(57)【要約】  【課題】  画像データに対応した所定の画像が得られ、しかも、生産性に優れ、高い精度をもった薄型の光プリンタヘッドを提供すること。  【解決手段】  樹脂製の基板１上に第１の回路導体２および絶縁層３が形成された第１の回路基板上に、上面に多数の発光素子７および接続パッド６を有する発光素子アレイチップ５を基板１の凹部１ａの底面に接着剤４で接着し、第１の回路導体２の一端を第１の回路基板の上面に対向させて配置した第２の回路基板の下面に形成された第２の回路導体９を介して接続パッド６に電気的に接続した光プリンタヘッドである。その結果、良好な印画品質を有し、大量生産が可能で、信頼性が高い光プリンタヘッドを提供することができる。【選択図】  図１
2005153335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製の基板上に多数の第１の回路導体を設け、これら第１の回路導体の上に絶縁層を被覆してなる第１の回路基板上に、上面に多数の発光素子および接続パッドを有する発光素子アレイチップを搭載し、前記第１の回路導体を前記接続パッドに電気的に接続してなる光プリンタヘッドであって、前記基板の上面に前記発光素子アレイチップが埋設される凹部を形成するとともに該凹部の底面に前記発光素子アレイチップを接着剤で接着し、前記第１の回路導体の一端を前記第１の回路基板の上面に対向させて配置した第２の回路基板の下面に形成された第２の回路導体を介して前記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。
【請求項２】
前記第２の回路基板は、可撓性基板の下面に前記第２の回路導体が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光プリンタヘッド。
【請求項３】
前記第２の回路基板は、前記発光素子に対応する部分に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光プリンタヘッド。
【請求項４】
前記第２の回路基板は、透光性基板の下面に前記第２の回路導体が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光プリンタヘッド。
【請求項５】
前記第２の回路導体は、異方性導電ペーストを用いて、前記第１の回路導体の一端および前記接続パッドに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光プリンタヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プリンタ等の光書込み手段として用いられる光プリンタヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から電子写真プリンタ等の光書込み手段として、ＬＥＤアレイヘッドに代表される光プリンタヘッドが用いられている。
【０００３】
かかる従来の光プリンタヘッドとしては、例えば図３に断面図で示す如く、多数の回路導体22が所定のパターンに被着されている回路基板21の上面に、多数の発光素子27および多数の接続パッド26を有する複数個の発光素子アレイチップ25を全ての発光素子27が直線状に配列されるようにして一列に並べて接着剤24で接着することにより搭載し、各発光素子アレイチップ25の接続パッド26とこの接続パッド26に対応する回路導体22とをボンディングワイヤ32等で電気的に接続した構造のものが知られている。これによれば、外部からの画像データに基づいて発光素子27を個々に選択的に発光させるとともに、この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して結像させ、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。
【０００４】
そして、感光体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し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。
【０００５】
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）の製品仕様にて構成した場合には、接続パッド36と回路導体22との接続個所は約15000箇所にも及び、両者は約15000本もの多数のボンディングワイヤ32で個々に接続されることになる。それゆえ、これらのボンディングワイヤ32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するため、光プリンタヘッドの生産性の向上を図ることができないという問題点があった。また、光プリンタヘッドの使用時等にボンディングワイヤ32が外部からの振動や衝撃によって倒れてしまって、隣接するボンディングワイヤ32同士を短絡させることがあり、このことが光プリンタヘッドの信頼性を低下させていたという問題点もあった。
【０００６】
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32は、ワイヤボンディング法にて回路導体22や発光素子アレイチップ25の接続パッド26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25側で、セカンドボンディングが回路導体22側でなされている。この場合、接続パッド26に接合されるボンディングワイヤ32の端部には、ボール状のネイルヘッドが形成されることから、光プリンタヘッドを使用する際に、発光素子27の発した光の一部がボンディングワイヤ32のネイルヘッドで反射してしまい、このような反射光が外部の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できなくなるという問題点も有していた。
【０００７】
また、上述した従来の光プリンタヘッドによれば、ボンディングワイヤ32を発光素子アレイチップ25の接続パッド26に接続するためには、ボンディングワイヤ32のボール状のネイルヘッドを接続させるのに接続パッド26の大きさが80μｍ×80μｍ以上必要となるので、発光素子アレイチップ25の小型化が図れず、また製造に際して１枚のウエハ基板から多数個のチップを作製する際の取り数が少ないものとなってしまうため、多数の発光素子アレイチップ25を使用する光プリンタヘッドの低価格化が図れないという問題点もあった。
【０００８】
そこで、これらの問題点を解決するために、ワイヤボンディングを使わない、一括配線型の光プリンタヘッドが提案されている。
【０００９】
このような一括配線型の光プリンタヘッドについて、本願出願人は、特願2002−167044号において新規な構成を提案している。その内容について、図４に示す断面図および図５に示す要部拡大平面図を参照して説明する。
【００１０】
図４および図５において、41は回路基板を構成する基板、42は第１の回路導体、43は絶縁層、44は固定用接着剤、45は発光素子アレイチップである。また、46は発光素子アレイチップ45の接続パッド、47は発光素子、49は第１の回路導体42と発光素子アレイチップ45の接続パッド46とを電気的に接続する回路導体である第２の回路導体である。図４および図５に示す光プリンタヘッドによれば、基板41の上面に発光素子アレイチップ45が埋設される凹部41ａを形成し、この凹部41ａの底部に発光素子アレイチップ45を固定用接着剤44により固定し、さらに凹部41ａの内面と発光素子アレイチップ45の側面との間隙に接着剤48を充填し、基板41上の絶縁層43の上面および接着剤48の上面48ａを介して、絶縁層43の開口部43ａより露出した回路導体42上から発光素子アレイチップ45の接続パッド46上まで第２の回路導体49により電気的に接続している。これにより、第２の回路導体49をパターン形成する際に、これらを発光素子アレイチップ45の接続パッド46に対しても同時に、かつ一括的に接続することができ、これらをワイヤボンディング等で接続する場合に比べ、接続作業に要する時間を短縮することができるというものである。
【特許文献１】特開平１−34760号公報
【特許文献２】特開平１−208874号公報
【特許文献３】特開平４−87383号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような一括配線型の光プリンタヘッドにおいても、発光素子アレイチップ45の熱膨張係数と、基板41の熱膨張係数と、発光素子アレイチップ45の側面と基板41の凹部41ａの内面との間に充填された接着剤48の熱膨張係数とを比較した場合は、通常は接着剤48と基板41の熱膨張係数が、発光素子アレイチップ45の熱膨張係数よりも非常に大きく、そのために工程の熱履歴あるいは環境温度によって、多数個の発光素子アレイチップ45の間でチップのピッチが変化することとなり、また極端な場合には第２の回路導体49の断線を引き起こすことがあるという改善が望まれる問題点がある。
【００１２】
この問題点に関し、接着剤48と基板41とを比較した場合には、基板41については、フィラーを充填する、あるいはガラスクロスの量を調整する等の手段によって、所望の電気的特性および機械的特性を損なうことなく、熱膨張係数をある程度調整することが可能であるが、接着剤48については、フィラーを充填する等の熱膨張係数の調整手段を用いると、流動性が悪くなり、充填不良が発生しやすくなる等、熱膨張係数と所望の特性との間にトレードオフの関係が存在することが多く、このような調整手段によらない改善が望まれている。
【００１３】
さらに、接着剤48には硬化によって基板41と発光素子アレイチップ45との位置関係を固定する作用があるために、作業温度が高いと、あるいは基板41との熱膨張係数差が大きいと上記の不具合がさらに拡大されることとなる、という改善が望まれる問題点があった。
【００１４】
本発明は上記のような問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、高解像度の画像データに対応した所定の画像が得られ、しかも、生産性に優れ、高い精度をもった光プリンタヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の光プリンタヘッドは、樹脂製の基板上に多数の第１の回路導体を設け、これら第１の回路導体の上に絶縁層を被覆してなる第１の回路基板上に、上面に多数の発光素子および接続パッドを有する発光素子アレイチップを搭載し、前記第１の回路導体を前記接続パッドに電気的に接続してなる光プリンタヘッドであって、前記基板の上面に前記発光素子アレイチップが埋設される凹部を形成するとともにこの凹部の底面に前記発光素子アレイチップを接着剤で接着し、前記第１の回路導体の一端を前記第１の回路基板の上面に対向させて配置した第２の回路基板の下面に形成された第２の回路導体を介して前記接続パッドに電気的に接続したことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の光プリンタヘッドは、上記構成において、前記第２の回路基板は、可撓性基板の下面に前記第２の回路導体が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の光プリンタヘッドは、上記各構成において、前記第２の回路基板は、前記発光素子に対応する部分に貫通孔が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の光プリンタヘッドは、上記構成において、前記第２の回路基板は、透光性基板の下面に前記第２の回路導体が形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の光プリンタヘッドは、上記構成において、前記第２の回路導体は、異方性導電ペーストを用いて、前記第１の回路導体の一端および前記接続パッドに電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光プリンタヘッドによれば、樹脂製の基板上に多数の第１の回路導体を設け、これら第１の回路導体の上に絶縁層を被覆してなる第１の回路基板上に、上面に多数の発光素子および接続パッドを有する発光素子アレイチップを搭載し、第１の回路導体を接続パッドに電気的に接続してなる光プリンタヘッドであって、基板の上面に発光素子アレイチップが埋設される凹部を形成するとともにこの凹部の底面に発光素子アレイチップを接着剤で接着し、第１の回路導体の一端を第１の回路基板の上面に対向させて配置した第２の回路基板の下面に形成された第２の回路導体を介して接続パッドに電気的に接続したことから、従来のように、ワイヤボンディングを使用することなく実装することが可能であるという特願2002−167044号において提案した構成による良好な特性は保持しつつ、さらに凹部の内面と発光素子アレイチップの側面との間に充填される接着剤を使用しないため、基板と発光アレイチップとそれらの側面間に充填された接着剤との間の熱膨張係数の差に起因する問題点、すなわち発光素子アレイチップ間のピッチがばらつくという問題点や、極端な場合には第２の回路導体の断線を引き起こすという問題点等を改善することができる。また、直接発光素子アレイチップ上に回路導体を形成しないため、回路導体の形成による物理的衝撃によって発光素子アレイチップを破壊することを防止することができる。その結果、良好な印画品質を有し、大量生産が可能で、信頼性が高い光プリンタヘッドを提供することができる。
【００２１】
また、本発明の光プリンタヘッドによれば、第２の回路基板が、可撓性基板の下面に第２の回路導体が形成されているものであるときには、第２の回路基板の厚さを容易に薄くすることができ、かつ可撓性基板に透光性の基材を使用することができるので、効率よく光を取り出すことかできるものとなる。その結果、良好な印画品質を有し、大量生産が可能で、信頼性が高い光プリンタヘッドを提供することができる。
【００２２】
また本発明の光プリンタヘッドによれば、第２の回路基板が、発光素子に対応する部分に貫通孔が形成されているものであるときには、発光部からの光が遮られることがないので、効率よく光を取り出すことかできるものとなる。その結果、良好な印画品質を有し、大量生産が可能で、信頼性が高い光プリンタヘッドを提供することができる。
【００２３】
また、本発明の光プリンタヘッドによれば、第２の回路基板が、透光性基板の下面に第２の回路導体が形成されているものであるときには、この透光性基板を用いた第２の回路基板により発光素子を覆うことができるので、第２の回路基板によって発光素子を保護することかできるものとなる。その結果、良好な印画品質を有し、大量生産が可能で、信頼性が高い光プリンタヘッドを提供することができる。
【００２４】
また、本発明の光プリンタヘッドによれば、第２の回路導体が、異方性導電ペーストを用いて、第１の回路導体の一端および接続パッドに電気的に接続されているときには、縦方向すなわち第１の回路導体と第２の回路導体とが垂直に接する箇所だけで接続されることとなるので、横方向の短絡を防止することかできるものとなる。その結果、良好な印画品質を有し、大量生産が可能で、信頼性が高い光プリンタヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の光プリンタヘッドを添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の光プリンタヘッドの実施の形態の一例を示す断面図であり、また図２は本発明の光プリンタヘッドの実施の形態の他の例を示す断面図である。これらの図において同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は樹脂製の基板、２は第１の回路導体、３は絶縁層であり、樹脂製の基板１上に多数の第１の回路導体２を設け、これら第１の回路導体２の上に絶縁層３を被覆して第１の回路基板が形成されている。４は固定用の接着剤、５は発光素子アレイチップであり、発光素子アレイチップ５は、その下面が基板１の上面に形成された凹部１ａの底面に固定用の接着剤４により固定されている。６は発光素子アレイチップ５の接続パッド、７は発光素子である。８は第２の回路基板を構成する可撓性基板等の基板であり、９は第２の回路導体であり、基板８と第２の回路導体９とで第２の回路基板が構成されている。また、10は基板８の発光素子７に対応する部位に形成されたスリット等の貫通孔、11はカバーガラス等の透光性補強基板である。
【００２７】
第１の回路基板を構成する基板１は、例えばガラス布基材エポキシ樹脂や、ガラス布基材ＢＴ（ビスマレイミド・トリアジン）レジンや、ガラス布基材ポリフェニレンエーテル等の樹脂から成る。この基板１の上面には、発光素子アレイチップ５上の発光素子７に電源電力を供給するための給電配線として機能する第１の回路導体２が多数形成されている。これら第１の回路導体２は、例えば銅等の金属により形成される。
【００２８】
次に、第１の回路導体２間および第１の回路導体２と後に形成される第２の回路導体９とを絶縁し、さらに第１の回路導体２の腐食を防止して保護するための絶縁層３が形成される。この絶縁層３は、例えばエポキシ樹脂，アクリル樹脂，フェノール樹脂等から成る。
【００２９】
また、基板１の上面には、発光素子アレイチップ５とこの発光素子アレイチップ５を固定する固定用の接着剤４の厚みと略等しい深さ（発光素子アレイチップ５と固定用の接着剤４との合計厚みに対し±0.1ｍｍ以内の深さ）の凹部１ａが設けられている。
【００３０】
基板１は、その上面に多数の第１の回路導体２が配設され、また凹部１ａ内に多数個の発光素子アレイチップ５がその下面と凹部１ａの底面との間に配置された固定用の接着剤４により配設固定されており、これらを支持する支持部材として機能する。
【００３１】
なお、基板１は、ガラス布基材エポキシ樹脂等から成る場合であれば、ガラス繊維を用いて形成したガラス布基材に液状のエポキシ樹脂を含浸させて硬化させ、これを所定形状に切断して外形加工することにより製作される。次いで、得られた基板１の上面に、ダイサー等を用いて所定の幅のブレードによりハーフダイシングすることによって凹部１ａが形成される。
【００３２】
凹部１ａに埋設される発光素子アレイチップ５は、その上面に300ｄｐｉ以上の解像度となるように多数の発光素子７とこれら発光素子７と電気的に接続された接続パッド６とを有しており、凹部１ａの底面と発光素子アレイチップ５の下面との間に配置される固定用の接着剤４により凹部１ａ内の所定位置に固定される。
【００３３】
第２の回路基板は、基板８として、エポキシ樹脂等から成る絶縁基板の下面に銅またはその合金等から成る第２の回路導体９を形成した回路基板や、基板８として例えば絶縁材料として可撓性のあるポリイミド樹脂を基材とした可撓性基板の下面に第２の回路導体９を、その下面に貼り合わせた銅箔をエッチングして作製するフレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）や、あるいは基板８として透明なガラス基板やサファイア基板等の透光性基板の下面に第２の回路導体９として金，銀，銅またはそれらの合金等から成る金属配線を厚膜もしくは薄膜手法で作製した回路基板等が使用される。
【００３４】
第２の回路基板の基板８として絶縁基板を用いた場合には、基板を独立して作製することができるため、導体形成時の影響をなくすことができるものとなる。また、基板８として可撓性基板を用いた場合には、可撓性基板は通常はフィルム状であるため、基板８を薄く、かつ軽くすることができるものとなる。また、基板８として透光性基板を用いた場合には、発光素子７上に透光性基板を配置して発光素子７の保護にも利用できることから、電気的な接続と発光素子７の保護とを兼ねることができるものとなる。
【００３５】
発光素子アレイチップ５の上面に設けられている多数の発光素子７は、300ｄｐｉ以上の解像度となるように、例えば600ｄｐｉの密度で主走査方向に直線状に配列されている。これら発光素子７は、例えばＡｌＧａＡｓやＧａＡｓＰ等から成るｐ型半導体とｎ型半導体とを積層して両者をｐｎ接合させた構造を有しているため、接続パッド６に電気的に接続される第２の回路導体９を介して外部からの電源電力が印加されると、発光素子７のｐ型半導体中に電子が、ｎ型半導体中に正孔がそれぞれ注入され、これらをｐｎ接合部付近で再結合させてこの再結合の際に生じたエネルギーを光に変換することによって、所定の波長および輝度で発光する。
【００３６】
なお、発光素子アレイチップ５は、半導体製造技術、具体的にはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等を採用し、上述の化合物半導体を単結晶のＧａＡｓやＳｉ等から成る基板の上面にエピタキシャル成長させて発光素子７を形成した後、薄膜形成技術により接続パッド６を所定パターンに被着させることにより製作される。
【００３７】
第１の回路基板の基板１の上面に形成された凹部１ａに実装された発光素子アレイチップ５の接続パッド６は凹部１ａに発光素子アレイチップ５を実装しているために、凹部１ａの深さを適切に設定することにより、発光素子アレイチップ５の上面を第１の回路導体２とほぼ同一の高さとすることができる。これにより、下面に第２の回路導体９が形成された第２の回路基板８を用いて、第１の回路導体２と発光素子アレイチップ５の接続パッド６とを再現性良く接続することができる。
【００３８】
第２の回路基板は、図１に示すように、その基板８で発光素子アレイチップ５を覆うようなものとしても構わないし、図２に示すように、第２の回路基板の基板８の一部に発光素子７に対応するスリット等の貫通孔10を設けても構わない。ただし、基板８に貫通孔10を設ける場合には、発光素子７を保護するために、貫通孔10を覆うように基板８の上面をカバーガラス等の透光性補強基板11で覆っておくことが好ましい。
【００３９】
図１に示すように第２の回路基板を発光素子アレイチップ５を覆うような形状とした場合には、発光素子アレイチップ５を覆うことによってこれを保護することができるものとなる。また、図２に示すように第２の回路基板の基板８の一部に発光素子７に対応するスリット等の貫通孔10を設けた場合には、貫通孔10によって発光素子７が発光した光の通過を邪魔しないものとできるため、効率よく光を取り出すことができるものとなる。さらに、基板８に貫通孔10を設ける場合に、基板８を可撓性基板とすると、可撓性基板は通常はフィルム状であるため、基板８を薄く、かつ軽くすることができるものとなる。
【００４０】
第１の回路基板の上面に形成された第１の回路導体２と発光素子アレイチップ５の上面に形成された接続パッド６とを第２の回路基板の下面に形成された第２の回路導体９を介して電気的に接続するにあたっては、接続パッド６間のピッチが小さいため、半田等による接続方法を用いることは難しいことがある。その場合には、異方性導電ペーストを用いて接続することが好ましい。第２の回路導体９を異方性導電ペーストを用いて第１の回路導体２の一端および接続パッド６に電気的に接続するようにしたときには、接続する両者を縦方向にしか電気的に接続しないため、横方向の短絡を効果的に防止することができるものとなる。
【００４１】
本発明の光プリンタヘッドにおいては、多数の第２の回路導体９は第２の回路基板の基板８の下面に形成されているため、振動等の外乱が加わった場合でも、隣り合う第２の回路導体９同士が短絡するといった不具合を発生することがなく、光プリンタヘッドの信頼性向上に寄与することができる。
【００４２】
また、第２の回路導体９と発光素子アレイチップ５の上面の接続パッド６との接続のためには、接続パッド６の大きさは数十μｍ角程度で十分であるので、発光素子アレイチップ５を小型にすることができ、多数の発光素子アレイチップ５を使用した光プリンタヘッドを小型化し低コスト化することができる。
【００４３】
かくして、このような本発明の光プリンタヘッドは、発光素子アレイチップ５の発光素子７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、これら発光した光を図示しないロッドレンズ等の光学系を介して外部の感光体に照射して結像させ、感光体に300ｄｐｉ以上と高い解像度の所定の潜像を形成することができる光プリンタヘッドとして機能する。
【００４４】
そして、感光体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して定着させることによって、記録紙に所定の画像が記録されることとなる。
【００４５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良等が可能である。
【００４６】
例えば、上述の実施の形態の例において、基板１上に発光素子７の発光を制御するためのドライバーＩＣを搭載しても構わない。
【００４７】
さらに、上述の実施の形態の例において、発光ダイオードを発光素子７として用いたＬＥＤアレイヘッドを例に説明したが、それ以外の光プリンタヘッド、例えば、ＥＬヘッド，プラズマドットヘッド，液晶シャッタヘッド，蛍光ヘッド，ＰＬＺＴヘッド等にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の光プリンタヘッドの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の光プリンタヘッドの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】従来の光プリンタヘッドの例を示す断面図である。
【図４】従来の光プリンタヘッドの例を示す断面図である。
【図５】従来の光プリンタヘッドの例を示す要部拡大平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・樹脂製の基板
１ａ・・・凹部
２・・・第１の回路導体
３・・・絶縁層
４・・・固定用の接着剤
５・・・発光素子アレイチップ
６・・・接続パッド
７・・・発光素子
８・・・第２の回路基板の基板
９・・・第２の回路導体
10・・・貫通孔（スリット）
11・・・透光性補強基板（カバーガラス）
【図１】
2005153335.tif 000003
【図２】
2005153335.tif 000004
【図３】
2005153335.tif 000005
【図４】
2005153335.tif 000006
【図５】
2005153335.tif 000007