DE69021822T2 - Herstellung zum Zusammensetzen von kleineren Abtast- oder Druckeinheiten, so dass eine längere Matrix produziert wird. - Google Patents

Herstellung zum Zusammensetzen von kleineren Abtast- oder Druckeinheiten, so dass eine längere Matrix produziert wird.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bildsensor- und Druckanordnungen und insbesondere ein verbessertes Verfahren, um kleinere Chips an ihren Enden miteinander zu verbinden, um einen langen Bildsensor oder lange Druckanordnungen ohne Opferung der Bildqualität auszubilden.
  • Bildsensor-Anordnungen zum Abtasten von Dokumentbildern, wie ladungsgekoppelte Bauelemente (Charge Coupled Devices = CCD) besitzen typischerweise eine lineare oder Zeilen-Anordnung von Photostellen zusammen mit einer entsprechenden auf Silizium integrierten Stützschaltung. Üblicherweise wird eine Anordnung dieser Art benutzt, um ein Dokument zeilenweise über die gesamte Breite abzutasten, wobei das Dokument synchron dazu kontinuierlich oder schrittweise in Längsrichtung bewegt wird.
  • Bei der genannten Anwendung ist die Bildauflösung der Anordnung zu dem Verhältnis aus Abtastbreite durch Anzahl der Photostellen proportional. Wegen der Schwierigkeit bei der Wirtschaftlichen Auslegung und Herstellung langer Anordnungen ist die Bildauflösung bei der typischen heute handelsüblichen Anordnung relativ niedrig, wenn die Anordnung zum Abtasten einer vollständigen Zeile benutzt wird. Zwar kann die Auflösung elektronisch verbessert werden, beispielsweise durch Interpolieren von zusätzlichen Bildsignalen oder durch Verschachteln verschiedener kleinerer Anordnungen miteinander in nichtkolinearer Weise, so daß beim Fortschreiten in Abtastrichtung von einer Anordnung zur nächsten übergegangen wird, doch erhöhen elektronische Manipulationen dieser Art sowohl die Komplexheit wie auch die Kosten des Systems. Weiter erfordern Einzel- oder Mehrfachanordnungs-Kombinationen, wie sie vorstehend beschrieben sind, üblicherweise komplexere und teurere optische Systeme.
  • Eine Anordnung für volle Breite, die so lang wie die Dokumentenzeile oder langer ist, mit einer großen Anzahl von kolinearen Photostellen, um hohe Auflösung zu sichern, war immer schon sehr erwünscht und bleibt es, ist jedoch bisher ein unerreichbares Ziel geblieben. Zwar wurde die Ausbildung einer Anordnung vollständiger Lange durch Zusammenbauen verschiedener hier als Chips bezeichneter kleiner Anordnungen mit ihren Enden oft gefordert, jedoch blieb trotzdem das Problem, die zusammengesetzte Anordnung in der Weise erfolgreich herzustellen, daß die zusammen die lange Anordnung bildenden kleineren Chips mit eng aneinander anliegenden Chipenden sich in genauer und exakter Ausrichtung befinden, so daß ein Verlust oder eine Verzerrung von Bilddaten vermieden wird.
  • Bei dem Stand der Technik, zu dem US-A 4 523 102 von Kazufumi u.a., US-A 4 388 128 von Ogawa u.a. und US-A-4 661 191 von Kamio u.a. gehören, werden Verfahren zum Verbinden von Farbfiltern mit Bildsensor-Chips beschrieben, bei denen ein wärmeaktivierter, ultraviolett härtbarer Kleber benutzt wird, um die Farbfilter mit dem Chip zu verbinden. Bei diesen Verfahren nach dem Stand der Technik wird der Kleber zuerst durch Belichten des Klebers mit ultraviolettem Licht teilweise ausgehärtet, und die vollständige Aushärtung geschieht durch Behandlung mit Wärme. Diese Vorgänge nach dem Stand der Technik werden ermöglicht durch die transparente Natur der Filter, die das Durchgehen von ultraviolettem Licht durch das Filter zulassen, so daß dieses auf den Kleber auftrifft. Eine weitere Beschreibung nach dem Stand der Technik, US-A-4 698 113 (Ogawa) beschreibt ein Verfahren zum Verkleben von Linsenelementen mit Zement, bei dem verschiedene Arten von mit Licht aushärtbaren und/oder mit Licht aktivierbaren Kleberkombinationen vorgesehen werden, die so ausgelegt sind, daß sie ein Aushärten des Klebers auch dort sicherstellen, wo Auftreffen der Ultraviolett-Strahlen durch dunkle Bänder im Farbfilter verhindert wird. US-A-4 467 342 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von Abbildungs-Chips, bei denen ein Chip an einem zeitweilig benutzten Glashalter mit einem Wachsdichtmittel angebracht und dann durch UV-aushärtendem Epoxidharz mit einem Substrat verbunden wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist dahin ausgelegt, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer längeren Anordnung aus einer Anzahl kleinerer Chips zu schaffen, wobei die Chips sich in genauer Ausrichtung befinden.
  • Die Erfindung schafft demgemäß ein Verfahren zum Ausbilden einer Anordnung aus Abtast- oder Druckelementen durch Zusammenbauen einer Vielzahl von Abtast- oder Druckchips in miteinander ausgerichteter, an den Enden aneinanderstoßender Beziehung, wobei eine Fläche der Chips mindestens eine Zeile von Abtastoder Druckelementen und eine benachbarte freie Fläche für den Zweck der Verbindung besitzt, und das Verfahren umfaßt: Aufbringen mindestens eines im wesentlichen kontinuierlichen Streifens eines im wesentlichen transparenten durch Licht härtbaren Klebers auf die Oberfläche eines im wesentlichen transparenten ersten Substrats;
  • Aufsetzen der Oberflächen der Chips auf die Oberfläche des ersten Substrats in ausgerichteter Beziehung mit aneinander anstoßenden Enden, wobei die Chips mit dem durch Licht härtbaren Kleberstreifen in Berührung sind;
  • Belichten des durch Licht härtbaren Klebers durch das transparente Substrat mit photometrischer Energie zum Aushärten des durch Licht härtbaren Klebers und Verbinden der Chips mit dem ersten Substrat, um eine Teilanordnung zu schaffen;
  • Aufsetzen der einen Fläche der Chips der Teilanordnung gegenüberliegenden Oberfläche der Chips auf mindestens einen Streifen eines durch Wärme aktivierbaren Klebers an einer Oberfläche eines zweiten Substrats; und
  • Aktivieren des durch Wärme aktivierbaren Klebers zum Verbinden der Teilanordnung mit dem zweiten Substrat und zum Ausbilden der gesamten Anordnung.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Verfahren zum Ausbilden einer großen Anordnung von Abtastoder Druckelementen erfindungsgemäßer Art wird nun beispielsweise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
  • Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Anordnung mit voller Breite, die zusammengesetzt ist aus einer Vielzahl kleinerer Chips, die mit den Enden aneinanderstoßend angeordnet und miteinander gemäß dem durch die vorliegende Erfindung gelehrten Verfahren verbunden sind;
  • Fig. 2 eine Ansicht, die einen kleineren Chip der zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung voller Breite verwendeten Art zeigt;
  • Fig. 3 eine Ansicht, die erste Stufe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der die in Fig. 2 gezeigten Chips mit ihren Enden aneinanderstoßend in ausgerichteter Lage auf ein transparentes Substrat aufgesetzt und unter Benutzung eines durch Licht aushärtbaren Klebers damit verbunden werden;
  • Fig. 4 eine Ansicht, die zweite Stufe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der durch Licht aushärtbare Kleber durch eine Ultraviolett-(UV-)Lichtquelle zum Verbinden der Chips mit dem Substrat aktiviert wird.
  • Fig. 5 eine Ansicht einer Teilanordnung aus Fig. 4 in umgekehrter Lage, um die Rückseite der Anordnung von Chips und Leitstreifen darzustellen; und
  • Fig. 6 eine Ansicht, die dritte Stufe in dem Zusammenbau- Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der die umgekehrte Teilanordnung an einem leitenden zweiten Substrat angebracht und mittels eines wärmeaktivierten leitfähigen Klebers damit verbunden wird.
  • Insbesondere ist in Fig. 1 der Zeichnungen eine lange Abtastanordnung 3 oder eine Anordnung voller Breite aus einer Teilanordnung 4 von kleineren Sensorchips oder Anordnungen 5 zusammengesetzt, die mit ihren Enden aneinandergefügt sind (bestimmte Chips sind durch Bezugszeichen 5A, 5B, ..., 5N bezeichnet), mit einem länglichen rechtwinkligen transparenten Substrat 10, wobei die Teilanordnung 4 wiederum mit einem gleichartig geformten, jedoch etwas größeren Grundteil 6 zusammengebaut ist. Das Substrat 10 enthält ein entsprechendes transparentes Material, z.B. Glas, wobei zu verstehen ist, daß das Substrat 10 ausreichend transparent sein muß, um, wie ersichtlich werden wird, den Durchtritt von Licht wie UV-Strahlen zu gestatten. Das Grundteil 6, das aus entsprechendem Substratmaterial wie Keramik oder Glas bestehen kann, besitzt eine elektrisch leitende metallische Beschichtung wie Kupfer an seiner Oberfläche 8, an der die Teilanordnung 4 angebracht wird. Wie zu verstehen ist, ist die Metallbeschichtung 8 im wesentlichen lichtundurchlässig und kann entweder eine Dünnfilm-Beschichtung (d.h. ≤ 10 um) oder eine Dickfilm-Beschichtung (d.h. ca. 11 um bis ca. 50 um) umfassen.
  • Wie der Fachmann auf diesem Gebiet versteht, wird die Anordnung 3 typischerweise benutzt, um ein Originaldokument zeilenweise zu lesen oder abzutasten und das auf dem Dokument befindliche Bild in elektrische Signale zu wandeln. Vorzugsweise ist die Anordnung 3 eine Anordnung voller Breite mit einer Gesamtlänge gleich der oder etwas größer als die Breite des größten abzutastenden Dokuments.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, umfassen die Chips 5, die beispielsweise ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD) sein können, ein relativ dünnes Siliziumplättchen 11 mit allgemein rechtwinkliger Form. Eine Zeile von Photostellen 12 liegt parallel zur Längsachse des Chips. Zwar ist eine Einzelreihe 14 aus Photostellen 12 gezeigt, doch können auch mehrere Photostellen-Reihen vorgesehen sein. Andere aktive Elemente wie Schieberegister, Logiktore, Pixel-Taktgeber usw. sind vorzugsweise integral auf dem Plättchen 11 ausgebildet. Die Chips 5 besitzen entsprechende Außenverbinder, die hier als Verbindungsflecken 16 gezeigt sind, und einen oder mehrere Leiter, welche die elektrische Masse für die Chips 5 führen, wie Kupferstreifen 17 an der Unterseite 18 des Chips (in Fig. 5 gezeigt). Wie zu verstehen ist, sind die Chips 5 lichtundurchlässig.
  • Die Chips 5 sind mit im wesentlichen ebenen rechtwinkligen Enden 15, 15' versehen, die so ausgelegt sind, daß sie ein genaues Aneinanderstoßen der Chips 5 ohne Verzerrung oder sonstige Hindernisse ermöglichen. Für diesen Zweck geeignete Chips können beispielsweise in der Weise ausgebildet sein, wie sie in US-PS 4 814 296, ausgegeben am 21. März 1989 für Joseph E. Jedlicka u.a., beschrieben ist.
  • Wenn ein Einzelchip 5 für Abtastzwecke eingesetzt wird, ist die erreichte Bildauflösung eine Funktion der Anzahl der Photostellen 12, die auf dem Chip hergestellt werden können, geteilt durch die Breite der Abtastzeile. Da die Anzahl der Photostellen 12, die auf einen Einzelchip angebracht werden kann, begrenzt ist, ist es vorteilhaft, mehrere Chips in einer längeren Anordnung anzuordnen und vorzugsweise eine Anordnung voller Breite oder voller Größe zu bilden, deren Abtastbereich sich gleich weit erstreckt wie die Abtastzeile. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Chips 5A, 5B, ..., 5N mit den Enden aneinanderstaßend befestigt zur Bildung einer kontinuierlichen und ununterbrochenen Zeile von Photostellen mit im wesentlichen gleichförmiger Periodizitat.
  • Nach den Fig. 3-6 wird bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Schicht 20 eines entsprechenden durch Licht härtbaren Klebers 21, der für die Aushärte- und Abtastzwecke ausreichend transparent für Licht ist, an der Oberfläche 22 des Substrats 10 aufgetragen. Da der Kleber 21 transparent ist, stört oder beeinflußt der Kleber die optischen Eigenschaften der Photostellen 12 nicht. Die Größe und die Menge des Klebers 21 in der Schicht 20 wird gesteuert, um zu verhindern, daß der Kleber beim Aufsetzen der Chips 5 auf das Substrat nach außen zu der Ausrichtvorrichtung 28 hin weggedrückt wird, die zum Lokalisieren und Ausrichten der Chips 5 an dem Substrat 10 benutzt wird.
  • Während des Herstellvorganges wird das Substrat 10 durch einen entsprechenden (nicht dargestellten) Halter in fester Position gehalten, wobei das Substrat 10 so an seiner Stelle gehalten wird, daß die Transparenz des Substrats 10 gegenüber der Kleberschicht 20 nicht gestört oder blockiert wird. Um bei dem Aufsetzen und Ausrichten der Chips 5 in ihrer Position an der Fläche 22 des Substrats 10 zu helfen, wird eine Ausrichtvorrichtung 28 mit Ausrichtkanten 30, 31 benutzt. Die Ausrichtkanen 30, 31 der Vorrichtung 28 bilden miteinander eine L-förmige Ausrichtführung, und das Substrat 10 und die Vorrichtung 28 werden relativ zueinander so angeordnet, daß ein Anlegen der Ausrichtkante 30 an einer Seite der Chips 5 die Chips axial setzt und ausrichtet, während ein Anlegen des Endes 15 des ersten Chips 5A an die Ausrichtkante 31 die Chips mit Bezug auf die Enden des Substrats 10 festlegt.
  • Während der Herstellung werden die Chips 5 mit der Abtastfläche nach unten auf die Fläche 22 des Substrats 10 so aufgesetzt, daß das Ende 15 und die Seitenkante 33 des ersten Chips 5A eng an die Ausrichtkanten 30 bzw. 31 angelegt werden. Ein einstellbarer Druck (durch Pfeil 40 angedeutet) wird auf das Chip 5A ausgeübt, um die Oberseite 37 des Chips 5A in enge Berührung mit der Fläche 22 des Substrats 10 zu bringen und ein gesteuertes Ausrichten und Verteilen des Klebers 21 zu schaffen.
  • Nach dem Aufsetzen des ersten Chips 5A auf das Substrat 10 wird das nächste Chip 58 mit der Abtastzeile nach unten auf die Fläche 22 des Substrats 10 aufgesetzt, wobei das Ende 15 des Chips 5B an das freie Ende 15' des Chips 5A angelegt wird und die Seitenfläche 33 des Chips 5B eng an die Ausrichtkante 30 angelegt wird. Die weiteren Chips 5, welche die Anordnung 3 vervollständigen, werden in gleicher Weise auf das Substrat 10 aufgesetzt, bis das die Anordnung 3 abschließende letzte Chip 5N an seiner Stelle sitzt.
  • Nach dem Aufsetzen des letzten Chips 5N auf das Substrat 10 wird der Kleber 21 durch das transparente Substrat 10 mit einer entsprechenden photometrischen Energie wie UV-Licht 44 beaufschlagt, um den Kleber 21 auszuhärten und eine permanente Verbindung zwischen den Chips 5 und dem Substrat 10 einzurichten Das UV-Licht 44 kann beispielsweise von einer UV-Lampe oder einem UV-Abtastlaser kommen. Wenn es erwünscht ist, stattdessen den Kleber 21 jeweils dann auszuhärten, wenn das jeweilige. Chip 5 auf das Substrat 10 aufgesetzt ist, kann ein fokussierter UV-Laser benutzt werden.
  • Nach dem Verbinden der Chips 5 mit dem Substrat 10 wird die Teilanordnung 4 von der Ausrichtvorrichtung 28 entfernt, umgedreht und in vorbestimmter ausgerichteter Position auf das Grundteil 6 aufgesetzt, wobei die Unterseiten 18 der zusammengebauten Chips 5A-5N auf der Fläche 8 des Grundteils aufsitzen. Zu diesem Zweck wird eine Schicht 66 eines entsprechenden wärmeaktivierten leitfähigen Klebers 68, beispielsweise eines Epoxidklebers vorher auf die Oberfläche 8 des Grundteils 6 aufgebracht, wobei die Kleberschicht 66 entsprechend dem oder den leitenden Streifen 17 an der Rückseite der zusammengebauten Chips angeordnet und ihnen gegenüber positioniert wird. Ein entsprechendes Greifgerät (nicht dargestellt) wird benutzt, um die Teilanordnung 4 in genaue Positionsbeziehung mit dem Grundteil 6 zu bringen und die Teile in Berührung zu halten, während der Kleber 68 aktiviert wird. Die Aktivierung des Klebers 68 kann durch Erhitzen der Anordnung in einem Ofen (nicht gezeigt) erreicht werden.
  • Zwar wurde die Ausbildung einer Abtastanordnung 3 gezeigt und beschrieben, doch kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch benutzt werden, um lange Druckanordnungen oder solche mit voller Breite aus einer Reihe von kleineren Tintenstrahlköpfen, Ionographie-Köpfen usw. auszubilden, die eine oder mehrere Zeilen von Druckelementen besitzen.
  • Zwar wurde die Erfindung mit Bezug auf die genannte Anordnung beschrieben, ist jedoch nicht auf die dargelegten Einzelheiten beschränkt, sondern es ist beabsichtigt, auch solche Abwandlungen oder Änderungen zu überdecken, die innerhalb des Schutzbereiches der nachfolgenden Ansprüche liegen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Ausbilden einer Anordnung aus Abtast- oder Druckelementen durch Zusammenbauen einer Vielzahl von Abtast- oder Druckchips (5) in miteinander ausgerichteter, an den Enden aneinanderstoßender Beziehung, wobei eine Fläche der Chips mindestens eine Zeile von Abtast- oder Druckelementen (12) und eine benachbarte freie Fläche für den Zweck der Verbindung besitzt und das Verfahren umfaßt: Aufbringen mindestens eines im wesentlichen kontinuierlichen Streifens (20) eines im wesentlichen transparenten durch Licht härtbaren Klebers (21) auf die Oberfläche (22) eines im wesentlichen transparenten ersten Substrats (10); Aufsetzen der Oberflächen der Chips auf die Oberfläche des ersten Substrats in ausgerichteter Beziehung mit aneinander anstoßenden Enden, wobei die Chips mit dem durch Licht härtbaren Kleberstreifen in Berührung sind;
Belichten des durch Licht härtbaren Klebers durch das transparente Substrat (10) mit photometrischer Energie zum Aushärten des durch Licht härtbaren Klebers und Verbinden der Chips (5) mit dem ersten Substrat, um eine Teilanordnung (4) zu schaffen;
Aufsetzen der der einen Fläche der Chips der Teilanordnung gegenüberliegenden Oberfläche (18) der Chips auf mindestens einen Streifen (66) eines durch Wärme aktivierbaren Klebers (68) an einer Oberfläche (8) eines zweiten Substrats (6);
und
Aktivieren des durch Wärme aktivierbaren Klebers (68) zum Verbinden der Teilanordnung mit dem zweiten Substrat und zum Ausbilden der gesamten Anordnung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedes Chip mindestens einen freiliegenden elektrischen Leiter (17) an der entgegengesetzt liegenden Oberfläche (18) des Chips besitzt, wobei das zweite Substrat (6) eine elektrisch leitende Fläche zur Anlage an dem Chip besitzt, und der mindestens eine Streifen (66) von durch Wärme aktivierbarem Kleber (68) elektrisch leitend und so an der zweiten Substratfläche angebracht ist, daß er die elektrischen Leiter (17) berührt, wodurch der elektrisch leitende Kleber einen Leitpfad zwischen den Leitern an den Chips und der leitenden Fläche des zweiten Substrats einrichtet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Chips gegen eine zeitweilige Ausrichtkante (30, 31) angesetzt werden, um die Chips in miteinander ausgerichteter Beziehung mit aneinander anstoßenden Enden anzusetzen, wenn die eine Oberfläche der Chips gegen die Fläche des ersten Substrats angesetzt wird.
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