JP5357450B2

JP5357450B2 - 複合半導体装置及びプリントヘッド及び画像形成装置

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Publication number: JP5357450B2
Application number: JP2008161561A
Authority: JP
Inventors: 博之藤原; 裕典古田; 佑亮中井
Original assignee: 株式会社沖データ; 株式会社沖デジタルイメージング
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: JP2010003890A

Description

本発明は、複合半導体装置の構造に関するものである。

従来より、電子写真方式のプリンタ用光源等として使用され、複数のＬＥＤチップを一列に配置した複合半導体装置としてのＬＥＤアレイ（ＬＥＤプリントヘッド）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、例えば、電子写真方式のプリンタに使用されるＬＥＤアレイの一般的な構成を示している。図９中、符号１０は、発光部、符号１１は、ＬＥＤアレイチップ、符号１４は、ＬＥＤアレイチップ１１上に設けられたボンディングパッド、符号１６は、ＬＥＤアレイチップ１１が搭載されるプリント配線基板、符号１７は、このプリント配線基板１６上に設けられたボンディングパッド、符号１５は、ボンディングパッド１４、１７を接続するための金製のワイヤである。
上記構成のＬＥＤアレイでは、発光部１０から放射された光は、図９中の矢印Ａの方向に進み、その上部に設けたレンズ（図示せず）を介して帯電した感光ドラム上（図示せず）に結像する。感光ドラム上に結像することにより、結像部分が除電され、除電されない部位にトナーを付着させることができる。これにより所望の印刷像を得ることができる。
特開平１０−１５０２２１号公報

ところで、近年、プリンタの小型化、高精細化傾向の中で、ＬＥＤアレイチップの高集積化（高密度化）が進み、上記特許文献１にように、そのための様々な構造が提案されているが、かような高集積化には、次のような解決すべき問題が残されていた。

すなわち、ＬＥＤアレイチップの小型化、高集積化に伴い、発光部１０とボンディングパッド１４の間の距離は短縮されるようになる。図９において、発光部１０より矢印Ｂの方向に放射された光は、金製のワイヤ１５にて反射され、その一部は矢印Ｃの方向に進むが、上記のように発光部１０とボンディングパッド１４が接近するに従って、その反射強度は増大し、反射強度がある程度以上に増大すると、レンズを通して結像された反射光により、感光ドラム上の正規以外の場所で除電されてしまい、その結果、印刷像の品質が悪化するという問題である。

本発明は、上記問題に鑑み成されたもので、発光部より放射された光がワイヤにより反射されるのを防止し、高品質の印刷像を得ることができる複合半導体装置、及びこれを用いたプリントヘッド及び画像形成装置を提供することを目的としている。

すなわち、本発明の複合半導体装置は、外部接続のためのワイヤが接合されているボンディングパッドと駆動回路を有する第1半導体装置と、駆動回路により駆動される発光素子を有し、第1半導体装置の表面に接合された第2半導体装置とを備える複合半導体装置において、ボンディングパッドと第2半導体装置の間に設けられ、発光素子から上方かつボンディングパッドに近づく方向に放射された光を内部に導き、外部との境界面で第1半導体装置の方向へ反射させる導光部材と、導光部材の内部に設けられ、発光素子からボンディングパッドに向けて放射されて導光部材の内部に導かれた光を遮光する遮光部材と、を備え、導光部材の、第1半導体装置の表面からの高さは、発光素子の高さより高く形成され、導光部材は、第2半導体装置の表面を覆うように延設されていることを特徴とする。

また、本発明のプリントヘッドは、上記複合半導体装置を複数直線状に配列させた基板と、これら複数の複合半導体装置に対向して配置され、各複合半導体装置から放射される光を集光させるレンズアレイとを備えることを特徴としている。

さらに、本発明の画像形成装置は、上記プリントヘッドを備えることを特徴としている。

本発明によれば、発光素子から放射される光の内、ボンディングパッドに近づく光を屈折させる屈折部材を備えるので、高集積化によって発光素子と接続パッドの距離が短縮されても、放射光が接続パッドのワイヤに反射されるのを回避でき、よって、高品質の印刷像を提供することが可能となる。

以下、図１〜図８に基づいて本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）を示した。尚、以下の実施例において、従来例と共通する部材については同一の符号を用いた。

図１は本発明の実施例１による複合半導体装置の構成を示している。図１中、符号１０は、発光素子（ＬＥＤ）を備える発光部（第２半導体装置）、符号１１は、上面に上記発光部１０が接合されたＬＥＤアレイチップ（第１半導体装置）、符号１３は、発光部１０を保護するための保護膜、符号１４は、ＬＥＤアレイチップ１１上に設けられたボンディングパッド、符号１６は、ＬＥＤアレイチップ１１が搭載されるプリント配線基板、符号１７は、プリント配線基板上に設けられたボンディングパッド、符号１５は、上記ボンディングパッド１４、１７を接続するための金製のワイヤである。

これら各部材による複合半導体装置の構成は、図９の従来例とほぼ同様であるが、実施例１では、ボンディングパッド１４と発光部１０の間に導波路１２（屈折部材）を設けた点が従来例と相違している。

上記導波路１２は、発光部１０が放射した光を十分に透過可能であり、且つ、空気よりも屈折率の大きい略透明の部材（例えば、ポリイミド、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、等の透明な有機膜、或いは、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２，ＴＥＯＳ、ＳＯＧ等の透明な無機膜）で構成されており、その高さ寸法は、ＬＥＤアレイチップ１１上に接合された発光部１０の高さより高く形成されている。上記素材は、保護膜１３に使用されるものである。
尚、本実施例では、発光部１０が放射した光をワイヤ１５の直前まで導くために、導波路１２の厚さ（横幅）は、少なくとも１ミクロン以上と成されている。

また、実施例１では、図３に示す変形例のように、上記導波路１２を発光部１０の表面を覆うように延設させて、発光部１０の保護膜とすることもできる。本構成では、保護膜の形成と同時に導波路１２を形成することができるため、新たな行程は発生しない。

次に図２に基づいて実施例１の動作を説明する。
図２中の矢印は光の軌跡を示している。発光部１０の斜面部分より放射されたワイヤ１５に向かう光（図９の矢印Ｂ方向の光）は、導波路１２に進入する。導波路１２の屈折率は空気の屈折率より大きいため、導波路１２内を伝播する光が導波路１２の上面（空気との境界面）において空気中に進む時、光の入射角が大きくなると上記境界面より空気中に放射される光量は減少し、境界面にて反射されるようになる。反射された光は導波路１２内をワイヤ１５の直前まで伝播され、導波路１２の側部よりワイヤ１５による反射に寄与しない方向に放射される。

以上、実施例１によれば、ボンディングパッド１４（ワイヤ１５）と発光部１０の間に導波路１２を設けたので、高集積化によって発光部１０とボンディングパッド１４の距離が短縮されても、放射光がボンディングパッド１４のワイヤ１５にて反射されるのを回避でき、よって、高品質の印刷像を提供することが可能となる。
また、導波路１２を発光部１０より高く形成したので、発光部１０より放射される光の内、ワイヤ１５の反射に寄与し得るより多くの光を導波路１２内に進入させることが可能となり、ワイヤ１５による反射をより効率的に回避することができる。

図４は本発明の実施例２による複合半導体装置の構成を示している。図４中、符号１０は、発光部（第２半導体装置）、符号１１は、上面に上記発光部１０が接合されたＬＥＤアレイチップ（第１半導体装置）、符号１３は、発光部１０を保護するための保護膜、符号１２は、屈折部材、符号１４は、ＬＥＤアレイチップ１１上に設けられたボンディングパッド、符号１６は、ＬＥＤアレイチップ１１が搭載されるプリント配線基板、符号１７は、プリント配線基板上に設けられたボンディングパッド、符号１５は、上記ボンディングパッド１４、１７を接続するための金製のワイヤである。

本構成は、図１の実施例１と略同様であるが、導波路１２内に遮光膜１８（遮光部材）が設けられる点が相違している。
この遮光膜１８は、導波路１２内に進入した発光部１０からの放射光を遮光するための部材であって、光の透過率が低い材料、例えば、黒色のフォトレジストが用いられるが、この他、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｕ等による金属製の薄膜等も使用可能である。
上記遮光膜１８は、導波路１２内に埋め込まれたり、或いは、導波路１２に設けた穴の側壁に形成されたりする。

また、実施例２では、図５に示す変形例のように、上記導波路１２を発光部１０の表面を覆うように延設させて、発光部１０の保護膜とすることもできる。本構成では、保護膜の形成と同時に導波路１２を形成することができる。

上記構成において、発光部１０の斜面部分より放射された光は、導波路１２内に進入し、導波路１２内を殆ど減衰せずに伝播するが、導波路１２内に存在する遮光膜１８にて吸収・減衰させられるため、導波路１２より空気中に放射される光はワイヤ１５による反射に寄与しない極めて弱いものとなる。よって、その分、導波路１２の長さを短くすることが可能となる。

以上、実施例２によれば、導波路１２内に発光部１０の放射光を遮光する遮光膜１８を設けたので、実施例１の効果に加え、既述したように、導波路１２の長さを短くできることから、導波路１２がＬＥＤアレイチップ１１に接合されることによる膜応力を低減でき、膜応力に起因するＬＥＤアレイチップ１１の変形が防止されるため、信頼性の高いデバイスを作製することができる。

次に、図６、図７に基づき、本実施例による複合半導体装置を用いて構成したＬＥＤヘッド（プリントヘッド）について説明する。図６は本発明によるＬＥＤヘッドを示し、図７はＬＥＤユニットの一構成例を示している。
図６に示すように、本発明のＬＥＤヘッド５００は、ベース部材５０１を有し、このベース部材５０１上にＬＥＤユニット５０２が搭載されている。

上記ＬＥＤユニット５０２は、図７に示すように、細長形状の実装基板５０２ｅと、この実装基板５０２ｅの長手方向に沿って複数直線状に配列された発光部とその駆動回路から成るＬＥＤアレイ５０２ａ（複合半導体装置）とを備える。また、実装基板５０２ｅには、上記の他に電子部品が搭載され配線が形成されている電子部品実装エリア５０２ｂ、５０２ｃ、及び外部から制御信号や電源などを供給するためのコネクタ５０２ｄ等が設けられている。

また、図６に示すように、ＬＥＤアレイ５０２ａの上方には、各発光部から出射される光を集光するためのロッドレンズアレイ５０３が配設されている。このロッドレンズアレイ５０３は、柱状の光学レンズを、上記ＬＥＤアレイ５０２ａの発光部に沿って多数配列したもので、レンズホルダ５０４により発光部上方の所定の位置に保持されている。

上記レンズホルダ５０４は、ベース部材５０１及びＬＥＤユニット５０２を覆うように設けられており、これらベース部材５０１、ＬＥＤユニット５０２、およびレンズホルダ５０４は、ベース部材５０１及びレンズホルダ５０４に形成された開口部５０１ａ、５０４ａを介して配設されるクランパ５０５によって一体的に挟持され、ＬＥＤユニット５０２で発生した光がロッドレンズアレイ５０３を通して所定の外部部材に照射されるように構成されている。このＬＥＤプリントヘッド５００は、例えば、電子写真プリンタや電子写真コピー装置等、画像形成装置の露光装置として用いられる。

次に、図８に基づき、上記露光装置を用いた画像形成装置について説明する。図８は本発明による画像形成装置の要部構成を示している。
図８に示すように、画像形成装置６００内には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を各々に形成する四つのプロセスユニット６０１〜６０４が記録媒体６０５の搬送経路６２０に沿って、その上流側から順に配置されている。これらプロセスユニット６０１〜６０４の内部構造は共通であるため、シアンのプロセスユニット６０３を例に、それらの構成を説明する。

プロセスユニット６０３には、像担持体としての感光体ドラム６０３ａが矢印方向に回転可能に配置されている。この感光体ドラム６０３ａの周囲には、その回転方向上流側から順に、感光体ドラム６０３ａの表面を帯電する帯電装置６０３ｂ、帯電された感光体ドラム６０３ａ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６０３ｃ（図６の符号５００に相当）、静電潜像が形成された感光体ドラム６０３ａの表面に、所定色（シアン）のトナーを付着させて顕像を発生させる現像装置６０３ｄ、感光体ドラム６０３ａの表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置６０３ｅ等が配設されている。尚、これら各装置に使用されているドラムまたはローラは、図示しない駆動源及びギアによって回転するようになっている。

また、画像形成装置６００の下方には、紙等の記録媒体６０５を積み重ねた状態で収容する用紙カセット６０６が装着され、その上方には、記録媒体６０５を１枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ６０７が配設されている。更に、このホッピングローラ６０７の下流側には、ピンチローラ６０８、６０９と共に記録媒体６０５を挟持することにより、記録媒体６０５の斜行を修正し、搬送経路６２０上をプロセスユニット６０１〜６０４に搬送するレジストローラ６１０、６１１が配設されている。これらのホッピングローラ６０７及びレジストローラ６１０、６１１は、図示しない駆動源及びギアによって連動回転するようになっている。

プロセスユニット６０１〜６０４の各感光体ドラム６０１ａ〜６０４ａに対向する部位には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ６１２が配設されている。そして感光体ドラム６０１ａ〜６０４ａ上のトナーを記録媒体６０５に付着させるために、感光体ドラム６０１ａ〜６０４ａの表面と、これら各転写ローラ６１２の表面との間に所定の電位差が生じるように構成されている。

定着装置６１３は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体６０５上に転写されたトナーを加圧、加熱することによって定着させる。また、排出ローラ６１４、６１５は、定着装置６１３から排出された記録媒体６０５を、排出部のピンチローラ６１６、６１７と共に挟持し、記録媒体スタッカ部６１８に搬送する。排出ローラ６１４、６１５は、図示しない駆動源及びギアによって連動回転するようになっている。

次に、上記構成の画像形成装置６００の動作について説明する。
先ず、用紙カセット６０６に収納されている記録媒体６０５がホッピングローラ６０７によって、上から１枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この記録媒体６０５は、レジストローラ６１０、６１１及びピンチローラ６０８、６０９に挟持されて、プロセスユニット６０１の感光体ドラム６０１ａ及び転写ローラ６１２に搬送される。その後、記録媒体６０５は、感光体ドラム６０１ａ及び転写ローラ６１２に挟持された状態で、その記録面に感光体ドラム６０１ａ上のトナー像が転写されると共に、感光体ドラム６０１ａの回転により下流方向に搬送される。

記録媒体６０５は、プロセスユニット６０２〜６０４を通過し、その通過過程において各露光装置６０１ｃ〜６０４ｃにより形成された静電潜像が各現像装置６０１ｄ〜６０４ｄによって順次現像され、各色のトナー像がその記録面に転写され重ね合わせられる。そして、記録媒体６０５上の各色のトナー像は、定着装置６１３において定着させられた後、排出ローラ６１４、６１５及びピンチローラ６１６，６１７に挟持されて、装置外部の記録媒体スタッカ部６１８に排出される。
以上の過程を経て、高品質のカラー画像が記録媒体６０５上に形成される。

以上、本実施例では、複合半導体装置として電子写真プリンタ用光源のＬＥＤアレイを例示したが、発光部はＬＥＤに限るものではなく、例えば、発光サイリスタを用いることも勿論可能である。

本発明の実施例１による複合半導体装置の構成を示す図である。実施例１による複合半導体装置の動作を説明するための図である。実施例１による複合半導体装置の変形例を示す図である。本発明の実施例２による複合半導体装置の構成を示す図である。実施例２による複合半導体装置の変形例を示す図である。本発明によるＬＥＤヘッドを示す図である。ＬＥＤユニットの一構成例を示す平面配置図である。本発明による画像形成装置の要部構成を模式的に示す図である。従来例として示した複合半導体装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０発光部（第２半導体装置）
１１ＬＥＤアレイチップ（第１半導体装置）
１２導波路（屈折部材）
１４ボンディングパッド
１８遮光膜（遮光部材）
５００ＬＥＤヘッド（プリントヘッド）
５０２ｅ実装基板（基板）
５０３ロッドレンズアレイ（レンズアレイ）
６００画像形成装置

Claims

外部接続のためのワイヤが接合されているボンディングパッドと駆動回路を有する第1半導体装置と、前記駆動回路により駆動される発光素子を有し、前記第1半導体装置の表面に接合された第2半導体装置とを備える複合半導体装置において、
前記ボンディングパッドと前記第2半導体装置の間に設けられ、前記発光素子から上方かつ前記ボンディングパッドに近づく方向に放射された光を内部に導き、外部との境界面で前記第1半導体装置の方向へ反射させる導光部材と、
前記導光部材の内部に設けられ、前記発光素子から前記ボンディングパッドに向けて放射されて前記導光部材の内部に導かれた光を遮光する遮光部材と、
を備え、
前記導光部材の、前記第1半導体装置の表面からの高さは、前記発光素子の高さより高く形成され、
前記導光部材は、前記第2半導体装置の表面を覆うように延設されている
ことを特徴とする複合半導体装置。
請求項１に記載の複合半導体装置を複数直線状に配列させた基板と、これら複数の複合半導体装置に対向して配置され、各複号半導体装置から放射される光を集光させるレンズアレイとを備えることを特徴とするプリントヘッド。
請求項２に記載のプリントヘッドを備えることを特徴とする画像形成装置。