1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen LED-
(Leuchtdioden)-Belichtungskopf zur Verwendung in einer
Aufzeichnungsvorrichtung zur zeilenweiben Aufzeichnung
von Informationen auf einer beweglichen
lichtempfindlichen Unterlage.
Beschreibung des Standes der Technik
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Es sind LED-Belichtungsköpfe bekannt, die
folgendes umfassen: eine auf mehrere Teilträger ausgerichtete
Baugruppe, wobei auf den Teilträgern entlang der Mitte
eine Reihe von LED-Einzelchips, an jedem Ende der LED-
Einzelchips eine Reihe von IC-Chips und außerhalb
derartiger Reihen von IC-Chips Leiterplatten zum elektrischen
Verbinden der IC-Chips mit elektrischen Anschlüssen
angebracht sind, und optische Abbildungsmittel zum
Fokussieren des Bildes der LEDs auf die Bildebene eines
Fotoleiters. Die LED-Einzelchips sind mit den IC-Chips
über sogenannte Chipverbindungsleitungen elektrisch
verbunden, und die IC-Chips sind auf gleiche Weise mit
den Leiterplatten verbunden.
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Die Teilträger sind an einem gemeinsamen Träger
befestigt und haben den Vorteil, daß sie nach ihrer
Montage und bevor sie auf dem gemeinsamen Träger nachein
ander angebracht werden, insgesamt elektrisch und optisch
geprüft werden können.
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Die Teilträger haben gewöhnlich die Form von
Metallplättchen aus einem Leichtmetall, das im Hinblick
auf gute elektrische Leitfähigkeit und zur
Korrosionsverhinderung vergoldet worden ist. Die LED-Einzelchips, die
IC-Chips und die Leiterplatten sind an den Teilträgern
durch Klebeverbindungen befestigt. Ein Beispiel für den
beschriebenen Belichtungskopfist in US-A 4,536,778
beschrieben.
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Bei diesen LED-Belichtungsköpfen ergeben sich
Probleme durch unerwünschte Lichtreflexionen auf den
Bonddrähten von den LED-Einzelchips in Richtung auf die
IC-Chips, wie später noch beschrieben wird.
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Eine andere Art von LED-Belichtungsköpfen ist
bekannt, bei denen es zwar keine Teilträger gibt, die
einzelnen elektronischen Bauteile stattdessen aber auf
einem großen keramischen Substrat mit gedruckten
Zuleitungen angebracht sind, wobei das Drahtbonden von
den LED-Einzelchips zum Substrat und vom Substrat zu den
IC-Chips geschieht. Bei dieser Art von Belichtungskopf
gibt es weniger Probleme mit unerwünschten Reflexionen,
doch erfordern sie die doppelte Anzahl an Bonddrähten.
Alternativ dazu sind die LED-Einzelchips direkt an die
IC-Chips drahtgebondet. Dieses Verfahren ist in JP-
63 028 673 offenbart.
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Folgendes sind bei der ersten Art von
LED-Belichtungskopf und insbesondere bei moderneren Arten die
Ursachen für unerwünschte Lichtreflexionen.
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Selbstfokussierende Linsen zum Fokussieren des
Bildes der LEDs in der Bildebene des Fotoleiters sind mit
vergrößerter Tiefenschärfe verfügbar geworden. Eine
vergrößerte Tiefenschärfe führt zu einer besseren
Bildqualität, verursacht leider aber auch eine bessere
Reproduktion von unerwünschten Lichtflecken, wie zum
Beispiel Reflexionen der Strahlung der LEDs auf
umgebenden Teilen des Aufbaus.
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Darüber hinaus nimmt die Stärke der
LED-Einzelchips auch weiterhin ab, da eine geringere Stärke einen
kürzeren Wärmeweg von der lichtemittierenden Oberfläche
zur Rückseite der LEDs bedeutet, wodurch sich die
Wärmeübertragung für die aktive Schicht (d.h. die
lichtemittierende Schicht) verbessert und die Arbeitstemperatur
dieser Schicht sinkt. Eine niedrigere Temperatur bedeutet
mehr Licht, da der Temperaturkoeffizient einer LED
ungefähr -0,7%/ºC beträgt. Außerdem nimmt der elektrische
Reihenwiderstand mit der Stärke der LED-Chips ab.
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Unter diesen Umständen versteht es sich, daß die
Oberseite mit den Bondkontaktstellen der LEDs niedriger
sein wird als die Oberseite mit den entsprechenden
Bondkontaktstellen der IC-Chips.
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Da die elektrischen Drahtverbindungen von den
LEDS zu den IC-Chips durch hochreflektierende Drähte
hergestellt werden, wie zum Beispiel Golddraht im Fall
des Thermokompressionsbondens, oder Aluminiumdraht im
Fall von Ultraschallbonden, versteht es sich, daß
aufgrund der Tatsache, daß ein derartiger Draht und
insbesondere die Schlaufe auf seinem Weg von einer
Kontaktstelle zur anderen bezüglich eines Lots auf die LEDS
unter einem kleineren Winkel als bisher verläuft, das
Risiko, daß eine derartige Schlaufe den von einer LED
abgestrahlten Lichtkegel schneidet, und somit auch das
Risiko einer unerwünschten Lichtreflexion auf dem
geschnittenen Teil einer derartigen Schlaufe um so größer
wird.
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Es ist möglich, unerwünschte Reflexionen der
beschriebenen Art zu vermeiden, indem die störenden
Reflexionen des Bildstrahls der LEDs abgefangen werden.
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Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß zwischen den
LEDS und der Linse nahe den LEDs eine längliche Blende
bereitgestellt wird. Da eine derartige Blende bei einer
Länge von 310 mm oder mehr einen prazisen Schlitz mit
einer Breite von ungefähr 0,5 bis 1,0 mm aufweisen müßte,
versteht es sich, daß es sich hier um ein teures Bauteil
handeln würde, das außerdem sehr präzise angeordnet
werden müßte, um nicht einen Nutzteil der Strahlung
abzufangen.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung
eines verbesserten LED-Belichtungskopfs, der nicht von
Reflexionen auf den elektrischen Verbindungen zwischen
den Kontaktstellen der LEDs und der IC-Chips
beeinträchtigt wird.
Angabe der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein
LED(Leuchtdioden)-Belichtungskopf zur Verwendung in einer
Aufzeichnungsvorrichtung zur zeilenweisen Aufzeichnung
von Informationen auf einer beweglichen
lichtempfindlichen Unterlage, wobei der Belichtungskopf mindestens eine
metallene Trägerplatte, auf der entlang der Mitte eine
Reihe von LED-Einzelchips, an mindestens einem Ende der
LED-Einzelchips eine Reihe von IC-Chips und außerhalb
einer derartigen Reihe von IC-Chips eine Leiterplatte zum
elektrischen Verbinden der Leiterplatten mit elektrischen
Anschlüssen angebracht sind, wobei die LED-Einzelchips
eine geringere Stärke haben als die IC-Chips, und
optische Abbildungsmittel zum Fokussieren des Bildes der LEDS
in die Bildebene der lichtempfindlichen Unterlage umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte eine erhöhte
Rippe zum Anbringen der LED-Einzelchips in einer
derartigen Höhe über der Trägerplatte aufweist, daß deren
elektrische Bondkontaktstellen auf einem höheren Niveau
liegen als die entsprechenden Bondkontaktstellen der IC-
Chips, und wobei die Wege der drahtgebondeten
elektrischen Verbindungen derart sind, daß sie die von den LEDS
abgestrahlten Lichtkegel nicht berühren.
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Ein LED-Belichtungskopf mit einer Vorkehrung, die
die Unterseite der LED-Einzelchips zum Einnehmen einer
Position veranlaßt, die höher ist als die der
Trägerplatte, auf der sie angebracht sind, ist aus JP-A
63-28673 bekannt. In diesem speziellen Fall ist die
Trägerplatte eine Keramikstruktur, und die erwähnte Vorkehrung
ist eine Elektrode, die die Unterseiten der benachbarten
LEDS elektrisch kontaktiert. Die LEDs haben die gleiche
Stärke wie die IC-Chips.
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Die erfindungsgemäße erhöhte Rippe befindet sich
geeigneterweise in der Mitte der Trägerplatte und hat
eine Breite, die fast so groß ist wie die der
LED-Einzelchips, und eine Höhe, die so groß ist, daß das Oberteil
der LED-Einzelchips eindeutig höher liegt als das
Oberteil der IC-Chips.
Da die IC-Chips stärker sind als die LED-Einzelchips,
versteht es sich, daß der erwähnte Anstieg größer sein
muß als der höhenmäßige Unterschied zwischen den beiden
Bauteilen. Die erfinderisch erhöhten Rippen weisen in der
Regel Werte bezüglich ihrer Höhe von zwischen 0,2 und 1,0
mm auf, doch sollen diese Werte die vorliegende Erfindung
nicht einschränken.
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Nach einer geeigneten Ausführungsform der
Erfindung erhält man die erhöhte Rippe auf dem Träger durch
Erosionsätzen einer flachen Metallplatte, wodurch die
Stärke in der Mitte den ursprünglichen Wert beibehält und
an den Stellen, wo die IC-Chips und/oder die
Leiterplatten am Träger angebracht werden, verringert wird.
Es ist zwar möglich, daß ein erfindungsgemäßer
LED-Belichtungskopf nur einen Träger mit mehreren LED-
Einzelchips umfaßt, doch ist deutlich, daß ein Kopf
geeigneterweise mehrere LED-Träger in der Form von
Teilträgern umfaßt, die auf einer gemeinsamen Tragplatte
angebracht sind.
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Der Ausdruck "lichtempfindliche Unterlage"
bezeichnet in der vorliegenden Patentschrift eine
Fotoleitertrommel, wie sie auf dem Gebiet
elektrofotografischer Drucker bekannt ist, umfaßt aber auch
fotoleitfähige und anderweitig lichtempfindliche Unterlagen in
Bogen- oder Bandf orm, auf denen sich durch Belichtung mit
einem LED-Belichtungskopf ein Bild bilden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird hiernach unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben; es
zeigen:
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Figur 1 eine schematische Ansicht einer
Ausführungsform des Motors einer xerografischen
Aufzeichnungsvorrichtung,
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Figur 2 eine Draufsicht auf einen Teil des
Belichtungskopfs der Vorrichtung nach Figur 1,
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Figur 3 eine vergrößerte Draufsicht auf ein LED-
Modul,
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Figur 4 eine vergrößerte Seitenansicht eines LED-
Moduls,
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Figur 5 eine vergrößerte Ansicht der elektrischen
Verbindungen eines LED-Einzelchips bei einer
Schlaufenhöhe h&sub1;,
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Figur 6 eine vergrößerte Ansicht der elektrischen
Verbindungen eines LED-Einzelchips bei einer
Schlaufenhöhe h&sub2;, und
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Figur 7 eine vergrößerte Seitenansicht eines LED-
Moduls nach dem Stand der Technik.
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Bezug nehmend auf Figur 1 stellt der Pfeil 10
allgemein den Motor eines xerografischen Druckers dar.
Der Ausdruck "Motor" bezeichnet die Teile der
Vorrichtung, die an der Erzeugung des Bilds beteiligt sind. Ein
Drucker umfaßt noch mehrere andere Teile wie z.B. eine
Papierzufuhreinrichtung, eine Tonerzufuhreinrichtung,
eine Fixierstation, Antriebsmittel zur Drehung der
Trommel und für den Papiertransport, eine
Tonerfixierstation, eine elektronische Steuerschaltung usw. Diese
Teile sind aus dem Stand der Technik bekannt und für das
Verständnis der weiteren Beschreibung der vorliegenden
Ausführungsform der Erfindung ohne Bedeutung.
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Der Motor umfaßt eine Fotoleitertrommel 12, bei
der es sich um einen mit einem lichtempfindlichen
Fotoleiter beschichteten Aluminiumzylinder handeln kann und
die in Richtung des Pfeils 13 drehbar ist. Um die Trommel
herum sind die folgenden Stationen in winkelförmig
voneinander beabstandeter Beziehung vorgesehen:
Eine Koronaentladungsstation 14, die dazu verwen
det wird, die Oberfläche der Trommel 12 gleichmäßig
elektrostatisch aufzuladen.
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Ein LED-Belichtungskopf 15 für zeilenweise
Belichtung der aufgeladenen Oberfläche der
Fotoleitertrommel, während sich deren Oberfläche am Kopf
vorbeibewegt.
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Eine Farbentwicklungseinheit 16, die zum
Aufbringen eines Farbtoners auf die zeilenweise
Entladungstrommeloberfläche mittels einer Entwicklerhülse 17, die
auch als Magnetbürste bezeichnet wird, angeordnet ist.
Eine Schwarzweißentwicklungseinheit 18, die zum
Aufbringen eines schwarzen Toners auf das Ladungsmuster
auf der Trommel mittels einer Entwicklerhülse 19
angeordnet ist.
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Ein Papierzuführungskanal 20, durch den ein
Papierbogen in Berührung mit der Trommel zur Aufnahme des
auf der Trommel erzeugten Tonerbildes zugeführt wird.
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Eine Koronaübertragungsstation 21, die eine
Koronaladung von entgegengesetztem Vorzeichen als dem des
Toners auf die Unterseite des Papiers aufträgt, um den
Toner zur Erzeugung eines sichtbaren, entwickelten Bilds
von der Trommel auf das Papier anzuziehen.
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Eine Papiertrennstation 23, die Ladungen auf das
Papier aufbringt, so daß es leicht von der Trommel
getrennt werden kann.
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Eine Papiertrenneinrichtung 24, die dahingehend
wirkt, daß der Papierbogen zuverlässig von der Trommel
getrennt wird.
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Eine Reinigungsklinge 25 zum Abstreichen von nach
Beendigung der Bildübertragung auf der Oberfläche der
Fotoleitertrommel verbliebenem restlichen Toner. Dieser
Toner kann zu einer Tonerauffangflasche der Vorrichtung
transportiert werden.
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Schließlich eine Hauptlöscheinrichtung 26 mit
einer Lampe 27 zur Neutralisierung jeglicher restlicher
Ladung, die nach der Reinigung auf der Oberfläche der
Fotoleitertrommel verbleibt.
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Beim Betrieb des Motors erhält der LED-
Belichtungskopf 15 ein erstes Bildsignal zur Erzeugung
eines Ladungsmusters auf der Fotoleitertrommel 12, das
durch die Schwarzentwicklungseinheit 18 entwickelt werden
wird. Der durch die Trenneinrichtung 24 entfernte
Papierbogen wird durch eine Tonerfixierstation, die
dahingehend wirkt, das Tonerbild in den Papierbogen
einzuschmelzen, geleitet. Der Papierbogen wird dann von
einem geeigneten befördernden Mechanismus zum
Zuführungseingang 20 zurückgebracht, damit ein zweites
Tonerbild von der Fotoleitertrommel empfangen werden kann,
wobei dieses Mal das Farbbild von der Station 16 und
durch geeignete Belichtung durch den Kopf 15 erzeugt
wird. Ein Beispiel für die Verwendung der beschriebenen
Zweifarbenentwicklung ist das eines Brief s oder eines
Reklamezettels, der bzw. das einen herkömmlichen
Schwarzweißtext und dessen Kopf und/oder unteres Ende ein
farbiges Firmenlogo trägt bzw. tragen.
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In der Darstellung der Figur 1 wird gezeigt, daß
die verschiedenen Stationen um die Fotoleitertrommel
herum in eng voneinander beabstandeter Beziehung
angeordnet sind. Die beiden Entwicklungsstationen nehmen einen
ziemlich großen Teil des Winkelraums um die
Fotoleitertrommel herum ein. Eine Einheit, die zur Reduzierung
ihrer Winkelgröße gut geeignet ist, ohne den problemlosen
Betrieb des Druckers zu beeinträchtigen, ist der Belich
tungskopf. Weitere Einzelheiten über eine Ausführungsform
eines kompakten LED-Belichtungskopfs sind in der am 3.
Juli 1990 eingereichten europäischen Patentanmeldung
90 201 779 mit dem Titel "LED exposure head with
overlapping electric circuits" (LED-Belichtungskopf mit
überlappenden elektrischen Schaltungen) zu finden.
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Der Kopf 15 ist innerhalb eines Gehäuses
angebracht, das aus einem Träger 28 und einer Abdeckung 29
besteht. Bei dem Träger kann es sich um ein extrudiertes
Bauteil aus einer Leichtmetallegierung wie z.B. Aluminium
handeln, das an der Außenseite mehrere Kühllamellen und
an der Innenseite vier rechteckige Rippen, nämlich zwei
äußere 50 und zwei innere Rippen 51 (siehe Figur 2),
aufweist, wohingegen die Abdeckung eine längliche Öffnung
aufweist, in der ein Linsenmittel 30 in Form eines Selfoc
(self-focussing optical component = selbstfokussierendes
optisches Bauteil) zum Projizieren des Bildes der LEDS
des Belichtungskopfs auf eine Linie 31 auf der Oberfläche
der Trommel 12 befestigt ist.
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Weitere Einzelheiten über eine geeignete Ausge
staltung des Gehäuses des Belichtungskopfs sind in der am
3. Juli 1990 eingereichten europaischen Patentanmeldung
90 210 778 mit dem Titel "LED exposure head" (LED-
Belichtungskopf) zu finden.
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Das Layout der elektronischen Schaltung des
Belichtungskopfs ist in der Draufsicht von Figur 2
dargestellt. Diese Figur zeigt sogar drei benachbarte
Abschnitte des Kopfs, wobei nämlich Abschnitt A eine
wahre Draufsicht ist, Abschnitt B den Träger ohne die
LEDS zeigt und Abschnitt C einen Endabschnitt des Kopfs
zeigt.
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Der Träger 28 ist bei nach oben gedrehter
Innenseite mit einem länglichen Kupferstab 32 versehen, der
mittels eines wärmeleitenden Klebstoffs, der durch die
Erwärmung des Trägers und des Stabs bei Betrieb des
Belichtungskopfs verursachte geringe Maßänderungen dieser
Elemente gestattet, in dem Raum zwischen zwei Innenrippen
51 des Trägers angebracht ist.
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Zwei längliche Leiterplattenleisten 34 und 35
werden auf dem Träger auf beiden Seiten des Stabs 32
angeordnet. Die Stärke der Leisten ist etwas geringer als
der Abstand, mit dem der Stab über die Rippen 50 und 51
hinwegragt.
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Mehrere LED-Module 36 werden mittels eines
elektrisch leitenden und wärmeleitenden Klebstoffs, wie
z.B. eines mit Silber gefüllten Epoxidklebstoffs, in
seitlich eng beabstandeter Beziehung an den Stab 28
chipgebondet.
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Bei jedem LED-Modul handelt es sich eigentlich um
eine Baugruppe aus den folgenden Bauteilen auf einem
Teilträger, der aus einer winzigen Metallplatte 38
besteht (siehe Fig. 3):
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Eine Reihe von LED-Einzelchips 39 mit LEDs 40,
die entlang der Mitte der Baugruppe liegen und durch
einen elektrisch leitenden und wärmeleitenden Klebstoff
an die Vorderfläche der Platte 38 angeklebt werden. Jeder
Einzelchip ist in der Regel ca. 8 mm lang und ca. 1 mm
breit.
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Auf jeder Seite der Reihe von LED-Einzelchips auf
jeder Platte befindet sich eine Reihe von IC-Chips 41
bzw. 42, die genauso auf eine elektrisch leitende und
wärmeleitende Weise an die Trägerplatte angeklebt sind.
Die Chips können die Treiber für die LEDS, ein
Schieberegister, ein Halteregister und gegebenenfalls
weitere Steuer- und Prüfschaltungen umfassen.
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Außerhalb der Reihe von IC-Chips auf jeder Seite
der Mittellinie befinden sich L eiterplatten in Form einer
herkömmlichen Dickschichtschaltung auf einem keramischen
Träger, wie z.B. 43 und 45, die ebenfalls auf die Träger
platte geklebt sind. Die Leiterplatten sind an
Anschlußpunkten wie z.B. 47 über elektrische Anschlüsse wie z.B.
46 mit den länglichen Leiterplattenleisten 34 und 35
verbunden.
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Die beiden Leiterplattenleisten 34 und 35 weisen
Endanschlüsse wie z.B. 48 und 49 auf, um die Schaltung
mit Signalen und Strom zu versorgen.
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Drahtgebondete elektrische Verbindungen werden
zwischen den LED-Einzelchips 39 und den entsprechenden
Ausgangskontakten der IC-Chips 41 und 42 und zwischen den
Eingangskontakten der Chips und den entsprechenden
Dickschichtschaltungen 43 und 44 bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäße Verbesserung betrifft die
Verbindungen zwischen den LED-Einzelchips und den
benachbarten IC-Chips. Dies wird in Figur 4, die eine
Seitenansicht eines LED-Moduls 36 zeigt, ausführlicher
dargestellt.
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Das Modul umfaßt einen Teilträger in der Form
einer Metallplatte oder einem Metallplättchen 38 mit
einer mittleren erhöhten Rippe 52. Es gibt verschiedene
Möglichkeiten, wie die beschriebene Querschnittform des
Teilträgers erhalten werden kann, wie zum Beispiel durch
Druckguß, mechanisches Stanzen oder durch Fräsen einer
Platte. Es hat sich herausgestellt, daß ein sehr
geeignetes Verfahren zur Herstellung des Teilträgers
darin besteht, einen gewöhnlichen flachen Streifen aus
Kupfer oder dergleichen einer Erosionsätzung derart zu
unterziehen, daß ein mittlerer Steg mit der
ursprünglichen Stärke zurückbleibt, daß die
gegenüberliegenden Seiten jedoch stärkenmäßig auf den erwünschten
Betrag gleichförmig reduziert sind.
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Die LED-Einzelchips 39 sind mit Hilfe eines
elektrisch leitenden Klebstoffs in einer Reihe an die
Vorderseite des Teilträgers angeklebt.
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Jeder Einzelchip weist in der Nähe der beiden
Längsseiten seiner Vorderseite eine Reihe von
Bondkontaktstellen 53 bzw. 54 für die LEDs auf. Die
Kontaktstellen sind in der Figur durch eine kurze dicke Linie an der
Oberseite des LED dargestellt worden, tatsächlich liegen
sie aber in der Ebene der Vorderseite des Einzelchips.
Die erwähnten Kontaktstellen sind durch zwei Reihen von
drahtgebondeten elektrischen Verbindungen 57 und 58 mit
entsprechenden Bondkontaktstellen 55, 56 der IC-Chips
verbunden. Beim vorliegenden Beispiel sind diese
Verbindungen
durch das Ultraschallbonden eines Aluminiumdrahtes
mit einer Stärke von ungefähr 32 Mikrometern hergestellt.
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Das Bonden wurde von den Kontaktstellen der IC-
Chips zu den entsprechenden Kontaktstellen der LED-
Einzelchips hin vorgenommen.
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Beispielweise auf die Verbindungen 58 Bezug
nehmend wird das Kapillarbondwerkzeug der Bondvorrichtung
auf eine Bondkontaktstelle 56 eines IC-Chips 42
ausgerichtet. Das Werkzeug wird abgesenkt und bringt so das
freie Ende des Drahts in Berührung mit der
Bondkontaktstelle. Ultraschallenergie wird zugeführt, um das
Drahtende bzw. die möglicherweise zuvor daran geformte
Kugel an die Bondkontaktstelle zu bonden. Das Werkzeug
wird dann auf die Position h der Schlauf enhöhe angehoben,
wobei die Klemmvorrichtungen des Werkzeugs offen sind, so
daß der Draht aus dem Ende des Kapillarwerkzeugs
nachgeführt werden kann. Der Ausdruck "Schlaufenhöhe" bedeutet
die Entfernung, um die die Spitze des Bondwerkzeugs die
erste Bondstelle überragt. Gleichzeitig mit dem Abheben
wird das Bondwerkzeug in Richtung der entsprechenden
Kontaktstelle 54 der LED-Einzelchips 39 verschoben, wobei
aus dem Werkzeug weiter Draht herausgezogen wird. Das
Werkzeug verformt dann den Draht gegen die
Bondkontaktstelle, und während des Zuführens von Ultraschallenergie
wird eine keilförmige Bondverbindung hergestellt. Während
das Werkzeug noch auf der Bondstelle ist, werden die
Klemmvorrichtungen nach hinten bewegt. Dadurch wird an
der Bondstelle gezogen, und der Draht bricht am dünnsten
Querschnitt der Bondverbindung. Das Werkzeug wird dann
von den LED-Einzelchips abgehoben und läßt die
Keilbondstelle zurück.
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Die so gebildeten Drahtschlaufen haben eine wie
durch die Zahlen 57 und 58 gezeigte Ausgestaltung. Die
Schlaufen umfassen einen ersten, an den IC-Chips begin
nenden und nach oben laufenden Abschnitt und einen
zweiten, leicht zu den LED-Chips abfallenden Abschnitt.
Da die Strahlung der LEDs entsprechend einem Lichtkegel
mit einem Öffnungswinkel Alpha auftritt, ist es deutlich,
daß, wie durch die Linie 59 angedeutet, zwischen einer
Verbindung 58 und der benachbarten Grenzfläche des
Lichtkegels ein angemessener Zwischenraum vorliegt.
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Von der Linse 30 wird nur ein Bruchteil des
abgestrahlten Lichts übertragen, da der Winkel, mit dem
eine derartige Übertragung stattfinden kann, durch Beta
angedeutet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß in der
Zeichnung die relativen Abmessungen der verschiedenen
Bauteile beinahe der Wirklichkeit entsprechen.
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Schließlich ist es deutlich, daß
Drahtbondverbindungen auch zwischen den IC-Chips 41, 42 und den
entsprechenden Dickschichtschaltungen 43, 44 vorliegen,
daß diese Bondverbindungen jedoch von der Strahlungszone
der LEDs weit genug weg liegen.
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In Figuren 5 und 6 wird eine ausführliche Ansicht
der genauen Ausgestaltung der drahtgebondeten
elektrischen Verbindungen zwischen den IC-Chips und den LED-
Einzelchips für unterschiedliche Schlaufenhöhen gezeigt.
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Bezug nehmend auf Figur 5 ist die Schlauf enhöhe
h&sub1; relativ begrenzt und beträgt beim vorliegenden
Beispiel 0,317 mm. Dies hat den Vorteil, daß die
Drahtschlaufen 57, 58 und der Lichtkegel 59 gut getrennt
sind, jedoch den Nachteil, daß die Verbindung keine
scharfe Biegung bzw. keinen scharfen Knick aufweist, was
bei Einwirkung von Biegespannungen auf die
Verbindungsdrähte gelegentlich die Ursache für einen Bruch der
Bondverbindung auf dem IC-Chip sein kann. Aus diesem
Grund ist eine bevorzugte Bondverbindung eine wie in
Figur 6 dargestellte, wo h&sub2; gleich 0,508 mm ist. Die
vergrößerte Schlauf enhöhe ist die Ursache dafür, daß beim
Absenken des Bondwerkzeugs, nachdem es über der
Bondkontaktstelle 54 positioniert worden ist, in den
Drahtschlaufen ein ausgeprägter Knick 60 erzeugt wird. Auf
diese Weise werden Biegespannungen in dem Draht drastisch
reduziert.
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Das Problem mit den elektrischen Verbindungen
zwischen den LED-Einzelchips und den IC-Chips bei den
LED-Belichtungsköpfen nach dem Stand der Technik wird
unten mit Bezug auf Figur 7 beschrieben, wobei gleiche
Bauteile Bezugsziffern mit Apostrophen erhielten.
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Da die IC-Chips 41', 42' dicker sind als die LED-
Einzelchips 39', ist deutlich, daß die elektrischen
Verbindungen 57' und 58' von den LED-Einzelchips aus
ausgeprägt nach oben auf die IC-Chips zu laufen, wodurch
ein Abschnitt der Schlaufe dieser Verbindungen ernsthaft
Gefahr läuft, die Lichtkegel der LEDs zu schneiden, wie
durch den mittleren Abschnitt der Verbindung 58'
dargestellt wird, der die Grenzfläche 59' des Lichtkegels
schneidet. Ein Teil der durch die Pfeile 61 dargestellten
reflektierten Lichtstrahlung erreicht die Linse und wird
auf den Fotoleiter abgebildet, wodurch eine entsprechende
Entwicklung und Tonerübertragung auf den letzten
Bildträger auftritt. Strahlung wird von den Verbindungen
57' und 58' auch auf benachbarte Verbindungen reflektiert
und von derartigen Verbindungen dann wieder zur Linse
zurückreflektiert.
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Es ist möglich, derartige unerwünschte
Reflexionen, wie in der Einleitung zu dieser Patentschrift
beschrieben, durch eine Maske abzufangen. Eine derartige
Maske ist in der Zeichnung durch gestrichelte Linien 62
dargestellt, doch versteht es sich, daß eine derartige
Maske sehr prazise ausgebildet und plaziert werden muß
und bei Erwärmung des Belichtungskopfs während des
Betriebs diese präzise Ausbildung und Plazierung auch
beibehalten muß.
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Die folgenden Daten veranschaulichen das mit
Bezug auf Figur 4 beschriebene LED-Modul.
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Abmessungen einer Tejiträgerpiatte 38 : 14,6 x 7,9 mm
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Stärke der Rippe 52 1,0 mm (ursprüngliche Plattenstärke)
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Länge der Rippe 52 : 7,9 mm
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Breite der Rippe 52 : 1,0 mm
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Stärke der geätzten Abschnitte : 0,6 mm
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Stärke der LED-Einzelchips 39 : 0,235 mm
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Stärke der IC-Chips : 0,500 mm
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Höhenunterschied zwischen LED-Einzelchips
und IC-Chips 0,135 mm
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Winkel Alpha : 160º
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Winkel Beta : 24º
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene
Ausführungsform beschränkt. Die LED-Einzelchips können
zwei versetzte Reihen von LEDs umfassen, um die Auflösung
beim Druck zu erhöhen.
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Der Belichtungskopf kann anstatt von zwei Reihen,
wie gezeigt, nur eine Reihe von IC-Chips umfassen, um die
LEDS anzusteuern.
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Die Teilträger können auf andere Weise denn durch
Erosionsätzen ausgestaltet sein, so zum Beispiel, wie
schon erwähnt, durch mechanisches Stanzen oder Fräsen.
Das Befestigungsmittel für die LED-Einzelchips kann
ebenfalls durch Bereitstellen einer flachen Trägerplatte
mit einer daran zum Beispiel durch Löten oder Hartlöten
befestigten mittleren, rippenartigen Stütze gebildet
werden.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, daß
Erosionsätzen ein billiges Verfahren ist, um die Teilträger mit
großer Präzision herzustellen. Außerdem können mit diesem
Verfahren mehrere Teilträger in einem gemeinsamen
Trägerrahmen hergestellt werden, so daß die Handhabung dieser
Elemente im Hinblick auf das Anbringen der elektrischen
Bauteile darauf, das Aufbringen der elektrischen
Bondverbindungen usw. erleichtert wird.