시스템) 웨이퍼(504)가 도시된다. MEMS 웨이퍼(504)는 노즐(116) 및 잉크 이송 슬롯(204)을 포함하도록 프로세싱된다. MEMS 웨이퍼(504)는 회로 웨이퍼(500)와는 대조적으로 어떠한 전기적 기능도 갖지 않는다. 오히려, MEMS 웨이퍼(504)는 잉크 또는 다른 유체가 압전 인쇄헤드(114)를 통해 유동할 수 있게 하는 유체-기계 기능을 제공한다. 회로 웨이퍼(500)와 같이, MEMS 웨이퍼(504)는 통상적으로 노즐(116) 및 잉크 이송 슬롯(204)을 형성할 때 에칭 정확성을 제공하기 위해 하나 이상의 에칭 정지부를 갖는 SOI 웨이퍼이다. MEMS 웨이퍼(504)를 제조하는데 수반되는 단계는 당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 표준 MEMS 제조 프로세스이다. 기본 MEMS 제조 프로세스 단계는 예를 들어 재료층의 증착(예를 들어, 물리적 또는 화학적 증착), 포토리소그래피에 의한 층의 패터닝 및 노즐(116) 및 잉크 이송 슬롯(204)과 같은 웨이퍼 내에 원하는 형상을 생성하기 위한 에칭(예를 들어, 습식 또는 건식 에칭)을 포함한다. 단계 D에서, 회로 웨이퍼(500)와 MEMS 웨이퍼(504) 사이의 결합부는 점선으로서 또한 도시되어 있다.
단계 E에서, 완전한 웨이퍼 스택(506)이 도시되어 있다. 이 단계에서, 회로 웨이퍼(500) 및 MEMS 웨이퍼(504)는 예를 들어 접착에 의해 서로 결합되어(점선), 챔버(202) 및 노즐(116)이 적절하게 정렬되게 된다. 단계 E에서, 회로 웨이퍼(500)와 MEMS 웨이퍼(504)가 결합된 후에, 핸들 웨이퍼는 회로 웨이퍼(500)로부터 제거된다는 것이 명백하다. 단계 E에서, 압전 액추에이터 재료(200)는 또한 챔버 가동 멤브레인(206)의 영역 상에 도포된다. 따라서, 가동 멤브레인(206) 상에 제조된 CMOS 회로(208)는 압전 재료(200) 아래에 배치된다. 압전 재료(200)는 예를 들어 PZT로 제조되고, PZT 재료가 예비 성형되고 이어서 회로 웨이퍼(500)의 표면에 부착되는 벌크 접근법으로 도포된다. PZT는 또한 박막 접근법을 사용하여 가동 멤브레인(206)의 상부에 직접 형성될 수 있다. 박막 접근법에서, PZT는 얇은 액체 코팅으로서 회로 웨이퍼(500) 상에 스피닝되고 이어서 노 내에서 프로세싱된다. 회로 웨이퍼(500)의 가동 멤브레인(206)에 PZT를 도포하기 위한 박막 접근법은 CMOS 회로가 손상을 발생하지 않고 높은 온도를 견딜 수 있는 시간에 대한 산업 표준 제한에 접근한다는 것이 주목된다. 그러나, 박막 접근법은 PZT 이외의 압전 재료(200)의 도포를 위해 더 적합할 수 있다.
100: 잉크젯 인쇄 시스템 102: 잉크젯 인쇄헤드 조립체
104: 잉크 공급 조립체 106: 장착 조립체
112: 전원 120: 저장조
202: 챔버 206: 가동 멤브레인
208: CMOS 회로 220: 압전 액추에이터 재료
500: 회로 웨이퍼 504: MEMS 웨이퍼

Claims (15)

  1. 가동 멤브레인(a moveable membrane)과,
    상기 가동 멤브레인을 움직이도록 하기 위한 압전 액추에이터(a piezoelectirc actuator)와,
    상기 가동 멤브레인 상에 배치된 전자 회로를 포함하고,
    상기 전자 회로는 상기 압전 액추에이터와 상기 가동 멤브레인 사이에 배치되며,
    상기 전자 회로는 상기 가동 멤브레인과 함께 이동하는
    인쇄헤드.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 멤브레인은 회로 웨이퍼의 가동부(movable portion)이고,
    상기 인쇄헤드는 상기 회로 웨이퍼의 정적부(static portion) 상에 배치된 전자 회로를 더 포함하는
    인쇄헤드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 회로는 상기 압전 액추에이터를 구동하기 위한 출력 드라이버를 포함하는
    인쇄헤드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 회로는 상기 가동 멤브레인의 움직임(movement)을 감지하도록 구성된 센서를 포함하는
    인쇄헤드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서는 저항의 변화를 통해 실리콘의 결정 격자 내의 스트레인(strain)을 표시하도록 구성된 스트레인 게이지 저항(a strain gauge resistor)인
    인쇄헤드.
  7. 회로 웨이퍼의 제 1 면 상에 CMOS 회로를 제조하는 단계와,
    상기 회로 웨이퍼의 제 2 면에 챔버를 형성하여 상기 챔버의 저부(bottom)가 가동 멤브레인을 형성하고 상기 CMOS 회로가 상기 챔버의 저부에 대향해서 상기 가동 멤브레인 상에 배치되게 하는 단계와,
    상기 회로 웨이퍼의 제 1 면 상의 상기 CMOS 회로 위에 압전 액추에이터 재료를 도포하는 단계를 포함하고,
    상기 CMOS 회로는 상기 가동 멤브레인과 함께 이동하는
    잉크젯 인쇄헤드 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터 재료를 도포하는 단계는 사전 프로세싱된 압전 액추에이터 재료를 상기 회로 웨이퍼의 제 1 면에 부착하는 것과 상기 회로 웨이퍼의 제 1 면 상에 상기 압전 액추에이터 재료를 스핀 코팅(spin coating)하는 것으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 프로세스에 의해 도포하는 단계를 포함하는
    잉크젯 인쇄헤드 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 회로 웨이퍼는 실리콘 온 절연체(silicon on insulator;SOI) 웨이퍼를 포함하고,
    상기 챔버를 형성하는 것은 상기 SOI 웨이퍼 내의 이산화실리콘층에 의해 정의된 에칭 정지부 까지 상기 SOI 웨이퍼를 에칭하는 것을 포함하는
    잉크젯 인쇄헤드 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 가동 멤브레인 상이 아닌 상기 회로 웨이퍼의 제 1 면의 정적 영역(static areas) 상에 CMOS 회로가 제조되는
    잉크젯 인쇄헤드 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    잉크 이송 슬롯(an ink feed slot) 및 노즐(a nozzle)을 포함하는 마이크로전기기계 시스템(microelectromechanical systems;MEMS) 웨이퍼를 상기 회로 웨이퍼에 결합하여 상기 챔버의 상부가 상기 노즐의 입력측으로 개방되게 하는 단계를 더 포함하는
    잉크젯 인쇄헤드 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 챔버를 형성하기 전에, 상기 회로 웨이퍼의 제 1 면에 핸들 웨이퍼를 부착하는 단계와,
    상기 회로 웨이퍼를 상기 MEMS 웨이퍼에 결합한 후에, 상기 회로 웨이퍼의 제 1 면으로부터 상기 핸들 웨이퍼를 제거하는 단계를 더 포함하는
    잉크젯 인쇄헤드 제조 방법.
  14. 가동 멤브레인의 제 1 면 상에 형성된 CMOS 회로를 갖는 인쇄헤드와,
    상기 가동 멤브레인의 제 2 면을 포함하는 저부를 갖는 챔버와,
    상기 CMOS 회로 위에 형성되고 상기 챔버 내로 상기 가동 멤브레인의 변위(displacement)를 발생시키도록 구성된 압전 액추에이터를 포함하고,
    상기 CMOS 회로는 상기 가동 멤브레인과 함께 이동하는
    인쇄 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 챔버 및 상기 가동 멤브레인은 회로 웨이퍼 내에 형성되고,
    상기 인쇄 시스템은
    MEMS 웨이퍼 내에 형성된 노즐을 더 포함하고,
    상기 회로 웨이퍼 및 상기 MEMS 웨이퍼는 상기 챔버와 상기 노즐 사이의 정렬(alignment) 및 유체 연통(fluid communication)을 제공하도록 결합되는
    인쇄 시스템.
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