JP3837181B2 - 半導体素子及びそれを用いる線状光源 - Google Patents

半導体素子及びそれを用いる線状光源 Download PDF

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    • H01L2924/20752—Diameter ranges larger or equal to 20 microns less than 30 microns

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度に配置した素子に対して高密度にワイヤーボンドを行う技術分野に係わり、特に発光ダイオードアレイとその駆動用ＩＣをワイヤーボンドする線状光源に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置や光プリンタ等の線状光源として、発光ダイオードアレイを用いたものが知られ、その発光部は４００〜６００ｄｐｉ（ドット／インチ）程度のものが実用に供されている。発光ダイオードアレイにはその駆動用ＩＣがワイヤーボンドによって接続されるので、発光ダイオードアレイの上面には発光部と接続したリード電極とワイヤーボンド用パッド部とが形成される。発光部の密度が高まるにしたがってこのワイヤーボンド用パッド部を１列に配置することが困難になり、発光ダイオードアレイの両側に配置したり、片側に多段に配置する工夫が行われている。しかしながら、発光部の密度を高めたり、小型化のためにリード電極を片側から引き出す構造としようとすると、必然的にリード電極の幅を更に狭くする必要がある。
【０００３】
ところが、発光ダイオードアレイのリード電極の先端に設けたワイヤーボンド用パッド部の厚みは、ワイヤーボンド時の衝撃を吸収するために薄くすることができず、例えば特開平２−２７７２７４号公報に示されているように、３μｍ以上にすることが要求されているので、このような厚みでは微細加工することが困難で、上述のようなリード電極の幅を狭くする要求に対応できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、素子の高密度化に対応して高密度ワイヤーボンドを行うことができる構造を提供することを課題とする。また、本発明は、素子とその駆動用ＩＣの高密度ワイヤーボンドを行う構造を提供することを課題とする。そして、本発明は高分解能化に適した線状光源を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子は、先端にワイヤーボンド用パッド部を設けた複数本のリード電極を上面に設けた半導体素子において、前記ワイヤーボンド用パッド部を、前記リード電極の延長部によって構成した第１の層と、この第１の層よりも十分に厚くしかもこの第１の層の下に配置した前記第１の層と同じ材質であって、前記第 1 の層によって上面及び側面が覆われた第２の層を備えて構成したことを特徴とする。
【０００６】
前記第2の層は、前記第１の層の厚みの１．５〜５倍の厚みに設定したことを特徴とする。
【０００７】
前記第１の層と前記第２の層の合計厚みは、２．５μｍ以上に設定することが好ましい。
【０００８】
また、本発明の線状光源は、複数の発光部とこれら発光部とリード電極を介して接続したワイヤーボンド用パッド部を有する発光ダイオードアレイと、前記ワイヤーボンド用パッド部と対応したワイヤーボンド用パッド部を有する発光ダイオードアレイの駆動回路と、第１ボンディングが前記駆動回路のワイヤーボンド用パッド部に行われ、第２ボンディングが前記アレイのワイヤーボンド用パッド部に行われるボンディングワイヤーを備える線状光源において、前記アレイ側のワイヤーボンド用パッド部を前記リード電極の延長部によって構成した第１の層と、この第１の層よりも厚くこの第１の層の下に配置した前記第１の層と同じ材質であって、前記第 1 の層によって上面及び側面が覆われた第２の層を備えて構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の線状光源は、複数の発光部とこれら発光部とリード電極を介して接続したワイヤーボンド用パッドを有する発光ダイオードアレイと、前記ワイヤーボンド用パッドと対応したワイヤーボンド用パッドを有する発光ダイオードアレイの駆動用ＩＣと、第１ボンディングが前記駆動用ＩＣのワイヤーボンド用パッドに行われ、第２ボンディングが前記アレイのワイヤーボンド用パッドに行われるボンディングワイヤーを備える線状光源において、前記アレイ側と前記ＩＣ側のワイヤーボンド用パッド部をそれぞれ多段構成とし、前記アレイ側の段数を前記ＩＣ側の段数よりも多くするとともに、前記ボンディングワイヤーは、ワイヤーボンド間隔が短くなるにしたがって、その高さが順次低くなるようにボンディングされ、さらに、前記発光ダイオードアレイのワイヤーボンド用パッド部を、前記リード電極の延長部によって構成した第１の層と、この第１の層よりも十分に厚くしかもこの第１の層の下に配置した前記第１の層と同じ材質であって、前記第 1 の層によって上面及び側面が覆われた第２の層を備えて構成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について光プリンタ用の線状光源を例にとって図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は光プリンタ用の線状光源として用いる記録ヘッドユニット１を示し、このユニット１は、基板２の上面に半導体素子としての発光ダイオードアレイ３とその駆動回路を構成する駆動用ＩＣ４を複数個備えている。発光ダイオードアレイ３は、基板２の一側に沿って直線的に配置固定しているとともに、駆動用ＩＣ４は、発光ダイオードアレイ３の片側に沿って直線的に複数個配置固定し、それらをボンディングワイヤー線５を介して図２，３に示すように接続している。
【００１２】
ボンディングワイヤー線５は、直径２３μｍ，純度９９．９９％以上の金線を用いてボ−ルボンディング装置によって図３に示すように、立ち上がり角度が急な側を駆動用ＩＣ４側に位置させ、立ち上がり角度が緩やかな側を発光ダイオードアレイ３側に位置させてボンディングしている。これは、発光ダイオードアレイ３から出力される光が傾斜の急な側の線によって反射されるのを防止するためで、これを達成するために、ボールの付いた第１ボンディングを駆動用ＩＣ４側に行い、ボールのない第２ボンディングを発光ダイオードアレイ３側に行っている。また、ワイヤー線５の折曲がりなどに起因する短絡事故を防ぐために、各ワイヤー線５は、ワイヤーボンド間隔が短くなるにしたがって、その高さが順次低くなるようにボンディングされる。
【００１３】
発光ダイオードアレイ３は、図４に断面図を示すように、ＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ等の化合物半導体基板３１の表面に選択的拡散法により発光部３２を複数形成し、発光部３２を除いて絶縁層３３を設け、絶縁層３３の上に基端を発光部３２に接続した金属製のリード電極３４を設けている。前記複数個の発光部３２は、図２に示すように、直線的に等間隔で配置して発光領域３５を形成している。この例では６００ｄｐｉを実現するために４２．３μｍピッチで配置している。
【００１４】
リード電極３４は、厚みが０．５〜１．５μｍのアルミニウム（Ａｌ）によって構成するのが好ましくこの例では１μｍの厚みに設定している。そして、この例ではリード電極３４の幅は１２μｍ、隣接するリード電極３４との最小間隔（スペース）は１４μｍに設定している。
【００１５】
リード電極３４の各先端には、ワイヤーボンド用パッド部３６が設けられ、これを多段に配置してボンディング領域３７を形成している。
【００１６】
ワイヤーボンド用パッド部３６は、図４に示すように前記リード電極３４を用いて構成した第１の層３６ａと、この第１の層３６ａの厚みよりも十分に厚く設定した第２の層３６ｂを備えている。第２の層３６ｂは、リード電極３４と同じ材質（アルミニウム製）で、第１の層３６ａとこの第２の層３６ｂの合計厚みが２．５μｍ以上、好ましくは３μｍ以上になるように厚肉（第１の層の厚さの１．５〜５倍の厚み）に設定するのが好ましく、この例では第１の層３６ａの厚みの２倍の２μｍに設定し、第１の層３６ａの下側に配置している。
【００１７】
リード電極３４とワイヤーボンド用パッド部３６は、先に第２の層３６ｂを構成する厚肉のＡｌ層を成膜し、これをワイヤーボンド用パッド部３６の形状を残すようにエッチング処理し、次にワイヤーボンド用パッド部３６上を含む領域に第１の層３６ａを構成する薄肉のＡｌ層を成膜し、これをリード電極３４並びにパッド部３６の形状を残すようにエッチング処理することによって形成される。ここで、ワイヤーボンド用パッド部３６として、第１層３６ａすなわちリード電極３４の上に第２層３６ｂを形成することもできるが、第２層用のＡｌ層を成膜するためには、リード電極３４の上にワイヤーボンド用パッド部３６に対応する領域を残して絶縁膜を設ける必要があり、製造工程が複雑になるので、上記のように第１層３６ａの下に第２層３６ｂを設けるのが製造工程を簡素化できる点で好ましい。
【００１８】
ワイヤーボンド用パッド領域３７は、図２，図５（ａ）に示すように、そのワイヤーボンド用パッド部３６を発光領域３５からもっとも遠い側に第１段３７ａ、発光領域３５に近づくにしたがって第２段３７ｂ，第３段３７ｃ，第４段３７ｄと配列した千鳥状の多段（４段）構成とし、ワイヤーボンド用パッド部３６の幅はワイヤーボンド（直径２３μｍの金線をワイヤー線として用いる場合）に必要な７０〜８０μｍに設定している。各ワイヤーボンド用パッド部３６の千鳥を無視した基礎ピッチは４０μｍに設定している。そして、第１段３７ａならびに第２段３７ｂに位置するワイヤーボンド用パッド部３６は、その初期位置を基礎ピッチ分ずらして千鳥状に配置し、その各々のピッチを１２０μｍに設定している。第３段３７ｃならびに第４段３７ｄに位置するワイヤーボンド用パッド部３６は、その初期位置を基礎ピッチの３倍ずらして千鳥状に配置し、その各々のピッチを第１段並びに第２段におけるピッチの２倍の２４０μｍに設定している。このように配置することによって、ワイヤーボンド用パッド部３６の間を通過するリード電極３４の本数の多い第３段３７ｃ，第４段３７ｄにおいて、ワイヤーボンド用パッド部３６の間隔を広く設定でき、そこを通過するリード電極３４の幅を広く設定することができる。
【００１９】
例えば、ワイヤーボンド用パッド部３６間を通過するリード電極数が最も多い第４段３７ｄについて述べると、ワイヤーボンド用パッド部３６の間隔が１６０μｍとすると、そこを通過するリード電極数は５本であるから、各リード電極とその両側の各スペースの幅を同じ値に設定するとして１６０μｍを１１で割ってラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）値を求めれば、その値は１４．５μｍになり、後述する駆動ＩＣにおける１０μｍという値に比べて大きな値に設定することができる。尚、この例では、リード電極３４の幅（ライン）は１２μｍ，最小スペースは１４μｍに設定している。
【００２０】
駆動用ＩＣ４は、図２，図５（ｂ）に示すように、その表面の片側に前記発光ダイオードアレイ３との接続用のワイヤーボンド用領域４１を設けている。このワイヤーボンド領域４１は、基端を駆動用素子に接続した複数のリード電極４２と、このリード電極４２の先端に設けた複数のワイヤーボンド用パッド部４３を備える。リード電極４２とワイヤーボンド用パッド部４３は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属層をエッチングして形成し、その厚さを０．８μｍ前後に設定している。
【００２１】
ワイヤーボンド用パッド領域４１は、そのワイヤーボンド用パッド部４３を多段に配列し、発光ダイオードアレイ３に近い側を第１段４１ａ，発光ダイオードアレイ３から遠ざかるにしたがって第２段４１ｂ，第３段４１ｃと設定し、発光ダイオードアレイ３よりも段数が少ない３段に設定している。そして、各ワイヤーボンド用パッド４３を、第１段４１ａ，第２段４１ｂ，第３段４１ｃ，第１段４１ａの順に繰り返して千鳥状に配列している。各ワイヤーボンド用パッドの千鳥を無視した基礎ピッチは、前記発光ダイオードアレイ３の基礎ピッチと同じ４０μｍに設定している。各ワイヤーボンド用パッド部４３の幅は、発光ダイオードアレイ３のワイヤーボンド用パッド部３６と同じ７０〜８０μｍに設定している。そして、各段に位置するワイヤーボンド用パッド４３は、その初期位置を基礎ピッチ分ずらして千鳥状に配置し、その各段におけるピッチを１２０μｍに設定している。
【００２２】
このような配置において、ワイヤーボンド用パッド部４３の間を通過するリード電極数の多い第３段４１ｃに注目すると、ワイヤーボンド用パッド部４３の間が５０μｍに設定されているとすると、そこを通過するリード電極数は２本であるから、各リード電極４２とその両側の各スペースの幅を同じ値に設定するとして５０μｍを５で割ってＬ／Ｓ値を求めれば、その値は１０μｍになる。尚、この例では、リード電極４２の幅（ライン）は１０μｍ，最小スペースは１０μｍに設定している。
【００２３】
駆動用ＩＣ４側は、図３に示すようにボールボンディングの第１ボンディングが行われ、ワイヤーボンド用パッド部４３に加わる衝撃がボール部によって吸収されるので、リード電極４２やワイヤーボンド用パッド部４３を構成するＡｌ層の厚みを薄くできる。よって、微細加工が容易になり、リード電極４２部分のＬ／Ｓ値を小さくしても対応することができるので、上記のようにワイヤーボンド用パッド部４３の３段配置を行うことができる。
【００２４】
これに対して、発光ダイオードアレイ３側は、ボールボンディングの第２ボンディング（ボール部がない状態）が行われ、ワイヤーボンド用パッド部３４に加わる衝撃が大きいので、ワイヤーボンド用パッド部３４を構成するＡｌ層の厚みを厚くする必要がある。そこで、上述のように衝撃吸収用の第２層３６ｂを設けたが、この第２層３６ｂは厚みを厚くする必要があるので、エッチングなどによる微細加工が困難になり、それに伴って各段のワイヤーボンド用パッド部３６の間の間隔も比較的広く確保して置く必要があるので、駆動用ＩＣ４側のワイヤーボンド領域４１と同じようにワイヤーボンド用パッド部３６を３段に配置することが困難になる。また、第２層３６ｂを別途設けたとしても、第１ボンディング側よりも第２ボンディング側の方が、ワイヤー線５の立ち上がり角度が小さい関係上、ワイヤー線５の短絡事故が発生しやすいので、これを防ぐためにワイヤーボンド領域３７の段数を多くした方がよい。よって、ワイヤーボンド領域３７の段数は、駆動用ＩＣ４のワイヤーボンド領域４１の段数よりも増加させて４段配置もしくはそれ以上の段数にするのが望ましい。
【００２５】
以上のように、発光ダイオードアレイ３のワイヤーボンド用パッド３６は、リード電極３４の延長部によって構成した第１の層３６ａと、この第１の層３６ａの厚みよりも１．５〜５倍の厚みを有する第２の層３６ｂを備えて構成したので、ボールボンディングの第２ボンディングのようなボンディング時に加わる衝撃が大きな場合であっても、その衝撃を第２の層３６ｂによって効果的に吸収でき、その下に位置する絶縁層３３や半導体層３１に与えるダメージを抑制することができるとともに、絶縁層３３の破損に伴う短絡事故の発生を防止して素子の品質を良好に維持することができる。
【００２６】
また、ワイヤーボンド用パッド部３６をリード電極３４の延長部によって構成した第１の層３６ｓと、この第１の層３６ａよりも厚くこの第１の層の下に配置した第２の層３６ｂを備えて構成したことによって、肉厚の第２の層３６ｂの加工を容易に行うことができる。
【００２７】
また、リード電極３４の延長部である第１の層３６ａの厚みを０．５〜１．５μｍにすることによって、その加工性を良好にでき、リード電極３４の微細加工性を高めて素子の高密度化に対応した高密度ボンディングを容易に行うことができる。
【００２８】
また、発光ダイオードアレイ３と、その駆動用ＩＣ（駆動回路）４を備える記録ヘッドユニット１（線状光源）においては、発光ダイオードアレイ３の発光部３１の高密度化（高分解能化）に対応して高密度のワイヤーボンディングを行うことができる。特に、６００ｄｐｉ前後ないしそれ以上の発光ダイオードアレイ３に対してその片側のみに駆動用ＩＣを配置することができ、両側に駆動用ＩＣを配置する場合に比べて、駆動用ＩＣの使用個数の低減によるコストダウンと基板幅の細幅化による小型化を達成することができる。
【００２９】
尚、上記実施例は、駆動回路のワイヤーボンド用パッド部４３を駆動用ＩＣ４の上面に設け、発光ダイオードアレイ３と駆動用ＩＣ４のワイヤーボンディングを直接行う場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば駆動回路と発光ダイオードアレイ３を接続するための配線を基板２の上面に設け、この配線ないしそれに設けたワイヤーボンド用パッド部と発光ダイオードアレイ３のワイヤーボンド用パッド部３６とをワイヤーボンディングする場合にも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ワイヤーボンディングされる半導体素子を有効に保護し、半導体素子の品質を良好に維持することができる。
【００３１】
また、衝撃に強いワイヤーボンド用パッド部を容易に得ることができ、高密度ボンディングに対応した線状光源を提供することができる。
【００３２】
また、駆動用ＩＣの使用個数の低減によるコストダウンと基板幅の細幅化による小型化を達成することができる線状光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる線状光源の平面図である。
【図２】図１の要部を拡大した平面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】本発明の一実施例に係わる半導体素子（発光ダイオードアレイ）の拡大断面図である。
【図５】ワイヤーボンド用パッド部の拡大平面図を示し、（ａ）は発光ダイオードアレイ３側、（ｂ）は駆動用ＩＣ４側における拡大平面図である。
【符号の説明】
１ 記録ヘッドユニット
３ 発光ダイオードアレイ
３２ 発光部
３４ リード電極
３６ ワイヤーボンド用パッド部
３６ａ 第１層
３６ｂ 第２層
３７ ワイヤーボンド領域
４ 駆動用ＩＣ
４１ ワイヤーボンド領域
４２ リード電極
４３ ワイヤーボンド用パッド部
５ ボンディングワイヤー線

Claims (6)

  1. 先端にワイヤーボンド用パッド部を設けた複数本のリード電極を上面に設けた半導体素子において、前記ワイヤーボンド用パッド部を、前記リード電極の延長部によって構成した第１の層と、この第１の層よりも十分に厚くしかもこの第１の層の下に配置した前記第１の層と同じ材質であって、前記第 1 の層によって上面及び側面が覆われた第２の層を備えて構成したことを特徴とする半導体素子。
  2. 前記第2の層は、前記第１の層の厚みの１．５〜５倍の厚みに設定したことを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
  3. 前記第１の層と前記第２の層の合計厚みを２．５μｍ以上に設定したことを特徴とする請求項１〜２記載の半導体素子。
  4. 複数の発光部とこれら発光部とリード電極を介して接続したワイヤーボンド用パッド部を有する発光ダイオードアレイと、前記ワイヤーボンド用パッド部と対応したワイヤーボンド用パッド部を有する発光ダイオードアレイの駆動回路と、第１ボンディングが前記駆動回路のワイヤーボンド用パッド部に行われ、第２ボンディングが前記アレイのワイヤーボンド用パッド部に行われるボンディングワイヤーを備える線状光源において、前記アレイ側のワイヤーボンド用パッド部を前記リード電極の延長部によって構成した第１の層と、この第１の層よりも厚くこの第１の層の下に配置した前記第１の層と同じ材質であって、前記第 1 の層によって上面及び側面が覆われた第２の層を備えて構成したことを特徴とする線状光源。
  5. 前記駆動回路のワイヤーボンド用パッド部は、駆動用ＩＣの上面に形成したことを特徴とする請求項４記載の線状光源。
  6. 複数の発光部とこれら発光部とリード電極を介して接続したワイヤーボンド用パッドを有する発光ダイオードアレイと、前記ワイヤーボンド用パッドと対応したワイヤーボンド用パッドを有する発光ダイオードアレイの駆動用ＩＣと、第１ボンディングが前記駆動用ＩＣのワイヤーボンド用パッドに行われ、第２ボンディングが前記アレイのワイヤーボンド用パッドに行われるボンディングワイヤーを備える線状光源において、前記アレイ側と前記ＩＣ側のワイヤーボンド用パッド部をそれぞれ多段構成とし、前記アレイ側の段数を前記ＩＣ側の段数よりも多くするとともに、前記ボンディングワイヤーは、ワイヤーボンド間隔が短くなるにしたがって、その高さが順次低くなるようにボンディングされ、さらに、前記発光ダイオードアレイのワイヤーボンド用パッド部を、前記リード電極の延長部によって構成した第１の層と、この第１の層よりも十分に厚くしかもこの第１の層の下に配置した前記第１の層と同じ材質であって、前記第 1 の層によって上面及び側面が覆われた第２の層を備えて構成したことを特徴とする線状光源。
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