WO2010084596A1

WO2010084596A1 - 光電変換装置及び画像読み取り装置

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Publication number: WO2010084596A1
Application number: PCT/JP2009/051031
Authority: WO
Inventors: 秀聡齋藤
Original assignee: キヤノン・コンポーネンツ株式会社
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-07-29
Also published as: JP5006453B2; JPWO2010084596A1

Abstract

　熱硬化性の第１の接着剤（３_ｋ）及び第２の接着剤（４_ｋ）により、光電変換素子（２_ｋ）が回路基板（１）に固定されている。第１の接着剤（３_ｋ）が設けられた領域の光電変換素子（２_ｋ）の配列方向の寸法は「Ｗ１」であり、第２の接着剤（４_ｋ）が設けられた領域の光電変換素子（２_ｋ）の配列方向の寸法は「Ｗ２」である。光電変換素子（２_ｋ）の配列方向（長手方向）の寸法は「Ｗ」である。そして、そして、「Ｗ」の値、「Ｗ１」の値、及び「Ｗ２」の値の間には、「Ｗ＞Ｗ１＋Ｗ２」の関係が成立している。従って、「Ｗ＞Ｗ１」の関係も成立している。

Description

光電変換装置及び画像読み取り装置

　本発明は、複数の光電変換素子を実装した光電変換装置及び画像読み取り装置に関する。

　ファクシミリ、複写機、スキャナ等の画像読み取り装置に、イメージセンサユニットが用いられている。イメージセンサユニットには、複数の光電変換素子が実装された回路基板が設けられている。

　ここで、光電変換素子を回路基板に実装する従来の方法について説明する。図１は、従来の実装方法を示す模式図である。

　従来の方法では、図１に示すように、回路基板１０１上に熱硬化性の接着剤１０３を塗布し、この上に光電変換素子１０２_１～１０２_ｎを主走査方向に隙間を介して直線状に配置する。光電変換素子１０２_１～１０２_ｎの表面には受光部（図示せず）が設けられている。

　次いで、光電変換素子１０２_１～１０２_ｎが配置された回路基板１０１を加熱炉等の炉内に搬送し、炉内で接着剤１０３を熱硬化させる。この結果、接着剤１０３が固化し、回路基板１０１に光電変換素子１０２_１～１０２_ｎが接着される。その後、回路基板１０１に設けられている電極（図示せず）と光電変換素子１０２_１～１０２_ｎに設けられている電極パッド１０５_１～１０５_ｎとを夫々ワイヤボンディングで電気的に接続する。

　しかし、この方法では、炉内において、接着剤１０３の粘度が一時的に低下し、接着剤１０３が流動化する。そして、毛細管現象により、隣り合う光電変換素子１０２_１～１０２_ｎ同士の隙間を介して接着剤１０３が光電変換素子１０２_１～１０２_ｎの受光部に達するという現象が発生することがある。以下、この現象を這い上がりということがある。このため、光電変換特性が低下し、読み取り精度及び分解性能が低下してしまう。

　また、炉内において、回路基板１０１も加熱されるため、回路基板１０１の熱膨張に伴って、接着剤１０３の熱硬化の前後で光電変換素子１０２_１～１０２_ｎの実装位置がずれることがある。回路基板１０１の熱膨張はその長手方向において顕著であり、これに直交する方向の熱膨張は長手方向のものと比較すると僅かである。そして、回路基板１０１の長手方向は光電変換素子２ｋの配列方向と一致している。このため、特に、回路基板１０１の熱膨張に伴って、流動化した接着剤１０３上で光電変換素子１０２_１～１０２_ｎが主走査方向に移動して実装位置がずれやすく、この結果、光電変換特性が低下し、読み取り精度及び分解性能が低下してしまう。なお、光電変換素子１０２_１～１０２_ｎの実装位置が副走査方向にずれることもあるが、その量は僅かであり、読み取り精度及び分解性能への影響は小さい。

　これらの問題に関連する技術として、特許文献１に、接着剤を塗布する領域の長さを、光電変換素子の配列方向の長さより短くした光センサアレイが記載されている。図２は、特許文献１に記載された光センサアレイを示す図である。この光センサアレイでは、基板１１１に、接着剤１１３_１～１１３_ｎにより光電変換素子１１２_１～１１２_ｎが接着されている。また、光電変換素子１１２_１～１１２_ｎには、電極パッド１１４が設けられている。

　しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、接着剤の這い上がりは防止できても、回路基板１１１の熱膨張に伴う光電変換素子１１２_１～１１２_ｎの実装位置のずれを抑制することは困難である。

特開平０２－２１０８７６号公報

　本発明は、接着剤の這い上がりを防止しながら、光電変換素子の実装精度を高めることができる光電変換装置及び画像読み取り装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る光電変換装置は、基板と、前記基板上に直線状に配列して実装された複数の光電変換素子と、前記基板と前記複数の光電変換素子の各々との間に設けられた熱硬化性の第１の接着剤と、前記基板と前記複数の光電変換素子の各々との間に設けられた第２の接着剤と、を有し、前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記光電変換素子の寸法よりも、前記第１の接着剤及び前記第２の接着剤が設けられた部分の寸法が小さいことを特徴とする。

　本発明に係る画像読み取り装置は、光電変換装置と、前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理手段と、を有し、前記光電変換装置は、基板と、前記基板上に直線状に配列して実装された複数の光電変換素子と、前記基板と前記複数の光電変換素子の各々との間に設けられた熱硬化性の第１の接着剤と、前記基板と前記複数の光電変換素子の各々との間に設けられた第２の接着剤と、を有し、前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記光電変換素子の寸法よりも、前記第１の接着剤及び前記第２の接着剤が設けられた部分の寸法が小さいことを特徴とする。

　本発明に係る光電変換装置の製造方法は、基板上に直線状に配列する複数の光電変換素子を、当該光電変換素子の配列方向における寸法よりも小さい寸法の領域に設けた第１の接着剤を用いて、接着する工程と、次に、前記複数の光電変換素子の各々と前記基板との間に第２の接着剤を設けて、前記複数の光電変換素子の各々と前記基板とを更に接着する工程と、を有し、前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記光電変換素子の寸法よりも、前記第１の接着剤及び前記第２の接着剤が設けられた部分の寸法を小さくすることを特徴とする。

　本発明に係る画像読み取り装置の製造方法は、光電変換装置を形成する工程と、前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理手段を設ける工程と、を有し、前記光電変換素子を形成する工程は、基板上に直線状に配列する複数の光電変換素子を、当該光電変換素子の配列方向における寸法よりも小さい寸法の領域に設けた第１の接着剤を用いて、接着する工程と、次に、前記複数の光電変換素子の各々と前記基板との間に第２の接着剤を設けて、前記複数の光電変換素子の各々と前記基板とを更に接着する工程と、を有し、前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記光電変換素子の寸法よりも、前記第１の接着剤及び前記第２の接着剤が設けられた部分の寸法を小さくすることを特徴とする。

図１は、従来の実装方法を示す模式図である。図２は、特許文献１に記載された光センサアレイを示す図である。図３は、本発明を適用できるスキャナの構造を示す図である。図４は、イメージセンサユニット６の構造を示す図である。図５は、光電変換装置の構造を示す上面図である。図６は、光電変換装置の構造を示す側面図である。図７は、図６の一部を拡大して示す図である。図８Ａは、光電変換装置の他の構造を示す側面図である。図８Ｂは、光電変換装置の他の構造を示す側面図である。図８Ｃは、光電変換装置の他の構造を示す側面図である。図８Ｄは、光電変換装置の他の構造を示す側面図である。図９Ａは、従来の構造における光電変換素子の移動量と発生数との関係を示すグラフである。図９Ｂは、本発明の実施形態における光電変換素子の移動量と発生数との関係を示すグラフである。

　以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図３は、本発明を適用できるスキャナ（画像読み取り装置）の構造を示す図である。

　このスキャナでは、図３に示すように、筺体５の内部に、光電変換装置としてイメージセンサユニット６が格納されている。イメージセンサユニット６は、例えば、密着型イメージセンサ（ＣＩＳ：contact image sensor）ユニットである。また、筺体５内には、イメージセンサユニット６から出力された信号を処理する信号処理部（図示せず）も設けられている。

　図４は、イメージセンサユニット６の構造を示す図である。イメージセンサユニット６には、図７に示すように、ＬＥＤ等からなる光源７、この光源７からの光を原稿（図示せず）へと導く導光体８、及び正立等倍結像型レンズ素子を複数配列したロッドレンズアレー９が設けられている。更に、ロッドレンズアレー９から出てきた光を電気信号に変換する光電変換素子２_ｋ（ｋは１から８の自然数）、及び光電変換素子２_ｋが実装された回路基板１が設けられている。なお、本実施形態では、光電変換素子の数が８個であるが、光電変換素子の数は特に限定されない。

　このように構成されたイメージセンサユニット６では、光源７から発せられた光が導光体８により原稿に導かれる。そして、原稿からの反射光がロッドレンズアレー９により、光電変換素子２_ｋに集束結像する。その後、反射光は光電変換素子２_ｋにより電気信号に変換され、この電気信号が回路基板１を介して信号処理部（図示せず）により処理される。このようにして、原稿の読み取りが行われる。

　次に、回路基板１と光電変換素子２_ｋとの関係について説明する。図５は、光電変換装置の構造を示す上面図である。図６は、光電変換装置の構造を示す側面図である。また、図７は、図６の一部を拡大して示す図である。

　回路基板１の平面形状は、例えば細長い長方形であり、その両面に回路パターンが形成されている。

　回路基板１上には、光電変換素子２_ｋが一定の間隔で配列されている。この配列の方向は、例えば画像読み取り装置の主走査方向である。光電変換素子６_ｋの表面には、複数の電極パッド５_ｋが設けられている。各電極パッド５_ｋは回路基板１に設けられた電極（図示せず）にワイヤボンディングにより電気的に接続されている。更に、光電変換素子２_ｋの表面には、受光部としてのフォトセンサ（図示せず）が設けられている。光電変換素子２_ｋの平面形状は長方形であり、その配列方向（長手方向）の寸法は「Ｗ」である。

　また、本実施形態では、熱硬化性の第１の接着剤３_ｋ及び第２の接着剤４_ｋにより、光電変換素子２_ｋが回路基板１に固定されている。第１の接着剤３_ｋが設けられた領域の光電変換素子２_ｋの配列方向の寸法は「Ｗ１」であり、第２の接着剤４_ｋが設けられた領域の光電変換素子２_ｋの配列方向の寸法は「Ｗ２」である。なお、本実施形態では、光電変換素子２_ｋの配列方向において、第２の接着剤４_ｋが第１の接着剤３_ｋを挟む２カ所に設けられており、夫々の寸法は「Ｗ２／２」である。そして、「Ｗ」の値、「Ｗ１」の値、及び「Ｗ２」の値の間には、「Ｗ＞Ｗ１＋Ｗ２」の関係が成立している。従って、「Ｗ＞Ｗ１」の関係も成立している。

　このような構造のイメージセンサユニット６を製造する際には、基板１上に第１の接着剤３_ｋを塗布した後、これらの上方に光電変換素子２_ｋを主走査方向に隙間を介して直線状に配置する。この時、第１の接着剤３_ｋの塗布領域は、光電変換素子２_ｋの配列方向における略中央部の局所的な領域とする。例えば、光電変換素子２_ｋの配列方向における寸法「Ｗ」が１９．８ｍｍである場合、塗布領域の寸法「Ｗ１」は４．５ｍｍ（約２３％）程度とする。次いで、光電変換素子２_ｋが配置された回路基板１をキュア炉等の炉内に搬送し、炉内で第１の接着剤３_ｋを加熱する。この結果、第１の接着剤３_ｋの粘度が一時的に低下し、第１の接着剤３_ｋが流動化する。その後、第１の接着剤３_ｋが熱硬化して固体状となり、回路基板１に光電変換素子２_ｋが局所的に接着される。

　続いて、光電変換素子２_ｋと回路基板１との間の隙間に第２の接着剤４_ｋを塗布する。この時、第２の接着剤４_ｋの塗布領域は、第１の接着剤３_ｋの周囲の領域とし、「Ｗ＞Ｗ１＋Ｗ２」の関係が満たされるように塗布する。また、電極パッド５_ｋの下方において光電変換素子２_ｋと回路基板１との間に、第１の接着剤３_ｋ又は第２の接着剤４_ｋのいずれかが介在するように第２の接着剤４_ｋを塗布する。次いで、光電変換素子２_ｋが配置された回路基板１をキュア炉等の炉内に搬送し、炉内で第２の接着剤４_ｋを加熱する。この結果、第２の接着剤４_ｋの粘度が一時的に低下し、第２の接着剤４_ｋが流動化する。その後、第２の接着剤４_ｋが熱硬化して固体状となり、回路基板１上に光電変換素子２_ｋが接着される。

　続いて、回路基板１に設けられている電極（図示せず）と光電変換素子２_ｋに設けられている電極パッド５_ｋとを夫々ワイヤボンディングで電気的に接続する。

　このような本実施形態では、第１の接着剤３_ｋが光電変換素子２_ｋの狭い領域のみに設けられているため、第１の接着剤３_ｋの硬化の際に一旦流動化しても光電変換素子２_ｋの実装位置のずれは極めて小さい。また、第１の接着剤３_ｋの塗布領域が局所的であるため、光電変換素子２_ｋの表面への第１の接着剤３_ｋの這い上がりは発生しない。

　更に、第２の接着剤４_ｋが設けられても、「Ｗ＞Ｗ１＋Ｗ２」の関係が成立している。つまり、第２の接着剤４_ｋは光電変換素子２_ｋの配列方向の端部よりも内側に位置する。従って、光電変換素子２_ｋの表面への第２の接着剤４_ｋの這い上がりも発生しない。なお、第２の接着剤４_ｋの加熱時に第１の接着剤３_ｋも加熱されるが、既に硬化している熱硬化性の第１の接着剤３_ｋは、再度加熱されても光電変換素子２_ｋの位置ずれを引き起こすほど軟化しない。このため、光電変換素子２_ｋの位置ずれは生じない。

　また、本実施形態では、電極パッド５_ｋの下方において光電変換素子２_ｋと回路基板１との間に、第１の接着剤３_ｋ又は第２の接着剤４_ｋのいずれかを介在させている。従って、ワイヤボンディングを安定して行うことができる。つまり、この領域に第１の接着剤３_ｋ及び第２の接着剤４_ｋが存在せずに、空間が存在すると、接合強度が不足してワイヤの接合が困難にあることがあるが、第１の接着剤３_ｋ又は第２の接着剤４_ｋが存在すれば、高い接合強度の確保によりワイヤボンディングを適切に行いやすくなり、実装不良及びワイヤボンディング不良等の発生を抑制することができる。

　このように、本実施形態によれば、第１の接着剤３_ｋを設ける範囲及び第２の接着剤４_ｋを設ける範囲を適切に規定しているため、回路基板１の長手方向の熱膨張に伴う光電変換素子２_ｋの実装位置のずれを低減することができる。具体的には、図９Ａに示すように、従来の構造では最大で１５μｍ程度生じる位置ずれを、図９Ｂに示すように、最大でも４μｍ程度まで低減することができる。なお、図９Ａ及び図９Ｂに示すグラフは、キュア温度を１２０℃とし、キュア時間を２時間とした場合の光電変換素子の移動量（位置ずれの量）を測定した結果を示している。

　また、第１の接着剤３_ｋ及び第２の接着剤４_ｋの受光部への這い上がりを抑制して、読み取り精度及び分解性能を向上させることもできる。

　更に、適切なワイヤボンディングによって、実装不良及びワイヤボンディング不良等の発生を抑制することもできる。

　なお、第１の接着剤３_ｋ及び第２の接着剤４_ｋの材料は特に限定されず、これらが同一であってもよく、相違していてもよい。例えば、第１の接着剤３_ｋ及び第２の接着剤４_ｋ間で熱硬化温度が相違していてもよい。熱硬化温度が相違する場合、第２の接着剤４_ｋの熱硬化温度は、第１の接着剤３_ｋの熱硬化温度より低いことが望ましい。これは、第２の接着剤４_ｋの熱硬化の際の第１の接着剤３_ｋの軟化をより確実に回避するためである。また、電極パッド５_ｋに対するワイヤボンディングが可能であれば、第２の接着剤４_ｋとして熱硬化性以外の接着剤を用いてもよい。

　また、第１の接着剤３_ｋ及び第２の接着剤４_ｋが設けられる領域は図６及び図７に示すものに限定されない。例えば、第１の接着剤３_ｋが光電変換素子２_ｋの中央部からずれた領域に設けられていてもよい。即ち、図８Ａ乃至図８Ｄに示すように、電極パッド５_ｋの位置、回路パターン、及び／又は光電変換素子２_ｋの形状等に応じて光電変換素子２_ｋの中央部からずれた領域に設けられていてもよい。また、接着剤の種類は３種類以上であってもよい。

　また、光電変換素子２_ｋの配列方向、即ち回路基板１の長手方向における、第１の接着剤３_ｋの寸法は、第２の接着剤４_ｋの寸法よりも小さいことが好ましい。第１の接着剤３_ｋの寸法が小さい程、光電変換素子２_ｋの移動量が小さくなるからである。

　なお、光電変換素子として、ＬＥＤ等の発光素子を用いてもよい。

　このようなイメージセンサユニット等の光電変換装置及び画像読み取り装置によれば、接着剤の這い上がりを防止することができる。このため、イメージセンサユニット及び画像読み取り装置においては、読み取り精度及び分解性能を向上することができる。また、光電変換素子の実装精度を高めることができる。このため、実装不良及びワイヤボンディング不良等を抑制することができる。更に、接着剤の熱硬化時における回路基板の熱膨張に伴う光電変換素子の実装位置のずれを抑制することができる。従って、この点においても、読み取り精度及び分解性能を向上することができる。

　本発明は、ファクシミリ、複写機及びスキャナ等における画像の読み取り技術に好適である。

Claims

　基板と、
　前記基板上に直線状に配列して実装された複数の光電変換素子と、
　前記基板と前記複数の光電変換素子の各々との間に設けられた熱硬化性の第１の接着剤と、
　前記基板と前記複数の光電変換素子の各々との間に設けられた第２の接着剤と、
　を有し、
　前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記光電変換素子の寸法よりも、前記第１の接着剤及び前記第２の接着剤が設けられた部分の寸法が小さいことを特徴とする光電変換装置。
　前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記第１の接着剤が設けられた領域の寸法が前記第２の接着剤が設けられた領域の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
　前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤の少なくとも一方が、前記光電変換素子に設けられた電極パッドと前記基板との間に介在していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
　前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤の少なくとも一方が、前記光電変換素子に設けられた電極パッドと前記基板との間に介在していることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
　光電変換装置と、
　前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理手段と、
　を有し、
　前記光電変換装置は、
　基板と、
　前記基板上に直線状に配列して実装された複数の光電変換素子と、
　前記基板と前記複数の光電変換素子の各々との間に設けられた熱硬化性の第１の接着剤と、
　前記基板と前記複数の光電変換素子の各々との間に設けられた第２の接着剤と、
　を有し、
　前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記光電変換素子の寸法よりも、前記第１の接着剤及び前記第２の接着剤が設けられた部分の寸法が小さいことを特徴とする画像読み取り装置。
　前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記第１の接着剤が設けられた領域の寸法が前記第２の接着剤が設けられた領域の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の画像読み取り装置。
　前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤の少なくとも一方が、前記光電変換素子に設けられた電極パッドと前記基板との間に介在していることを特徴とする請求項５に記載の画像読み取り装置。
　前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤の少なくとも一方が、前記光電変換素子に設けられた電極パッドと前記基板との間に介在していることを特徴とする請求項６に記載の画像読み取り装置。
　基板上に直線状に配列する複数の光電変換素子を、当該光電変換素子の配列方向における寸法よりも小さい寸法の領域に設けた第１の接着剤を用いて、接着する工程と、
　次に、前記複数の光電変換素子の各々と前記基板との間に第２の接着剤を設けて、前記複数の光電変換素子の各々と前記基板とを更に接着する工程と、
　を有し、
　前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記光電変換素子の寸法よりも、前記第１の接着剤及び前記第２の接着剤が設けられた部分の寸法を小さくすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
　前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記第１の接着剤が設けられた領域の寸法を前記第２の接着剤が設けられた領域の寸法よりも小さくすることを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置の製造方法。
　前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤の少なくとも一方を、前記光電変換素子に設けられた電極パッドと前記基板との間に介在させることを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置の製造方法。
　前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤の少なくとも一方を、前記光電変換素子に設けられた電極パッドと前記基板との間に介在させることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置の製造方法。
　光電変換装置を形成する工程と、
　前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理手段を設ける工程と、
　を有し、
　前記光電変換素子を形成する工程は、
　基板上に直線状に配列する複数の光電変換素子を、当該光電変換素子の配列方向における寸法よりも小さい寸法の領域に設けた第１の接着剤を用いて、接着する工程と、
　次に、前記複数の光電変換素子の各々と前記基板との間に第２の接着剤を設けて、前記複数の光電変換素子の各々と前記基板とを更に接着する工程と、
　を有し、
　前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記光電変換素子の寸法よりも、前記第１の接着剤及び前記第２の接着剤が設けられた部分の寸法を小さくすることを特徴とする画像読み取り装置の製造方法。
　前記複数の光電変換素子の配列方向において、前記第１の接着剤が設けられた領域の寸法を前記第２の接着剤が設けられた領域の寸法よりも小さくすることを特徴とする請求項１３に記載の画像読み取り装置の製造方法。
　前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤の少なくとも一方を、前記光電変換素子に設けられた電極パッドと前記基板との間に介在させることを特徴とする請求項１３に記載の画像読み取り装置の製造方法。
　前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤の少なくとも一方を、前記光電変換素子に設けられた電極パッドと前記基板との間に介在させることを特徴とする請求項１４に記載の画像読み取り装置の製造方法。