JPH06340118A - 画像装置及びその製造方法 - Google Patents

画像装置及びその製造方法

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JPH06340118A
JPH06340118A JP15418793A JP15418793A JPH06340118A JP H06340118 A JPH06340118 A JP H06340118A JP 15418793 A JP15418793 A JP 15418793A JP 15418793 A JP15418793 A JP 15418793A JP H06340118 A JPH06340118 A JP H06340118A
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  • Led Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像装置の基板と一体にレンズを成型して、
安価に基板とレンズアレイとを構成し、画像アレイとレ
ンズアレイとの位置ずれを防止する。基板配線の成膜を
容易にし、かつ画像アレイのフリップチップ接続を容易
にする。 【構成】 プラスチック基板2と一体に単眼レンズ4を
成型し、基板2の表面を粗面化して基板配線8をメッキ
で成膜する。LEDアレイ6は基板配線8にフリップチ
ップ接続し、接続部で基板配線8を半田膜で構成する。
レンズ4の側からレーザー光でフリップチップ接続部を
加熱し、バンプ10に半田膜を半田付けする。基板配線
8はLEDアレイ6の列の両側に1/2ずつ配置し、画
像アレイ2個毎に分断してスルーホールを介して、基板
2の裏面で接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】この発明は、LEDヘッドや密着型
イメージセンサ、液晶シャッタアレイヘッド等の、画像
アレイを用いた画像装置とその製造方法とに関する。
【0002】
【従来技術】LEDヘッドや液晶シャッタアレイヘッ
ド、密着型イメージセンサ等の画像装置では、LEDア
レイや液晶シャッタアレイ等の画像アレイを基板に搭載
し、基板配線に接続する。基板配線には通常Alの蒸着
膜等が用いられ、基板には表面の平滑性に優れたガラス
基板が用いられる。
【0003】しかし蒸着膜では基板への付着強度が低
く、かつ成膜に時間を要し量産性に乏しい。例えば蒸着
では成膜毎に真空引きをして真空度を得、次いで基板配
線を蒸着して取り出すことになる。これでは1回の成膜
に時間を要し、蒸着装置も大がかりなものが必要とな
る。
【0004】画像装置では単眼レンズを用いることが検
討されているが、この場合単眼レンズと基板との位置合
わせが決定的に重要となる。位置合わせの精度が低い
と、あるいは熱膨張等により位置合わせが狂うと、印画
像や読み取り画像に白筋や黒筋が発生する。そこで安価
にかつ確実に基板と単眼レンズとの位置合わせを行い、
しかも熱膨張などにより位置合わせが狂わないようにす
る必要がある。
【0005】さらに画像装置では画像アレイを基板配線
にフリップチップ接続することも公知であるが、Al配
線では半田付けができず、アレイに設けた電極バンプと
Al配線とを熱圧着することになる。熱圧着には大きな
加圧力を必要とし、脆弱な画像アレイを損傷することが
ある。
【0006】
【発明の課題】この発明の基本的課題は、 1) 基板と単眼レンズアレイとを安価に設け、 2) 基板と単眼レンズとを正確に位置決めし、かつ熱膨
張などによる位置決めの狂いをなくし、 3) 基板配線に真空プロセスを不要にして、基板配線の
形成を容易にし、 4) 画像アレイと基板配線とのフリップチップ接続を容
易にすることにある(請求項1)。請求項2での課題は
さらに、基板配線の基板への付着力を向上させることに
ある。請求項3での課題はさらに、フリップチップ接続
を半田付けで行えるようにすることにある。請求項4で
の課題はさらに、基板配線の密度を低下させることにあ
る。請求項5での課題は、請求項1,2の課題を満たす
画像装置の製造方法を提供することにある。
【0007】
【発明の構成と作用】この発明の画像装置は、透明プラ
スチック基板の第1の主面に、多数の受発光素子を設け
た画像アレイを列状に配置するとともに、他方の主面に
は基板と一体に単眼レンズをアレイ状に設け、前記第1
の主面では受発光素子に対向した部分以外の領域を粗面
化して、この粗面化領域上にメッキ膜からなる基板配線
を設け、この基板配線を前記画像アレイの電極バンプに
フリップチップ接続したことを特徴とする。
【0008】基板を透明プラスチック基板とし単眼レン
ズを一体成型すれば、安価に単眼レンズと基板とを構成
できる。しかも単眼レンズは最初から基板と一体なの
で、両者の位置合わせの必要がなく、また熱膨張などに
より位置合わせが狂うこともない。この結果、白筋や黒
筋の発生などの問題を最初から解消することができる。
基板配線はメッキで成膜し、メッキ膜との密着性を高め
るためにサンドブラストやエッチング等により基板を粗
面化する。粗面化する領域は、画像アレイの受発光素子
を除いた部分で、この領域を全面的にあるいは部分的に
粗面化する。この結果、真空蒸着やスパッタリングなし
で基板配線を形成でき、かつプラスチックはガラスより
も金属との馴染みが良いためメッキ膜との付着力も高
い。基板の裏面に単眼レンズがあるので画像アレイはフ
リップチップ接続に限られ、かつメッキ膜に銅膜や半田
膜などを用いれば容易にフリップチップ接続できる。
【0009】好ましくは基板配線を金属下地のメッキ膜
上に導電体のメッキ膜を積層したものとし、金属下地膜
により基板との付着力を確保し、導電体膜により導電性
を確保する。金属下地膜には例えばNi,Cr,Ti等
の無電解メッキ膜を用い、導電体のメッキ膜には例えば
銅膜や半田膜を用いる。さてフリップチップ接続部で基
板配線に半田メッキがあれば、画像アレイの電極バンプ
とのフリップチップ接続を半田付けで実現できる。この
結果、熱圧着時の圧力による画像アレイの損傷という問
題は解消し、かつ加圧しながら電気炉中で熱圧着するの
に比べて短時間で容易にフリップチップ接続できる。半
田メッキ膜は銅メッキ膜からなる導電体膜上にフリップ
チップ接続部のみをメッキして部分的に設けても良い
が、導電体膜全体を半田メッキ膜とすると工程数が減少
する。
【0010】好ましくは基板配線を画像アレイの列の一
方の側に設けた第1の基板配線と列の他方の側に設けた
第2の基板配線とで構成し、各基板配線を画像アレイ2
個毎にほぼU字状に折り返して分断された配線とし、基
板の裏面には単眼レンズを設けた領域以外の部分に裏面
配線を設けて、各基板配線と裏面配線とをスルーホール
で接続する。このようにすれば基板配線の密度は1/2
に低下し、メッキで多数の個別配線からなる基板配線を
設けるのが容易になる。メッキによる成膜では高密度配
線には限界があるが、基板配線を2つに分けると問題も
解消する。
【0011】例えば個別配線の総数が64本の場合、例
えば32本ずつの2つの基板配線を画像アレイの列の両
側に設ける。基板配線はほぼU字状の形状とし、その両
端を画像アレイの電極バンプにフリップチップ接続する
ので、両端が他の部分に接続されず孤立してしまう。そ
こでプラスチック基板にスルーホールを設け、スルーホ
ール,基板の裏面配線,次のU字状の基板配線の順に接
続せ、分断した基板配線を相互に接続する。
【0012】このような画像装置は例えば、プラスチッ
クで基板と単眼レンズとを一体成型する工程と、基板の
単眼レンズを設けた側の反対側の主面を部分的に粗面化
する工程と、粗面化した基板の主面上に金属下地膜をメ
ッキする工程と、金属下地膜上に導電体膜をメッキする
工程と、導電体膜上に画像アレイをフリップチップ接続
する工程とで製造する。ここで好ましくはフリップチッ
プ接続部で導電体膜を半田メッキ膜とし、レンズ側から
レーザー光や赤外線等で電極バンプの付近を局所的に加
熱し半田付けする。このようにすれば例えばレーザーで
走査するだけで、あるいは赤外線で加熱するだけで、フ
リップチップ接続ができる。
【0013】
【実施例】図1〜図5に実施例を示す。図1において、
2はプラスチック基板で、エポキシやアクリルあるいは
ポリカーボネイト等の透明プラスチック基板を用いる。
4は単眼レンズでアレイ状に形成し、例えばLEDアレ
イ6の1個毎に設ける。単眼レンズ4はプラスチック基
板2と一体成型する。6はLEDアレイで、基板2の第
1の主面に沿って例えば直線状に40個程度配置し、L
EDアレイ6の他にMOSCCDアレイ等を用いても良
い。基板2の第1の主面には基板配線8を施し、LED
アレイ6の電極に接続した電極バンプ10とフリップチ
ップ接続する。12はクリップ端子で、LEDアレイ6
の共通電極に接続し、例えば基板2の反対側の主面へ接
続する。LEDアレイ6の共通電極の接続方法は、クリ
ップ端子12を用いるものの他、任意のものを用いるこ
とができる。
【0014】図2に、単眼レンズ4の側から見た基板2
の配置を示す。LEDアレイ6の発光体の数を64個と
すると、基板配線8は64本の個別配線8−1〜8−6
4からなり、個別配線8−1〜8−32は図での上側
に、個別配線8−33〜8−64は図での下側に配置す
る。各個別配線8−1〜8−64はほぼU字状をなし、
LEDアレイ6の2個毎に分断して設ける。基板配線8
は個別配線8−1〜8−32からなる第1の基板配線
と、個別配線8−33〜8−64からなる第2の基板配
線とに分割して配置し、LEDアレイ6の列の両方に設
ける。個別配線8−1〜8−64は2つの電極バンプ1
0,10の間をU字状に折り返して第1の主面では他に
はつながらないので、スルーホール14を設けて基板2
の裏面を介して相互に接続する。16はスルーホール1
4の列で、スルーホール14の配列ピッチには0.8m
m程度が必要なので、スルーホールの列16は2列にし
かも基板2の長手方向に対して斜めに配置する。プラス
チック基板2の裏面(単眼レンズ4側の主面)には裏面
配線20を設け、スルーホール14を介して基板配線8
と接続する。このようにLEDアレイ6の2個毎に分断
した基板配線8を、スルーホールの列16と裏面配線2
0並びに次のスルーホールの列16を通じて相互に接続
する。
【0015】図3にフリップチップ接続部を示し、図4
に接続直前の状態を側面から見て示す。LEDアレイ6
はGaAs等の半導体基板からなり、図の22は個別の
発光体でLEDアレイ6に例えば64個設ける。24は
LEDアレイ6の電極で例えばAl膜をエッチングして
設け、フリップチップ接続部ではAl電極24の上に電
極バンプ10を積層する。図4に移ると、電極バンプ1
0はNiやCrあるいはTi等の金属下地膜上にAuや
Au−Pd,Pd等の膜を積層したもので、ここでは金
属下地膜としてNiメッキ層26を用い、その上部にA
uメッキ層28を積層した。
【0016】プラスチック基板2側ではNiやCr,T
i等の金属下地膜30上に、半田メッキ層32を積層
し、個別配線8−1〜8−64とした。金属下地膜30
は例えばNiの無電解メッキにより形成し、不要部をエ
ッチングやリフトオフ等により除去する。金属下地膜3
0の膜厚は例えば2〜3μm程度が好ましい。半田メッ
キ層32は基板2を半田浴に浸すことで形成し、膜厚は
例えば1〜100μm、好ましくは5〜20μm程度と
する。膜厚がこれよりも大きいと基板2への付着力が低
下し、薄すぎると電極バンプ10との半田付けが難しく
なる。34は粗面化部で、発光体22に向き合った部分
と単眼レンズ4の表面部とを除いて、基板2の表裏をサ
ンドブラストやエッチング等により粗面化して形成す
る。粗面化の程度は表面粗さ計で測定した平均表面粗さ
として例えば0.1〜5μm程度、好ましくは0.3〜
3μm程度とし、粗さをこれ以上大きくするとLEDア
レイ6の搭載精度に影響し、これ以下では金属下地膜3
0の付着強度が低下する。図4には特に示さなかった
が、裏面配線20も基板2の表面を粗面化した上に金属
下地膜30と半田メッキ層32とを積層して形成する。
半田メッキ層32を用いる理由は、電極バンプ10との
半田付けを容易にすることである。そこで半田メッキ層
32に替えて例えば銅メッキ層を用い、電極バンプ10
とフリップチップ接続する部分に、クリーム半田等を塗
布しても良い。しかし実施例のようにすればクリーム半
田の塗布が不要になるし、また塗布したクリーム半田に
よって個別配線8−1〜8−64がショートする危険性
もなくなる。
【0017】図5に、LEDアレイ6のフリップチップ
接続までの工程を示す。ポリカーボネイトやエポキシあ
るいはアクリル等のプラスチックを用いて、基板2と単
眼レンズ4を一体成型する。次に発光体22に向き合う
ことになる部分と単眼レンズ4の表面とをマスクして、
サンドブラストやエッチング等により基板を粗面化す
る。これによって粗面化部34を形成する。粗面化部3
4を形成する前後に基板2に穴開け加工を施し、次いで
Niのメッキ液中に基板2を浸して、無電解メッキによ
りNiメッキを行う。続いて不要部をエッチングし、金
属下地膜30を形成する。この後基板2を溶融半田に浸
して半田を金属下地膜30の上にのみ付着させ、特にパ
ターンニングを行わずに半田メッキ層32を得る。これ
らの後にスルーホール加工を施し、裏面配線20と基板
配線8とを接続する。
【0018】配線8,20の形成後にLEDアレイ6を
搭載し、クリップ端子12を用いて仮止めする。クリッ
プ端子12には仮止めができる程度の弾性があるものが
好ましい。次に図5の半導体レーザー40,40等を用
い、単眼レンズ4の側から可視光や赤外線等を照射し
て、半田メッキ層32を溶かし、電極バンプ10に半田
付けする。半田はプラスチック基板2の表面には直接付
着せず、金属下地膜30がある部分にのみ付着するの
で、半田メッキ層32を溶融させても個別配線8−1〜
8−64がショートする恐れはない。
【0019】このようにすればフリップチップ接続を半
田付けで行うことができ、レーザー40,40で基板2
の裏面を走査するだけでフリップチップ接続を行うこと
ができる。また半田付けはAlの基板配線への熱圧着と
異なりクリップ端子12からの小さな圧力で位置決めす
るだけでよく、LEDアレイ6の脆弱なGaAs基板を
破壊する恐れがない。さらに光による局所的な加熱なの
でプラスチック基板2や単眼レンズ4を変形させたり、
フリップチップ接続部以外の半田メッキ層32を溶かし
たりすることもない。このため耐熱性の低いプラスチッ
ク基板2や融点の低い半田メッキ層32でも問題は生じ
ず、リフロー炉を通す必要がないので半田付けに必要な
時間も短く、半田中のフラックスがリフロー炉でLED
アレイ6に付着する等の問題もない。
【0020】フリップチップ接続部のみを局所的に加熱
するためレーザー40を用いることが好ましいが、リフ
ロー炉による全体的加熱やフラックスによる汚染を避け
るだけであれば通常の光源を用いた赤外線加熱でも良
い。このような例を図6に示す。図の42は赤外線ラン
プで、44は断面が放物線形の反射鏡であり、赤外線ラ
ンプ42からの光を反射鏡44で平行光線に変え、LE
Dアレイ6の裏面のみを局所的に加熱する。
【0021】実施例の作用を示す。実施例の基本的概念
は基板2と単眼レンズ4とを一体にすることである。こ
れはプラスチック基板2を用い一体成型を行うことで達
成される。この結果、基板2と単眼レンズ4との位置合
わせは成型時に行われ、周囲温度の変動による熱膨張等
で位置合わせが狂うとの問題も解消する。LEDアレイ
6は基板配線8に位置合わせされており、単眼レンズ4
が基板2と一体なので、LEDアレイ6は基板配線8を
介して単眼レンズ4に位置合わせされる。
【0022】実施例の次の概念は、基板配線8にメッキ
膜を用い、Alの真空蒸着等を不要にすることである。
そしてこれによって画像装置の量産性が大幅に向上す
る。プラスチック基板2はガラス基板よりも金属下地膜
30との馴染みが良く、基板配線8や裏面配線20を設
ける部分を粗面化することにより配線8,20と基板2
との付着力をさらに向上させる。半田メッキ層32は単
独では基板2に付着しないが、中間に金属下地膜30を
設けることにより半田メッキ層32を容易に形成するこ
とができる。
【0023】メッキによる基板配線8は真空蒸着による
Al配線に比べて、高密度化には適していない。そこで
基板配線8をLEDアレイ6の上側に設けた個別配線8
−1〜8−32からなる第1の基板配線と下側に設けた
個別配線8−33〜8−64からなる第2の基板配線と
に分割し、配線の密度を1/2に低下させる。個別配線
8−1〜8−64をほぼU字状の形状とし、両端をLE
Dアレイ6の電極バンプ10にフリップチップ接続し
た。これはフリップチップ接続に適した形状である。こ
のようにすると各個別配線8−1〜8−64はLEDア
レイ6の2個毎に孤立するので、スルーホール14と裏
面配線20とを用いて相互に接続した。そしてプラスチ
ック基板2ではスルーホール14を設けるのが容易で、
裏面配線20は基板配線8と同じプロセスにより同時に
形成することができる。
【0024】実施例ではLEDヘッドを示したが、これ
に限らず例えばイメージセンサ等でも同様に画像装置を
構成することができる。
【0025】
【発明の効果】請求項1の発明では、 1) 基板と単眼レンズアレイとをプラスチックで安価に
設け、 2) 一体成型により、基板と単眼レンズとを正確に位置
決めし、かつ熱膨張などによる位置決めの狂いをなく
し、 3) 基板配線に真空プロセスを不要にして、基板配線の
形成を容易にし、 4) 画像アレイと基板配線とのフリップチップ接続を容
易にする。請求項2の発明ではさらに、 5) 基板への付着力に優れた金属下地膜を用い、基板配
線の基板への付着力を向上させる。請求項3の発明では
さらに、 6) 導電体膜を半田メッキ膜で構成するので、フリップ
チップ接続を半田付けで行え、しかも銅メッキ膜上に特
定の部分のみ半田メッキを施す等の工程の増加がない。
請求項4の発明ではさらに、 7) 基板配線の密度を低下させてメッキによる基板配線
の成膜を容易にし、高解像度の画像装置への対応を容易
にする。またプラスチック基板を用いるためスルーホー
ルを設けるのが容易で、裏面配線を用いて分断した基板
配線を接続する。請求項5の発明では、上記1)〜5)の効
果を備えた画像装置の製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の画像装置の要部断面図
【図2】 実施例の画像装置の要部背面図
【図3】 実施例で画像装置のフリップチップ接続部
を示す図
【図4】 実施例で画像装置のフリップチップ接続部
を示す要部断面図
【図5】 実施例の画像装置でのレーザー光によるフ
リップチップ接続を示す要部断面図
【図6】 変形例での赤外線光源を示す図
【符号の説明】
2 プラスチック基板 4 単眼レンズ 6 LEDアレイ 8 基板配線 8−1〜8−64 個別配線 10 電極バンプ 12 クリップ端子 14 スルーホール 16 スルーホールの列 20 裏面配線 22 発光体 24 電極 26 Niメッキ層 28 Auメッキ層 30 金属下地膜 32 半田メッキ層 34 粗面化部 40 半導体レーザー 42 赤外線ランプ 44 反射鏡
───────────────────────────────────────────────────── 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 33/00 M 7376−4M N 7376−4M H04N 5/335 Z H05K 1/18 F 7128−4E 3/18 E 7511−4E

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明プラスチック基板の第1の主面に、
    多数の受発光素子を設けた画像アレイを列状に配置する
    とともに、他方の主面には基板と一体に単眼レンズをア
    レイ状に設け、 前記第1の主面では受発光素子に対向した部分以外の領
    域を粗面化して、この粗面化領域上にメッキ膜からなる
    基板配線を設け、この基板配線を前記画像アレイに設け
    た電極バンプにフリップチップ接続したことを特徴とす
    る、画像装置。
  2. 【請求項2】 前記基板配線を金属下地のメッキ膜上に
    導電体のメッキ膜を積層して構成したことを特徴とす
    る、請求項1の画像装置。
  3. 【請求項3】 前記導電体メッキ膜を、少なくともフリ
    ップチップ接続部で半田のメッキ膜としたことを特徴と
    する、請求項2の画像装置。
  4. 【請求項4】 前記基板配線を、画像アレイの列の一方
    の側に設けた第1の基板配線と列の他方の側に設けた第
    2の基板配線とで構成し、 各基板配線を画像アレイ2個毎にほぼU字状に折り返し
    て分断された配線とし、 基板の裏面には単眼レンズを設けた領域以外の部分に裏
    面配線を設けて、各基板配線と裏面配線とをスルーホー
    ルで接続したことを特徴とする、請求項1の画像装置。
  5. 【請求項5】 プラスチックで基板と単眼レンズとを一
    体成型する工程と、 単眼レンズを設けた側の反対側の基板主面を部分的に粗
    面化する工程と、 粗面化した基板の主面上に金属下地膜をメッキする工程
    と、 金属下地膜上に導電体膜をメッキする工程と、 導電体膜上に画像アレイをフリップチップ接続する工程
    とを含む、画像装置の製造方法。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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