CN101413646B

CN101413646B - 多波长发光模块

Info

Publication number: CN101413646B
Application number: CN2007101818578A
Authority: CN
Inventors: 吴明哲
Original assignee: Universal Scientific Industrial Co Ltd
Current assignee: Huanxu Electronics Co., Ltd.; Universal Global Scientific Industrial Co Ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: CN101413646A

Abstract

本发明涉及一种多波长发光模块包括：电路板、驱动集成电路结构、导电结构、多波长发光二极管阵列组、多个导电元件及光放大器结构。该电路板具有一输出/输入焊垫；该驱动集成电路结构设置于该电路板上，其表面具有至少一凹槽；该导电结构电性连接于该驱动集成电路结构及该输出/输入焊垫之间；该多波长发光二极管阵列组容置于该凹槽内；所述的导电元件分别电性连接于该驱动集成电路结构及该多波长发光二极管阵列组之间；该光放大器结构设置于该多波长发光二极管阵列组的上端，以用于接收从该多波长发光二极管阵列组所投射出来的光源，且该光放大器结构为该多波长发光二极管阵列组所共享。

Description

多波长发光模块

技术领域

本发明涉及一种多波长发光模块，尤指一种共享一套光放大器(optical amplifier)光学系统的多波长发光模块。

背景技术

传统打印机所使用的光学印表头，以单一激光源，经过一套复杂的光学系统将欲打印的资料以光的讯号方式转移到感光鼓，在感光鼓上形成静电潜像，经碳粉吸附、转写、热压、除电等步骤，以达打印的需求。然而，激光印表头却因为其光学元件多、机构复杂且光程(optical path)较长，而使得激光打印机在机构上存在着无法进一步缩小的问题。因此，目前打印机设计者常使用发光二极管(LED)来替代激光光源，以简化传统技术过于复杂的光学机构。

在发光二极管打印技术中，若要提高分辨率(resolution)的话，则需要更小尺寸的发光二极管元件，以使得在相同的打印机头体积下，可容纳更多的发光二极管。然而，在传统构装方法中，首先需要通过高精度的粘晶设备将发光二极管阵列(LED array)与驱动集成电路阵列(drive IC array)精确地平行置放于印刷电路板上；接着在导线接合步骤中，以A4尺寸600dpi为例，需要通过约5000条导线以电性连接于每一个发光二极管阵列与每一个驱动集成电路阵列之间，以使得每一个驱动集成电路能以电性驱动每一个相对应的发光二极管。

因此，现有的构装方法，由于打线的条数及密度太高，将导致生产效率不佳及制程难度增加的困扰，因而造成产品良率降低及制造成本增加。此外，由于现有的构装方法无法于该发光二极管阵列与该驱动集成电路阵列之间制造出高密度的电性连接，因此现有技术构装完成后的多波长发光模块无法共享一套半导体光放大器(semiconductorlaser amplifier，SLA)光学系统，进而大幅增加光学模块的尺寸，并且导致传统打印机尺寸过大的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种多波长发光模块，以缩小产品尺寸及降低制造成本。

为达上述目的，根据本发明的其中一种方案，提供一种多波长发光模块，其包括：一电路板、一驱动集成电路结构、一导电结构、一多波长发光二极管阵列组、多个导电元件、及一光放大器结构。

其中，该电路板具有至少一输出/输入焊垫；该驱动集成电路结构设置于该电路板上，并且该驱动集成电路结构的表面具有至少一凹槽；该导电结构电性连接于该驱动集成电路结构及该至少一输出/输入焊垫之间；该多波长发光二极管阵列组容置于该至少一凹槽内；所述的导电元件分别电性连接于该驱动集成电路结构及该多波长发光二极管阵列组之间；该光放大器结构设置于该多波长发光二极管阵列组的上端，以用于接收从该多波长发光二极管阵列组所投射出来的光源，且该光放大器结构为该多波长发光二极管阵列组所共享。

有别于现有技术，本发明同时制作“该多波长发光二极管阵列组与该驱动集成电路结构之间的电性连接”及“每两个发光二极管阵列之间的电性连接”，因此本发明不仅具有缩小产品尺寸及降低制造成本的优点，本发明还具有共享一套半导体光放大器(semiconductor laseramplifier，SLA)光学系统，进而大幅缩小光学模块的尺寸的优点。

为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明多波长发光模块的构装方法的第一实施例的流程图；

图2为已图案化的晶圆(wafer)的示意图；

图3为图2中的A的放大图；

图4为图3中的4-4的剖面图；

图5A至图5G分别为本发明多波长发光模块的构装方法的一实施例的流程示意图；

图6为本发明多波长发光模块的第一实施例的剖面示意图；

图7为本发明多波长发光模块的第二实施例的剖面示意图；

图8为本发明多波长发光模块的第三实施例的剖面示意图。

图中符号说明

P1 多波长发光二极管阵列构装模块

M1、M2、M3 多波长发光模块

1 驱动集成电路结构

10 驱动集成电路焊垫

10a 电源焊垫

11 凹槽

2 粘着元件

3 多波长发光二极管阵列组

30 发光二极管焊垫

31 第一波长发光二极管阵列

32 第二波长发光二极管阵列

33 第三波长发光二极管阵列

L1、L2、L3 发光二极管晶粒

40a 液态导电材料

40a′ 导电元件

50 输出/输入焊垫

5、5a、5b、5c 电路板

50a、50b、50c 输出/输入焊垫

6 导电结构

8a、8b、8c 光放大器结构

80b 光放大器

81b 反射元件

G1 第一宽度间隙

G2 第二宽度间隙

H1 印刷头

La 绝缘层

L10 图案化绝缘层

M 光罩

S1 光源

S2、S3、S4 投射光源

U 紫外光

W 晶圆

具体实施方式

请参阅图1至图4、及图5A至图5G所示。由图1的流程图可知，本发明的一实施例提供一种多波长发光模块的构装方法，其步骤包括：首先，请配合图2至图4所示，提供一已图案化(patterned)的晶圆(wafer)W，其中该晶圆W具有多个驱动集成电路结构(drive ICstructure)1，并且每一个驱动集成电路结构1具有多个驱动集成电路焊垫(drive IC pad)10(S100)然后，成形至少一凹槽(concave groove)11于每一个驱动集成电路结构1上(S102)。其中，位于每一凹槽11的两侧的所述的驱动集成电路焊垫10例如分别沿一直线轨迹排列。

接下来，图5A至图5G皆针对每一个驱动集成电路结构1进行描述。亦即，下列所描述的“步骤S104至步骤S114”为“针对每一个驱动集成电路结构1来进行描述的步骤S1”。

首先，如图5A所示，借助一粘着元件(adhesive element)2将一多波长发光二极管阵列组(multi-wavelength LED array set)3设置于该至少一凹槽11内。该多波长发光二极管阵列组3具有三个发光二极管阵列31、32、33，并且每一个发光二极管阵列31、32、33具有多个相对应所述的驱动集成电路焊垫10的发光二极管焊垫(LED pad)30及多个分别电性连接于所述的发光二极管焊垫30的发光二极管晶粒(LED die)L1、L2或L3(S104)。

此外，请参照图5A与图5B，该第一、第二、第三波长发光二极管阵列31、32、33彼此并列，并且该第二波长发光二极管阵列32设置于该第一波长发光二极管阵列31及该第三波长发光二极管阵列33之间。此外，该驱动集成电路结构1的两侧具有多个驱动集成电路焊垫10，该第一波长发光二极管阵列31的两侧具有多个发光二极管焊垫30及多个分别电性连接于其中一侧的发光二极管焊垫30的发光二极管晶粒L1。该第二波长发光二极管阵列32的两侧具有多个发光二极管焊垫30及多个分别电性连接于所述的相对应的发光二极管焊垫30的发光二极管晶粒L2。该第三波长发光二极管阵列33的两侧具有多个发光二极管焊垫30及多个分别电性连接于其中一侧的发光二极管焊垫30的发光二极管晶粒L3。

再者，每两个发光二极管阵列之间具有一第一宽度间隙(first widthgap)G1，亦即该第一波长发光二极管阵列31与该第二波长发光二极管阵列32之间存有一第一宽度间隙G1，并且该第二波长发光二极管阵列32与该第三波长发光二极管阵列33之间存有另一个第一宽度间隙G1。此外，该多波长发光二极管阵列组3与该驱动集成电路结构1之间形成两个第二宽度间隙(second width gap)G2。其中，该两个第一宽度间隙G1的宽度及该两个第二宽度间隙G2的宽度例如约介于5～10微米(μm)，并且该多波长发光二极管阵列组3与该驱动集成电路结构1之间的纵向高度(longitudinal height)例如约为10微米(μm)左右。

接下来，请配合图5C所示，形成一绝缘层(insulative layer)La于该驱动集成电路结构1及该多波长发光二极管阵列组3上(S106)。

接下来，请配合图5D所示，图案化(patterning)该绝缘层La，以形成一用于覆盖第一宽度间隙G1及第二宽度间隙G2，且曝露出所述的驱动集成电路焊垫10与所述的发光二极管焊垫30的图案化绝缘层(patterned insulative layer)L10(S108)。

接下来，请配合图5E1所示，通过印刷或涂布的方式(例如通过一印刷头H1)，将所述的液态导电材料(liquid conductive material)40a分别“形成于相对应的所述的发光二极管焊垫30之间”(亦即，该第一波长发光二极管阵列31与该第二波长发光二极管阵列32之间、及该第二波长发光二极管阵列32与该第三波长发光二极管阵列33之间)、及“形成于相对应的所述的驱动集成电路焊垫10与所述的发光二极管焊垫30之间”(S110)。

然后，请配合图5E2所示，硬化所述的液态导电材料40a，以使得所述的液态导电材料40a分别硬化成为多个导电元件(conductiveelement)40a′(S112)。所述的导电元件40a′分别电性连接于所述的发光二极管焊垫30之间、及所述的驱动集成电路焊垫10与所述的发光二极管焊垫30之间。

更详细地说，所述的导电元件40a′的第一部分分别电性连接于其中一侧的所述的驱动集成电路焊垫10与该第一波长发光二极管阵列31的其中一侧的所述的发光二极管焊垫30之间。所述的导电元件40a′的第二部分分别电性连接于该第一波长发光二极管阵列31的另一侧的所述的发光二极管焊垫30与该第二波长发光二极管阵列32的其中一侧的所述的发光二极管焊垫30之间。所述的导电元件40a′的第三部分分别电性连接于该第二波长发光二极管阵列32的另一侧的所述的发光二极管焊垫30与该第三波长发光二极管阵列33的其中一侧的所述的发光二极管焊垫30之间。所述的导电元件40a′的第四部分分别电性连接于该第三波长发光二极管阵列33的另一侧的所述的发光二极管焊垫30与另外一侧的所述的发光二极管焊垫10之间。

接着，请配合图5F所示，移除一部分成形于该多波长发光二极管阵列组3上的图案化绝缘层L10，以曝露出所述的发光二极管晶粒L1、L2、L3(S114)，进而形成一多波长发光二极管阵列构装模块(multi-wavelength LED array package module)P1。

接下来，该步骤S116之后，将每一个多波长发光二极管阵列构装模块P1从该晶圆W切割下来(S116)。

紧接着，请配合图5G所示，设置该驱动集成电路结构1于一电路板5上，其中该电路板5具有至少一输出/输入焊垫(input/output pad)50(S118)(图5G揭露出一对输出/输入焊垫50)；之后，形成一电性连接于该驱动集成电路结构1及该至少一输出/输入焊垫50之间的导电结构(conductive structure)6(S120)(图5G揭露出一对导电结构6)，其中该导电结构6可为焊线，其电性连接于该驱动集成电路结构1的其中一电源焊垫(power pad)10a及该至少一输出/输入焊垫50之间(图5G揭露出二组相对应的电源焊垫10a及该输出/输入焊垫50)。

换言之，由图5G可知，该多波长发光二极管阵列构装模块P 1包括：该驱动集成电路结构1、该粘着元件2、该多波长发光二极管阵列组3、及所述的导电元件40a′。其中，该驱动集成电路结构1的上端具有至少一凹槽11及多个驱动集成电路焊垫10。该多波长发光二极管阵列组3容置于该至少一凹槽11内，并且该多波长发光二极管阵列组3具有多个相对应所述的驱动集成电路焊垫10的发光二极管焊垫30及多个分别电性连接于所述的发光二极管焊垫30的发光二极管晶粒L1、L2、L3。该粘着元件2设置于该多波长发光二极管阵列组3与该驱动集成电路结构1之间。所述的导电元件40a′分别电性连接于所述的驱动集成电路焊垫10及所述的发光二极管焊垫30之间。

再者，该多波长发光二极管阵列构装模块P1可设置于该具有至少一输出/输入焊垫50的电路板5上，并且通过该导电结构6，以使得该电源焊垫10a及该至少一输出/输入焊垫50之间产生电性连接。

请参阅图6所示，其为本发明多波长发光模块的一实施例的剖面示意图。由图中可知，本发明第一实施例的多波长发光模块M1包括图5F的多波长发光二极管阵列构装模块P1、一电路板5a、一导电结构6及一光放大器结构(optical amplifier structure)8a。其中，多波长发光二极管阵列构装模块P1包括驱动集成电路结构1、多波长发光二极管阵列组3及导电元件40a′。

其中，该电路板5a具有至少一输出/输入焊垫50a。该驱动集成电路结构1设置于该电路板5a上，并且该驱动集成电路结构1的表面具有至少一凹槽11。该导电结构6电性连接于该驱动集成电路结构1及该至少一输出/输入焊垫50a之间。该多波长发光二极管阵列组3容置于该至少一凹槽11内。

再者，所述的导电元件40a′分别电性连接于该驱动集成电路结构1及该多波长发光二极管阵列组3之间。该光放大器结构8a设置于该多波长发光二极管阵列组3的上端，以用于接收从该多波长发光二极管阵列组3所投射出来的光源S1，并且该光源S1通过该光放大器结构8a的导引而产生投射光源S2。此外，该光放大器结构8a可为一半导体光放大器(semiconductor laser amplifier，SLA)。

请参阅图7所示，其为本发明多波长发光模块的第二实施例的剖面示意图(其中一电路板5b具有至少一输出/输入焊垫50b)。由图中可知，本发明第二实施例的多波长发光模块M2与第一实施例的多波长发光模块M1最大的差别在于：该光放大器结构8b由一用于接收从该多波长发光二极管阵列组3所投射出来的光源S1的光放大器(optical amplifier)80b及一设置于该光放大器80b侧边的反射元件(reflective element)81b所组成。因此，该多波长发光二极管阵列组3所投射出来的光源S1，可通过该光放大器80b的导引而产生投向该反射元件81b的投射光源S2，并且该投射光源S2再通过该反射元件81b的反射，以产生例如90度转向的投射光源S3。

请参阅图8所示，其为本发明多波长发光模块的第三实施例的剖面示意图(其中一电路板5c具有至少一输出/输入焊垫50c)。由图中可知，本发明第三实施例的多波长发光模块M3与其它实施例的多波长发光模块(M1、M2)最大的差别在于：该光放大器结构8c为一使得该光源S1产生例如90度转向的光纤导管(fiber optical tube)。因此，该多波长发光二极管阵列组3所投射出来的光源S1，可通过该光放大器结构8c的导引而例如产生90度转向的投射光源S4。

综上所述，本发明的多波长发光模块(M1、M2、M3)为一种多波长光输出模块(multi-wavelength light-outputting module)，其可应用在光感应式相片打印机(light-sensing photo printer)上。

此外，本发明通过印刷、涂布、沾粘、或钢板印刷制程，使得一多波长发光二极管阵列组(例如：三种波长发光二极管阵列所发出的三线光源)可达成600dpi～1200dpi高密度的电性连接，并且该多波长发光二极管阵列组可共享一套半导体光放大器光学系统，进而大幅缩小光学模块的尺寸。因此，本发明可缩小产品尺寸、降低材料成本、及降低因高密度电性连接所需的生产成本。

本发明可同时制作“该多波长发光二极管阵列组3与该驱动集成电路结构1之间的电性连接”及“每两个发光二极管阵列之间的电性连接”，而非如传统制程一样采用一根一根进行打线接合，因此本发明不仅具有缩小产品尺寸及降低制造成本的优点，本发明还具有共享一套半导体光放大器(semiconductor laser amplifier，SLA)光学系统，进而大幅缩小光学模块的尺寸的优点。

再者，本发明的多波长发光模块为小型化非机构扫描式多波长光输出装置，其可整合到笔记本电脑(notebook)、膝上型轻便计算机(laptop)、个人数字助理(PDA)、手机(mobile phone)等可携式装置上，以使得移动彩色相片打印得以实现。

以上所述，仅为本发明最佳之一的具体实施例的详细说明与附图，本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有保护范围应以权利要求书的范围为准，凡合于本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本发明的专利范围内。

Claims

1.一种多波长发光模块，其特征在于，包括：

一电路板，其具有至少一输出/输入焊垫；

一驱动集成电路结构，其设置于该电路板上，并且该驱动集成电路结构的表面具有至少一凹槽；

一导电结构，其电性连接于该驱动集成电路结构及该至少一输出/输入焊垫之间；

一多波长发光二极管阵列组，其容置于该至少一凹槽内；

多个导电元件，其分别电性连接于该驱动集成电路结构及该多波长发光二极管阵列组之间；以及

一光放大器结构，其设置于该多波长发光二极管阵列组的上端，以用于接收从该多波长发光二极管阵列组所投射出来的光源，且该光放大器结构为该多波长发光二极管阵列组所共享。

2.如权利要求1所述的多波长发光模块，其特征在于，更进一步包括：一粘着元件，其设置于该多波长发光二极管阵列组与该驱动集成电路结构之间。

3.如权利要求1所述的多波长发光模块，其特征在于：该多波长发光二极管阵列组具有三个分别具有不同波长的第一波长发光二极管阵列、第二波长发光二极管阵列、及第三波长发光二极管阵列，该第一、第二、第三波长发光二极管阵列彼此并列，并且该第二波长发光二极管阵列设置于该第一波长发光二极管阵列及该第三波长发光二极管阵列之间。

4.如权利要求3所述的多波长发光模块，其特征在于：该驱动集成电路结构的两侧具有多个驱动集成电路焊垫，该第一、第二、第三波长发光二极管阵列分别具有多个发光二极管焊垫以及多个发光二极管晶粒，所述的发光二极管焊垫位于该第一、第二、第三波长发光二极管阵列的两侧，该第一波长发光二极管阵列的两侧具有多个发光二极管焊垫及多个发光二极管晶粒，该第一波长发光二极管阵列的所述的发光二极管晶粒分别电性连接于该第一波长发光二极管阵列的其中一侧的发光二极管焊垫，该第二波长发光二极管阵列的所述的发光二极管晶粒分别电性连接于该第二波长发光二极管阵列的所述的相对应的发光二极管焊垫，并且该第三波长发光二极管阵列的所述的发光二极管晶粒分别电性连接于该第三波长发光二极管阵列的其中一侧的发光二极管焊垫。

5.如权利要求4所述的多波长发光模块，其特征在于：所述的导电元件的第一部分分别电性连接于其中一侧的所述的驱动集成电路焊垫与该第一波长发光二极管阵列的其中一侧的所述的发光二极管焊垫之间，所述的导电元件的第二部分分别电性连接于该第一波长发光二极管阵列的另一侧的所述的发光二极管焊垫与该第二波长发光二极管阵列的其中一侧的所述的发光二极管焊垫之间，所述的导电元件的第三部分分别电性连接于该第二波长发光二极管阵列的另一侧的所述的发光二极管焊垫与该第三波长发光二极管阵列的其中一侧的所述的发光二极管焊垫之间，并且所述的导电元件的第四部分分别电性连接于该第三波长发光二极管阵列的另一侧的所述的发光二极管焊垫与另外一侧的所述的发光二极管焊垫之间。

6.如权利要求3所述的多波长发光模块，其特征在于：所述的每两个发光二极管阵列之间形成一介于5～10微米的第一宽度间隙。

7.如权利要求6所述的多波长发光模块，其特征在于：该多波长发光二极管阵列组与该驱动集成电路结构之间形成两个介于5～10微米的第二宽度间隙。

8.如权利要求7所述的多波长发光模块，其特征在于，更进一步包括：用以覆盖该两个第一宽度间隙及该两个第二宽度间隙的绝缘层。

9.如权利要求1所述的多波长发光模块，其特征在于：该光放大器结构为一半导体光放大器。

10.如权利要求1所述的多波长发光模块，其特征在于：该光放大器结构由一用于接收从该多波长发光二极管阵列组所投射出来的光源的光放大器及一设置于该光放大器侧边的反射元件所组成。

11.如权利要求1所述的多波长发光模块，其特征在于：该光放大器结构为一光纤导管。

12.如权利要求1所述的多波长发光模块，其特征在于：该光放大器结构为一使得该光源转向的光纤导管。