(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面に多数の発光体または受光体と各発光体または各受光体に接続した個別電極とを設け、他方の主面に共通電極を設けた画像アレイを、複数個配列して、第１基板と第２基板でサンドイッチし、第１基板に前記個別電極をフリップチップ接続し、第２基板に前記共通電極を接続した画像装置において、
前記第１基板と第２基板の各々に基板間接続電極を位置を重ねて設け、かつ該基板間接続電極の間に前記画像アレイとほぼ等しい厚さの金属板を配置し、第１基板の基板間接続電極と前記金属板を結合し、前記金属板と前記第２基板の基板間接続電極を結合して、第１及び第２基板を電気的かつ機械的に接続・結合したことを特徴とする画像装置。
【請求項２】
前記金属板の端部を第１及び第２基板の外部に引き出し、外部接続用コネクタに兼用したことを特徴とする請求項１の画像装置。
【請求項３】
一方の主面に多数の発光体または受光体と各発光体または各受光体に接続した個別電極とを設け、他方の主面に共通電極を設けた画像アレイを、複数個配列して、第１基板と第２基板でサンドイッチし、第１基板に前記個別電極をフリップチップ接続し、第２基板に前記共通電極を接続した画像装置において、
前記第１基板と第２基板の各々に基板間接続電極を位置を重ねて設け、かつ少なくとも一方の基板間接続電極に、厚肉導電層をそのトータルの厚さで画像アレイとほぼ等しい厚さに積層して、他方の基板間接続電極と結合することにより、第１及び第２基板を電気的かつ機械的に接続・結合したことを特徴とする画像装置。
【請求項４】
前記厚肉導電層を、メッキ層、半田層、または銀ペースト層の何れかとしたことを特徴とする請求項３の画像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
この発明はＬＥＤヘッド等の画像形成装置やイメージセンサ等の画像読み取り装置等の画像装置に関し、特に画像アレイを２枚の基板でサンドイッチした画像装置での、２枚の基板の電気的接続と機械的結合に関する。
【０００２】
【従来技術】
発明者らは、ＬＥＤアレイやＣＣＤアレイ等の画像アレイを２枚の基板でサンドイッチし、第１の基板に画像アレイの個別電極をフリップチップ接続し、他方の基板に共通電極を半田等で接続した画像装置を提案した（特願平６−２８８６６号）。このような画像装置の基板間接続構造は例えば図１２のようになり、アノード基板２にＬＥＤアレイ４の個別電極をフリップチップ接続し、アレイ４の共通電極をカソード基板６に半田付けする。基板２，６間にはスペーサ８を配置して平行に保ち、基板２，６が相互に傾いてアレイ４が損傷するのを防止する。基板２，６間の接続と機械的結合にはクリップ端子１０を用い、クリップ端子１０で基板２，６を挟み込んで結合する。また基板２，６の裏面に引き出した配線をクリップ端子１０で接続して、基板間配線とする。
【０００３】
ＬＥＤアレイ４のアノード基板２へのフリップチップ接続と、共通電極のカソード基板６への接続は、半田等を用いて１工程で同時に行うことができる。しかしクリップ端子１０の接続はこれとは別工程で行わねばならず、かつクリップ端子１０が基板２，６を挟みつけるため、ＬＥＤアレイ４と基板２とのフリップチップ接続が外れ易い。クリップ端子１０を半田付け等で取り付ける際の加熱で、ＬＥＤアレイ４の基板２との接続部が変形し易くなるため、このことが特に問題となる。またＬＥＤアレイ４と同じ高さのスペーサ８を用意するのは実際には難しく、基板２，６間の配線のためにスルーホールを設けるのは工程上の負担となる。
【０００４】
【発明の課題】
この発明の課題は上記の点を解決することにあり、
１）  基板間の電気的接続や機械的結合を、画像アレイの接続と同時に行えるようにし、
２）  ２枚の基板を上下から挟みつける力により、画像アレイと基板との接続が損傷することを防止し、
３）  ２枚の基板を平行に保つためのスペーサを不要にし、
４）  基板間の電気的接続のためのスルーホールを不要にする、
ことにある（請求項１〜４）。
請求項２での追加の課題は、
５）  基板間の結合と電気的接続に用いた金属板をコネクタに兼用できるようにすることにある。
請求項４での追加の課題は、
６）  厚肉導電層に特に適した材料を提供することにある。
【０００５】
【発明の構成】
この発明の画像装置は、一方の主面に多数の発光体または受光体と各発光体または各受光体に接続した個別電極とを設け、他方の主面に共通電極を設けた画像アレイを、複数個配列して、第１基板と第２基板でサンドイッチし、第１基板に前記個別電極をフリップチップ接続し、第２基板に前記共通電極を接続した画像装置において、前記第１基板と第２基板の各々に基板間接続電極を位置を重ねて設け、かつ該基板間接続電極の間に画像アレイとほぼ等しい厚さの金属板を配置し、第１基板の基板間接続電極と前記金属板、及び前記金属板と前記第２基板の基板間接続電極とを結合して、第１及び第２基板を電気的かつ機械的に接続・結合したことを特徴とする（請求項１）。ここに画像アレイとしてはＬＥＤアレイやＣＣＤアレイ等を用いる。好ましくは、前記金属板の端部を第１及び第２基板の外部に引き出し、外部接続用コネクタに兼用する。
【０００６】
またこの発明は、一方の主面に多数の発光体または受光体と各発光体または各受光体に接続した個別電極とを設け、他方の主面に共通電極を設けた画像アレイを、複数個配列して、第１基板と第２基板でサンドイッチし、第１基板に前記個別電極をフリップチップ接続し、第２基板に前記共通電極を接続した画像装置において、前記第１基板と第２基板の各々に基板間接続電極を位置を重ねて設け、かつ少なくとも一方の基板間接続電極に、厚肉導電層をそのトータルの厚さで画像アレイとほぼ等しい厚さに積層して、他方の基板間接続電極と結合することにより、第１及び第２基板を電気的かつ機械的に接続・結合したことを特徴とする（請求項３）。ここに厚肉導電層としては基板間接続電極に１００〜３００μｍ程度の厚さに積層できるものを用い、特に厚肉の金属層が好ましく、その内でも半田や銅等の厚肉メッキ層や厚肉のクリーム半田層、あるいは銀ペースト層が好ましい。
【０００７】
【発明の作用】
この発明では、画像アレイの個別電極のフリップチップ接続用材料の加熱温度と、アレイの第２主面の共通電極の接続用材料の加熱温度とを等しくすれば、フリップチップ接続と共通電極の接続とを同時に行うことができる。このため多数の画像アレイを一挙に第１基板と第２基板に接続できる（請求項１〜４）。次に画像アレイとほぼ等しい厚さの金属板を、第１基板の基板間接続電極と第２基板の基板間接続電極との間に挟み込んで結合すれば、第１基板と第２基板とを電気的にもかつ機械的にも接続できる。そして金属板の結合温度を画像アレイの接続温度とほぼ等しくすれば、金属板を画像アレイと同じ工程で接続・結合できる。接続した金属板は一種のスペーサとなり、２枚の基板が相互に傾くことを防止し、かつ基板間接続のためのスルーホールが不要になる（請求項１）。
【０００８】
ここで請求項２のように、金属板の端部を基板の外部に引き出すと、外部接続用のコネクタに兼用できる。
【０００９】
請求項３の発明では、前記の金属板に代えて厚肉導電層を用いる。厚肉導電層に好ましいのは半田や銅等のメッキ層やクリーム半田等の半田層あるいは銀ペースト層である。これらの厚肉導電層は画像アレイのフリップチップ接続と同じ温度で接続でき、厚肉導電層を用いるため画像アレイとほぼ同じ厚さの導電層が得られ、結合後の厚肉導電層は一種のスペーサとなり、２つの基板を平行に保つことになる。そして厚肉導電層により２枚の基板は電気的にも機械的にも結合され、基板間接続のためのスルーホールは不要になる。
【００１０】
【実施例】
図１〜図３に、最初の実施例を示す。これらの図において、２はアノード基板で第１基板に対応し、例えば硬質プリント基板やガラス基板、あるいは液晶ポリマー基板を用いる。アノード基板２が不透明な場合、中央部に図示しない光透過窓を設けて、ＬＥＤアレイ４からの光を透過させる。ＬＥＤアレイ４は画像アレイの例で、ＣＣＤアレイ等でもよく、アノード基板２側の主面に多数の発光体または受光体と各発光体または各受光体に接続した個別電極を備え、カソード基板６側の主面に共通電極を備えたものとする。１２はカソード基板６上の共通電極配線で、アノード基板２上にはＬＥＤアレイ４側主面に図示しない個別電極配線を設ける。図３において、１４はフリップチップ接続部で、１６は個別の発光体である。なおＬＥＤアレイ４の第２の主面の共通電極は図示を省略した。
【００１１】
基板２，６には基板間接続電極２０，２２，２４，２６を設け、例えば基板２，６の４隅に設けた基板間接続電極２０，２２は、基板２，６間の電気的接続と機械的結合の双方に用いる。これに対して、基板２，６の長手方向の縁に沿って設けた基板間接続電極２４，２６は、例えば基板２，６間の機械的結合のみに用いるものとする。基板間接続電極２４，２６は広い面積のべた状電極でも良いが、後述の金属板２８と正確に位置合わせし、位置決め精度を得るために、複数の電極に分割した。
【００１２】
ＬＥＤアレイ４は高さが例えば３００μｍ程度で、銅箔等からなる基板間接続電極２０〜２６は例えば２０μｍ厚程度で、ＬＥＤアレイ４に匹敵する高さが得られない。そこで図２〜図３に示す金属板２８を用い、金属板２８を介して、基板間接続電極２０と２２、及び基板間接続電極２４と２６を結合する。金属板２８には４２合金やリン青銅等の弾性材料を用い、その厚さはＬＥＤアレイ４とほぼ等しくする。このようにして基板間接続電極２０，２２や基板間接続電極２４，２６を金属板２８を介して結合すると、基板２，６を機械的にも電気的にも結合できる。そして図１２のスペーサ８は不要となり、また基板２，６をＬＥＤアレイ４をサンドイッチした面と同じ面で接続できるので、基板２，６に基板間接続用のスルーホールを設ける必要がなくなる。金属板２８は基板２，６を挟み込まず、例えば図２，図３のように基板６のみを挟み込むので、金属板２８からの圧力でフリップチップ接続部１４が損傷する恐れがなくなる。なお実施例にはこれ以外にアノード駆動ＩＣやカソード駆動ＩＣがあり、これらはＬＥＤアレイ４と同様に、基板２，６間にフリップチップ接続する。
【００１３】
実施例の画像装置の組立について説明すると、アノード基板２に個別電極配線を設け、カソード基板６に共通電極配線１２と基板間接続電極２２，２６や基板６の裏面の電極３４を設け、ＬＥＤアレイ４と金属板２８等をセットする。この状態で、フリップチップ接続と共通電極の半田付けや金属板２８の半田付けを同時に行う。ここで金属板２８の肉厚はＬＥＤアレイ４の高さにほぼ等しいので、金属板２８がスペーサとなり、基板２，６を平行に保つことができる。また基板２，６は基板間接続電極２０，金属板２８，基板間接続電極２２を介して電気的に接続され、同様に機械的にも結合される。基板２，６間の機械的結合は、基板間接続電極２４，金属板２８，基板間接続電極２６の結合によっても補強される。これらの基板間接続電極２０〜２６は金属板２８と等しい幅で、多数の小幅の電極を位置を揃えて接続するため、セルフアラインメント効果で正確な位置決めができる。
【００１４】
図４〜図６に、金属板を外部接続用のコネクタに兼用した実施例を示す。特に指摘した点以外は図１〜図３の実施例と同様で、３０はＬＥＤアレイ４の個別電極を駆動するためのアノード駆動ＩＣ、３２は共通電極を駆動するためのカソード駆動ＩＣ、３４は金属板２８を基板の反対面に半田付けするための電極、３６は金属板からなるクリップ端子で、３８はそのコネクタ部である。コネクタ部３８は図５，図６の構造をし、多数のクリップ端子３６を図示しないタイバーで結合して取り付け、半田付け後に図５のＸ−Ｘ線に沿って切断して独立させる。このようにすれば基板間接続用のクリップ端子３６を、外部接続用のコネクタに兼用できる。
【００１５】
図７，図８に、図４〜図６の実施例を変形した例を示す。この例ではアノード基板３に溝４０を設けて、ＬＥＤアレイ４やアノード駆動ＩＣ３０等を収容する。溝４０には基板間接続電極４２を設ける。４４は新たな金属板で、４６は個別の金属板４４を接続するタイバーである。そして溝４０に金属板４４を差し込み、ＬＥＤアレイ４の接続やＩＣ３０，３２の接続と同時に、金属板４４の一方の主面を基板間接続電極４２に、他方の主面を基板間接続電極２２や２６に、半田付けする。そして半田付け後に、図８のＸ−Ｘ線に沿ってタイバー４６を分離する。このようにすると金属板４４を用いて、基板３，６間の接続と電気的配線とを行うことができ、金属板４４の基板３からの突出部を外部コネクタに兼用できる。なおこの変形例では、ＬＥＤアレイ４等をアノード基板３の溝に収容するので、金属板４４にはスペーサとしての役割が無い。
【００１６】
図９に、図７，図８の変形例をさらに変形した例を示す。金属板４４の配列ピッチが小さい場合、溝４０を設けるのが難しい。そこで複数の基板間接続電極４２を収容した１つの溝５０を設け、この部分で金属板４４を基板間接続電極４２と基板間接続電極２２，２６に結合する。これ以外の点は図７，図８の変形例と同様である。
【００１７】
図１０，図１１に厚肉導電層５２を用いた実施例を示す。この実施例は、金属板２８に代えて厚肉導電層５２を用いること以外は、図１〜図３の実施例と同様である。基板間接続電極２０，２２，２４，２６には銅箔等を用いるので、ＬＥＤアレイ４と同じ高さにすることが難しい。そこで厚肉導電層５２を基板間接続電極２０〜２６に積層する。図では厚肉導電層５２を基板間接続電極２０，２２と基板間接続電極２４，２６の双方に設けたが、一方にのみ設けても良い。
【００１８】
厚肉導電層５２として好ましい材料の１つは厚肉のメッキ層で、例えば基板間接続電極２０〜２６上に銅の電解メッキや半田メッキ等により、厚さ１５０〜３００μｍ程度の厚肉導電層５２を設ける。これ以外に好ましい材料はクリーム半田で、印刷や塗布等により、基板間接続電極２０〜２６上に厚さ１５０〜３００μｍ程度に厚肉導電層５２を設ける。またこれ以外の厚肉導電層５２の材質としては銀ペーストが好ましく、クリーム半田と同様に基板間接続電極２０〜２６上に印刷あるいは塗布すれば良い。これらのもの以外に、異方導電性接着剤等を厚肉導電層５２の材質として用いることができるが、硬化温度がＬＥＤアレイ４のフリップチップ接続温度やその共通電極の半田付け温度と一般に異なり、かつ高価なので、好ましくない。
【００１９】
厚肉導電性５２の形成では、例えば基板間接続電極２０〜２６上に銅を厚肉メッキし、次いでその表面に半田メッキを施す。厚肉の半田メッキを用いる場合、基板間接続電極２０〜２６上に直接半田を厚くメッキする。あるいは基板間接続電極２０〜２６上にクリーム半田を印刷あるいは塗布し、一旦溶融させて電極形状を整えた後に、表面に再度クリーム半田を薄く塗布、もしくはフラックスのみを塗布する。また単にクリーム半田を印刷もしくは塗布したのみとし、溶融せずにそのまま厚肉導電層５２としても良い。さらに銀ペーストを用いる場合、基板間接続電極２０〜２６上に銀ペーストを印刷もしくは塗布する。厚肉導電層５２を形成した後ＬＥＤアレイ４等をセットし、例えば２５０℃程度で加熱する。この温度でＬＥＤアレイ４をフリップチップ接続すると共に、その第２主面の共通電極を共通電極配線１２に半田付けする。これと同時に厚肉導電層５２は、半田の溶融や銀ペーストの硬化により、基板間接続電極２０，２２間と基板間接続電極２４，２６間とを結合する。そして半田や銀ペーストの場合、溶融温度や硬化温度はいずれも２５０℃程度で、フリップチップ接続や共通電極の半田付け温度とほぼ等しく、同じ工程で基板２，６を結合できる。
【００２０】
結合後の厚肉導電層５２は、基板２，６を電気的にかつ機械的に結合する導電層となり、その厚さがＬＥＤアレイ４とほぼ等しいので、基板２，６を平行に保つスペーサとなる。そして基板２，６には、基板間接続のためのスルーホールが不要になる。
【００２１】
実施例はＬＥＤヘッドを例にしたが、イメージセンサ等の他の画像装置でも同様に実施でき、画像アレイの種類は多数の発光体または受光体と個別電極を一方の主面に備え、他方の主面に共通電極を備えたものであれば良い。
【００２２】
【発明の効果】
この発明では、
１）  基板間の電気的接続や機械的結合を、画像アレイの接続と同時に行うことができるため、実装工程が簡単になり、
２）  ２枚の基板を上下から挟みつけるクリップ端子が不要なので、クリップ端子からの力で画像アレイと基板との接続が損傷することが無く、
３）  ２枚の基板を平行に保つためのスペーサが不要で、
４）  基板間の電気的接続のためにスルーホールを設ける必要が無い、
（請求項１〜４）。
請求項２の発明では、
５）  基板間の結合と電気的接続に用いた金属板をコネクタに兼用でき、画像装置の外部接続が簡単になる。
請求項４の発明では、
６）  厚肉導電層に特に適した材料を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の画像装置の要部斜視図
【図２】実施例の画像装置の長手方向要部側面図
【図３】実施例の画像装置の短辺方向側面図
【図４】第２の実施例の画像装置の短辺方向側面図
【図５】第２の実施例でのクリップ端子の接続工程を示す図
【図６】第２の実施例の画像装置の長手方向要部側面図
【図７】変形例の画像装置の要部斜視図
【図８】変形例の画像装置の組立工程を示す図
【図９】他の変形例の画像装置の組立工程を示す図
【図１０】第３の実施例の画像装置の長手方向要部側面図
【図１１】第３の実施例の画像装置の短辺方向側面図
【図１２】従来例の画像装置の側面図
【符号の説明】
２，３                アノード基板                      ３０                        アノード駆動ＩＣ
４                        ＬＥＤアレイ                      ３２                        カソード駆動ＩＣ
６                        カソード基板                      ３４                        電極
８                        スペーサ                              ３６                        クリップ端子
１０                        クリップ端子                      ３８                        コネクタ部
１２                        共通電極配線                      ４０                        溝
１４                        フリップチップ接続部      ４２                        基板間接続電極
１６                        発光体                                  ４４            金属板
２０，２２            基板間接続電極                  ４６                        タイバー
２４，２６            基板間接続電極                  ５０                        溝
２８                        金属板                                  ５２                        厚肉導電層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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