JP2004195946A - 光プリンタヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶基板1上に一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3と個別電極4と共通電極5を形成し、さらに保護膜6、9を形成するが、樹脂流れ込み防止部としての保護膜9を発光素子アレイの外周部にも配設する。
【選択図】図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光プリンタヘッドに関し、特にページプリンタ用感光ドラムの露光用光源などに用いられる光プリンタヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真プリンタ等の露光手段として光プリンタヘッドが用いられている。かかる従来の光プリンタヘッドは、例えば図8に示す如く、上面に複数個の発光素子14および接続パッド15を有する発光素子アレイチップ13を、複数個の回路配線12を有する基板11上に搭載するとともに、前記接続パッド15と回路配線12とを金(Au)等の金属から成るボンディングワイヤ16にて電気的に接続した構造のものが知られている。
【0003】
そして、外部からの画像データに基づいて発光素子アレイチップ13の発光素子14を個々に選択的に発光させるとともに、該発光した光を図示しないロッドレンズアレイ等の光学系を介して外部の感光体ドラムに照射・結像させ、感光体ドラムに所定の潜像を形成することによって光プリンタヘッドとして機能する。
感光体ドラムに形成された潜像は、その後、現像のプロセスを経てトナー像となり、このトナー像を記録紙に転写・定着させることによって記録紙に所定の印画が形成される。
【0004】
従来の光プリンタヘッドを図6と図7によって示す。
図6は光プリンタヘッドの平面図であり、図7はその断面図である。
【0005】
19は単結晶基板であり、単結晶基板19上において、20は一導電型半導体層、21は逆導電型半導体層、22は個別電極、23は共通電極、24は窒化シリコン膜、ポリイミドなどから成る保護膜としての絶縁膜である。
【0006】
単結晶基板19上に、各発光素子ごとに一導電型半導体層20と逆導電型半導体層21とが順次積層して形成され、その積層において、一導電型半導体層20の面積は逆導電型半導体層21の面積に比べて大きくしている。
【0007】
一導電型半導体層20の上に絶縁膜24を被覆しているが、その露出部に共通電極23を接続して設けている。
【0008】
また、逆導電型半導体層21についても、その上に絶縁膜24を被覆しているが、その露出部に個別電極22を接続して設けている。
【0009】
さらに図6に示すように、共通電極23は隣接する各発光素子ごとに異なる群に属するように4群に分けて接続して設けられ、隣接する発光素子が同じ個別電極22に接続されている。
【0010】
この発光ダイオードアレイ構造では、個別電極22と共通電極23の組み合わせを選択して電流を流すことによって、各発光素子を選択的に発光させることができる。
【0011】
しかしながら、上述した従来の光プリンタヘッドを例えばA3サイズ、600dpi(dot per inch)で構成した場合、接続パッド15と回路配線12との接続箇所は約4000箇所にもおよび、両者は約4000本もの多数のボンディングワイヤ16で個々に接続されることとなる。それ故、これらのボンディングワイヤ16を従来周知のワイヤボンディング法によってボンディングすると、その接続作業には極めて長時間を要し、光プリンタヘッドの生産性向上に供することができない上に、光プリンタヘッドの使用時等にボンディングワイヤ16が外部からの振動や衝撃によって倒れ、隣接するボンディングワイヤ同士が短絡するといった不具合を生じることがあり、このことが光プリンタヘッドの信頼性を低下させる原因の一つになっていた。また、上述した従来の光プリンタヘッドにおけるボンディングワイヤ16は従来周知のワイヤボンディング法にて回路配線12および発光素子アレイチップ13に対して接続されたものであり、通常、ファーストボンディングが発光素子アレイチップ13側で、セカンドボンディングが基板11側でなされている。この場合、接続パッド15に接合されるボンディングワイヤ16の一端部には、ボール状のネイルヘッド16aが形成されることから、光プリンタヘッドを使用した際、発光素子14の発した光の一部がボンディングワイヤ16のネイルヘッド16aで反射し、このような反射光が感光体に照射されると、感光体には反射光の照射に起因した不要な潜像が形成されることとなり、画像データに対応した正確な画像を得ることが不可となる欠点も有していた。
【0012】
この様な問題点に対して、多数の回路配線を有する基板上に、上面に多数の発光素子および前記回路配線に電気的に接続される多数の接続パッドを有する発光素子アレイチップを載置させてなる光プリンタヘッドであって、前記発光素子アレイチップの側面と基板の上面とで形成される角部に、前記発光素子アレイチップの外周部近傍に頂部を有する樹脂材を配設するとともに、この樹脂材の表面を介して前記回路配線の一端を前記発光素子アレイチップの接続パッド上まで延在させ、該接続パッドに電気的に接続した構成を本願出願人が提案した(特許文献1参照)。
【0013】
【特許文献1】
特開2002―292924号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような生産性に優れた光プリントヘッドによれば、角部に、前記発光素子アレイチップの外周部近傍に頂部を有する樹脂材を配設した場合、発光アレイチップ上の接続パッドへ、その樹脂材が進入し、接続部分の接触不良を発生させるという問題があった。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の光プリンタヘッドは、多数の回路配線を有する基板上に、上面に多数の発光素子および前記回路配線に電気的に接続される多数の接続パッドを有する発光素子アレイチップを載置させてなり、さらに前記発光素子アレイチップの側面と基板の上面とで形成される角部に、前記発光素子アレイチップの外周部近傍に頂部を有する樹脂材を配設するとともに、該樹脂材の表面を介して前記回路配線の一端を前記発光素子アレイチップの接続パッド上まで延在させ、該接続パッドに電気的に接続したことを特徴とする光プリンタヘッドであって、前記発光素子アレイチップ上の接続パッドの周辺部もしくは一部に樹脂流れ込み防止部を配設したことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図1〜図2は本発明の光プリンタヘッドの一実施形態を示す。
図1は光プリンタヘッドの要部拡大の平面図であり、図2は図1に示すV−V‘線による断面図であり、図2によれば、参照符号として、V、V‘を明示することでもって、その断面図の方向を示す。
【0017】
1は単結晶基板であり、単結晶基板1上において、2は一導電型半導体層、3は逆導電型半導体層、4は前記一方電極である個別電極、5は前記他方電極である共通電極、6および9は有機樹脂膜などから成る保護膜としての絶縁膜である。
また、8および10は外部接続用の電極パッドである。
【0018】
単結晶基板1上に、各発光素子ごとに一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3とが順次積層して形成され、その積層において、一導電型半導体層2の面積は逆導電型半導体層3の面積に比べて大きくして、一導電型半導体層2を引き出すことで、一導電型半導体層2と同一材からなる延在部7を設けている。
【0019】
また、図2に示されるように、一導電型半導体層2の上に絶縁膜6を被覆しているが、その露出部に共通電極5を接続して設けてことで、絶縁膜6と共通電極5とを延在部7の上で並設している。
【0020】
さらに逆導電型半導体層3の上にも絶縁膜6を被覆しているが、その露出部に個別電極4を接続して設けている。また、さらに保護膜9は逆導電型半導体層3の上および、8および10の外部接続用の電極パッド部分を一部露出した形で覆われている。
【0021】
単結晶基板1は半導体基板からなり、高抵抗シリコン単結晶でもって構成した場合には、(100)面を<011>方向に2〜7°オフさせた基板などが好適である。
【0022】
一導電型半導体層2は、ガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素などで形成される。また、一導電型半導体層2にはシリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1017atoms/cm3 程度含有しでいる層を含む。逆導電型半導体層3は、アルミニウムガリウム砒素などから成り、亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体不純物を1×1016〜1021atoms/cm3 程度含有する。そして、いわゆるPN接合を形成している。
【0023】
一導電型半導体層は2は、2.0〜4.0μm程度の厚みに形成され、逆導電型半導体層は2.0〜3.0μm程度の厚みに形成される。
【0024】
また、絶縁膜6は、たとえばポリイミドなどから成り、厚み20000Å程度に形成される。
【0025】
個別電極4と共通電極5は金/クロム(Au/Cr)などから成り、厚み1μm程度に形成される。また、保護膜9はポリイミド樹脂等からなり、厚み20000Å程度に形成される。この保護膜9は、同時に発光素子アレイチップ上の接続パッド8、10の周辺部もしくは一部に配設する。
【0026】
つぎに上述のような光プリンタヘッドの製造方法を説明する。
まず、高抵抗シリコン単結晶基板1上に、一導電型半導体層2、逆導電型半導体層3をMOCVD法などで順次積層して形成する。
【0027】
まず、これらの半導体層2、3を形成する場合、基板温度を400〜500℃に設定し、これによって200〜2000Åの厚みでもってアモルファス状のガリウム砒素膜を形成した後、基板温度を700〜900℃に上げて所望とおりの厚みの一導電型半導体層2と逆導電型半導体層3とを形成する。
【0028】
この成膜において、原料ガスとしてはTMG((CH3 )3 Ga)、TEG((C2 H5 )3 Ga)、アルシン(AsH3 )、TMA((CH3 )3 Al)、TEA((C2 H5 )3 Al)などが用いられ、導電型を制御するためのガスとしては、シラン(SiH4 )、セレン化水素(H2 Se)、DMZ((CH3 )2 Zn)などが用いられ、キャリアガスとしては、H2などが用いられる。
【0029】
つぎに、隣接する素子同志が電気的に分離されるように、半導体層2、3が島状にパターニングされる。そのためのエッチングは、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウエットエッチングやCCl2 F2 ガスを用いたドライエッチングなどで行われる。
【0030】
しかる後に、一導電型半導体層2の一端部側に延在部7を設け、この延在部7の上にその一部が露出し、かつこの一導電型半導体層2の隣接する領域部分が露出するようにエッチングする。また、逆導電型半導体層3が一導電型半導体層2よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層3をエッチングする。
【0031】
このようなエッチングも硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いたウェットエッチングやCCl2 F2 ガスを用いたドライエッチングなどで行なわれる。
【0032】
つぎに、隣接する発光素子が基板上でも電気的に分離されるように、たとえばアルカリ性水溶液でエッチングする。この時、一導電型半導体層2の延在部7の一部が露出し、かつこの一導電型半導体層2の隣接する領域部分が露出するように、そして、逆導電型半導体層3が一導電型半導体層2よりも幅狭に形成されるように逆導電型半導体層3をエッチングした際に用いたパターンを残したままで行ない、これによって逆導電型半導体層3を一切おかすことなく電気的に分離する。
【0033】
つぎに有機系樹脂をスピンコート法で形成した絶縁膜6を形成する。絶縁膜はプラズマCVD法で、シランガス(SiH4 )とアンモニアガス(NH3 )を用いて窒化シリコンから成る物でも良い。
【0034】
クロムと金を蒸着法やスパッタリング法で形成してパターニングすることで電極パッド8、10を形成する。最後に有機系樹脂をスピンコート法で形成した保護膜9を形成する。
【0035】
つぎに本発明のチップを用いた光プリントヘッドについて述べる。
図3は本発明のチップを用いた光プリントヘッドの要部断面図、図4は図3の要部平面図である。
図中の11は基板、12は回路配線、13は発光素子アレイチップ、14は発光素子、15は発光素子アレイチップの接続パッド、17は樹脂材である。
【0036】
前記基板11は、ガラスやアルミナセラミックス,ガラス布エポキシ樹脂等によって矩形状を成すように形成され、その上面には多数の回路配線12や発光素子アレイチップ13が取着され、これらを支持する支持母材として機能する。前記基板11は、例えばガラスから成る場合、まず従来周知のフローティング法等によって所定厚みのガラス板を形成し、これを矩形状に切断して外形加工することにより製作される。
【0037】
また、前記基板11の上面に設けられている多数の回路配線12は、後述する発光素子アレイチップ13に電力や電気信号等を供給するためのものであり、例えば、金(Au)やアルミニウム(Al),クロム等の金属材料によって所定パターンをなすように形成され、これら多数の回路配線12のうち、一部の回路配線の一端側は発光素子アレイチップ13の接続パッド15に電気的に接続される。尚、前記回路配線12は、従来周知の薄膜手法、具体的には従来周知の真空蒸着法やスパッタリング法、印刷法を採用し、上述の金属材料を基板上面、並びに後述する樹脂材17、発光素子アレイチップ13の上面に例えば0.5μm〜3.0μmの厚みに被着させ、これを従来周知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術にて所定パターンに微細加工することにより形成される。
【0038】
前記樹脂材17は、発光素子アレイチップ13を基板上面の所定位置に固定するための接着剤としての機能と、基板上面−発光素子アレイチップ間の段差を埋めて回路配線12の一端を基板上面から発光素子アレイチップ上面まで導出し易くするための架橋部材としての機能を備えており、ポリイミド系樹脂・シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂材料により形成される。
【0039】
例えば、前記樹脂材17の厚みは、発光素子アレイチップ13の外周部近傍に設けられる頂部の厚みが発光素子アレイチップ13の厚みの1.0倍〜2.0倍となるように、望ましくは1.0倍を超え、かつ2.0倍以下にして、発光素子アレイチップ13よりも若干厚く設定される。
【0040】
このため、発光素子アレイチップ13や樹脂材17が取着されている基板11の上面に前述の薄膜手法等によって多数の回路配線12を形成する際、回路配線12に基板上面−発光素子アレイチップ間の段差に起因した断線等の不具合が発生することは殆どなく、しかも、これら回路配線12の形成と同時に、回路配線12は発光素子アレイチップ上面の対応する接続パッド15と一括的に接続されることから、この両者をワイヤボンディング等で接続する場合に比し接続作業に要する時間が著しく短縮されることとなり、光プリンタヘッドの生産性を比較的に向上させることができる。
【0041】
さらにまた、前記樹脂材17は、その一部が発光素子アレイチップ上面の角部を被覆する形で設けられているため、回路配線12と発光素子アレイチップ13のベースとして使用される単結晶シリコン等の露出部とが発光素子アレイチップ13の外周部で電気的に短絡したり、回路配線12が発光素子アレイチップ外周の鋭利な角部によって断線するといった不具合を有効に防止することができ、これによっても光プリンタヘッドの生産性が向上される。
【0042】
尚、前記樹脂材17は、液状になしたエポキシ樹脂の前駆体を所定の粘度に調整した上、これを発光素子アレイチップ13の搭載部の両側に従来周知のディスペンサ法にて所定厚みに塗布し、これを加熱・重合させることによって形成したり、或いは上述の前駆体を従来周知のスピンコート法にて基板上面に一定厚みに塗布し、これを加熱・重合させた後、エッチングによって不要箇所を除去したりすることによって形成され、かかる樹脂材17が基板11上に取着・形成された後で、上述した複数個の回路配線12が基板11、樹脂材17、発光素子アレイチップ13等の上面にわたって連続的にパターン形成されることとなる。
【0043】
かくして上述した光プリンタヘッドは、発光素子アレイチップ13の発光素子14を外部からの画像データに基づいて個々に選択的に発光させるとともに、該発光した光を図示しないロッドレンズアレイ等の光学系を介して外部の感光体に照射・結像させ、感光体に所定の潜像を形成することによって光プリンタヘッドとして機能する。
【0044】
ところで、上述のような光プリントヘッドでは、樹脂材17を形成する際に、発光素子アレイチップの上にも塗布されてしまう。
【0045】
図5は、本発明の発光素子アレイを用いた場合の光プリントヘッドの発光素子アレイ付近断面図Aと、従来の発光素子アレイチップを用いた場合の断面図Bである。
【0046】
断面図Bにおいては樹脂材17が接続パッド15上に樹脂の流れ込み18が発生し、回路配線12と接続パッド15の接続を阻害してしまう。
【0047】
しかしながら、断面図Aでは前記樹脂流れ込み防止部である保護膜9を発光素子アレイの外周部にも配設していることから、回路配線12と接続パッド15は良好な接続となる。
【0048】
以上のように、本発明の発光素子LEDアレイチップによれば、保護膜9を発光素子アレイの外周部にも配設していることから、回路配線12と接続パッド15は良好な接続となり、これにより、信頼性、電気的特性に優れた信頼性が得られた光プリントヘッドが提供できた。
【0049】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の光プリンタヘッドによれば、多数の回路配線を有する基板上に、上面に多数の発光素子および前記回路配線に電気的に接続される多数の接続パッドを有する発光素子アレイチップを載置させてなり、そして、前記発光素子アレイチップの側面と基板の上面とで形成される角部に、発光素子アレイチップの外周部近傍に頂部を有するように樹脂材を配設するとともに、この樹脂材の表面を介して回路配線の一端を発光素子アレイチップの接続パッド上まで延在させ、この接続パッドに電気的に接続したことで、生産性に優れ、また、反射による印画品質の無い光プリントヘッドとなった。
【0050】
しかも、本発明によれば、樹脂流れ込み防止部を配設したことで、発光アレイチップ上の接続パッドへ樹脂が進入せず、接続部分の接触不良を発生させなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光プリンタヘッドの一実施形態を示す平面図である。
【図2】図1に示す切断面線V−V‘線による断面図である。
【図3】本発明の光プリンタヘッドの要部断面図である。
【図4】本発明の光プリンタヘッドの要部平面図である。
【図5】Aは本発明の光プリントヘッドにおける発光素子アレイの断面図であり、Bは従来の発光素子アレイチップの断面図である。
【図6】従来の光プリンタヘッドを示す平面図である。
【図7】従来の光プリンタヘッドを示す断面図である。
【図8】従来の光プリントヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・単結晶基板
2・・・一導電型半導体層
3・・・逆導電型半導体層
4・・・個別電極
5・・・共通電極
6・・・絶縁膜
7・・・延在部
8・・・電極パッド
9・・・保護膜
10・・・電極パッド
11・・・基板
12・・・回路配線
13・・・発光素子アレイチップ
14・・・発光素子
15・・・接続パッド
16・・・ボンディングワイヤ
17・・・樹脂材
18・・・流れ込み樹脂
19・・・単結晶基板
20・・・一導電型半導体層
21・・・逆導電型半導体層
22・・・個別電極
23・・・共通電極
24・・・絶縁膜
Claims (1)
- 多数の回路配線を有する基板上に、上面に多数の発光素子および前記回路配線に電気的に接続される多数の接続パッドを有する発光素子アレイチップを載置させてなり、さらに前記発光素子アレイチップの側面と基板の上面とで形成される角部に、前記発光素子アレイチップの外周部近傍に頂部を有する樹脂材を配設するとともに、該樹脂材の表面を介して前記回路配線の一端を前記発光素子アレイチップの接続パッド上まで延在させ、該接続パッドに電気的に接続したことを特徴とする光プリンタヘッドであって、前記発光素子アレイチップ上の接続パッドの周辺部もしくは一部に樹脂流れ込み防止部を配設したことを特徴とする光プリンタヘッド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002370843A JP2004195946A (ja) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | 光プリンタヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2002-12-20 JP JP2002370843A patent/JP2004195946A/ja active Pending
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