JP3485788B2 - 発光ダイオードアレイ及び光プリントヘッド - Google Patents
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Description
イ及びそれを備える光プリントヘッドに関する。
e:LEDという)素子は、発光が鮮やかであること、
駆動電圧が低く周辺回路が容易になるなどの理由により
従来より表示デバイスとして幅広く使用されている。
源等への応用を目的として、発光ダイオードアレイを用
いた光プリントヘッドの研究が盛んに行われている。
とした光プリンタは、画像信号に応じて発光ダイオード
アレイの各ドットを発光させ、分布屈折率レンズなどの
等倍結像素子により、感光体ドラム上に露光して静電潜
像を形成し、現像器でトナーを選択的に付着させたあ
と、普通紙などに付着したトナーを転写させることによ
り印字を行うものである。
(1)可動部がなく、かつ構成部品も少ないことから、
小型化が可能となる、(2)アレイチップの接続によ
り、長尺化が容易であるなどの特長を持つ。
dpiの発光ダイオードアレイは、発光領域のピッチが
42〜43μmとなり、発光領域の幅は、発光領域間の
非発光領域の幅を考慮すると前記ピッチよりもさらに短
くなる。また、発光領域上の電極は、その電極幅が42
〜43μm以下の幅で、42〜43μmのピッチで形成
されることになる。そして、発光領域上の電極と接続す
る配線用の電極は、ピッチが42〜43μmかそれ以下
で、幅が42〜43μm以下の細幅に形成され、ボンデ
ィング用の幅広電極(パッド)に接続される。このよう
に電極配線が形成された発光ダイオードアレイとこの発
光ダイオードアレイを駆動する例えば駆動素子とは、ワ
イヤボンディング等によって電気的に接続する必要があ
る。
が可能なステッチボンディングでも、ボンディング幅は
40μmであり、ボンディング装置の位置精度を考慮す
ると更に20μm程度の幅が必要となる。つまり、ボン
ディング用電極の幅としては、少なくとも60μm程度
を確保する必要がある。
うな高密度発光ダイオードアレイの場合では、ボンディ
ング用の電極を一列に配列するとワイヤボンディングが
困難であるので、千鳥状の2列に配列してボンディング
用の電極ピッチを大きくしているが、それにも係わら
ず、ボンディング用電極の幅は60μm程度しか確保す
ることができないので、発光ダイオードアレイと駆動素
子とをワイヤボンディングによって配線するのは極めて
困難になりつつある。
ド(アレイ)として、例えば、実公平7−36754
号、特開平5−347430号、特開平5−15506
3号各公報に開示されたものがある。
イオードアレイを示す平面図であり、図5は図4のA−
A’矢視断面図である。
sP,GaAlAs,GaAs等からなる化合物半導体
であり、その表面には1列又は千鳥状に整列した複数の
発光領域11を選択的拡散によって形成している。2,
3,4は化合物半導体1の表面に順次積層して設けられ
たSi3N4,SiO2,Al2O3等からなる絶縁膜であ
る。これら絶縁膜2,3,4は、発光領域の選択拡散膜
や化合物半導体表面の保護膜、ピンホール対策膜や配線
補強下地膜、光取出し・輝度調整膜等の目的で複数層設
けられる。5は絶縁膜2,3の上に積層され、発光領域
11にオーミック接触の取られたAl等からなる電極層
であり、発光領域に接続する電極、ボンディング用の電
極、これらを接続する配線用の電極となる。6は化合物
半導体1の裏面に設けられたAu等からなる共通電極で
ある。
高密度発光ダイオードアレイになると、各発光ダイオー
ドアレイの上面のボンディング用電極に直接ワイヤボン
ディングする方法では、以下のような問題点が発生す
る。
ディング用電極に接続する配線の電極幅、並びに隣接す
る配線の間隔を極めて小さくすると、アレイの洗浄工程
や、ヘッドの組立て工程中に加わる外力によって配線電
極が変形した場合に、変形した配線電極が隣接配線に容
易に接触するので、腐蝕防止等のために各配線電極上に
形成する保護膜を更に厚くする必要がある。例えば、3
00dpi程度の発光ダイオードアレイでは、0.2μ
m程度の無機膜(SiO2、SiN等)による保護膜の
形成で済んでいたものが、600dpi以上のような高
密度発光ダイオードアレイになると、上記薄膜では十分
な保護機能が得られないため、絶縁膜4としてポリイミ
ド系の材料を用いることが試みられている。
イミド系の材料を用いた発光ダイオードアレイへのワイ
ヤボンディングを説明するための図である。
ポリイミド系の材料を用いる場合、電極層5上にポリイ
ミド系の厚膜溶液をスピンオンして保護膜となる絶縁膜
4を形成し、さらに絶縁膜4上部をエッチングによりパ
ターニングして配線接続用の透孔4aを設ける。この配
線接続用の透孔4aは、例えば図7のハッチング部分に
示すように開口され、電極層5上に幅広の接続領域5a
が形成される。
領域5a上を、キャピラリ12を用いて例えば金線から
なるボンディングワイヤ13によりボールボンディング
し、さらにボールボンディングした接続領域5aと駆動
素子の出力端子とをボンディングワイヤ13により各々
接続する。または、まず駆動素子の出力端子をボンディ
ングワイヤ13によりボールボンディングし、次いでボ
ールボンディングした駆動素子の出力端子と接続領域5
aとをボンディングワイヤ13により各々接続するよう
にしてもよい。この場合には、セカンドボンディングと
なる接続領域5a上にボール部分がないためボンディン
グワイヤ13を潰しながら擦れるようにボンディングす
る必要がある。
ように例えばポリイミド系の厚膜(1〜2μm)で保護
する場合、接続領域上にこのような厚膜があるので、ボ
ンディング時にボンディングワイヤが適当に潰れず接続
が不十分であるという問題点が生じた。特に、セカンド
ボンディングにより接続領域上にボンディングワイヤを
ボンディングする場合には、接続領域上の厚膜が高さ方
向の障害となって接続が不完全になることがあり、最悪
の場合にはキャピラリが厚膜に衝突しボンディング自体
ができないことがあった。また、ボンディング強度が不
十分であると、ボンディング部の異種金属(通常はΑl
/Au)同士の熱膨張の差異や経時変化によって断線等
が発生する確率が高くなる。
が、高密度接続が可能なステッチボンディングについて
も同様な不具合がある。
ることを目的とし、例えば600dpi以上の高解像度
が要求され、ワイヤボンディングによる高密度接続が必
要な場合において、確実にワイヤボンディングを実現で
き、信頼性の高いボンディングが可能な発光ダイオード
アレイ、及びそれを備える光プリントヘッドを提供する
ことを目的とする。
ードアレイは、整列された複数の発光領域と、該発光領
域に電極配線を介して接続され千鳥状に整列された個別
電極とを、複数列配置してなる発光ダイオードアレイに
おいて、少なくとも前記個別電極部分を除く電極配線の
表面に保護膜を備え、前記保護膜は、千鳥状1列目の個
別電極間を通り千鳥状2列目の個別電極に配線される電
極配線を保護することを特徴とする。
下とすることができる。
駆動するため駆動素子と、前記アレイと駆動素子間をボ
ンディングによって電気的に接続する金属細線とを備え
る光プリントヘッドにおいて、発光ダイオードアレイと
して上記の発光ダイオードアレイを用いることができ
る。
光ダイオードアレイの構造を示す平面図であり、この発
光ダイオードアレイは、ドット密度が600dpi相当
である。
A′矢視断面図、図3は図1の発光ダイオードアレイの
B−B′矢視断面図である。
1を構成する発光ダイオードを複数個集積した発光ダイ
オードアレイであり、GaP,GaAsP,GaAlA
s,GaAs等からなる化合物半導体を主たる材料とし
て構成している。発光ダイオードアレイ20の表面には
1列に整列した複数の発光領域21を選択的拡散によっ
て形成し、これらを600dpiのピッチ(約42〜4
3μm)で直線状に配設されている。この発光領域21
は、光プリンタヘッドとして組み立てられたとき、発光
ダイオードアレイの継目部分においても等間隔(42.
3μm)で、かつ直線性良く整列して配置される。
られたAl等からなる電極配線22が接続され、電極配
線22の他端は個別電極(アノード電極)の電極配線パ
ッド23として千鳥状2列に整列配置される。電極配線
パッド23は、ワイヤボンディング用であり、例えば幅
が60μm、長さが120μmの縦長で、各電極配線パ
ッド23のエッジ部は除去され、また、千鳥状2列の駆
動素子側の電極配線パッド23の電極配線22部分は幅
広23aに形成されている。千鳥状1列目の電極配線パ
ッド23と千鳥状2列目の電極配線パッド23とは、例
えば横方向が40.5μm、縦方向が135μmの千鳥
段差を有する。
レイ20の裏面には全面にわたってAu等からなる共通
電極(カソード電極)24が形成されている。
いて、発光領域21と電極配線パッド23部を除く電極
配線22の表面に、ポリイミド系の材料からなる厚膜の
表面保護膜25を形成する。図1のハッチング部分は、
表面保護膜25の形成領域を示しており、このハッチン
グ部分に示すように高密度配線のために極細線化された
電極配線22の表面部分のみを覆うように表面保護膜2
5を形成し、その他の領域、特に各電極配線パッド23
上には表面保護膜25を被膜しない構成とする。すなわ
ち、従来の一般的な配線ルールでは、腐蝕防止等のため
電極配線表面及び電極配線パッドのエッジ部分を保護膜
により保護しているが、本実施形態では、一般的な配線
ルールを留保し、電極配線パッド23部分に関しては厚
膜による保護をせず、高密度配線のために極細線化され
た電極配線22の表面部分のみに表面保護膜25を形成
するものである。
線パッド23は、エッジ部分の厚膜による影響を受ける
ことなく、確実に駆動素子の出力端子(図示せず)とワ
イヤボンディングされて電気的に接続される。
電極配線パッド23と千鳥状2列目の電極配線パッド2
3との間隔部分に保護膜25aとして配置されている。
この保護膜25aは、千鳥状1列目の電極配線パッド2
3に接続したワイヤボンディング用の金属細線27が、
隣接する千鳥状2列目の電極配線パッド23に接触する
のを防ぐように機能する。
造方法、並びにそれを光プリントヘッドに用いる場合の
製造方法について説明する。
aAsP,GaAlAs,GaAs等からなる化合物半
導体により構成され、その表面には1列に整列した複数
の発光領域21とこの発光領域21にオーミック接触の
取られたAl等からなる電極配線22を有し、電極配線
22の他端は個別電極(アノード電極)の電極配線パッ
ド23として千鳥状2列に整列配置される。
の裏面にはAu等からなる共通電極(カソード電極)2
4が形成されている。
ッド23部を含む発光ダイオードアレイ20表面上にポ
リイミド系の厚膜溶液をスピンオンして1μm程度の厚
膜の表面保護膜25を形成する。
のマスクパターン(レジスト)を用いてエッチングし、
さらにこのレジストを除去して、発光領域21と電極配
線パッド23部を除く電極配線22の表面のみにポリイ
ミド系の材料からなる厚膜の表面保護膜25を形成す
る。
ように、高密度配線のために極細線化された電極配線2
2の表面部分のみを覆うように表面保護膜25が形成さ
れ、各電極配線パッド23上には表面保護膜25は被膜
されない。また、発光領域21表面にも表面保護膜25
は形成されない。
は、高密度配線のための細線化した電極配線22の保護
のためであり、特に、千鳥状1列目の各電極配線パッド
23間を通り千鳥状2列目の電極配線パッド23に配線
される電極配線22の保護のためである。すなわち、こ
の高密度配線の細い配線部分が保護できればその目的は
達成できるので、電極配線22の表面部分のみを覆うよ
うに表面保護膜25を形成し、各電極配線パッド23上
には表面保護膜25を被膜しない。
3と図示しない駆動素子の出力端子とをワイヤボンド法
による金線等の金属細線(ボンディングワイヤ)27に
より各々電気的に接続する。電極配線パッド23上に
は、エッジ部分を含め接続領域全面に表面保護膜(厚
膜)25が存在しないので、駆動素子側に第1ボンディ
ングを行った後、電極配線パッド23上に第2ボンディ
ングを行って接続領域上に金属細線27をボンディング
する場合であっても、接続領域上の厚膜が高さ方向の障
害となって接続が不完全になることがなく、十分なボン
ディング強度を得ることができ、信頼性の高い光プリン
トヘッドが実現できる。
保護膜25が被膜されていないので、この電極配線パッ
ド23表面上の腐蝕防止等の保護は図られないことにな
る。しかし、この電極配線パッド23は、例えば幅が6
0μm、長さが120μmであり、高密度配線電極22
(最小部分は数μm程度)の幅と比べて比較にならない
程面積が大きいので、電極配線パッド23表面上である
程度の腐蝕が進行したとしても基本的には問題とならな
い。
を図るために、(1)電極配線パッド23上にワニス等を
塗る、または(2)腐蝕防止用の薄膜を形成する、方法を
採ることができる。このようにすれば、電極配線パッド
23上における腐蝕を防止することができ、より信頼性
を高めることができる。本実施形態では、上記(2)腐蝕
防止用の薄膜を形成する方法を採用した。図2及び図3
には、この目的で形成した腐蝕防止用被膜26を示して
いる。この場合の腐蝕防止用被膜26の形成は、上述し
たポリイミド系の材料からなる厚膜の表面保護膜25と
異なり、単に腐蝕を防止するための薄膜であるため、窒
化ケイ素(Si3N4)、酸化ケイ素(SiO2)等によ
る薄い無機膜の形成で済む。さらに、このような窒化ケ
イ素、酸化ケイ素よる無機膜は、光取出し・輝度調整膜
等の別の目的で発光領域21上を覆う必要があり、本実
施形態では、上記2つの目的を兼ねて窒化ケイ素による
被膜の形成を行った。
リントヘッドは、発光ダイオードアレイの発光領域21
と電極配線パッド23(個別電極)を除く電極配線22
の表面のみにポリイミド系の材料からなる厚膜の表面保
護膜25を形成するように構成したので、電極配線22
の表面部分には高密度配線に伴う十分な厚さの保護膜を
形成して電極配線22の保護の実効(電極配線22の外
力による変形防止、変形に伴う短絡事故防止)を図るこ
とができるとともに、電極配線パッド23と駆動素子と
をワイヤボンディングする場合にも、表面保護膜25上
に高さ方向の厚膜の障害がないため十分なボンディング
強度を得ることができ、信頼性の高い光プリントヘッド
を実現することができる。
更のみで済むため、従来例と比較して特別な部材や製造
工程の増大は一切なく、容易かつ直ちに実施可能である
という優れた効果を有する。
造では、電極配線パッドが現状のワイヤーボンディング
技術で十分接続可能な配置構造をとれるために、600
dpi以上のような高密度な光プリントヘッドが可能で
ある。
では、電極配線22の表面部分を覆うように表面保護膜
25を形成しているが、少なくとも電極配線パッド(個
別電極)23部分を除く電極配線22の表面に表面保護
膜25を備えた構成であれば、どのような構成でもよ
く、要は、ボンディング可能な十分な幅の接続領域が確
保されていればよい。例えば、前記図1に示すように千
鳥状2列の駆動素子側の電極配線パッド23の電極配線
22部分は、電極配線22の補強のため幅広23aに形
成されているが、この幅広23aの半分まで表面保護膜
25を覆うようにしている。
(個別電極)23部分を除く電極配線22の表面に表面
保護膜25を形成しているが、この表面保護膜25の膜
厚が、個別電極の膜厚以下のときも本実施形態と同様な
効果を得ることができることは勿論である。
23上において、表面保護膜25の厚膜がボンデイング
の支障がない状態で形成されていればよい。つまり、電
極配線パッド23の幅は光プリントヘッドの高密度(高
解像度)化に伴って狭くなる傾向にあるので、電極配線
パッド23の幅方向(電極配線パッド23の配列方向)
に位置するエッジの上に表面保護膜25が形成される
と、上述のようにワイヤボンディングの支障になる。よ
って、電極配線パッド23のエッジの内、電極配線パッ
ド23の幅方向に位置するエッジ上に表面保護膜25を
形成することは好ましくない。しかしながら、電極配線
パッド23の長さは光プリントヘッドの高密度(高解像
度)化に係わらず比較的自由に設定することができる。
したがって、電極配線パッド23が縦長に形成され、そ
の長さが、上述のようなワイヤボンディングの支障にな
らない長さであれば、電極配線パッド23の長さ方向
(電極配線パッド23の配列方向と直交する方向)のエ
ッジに限り、例えば図1に示すような位置に表面保護膜
25bを形成しても良い。
23の大部分を表面を露出させ、電極配線パッド23の
エッジ部分のみを覆うように表面保護膜25を形成する
が、電極配線パッド23が縦長であれば、電極配線パッ
ド23の幅方向の表面保護膜25は除去し、電極配線パ
ッド23の長さ方向の表面保護膜25のみを残すよう
に、表面保護膜25bを形成することができる。このよ
うに、電極配線パッド23の各々に、その表面の内、長
さ方向のエッジ、特に金属細線27と平面的な重なりを
持つエッジのみに表面保護膜25bを形成すれば、上記
保護膜25aと同様に、電極配線パッド23の長さ方向
に沿ってワイヤボンディングされる金属細線27が垂れ
下がったときに、垂れ下がった金属細線27の一部を保
護膜25bが支え、金属細線27と隣接する電極配線パ
ッド23との接触(短絡)を未然に防止することができ
る。
であるが、1μm程度以上の厚膜になってもクラッキン
グが入らない膜であればどのような膜でもよく、例えば
ケイ素化合物に有機バインダーを添加したものでもよ
い。
止用として窒化ケイ素膜による被膜(腐蝕防止用被膜2
6)の形成を行っている。この薄膜は発光領域部分の反
射防止膜を兼用するのを目的の1つとしているので、窒
化ケイ素膜を使用しているが、薄膜の表面保護としては
酸化ケイ素膜も使用可能である。但し、窒化ケイ素膜は
屈折率が酸化ケイ素膜より大きく反射防止効果が大きい
こと、さらには疎水性が高く信頼性が高いので窒化ケイ
素膜使用が適当である。
のアレイについて説明したが、より高密度な、例えば、
1200dpiなどのアレイにも、当然適用可能であ
る。
はΑl/Au)同士をボンディングするボールボンディ
ングについて説明したが、高密度接続が可能なステッチ
ボンディングについても同様な効果を得ることができ
る。
ドが、上述した構造をとるものであれば、どのような構
成でもよく、その製造プロセス、基板の種類、電極等の
個数及び大きさ、千鳥状配置の列数を含む配置状態等は
上記実施形態に限定されない。
びに光プリントヘッドは、少なくとも個別電極部分を除
く電極配線の表面に保護膜を備えて構成したので、例え
ば600dpi以上の高密度な発光ダイオードアレイに
おいて、電極配線の表面保護を図るとともに、確実なボ
ンディングを行うことができ、信頼性の高い光プリント
ヘッドを実現することができる。
ドアレイの構造を示す平面図である。
す平面図である。
ングを説明するための断面図である。
ングを説明するための平面図である。
ングを説明するための断面図である。
電極配線、23 電極配線パッド(個別電極)、24
共通電極(カソード電極)、25 表面保護膜、26腐
蝕防止用被膜
Claims (4)
- 【請求項1】 整列された複数の発光領域と、該発光領
域に電極配線を介して接続され千鳥状に整列された個別
電極とを、複数列配置してなる発光ダイオードアレイに
おいて、少なくとも前記個別電極部分を除く電極配線の
表面に保護膜を備え、前記保護膜は、千鳥状1列目の個
別電極間を通り千鳥状2列目の個別電極に配線される電
極配線を保護することを特徴とする発光ダイオードアレ
イ。 - 【請求項2】 前記保護膜の膜厚は、前記個別電極の膜
厚以下であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダ
イオードアレイ。 - 【請求項3】 発光ダイオードアレイと、このアレイを
駆動するため駆動素子と、前記アレイと駆動素子間をボ
ンディングによって電気的に接続する金属細線とを備え
る光プリントヘッドにおいて、前記発光ダイオードアレ
イとして請求項1ないし2の何れかに記載の発光ダイオ
ードアレイを用いたことを特徴とする光プリントヘッ
ド。 - 【請求項4】 発光ダイオードアレイと、このアレイを
駆動するため駆動素子と、前記アレイと駆動素子間をボ
ンディングによって電気的に接続する金属細線とを備
え、金属細線の第1ボンディングが前記駆動素子側に行
われ、第2ボンディングが前記発光ダイオードアレイ側
に行われた光プリントヘッドにおいて、前記発光ダイオ
ードアレイとして請求項1ないし2の何れかに記載の発
光ダイオードアレイを用いたことを特徴とする光プリン
トヘッド。
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