JP2015189037A - 半導体装置、露光ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造でありながら、発光部から発せられる光の反射を従来と比して一段と抑制し得るようにする。【解決手段】発光部４２が形成されている表面４１より低い段差部４５にワイヤボンディング用パッド４７を形成し、このワイヤボンディング用パッド４７上にＡｕワイヤ４９のボール部５０を形成するようにした。こうすることで、発光部４２から発せられる光の放射範囲外にボール部５０を退避させることができ、発光部４２から発せられる光がボール部５０に反射することを防ぐことができる。さらに、表面４１より低い段差部４５を形成するだけであり、従来のように遮光壁を形成する必要がないので、簡易な構造でありながら、発光部４２から発せられる光の反射を極力抑えることができる。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置、露光ヘッド及び画像形成装置に関するものであり、例えば、複数個の発光素子アレイチップが基板上に並べて実装されたプリントヘッドに適用して好適なものである。

従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）プリンターなどに用いられるＬＥＤプリントヘッドは、プリント配線基板上に複数の半導体発光素子アレイチップが実装された構造を有している。各半導体発光素子アレイチップの表面には、複数の発光部が一次元アレイ状に配列されているとともに、ワイヤボンディング用パッドが形成されている。そして、プリント配線基板上には、例えば、発光部が一定の配列ピッチで主走査方向に並ぶように複数の半導体発光素子アレイチップが千鳥状に並べて実装されている。

半導体発光素子アレイチップは、主走査方向の両端部分が、ワイヤボンディング用パッドの形成領域となっていて、この領域より中央側が、発光部の形成領域となっている。そして、この半導体発光素子アレイチップは、ワイヤボンディング用パッドの形成領域が、隣接する半導体発光素子アレイチップの発光部の形成領域と副走査方向に対向するようにして千鳥状に実装される。

このようなＬＥＤプリントヘッドの場合、隣接する半導体発光素子アレイチップの副走査方向の間隔を極力狭くすることが望ましいが、狭くすればするほど、副走査方向に対向する位置にある発光部と、ワイヤボンディング用パッドとが接近することになり、発光部からの放射光が、ワイヤボンディング用パッドに接続されるＡｕワイヤに反射する可能性が大きくなる。特に、Ａｕワイヤの、ワイヤボンディング用パッドとの接続部は、例えば、Ａｕワイヤの他の部分と比較して大きく、反射し易い。実際、発光部からの反射光が、Ａｕワイヤの接続部で反射してしまうと、この反射した光によって、例えば、感光体ドラムの意図しない部分が露光され、この結果、印刷結果に筋や線などが入ってしまう。

そこで従来、半導体発光素子アレイチップの表面に、ワイヤボンディング用パッドと隣接する半導体発光素子アレイチップの発光部との間を遮る為の、発光部より高い遮光壁を形成することで、発光部からの放射光がＡｕワイヤの接続部に届くのを防いで、接続部による反射を防止したものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２９４８７６号公報

上述のように、半導体発光素子アレイチップの表面に遮光壁を形成する場合、発光部からの放射光がＡｕワイヤの接続部に反射することを防ぐ一方で、発光部からの放射光がこの遮光壁に反射してしまう。ゆえに、従来技術では、この遮光壁の発光部と対向する壁面を祖面にして且つ所定の角度に傾けることで、遮光壁による反射を抑制するようになっている。しかしながら、遮光壁を設けている以上、反射を完全に防ぐことはできず、また、半導体発光素子アレイチップの表面に、壁面が祖面で所定の角度に傾けられた遮光壁を形成する為、半導体発光素子アレイチップの構造が複雑になってしまう。

本発明は以上の点を考慮したもので、簡易な構造でありながら、発光部から発せられる光の反射を従来と比して一段と抑制し得る半導体装置、露光ヘッド及び画像形成装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、半導体素子でなる発光部が表面に設けられた半導体チップと、複数の前記半導体チップが千鳥状に並べて実装される基板とを備え、前記半導体チップには、隣接する半導体チップと対向する対向面とは反体の非対向面側に、前記発光部が設けられている表面より低い低面部が形成されていて、当該低面部に、前記基板と前記チップの発光部とをワイヤで接続する為のワイヤボンディング用パッドが形成され、当該ワイヤボンディング用パッド上に、前記ワイヤの接続部が形成されるようにした。

このように、本発明では、発光部が形成されている表面より低い低面部にワイヤボンディング用パッドを形成し、このワイヤボンディング用パッド上にワイヤの接続部を形成するようにした。こうすることで、発光部から発せられる光の放射範囲外にワイヤの接続部を退避させることができ、発光部から発せられる光がワイヤの接続部に反射することを防ぐことができる。さらに、本発明では、半導体チップの表面より低い低面部を形成するだけであり、従来のように遮光壁を形成する必要がないので、簡易な構造でありながら、発光部から発せられる光の反射を極力抑えることができる。

本発明によれば、発光部から発せられる光がワイヤの接続部に反射することを防ぐことができるとともに、簡易な構造でありながら、発光部から発せられる光の反射を極力抑えることができる。かくして、簡易な構造でありながら、発光部から発せられる光の反射を従来と比して一段と抑制し得る半導体装置、露光ヘッド及び画像形成装置を実現できる。

第１の実施の形態におけるＬＥＤプリンターの全体構成を示す略断面図である。 第１の実施の形態におけるＬＥＤプリントヘッドの構成を示す略線図である。 第１の実施の形態におけるＣＯＢの構成を示す略線図である。 比較用ＣＯＢの構成を示す略線図である。 第１の実施の形態における発光部から放射される光の放射角を示す略断面図である。 第２の実施の形態におけるＣＯＢの構成（１）を示す略線図である。 第２の実施の形態におけるＣＯＢの構成（２）を示す略線図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、これを実施の形態と呼ぶ）について、図面を用いて詳細に説明する。

［１．第１の実施の形態］
［１−１．ＬＥＤプリンターの全体構成］
図１に、ＬＥＤプリンターの全体構成の概略を示す。この図１に示すように、ＬＥＤプリンター１は、略箱型の筐体２を有している。尚、以下の説明では、筐体２の正面から見て左側を筐体２の左側、筐体２の正面から見て右側を筐体２の右側とする。また、筐体２の左側から右側への方向を右方向、筐体２の右側から左側への方向を左方向、筐体２の下側から上側への方向を上方向、筐体２の上側から下側への方向を下方向、筐体２の背面側から正面側への方向を前方向、筐体２の正面側から背面側への方向を後ろ方向とする。

この筐体２内には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色の画像を、電子写真方式を用いて形成する４つのプロセスユニット３Ａ〜３Ｄが設けられている。４つのプロセスユニット３Ａ〜３Ｄは、記録媒体Ｐの搬送経路４に沿って前後方向に並べて配置されている。

各プロセスユニット３Ａ〜３Ｄは、像担持体としての感光体ドラム５と、この感光体ドラム５の周囲に配置され、感光体ドラム５の表面を帯電させる帯電装置６と、帯電された感光体ドラム５の表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置７を有している。この露光装置７には、光源として後述するＬＥＤプリントヘッド８（図２参照）が搭載されている。さらに、各プロセスユニット３Ａ〜３Ｄは、静電潜像が形成された感光体ドラム５の表面にトナーを供給して静電潜像を現像することにより感光体ドラム５の表面にトナー像を形成する現像装置９と、感光体ドラム５の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置１０とを有している。尚、感光体ドラム５は、図示しない駆動源及びギヤなどからなる駆動機構によって図中時計回り方向に回転するようになっている。

また、筐体２内には、用紙などの記録媒体Ｐを収納する用紙カセット１１が設けられ、さらにこの用紙カセット１１の近傍に、用紙カセット１１に収納されている記録媒体Ｐを１枚ずつ分離して搬送する為のホッピングローラ１２が設けられている。さらに、筐体２内には、搬送経路４の、ホッピングローラ１２とプロセスユニット３Ａ〜３Ｄとの間に、ピンチローラ１３、１４と、記録媒体Ｐを挟み付け、ピンチローラ１３、１４とともに記録媒体Ｐの斜行を修正してプロセスユニット３Ａ〜３Ｄに搬送するレジストローラ１５、１６が設けられている。ホッピングローラ１２及びレジストローラ１５、１６は、図示しない駆動源に連動して回転するようになっている。

さらに、筐体２内には、プロセスユニット３Ａ〜３Ｄの各々の感光体ドラム５の下側に、搬送経路４を挟んで感光体ドラム５と対向配置される転写ローラ１７が設けられている。転写ローラ１７は、半導電性のゴムなどから構成されている。ＬＥＤプリンター１では、感光体ドラム５上のトナー像が記録媒体Ｐ上に転写されるように、感光体ドラム５の電位と転写ローラ１７の電位が設定されている。

さらに、筐体２内には、プロセスユニット３Ａ〜３Ｄより搬送経路４の下流側に、定着装置１８が設けられ、さらにこの定着装置１８より搬送経路４の下流側に、記録媒体Ｐを、筐体２の上面に設けられたスタッカ１９へと排出する為の排出ローラ２０、２１及び２２、２３が設けられている。

ＬＥＤプリンター１は、このような構成でなり、用紙カセット１１に収納された記録媒体Ｐが、ホッピングローラ１２により１枚ずつ分離され、搬送経路４に沿って搬送される。このとき、記録媒体Ｐは、ピンチローラ１３、１４及びレジストローラ１５、１６を通過して、さらに、４つのプロセスユニット３Ａ〜３Ｄを順に通過する。記録媒体Ｐは、４つのプロセスユニット３Ａ〜３Ｄを順に通過する際、各々の感光体ドラム５と転写ローラ１７の間を通過することにより、各色のトナー像が順に転写される。そして、記録媒体Ｐは、定着装置１８によって加熱及び加圧されることにより各色のトナー像が定着させられた後、排出ローラ２０〜２３によってスタッカ１９へと排出される。

［１−２．ＬＥＤプリントヘッドの構成］
次に、プロセスユニット３Ａ〜３Ｄの各々の露光装置７に搭載されるＬＥＤプリントヘッド８の構成について説明する。図２に、ＬＥＤプリントヘッド８の外観と、その断面を示す。この図２に示すように、ＬＥＤプリントヘッド８は、断面略コの字型で棒状のフレーム３０を有している。このフレーム３０は、例えば、アルミ、板金あるいは液晶ポリマーなどの樹脂から構成されている。尚、ここでは、説明を分かり易くする為、コの字の開口側をフレーム３０の下側、反対側を上側とする。

フレーム３０の下側には、開口３１がフレーム３０の長手方向に沿って形成されている。また、フレーム３０の上側には、下側の開口３１まで貫通する孔３２が、フレーム３０の長手方向に沿って形成されている。このフレーム３０には、下側の開口３１に嵌合するようにして、ＣＯＢ（Chip On Board）３３が組み込まれている。ＣＯＢ３３は、長方形板状のプリント配線基板３４の表面に、複数の半導体発光素子アレイチップ３５がプリント配線基板３４の長手方向に沿って千鳥状に並べて配置された構成を有している。ＣＯＢ３３は、プリント配線基板３４の表面が、フレーム３０の内側を向くようにして組み込まれ、組み込まれたときに、表面の半導体発光素子アレイチップ３５が、フレーム３０上側の孔３２と対向するようになっている。尚、矢印αで示すＣＯＢ３３の長手方向が主走査方向、ＣＯＢ３３の短手方向が副走査方向となっている。

さらに、このフレーム３０には、上側の孔３２に挿入されるようにして、直方体形状のロッドレンズアレイ３６が組み込まれている。このロッドレンズアレイ３６は、半導体発光素子アレイチップ３５から発光される光を正立等倍像として感光体ドラム５上に結像する為のものであり、プリント配線基板３４上の半導体発光素子アレイチップ３５と対向する一面が、半導体発光素子アレイチップと所定の間隔Ｌを隔てるとともに、他面側がフレーム３０の孔３２から外側に突出するようになっている。尚、ロッドレンズアレイ３６と半導体発光素子アレイチップ３５との距離Ｌは、ロッドレンズアレイ３６が半導体発光素子アレイチップ３５上に焦点を結ぶように設計及び調整されている。

ＬＥＤプリントヘッド８は、このような構成でなり、実際、フレーム３０から突出しているロッドレンズアレイ３３の他面が、感光体ドラム５の表面と対向するようにして、プロセスユニット３Ａ〜３Ｄの各々に取り付けられるようになっている。

ここで、ＣＯＢ３３を構成するプリント配線基板３４と、このプリント配線基板３４上に設けられた半導体発光素子アレイチップ３５についてさらに詳しく説明する。図３に、ＣＯＢ３３の外観と断面を示す。この図３に示すように、プリント配線基板３４の表面には、導電性あるいは絶縁性の接着剤４０を用いて複数の長方形板状の半導体発光素子アレイチップ３５が矢印αで示す主走査方向に沿って千鳥状に並べて実装されている。このとき、隣接する２つの半導体発光素子アレイチップ３５は、主走査方向と平行な端面同士を副走査方向に対向させるようにして実装される。

各半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１には、例えばＧａＡｓ化合物半導体を主材料とする発光ダイオードからなる複数の発光部４２が、例えば６００ｄｐｉ（約４２．３ｕｍピッチ）あるいは１２００ｄｐｉ（約２１．２ｕｍピッチ）の配列ピッチＤ１で一次元アレイ状に配列されている。この発光部４２は、Ｐ型半導体とＮ型半導体をＰＮ接合してなるＬＥＤ構造とすることができ、またＰＮＰＮ接合あるいはＮＰＮＰ接合してなるサイリスタ構造とすることもできる。

発光部４２は、半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１の、隣接する半導体発光素子アレイチップ３５と対向する主走査方向と平行な対向面寄りに、主走査方向に沿って配列されている。また、半導体発光素子アレイチップ３５は、主走査方向の両端側に、最端の発光部４２の位置から主走査方向に例えば１００ｕｍから５００ｕｍ延伸されてなる延伸部分４３を有している。尚、最端の発光部４２を他の発光部４２とは区別する為に、以下、最端発光部４２ｘと呼ぶことにする。

半導体発光素子アレイチップ３５の両端の延伸部分４３には、それぞれ隣接する半導体発光素子アレイチップ３５と対向する対向面とは反対の面（これを非対向面と呼ぶ）側に、表面４１より一段低い四角形状の段差面４４を有するテラス状の段差部４５が形成されている。この段差部４５は、主走査方向においては最端発光部４２ｘ近傍から延伸部分４３の先端に亘って形成され、副走査方向においては延伸部分４３の非対向面から副走査方向のほぼ中央に亘って形成され、深さ方向においては半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１から例えば２０ｕｍ〜２００ｕｍ掘り下げて形成されている。

さらに段差部４５の段差面４４上には、ＳｉあるいはＳｉ０２などからなる絶縁膜４６が形成され、この絶縁膜４６上に、複数（例えば２個）のワイヤボンディング用パッド４７が主走査方向に沿って所定の間隔を隔てて形成されている。尚、ワイヤボンディング用パッド４７は、少なくとも、延伸部分４３の表面（すなわち壁部の上面）４１よりは低くなるように形成される。また、このように、主走査方向に延伸されてなる延伸部分４３にワイヤボンディング用パッド４７を形成するようにしたことで、半導体発光素子アレイチップ３５の副走査方向の長さを短くすることができ、１ウェハから切り出せるチップの数を多くすることができる。

上述の段差部４５を形成する方法として、半導体発光素子アレイチップ３５がＧａＡｓ基板から構成される場合、まず、ウェハから切り出された長方形板状の半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１の段差部４５となる領域外をフォトレジストなどで保護する。次に、ＣＦ４ドライエッチングなどを用いて、段差部４５となる領域内のパッシベーション膜、あるいは層間絶縁膜などを取り除くことでＧａＳａ基板を露出させる。そして、露出させたＧａＳａ基板を、塩素系ガスなどを用いたケミカルドライエッチング、あるいは硫酸、過酸化水素水及び水などの混合液からなるエッチャントを用いたウエットエッチングにより、例えば２０ｕｍ〜２００ｕｍエッチングする。こうすることで、半導体発光素子アレイチップ３５に段差部４５が形成される。最後に、半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１を保護しているフォトレジスタを除去する。

一方、半導体発光素子アレイチップ３５がＳｉからなるＩＣ駆動回路基板によって構成される場合、半導体発光素子アレイチップ３５の段差部４５となる領域内には回路を形成しないように設計しておく。そのうえで、半導体発光素子アレイチップ３５がＧａＳａ基板から構成される場合の方法と同様、半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１の段差部４５となる領域外をフォトレジストなどで保護しておき、ＣＦ４ドライエッチングなどを用いて、段差部４５となる領域内のパッシベーション膜、あるいは層間絶縁膜などを取り除くことでＳｉ基板を露出させる。そして、露出させたＳｉ基板を、ＳＦ６などのガスを用いたケミカルドライエッチングにより、２０ｕｍ〜２００ｕｍエッチングする。こうすることで、半導体発光素子アレイチップ３５に段差部４５が形成される。最後に、半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１を保護しているフォトレジスタを除去する。

ここで、段差部４５に形成されるワイヤボンディング用パッド４７は、発光部４２と電気的に接続する必要がある。この為、段差部４５の段差面４４と、半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１とを繋ぐ壁面は、例えば表面４１から段差面４４へと傾斜するスロープ形状となっている。そして、このスロープ形状の壁面上に薄膜配線が形成されていて、この薄膜配線により発光部４２とワイヤボンディング用パッド４７が電気的に接続されるようになっている。

因みに、スロープ形状の壁面は、例えば、フォトリソグラフィにより形成可能な有機絶縁膜により形成することができる。あるいは半導体発光素子アレイチップ３５がＧａＳａ基板から構成される場合、段差部４５を形成する際に、ウエットエッチングによる垂直方向、及び水平方向のエッチングレートを調整することでエッチング端面（すなわち壁面）をスロープ形状とすることもできる。さらに、半導体発光素子アレイチップ３５がＳｉ基板から構成される場合、ドライエッチングによる垂直方向、及び水平方向のエッチングレートを調整することで、エッチング端面（壁面）をスロープ形状とすることもできる。

このようにして段差部４５が形成された半導体発光素子アレイチップ３５は、例えばＣＥＭ３（Composite epoxy material３）、あるいはＦＲ４（Flame retardant４）などからなるプリント配線基板３４上に、接着剤４０を介して、主走査方向に沿って千鳥状に並べて実装される。このとき、各々の延伸部分４３は、隣接する半導体発光素子アレイチップ３５の延伸部分４３より中央に位置する発光部４２と副走査方向に対向することになる。

また、その際、隣接する半導体発光素子アレイチップ３５の各々の最端発光部４２ｘの主走査方向の間隔Ｄ２が、半導体発光素子アレイチップ３５上の発光部４２の配列ピッチＤ１と等しくなるように、半導体発光素子アレイチップ３５がプリント配線基板３４上に実装される。

くわえて、隣接する２つの半導体発光素子アレイチップ３５の各々の発光部４２の副走査方向の間隔Ｄ３が極力狭くなるように、半導体発光素子アレイチップ３５をプリント配線基板３４上に実装することが望ましい。これは、千鳥状に並べて実装される半導体発光素子アレイチップ３５の各々の発光部４２とロッドレンズアレイ３６との副走査方向の位置関係を極力近づけることで、半導体発光素子アレイチップ３５の発光部４２間のロッドレンズアレイ３６における光伝達効率の差を極力小さくし、その結果として、半導体発光素子アレイチップ３５間の光量差を極力小さくする為である。

また、隣接する２つの半導体発光素子アレイチップ３５の各々の発光部４２の副走査方向の間隔Ｄ３を極力狭くする為には、隣接する２つの半導体発光素子アレイチップ３５同士の間隔Ｄ４も極力狭くすることが望ましい。そして、このように、隣接する２つの半導体発光素子アレイチップ３５同士の間隔Ｄ４を狭くすることにともなって、半導体発光素子アレイチップ３５の延伸部分４３に形成されているワイヤボンディング用パッド４７と、隣接する半導体発光素子アレイチップ３５の発光部４２との距離も狭くなる。実際、発光部４２の中心と、副走査方向に対向するワイヤボンディング用パッド４７の中心との距離は、設計値で例えば１００ｕｍ程度とされる。

一方で、プリント配線基板３４上には、ワイヤボンディング用パッド４８が、各半導体発光素子アレイチップ３５上のワイヤボンディング用パッド４７と一対に形成されている。プリント配線基板３４上のワイヤボンディング用パッド４８は、各半導体発光素子アレイチップ３５上の各ワイヤボンディング用パッド４７と副走査方向に所定の間隔を隔てて形成されている。

そして、各半導体発光素子アレイチップ３５上のワイヤボンディング用パッド４７と、プリント配線基板３４上の対になるワイヤボンディング用パッド４８とが、Ａｕワイヤ４９を用いて結線される。その際、半導体発光素子アレイチップ３５上のワイヤボンディング用パッド４７側をボールボンディング、あるいはステッチボンディングすることになるが、ワイヤボンディング用パッド４７の面積を小さくする為には、一般的にボールボンディングすることが望ましい。実際、ボールボンディングする場合、ワイヤボンディング用パッド４７の面積は、例えば５０ｕｍ角まで縮小化することができ、ワイヤボンディング用パッド４７との接続部となるＡｕワイヤ４９のボール部５０は、例えば、φ５０ｕｍで高さ２０ｕｍ以上の略半球体状とすることができる。この場合、ワイヤボンディング用パッド４８が形成される段差部４５は、ボール部５０の高さよりも、段差面４４までの深さが深くなっていて、これにより、ボール部５０の上端が、半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１より上方に突出しないようになっている。尚、ワイヤボンディング用パッド４８の厚さも考慮して、表面４１から段差面４４までの深さが、ボール部５０の高さとワイヤボンディング用パッド４８の厚さとを足した長さより深くするようにしてもよい。

一方で、図は省略するが、ステッチボンディングする場合、ワイヤボンディング用パッド４７の面積は、約８０ｕｍ角以上とすることが望ましい。そして、ワイヤボンディング用パッド４７との接続部となるＡｕワイヤ４９のステッチ部は、例えば、Ａｕワイヤ４９の径以下の高さとすることができる。この場合、ワイヤボンディング用パッド４８が形成される段差部４５は、ステッチ部の高さよりも、段差面４４までの深さが深くなっていて、これにより、ステップ部の上端が、半導体発光素子アレイチップ３５の表面４１より上方に突出しないようになっている。

さらに、プリント配線基板３４に、データ書き込み用のＲＯＭ（図示せず）、チップコンデンサ（図示せず）、及びＬＥＤプリンター１側とのデータ入出力用のコネクタ（図示せず）などを実装することで、ＬＥＤプリントヘッド８用のＣＯＢ３３が構成される。そして、このＣＯＢ３３が、上述したように、ＬＥＤプリントヘッド８のフレーム３０に組み込まれる。

［１−３．第１の実施の形態の効果］
ここで、半導体発光素子アレイチップ３５に段差部４５を形成したことによる効果について説明する。尚、ここでは、段差部４５の無い半導体発光素子アレイチップを有するＣＯＢを比較対象として、本実施の形態の効果を説明する。

まず、図４に、段差部４５の無い半導体発光素子アレイチップ６０がプリント配線基板６１上に千鳥実装された比較用ＣＯＢ６２を示す。この比較用ＣＯＢ１２２は、半導体発光素子アレイチップ６０に段差部４５が形成されていない点を除けば、上述した第１の実施の形態のＣＯＢ３３と同様の構成である。

簡単に説明すると、比較用ＣＯＢ６２は、プリント配線基板６１の表面に、接着剤６３を用いて、複数の半導体発光素子アレイチップ６０が千鳥状に並べて実装されている。その際、隣接する半導体発光素子アレイチップ６０の各々の最端発光部６４ｘの間隔Ｄ２が、半導体発光素子アレイチップ６０上の発光部６４の配列ピッチＤ１と等しくなるように、半導体発光素子アレイチップ６０がプリント配線基板６１上に実装される。

また、その際、隣接する半導体発光素子アレイチップ６０の各々の発光部６４の副走査方向の間隔Ｄ３は、組み合わせるロッドレンズアレイ３６との副走査方向の位置関係を極力近づけることが望ましく、実際、例えば５０ｕｍから１００ｕｍ前後とされる。また、この為、隣接する半導体発光素子アレイチップ６０同士の間隔Ｄ４も極力狭くすることが望ましく、実際、比較用ＣＯＢ６２は、隣接する半導体発光素子アレイチップ６０同士の間隔Ｄ４が例えば１０ｕｍから５０ｕｍの間となるように設計されている。

この結果、半導体発光素子アレイチップ６０の延伸部分６５に形成されているワイヤボンディング用パッド６６と、隣接する半導体発光素子アレイチップ６０の発光部６４との距離が近くなり、これにともなって、ワイヤボンディング用パッド６６に接続されるＡｕワイヤ６７と、発光部６４との距離も近くなる。

さらに、プリント配線基板６１上には、複数のワイヤボンディング用パッド６８が、半導体発光素子アレイチップ６０のワイヤボンディング用パッド６６と一対に形成されていて、半導体発光素子アレイチップ６０のワイヤボンディング用パッド６６と、プリント配線基板６１のワイヤボンディング用パッド６８とが、Ａｕワイヤ６７により結線されている。尚、上述したように、ワイヤボンディング用パッド６６の面積を極力小さくする為には、ボールボンディングによりＡｕワイヤ６７を結線することが望ましく、この場合、Ａｕワイヤ６７の接続部となるボール部６９の高さは一般的に２０ｕｍ以上となる。

この比較用ＣＯＢ６２のように、半導体発光素子アレイチップ６０を千鳥状に並べて実装する場合、隣接する半導体発光素子アレイチップ６０の各々の延伸部分６５も千鳥配置となる。すなわち、各半導体発光素子アレイチップ６０の延伸部分６５が、隣接する半導体発光素子アレイチップ６０の延伸部分６５より中央側の部分（すなわち発光部６４が形成されている部分）と副走査方向に対向するようにして実装される。

そして、この場合、発光部６４側から副走査方向に対向する延伸部分６５側を見ると、この延伸部分６５上のワイヤボンディング用パッド６６に形成されるＡｕワイヤ６７のボール部６９のほぼ全体が露になっていることになる。ゆえに、Ａｕワイヤ６７のボール部６９は、発光部６４から放射される光の放射角範囲内に位置することになる為、発光部６４からの出射光が、Ａｕワイヤ６７のボール部６９へと届いて反射してしまう。

これに対して、本実施の形態のＣＯＢ３３の場合、半導体発光素子アレイチップ３５の各々の発光部４２の副走査方向の間隔Ｄ３や、隣接する２つの半導体発光素子アレイチップ３５同士の間隔Ｄ４は、比較用ＣＯＢ６２と同じとする一方で、図５に示すように、ワイヤボンディング用パッド４７を、発光部４２が形成されている表面４１より少なくともボール部５０の高さより深く（例えば２０ｕｍから２００ｕｍ）掘り下げた段差部４５の段差面４４に形成するようにした。

こうすることで、半導体発光素子アレイチップ３５のワイヤボンディング用パッド４７上に形成されるボール部５０は、副走査方向に隣接する半導体発光素子アレイチップ３５の発光部４２が形成されている表面４１より低い位置に形成されることになり、発光部４２から放射される光の放射角範囲外に位置することになる。そして、このように、ボール部５０を発光部４２から放射される光の放射角範囲外へと退避させるようにしたことで、発光部４２から放射される光がボール部５０に反射することを抑制することができる。

尚、本実施の形態のＣＯＢ３３では、従来技術のように、半導体発光素子アレイチップの表面に発光部より高い遮光壁を形成することでボール部による反射を防ぐのではなく、半導体発光素子アレイチップ３５の表面を掘り下げた段差部４５にワイヤボンディング用パッド４７を形成してワイヤボンディング用パッド４７上のボール部５０を発光部４２から放射される光の放射角範囲側へと退避させることでボール部５０による反射を防ぐようにした。すなわち、本実施の形態のＣＯＢ３３は、遮光壁のような光を反射する部位を別途形成しない為、発光部４２からの光が遮光壁に反射しないようにする工夫などを必要とせず、表面４１より低い段差部４５を有するだけの簡易な構造でありながら、ボール部５０による反射を従来と比して一段と抑制することができる。

実際、比較用ＣＯＢ６２のように、発光部６４からの出射光がＡｕワイヤ６７のボール部６９に届いて反射してしまうと、この反射した光によって、例えば、感光体ドラム５の意図しない部分が露光され、この結果、印刷結果に筋や線などが入ってしまい、印刷品質が低下してしまう。つまり、本実施の形態のＣＯＢ３３では、発光部４２からの出射光がＡｕワイヤ４９のボール部５０に反射することを抑制することで、印刷結果に筋や線が入ってしまうことを防ぐことができ、より高品位な印刷が可能となっている。

尚、本実施の形態では、ワイヤボンディング用パッド４７と接続するＡｕワイヤ４９のボンディング方法としてボールボンディングを用いるようにしたが、ステッチボンディングを用いるようにしてもよい。このようにステッチボンディングを用いる場合、一般的には、ワイヤボンディング用パッドの面積を、ボールボンディングを用いる場合と比して大きく形成する必要がある。この為、半導体発光素子アレイチップ３５のチップ幅も、ボールボンディングを用いる場合と比して大きくなってしまうが、一方で、ステッチ部の高さをボール部５０の高さより低くすることができる為、光の反射を一段と抑制することができ、且つ段差部４５の深さを例えば１０ｕｍ前後へと浅くすることができる。

ここまで説明したように、本実施の形態のＣＯＢ３３によれば、半導体発光素子アレイチップ３５をプリント配線基板３４上に接着剤４０を用いて千鳥状に並べて実装する構造において、簡易な構造でありながら、半導体発光素子アレイチップ３５の発光部４２から放射される光が、隣接する半導体発光素子アレイチップ３５のワイヤボンディング用パッド４７に接続されるＡｕワイヤ４９のボール部５０に反射すること従来と比して一段と抑制することができる。そして、このＣＯＢ３３を実装したＬＥＤプリントヘッド８をＬＥＤプリンター１に用いることで、印刷結果に筋や線が入ってしまうことを防ぐことができ、より高品位な印刷が可能となる。

［２．第２の実施の形態］
次に第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態の半導体発光素子アレイチップ３５に、段差部を追加した実施の形態であり、ＬＥＤプリンター１の全体構成の概略、及びＬＥＤプリントヘッド８の基本的な構成については、第１の実施の形態と同様である為、説明を省略する。ゆえに、ここでは、ＣＯＢについて詳しく説明する。

［２−１．ＣＯＢの構成］
図６及び図７に、第２の実施の形態のＣＯＢ１００の外観と断面を示す。尚、図７は、ＣＯＢ１００の一部を拡大して、且つ説明を簡単にする為に、プリント配線基板１０１と半導体発光素子アレイチップ１０２とを接続するＡｕワイヤ１０３を省略したものである。この図６及び図７に示すように、プリント配線基板１０１の表面には、第１の実施の形態と同様、導電性あるいは絶縁性の接着剤１０４を用いて複数の長方形板状の半導体発光素子アレイチップ１０２が矢印αで示す主走査方向に沿って千鳥状に並べて実装されている。このとき、隣接する２つの半導体発光素子アレイチップ１０２は、主走査方向と平行な端面同士を副走査方向に対向させるようにして実装される。

各半導体発光素子アレイチップ１０２は、第１の実施の形態と同様、ＧａＳａ基板あるいはＩＣ駆動回路基板とすることができる。また、半導体発光素子アレイチップ１０２の厚さは例えば２００ｕｍから６００ｕｍとすることができる。各半導体発光素子アレイチップ１０２の表面１０５には、第２の実施の形態と同様、複数の発光部１０６が、例えば６００ｄｐｉ（約４２．３ｕｍピッチ）あるいは１２００ｄｐｉ（約２１．２ｕｍピッチ）の配列ピッチＤ１で一次元アレイ状に配列されている。

発光部１０６は、半導体発光素子アレイチップ１０２の表面１０５の、隣接する半導体発光素子アレイチップ１０２と対向する対向面寄りに、主走査方向に沿って配列されている。また、半導体発光素子アレイチップ１０２は、主走査方向の両端側に、第１の実施の形態と同様、最端発光部１０６ｘの位置から主走査方向に例えば１００ｕｍから５００ｕｍ延伸されてなる延伸部分１０７を有している。

両端の延伸部分１０７には、第１の実施の形態と同様、それぞれ隣接する半導体発光素子アレイチップ１０２と対向する対向面とは反体の非対向面側に、表面１０５より一段低い四角形状の段差面１０８を有するテラス状の段差部１０９が形成されている。さらに、この段差部１０９の段差面１０８上には、第１の実施の形態と同様、絶縁膜１１０が形成され、この絶縁膜１１０上に、複数（例えば２個）のワイヤボンディング用パッド１１１が主走査方向に沿って所定の間隔を隔てて形成されている。

くわえて、この第２の実施の形態では、両端の延伸部分１０７の、対向面側の端部にも、表面１０５より一段低い四角形状の段差面１１２を有するテラス状の段差部１１３が形成されている。この段差部１１３も、半導体発光素子アレイチップ１０２の表面１０５から例えば２０ｕｍ〜２００ｕｍ掘り下げて形成されている。すなわち、延伸部分１０７には、副走査方向の両端側にそれぞれ段差部１０９、１１３が形成されていて、これら２つの段差部１０９、１１３は、間に位置する壁部１１４により副走査方向に分断されている。

対向面側の段差部１１３は、主走査方向においては最端発光部１０６ｘ近傍から延伸部分１０７の先端に亘って形成され、副走査方向においては延伸部分１０７の対向面から内側に２０ｕｍ以上に亘って形成され、深さ方向においては半導体発光素子アレイチップ１０２の表面１０５から例えば２０ｕｍ〜２００ｕｍ掘り下げて形成されている。

このような対向面側の段差部１１３は、非対向面側の段差部１０９と同様の方法、すなわちエッチングで掘り下げることにより形成することができる。また、段差部１０９、１１３は、半導体発光素子アレイチップ１０２の延伸部分１０７上に同時に形成することができる。そして、延伸部分１０７の副走査方向の両端側にそれぞれ段差部１０９、１１３を形成したときに、これら２つの段差部１０９、１１３の間のエッチングされずに残された部分が壁部１１４となる。

さらに、対向面側の段差部１１３の出っ張った角をＲ形状としてもよい。具体的には、図７に示すように、半導体発光素子アレイチップ１０２の主走査方向の一端側において、半導体発光素子アレイチップ１０２の表面１０５と段差面１１２とを繋ぐ壁面のうちの、主走査方向と平行な壁面と、半導体発光素子アレイチップ１０２の主走査方向に直交する端面とで形成される角１１５をＲ形状とするとともに、副走査方向と平行な壁面と、半導体発光素子アレイチップ１０２の副走査方向に直交する対向面とで形成される角１１６をＲ形状とする。他端側についても同様にこれら２つの角１１５、１１６をＲ形状とする。

このようにして段差部１０９、１１３が形成された半導体発光素子アレイチップ１０２は、プリント配線基板１０１上に、接着剤１０４を介して、主走査方向に沿って千鳥状に並べて実装される。このとき、各々の延伸部分１０７は、隣接する半導体発光素子アレイチップ１０２の延伸部分１０７より中央側に位置する発光部１０６と副走査方向に対向することになる。

さらに、このようにして実装される際、隣接する半導体発光素子アレイチップ１０２の各々の発光部１０６の副走査方向の間隔Ｄ３が極力狭くなるように、半導体発光素子アレイチップ１０２をプリント配線基板１０１上に実装することが望ましい。この為、隣接する半導体発光素子アレイチップ１０２同士の間隔Ｄ４も極力狭くすることが望ましく、実際、この間隔Ｄ４は、例えば１０ｕｍから５０ｕｍ程度となっている。

また、接着剤１０４は、ダイボン装置（図示せず）に備えられているスタンプ機能を用いてプリント配線基板１０１上に転写形成することができ、ディスペンサー装置（図示せず）により予めプリント配線基板１０１上に形成することもできる。このとき、接着剤１０４は、半導体発光素子アレイチップ１０２の裏面全体と接するように形成される。

さらに、各半導体発光素子アレイチップ１０２の段差部１０９上のワイヤボンディング用パッド１１１と、プリント配線基板１０１上の対になるワイヤボンディング用パッド１１７とが、Ａｕワイヤ１０３を用いてボールボンディングにより結線される。

そして、プリント配線基板１０１に、データ書き込み用のＲＯＭ（図示せず）、チップコンデンサ（図示せず）、及びＬＥＤプリンター１側とのデータ入出力用のコネクタ（図示せず）などを実装することで、ＬＥＤプリントヘッド８用のＣＯＢ１００が構成される。そして、このＣＯＢ１００が、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤプリントヘッド８のフレーム３０に組み込まれる。

［２−２．第２の実施の形態の効果］
ここで、第２の実施の形態による効果について説明する。尚、半導体発光素子アレイチップ１０２の延伸部分１０７の非対向面側に段差部１０９を設けたことによる効果は、第１の実施の形態と同様である為、詳しい説明は省略する。

この第２の実施の形態では、上述したように、半導体発光素子アレイチップ１０２の延伸部分１０７の非対向面側だけでなく対向面側の端部にも、表面１０５より一段低い段差面１１２を有する段差部１１３を設けるようにした。

こうすることで、本実施の形態のＣＯＢ１００によれば、隣接する半導体発光素子アレイチップ１０２同士の隙間を毛管現象により這い上がってくる接着剤１０４を、半導体発光素子アレイチップ１０２の表面１０５より一段低い段差部１１３の段差面１１２に流れ出すようにして主走査方向に逃がすことで、接着剤１０４が表面１０５まで這い上がってくることを抑制することができるとともに、接着剤１０４が非対向面側の段差部１０９へと流れてその段差面１０８に這い上がってしまうことを防止できる。

これにより、本実施の形態のＣＯＢ１００では、半導体発光素子アレイチップ１０２の表面１０５に形成される発光部１０６が接着剤１０４により汚染されてしまうことを防ぐことができ、また段差面１０８に形成されたワイヤボンディング用パッド１１１が接着剤１０４により汚染されてしまうことや、接着剤１０４により短絡してしまうことを防止できる。

さらに、本実施の形態のＣＯＢ１００では、対向面側の段差部１１３と、非対向面側の段差部１０９とを、エッチングにより半導体発光素子アレイチップ１０２に同時に形成することができるので、工程を増やすことなく、２つの段差部１０９、１１３を形成することができる。

さらに、本実施の形態のＣＯＢ１００によれば、段差部１１３の主走査方向と平行な壁面と、半導体発光素子アレイチップ１０２の主走査方向と直行する端面とで形成される角１１５と、段差部１１３の副走査方向と平行な壁面と、半導体発光素子アレイチップ１０２の副走査方向と直交する端面（対向面）とで形成される角１１６をＲ形状とした。こうすることで、隣接する半導体発光素子アレイチップ１０２と対向する対向面の面積を小さくすることができ、接着剤１０４が表面１０５まで這い上がってくるのを一段確実に防止できるとともに、隣接する半導体発光素子アレイチップ１０２同士の対向面の間を這い上がってこようとする接着剤１０４を、段差面１１２へ、さらに段差面１１２からプリント配線基板１０１上へと流れ出し易くすることができる。

ここまで説明したように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができることにくわえて、接着剤１０４による発光部１０６及びワイヤボンディング用パッド１１１の汚染を防止することができる。

尚、非対向面側の段差部１０９の主走査方向に平行な壁面と、半導体発光素子アレイチップ１０２の主走査方向と直行する端面とで形成される角に、非対向面側の段差部１０９の段差面１０８に接着剤１０４が進入するのを防ぐ為のフード１１８を形成するようにしてもよい。このようにすれば、対向面側の段差面１１２から、プリント配線基板１０１上に流れ出した接着剤１０４が、非対向面側の段差部１０９へと回り込んで、その段差面１０８へと這い上がってくるのを抑制することができ、接着剤１０４によるワイヤボンディング用パッド１１１の汚染を一段と確実に防止できる。

［３．他の実施の形態］
［３−１．他の実施の形態１］
尚、上述した第１の実施の形態では、延伸部分４３の非対向面側に、表面４１より低い低面部としての段差部４５を設け、その段差面４４上にワイヤボンディング用パッド４７を形成するようにしたが、これに限らず、例えば、段差部４５の代わりに、延伸部分４３の非対向面側に凹部（図示せず）を形成するようにして、凹部の底面上にワイヤボンディング用パッドを形成することで、この凹部内にＡｕワイヤ４９のボール部５０を隠すようにしてもよい。この場合、凹部の深さを、ボール部５０の高さより深くするようにすればよい。このような構造でも、発光部４２からの出射光がＡｕワイヤ４９のボール部５０に反射することを抑制することができる。尚、この場合、凹部をワイヤボンディング用パッド４７ごとに形成するようにしてもよいし、凹部の大きさを大きくして、１つの凹部内に、複数のワイヤボンディング用パッド４７を形成するようにしてもよい。第２の実施の形態についても同様である。

［３−２．他の実施の形態２］
また、上述した第１及び第２の実施の形態では、ＬＥＤプリンター１に搭載される露光ヘッドとしてのＬＥＤプリントヘッド８に本発明を適用したが、本発明はこれに限らず、ＬＥＤ以外の発光素子を用いる露光ヘッドに適用することもできる。

さらに、上述した第１及び第２の実施の形態では、半導体装置としてのＣＯＢ３３、１００に本発明を適用したが、これに限らず、基板上に半導体チップを千鳥状に並べて実装するような構造の半導体装置であれば、上述した第１及び第２の実施の形態と同様にして、本発明を適用することができる。

さらに、上述した第１及び第２の実施の形態では、画像形成装置としてのＬＥＤプリンター１に本発明を適用したが、これに限らず、ＬＥＤ以外の発光素子を用いる露光ヘッドを搭載したプリンターや、ファクシミリ、ＭＦＰ（Multi Function Product：複合機）などの画像形成装置に適用することもできる。

さらに、上述した第１及び第２の実施の形態では、ワイヤとしてＡｕワイヤ４９、１０３を用いるようにしたが、これに限らず、導電性のワイヤであれば、Ｃｕワイヤなどを用いるようにしてもよい。

［３−３．他の実施の形態３］
さらに、本発明は、上述した第１及び第２の実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した実施の形態と他の実施の形態の一部または全部を任意に組み合わせた実施の形態や、一部を抽出した実施の形態にもその適用範囲が及ぶものである。

本発明は、例えば、ＣＯＢからなる露光ヘッドなどで広く利用することができる。

１……ＬＥＤプリンター、７……露光装置、８……ＬＥＤプリントヘッド、９……現像装置、３３、６２、１００……ＣＯＢ、３４、６１、１０１……プリント配線基板、３５、６０、１０２……半導体発光素子アレイチップ、４０、６３、１０４……接着剤、４２、６４、１０６……発光部、４３、６５、１０７……延伸部分、４５、１０９、１１３……段差部、４７、４８、６６、６８、１１１、１１７……ワイヤボンディング用パッド、４９、６７、１０３……Ａｕワイヤ、５０……ボール部。

Claims (10)

1. 半導体素子でなる発光部が表面に設けられた半導体チップと、
   複数の前記半導体チップが千鳥状に並べて実装される基板と
   を備え、
   前記半導体チップには、隣接する半導体チップと対向する対向面とは反体の非対向面側に、前記発光部が設けられている表面より低い低面部が形成されていて、当該低面部に、前記基板と前記半導体チップの発光部とをワイヤで接続する為のワイヤボンディング用パッドが形成され、当該ワイヤボンディング用パッド上に、前記ワイヤの接続部が形成されている
   半導体装置。
2. 前記ワイヤは、ボールボンディングによって前記ワイヤボンディングと接続され、
   前記低面部は、前記表面からの深さが、前記ワイヤの接続部となるボール部の高さよりも深くなるように形成される
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ワイヤボンディングは、
   ボールボンディングによってのみワイヤと接続可能なサイズに縮小化されている
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記ワイヤは、ステッチボンディングによって前記ワイヤボンディングと接続され、
   前記低面部は、前記表面からの深さが、前記ワイヤの接続部となるステッチ部の高さよりも深くなるように形成される
   請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記半導体チップの対向面側の端部に、前記発光部が設けられている表面よりも低い段差部が形成されている
   請求項１に記載の半導体装置。
6. 前記半導体チップの対向面側の段差部と、非対向面側の低面部を、エッチングによる掘り下げ加工によって同一工程で形成する
   請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記半導体チップは、ＧａＳａ基板を主材料とするものである
   請求項１に記載の半導体装置。
8. 前記半導体チップは、ＩＣ駆動回路基板上にＧａＳａからなる発光部を集積することにより構成される
   請求項１に記載の半導体装置。
9. 露光の光源となる半導体素子でなる発光部が表面に設けられた半導体チップと、
   複数の前記半導体チップが千鳥状に並べて実装される基板と
   を備え、
   前記半導体チップには、隣接する半導体チップと対向する対向面とは反体の非対向面側に、前記発光部が設けられている表面より低い低面部が形成されていて、当該低面部に、前記基板と前記半導体チップの発光部とをワイヤで接続する為のワイヤボンディング用パッドが形成され、当該ワイヤボンディング用パッド上に、前記ワイヤの接続部が形成されている
   露光ヘッド。
10. 露光の光源となる半導体素子でなる発光部が表面に設けられた半導体チップが、千鳥状に複数個並べて実装される基板を有する露光装置と、
    前記露光装置による露光の結果として得られる潜像を現像することで画像を形成する現像装置とを備え、
    前記半導体チップには、隣接する半導体チップと対向する対向面とは反体の非対向面側に、前記発光部が設けられている表面より低い低面部が形成されていて、当該低面部に、前記基板と前記半導体チップの発光部とをワイヤで接続する為のワイヤボンディング用パッドが形成され、当該ワイヤボンディング用パッド上に、前記ワイヤの接続部が形成されている
    画像形成装置。

Images