크렉 방지를 위한 잉크젯 프린트 헤드 강건 설계

Design of thermal inkjet print head with robust and reliable structure

최근 프린팅 기술은 디스플레이나 연료전지를 포함한 IT 분야에 폭넓게 사용되고 있지만 핵심 부품인 프린터 헤드의 박막을 적층하는 제조공정에서 발생하는 잔류응력 및 열응력으로 인해 기판이 변형되거나 노즐층이 파손되어 잉크가 새거나 원하는 영역으로 토출되지 않는 문제가 발생하고 있다. 따라서 본 논문에서는 보다 견고하고 신뢰할수 있는 구조를 가진 열전사 잉크젯 프린트 헤드 형상을 제안하고자 한다. 기판과 노즐층의 변형을 줄이기 위해 리브, 기둥, 지지벽 및 개별 피드홀과 같은 다양한 형태의 잉크젯 프린트 헤드 구조가 설계되었으며, FEA 해석을 통해 타당성을 검증하였다. 해석 결과 헤드의 최대 응력 및 노즐층 변형이 최소 40~50%로 급격히 감소하였으며 기둥 및 지지벽 형태의 프린터 헤드를 제작하여 노즐층 변형에 의한 균열 및 잉크 누출이 없는 것을 확인하였다. 따라서 제안된 헤드 형상이 정상 방향의 잉크 토출에 기여하며 대면적 프린팅 기술에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Although printing technology has recently been widely used in IT fields including displays and fuel cells, residual and thermal stress are generated by a manufacturing process of stacking the layers of the print head and result in the substrate deformation and nozzle plate crack, which may cause ink leaks or not be ejected onto a desired region. Therefore, in this paper, we propose a new design of thermal inkjet print head with a robust and reliable structure. Diverse types of inkjet print head such as a rib, pillar, support wall and individual feed hole are designed to reduce the deformation of the substrate and nozzle plate, and their feasibility is numerically investigated through FEA analysis. The numerical results show that the maximum stress and deformation of proposed print head dramatically drops to at least 40~50%, and it is confirmed that there is no nozzle plate cracks and ink leakage through the fabrication of pillar and support wall typed print head. Therefore, it is expected that the proposed head shape can be applied not only to ink ejection in the normal direction, but also to large-area printing technology.