JP3222191B2 - Led露光ヘッド - Google Patents

Led露光ヘッド

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は移行する光感知支持体に情報を線
に従って記録するための記録装置に使用するためのLE
D(発光ダイオード)露光ヘッドに関するものである。
【0002】LED露光ヘッドはその中心上に沿ってL
EDダイスの列を装着した複数のサブベース板、そのL
EDダイスの両側における集積回路チップの列、および
集積回路チップを電気コネクタに電気的に接続するため
に集積回路チップの列の板の外側におかれた印刷回路
板、およびLEDの像を光導体の像平面上に焦点合せす
る光学的結像手段とからなるものとして知られている。
LEDダイスはチップ・ツー・チップ接続と呼ばれるも
のを通して集積回路チップに電気的に接続されており、
集積回路チップは同様な方法で回路板に接続されてい
る。
【0003】サブベース板は共通ベースに取り付けられ
るが、それらを組み立てた後に、かつそれらが一つずつ
共通ベースに装着される前に、完全に電気的かつ光学的
に検査することができると言う利点をもたらす。
【0004】サブベース板は通常は良好な電気伝導性お
よび腐蝕防止の観点から金メッキされた軽金属による金
属タイルの形態をとっている。LEDダイス、集積回路
チップおよび印刷回路板は接着剤によってサブベースに
取り付けられる。ここで説明する露光ヘッドの例は米国
特許出願第4536778号に公開されている。
【0005】これらのLED露光ヘッドは以降説明する
ように、LEDダイスから集積回路チップに向けられた
ボンディングワイヤの望ましくない光反射による問題を
生じる。
【0006】サブベースを持たないかわりに、独立した
電子構成部材が印刷導体リードを備えている1個の大き
なセラミック基板上に装着され、ワイヤボンディングが
LEDダイスから基板へ、さらに基板から集積回路チッ
プへと向っている、他のタイプのLED露光ヘッドも知
られている。このタイプの露光ヘッドは望ましくない反
射においては問題が少ないが、2倍の数のボンディング
ワイヤが必要である。代りにLEDダイスは直接集積回
路チップにワイヤボンドされる。この技術は日本特許第
63−28673号において公開されている。
【0007】第1のタイプのLED露光ヘッドおよびさ
らに特に最近のタイプにおける望ましくない光反射の原
因は次のようなものである。
【0008】光伝導体の像平面内にLEDの像を焦点合
せするための自己集束レンズは被写界深度の向上によっ
て入手可能となった。被写界深度の向上は像の質の向上
をもたらしたが、しかし不都合なことに構造物の周辺物
上のLEDの放射ビームの反射のような望ましくない光
の点も、よりはっきりと複写してしまう原因となる。
【0009】さらに厚さが薄くなると言うことは光放出
表面からLEDの裏側への熱的経路が短くなること意味
し、これは能動層(すなわち光放出層)への熱伝達が改
善され、前記の層の作動温度が低下されることを意味す
るのでLEDダイスの厚さはなお薄くなりつつある。L
EDの温度係数は約0.7%/℃なので温度の低下は光
量の増加を意味する。さらにLEDチップの厚さが薄く
なるに従って電気直列抵抗は小さくなる。
【0010】周囲においては、LEDのボンディングパ
ッドを備えた上面は、集積回路チップのボンディングパ
ッドを備えた上面よりも低く配置されるであろうことは
理解されるであろう。
【0011】LEDから集積回路チップへの電気的なワ
イヤ接続は、熱圧着ボンディングの場合における金のよ
うな、または超音波ボンディングの場合におけるアルミ
ニウムのような高反射ワイヤによって作られているの
で、このようなワイヤ、特に一つのパッドから他のパッ
ドへの経路へのループはLEDに垂直な方向に関して従
来よりも小さい角度で走り、このようなループがLED
から発射される光の円錐をさえぎり、このようなループ
のさえぎられた部分上の光の望ましくない反射による危
険が増大することは理解されるであろう。
【0012】LEDの像ビームを妨害する反射をさえぎ
ることによって説明された種類の望ましくない反射を避
けることが可能である。これはLEDに近接して、LE
Dとレンズとの間に延長されたダイヤフラムを設置する
ことによって達成される。このようなダイヤフラムは長
さが310ミリメートルまたはそれ以上、幅が約0.5
から1.0ミリメートルの精密なスロットを備える必要
があるので、それは高価な構成部材であり、その配置は
放射ビームの利用できる部分をさえぎらないようにする
ために非常に精密でなければならないことは理解される
であろう。
【0013】本発明の目的はLEDのパッドと、その集
積回路チップとの間の電気接続上の反射によって束縛さ
れない、改良されたLED露光ヘッドを準備することで
ある。
【0014】本発明によれば移行する光感知支持体に情
報を線に従って記録するための記録装置に使用するため
のLED(発光ダイオード)露光ヘッド、前記露光ヘッ
ドはセンターに沿って一列のLEDダイスが上に装着さ
れている金属ベース板と、LEDダイスの少なくとも一
側における一列の集積回路チップ並びに印刷回路板を電
気的コネクタに電気的に接続するために前記集積回路チ
ップの列の外側における印刷回路板とからなり、LED
ダイスの厚みは集積回路チップのそれよりも小さく、か
つLEDの像を光感知支持体の像平面内に焦点合せする
光学的結像手段を含み、前記ベース板はLEDダイス
を、そのベース板よりも上に、その電気的接合パッドが
集積回路チップの対応する接合パッドのレベルよりも高
いレベルにあるように装着するための隆起したリブを有
し、ワイヤボンドされた電気接続の経路がLEDによっ
て放出された光の円錐と接触しないようになっているL
ED露光ヘッドによって特徴づけられる。
【0015】LEDダイスの下側が、それらが取り付け
られるベース板の位置よりも高い所に位置するような設
備を持ったLED露光ヘッドは日本特許出願第63−2
8673号によって知られている。この特殊な場合にお
いてベース板はセラミック構造であり、示された設備は
近接するLEDの下側に電気接触する電極である。その
LEDは集積回路チップのそれと等しい厚さを有する。
【0016】本発明による隆起したリブは、ベース板の
中央に適宜配置され、LEDダイスのそれとほぼ等しい
幅と、LEDダイスの頂部が集積回路チップの頂面より
も明らかに高くなるような高さを有する。集積回路チッ
プの厚さはLEDダイスの厚さよりも厚いので、呈示さ
れた隆起の高さは相方の構成部材間の高さの差よりも大
きいことが理解されるであろう。本発明による隆起した
リブの高さの通常の値は0.2から1.0ミリメートル
の間にあるが、これらの値は本発明にとって制限的なも
のではない。
【0017】本発明の適当な実施態様によれば、ベース
板上の隆起したリブは中央部において元来の厚さを残
し、集積回路チップおよび/または印刷回路板がベース
板上に取り付けられる位置において厚さを減ずるように
平らな金属板を蝕刻することによって得られる。
【0018】本発明によるLED露光ヘッドが複数のL
EDダイスを備えた、たった一個のベースからなるとし
ても、ヘッドが通常の支持ベース上に取り付けられたサ
ブベースの形状をした複数のLEDベースから適当に構
成されることは明らかである。
【0019】本明細書における「光感知支持体」なる語
は電子写真式印画装置の技術において知られている光伝
導体を表示するが、またそれはその上にLED露光ヘッ
ドによる露光によって像をその上に形成することができ
る板状またはベルト状の光伝導性およびその他の光感知
性の支持体を含んでいる。
【0020】本発明を添付図面による例によって以降説
明する。
【0021】図1はゼログラフィ式記録装置の機関の実
施態様の略図である。
【0022】図2は図1による装置の露光ヘッドの部分
の平面図である。
【0023】図3はあるLEDモジュールの拡大された
平面図である。
【0024】図4はあるLEDモジュールの拡大された
側面図である。
【0025】図5はループ高さh1 なるLEDダイスの
電気接続の拡大された図である。
【0026】図6はループ高さh2 を有するLEDダイ
スの電気接続の拡大された図である。
【0027】図7は従来技術によるLEDモジュールの
拡大された側面図である。
【0028】図1を参照して説明すれば矢印10は普通
のゼログラフィ式印画装置の機関を示す。「機関」(e
ngine)と言う言葉は像の製作に関係する装置の部
分を表示する。印画装置は紙供給源、トナー供給源、定
着ステーション、駆動ステーション、電気制御回路等の
ような複数の他の部分品からなる。これらの部分品は従
来技術によって知られており、本発明のこの実施態様の
以降の説明の理解のためには関係がない。
【0029】この機関は光感知式光伝導体によって被覆
されたアルミニウム円筒であっても良く、かつ矢印13
の方向に回転可能な光伝導体ドラム12を含んでいる。
ドラムの周囲には角度的な空間関係で配置された次のス
テーションが装備される。
【0030】ドラム12の表面を均一に静電的に帯電さ
せるのに使用されるコロナ放電ステーション14。
【0031】その表面がヘッドを移動するにつれて光伝
導体ドラムの帯電された表面を線に従って露光するため
のLED露光ヘッド15。
【0032】現像スリーブ17または電磁ブラシと呼ば
れるものによって線に従って放電されるドラム表面に着
色トナーを適用するように配置された色現像装置16。
【0033】現像スリーブ19によってドラム上に帯電
模様に対して黒色トナーを適用するように配置された白
黒現像装置18。
【0034】ドラム上に形成されたトナー像を受理する
ためにドラムに接するように紙片を供給する紙供給チャ
ネル20。
【0035】紙の上に可視の現像された像を形成するよ
うにドラムからトナーを引き付けて紙の下側へトナーと
反対の符号のコロナ帯電を適用するコロナ転写ステーシ
ョン21。
【0036】紙をドラムから容易に分離することができ
るように紙を帯電させる紙分離ステーション23。
【0037】紙片が確実にドラムから分離されるように
確実に作動する紙分離器24。
【0038】像転写の完了後に光伝導体の表面上に残っ
ている残留トナーを削り取るための清掃ブレード25。
このトナーは装置のトナー集収ボトルにコンベヤ移送す
ることもできる。
【0039】最終的に清掃後の光伝導体ドラムの表面上
に残留する残留電荷を中性化するためのランプ27を有
する主領域26。
【0040】機関の運転に際して、LED露光ヘッド1
5は黒色現像ユニット18によって発現された帯電模様
を光伝導体ドラム12上に製作する第1の像信号を受信
する。分離器24によって除去された紙片はトナー像を
紙片へ溶着するように作用するトナー定着ステーション
を通過する。紙片はそれから光伝導ドラムからの第2の
トナー像を受信するための供給入口20へ、適当なコン
ベヤ機構によって送り返えされ、今回はステーション1
6およびヘッド15による適当な露光によって着色像が
製作される。説明した2色現像の使用例は、字句は従来
方式の黒白であるが、見出しおよび/または文末は着色
ロゴを有する手紙または広告シートである。
【0041】図1の画像は接近して配置された関係位置
にある光伝導体ドラム周辺の種々のステーションを示
す。相方の現像ステーションは光伝導体ドラム周辺の角
度的空間の極めて重要な部分を占める。印画装置の満足
すべき動作を損うことなくその角度的な大きさを減少す
るのにそれ自身が適応する準備ができているユニットは
露光ヘッドである。さらに詳細な、簡潔なLED露光ヘ
ッドの実施態様については「重複した電気回路を備えた
LED露光ヘッド」と題した1990年7月3日登録の
ヨーロッパ特許出願第90201779号において見る
ことができる。
【0042】ヘッド15はベース28およびカバー29
によって構成されたハウジング内に取り付けられてい
る。このベースはアルミニウムのような軽合金製の、外
側において複数の冷却フィンおよび4個の矩形リブ、す
なわち2個の外部リブ50および2個の内部リブ51
(図2参照)を備えた押し出し成型構成部材であっても
良い。カバーはセルフォック(Selfoc)形状のレ
ンズ手段31がドラム12の表面上の線31に対する露
光ヘッドのLEDの像を照射するために取り付けられた
延長開口部を有する。
【0043】露光ヘッドのハウジングの適当な構成に関
する詳細は「LED露光ヘッド」と題された1990年
7月3日提出のヨーロッパ特許出願第90210778
号において見ることができる。
【0044】露光ヘッドの電子回路のレイアウトは図2
の平面図に図示されている。前記の図はヘッドの三つの
隣接部分、すなわち真の平面図であるA部分、LEDを
備えたベースを除いて示したB部分、およびヘッドの端
部を示したC部分を図示している。
【0045】その内部が上向きにされているベース28
は、露光ヘッドの作動に際するこれらの要素の温度上昇
に起因するベースとバーとの間の僅かな寸法的変化が許
されるように、熱伝導性の接着剤によってベースの二つ
の内側リブ51の間に取り付けられた延長された銅のバ
ー32を備えている。
【0046】二つの延長された印刷回路片34および3
5はバー32の両側においてベース上に配置されてい
る。片の厚さはバーがリブ50および51を越えて突き
出ている距離よりも僅かに小さい。
【0047】複数のLEDモジュール36は、銀で充填
されたエポキシ接着剤のような電気伝導性かつ熱伝導性
の接着剤によってバー28に対してごく近接して、相並
んだ関係でダイボンドされる。
【0048】実際において各LEDモジュールは、非常
に小さい金属片38(図3参照)によって構成されたサ
ブベース上の、次に説明する構成部材による組み立て品
である。
【0049】組み立て品の中心に沿って横たわるLED
40を備えたLEDダイスの列39は電気伝導性かつ熱
伝導性の接着剤によって板38の前面に接着される。典
型的には各ダイスは長さ約8ミリメートルで幅約1ミリ
メートルである。
【0050】それぞれの板の上のLEDダイスの列の各
側面上に、それぞれ集積回路チップ41および42があ
り、それらはベース板に電気伝導的かつ熱伝導的方法で
等しく接着される。チップはLEDの駆動部、送りレジ
スタ、ラッチレジスタ、および特殊な場合におけるそれ
以後の制御および試験回路を含んでいても良い。
【0051】中心線の各側面上の集積回路チップの列の
外板には、ベース板に同等に接着された43および45
のようなセラミックベース上の従来形式の厚いフィルム
回路の形状をした印刷回路板が備えられる。回路板は4
7のような接続点において延長された印刷回路片34お
よび35と46のような電気接続を通して接続される。
【0052】二つの印刷回路片34および35は回路に
信号および出力をもたらす48および49のような端末
コネクタを有する。
【0053】ワイヤボンドされた電気接続はLEDダイ
ス39と関連する集積回路チップ41および42の出力
パッド、およびチップの入力パッドおよび関連する厚い
フィルム回路43および44との間に備えられる。
【0054】本発明による改良はLEDダイスおよび隣
接する集積回路チップとの間の接続に関する。これはあ
るLEDモジュール36の側面図を示す図4に詳細に図
示されている。
【0055】そのモジュールは金属板またはタイル38
の形状をしたサブベースからなり、中央に隆起したリブ
52を有する。説明されたサブベースの断面形状は、ダ
イキャスト法、ダイスタンプ法または板のミリング加工
のようないろいろな方法によって得ることができる。我
々は中心に元来の厚さの峰を残すが、対向する側部は要
求される量の厚さを均一に残すような方法で従来型の銅
の平片または類似のものを蝕刻することからなるサブベ
ースの適切な製造方法を発明した。
【0056】LEDダイス39は電気伝導性の接着剤に
よりサブベースの前面に列を作って接着される。
【0057】それぞれのダイスはその前面の縦方向の端
部の近くに、それぞれLEDのための接合パッド53お
よび54の列を有する。パッドは図中においてはLED
の上面上の短い太線で図示されているが実際にはそれら
はダイスの前面と同一平面になっている。図示されたパ
レットは集積回路チップの関連する接合パッド55,5
6に2列のワイヤボンデッド電気接続57および58に
よって接続されている。これらの接続は本実施例におい
ては厚さ約32マイクロメートルのアルミニウム線を超
音波ボンディングすることによって製造される。
【0058】ボンディングは集積回路チップのパッドか
らLEDダイスの関係するパッドに向って行われる。
【0059】実例によって接続58について説明すれば
ボンディング装置の毛細管ボンディング工具が集積回路
チップ42の接合パッド56を目標にする。工具は接合
パッドに接触するように針金の自由端を把持して降下す
る。超音波エネルギーはワイヤ端または場合によっては
従前そこに形成されたボールを接合パッドにボンドする
ために適用される。それから工具はループを位置hの高
さまで持ち上げ、工具のクランプはワイヤが毛細管工具
の端部の外で送りから自由になるように開放される。
「ループ高さ」と言う用語は第1の接着点上に持ち上げ
られた接着工具の先端の距離を意味する。その持ち上げ
と同時に、接着工具はLEDダイス39の関係するパッ
ド54の方向に変位され、ワイヤは工具からさらに引き
出される。それから工具はワイヤを接合パッドに向けて
変形させ、その間に超音波エネルギーが峰形のボンドが
製作されるように適用される。工具がまだボンド上にあ
る間にクランプは後退する。これによってワイヤはボン
ドにおいて伸張され、ボンドはもっとも細い断面におい
て切断される。工具はそれからLEDダイスを離れて上
昇し、峰形のボンドを残す。
【0060】このようにして形成されたワイヤループは
数字57および58によって図示されたような輪郭を有
する。ループは集積回路チップから出発して上向きに走
る第1の部分およびLEDダイスに向って少々降下する
第2の部分とからなる。LEDの放射は開口角度αを有
する光の円錐によって起るので、接続58と線59によ
って示されたような光の円錐の隣接境界との間には良好
な間隔が存在することは明らかである。
【0061】放射された光のごく一部分がレンズ30に
伝達され、このような伝達が起り得る角度はβで図示さ
れる。図におけるいろいろな構成部材の関係ディメンシ
ョンはほとんど実際に近いことは注目されるべきであ
る。
【0062】最後に、集積回路チップ41,42および
関連する厚いフィルム回路43,44との間にもワイヤ
ボンドがあるがボンドはLEDの放射ゾーンから十分離
れていることは明らかである。
【0063】集積回路チップとLEDダイスとの間のワ
イヤボンドされた電気接続の精確な輪郭の詳細な図面は
いろいろなループ高さについて図5および図6に図示さ
れている。
【0064】図5について説明すれば、ループ高さh1
はやや制限されており本実施例においては0.37ミリ
メートルである。これはワイヤループ57,58および
光の円錐59との間を良好に分離する長所を有するが、
接続において鋭い曲部またはくびれがないと言う短所も
有するので、接続ワイヤの曲げ応力の影響下における集
積回路チップ上のボンドの不時の破壊の原因になりかね
ない。それゆえ、好ましいボンドが図6に図示され、そ
こではh2 は0.508ミリメートルである。ループ高
さの増大はボンディング工具を接合パッド54上に位置
させてから降下させることによってワイヤループ内に形
成される。この方法によればワイヤ内の曲げ応力は非常
に減少される。
【0065】従来技術におけるLEDダイスと集積回路
チップとの間の電気接続における問題は、図7を参照し
て以降説明され、そこにおいて同じ構成部材はアポスト
ロフィを付け加えられた参照番号によって受け入れられ
る。
【0066】集積回路チップ41′,42′はLEDダ
イス39′よりも厚いので、電気接続57′および5
8′はLEDダイスから集積回路チップに向ってはっき
りと上向きに走ることは明らかである。それは光の円錐
の境界59′と交叉する接続58′の中央部分によって
図示されるようにLEDの光の円錐と交叉するこれらの
接続のループ部分に重大な危険を発生させる。矢印61
によって代表される反射光の放射の一部分はレンズに到
達し、関係する最終像支持体への現像およびトナー伝達
が起る光伝導体上に結像される。放射は接続57′およ
び58′によってまた隣接する接続上に反射され、この
ような接続からレンズに向けてまた再反射される。
【0067】このような好ましくない反射は本明細書の
導入部において説明されたようにマスクによって阻止す
ることができる。このようなマスクは図中に破線62に
よって図示されているが、このようなマスクの構造およ
び位置決めには非常な精密さを要し、また作動中の露光
ヘッドの発熱によっても同様の問題が残ることは理解さ
れるであろう。
【0068】以下のデータは図4に関連して説明したL
EDモジュールについて示すものである。 サブベース板38の寸法:14.6×7.9ミリメート
ル。 リブ52の厚さ:1.0ミリメートル(板の元来の寸
法)。 リブ52の長さ:7.9ミリメートル。 リブ52の幅:1.0ミリメートル。 蝕刻部分の厚さ:0.6ミリメートル。 LEDダイス39の厚さ:0.235ミリメートル。 集積回路チップの厚さ:0.500ミリメートル。 LEDダイスと集積回路チップとの間の高さの差:0.
135ミリメートル。 角度α:160° 角度β:24°
【0069】本発明は説明した実施態様によって制限さ
れるものではない。LEDダイスは印画解像力を上昇さ
せるためにLEDの二つのぎざぎざの列で構成しても良
い。
【0070】露光ヘッドはLEDを駆動する、図示され
たような2列の集積回路チップよりもただ1列の集積回
路チップから構成されても良い。
【0071】サブベースは蝕刻法以外にダイスタンプ
法、または既に示されたようなミリング法のような他の
方法によって製造されても良い。LEDダイスの取り付
け手段は、たとえばハンダ付けまたはろう付けのような
方法によって取り付けられた中央のリブ状支持体のある
平面のベースプレートを準備することによって得ること
もできる。
【0072】しかしながら我々は蝕刻法がサブベースを
良好な精度で製造するための安価な方法であることを発
見している。さらにこの技術は共通の支持フレーム上へ
の電気的構成部材の取り付け、電気ボンディング法の適
用等の見地からこれらの要素の取り扱いを容易にするよ
うに、複数のサブベースを共通の支持フレーム内に製造
することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】ゼログラフィ式記録装置の機関の実施態様の略
図である。
【図2】図1による装置の露光ヘッドの部分の平面図で
ある。
【図3】あるLEDモジュールの拡大された平面図であ
る。
【図4】あるLEDモジュールの拡大された側面図であ
る。
【図5】ループ高さh1 なるLEDダイスの電気接続の
拡大図である。
【図6】ループ高さh2 なるLEDダイスの電気接続の
拡大図である。
【図7】従来技術によるLEDモジュールの拡大側面図
である。
【符号の説明】
15 LED露光ヘッド 38 金属板 39 LEDダイス 41 集積回路チップ 42 集積回路チップ 43 厚いフィルム回路 44 厚いフィルム回路 48 端部コネクタ 49 端部コネクタ 53 接合パッド 54 接合パッド 57 電気接続 58 電気接続
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−217678(JP,A) 特開 昭63−28673(JP,A) 特開 平5−4376(JP,A) 特開 昭61−270176(JP,A) 特開 昭60−263482(JP,A) 実開 昭63−49945(JP,U) 実開 平2−82541(JP,U) 実開 平2−82542(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/44 B41J 2/45 B41J 2/455

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移行する光感知支持体に情報を線に従っ
    て記録するための記録装置に使用するためのLED(発
    光ダイオード)露光ヘッド(15)において、前記露光
    ヘッドはセンターに沿って一列のLED(39)ダイス
    が上に装着されている金属ベース板(38)と、前記L
    EDダイスの少なくとも一側における一列の集積回路チ
    ップ(41,42)並びに回路板を電気的コネクタ(4
    8,49)に電気的に接続するために前記集積回路チッ
    プの列の外側における印刷回路板(43,44)とから
    なり、LEDダイスの厚みは集積回路チップのそれより
    も小さく、かつ前記露光ヘッドはLEDの像を光感知支
    持体の表面に焦点合せするための光学的結像手段(
    )を含み、光学的結像手段(30)に向かう方向を上
    としてLEDダイスの電気的接合パッド(53,54)
    が集積回路チップの対応する接合パッド(55,56
    りも高い高さにあるようにLEDダイスを前記ベース
    板(38)の隆起したリブ(52)の上に装着し、ワイ
    ヤボンドされた電気接続(57,58)の経路がLED
    により出された光の円錐と接触しないようになっている
    ことを特徴とするLED露光ヘッド。
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