プリントヘッド｜基礎編
サーマルプリントヘッドの構造種類と製造方法
2024.06.27
サーマルプリントヘッド（TPH）は発熱体の構造及び製法から、“厚膜TPH”と“薄膜TPH”に大別することができます。薄膜TPHのカテゴリーでは、ロームの独自構造として“ステップフリー構造”と“STPH構造”のラインアップがあります。
“厚膜TPH”と“薄膜TPH”の最も大きな違いは、発熱体の厚みです。製造方法も異なり、“厚膜TPH”はスクリーン印刷で形成され、“薄膜TPH”はスパッタリングで形成されます。またTPHはセラミック基板単体で構成されている製品と、プリント基板を併用して構成されている製品があります。 “厚膜TPH”と“薄膜TPH”の構造には、それぞれメリットとデメリットがあります。
TPHの構造
”厚膜TPH”と”薄膜TPH”の構造の違いと、それぞれの特徴について説明します。
発熱体部の構造の違い
発熱体部の構造は“厚膜TPH”と“薄膜TPH”で大きく異なっており、発熱体が厚いTPHは厚膜TPH、発熱体が薄いTPHは薄膜TPHとなります。“厚膜TPH”はスクリーン印刷で形成され、発熱体厚みは数μmとなっています。“薄膜TPH”はスパッタリングで形成され、発熱体厚みはサブミクロン単位となっています。
厚膜TPH
薄膜TPH
共通部分の構造
発熱体部が形成されているセラミック基板を除き、基本的なTPH構造は“厚膜TPH”と“薄膜TPH”に二分されます。その構造は、セラミック基板単体で構成されている製品（一体構造）、プリント基板を併用して構成されている製品（二体構造）があります。
一体構造
二体構造
TPHは発熱体への通電状態を制御するためにドライバICを実装しています。ドライバICにはワイヤーで接続されている機種や、フリップチップ実装されている機種があります。TPHを制御するための入力信号、発熱体と接続する出力信号がそれぞれ接続されています。
また使用時に発熱体からの熱量により製品温度が上昇することで、誤動作により製品が損傷する可能性があります。そのため、温度状態を検出するためのサーミスタを実装しています。
製品においては、コネクタが実装されている機種、放熱板が貼付されている機種があります。コネクタはフラットケーブルに対応したモデルや電線ケーブルに対応したモデルがあり、TPHへ信号入力するインターフェースです。放熱板は発熱による温度上昇を適切に調整する機構となります。
製造方法
スクリーン印刷で製造される“厚膜TPH”と、スパッタリングで製造される“薄膜TPH”について、各々の構造の製造方法について説明します。スパッタリングとは、ウエハ表面に膜を付ける「成膜」の方法の一種です。
厚膜TPHの基板製造
- 1. セラミック基板にグレーズを印刷します。印刷後は、乾燥、焼成の工程を経て、構造化されます。
- 2. 配線は印刷のみでの形成ではなく、配線材料の印刷の後、フォトリソグラフィ、エッチングにより配線を形成します。
- 3. 発熱体、及び共通電極、保護膜に関しては印刷することで形成します。
- 4. 硬質保護膜に関してはスパッタにより成膜します。
- 5. 発熱体抵抗値はトリミングしており、製品仕様の抵抗値になるように調整しています。
薄膜TPHの基板製造
- 1. セラミック基板にグレーズを印刷します。印刷後は、乾燥、焼成の工程を経て、構造化されます。
- 2. 発熱体、配線材料をスパッタして、フォトリソグラフィ、エッチングにより配線を形成します。
- 3. マスキングして保護膜をスパッタにより成膜します。
- 4. 発熱体抵抗値はトリミングしており、目的の抵抗値になるように調整しています。
実装工程
セラミック基板単体、あるいは二体構造（分離型構造と呼ばれることもある）に対して、ドライバICを複数実装することになります。ICの入出力パッドと基板回路はワイヤーボンディングで接続されます。フリップチップICについては、実装とボンディングを同時に実行します。個々の発熱体と接続する配線は、ドライバICの出力パッドと1対1で接続されています。対して、入力信号は複数のドライバICに対してシリアル接続もしくはパラレル接続しています。
ドライバICは樹脂でコーティングして外部影響より保護します。
製品においては、コネクタの実装、放熱板の貼付をします。
各構造の特徴
“厚膜TPH”と“薄膜TPH”の構造について、それぞれメリットとなる特性もあれば、デメリットとなる特性もあります。ここでは各々の一般的な特徴の違いについて説明します。
厚膜TPHと薄膜TPHの特徴
| 厚膜TPH | 薄膜TPH | |
| メリット |
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| デメリット |
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製品構造の特徴
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