(57)【要約】【課題】回路配線と接続パッドとを良好な接続となして、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を提供する。【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
2004195946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
2004195946.tif 000003
【図２】
2004195946.tif 000004
【図３】
2004195946.tif 000005
【図４】
2004195946.tif 000006
【図５】
2004195946.tif 000007
【図６】
2004195946.tif 000008
【図７】
2004195946.tif 000009
【図８】
2004195946.tif 000010