KITECH 생산기술 전문지

최근 잉크젯 프린팅 기술은 디스플레이, 반도체 패터닝, 바이오 프린팅, 마이크로전자 소자 제작 등 다양한 산업 분야에서 고정밀 재료 분사 공정으로 주목받고 있다. 특히 Photoresist, 전도성 나노잉크, 고점도 바이오 소재와 같은 고기능성 유체를 미세 형상으로 정밀하게 패터닝할 수 있다는 점은 공정 복합성과 비용 부담이 큰 기존 광학식 리소그래피 및 접촉식 코팅 공정을 대체할 수 있는 대안으로 평가된다. 고정밀을 요구하는 잉크젯 공정에서는 잉크의 물성을 안정적으로 유지하는 것이 분사 품질과 공정 신뢰성을 좌우한다[4]. 따라서, 잉크 온도를 정밀하게 제어하는 히팅 모듈의 역할이 핵심적이며, 히팅 모듈의 열적 거동을 정확히 제어하는 것은 필수 과제이다. 실제 산업 현장에서는 온도 안정화 지연과 온도 불균일로 인해 공정 효율과 수율이 저하되는 문제가 발생하고 있다[5]. 이는 열전달 효율 감소로 이어져 생산 비용의 상승으로 직결된다. 기존 연구들은 잉크젯 히터의 재료나 노즐 구조의 최적화에 초점을 맞춰왔지만, 모듈 내부의 유체 순환과 열적 거동을 정량적으로 해석한 사례는 드물다. 따라서 히팅 모듈 전체 시스템 관점에서 내부 유동과 열전달 특성을 해석적으로 접근할 필요가 있다. 본 연구는 잉크젯 히팅 모듈의 열적 특성을 해석 중심으로 정밀 분석하고, 이를 바탕으로 최적 공정 조건 및 설계 조건을 제시하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 CFD 모델을 구축하고, 난류 모델과 연성 알고리즘 및 사용자 정의 함수 등 다양한 해석 기법을 적용하여 실제와 유사한 공정을 모사하였으며, 다양한 펌프 유속과 히터 출력 조합에 따른 온도 분포 및 안정화 시간을 정략적으로 분석하였다.

키워드 잉크젯 프린팅, 헤드 모듈, 유체 온도 균일도, 열해석