서멀 프린트 헤드 구조의 종류와 제조 방법

서멀 프린트 헤드 (TPH)는 발열체의 구조 및 제조 방법에 따라 「후막 TPH」와 「박막 TPH」로 분류할 수 있습니다. 박막 TPH의 카테고리에는 로옴의 독자적인 구조로서 「스텝 프리 구조」와 「STPH 구조」의 라인업이 있습니다.
「후막 TPH」와 「박막 TPH」의 가장 큰 차이점은 발열체의 두께입니다. 제조 방법에서도 「후막 TPH」는 스크린 인쇄로 형성되고, 「박막 TPH」는 스퍼터링 (Sputtering)으로 형성됩니다. 또한, TPH는 세라믹 기판 단품으로 구성되는 제품과 프린트 기판을 병용하여 구성되는 제품이 있습니다. 「후막 TPH」와 「박막 TPH」의 구조에는 각각 장점과 단점이 있습니다.

TPH의 구조

「후막 TPH」와 「박막 TPH」 구조의 차이점과 각각의 특징에 대해 설명하겠습니다.

발열체 구조의 차이점

발열체 구조는 「후막 TPH」와 「박막 TPH」에서 큰 차이점이 있습니다. 발열체가 두꺼운 TPH는 후막 TPH, 발열체가 얇은 TPH는 박막 TPH라고 합니다. 「후막 TPH」는 스크린 인쇄로 형성되고, 발열체의 두께는 수 μm입니다. 「박막 TPH」는 스퍼터링 (Sputtering)으로 형성되고, 발열체 두께는 서브미크론 단위입니다.

공통 부분의 구조

발열체 부분이 형성되어 있는 세라믹 기판을 제외하고, 기본적인 TPH 구조는 「후막 TPH」와 「박막 TPH」로 나누어집니다. 그 구조는 세라믹 기판 단품으로 구성되는 제품 (일체형 구조), 프린트 기판을 병용하여 구성되는 제품 (이체형 구조)이 있습니다.

TPH는 발열체에 대한 통전 상태를 제어하기 위해 드라이버 IC를 실장하고 있습니다. 드라이버 IC에는 와이어로 접속되는 기종이나, 플립 칩 실장되어 있는 기종이 있습니다. TPH를 제어하기 위한 입력신호, 발열체와 접속하는 출력신호가 각각 접속되어 있습니다.

또한, 사용 시에 발열체로부터의 열량으로 인해 제품 온도가 상승함에 따라 오동작으로 인해 제품이 손상될 가능성이 있습니다. 따라서, 온도 상태를 검출하기 위한 서미스터를 실장하고 있습니다.

제품에 있어서는 커넥터가 실장된 기종, 방열판이 부착된 기종이 있습니다. 커넥터는 플랫 케이블에 대응하는 모델이나 전선 케이블에 대응하는 모델이 있으며, TPH로 신호를 입력하는 인터페이스입니다. 방열판은 발열로 인한 온도 상승을 적절하게 조정하는 기구입니다.

제조 방법

그럼 스크린 인쇄로 제조되는 「후막 TPH」와 스퍼터링으로 제조되는 「박막 TPH」 각각의 제조 방법에 대해 설명하겠습니다. 스퍼터링이란, 웨이퍼 표면에 막을 형성하는 「성막」 방법의 일종입니다.

후막 TPH의 기판 제조

• 1. 세라믹 기판에 글레이즈를 인쇄합니다. 인쇄 후에는 건조, 소성 (焼成)의 공정을 거쳐, 구조화됩니다.
• 2. 배선은 인쇄만으로 형성되지 않아, 배선 재료 인쇄 후 포토리소그래피, 에칭을 통해 배선을 형성합니다.
• 3. 발열체 및 공통 전극, 보호막은 인쇄를 통해 형성합니다.
• 4. 경질 보호막은 스패터를 통해 성막합니다.
• 5. 발열체 저항치는 트리밍하여, 제품 사양의 저항치가 되도록 조정합니다.

박막 TPH의 기판 제조

• 1. 세라믹 기판에 글레이즈를 인쇄합니다. 인쇄 후에는 건조, 소성 (焼成) 공정을 거쳐 구조화됩니다.
• 2. 발열체, 배선 재료를 스패터하여, 포토리소그래피, 에칭을 통해 배선을 형성합니다.
• 3. 마스킹하여 보호막을 스패터를 통해 성막합니다.
• 4. 발열체 저항치는 트리밍하여, 목표 저항치가 되도록 조정합니다.

실장 공정

세라믹 기판 단품, 또는 이체형 구조 (분리형 구조)에 대해, 드라이버 IC를 여러 개 실장하게 됩니다. IC의 입출력 패드와 기판 회로는 와이어 본딩으로 접속됩니다. 플립 칩 IC의 경우, 실장과 본딩을 동시에 실시합니다. 각각의 발열체와 접속하는 배선은 드라이버 IC의 출력 패드와 1대1로 접속되어 있습니다. 반면에 입력신호는 여러 개의 드라이버 IC에 대해 직렬 접속 또는 병렬 접속되어 있습니다.
드라이버 IC는 수지로 코팅하여 외부 영향으로부터 보호합니다.
제품에는 커넥터 실장, 방열판 부착을 실시합니다.

각 구조의 특징

「후막 TPH」와 「박막 TPH」의 구조에는 각각 장점이 되는 특성과 단점이 되는 특성이 있습니다. 하기 표에 일반적인 특징의 차이점에 대해 정리하였습니다.

후막 TPH와 박막 TPH의 특징

제품 구조의 특징