JPH05183191A - Ｌｅｄプリントヘッド - Google Patents

Ｌｅｄプリントヘッド

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JPH05183191A
JPH05183191A JP35855591A JP35855591A JPH05183191A JP H05183191 A JPH05183191 A JP H05183191A JP 35855591 A JP35855591 A JP 35855591A JP 35855591 A JP35855591 A JP 35855591A JP H05183191 A JPH05183191 A JP H05183191A
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JP
Japan
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wire
bonding
led array
bond
array
Prior art date
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Application number
JP35855591A
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English (en)
Inventor
Shunji Murano
俊次 村野
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＬＥＤプリントヘッドのＬＥＤアレイを小型
化し、同時にＬＥＤアレイへのワイヤボンディング不良
を防止する。 【構成】 ＬＥＤアレイにセカンドボンドを行い、ＬＥ
Ｄアレイ搭載基板にファーストボンドする。セカンドボ
ンドでのキャピラリー外周痕に沿ったワイヤ厚δをワイ
ヤ線径の１／８〜１／３、好ましくは１／６〜１／４と
する。セカンドボンドではファーストボンドよりもボン
ディング部のワイヤの広がりが小さく、かつδを大きく
する程、広がりが減少する。この結果ボンディングパッ
ドを小型化し、ＬＥＤアレイを小型化できる。厚さδを
線径の１／８〜１／３とすることにより、ボンディング
強度を向上させ、同時にＬＥＤアレイへの衝撃を減少で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】この発明はＬＥＤプリントヘッドの
ワイヤボンディングに関し、特にワイヤボンディングの
改良によるＬＥＤアレイの小型化と、ボンディング強度
の向上、ボンディング時のＬＥＤアレイの損傷の防止に
関する。
【０００２】
【従来技術】ＬＥＤプリントヘッドでは、ＬＥＤアレイ
と基板をワイヤボンディングで接続するため、高密度の
ワイヤボンディングを行う。ＬＥＤプリントヘッドでは
多数のワイヤボンディングを行うので、ボンディングの
不良率を低くしなければならない。１箇所でもボンディ
ング不良があると、装置全体が不良となる。これらのワ
イヤボンディングには多数の公知技術が有り、例えば実
開昭６１−１３８，２４７号や同６１−７５１３２号は
ボンディングパッドの位置認識について提案している。
また特公昭６３−４２８５３号は、ボンディングパッド
を高密度に配置するためパッドを２列に配置し、パッド
の両側の配線を細く絞って、狭い領域に多数のパッドを
配置することを提案している。さらに実開昭６０−９９
５３６号は、細いリード線と太いリード線とを使い分
け、リード線相互のショートを防止することを提案して
いる。しかしながらこれらの公報は、基板側にセカンド
ボンドを行うものとしている。
【０００３】これとは別にＬＥＤプリントヘッドでのワ
イヤボンディングに関する問題として、ＬＥＤアレイが
脆弱でボンディング時に破壊されあるいはクラックが生
じ易いことがある。またＬＥＤアレイは高価であり、プ
リントヘッドのコストを低下させるためにはアレイの小
型化が必要である。
【０００４】
【発明の課題】この発明の課題は、ボンディング条件の
改善を通じてＬＥＤアレイを小型化すると共に、ボンデ
ィング強度を改善し、かつボンディング時のＬＥＤアレ
イの損傷を防止することにある。
【０００５】
【発明の構成】この発明は、ＬＥＤアレイに設けたボン
ディングパッドと、該ＬＥＤアレイを搭載した基板に設
けたボンディングパッドとを、ワイヤボンディングで接
続したＬＥＤプリントヘッドにおいて、該ＬＥＤアレイ
側のボンディングパッドに、ワイヤボンディングのセカ
ンドボンドを行うと共に、セカンドボンド部でのボンデ
ィングツール痕外周部でのワイヤ厚をワイヤ線径の１／
８〜１／３としたことを特徴とする。ここにボンディン
グツール痕外周部でのワイヤ厚は、より好ましくはワイ
ヤ線径の１／６〜１／４とする。またセカンドボンドと
は、ワイヤボンディングにおける最初の一端のボンディ
ング（ファーストボンド）に対する、他端のボンディン
グを指す、
【０００６】
【発明の作用】ワイヤボンディングのファーストボンド
とセカンドボンドとを比較すると、セカンドボンドの方
がボンディング部でのワイヤの広がりが小さい。またセ
カンドボンドでのボンディング部のワイヤの広がりは、
ボンディングツール外周痕でのワイヤの厚さで定まる。
即ちセカンドボンド部には、キャピラリー等のボンディ
ングツールの加圧痕がパッドに残る。この加圧痕の外周
でのワイヤの厚さを、ボンディングツール外周痕でのワ
イヤの厚さδとする。するとセカンドボンド部でのワイ
ヤの広がりは、δを大きくする程小さくなる。例えば線
径２５μｍの金線やＡｌ線の場合、ファーストボンド部
の円形のボンディング部直径は１００μｍ以上である。
これに対して厚さδを４〜６μｍとすると、セカンドボ
ンド部でのワイヤの広がりは６０〜７０μｍとなる。ボ
ンディング部を小さくできれば、例えばＬＥＤアレイで
のボンディングパッドを従来の２列から１列に変更し、
アレイの幅を小さくすることができる。パッドを従来と
同じ２列に配置する場合でも、ボンディング部の小型化
に応じパッドを小型化し、アレイの基板面積を縮小する
ことができる。
【０００７】従来のＬＥＤプリントヘッドでＬＥＤアレ
イにファーストボンドを行うのは、ＬＥＤアレイへのワ
イヤボンディングが難しく、かつＬＥＤアレイに用いる
ＧａＡｓやＧａＰ等の基板が脆弱で、ボンディング時に
破壊されたり、クラックが生じたりし易いからである。
しかしながら発明者は、前記の厚さδとボンディング強
度が密接に関係することを見い出した。即ちδがワイヤ
線径（直径，以下同じ）の１／６以下の領域では、δを
増す程セカンドボンドの強度が向上する。一方δが線径
の１／４以上の領域では、δを増すとセカンドボンド強
度が低下する。この値δは、ボンディング時のＬＥＤア
レイの損傷とも関係があり、δが小さい程ボンディング
時のアレイの損傷確率が高い。これはボンディング時の
荷重によりワイヤの変形が進行してδが減少し、ボンデ
ィング時の荷重がアレイの損傷の主因だからである。そ
こで厚さδを適切な値とすれば、ＬＥＤアレイへのセカ
ンドボンド強度を向上させ、かつＬＥＤアレイのボンデ
ィング時の損傷を防止できる。
【０００８】厚さδの好ましい範囲はワイヤの線径にほ
ぼ比例して変化し、例えば線径２５μｍの金線やＡｌ線
では３〜８μｍが好ましく、最も好ましくは４〜６μｍ
である。線径２０μｍの金線では、厚さδは２．５〜６
μｍが好ましく、最も好ましくは３〜５μｍとする。ま
た線径３２μｍの金線では４〜１０μｍが好ましく、最
も好ましくは５〜８μｍとする。これらのことから、厚
さδをワイヤ線径の１／８〜１／３、より好ましくは１
／６〜１／４とした。厚さδの好ましい範囲は線材の材
質とは関係がなく、例えば金線でもＡｌ線でも、同じ線
径であれば同じ範囲が好ましい。
【０００９】
【実施例】
【００１０】
【ワイヤボンディング】図４に示す形状で、ワイヤボン
ディングを行った。図において、２はＬＥＤプリントヘ
ッドのＬＥＤアレイで、３は個々のＬＥＤである。４は
ガラスやセラミック等の基板で、ここではガラス基板と
し、６はＬＥＤ３毎に設けたボンディングパッド、７は
基板４上の高密度配線のボンディングパッドである。ボ
ンディングパッド６は真空蒸着やスパッタリングでＬＥ
Ｄアレイ２の全面に形成し、エッチングで形状を定め
る。パッド６の厚さは２〜３μｍで、材質は例えばＡｌ
である。パッド６は、薄膜技術で成膜するため、またエ
ッチング精度を高めるために厚くできず、このためボン
ディング強度が低下し易い。パッド６は例えば１列に平
行に配置し、ＬＥＤ３の配列ピッチに応じたピッチで配
置する。
【００１１】８はワイヤで、ここでは線径２０μｍ，２
５μｍ，３２μｍの金線と、線径２５μｍのＡｌ線につ
いて、ワイヤボンディングを行った。１０は、基板４上
のボンディングパッド７へのファーストボンド部で、１
２はＬＥＤアレイ２のパッド６へのセカンドボンド部で
ある。
【００１２】ＬＥＤプリントヘッドには、これ以外にレ
ンズアレイやハウジング、ＬＥＤアレイ２の制御回路等
が必要であるが、ワイヤボンディングとは関係が無いの
で省略した。
【００１３】ワイヤボンディングは、基板４やＬＥＤア
レイ２を例えば１７０℃に加熱し、超音波とワイヤ８に
加える荷重とで行った。セカンドボンドの機構を図５，
図６に示す。ボンディングツールのキャピラリー１４に
ワイヤ８を通し、先端にボールを形成して基板４側にフ
ァーストボンドする。ボンディングツールの種類はキャ
ピラリー１４に限らず、任意である。次いでキャピラリ
ー１４をＬＥＤアレイ２のパッド６へと移動させ、キャ
ピラリー１４を超音波振動させながら、荷重を加えてワ
イヤ８をパッド６にボンディングし、同時にワイヤ８を
切断する。セカンドボンド時の圧力や超音波でパッド６
には、図５のようなキャピラリー痕１６が生じる。キャ
ピラリー痕１６の外周部（図のラインＤ）でのワイヤ８
の垂直方向の厚さを、厚さδと呼ぶ。δが適切な場合に
は、セカンドボンド部１２の強度は充分高く、セカンド
ボンド部１２は図５のような形状となる。これに対して
δが小さ過ぎる場合には、セカンドボンド部１２は図６
のように広がり、張力を加えるとワイヤ８はラインＤの
付近で断線する。
【００１４】厚さδとセカンドボンド部１２でのワイヤ
の広がり、（ラインＤに沿ったセカンドボンド部１２の
幅）、は密接な関係が有り、厚さδが大きい程セカンド
ボンド部１２の広がりが小さい。そこでδを適切な値と
することにより、ボンディングパッド６を小さくし、図
７のようにＬＥＤアレイ２に１列にボンディングパッド
６を配置することができる。
【００１５】ワイヤ８として線径２５μｍの金線やＡｌ
線を用いる場合、厚さδを４〜６μｍとすれば、セカン
ドボンド部１２でのワイヤの広がりは６０〜７０μｍと
なる（図３）。これに対してファーストボンド部１０で
の、ワイヤの広がりは１００〜１１０μｍ程度となる。
３００ＤＰＩ（ドット／インチ）のＬＥＤアレイ２で
は、ＬＥＤ３の配列ピッチは８４．７μｍで、従来例で
はボンディングパッドを２列に配置せねばならない。そ
のため従来例では、アレイ２上のボンディングパッドに
一辺１１０μｍの正方形等を用い、ＬＥＤ３の幅（ＬＥ
Ｄアレイ２の長手方向の幅）を５０μｍ、長さを６０μ
ｍとし、これらの分離用のギャップに両端で各４０μ
ｍ、パッドとパッド、ＬＥＤ３とパッドに各２０μｍを
割り当てると、ＬＥＤアレイ２の幅は少なくとも４００
μｍとなる。これに対して実施例では、図７のようにＬ
ＥＤアレイ２を配置し、ボンディングパッド６を幅（Ｌ
ＥＤアレイ２の長手方向の幅）７０μｍ、長さ１００μ
ｍ、ＬＥＤ３の配置を３００ＤＰＩ（ドット／インチ）
の幅５０μｍ、長さ６０μｍとする。これらのギャップ
に両端の各３０μｍと中央の２０μｍの合計８０μｍを
割り当てると、ＬＥＤアレイ２の幅を２４０μｍとする
ことができる。
【００１６】６００ＤＰＩ等の高分解能のＬＥＤアレイ
２では、ＬＥＤ２やボンディングパッド６も小型化して
基板面積が減少するので、ボンディングパッドを例えば
２列に配置しても良い。このような例を図８に示す。図
において、３２は分解能６００ＤＰＩのＬＥＤアレイ、
３６はボンディングパッドでＬＥＤ３の両側に配置し、
ワイヤ８相互のショートを防止した。この例では、ワイ
ヤ８に線径２０μｍのものを用い、厚さδを３〜５μｍ
とし、ＬＥＤアレイ３２でのセカンドボンド部１２のワ
イヤの広がりを６０〜５０μｍ程度とした（図３参
照）。これに応じてパッド３６は例えば幅６０μｍ、長
さ８０μｍとし、ＬＥＤ３は幅２５μｍ、長さ３０μ
ｍ、ギャップを両端で各２０μｍ、パッド３６とＬＥＤ
３の間で各１０μｍとすると、アレイ３２の幅は２５０
μｍとなる。
【００１７】ＬＥＤアレイ２の幅は３００ＤＰＩの分解
能で２４０μｍまで小型化できることを示したが、アレ
イ２の幅ｗが高さｈよりも狭いと倒れ易く取り扱い難
い。このことを図９に示す。アレイ２の高さｈはボンデ
ィング時の衝撃に耐えること等から少なくとも２００μ
ｍ以上が好ましく、より好ましくは３００±１００μ
ｍ、さらに好ましくは３００±５０μｍとする。これに
応じてアレイ２やアレイ３２の幅は、アレイ高さｈ±６
０μｍ、より好ましくはｈ±３０μｍとする。例えば図
７の配置でアレイ２の幅をさらに小型化しても、アレイ
が倒れ易くなるので、小型化を進めるよりは高さｈとの
適当な比を保つ方が良い。なおアレイ２をシリコンやＧ
ｅ等の異種基板上にエピタキシャル成長させる場合には
シリコン基板等が衝撃を支えるので、アレイ２のＧａＡ
ｓ部の厚さは例えば１００μｍ以上とし、より好ましく
は２００μｍ±５０μｍとする。
【００１８】
【セカンドボンド部１２の特性】表１に、最適ワイヤボ
ンディング条件を示す。
【００１９】
【表１】 最適ワイヤボンディング条件 ワイヤ８の種類 ＬＥＤ側 基板側 金線 ３２μｍ 超音波（Ｗ） ０．１４ ０．１４５ 荷重 （ｇ） ６０ ６５ 金線 ２５μｍ 超音波（Ｗ） ０．１３５ ０．１４ 荷重 （ｇ） ５５ ６０ 金線 ２０μｍ 超音波（Ｗ） ０．１３ ０．１３５ 荷重 （ｇ） ４５ ５０ Ａｌ線２５μｍ 超音波（Ｗ） ０．１４５ ０．１５ 荷重 （ｇ） ６０ ６５ ＊ 線径は直径で示す。
【００２０】図１〜図３に、セカンドボンド部１２の特
性を示す。ワイヤボンディング後のワイヤ８を引っ張
り、どこで断線するかを調べた。図４の位置Ａ，Ｂ，Ｃ
で断線する場合やパッド６自体がアレイ２から剥がれる
場合には、セカンドボンド部１２が良好とし、図４の位
置Ｄ，Ｅで断線するものをセカンドボンド不良とした。
良好と判定した場合には、セカンドボンド部１２には充
分な強度が有り、セカンドボンド部１２の強度はワイヤ
８自体の強度よりも高い、あるいはファーストボンド部
１０の強度やパッド６の強度よりも高いといえる。
【００２１】線径２５μｍの金線をワイヤ８とした場合
の、厚さδとセカンドボンド不良率との関係を図１に示
す。図１から明らかなように、δが３μｍ未満では不良
率が高く、δが４μｍでは不良率はさらに減少する。δ
が６μｍを越えると不良率は再度増加し、δが８μｍ以
上では不良率は高い。δが３μｍ以下や４μｍ以下での
不良は、主として図４での位置Ｄに沿った断線である。
一方δが６μｍ以上や８μｍ以上での不良は、図４の位
置Ｅでワイヤ８がセカンドボンド部１２から外れる不良
である。これはδが小さ過ぎる場合には、キャピラリー
外周痕での位置Ｄでのワイヤの変形が過剰で、ここに強
度の低い箇所があることを示している。またδが大き過
ぎる場合には、セカンドボンド部１２でのワイヤの変形
が不足で、パッド６との密着強度が不足していることを
示している。
【００２２】ここでは線径２５μｍの金線を例に説明し
たが、この傾向は線径２０μｍや３２μｍの金線、ある
いは線径２５μｍのＡｌ線でも同様で、線径２０μｍの
金線ではδが２．５μｍ未満では位置Ｄでの断線頻度が
高く、δを３μｍ以上とすると、不良率が減少する。δ
を５μｍ超とすると位置Ｅでの不良率が増加し、６μｍ
超では位置Ｅでの不良率がさらに増加する。同様に線径
３２μｍの金線の場合、δが４μｍ未満では位置Ｄでの
断線頻度が高く、δが５μｍ以上では不良率が減少し、
δが８μｍを越すと位置Ｅでの不良率が増加し、δが１
０μｍ以上で不良率はさらに増す。金線とＡｌ線とによ
る最適δの差は見られず、２５μｍのＡｌ線でもδが３
μｍ未満では位置Ｄでの不良率が高く、δが４μｍまで
δと共に不良率が減少し、６μｍを越えると位置Ｅでの
不良率が増加し、８μｍ以上では位置Ｅでの不良が顕著
となる。これらのことから、セカンドボンド部１２での
キャピラリー外周痕でのワイヤ８の厚さδは、ワイヤ８
の線径の１／８〜１／３、より好ましくは１／６〜１／
４とした。
【００２３】図２に、線径２５μｍの金線での、セカン
ドボンド時の荷重とδやセカンドボンド不良率の関係を
示す。なお超音波エネルギーは最適値の０．１４Ｗであ
り、ＬＥＤアレイ２の損傷率はセカンドボンド不良率と
共に増加する。図から、キャピラリー外周痕でのワイヤ
厚δは主としてボンディング時の荷重で定まること、δ
が小さい程アレイ２のボンディング時の不良率が増加
し、同時にＬＥＤアレイ２の損傷率が増加することが分
かる。従来例でδが小さい主因は、薄いパッド６にワイ
ヤ８を密着させるため荷重を大きくしようとしたためで
ある。そこでセカンドボンドの荷重を適切にする必要が
あり、線径２５μｍの金線やＡｌ線に対しては５０〜７
０ｇ，最適には６０±５ｇ、線径３２μｍの金線やＡｌ
線に対しては５５〜７５ｇ，最適には６５±５ｇ、線径
２０μｍの金線やＡｌ線に対しては４５〜５５ｇ，最適
には５０±２ｇとする。
【００２４】図３に、δと図５のラインＤに沿ったセカ
ンドボンド部１２でのワイヤの広がりを示す。図から明
らかなように、δを増すとセカンドボンド部１２の広が
りは減少し、小さなパッド６にボンディングできること
が分かる。またセカンドボンド部１２でのワイヤの広が
りはほぼ線径に比例し、２５μｍや２０μｍの線材で
は、広がりはより小さくなる。
【００２５】
【発明の効果】この発明では、ボンディング条件の改善
を通じてＬＥＤアレイを小型化すると共に、ボンディン
グ強度を改善し、かつボンディング時のＬＥＤアレイの
損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ボンディングツール痕外周端部でのワイヤ
厚δと、セカンドボンド不良率との関係を示す実施例の
特性図
【図２】 セカンドボンド荷重と、ワイヤ厚δ及びセ
カンドボンド不良率との関係を示す実施例の特性図
【図３】 セカンドボンドでのワイヤの広がりとδと
の関係を示す実施例の特性図
【図４】 δの定義を示す実施例の側面図
【図５】 適切なδでのセカンドボンド部の平面図
【図６】 δが小さ過ぎる場合の、セカンドボンド部
の平面図
【図７】 実施例の要部平面図
【図８】 変形例の要部平面図
【図９】 ＬＥＤアレイの幅と高さとの関係を示す、
実施例の要部平面図
【符号の説明】
２ ＬＥＤアレイ ３ ＬＥＤ ４ 基板 ６ ボンディングパッド ８ ワイヤ １０ ファーストボンド部 １２ セカンドボンド部 １４ キャピラリー １６ キャピラリー痕
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/60 ３０１ Ａ 6918−4Ｍ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＬＥＤアレイに設けたボンディングパ
    ッドと、該ＬＥＤアレイを搭載した基板に設けたボンデ
    ィングパッドとを、ワイヤボンディングで接続したＬＥ
    Ｄプリントヘッドにおいて、 該ＬＥＤアレイ側のボンディングパッドに、ワイヤボン
    ディングのセカンドボンドを行うと共に、セカンドボン
    ド部でのボンディングツール痕外周部でのワイヤ厚をワ
    イヤ線径の１／８〜１／３としたことを特徴とする、Ｌ
    ＥＤプリントヘッド。
JP35855591A 1991-12-30 1991-12-30 Ｌｅｄプリントヘッド Pending JPH05183191A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005347401A (ja) * 2004-06-01 2005-12-15 Meiko:Kk 光素子チップ部品
KR100758683B1 (ko) * 2005-11-15 2007-09-13 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤 Ｌｅｄ 어레이 헤드 및 화상 기록 장치
JP2008251668A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Suzuka Fuji Xerox Co Ltd ワイヤーボンディング方法およびｌｅｄプリントヘッド用ベースの製造方法

Cited By (4)

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JP4530230B2 (ja) * 2007-03-29 2010-08-25 鈴鹿富士ゼロックス株式会社 ワイヤーボンディング方法およびｌｅｄプリントヘッドの製造方法

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