(57)【要約】【課題】短絡故障の発生を阻止しながら、ボンディングワイヤである金線による迷光を減らすことのできるＳＬＥＤチップを提供する。【解決手段】ＳＬＥＤチップ１０−１のボンディングパッド１４上には金バンプ４４が形成されている。プリント配線基板２０上のボンディングパッド２４には金線３０のボールボンディングを行い、チップ上の金バンプ４４には、金線３０のステッチボンディングを行う。金バンプ４４が存在するため、金線３０がチップ角部に接触しない。【選択図】図７Ｂ
2006165521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に作製されたｐｎｐｎ構造の３端子発光素子とボンディングパッドとを有する自己走査型発光素子アレイチップにおいて、
前記ボンディングパッド上に形成されたバンプを備え、このバンプには、ワイヤがステッチボンディングされることを特徴とする自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項２】
前記バンプの高さは、１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項３】
前記ボンディングパッドの材料はアルミニウムであり、前記バンプの材料は、金,銀,ニッケル,錫,銅,黄銅およびクロムからなる群より選ばれた少なくとも1つ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項４】
半導体基板上に作製されたｐｎｐｎ構造の３端子発光素子とボンディングパッドとを有する自己走査型発光素子アレイチップにおいて、
前記３端子発光素子の反対側の前記ボンディングパッドに近接するチップ角部に凹部を有し、前記凹部は、前記ボンディングパッドにワイヤをステッチボンディングしたときに、前記ワイヤと前記チップ角部とが接触しないように働くことを特徴とする自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項５】
前記凹部の深さは、前記ワイヤの太さの少なくとも半分であることを特徴とする請求項４に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項６】
半導体基板上に作製されたｐｎｐｎ構造の３端子発光素子とボンディングパッドとを有する自己走査型発光素子アレイチップにおいて、
前記３端子発光素子の反対側の前記ボンディングパッドに近接するチップ角部に第１の凹部を有し、前記第１の凹部は、前記ボンディングパッドにワイヤをステッチボンディングしたときに、前記ワイヤと前記チップ角部とが接触しないように働き、前記３端子発光素子の側の前記ボンディングパッドに近接するチップ角部に第２の凹部を有し、前記第２の凹部は、チップによる光の反射を低減するように働くことを特徴とする自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項７】
半導体基板上に作製されたｐｎｐｎ構造の３端子発光素子とボンディングパッドとを有する自己走査型発光素子アレイチップにおいて、
前記ボンディングパッドは、前記チップ上面に形成された凹部内に設けられており、前記ボンディングパッドには、ワイヤがステッチボンディングされることを特徴とする自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項８】
半導体基板上に作製されたｐｎｐｎ構造の３端子発光素子とボンディングパッドとを有する自己走査型発光素子アレイチップにおいて、
前記ボンディングパッドは、前記チップ上面に形成された凹部内に設けられており、前記ボンディングパッドには、ワイヤがボールボンディングされることを特徴とする自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項９】
前記凹部の深さは、発光素子面からの前記ワイヤの立ち上がるループの高さが、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項１０】
プリント配線基板と、
前記プリント配線基板上に、請求項１に記載の自己走査型発光素子アレイチップを複数個千鳥状に配列して形成された自己走査型発光素子アレイと、
前記プリント配線基板上に設けられ、前記自己走査型発光素子アレイを駆動する駆動回路とを備え、
前記駆動回路上のボンディングパッドと、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のバンプとの間のワイヤボンディングは、前記ボンディングパッドにはボールボンディングで、前記バンプにはステッチボンディングで行われていることを特徴とする光書込みヘッド。
【請求項１１】
プリント配線基板と、
前記プリント配線基板上に、請求項４に記載の自己走査型発光素子アレイチップを複数個千鳥状に配列して形成された自己走査型発光素子アレイと、
前記プリント配線基板上に設けられ、前記自己走査型発光素子アレイを駆動する駆動回路とを備え、
前記駆動回路上のボンディングパッドと、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドとの間のワイヤボンディングは、前記駆動回路上のボンディングパッドにはボールボンディングで、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドにはステッチボンディングで行われていることを特徴とする光書込みヘッド。
【請求項１２】
プリント配線基板と、
前記プリント配線基板上に、請求項６に記載の自己走査型発光素子アレイチップを複数個千鳥状に配列して形成された自己走査型発光素子アレイと、
前記プリント配線基板上に設けられ、前記自己走査型発光素子アレイを駆動する駆動回路とを備え、
前記駆動回路上のボンディングパッドと、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドとの間のワイヤボンディングは、前記駆動回路上のボンディングパッドにはボールボンディングで、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドにはステッチボンディングで行われていることを特徴とする光書込みヘッド。
【請求項１３】
プリント配線基板と、
前記プリント配線基板上に、請求項７に記載の自己走査型発光素子アレイチップを複数個千鳥状に配列して形成された自己走査型発光素子アレイと、
前記プリント配線基板上に設けられ、前記自己走査型発光素子アレイを駆動する駆動回路とを備え、
前記駆動回路上のボンディングパッドと、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドとの間のワイヤボンディングは、前記駆動回路上のボンディングパッドにはボールボンディングで、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドにはステッチボンディングで行われていることを特徴とする光書込みヘッド。
【請求項１４】
プリント配線基板と、
前記プリント配線基板上に、請求項８に記載の自己走査型発光素子アレイチップを複数個千鳥状に配列して形成された自己走査型発光素子アレイと、
前記プリント配線基板上に設けられ、前記自己走査型発光素子アレイを駆動する駆動回路とを備え、
前記駆動回路上のボンディングパッドと、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドとの間のワイヤボンディングは、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドにはボールボンディングで、前記駆動回路上のボンディングパッドにはステッチボンディングで行われていることを特徴とする光書込みヘッド。
【請求項１５】
請求項１に記載の自己走査型発光素子アレイチップを、プリント配線基板上に複数個千鳥状に配列して形成した自己走査型発光素子アレイの各自己走査型発光素子アレイチップ上のバンプと、前記プリント配線基板上に設けられた駆動回路上のボンディングパッドとの間をワイヤボンディングする方法において、
前記ボンディングパッドにはボールボンディングで、前記バンプにはステッチボンディングで行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項１６】
請求項４に記載の自己走査型発光素子アレイチップを、プリント配線基板上に複数個千鳥状に配列して形成した自己走査型発光素子アレイの各自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドと、前記プリント配線基板上に設けられた駆動回路上のボンディングパッドとの間をワイヤボンディングする方法において、
前記駆動回路上のボンディングパッドにはボールボンディングで、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドにはステッチボンディングで行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項１７】
請求項６に記載の自己走査型発光素子アレイチップを、プリント配線基板上に複数個千鳥状に配列して形成した自己走査型発光素子アレイの各自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドと、前記プリント配線基板上に設けられた駆動回路上のボンディングパッドとの間をワイヤボンディングする方法において、
前記駆動回路上のボンディングパッドにはボールボンディングで、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドにはステッチボンディングで行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項１８】
請求項７に記載の自己走査型発光素子アレイチップを、プリント配線基板上に複数個千鳥状に配列して形成した自己走査型発光素子アレイの各自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドと、前記プリント配線基板上に設けられた駆動回路上のボンディングパッドとの間をワイヤボンディングする方法において、
前記駆動回路上のボンディングパッドにはボールボンディングで、前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドにはステッチボンディングで行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項１９】
請求項８に記載の自己走査型発光素子アレイチップを、プリント配線基板上に複数個千鳥状に配列して形成した自己走査型発光素子アレイの各自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドと、前記プリント配線基板上に設けられた駆動回路上のボンディングパッドとの間をワイヤボンディングする方法において、
前記自己走査型発光素子アレイチップ上のボンディングパッドにはボールボンディングで、前記駆動回路上のボンディングパッドにはステッチボンディングで行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディングワイヤの反射による迷光を減少できる自己走査型発光素子アレイチップに関し、さらには、自己走査型発光素子アレイを用いた光書込みヘッドに関する。本発明は、また、光書込みヘッドにおけるワイヤボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数個の発光素子を同一基板状に集積した発光素子アレイは、その駆動回路と組み合わせて光プリンタの書込みヘッドの光源として利用されている。本出願人は、発光素子アレイの構成要素としてｐｎｐｎ構造を持つ３端子発光サイリスタに注目し、発光素子の自己走査が実現できることを既に提案し、光書込みヘッド用光源として実装上簡便となること、発光素子ピッチを細かくできること、コンパクトな自己走査型発光素子アレイ（Self-scanning type Light-Emitting Device：ＳＬＥＤ）を作製できること等を示した。さらに、本出願人は、転送素子アレイを転送部として、発光部である発光素子アレイと分離した構造の自己走査型発光素子アレイを提案している（特許文献１参照）。
【０００３】
図１に、この自己走査型発光素子アレイの等価回路図を示す。この自己走査型発光素子アレイは、転送素子Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，…、書込み用発光素子Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ，…からなる。転送部の構成は、ダイオード接続を用いている。ＶGKは電源（通常５Ｖ）であり、電源ライン６から各負荷抵抗ＲL を経て各転送素子のゲート電極Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，…に接続されている。また、転送素子のゲート電極Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，…は、書込み用発光素子のゲート電極にも接続される。転送素子Ｔ1 のゲート電極にはスタートパルスφS が加えられ、転送素子のアノード電極には、交互に転送用クロックパルスφ１，φ２が加えられる。これらクロックパルスは、クロックパルスライン２，４（φ１ライン２，φ２ライン４）を経て供給される。書込み用発光素子のアノード電極には、信号ライン（φI ライン）８を経て、書込み信号φI が加えられている。
【０００４】
動作を簡単に説明する。まず転送用クロックパルスφ１の電圧がハイレベルで転送素子Ｔ2 がオン状態であるとする。このとき、ゲート電極Ｇ2 の電圧はＶGKの５Ｖからほぼ０Ｖにまで低下する。この電圧降下の影響はダイオードＤ2 によってゲート電極Ｇ3 に伝えられ、その電圧を約１Ｖ（ダイオードＤ2 の順方向立上り電圧（拡散電位に等しい））に設定する。しかし、ダイオードＤ1 は逆バイアス状態であるためゲート電極Ｇ1 への電圧の接続は行われず、ゲート電極Ｇ1 の電位は５Ｖのままとなる。発光サイリスタのオン電圧は、ゲート電極電圧＋ｐｎ接合の拡散電位（約１Ｖ）で近似されるから、次の転送用クロックパルスφ２のＨレベル電圧は約２Ｖ（転送素子Ｔ3 をオンさせるために必要な電圧）以上でありかつ約４Ｖ（転送素子Ｔ5 をオンさせるために必要な電圧）以下に設定しておけば転送素子Ｔ3 のみがオンし、これ以外の転送素子はオフのままにすることができる。従って２本の転送用クロックパルスでオン状態が転送されることになる。
【０００５】
スタートパルスφS は、このような転送動作を開始させるためのパルスであり、スタートパルスφS をＬレベル（約０Ｖ）にすると同時に転送用クロックパルスφ２をＨレベル（約２〜約４Ｖ）とし、転送素子Ｔ1 をオンさせる。その後すぐ、スタートパルスφS はＨレベルに戻される。
【０００６】
いま、転送素子Ｔ2 がオン状態にあるとすると、ゲート電極Ｇ2 の電位は、ＶGK（ここでは５ボルトと想定する）より低下し、ほぼ０Ｖとなる。したがって、書込み信号φI の電圧が、ｐｎ接合の拡散電位（約１Ｖ）以上であれば、発光素子Ｌ2 を発光状態とすることができる。
【０００７】
これに対し、ゲート電極Ｇ1 は約５Ｖであり、ゲート電極Ｇ3 は約１Ｖとなる。したがって、発光素子Ｌ1 の書込み電圧は約６Ｖ、発光素子Ｌ3 の書込み電圧は約２Ｖとなる。これから、発光素子Ｌ2 のみに書き込める書込み信号φI の電圧は、１〜２Ｖの範囲となる。発光素子Ｌ2 がオン、すなわち発光状態に入ると、発光強度は書込み信号φI に流す電流量で決められ、任意の強度にて画像書込みが可能となる。また、発光状態を次の発光素子に転送するためには、書込み信号φI ラインの電圧を一度０Ｖまでおとし、発光している発光素子をいったんオフにしておく必要がある。
【０００８】
このようなＳＬＥＤアレイは、ＳＬＥＤチップを複数個並べることによって作製される。このようなＳＬＥＤチップは、ウェハ上に作製され、ダイシングすることにより得られる。
【０００９】
図２は、ＳＬＥＤチップ１０の部分平面図である。ＳＬＥＤチップは、半導体基板、例えばｎ形ＧａＡｓ基板上にｐｎｐｎ半導体層を積層し、アノード電極形成、アノード島形成、ゲート電極形成、分離エッチング工程、電極上へのコンタクトホールの形成、ボンディングパッド用のアルミ膜の形成・パターニング、ＳｉＯ2 保護膜の形成、ボンディングパッド上のＳｉＯ2 保護膜の除去などの工程を経て作製される。なお、図２は図面を簡単にするためにボンディングパッドと配線のみを示しており、ＳＬＥＤ機能部の構成は発光素子Ｌのみを除いて図示を省略してある。
【００１０】
チップ１０の長手方向端部には、電源ライン６が接続されたボンディングパッド１６と、φ１ライン２が接続されたボンディングパッド１２と、φ２ライン４が接続されたボンディングパッド１４と、φＩライン８が接続されたボンディングパッド１６とが設けられている。これらラインおよびボンディングパッドは、ＧａＡｓ基板上に形成されている。
光書込みヘッドは、プリント配線基板上に、複数個のＳＬＥＤチップを、チップ端部が重なるように千鳥状に配列したＳＬＥＤアレイと、ＳＬＥＤアレイを駆動する駆動回路とを搭載し、ＳＬＥＤアレイからの光を感光ドラム上に集光させるためのロッドレンズアレイを、ＳＬＥＤアレイ上に設けることにより構成される。ＳＬＥＤチップと駆動回路との間の接続は、細い金線で接続するワイヤボンディング法が一般的である。
【００１１】
図３Ａ，図３Ｂに、プリント配線基板２０上に千鳥状に配列された２個のＳＬＥＤチップ１０−１，１０−２を示す。チップの重なり部分では、チップ間で発光素子Ｌの配列ピッチが一致するようにされている。なお、図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ′線断面図である。
図３Ａおよび図３Ｂには、ＳＬＥＤチップ上のチップ側ボンディングパッドと、駆動回路のための基板側ボンディングパッド２２，２４，２６，２８とを金線３０で接続した状態を示している。なお、ボンディングパッド２６は、ＶＧＫ用ボンディングパッド１６に接続されるボンディングパッドであり、ボンディングパッド２２は、φ１用ボンディングパッド１２に接続されるボンディングパッドであり、ボンディングパッド２４は、φ２用ボンディングパッド１４に接続されるボンディングパッドであり、ボンディングパッド２８は、φI 用ボンディングに接続されるボンディングパッドである。
【００１２】
以上のように、ＳＬＥＤチップはボンディングパッドの個数が少ないので、ＳＬＥＤチップと駆動回路を集積した光書込みヘッドの組立て時に、ワイヤボンディングの工数を激減することができ、ワイヤボンディングにかかる時間を短縮でき、金線を節約し、さらにはワイヤボンディングパッドに要していた無駄なチップの面積を排除できる。
一般的に、ＳＬＥＤチップ側のワイヤ端はボールボンディング、基板側はステッチボンディングを行う。しかし、ＳＬＥＤチップ上にボールボンド３２を形成し、金線３０を立ち上げると、立ち上がり部分において、図３Ｂに示すように、発光素子からの出射光が反射して迷光となるという問題がある。
【００１３】
これは、発光素子とワイヤとが１対１に対応している従来タイプの発光素子アレイの場合、ある発光素子から出た光が、その発光素子付近の金線に反射されて迷光となっても、金線は規則的に存在しているため、迷光はあまり目立たない。しかし、ＳＬＥＤチップのように、金線が偏在する場合は、金線のある場所に限って迷光が強くなるため、迷光は非常に目立つ。特に、図３Ａに示した千鳥配置型ＳＬＥＤチップアレイでは、主走査方向にみてチップ端が重なった部分があり、この部分ではワイヤボンディングの近くに発光素子が配置されている。しかも、片側取り出しのチップ（１チップあたりボンディングパッドが１００μｍ間隔で４個あり、チップ長は６ｍｍである）の場合、８本の金線が１ｍｍ程度の範囲に集中した箇所が１２ｍｍ毎に現れることとなり、迷光が非常に目立つことになる。
【００１４】
迷光の問題を解決するために、ＳＬＥＤチップではないが、発光素子チップ側のボンディングワイヤ端をステッチボンディングし、基板側をボールボンディングするという技術が開示されている（特許文献２参照）。
また、ＳＬＥＤチップではないが、発光素子チップ側のボンディングワイヤ端をステッチボンディングとすることで、発光素子からの出射光が反射しないように、金線の角度を調節する技術も開示されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平２−２６３６６８号公報
【特許文献２】特開２０００−４９３８４号公報
【特許文献３】特開２００２−２２３０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献２，３に記載されているように、発光素子チップ側のボンディングワイヤ端をパッド上にステッチボンディングとすると、図４Ｂに点線円Ｘで囲って示すように金線がＳＬＥＤチップの角部と接触しやすくなり、短絡故障を起こす危険がある。ＳＬＥＤチップは、ウエファより切り出す（ダイシング）ときに、ＧａＡｓ基板がむき出しになるおそれがあり、このため金線がチップの角部に接触すると短絡してしまうからである。特にプリント配線基板２０の大きさが小さくなるほど、この問題は起こりやすい。
なお、図４Ａは、チップ側をステッチボンディング、基板側をボールボンディングした配線を示す平面図、図４Ｂは図４ＡのＢ−Ｂ′線断面図である。図３Ａ，図３Ｂと同一の構成要素には、同一の参照番号を付して示している。
【００１６】
ステッチボンディングは、さらに次のような問題がある。ステッチボンディングの場合は、ボールボンディングよりも、接着面積が小さく、接着強度が低い。特に、アルミニウム（以下、アルミという）ボンディングパッドへの金線によるステッチボンディングは、十分な接着を得るためのワイヤボンディングの条件が得られにくく、接合しにくいという問題点がある。
さらに、アルミボンディングパッドには、ＳＬＥＤの電気光学検査工程で、プローブ針によって陥没がつくられる。これは、アルミボンディングパッドの場合は、表面に酸化膜が形成されているので、通電のためには、表面を削らなければならないからである。陥没する部分の形状の制御は難しく、ワイヤボンディングはこのような不定形な凹凸のある面に行われなければならない。したがって、ワイヤボンディングの強度は、凹凸によってばらつきが発生することが問題である。
したがって、本発明の目的は、短絡故障の発生を阻止しながら、ボンディングワイヤである金線による迷光を減らすことのできるＳＬＥＤチップを提供することにある。
本発明の他の目的は、このようなＳＬＥＤチップを用いた光書込みヘッドを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、このような光書込みヘッドにおけるワイヤボンディング方法であって、高い接着強度が得られるワイヤボンディング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ＳＬＥＤアレイにおける迷光は、金線の立ち上がったループの５０μｍ以上の高さの部分で主に起こっていることが解っている。これは、金線の下の方で生じた反射光は、レンズ法線に対して大きな角度となるため、ロッドレンズに結合しないためと考えられる。
ワイヤボンディングは、通常、アルミボンディングパッドに金のボールを接合させるボールボンディングと、ワイヤフレームやプリント配線基板の端子に金線を押しつけて接合するステッチボンディングからできている。ボールボンディングでは、ボール接合面に対して垂直方向に金線が立ち上がるため、ループを低くすることは困難であった。
【００１８】
そこで、ＳＬＥＤアレイにおける金線のループの高さを減らすために、第１の方法として、発光素子チップ側にステッチボンディングを行うことを考えた。しかし、発光素子チップ側のボンディングパッドにステッチボンディングを用いると、前述したように短絡故障の問題を生じる。そこで、ボンディングパッドの上にバンプを設けることで、金線とチップ角部との間に隙間を作り、これによりチップの角部での短絡を防止するようにした。この方法によれば、キャピラリ（金線を通す管）が直接ボンディングパッドに触れないため、ボンディングパッドを小さくしてもボンディングが可能である。
あるいは、チップ角部に凹部を設けて、金線がチップ角部に接触しないようにし、およびチップによる光の反射を低減することもできる。
あるいはまた、チップ上面に凹部を設け、この凹部内にボンディングパッドを形成すれば、金線がチップ角部に接触する危険を回避することができる。
【００１９】
金線のループの高さを減らす第２の方法は、チップ側ボンディングパッドで短絡故障の心配のないボールボンディングを行う場合に、チップ上面に凹部を設け、この凹部内にボンディングパッドを形成する方法である。この方法によれば、金線が立ち上がる際のループを低くすることができる。
一方、接着強度を高めるための方法として、アルミ膜よりなるボンディングパッドの上に、金膜を蒸着し、金膜の上にステッチボンディングを行う。このようにすると、金膜上への金線によるステッチボンディングとして、同種金属間の接合であるから、ボンディングを容易にすることができる。一方、ボンディングパッドのアルミ膜とその上の金膜との界面の接着力は、真空蒸着での接着であるから、金線とアルミ膜との間の接着力よりも大きい。また、蒸着後の保護膜形成工程でのアニール効果によって、アルミ−金間化合物が生成され、さらにアルミ膜と金膜との間の接着力を高めることもできる。
また、ボンディングパッド表面が金膜になることで、アルミ膜と比較して表面に酸化膜ができにくい状態であるから、電気光学検査（プローバ検査）のときに、深い陥没部分をもつ針跡をつけずに検査ができる。これにより、ボンディング時に、凹凸によるワイヤボンディング強度のばらつきが出にくいという利点がある。
ボンディングパッド上に成膜される金膜は、
（１）蒸着後に保護膜成膜などの工程がない場合は、0.1μｍ〜1.0μｍ
（２）蒸着後に保護膜成膜などの工程がある場合は、0.3μｍ〜1.0μｍ
の膜厚とする。上記（１）、（２）の両方において、接着強度を確保するためには、少なくとも0.1μｍの膜厚が必要である。さらに（２）において、0.3μｍ以下であってはならない理由は、アルミ−金間化合物が生成される過程で、金原子の移動によってできる金膜内の空孔が、金膜表面に現れないように十分な膜厚が必要であるからである。また、上記（１），（２）において、1.0μｍ以上であってはならない理由は、これ以上の膜厚の成膜は長時間かかり、生産効率が悪いからである。
ただし、金膜は蒸着以外の成膜方法、すなわち、スパッタ，電解めっき，無電解めっきなどで成膜してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ボンディングワイヤの短絡故障を起こすことなく、迷光を減少させることが可能である。発光素子チップのボンディングパッド上にバンプを設けた場合には、ボンディングパッドを小さくすることができ、光書込みヘッドの小型化が可能となる。
また、アルミ膜の上に金膜を成膜したボンディングパッドを用いると、金線とボンディングパッドとの接着力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２２】
従来のＳＬＥＤチップの表面は、図５Ａ,図５Ｂに示すようにＳｉＯ2 保護膜４０で覆われており、アルミボンディングパッド１２，１４，１６，１８の部分だけがＳｉＯ2 保護膜が除去されている。図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ′線断面図を示す。図中、３６はＧａＡｓ基板を、３８は層間絶縁膜を示している。図５Ａおよび図５Ｂは、ウエファの一部を示す。なお、ＳｉＯ2 保護膜４０の除去は、レジストパターンをマスクとして、エッチングにより行った。
【００２３】
次に、図５Ｃに示すように、ＳｉＯ2 保護膜４０が除去されているアルミボンディングパッド１２，１４，１６，１８の部分に、メッキの種となる厚さ０．１μｍの金膜４２をリフトオフで形成する。ここでは、アルミボンディングパッド上のＳｉＯ2 保護膜を除去するエッチングマスクに用いたレジストパターンをそのまま流用してリフトオフした。
【００２４】
このウエファを無電解金メッキ液に漬け、２０μｍ厚さの金メッキ層を成長した。ＳｉＯ2 保護膜４０上には金は成長しないため、図５Ｄに示すように、自動的に緩やかな曲面形状をした金バンプ４４が得られる。ここでは、メッキの種層として金を予め形成しておいたが、メッキ液を選ぶことによって元々のボンディングパッドの材料であるアルミニウムのメッキが可能である。
【００２５】
ここでは、バンプ材料として金を選んだが、ワイヤボンディング可能な材料であれば何でもよい。金に比べて安価な銀も好適である。その他、ニッケル,錫,銅,黄銅およびクロムのいずれか、またはこれから選ばれた２種以上の金属を積層したものでよい。
本実施例によれば、ウエファ上の必要な箇所にだけバンプを一括形成できるため原料の利用効率が高く、バンプ加工によるコストアップを最小限に押さえることが可能である。
バンプ４４の高さは、金線の太さの半分程度の１０μｍ以上あれば十分である。一方、迷光を発生させないためには５０μｍ以下の高さが望ましい。
以上のようなウエファをダイシングして、ＳＬＥＤチップが得られる。
【実施例２】
【００２６】
実施例１では、ＳｉＯ2 保護膜４０をむき出しのまま金メッキを施したが、メッキ条件によっては、ボンディングパッド以外のところで金が析出して、チップ表面を汚す可能性がある。そこで、メッキ用のレジストパターンを別に設けるようにしてもよい。
この方法によれば、まず、図６Ａに示すように、図５Ｃに示した構造において、ＳｉＯ2 保護膜４０の上にメッキ用レジストパターン４６を形成する。次に、このウエファを無電解金メッキ液に漬け、図６Ｂに示すように金バンプ４８を形成する。続いて、図６Ｃに示すように、レジストパターン４６を除去する。
【実施例３】
【００２７】
実施例１のＳＬＥＤチップをプリンタの光書込みヘッドに搭載した。図７Ａ，図７Ｂは、搭載された１個のＳＬＥＤチップ１０−１のみ示す。図７Ｂは、図７ＡのＤ−Ｄ′線断面図である。実際には、プリント配線基板２０上に複数個のＳＬＥＤチップが千鳥状に配列されてＳＬＥＤアレイを構成し、プリント配線基板上には、ＳＬＥＤアレイを駆動する駆動回路が搭載される。ＳＬＥＤアレイ上には、感光ドラムへ光を集光するロッドレンズアレイが設けられる。
【００２８】
図７Ｂに示されるように、金バンプ４４の周縁が緩やかな曲面を描いているため、金線３０は曲面の最も出張った部分に対してステッチされることになり、ボンディングに必要な接合面積を小さくすることが可能となった。
従来の構造では、２０μｍφの金線を用いるとき、ボールボンディングでは、金線径の３倍にあたる６０μｍ□のボンディングパッド面積が必要であり、一方、ステッチボンディングではさらに金線のテールが出るためさらに余裕を持つ必要があった。ところが、本実施例の構造では、２０μｍφの金線を３０μｍφの金バンプに対しても問題なくステッチボンディングできた。
【００２９】
このため、ボンディングパッド１４の幅を３０μｍ細くでき、したがって、チップ全体の幅も従来の１２０μｍから３０μｍ細い、９０μｍにできた。チップ長さは不変のため、チップ面積を２５％減らすことができ、コストダウンが可能となった。
また、図７Ｂから明らかなように、点線円Ｙで示すように、金バンプ４４の存在の故に、金線３０とチップ角部との間に隙間を作ることができ、チップの角部と接触する危険を回避できる。
【００３０】
本実施例における金線３０のボンディング方法を、図８を参照して説明する。
ワイヤボンディングは、ボンディング機により行われる。基板側ボンディングパッド２４へのボールボンディング工程では、先端にボール５０がキャピラリ５２の先端から突き出た状態で形成される。ボール５０はキャピラリ先端面の中央に位置合わせされた後、プリント配線基板２０上のボンディングパッド２４へと下降する。ボール５０は、ボンディングパッド２４に接触して、衝撃荷重が加えられて変形すると共に、ボンディングパッドに接合される。
【００３１】
ボールボンディングの後、キャピラリ５２は上昇し、ボンディングパッド２４の位置からループを形成しながら、ステッチボンドを行う金バンプ４４の位置へと移動する。キャピラリ５２が金バンプに到達すると、金線３０を金バンプに押し付けてステッチボンディングを行い、金線を切断する。
【００３２】
ステッチボンド形成後、次のボール形成に備えてキャピラリから金線が繰り出せるよう、一定量のテールが残される。
【実施例４】
【００３３】
ボンディングパッドを用いる場合に、金線がＳＬＥＤチップの角部と接触しないようにすることができる実施例を説明する。
図９Ａおよび図９Ｂは、その実施例を示す。図９Ａは、ＳＬＥＤチップへのワイヤボンディングを示す断面図であり、図９Ｂは、ボンディングパッド１９の拡大断面図である。本実施例によれば、図９Ａにおいて点線円Ｚで囲んで示すように、ＳＬＥＤチップ１０−１の角部が凹形状となるように、ＧａＡｓ基板をエッチングした。金線３０とチップ角部の接触を防ぐためには、金線の半分程度の深さがあればよいため、エッチング深さは、１０μｍとした。金線とチップ角部の接触の危険を回避することが目的のため、ボンディングパッド間に溝は設けなかったが、溝を設けてもよい。
ボンディングパッド１９は、図９Ｂに示すように、アルミ膜２１上に金膜２３を蒸着したものである。金膜２３は、保護膜（酸化膜）４０に接触しないように形成されている。このようなボンディングパッド１９上に、ステッチボンディングで金線３０をつけた。
【００３４】
以上のような構造のＳＬＥＤチップの製造方法を、次に説明する。
図１０は、ＳＬＥＤチップ６０の部分平面図である。図中、１３，１５，１７，１９は、アルミ膜上に金膜を蒸着して形成したボンディングパッドを示す。図１１Ａ〜図１１Ｆは、製造工程を示す図１０のＥ−Ｅ′線断面図である。
図１１Ａに示すように、ＧａＡｓ基板３６上に層間絶縁膜３８を介して、アルミ膜２１を形成し、続いてＳｉＯ2 保護膜を形成する。
次に、図１１Ｂに示すように、アルミ膜２１上に金膜２３を蒸着する。金膜２３は、保護膜４０と接触しないように蒸着した。
次に、図１１Ｃに示すように、発光素子Ｌと反対側のＳｉＯ2 保護膜４０と層間絶縁膜３８とをＲＩＥ（Reactive Ion Etching）で除去する。
次に、図１１Ｄに示すように、発光素子Ｌと反対側のＧａＡｓ基板３６の角部上を除いて、フォトレジスト６２のパターンを形成する。
次に、図１１Ｅに示すように、ウェットエッチングを行って、ＧａＡｓ基板３６の角部に凹部６４を形成する。
最後に、図１１Ｆに示すように、フォトレジスト６２を除去すると、角部に凹部６４が形成されたＳＬＥＤチップが形成される。
【００３５】
以上の製造工程において、保護膜４０を成膜する前に、アルミ膜２１に金膜２３を蒸着し、後に保護膜４０を成膜することで、アルミ膜と金膜との間に、アルミ−金間化合物を成長させると、アルミ膜と金膜との間の接合強度を高めることができる。
図９Ｃに、アルミ−金間化合物２７が形成された状態を示す。
【実施例５】
【００３６】
金線とチップ角部との接触を防止する他の実施例について説明する。
本実施例では、アルミ膜上に金膜を蒸着して形成したボンディングパッド１９を凹部内に形成することで同様の効果を実現した。チップ角部は、チップを切り出す（ダイシング）ときに、ＧａＡｓ基板がむき出しとなるため、金線がＧａＡｓ基板の角部に接触すると短絡してしまう。そこで本実施例では、むき出しになっているＧａＡｓ基板の部分に接触しない構造とする。
図１２に本実施例の構造を示す。ＳＬＥＤチップ７０の上部に凹部６６を形成した後に、層間絶縁膜およびボンディングパッドの形成を行うので、凹部６６の角部６８はＧａＡｓ基板がむき出しとなっていない。したがって、凹部の角部６８に金線が接触しても短絡は起こらない。また、凹部の角部６８で金線３０を支えることで、金線を上向きに導くことができる。
【００３７】
本実施例によれば、図１２に点線円Ｗで示すように、金線３０とチップ角部との接触は回避されている。
次に、以上のようなＳＬＥＤチップの製造方法を説明する。図１３は、ＳＬＥＤチップ７０の部分平面図である。図１４Ａ〜図４Ｆは、製造工程を示す図１３のＦ−Ｆ′線断面図である。
図１４Ａに示すように、半導体部分のプロセスを終了し、ＧａＡｓ基板３６を形成する。この状態までに、カソード電極形成、カソード島形成、ゲート電極形成、分離エッチング工程を経て、ｐｎｐｎサイリスタ構造が完成している。
次に、図１４Ｂに示すように、ボンディング用エッチングを行って、凹部６６を形成する。
次に、図１４Ｃに示すように、層間絶縁膜３８を形成し、電極上にコンタクトホールの形成を行い、図１４Ｄに示すように、アルミ膜２１をスパッタリングで形成し、パターニングする。
次に、図１４Ｅに示すように、ＳｉＯ2 保護膜４０をプラズマＣＶＤで形成し、ボンディングパッド１８上のＳｉＯ2 保護膜４０をＲＩＥで除去する。
最後に、図１４Ｆに示すように、アルミ膜２１上に金膜２３をスパッタリングで形成する。金膜２３は、保護膜４０と接触しないように形成した。
【実施例６】
【００３８】
実施例５の構造では、ボンディングパッドが発光素子のある面よりも凹んだ位置にある構造となっている。このため、この凹み分だけ金線のループ高さを下げることができる。したがって、チップ側ボンディングパッドにボールボンディングを行っても、迷光を減らすことができる。
図１５は、このような実施例を示す。本実施例では、２０μｍ深さの凹部７２を形成した。本実施例の場合、チップ例ボンディングパッドは、アルミボンディングパッド１８を用いる。
ボンディングパッド１８上にボールボンディング３２から金線３０は立ち上がるが、ボンディングパッド１８の位置が低いため、発光素子面からのループ高さを低くできる。したがって、迷光を抑制できる。
【実施例７】
【００３９】
実施例４では、アルミ膜上に金膜を設けたボンディングパッド１９を形成した後に基板をエッチングしたが、ボンディングパッド形成前でもよい。本実施例では、ＳｉＯ２保護形成前にエッチングを行った。また、実施例４では、発光素子と反対側のチップ角部のみを除去したが、図１６に示すように、発光素子側も除去してもよい。発光素子側を除去することによって、発光素子列に対向するチップの角部部分に反射してロッドレンズアレイに入る光を減らすことができた。
図１７Ａ〜図１７Ｄは、図１６のボンティングパット部分の作製工程を示す断面図である。
図１７Ａに示すように、素子部分完成後、ＧａＡｓ基板３６上にボンディングパット１９ができる部分周辺をウエットエッチングで除去する。
次に、図１７Ｂに示すように、層間絶縁膜３８を被覆する。
次に、図１０Ｃに示すように、ボンディングパッド１９を形成する。
最後に、図１０Ｄに示すように、ボンディングパッド上に開口を残してＳｉＯ２保護膜４０を被覆する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ＳＬＥＤアレイの等価回路図である。
【図２】ＳＬＥＤチップの部分平面図である。
【図３Ａ】プリント配線基板上に千鳥状に配列された２個のＳＬＥＤチップ１０−１，１０−２を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ′線断面図である。
【図４Ａ】チップ側をステッチボンディング、基板側をボールボンディングした配線を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＢ−Ｂ′線断面図である。
【図５Ａ】従来のＳＬＥＤチップの平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＣ−Ｃ′線断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｂの構造において、アルミボンディングパッド上に金膜を形成した状態を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｃの構造において、金バンプを形成した状態を示す断面図である。
【図６Ａ】図５Ｃに示した構造において、ＳｉＯ2 保護膜の上にメッキ用レジストパターンを形成した状態を示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの構造において、金バンプを形成した状態を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂの構造からレジストパターンを除去した状態を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明のＳＬＥＤチップへのワイヤボンディングを示す平面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＤ−Ｄ′線断面図である。
【図８】ワイヤボンディング方法を説明するための図である。
【図９Ａ】本発明のＳＬＥＤチップへのワイヤボンディングを示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂのワイヤボンディングの拡大断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｂのワイヤボンディングの他の例の拡大断面図である。
【図１０】図９のＳＬＥＤチップの平面図である。
【図１１Ａ】図９のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１１Ｂ】図９のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１１Ｃ】図９のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１１Ｄ】図９のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１１Ｅ】図９のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１１Ｆ】図９のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明のＳＬＥＤチップへのワイヤボンディングを示す断面図である。
【図１３】図１２のＳＬＥＤチップの平面図である。
【図１４Ａ】図１２のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１４Ｂ】図１２のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１４Ｃ】図１２のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１４Ｄ】図１２のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１４Ｅ】図１２のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１４Ｆ】図１２のＳＬＥＤチップの製造工程を示す断面図である。
【図１５】本発明のＳＬＥＤチップへのワイヤボンディングを示す断面図である。
【図１６】図９において、発光素子側のチップ角部をも除去した例を示す断面図である。
【図１７Ａ】図１６のボンディングパット部分の作製工程を示す断面図である。
【図１７Ｂ】図１６のボンディングパット部分の作製工程を示す断面図である。
【図１７Ｃ】図１６のボンディングパット部分の作製工程を示す断面図である。
【図１７Ｄ】図１６のボンディングパット部分の作製工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２，４，６，８  ライン
１０、６０，７０  ＳＬＥＤチップ
１２，１４，１６，１８  チップ側ボンディングパッド
１３，１５，１７，１９  チップ側ボンディングパッド
２０  プリント配線基板
２１  アルミ膜
２２，２４，２６，２８  基板側ボンディングパッド
２３  金膜
２７  アルミ−金間化合物
３０  金線
３６  ＧａＡｓ基板
３８  層間絶縁膜
４０  ＳｉＯ2 保護膜
４４，４８  金バンプ
５０  ボール
５２  キャピラリ
６２  フォトレジスト
６４，６６、７２  凹部
６８  角部
【図１】
2006165521.tif 000003
【図２】
2006165521.tif 000004
【図３Ａ】
2006165521.tif 000005
【図３Ｂ】
2006165521.tif 000006
【図４Ａ】
2006165521.tif 000007
【図４Ｂ】
2006165521.tif 000008
【図５Ａ】
2006165521.tif 000009
【図５Ｂ】
2006165521.tif 000010
【図５Ｃ】
2006165521.tif 000011
【図５Ｄ】
2006165521.tif 000012
【図６Ａ】
2006165521.tif 000013
【図６Ｂ】
2006165521.tif 000014
【図６Ｃ】
2006165521.tif 000015
【図７Ａ】
2006165521.tif 000016
【図７Ｂ】
2006165521.tif 000017
【図８】
2006165521.tif 000018
【図９Ａ】
2006165521.tif 000019
【図９Ｂ】
2006165521.tif 000020
【図９Ｃ】
2006165521.tif 000021
【図１０】
2006165521.tif 000022
【図１１Ａ】
2006165521.tif 000023
【図１１Ｂ】
2006165521.tif 000024
【図１１Ｃ】
2006165521.tif 000025
【図１１Ｄ】
2006165521.tif 000026
【図１１Ｅ】
2006165521.tif 000027
【図１１Ｆ】
2006165521.tif 000028
【図１２】
2006165521.tif 000029
【図１３】
2006165521.tif 000030
【図１４Ａ】
2006165521.tif 000031
【図１４Ｂ】
2006165521.tif 000032
【図１４Ｃ】
2006165521.tif 000033
【図１４Ｄ】
2006165521.tif 000034
【図１４Ｅ】
2006165521.tif 000035
【図１４Ｆ】
2006165521.tif 000036
【図１５】
2006165521.tif 000037
【図１６】
2006165521.tif 000038
【図１７Ａ】
2006165521.tif 000039
【図１７Ｂ】
2006165521.tif 000040
【図１７Ｃ】
2006165521.tif 000041
【図１７Ｄ】
2006165521.tif 000042