JP2006173556A - 発光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 ボンディングピッチが小さくなっても接続信頼性の高い発光モジュールの提供。
【解決手段】 発光モジュールが、基板３１１、駆動回路チップ７３１、発光素子３２１、及びコネクタ７００を含んでいる。駆動回路チップ７３１に導電性バンプ９４１、９４２を設け、フリップチップとして配置して導電性バンプ９４２を発光素子３２１のボンドパッド５２１と接触させるようにすることで、ボンディングのピッチが小さく、且つ信頼性の高い性能を有する発光モジュールを製造することができる。別の方法として、駆動回路チップの代わりにコネクタをフリップチップとしてもよい。この場合、コネクタは、発光素子及び駆動回路チップのボンドパッドと接触する導電性バンプを含む。
【選択図】図９ａ

Description

本発明は発光モジュールに関するものであり、特に、画像処理装置に使用されるオプトエレクトロニクスデバイスの発光モジュールに関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ等の発光モジュールは、印刷機、コピー機、スキャナ等の画像処理装置のオプトエレクトロニクスデバイスに広く利用されている。
図１及び図２を参照すると、従来のＬＥＤモジュールのパッケージ構造が部分的に示されている。当該ＬＥＤモジュールは、基板１１１と、接着材料１５１を用いて基板１１１に接着され、独立して発光するために互いに分離された複数の発光素子１２１と、接着材料１５２を用いて基板１１１に接着され、各発光素子１２１を独立して駆動するために互いに分離された複数の駆動回路チップ１３１とを備えている。駆動回路チップ１３１は各々、ボンディングワイヤ１４１を介して発光素子１２１に電気的に接続されている。さらに、駆動回路チップ１３１は、ボンディングワイヤ１６１を介して基板１１１上の他の素子に電気的に接続されている。
発光素子１２１と駆動回路チップ１３１とは、個別の金ワイヤを用いて一対一で互いに結合されるため、発光モジュールの製造過程において非常に多くのワイヤボンディング作業を行う必要がある。Ａ４サイズのＬＥＤプリンタヘッドを例にとると、６００ｄｐｉの解像度を得るためには、発光素子１２１及び駆動回路チップ１３１上に約５０００の入出力部位が形成される必要がある。つまり、ボンディングワイヤ１４１を形成するには、約５０００回のワイヤボンディング作業を行う必要がある。このようにワイヤボンディング作業の回数が多くなると、発光ダイオードの製造過程が複雑になり、従って、歩留まり及び製造コストの点で不利である。現在、一つのパッドにおける確実なボンディングのピッチは約１００マイクロメートルである。配線密度をさらに高くすると、ピッチが小さくなり、デバイスの信頼性を損なう恐れがある。
そこで本発明は、ボンディングのピッチが小さく、且つ、信頼性の高い性能を有する発光モジュールを提供する。
本発明は、基板と、基板に取り付けられた駆動回路チップと、基板に取り付けられた発光素子と、複数の導電性バンプ及びワイヤを有するフリップチップコネクタとを備え、複数の導電性バンプ及びワイヤは、フリップチップコネクタが駆動回路チップ及び発光素子の上にブリッジとして配置されたときに駆動回路チップ及び発光素子の両方に電気的に接続され、それにより、駆動回路チップを発光素子と通じさせることを特徴とする発光モジュールに関連する。
基板はプリント回路基板又はセラミック基板であることが好ましい。
発光素子は、発光ダイオード、液晶ディスプレイ素子、又はレーザ光源素子であることが好ましい。
発光モジュールは、印刷機、コピー機、又はスキャナに使用されることが好ましい。
一実施形態においては、フリップチップコネクタの導電性バンプは、駆動回路チップのボンドパッド及び発光素子のボンドパッドと直接に接触する。
一実施形態においては、フリップチップコネクタは導電性バンプ及びワイヤが形成された回路基板である。
また、本発明は、基板と、駆動回路チップと、発光素子と、ブリッジコネクタとを備えた発光モジュールに関連する。駆動回路チップは、基板に取り付けられる第１の面と複数の第１の接点を有する第２の面とを有する。発光素子は、基板に取り付けられる第３の面と複数の第２の接点を有する第４の面とを有する。ブリッジコネクタは、本体と該本体に支持される複数のワイヤとを備える。ブリッジコネクタが駆動回路チップ及び発光素子に連結されたとき、各ワイヤは、第１の接点を第２の接点に一対一で電気的に接続し、それにより、駆動回路チップを発光素子と通じさせる。
一実施形態においては、ブリッジコネクタはさらに、ワイヤに電気的に接続された複数の導電性バンプを備え、該導電性バンプを第１の接点及び第２の接点と接触させることにより、ブリッジコネクタは駆動回路チップ及び発光素子に連結される。
一実施形態においては、ブリッジコネクタはフリップチップコネクタであり、導電性バンプ及びワイヤは本体の底面に配置されている。
一実施形態においては、導電性バンプ及びワイヤは本体の底面にリソグラフィ及びエッチングにより形成されたパターンに含まれる。
一実施形態においては、駆動回路チップは、基板にワイヤで接続される第３の接点を第２の面に有する。
一実施形態においては、駆動回路チップ及び発光素子は接着材料を用いて基板に取り付けられる。
本発明によると、２つの隣接するワイヤ間のピッチを５０マイクロメートル未満にすることができる。
さらに、本発明は、基板と、基板に取り付けられた発光素子と、基板に取り付けられたコネクタと、発光素子を制御するための主回路及び複数の導電性バンプを有するフリップチップ型の駆動回路チップとを備え、複数の導電性バンプは、フリップチップ型の駆動回路チップが発光素子及びコネクタの上にブリッジとして配置されたとき、発光素子及びコネクタの両方に電気的に接続され、それにより、主回路を発光素子及びコネクタと通じさせることを特徴とする発光モジュールに関連する。
フリップチップ型の駆動回路チップは、電気的に相互接続された主回路及び導電性バンプが形成された回路基板であることが好ましい。
発光素子及びコネクタはさらに、フリップチップ型の駆動回路チップが発光素子及びコネクタの上にブリッジとして配置されたときにフリップチップ型の駆動回路チップの導電性バンプと直接に接触する複数のボンドパッドをそれぞれ備えることが好ましい。
一実施形態においては、導電性バンプは、主回路と共にリソグラフィ及びエッチングプロセスにより形成される。
一実施形態においては、コネクタは基板にワイヤで接続された複数のボンドパッドを備える。
本発明によると、２つの隣接する導電性バンプ間のピッチを５０マイクロメートル未満にすることができる。
本発明の上述の内容は、以下の詳細な説明及び添付図面を検討頂ければ、当業者にはより容易に理解されるであろう。
図３及び図４を参照すると、本発明の一実施形態によるＬＥＤモジュールのパッケージ構造が部分的に示されている。本実施形態のＬＥＤモジュールは、基板３１１と、複数の発光素子３２１と、複数の駆動回路チップ３３１と、複数のフリップチップコネクタ３４１とを備えている。各発光素子３２１は、接着材料３５１を用いて基板３１１に接着され、独立して発光するために互いに分離されている。各駆動回路チップ３３１は、接着材料３５２を用いて基板３１１に接着され、各発光素子３２１を独立して駆動するために互いに分離されている。駆動回路チップ３３１は、以下に説明するような方法で、フリップチップコネクタ３４１を介して発光素子３２１に電気的に接続されている。
図５ａは、本実施形態のＬＥＤモジュールの一例を概略的に示す上方から見た分解斜視図である。駆動回路チップ３３１の上面には、ボンディングワイヤ３６１を介して基板３１１上の他の素子に電気的に接続される数個のボンドパッド５４１が設けられている。さらに、駆動回路チップ３３１の上面には、発光素子３２１の上面に設けられたボンドパッド５２１に対応する複数のボンドパッド５３１が設けられている。図５ｂの部分拡大図に示されるように、フリップチップコネクタ３４１の本体３４１１には、複数のワイヤ５１１及び該ワイヤ５１１に電気的に接続された複数の導電性バンプ３４２が形成されている。フリップチップコネクタ３４１は例えば、導電性バンプ３４２及びワイヤ５１１が形成された回路基板である。
発光素子３２１のパッド５２１及び駆動回路チップ３３１のパッド５３１は、フリップチップコネクタ３４１の個別のワイヤ５１１を用いて一対一で互いに電気的に接続されている。２つの隣接するワイヤ５１１間のピッチを最小限に、例えば５０マイクロメートル未満まで狭めることで解像度を向上させるために、フリップチップコネクタ３４１の導電性バンプ３４２及びワイヤ５１１は、マイクロリソグラフィ及びエッチングプロセスにより形成される。従って、図５ａに示されるように、フリップチップコネクタ３４１の本体底面にリソグラフィ及びエッチングによるパターンが形成される。当然ながら、印刷又はインクジェット方式等、他の適切な手法を適用して、小さく且つ確実なピッチを得ることもできる。
図６ａ及び図６ｂを参照いただきたい。本実施形態のＬＥＤモジュールを組み立てるには、フリップチップコネクタ３４１をまず裏返し、駆動回路チップ３３１と発光素子３２１との間にブリッジとして配置する。この配置にかかる時間はほんの３秒から５秒ほどである。次に、導電性バンプ３４２とパッド５２１，５３１とを正確に位置合わせする。導電性バンプ３４２を駆動回路チップ３３１のパッド５３１及び発光素子３２１のパッド５２１に接触させることにより、駆動回路チップ３３１はフリップチップコネクタ３４１を介して発光素子３２１と伝達可能になる。
上述したようなＬＥＤモジュールの簡単な製造方法は、製品の歩留まり、信頼性及び解像度を向上させるとともに、製造コストを削減する上で有利である。Ａ４サイズのＬＥＤプリンタヘッドを例にとると、解像度６００ｄｐｉという条件では、本発明のＬＥＤモジュールはほんの２分程で組み立てることができる。一方、従来技術によると、ワイヤボンディング作業を５０００回行うために１５分程かかる。解像度を６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉに高める場合、従来技術ではワイヤボンディング作業を行う組立時間が２倍になるのに対し、本発明のＬＥＤモジュールの組立時間はほとんど増えない。さらに、本発明によると、ワイヤボンディングの密度が高すぎると実施できないという従来技術が直面する問題はもはや存在しない。
本発明の別の実施形態によるＬＥＤモジュールは、駆動回路チップの面積を小さくするという更なる利点がある。図７及び図８を参照すると、本実施形態によるＬＥＤモジュールのパッケージ構造が部分的に示されている。このＬＥＤモジュールは、接着材料３５１を用いて基板３１１に接着された複数の発光素子３２１と、各発光素子３２１を独立して駆動するために互いに分離された複数の駆動回路チップ７３１と、接着材料３５３を用いて基板３１１に接着された複数のコネクタ７００とを備えている。本実施形態で使用される駆動回路チップ７３１はフリップチップ型であり、発光素子３２１及びコネクタ７００の両方に接続される。駆動回路チップ７３１はさらに、コネクタ７００を介して基板３１１上の他の素子に電気的に接続される。図９ａは、本実施形態のＬＥＤモジュールの一例を概略的に示す上方から見た分解斜視図である。各発光素子３２１の上面には複数のパッド５２１が配置されている。各コネクタ７００の上面には２つのグループのパッド９３１及び９３０が設けられており、パッド９３０はボンディングワイヤ３６１を介して基板３１１上の他の素子に電気的に接続されるものである。一方、フリップチップ型の駆動回路チップ７３１は各々、主回路７３０に加えて、互いに一定距離だけ離れた２つのグループの導電性バンプ９４１及び９４２を備えている。フリップチップ型駆動回路チップ７３１は例えば、電気的に相互接続された導電性バンプ９４１，９４２及び主回路７３０が形成された回路基板である。図９ｂは図９ａにおいてＣで示される部分を拡大した図であり、一部の導電性バンプを示している。各フリップチップ型駆動回路チップ７３１を裏返して基板３１１に取り付けると、導電性バンプ９４１及び９４２はコネクタ７００のパッド９３１及び発光素子３２１のパッド５２１にそれぞれ電気的に接続される。
上述したように、発光素子３２１のパッド５２１と駆動回路チップ７３１の導電性バンプ９４２とは一対一で互いに電気的に接続される。また、駆動回路チップ７３１は、導電性バンプグループ９４１、コネクタ７００のパッド９３１及び９３０、及びボンディングワイヤ３６１を介して、基板３１１上の他の素子に電気的に接続される。このように、駆動回路チップ７３１は発光素子３２１と通じ、制御することができるとともに、基板３１１上の他の素子とも伝達可能になる。
上述した第１の実施形態と同様に、フリップチップ型の駆動回路チップを含む本実施形態のＬＥＤモジュールも、マイクロリソグラフィ及びエッチングプロセスにより、あるいは印刷又はインクジェットプロセスにより、回路を形成することができるため、５０マイクロメートル未満までピッチを狭めることができる。その上、発光素子と駆動回路チップとのワイヤボンディング作業を要さないため、組立が容易で効果的である。さらに、一般的にボンディングパッドの面積がＬＥＤ装置の面積の大部分を占める従来技術に比べ、本発明のフリップチップ実装手段を用いることにより、ＬＥＤ装置の寸法を最高で３０％まで削減することができる。これにより、材料費を大幅に減じることができる。
本発明の上記実施形態はＬＥＤモジュールを例示しているが、ＬＣＤ装置やレーザモジュール等の他の発光モジュールに本発明のフリップチップ実装手段を用い、解像度の向上、組立の容易化、小型化といった目的を達成することもできる。印刷機、コピー機、スキャナ等の画像処理装置に使用するため、上述の基板はプリント回路基板やセラミック基板等であり、発光素子は発光ダイオード、液晶ディスプレイ素子、レーザ光源素子等である。
以上、現在において最も実用的で好ましいと考えられる実施形態について本発明を説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、付記される請求項の最広義な解釈による趣旨及び範囲内における種々の変更及び同様の配置をも含むものであり、そのような変更及び同様の構造全てを包含する。
従来の発光モジュールのパッケージ構造を部分的に示す概略斜視図。 図１のパッケージ構造の概略側面図。 本発明の一実施形態による発光モジュールのパッケージ構造を部分的に示す概略斜視図。 図３のパッケージ構造の概略断面図。 図３の発光モジュールの一例を概略的に示す上方から見た分解斜視図。 図５ａのＡで示される部分を拡大した図。 図５ａの発光モジュールを組み立てた構造を上方から見た概略斜視図であって、隠れたワイヤを破線で示した図。 図６ａのＢで示される部分を拡大した図。 本発明の別の実施形態による発光モジュールのパッケージ構造を部分的に示す概略斜視図。 図７のパッケージ構造の概略断面図。 図７の発光モジュールの一例を概略的に示す上方から見た分解斜視図。 図９ａのCで示される部分を拡大した図。 図９ａの発光モジュールを組み立てた構造を上方から見た概略斜視図であって、隠れたワイヤを破線で示した図。
符号の説明
３１１ 基板
３２１ 発光素子
３３１ 駆動回路チップ
３４１ フリップチップコネクタ
３４２ 導電性バンプ
３６１ ボンディングワイヤ
５１１ ワイヤ
５２１ ボンドパッド
５３１ ボンドパッド
５４１ ボンドパッド
７００ コネクタ
７３０ 主回路
７３１ 駆動回路チップ
９３０ パッド
９３１ パッド
９４１ 導電性バンプ
９４２ 導電性バンプ

Claims (7)

  1. 発光モジュールであって、
    基板と、
    前記基板に取り付けられた発光素子と、
    前記基板に取り付けられたコネクタと、
    前記発光素子を制御するための主回路及び複数の導電性バンプを有するフリップチップ型の駆動回路チップとを備え、
    前記複数の導電性バンプは、前記フリップチップ型の駆動回路チップが前記発光素子及び前記コネクタの上にブリッジとして配置されたとき、前記発光素子及び前記コネクタの両方に電気的に接続され、それにより、前記主回路を前記発光素子及び前記コネクタと通じさせることを特徴とする発光モジュール。
  2. 前記フリップチップ型の駆動回路チップは、電気的に相互接続された前記主回路及び前記導電性バンプが形成された回路基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  3. 前記発光素子及び前記コネクタはさらに、前記フリップチップ型の駆動回路チップが前記発光素子及び前記コネクタの上に前記ブリッジとして配置されたときに前記フリップチップ型の駆動回路チップの前記導電性バンプと直接に接触する複数のボンドパッドをそれぞれ備えることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  4. 前記導電性バンプは、前記主回路と共にリソグラフィ及びエッチングプロセスにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  5. 前記コネクタは前記基板にワイヤで接続された複数のボンドパッドを備えることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  6. 発光モジュールであって、
    基板と、
    前記基板に取り付けられた駆動回路チップと、
    前記基板に取り付けられた発光素子と、
    複数の導電性バンプ及びワイヤを有するフリップチップコネクタとを備え、
    前記複数の導電性バンプ及びワイヤは、前記フリップチップコネクタが前記駆動回路チップ及び前記発光素子の上にブリッジとして配置されたときに前記駆動回路チップ及び前記発光素子の両方に電気的に接続され、それにより、前記駆動回路チップを前記発光素子と通じさせることを特徴とする発光モジュール。
  7. 前記フリップチップコネクタの前記導電性バンプは、前記駆動回路チップのボンドパッド及び前記発光素子のボンドパッドと直接に接触することを特徴とする請求項６に記載の発光モジュール。
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