JP3808355B2 - 発光素子アレイチップ及びそれを用いた光プリンタヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を上面に有する発光素子アレイチップ及びそれを用いた光プリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＬＥＤアレイヘッド等の光プリンタヘッドが電子写真プリンタやデジタル複写機等の露光手段として用いられている。
【０００３】
かかる光プリンタヘッドに搭載される発光素子アレイチップとしては、ＳｉやＧａＡｓ等から成る半導体基板の上面に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との積層体から成る複数個の発光素子を一列状に配設せしめ、これらをＳｉ₃Ｎ₄等から成る保護層で被覆した構造のものが知られており、各発光素子に電源電力を印加して、発光素子のｎ型半導体層中に正孔を、ｐ型半導体層中に電子をそれぞれ注入し、これらを両半導体層の接合部（ｐｎ接合）付近で再結合させるとともに、該結合の際に生じたエネルギーを光に変換し、これらの光を外部へ放出させることによって発光素子アレイチップとして機能する。
【０００４】
尚、このような発光素子アレイチップは、通常、従来周知の半導体製造技術によって製作されている。即ち、Ｓｉ等から成るウェハの表面に従来周知のＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等によってｎ型半導体層及びｐ型半導体層を順次、エピタキシャル成長させるとともに、これらの半導体層をメサエッチングにより個々の発光素子毎に分離し、しかる後、ウェハをダイシングして発光素子アレイチップ毎に分割することによって発光素子アレイチップが得られる。
【０００５】
そして、このような発光素子アレイチップを光プリンタヘッドに用いる場合は、図５に示す如く、所定の回路パターンが被着・形成された回路基板１１の上面に、上述の発光素子アレイチップ１２を複数個、直線状に配列・搭載することによって光プリンタヘッドが構成され、発光素子アレイチップ１２の発光素子１３を外部からの画像データに基づいて個々に選択的に発光させ、これらの光をロッドレンズアレイ等の光学系（図示せず）を介して外部の感光体に照射・結像させることによって所定の潜像が形成される。その後、得られた潜像は現像のプロセスを経てトナー像となり、これを記録紙に転写・定着させることによって所定の画像が記録されることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した発光素子アレイチップ１２の製造工程においてウェハをダイシングする際、半導体基板１４を形成するＳｉ等にバリを生じることが多い。このようなバリを有した発光素子アレイチップ１２を別の場所まで搬送したり、得られた発光素子アレイチップ１２を回路基板１１上に一列状に並べて光プリンタヘッドを組み立てたりする際に、発光素子アレイチップ１２のバリが他の発光素子アレイチップ１２や搬送トレイの内壁等に接触すると、発光素子アレイチップ１２のエッジに欠けを生じて、発光素子アレイチップ１２の端部付近に設けられている発光素子１３が損傷を受け、使用に供しなくなる欠点が誘発されていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子アレイチップは、半導体基板の上面に複数個の発光素子を直線状に被着・配列させて成る発光素子アレイチップにおいて、前記半導体基板の上面に前記複数個の発光素子を共通に被覆する透光性樹脂から成る保護層を有し、該保護層は、その両端部を半導体基板の側面よりも外側に延出させた、先端部が曲面状となった延出部を有することを特徴とするものである。
また本発明の発光素子アレイチップは、前記保護層を形成する透光性樹脂のヤング率が０．１ＧＰａ〜１０ＧＰａに設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
更に本発明の発光素子アレイチップは、前記発光素子の発する光の波長が４００ｎｍ〜１０００ｎｍであり、且つ該光の前記保護層に対する光透過率が７０％〜９８％に設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また更に本発明の発光素子アレイチップは、前記保護層端部の延出部が基板の外周よりも０．１μｍ〜５μｍだけ外側に延出されていることを特徴とするものである。
【００１０】
更にまた本発明の発光素子アレイチップは、前記半導体基板の上面と側面との間に形成される角部の角度θが、８０°以上、９０°未満に設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
そして本発明の光プリンタヘッドは、上述の発光素子アレイチップが回路基板上に一列状に配列・搭載されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、半導体基板の上面に、半導体基板上に設けられている複数個の発光素子を被覆するヤング率０．１ＧＰａ〜１０ＧＰａ程度の透光性樹脂から成る保護層を有し、該保護層は、その両端部を半導体基板の側面よりも外側に延出させるようにした、先端部が曲面状となった延出部を有することから、発光素子アレイチップの製造工程においてウェハをダイシングした際に半導体基板のエッジにバリが形成されても、発光素子アレイチップの搬送時や回路基板上への搭載時等に発光素子アレイチップの“バリ”が保護層の延出部よりも先に搬送トレイの内壁や他の発光素子アレイチップ等に接触することは殆どなく、このような接触による衝撃が良好に緩和される。従って、発光素子アレイチップにおける“欠け”の発生を有効に防止することができ、発光素子アレイチップ、並びに光プリンタヘッドの生産性を向上させることが可能となる。
【００１３】
また本発明によれば、発光素子アレイチップの支持母材として用いられる半導体基板の上面と側面との間に形成される角部の角度θを８０°以上、９０°未満に設定しておくことにより、これらの発光素子アレイチップを光プリンタヘッドの回路基板上に一列状に搭載した際、隣接する発光素子アレイチップ間の間隔はその上面側に比し下面側で広くなっている。それ故、半導体基板の下面と側面との間の角部に“バリ”が形成されても、このような“バリ”を隣接する発光素子アレイチップに接触させることなく発光素子アレイチップを回路基板上に搭載することができ、発光素子アレイチップの搭載精度を高く維持することも可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る発光素子アレイチップの横（主走査方向）断面図、図２は図１の発光素子アレイチップの縦（副走査方向）断面図であり、図中の１は半導体基板、２は発光素子、３は保護層、３ａは保護層の延出部である。
【００１５】
前記半導体基板１は、ＳｉやＧａＡｓ等の単結晶から成り、その上面には複数個の発光素子２や図示しない電極パターン，保護層３等が被着・形成され、これらを支持する支持母材として機能する。
【００１６】
前記半導体基板１は、Ｓｉから成る場合、まず従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）等を採用することによって単結晶シリコンのインゴット（塊）を形成し、これを所定厚みにスライスした上、表面を研磨することによってウェハを製作し、得られたウェハの表面に後述する発光素子２や保護層３等を被着させた上、ウェハをダイシングして所定形状に分割することにより形成される。
【００１７】
また前記半導体基板１の上面に設けられている複数個の発光素子２は、例えば６００ｄｐｉ（dot per inch）の密度で主走査方向に直線状に配列されており、これら複数個の発光素子２によって発光素子アレイを構成している。
【００１８】
前記発光素子２としては、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ,ＡｌＧａＩｎＰ等の化合物半導体から成る発光ダイオード等が好適に用いられ、該各発光素子２は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを順次積層して、全体構造がメサ状（高台状）をなすように形成される。
【００１９】
これらの発光素子２は、その内部、具体的にはｎ型半導体層とｐ型半導体層との間にｐｎ接合を有しているため、図示しない電極パターン等を介して電源電力が印加されると、ｎ型半導体層中に正孔が、ｐ型半導体層中に電子がそれぞれ注入され、これらをｐｎ接合付近で再結合させて該結合の際に生じたエネルギーを光に変換することによって所定の波長（４００ｎｍ〜１０００ｎｍ）で発光する。
【００２０】
尚、前記発光素子２は、半導体基板１が切り出されるウェハの表面に、従来周知のＭＯＣＶＤ法を採用してＡｌＧａＡｓ等からなるｎ型半導体層とｐ型半導体層とを順次、エピタキシャル成長させ、しかる後、これらをメサエッチングして個々の発光素子２に分離することによって形成される。
【００２１】
そして、上述した複数個の発光素子２は透光性樹脂から成る保護層３で共通に被覆される。
前記保護層３は、大気中に含まれている水分等の接触により発光素子２が腐食したり、発光素子２が損傷を受けたりするのを有効に防止するためのものであり、かかる保護層３を形成する透光性樹脂としては、ヤング率０．１ＧＰａ〜１０ＧＰａ程度の適度な弾性を備え、且つ発光素子２の発する光（波長：４００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の７０％以上を透過し得る透明な樹脂材料、例えば、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等が好適に用いられる。
【００２２】
また更に、前記保護層３は、その両端部が半導体基板１の側面よりも外側に延出されている。前記保護層３の延出部３ａは、半導体基板１の外周よりも外側に向かって、例えば０．１μｍ〜５μｍだけ延出され、前述した如く、ヤング率０．１ＧＰａ〜１０ＧＰａの弾性を備えているため、発光素子アレイチップの製造工程においてウェハをダイシングした際に半導体基板１のエッジにバリが形成されても、発光素子アレイチップの搬送時や後述する回路基板６への搭載時等に発光素子アレイチップが他の発光素子アレイチップに接触する際、“バリ”よりも先に保護層３の延出部が他の発光素子アレイチップに対して接触することとなり、発光素子アレイチップ同士の接触による衝撃が良好に緩和される。従って、発光素子アレイチップにおける“欠け”の発生を有効に防止することができ、発光素子アレイチップの生産性を向上させることが可能となる。
【００２３】
尚、前記保護層３は、多数の発光素子２が形成されているウェハの上面に、液状に成したポリイミド樹脂の前駆体を従来周知の厚膜手法、例えばスピンコート法等によって１μｍ〜１０μｍの厚みに塗布し、これを乾燥させた後、従来周知のフォトリソグラフィ技術によってパターニングを行い、更にこれを熱硬化もしくは光硬化させることによって全ての発光素子２を被覆するようにして形成される。
【００２４】
また前記保護層３の延出部３ａは、ウェハをダイシングする際にウェハの切断部上に位置する保護層３をダイサーの押圧によって引き伸ばし、ウェハと同時に分断することによって形成される。この場合、保護層３を形成する透光性樹脂のヤング率は０．１ＧＰａ〜１０ＧＰａと適度な大きさに設定されているため、保護層３はダイサー（ブレード回転数：40,000rpm、切削速度：5mm/sec）の押圧によって良好に引き伸ばされることとなり、しかも得られる延出部３ａの先端には丸みが設けられ、先端部の形状は曲面状となる。
【００２５】
次に上述した発光素子アレイチップを用いて光プリンタヘッドを構成する場合について説明する。
【００２６】
図３は図１の発光素子アレイチップを用いて構成した光プリンタヘッドの要部を示す断面図であり、図中の５は発光素子アレイチップ、６は回路基板である。
【００２７】
同図に示す光プリンタヘッドは、多数の回路パターン（図示せず）が被着・形成されているガラス布エポキシ樹脂製の回路基板６上に、上述の発光素子アレイチップ５を複数個、一列状に配設・搭載し、発光素子アレイチップ５の各端子と、対応する回路パターンのパッド部とを金属細線等でワイヤボンディングした構造を有している。
【００２８】
回路基板６上に搭載される複数個の発光素子アレイチップ５は、これらの上面に設けられている全ての発光素子２が略一定の間隔で主走査方向に一直線状に配されるように、また隣接する発光素子アレイチップ５の端面同士が近接した状態で対面配置されるように回路基板６上の所定位置に位置決めされ、各発光素子アレイチップ５の延出部は、隣接する発光素子アレイチップ５に向かって延出されることとなる。
【００２９】
このような保護層３の延出部３ａのうちいくつかは、その先端が隣接する発光素子アレイチップ５に接触した状態となっており、前述した如く、延出部３ａで発光素子アレイチップ同士の接触による衝撃を緩和している。従って、発光素子アレイチップ５の搭載時等に発光素子アレイチップ５のエッジに欠けを生じるのが有効に防止され、これによって光プリンタヘッドの生産性向上に供することができる。
【００３０】
かくして上述した光プリンタヘッドは、発光素子アレイチップ５の発光素子２に電源電力を印加して発光素子２のｐ型半導体層中に電子を、ｎ型半導体層中に正孔をそれぞれ注入し、これらをｐ型半導体層−ｎ型半導体層間に設けられているｐｎ接合付近で再結合させるとともに、その際に生じたエネルギーを光に変換して保護層３を介し外部へ放出させ、更に図示しないロッドレンズアレイ等の光学系を介して外部の感光体に照射・結像させることによって感光体に所定の潜像を形成する。その後、得られた潜像は現像のプロセスを経てトナー像となり、これを記録紙に転写・定着させることによって所定の画像が記録される。
【００３１】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３２】
例えば、図４に示す如く、半導体基板１の上面と側面との間に形成される角部の角度θを、８０°以上、９０°未満に設定しておけば、発光素子アレイチップの製造工程において半導体基板１の側面と下面との間に形成される角部付近に“バリ”が形成されたとしても、これらの発光素子アレイチップを光プリンタヘッドの回路基板上に一列状に搭載する際、“バリ”は隣接する発光素子アレイチップに対して接触しにくくなるため、発光素子アレイチップの搭載精度が高く維持され、これによっても光プリンタヘッドの生産性を向上させることができるようになる利点がある。従って、半導体基板１の上面と側面との間に形成される角部の角度θは、８０°以上、９０°未満に設定しておくことが好ましい。
【００３３】
また上述の実施形態においては、発光素子２をＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ等ので形成するようにしたが、これに代えて、発光素子２を例えばＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）材料や無機ＥＬ材料等で形成するようにしても構わない。
【００３４】
更に上述の実施形態においては、メサ型の発光素子２を用いるようにしたが、これに代えて、プレーナ型の発光素子を用いても構わない。
【００３５】
また更に上述の実施形態においては、発光素子アレイチップ２の端子を回路基板６上の回路パターンに対してボンディングするのに金属細線を用いたが、他の接続法にて両者をボンディングするようにしても良く、例えば、半田や導電ペースト等を用いてボンディングしても構わない。
【００３６】
更にまた上述の実施形態においては、発光素子アレイチップ５を回路基板６上に直に搭載するようにしたが、これに代えて、複数個の発光素子アレイチップ５を１枚のプレート上に搭載し、このプレートと共に発光素子アレイチップ５を回路基板６上に搭載するようにしても構わない。この場合、発光素子アレイチップ５と回路基板６との間には上述のプレートが介在された形となり、発光素子アレイチップ５のリペア作業等が簡便になる利点もある。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体基板の上面に、半導体基板上に設けられている複数個の発光素子を被覆するヤング率０．１ＧＰａ〜１０ＧＰａ程度の透光性樹脂から成る保護層を有し、該保護層は、その両端部を半導体基板の側面よりも外側に延出させるようにした、先端部が曲面状となった延出部を有することから、発光素子アレイチップの製造工程においてウェハをダイシングした際に半導体基板のエッジにバリが形成されても、発光素子アレイチップの搬送時や回路基板上への搭載時等に発光素子アレイチップの“バリ”が保護層の延出部よりも先に他の発光素子アレイチップに接触することは殆どなく、発光素子アレイチップ同士の接触による衝撃が良好に緩和される。従って、発光素子アレイチップにおける“欠け”の発生を有効に防止することができ、発光素子アレイチップ、並びに光プリンタヘッドの生産性を向上させることが可能となる。
【００３８】
また本発明によれば、発光素子アレイチップの支持母材として用いられる半導体基板の上面と側面との間に形成される角部の角度θを８０°以上、９０°未満に設定しておくことにより、これらの発光素子アレイチップを光プリンタヘッドの回路基板上に一列状に搭載した際、隣接する発光素子アレイチップ間の間隔はその上面側に比し下面側で広くなっている。それ故、半導体基板の下面と側面との間の角部に“バリ”が形成されても、このような“バリ”を隣接する発光素子アレイチップに接触させることなく発光素子アレイチップを回路基板上に搭載することができ、発光素子アレイチップの搭載精度を高く維持することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光素子アレイチップの横断面図である。
【図２】図１の発光素子アレイチップの縦断面図である。
【図３】図１の発光素子アレイチップを用いて構成した光プリンタヘッドの要部を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る発光素子アレイチップを用いて構成した光プリンタヘッドの要部を示す断面図である。
【図５】従来の発光素子アレイチップを用いて構成した光プリンタヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・発光素子、３・・・保護層、３ａ・・・保護層の延出部、５・・・発光素子アレイチップ、６・・・回路基板

Claims (6)

1. 半導体基板の上面に複数個の発光素子を直線状に被着・配列させて成る発光素子アレイチップにおいて、前記半導体基板の上面に前記複数個の発光素子を共通に被覆する透光性樹脂から成る保護層を有し、該保護層は、その両端部を半導体基板の側面よりも外側に延出させた、先端部が曲面状となった延出部を有することを特徴する発光素子アレイチップ。
2. 前記保護層を形成する透光性樹脂のヤング率が０．１ＧＰａ〜１０ＧＰａに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子アレイチップ。
3. 前記発光素子の発する光の波長が４００ｎｍ〜１０００ｎｍであり、且つ該光の前記保護層に対する光透過率が７０％〜９８％に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子アレイチップ。
4. 前記保護層端部の延出部が基板の外周よりも０．１μｍ〜５μｍだけ外側に延出されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子アレイチップ。
5. 前記半導体基板の上面と側面との間に形成される角部の角度θが、８０°以上、９０°未満に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光素子アレイチップ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光素子アレイチップが回路基板上に一列状に配列・搭載されていることを特徴とする光プリンタヘッド。

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