專利名稱：發(fā)光二極管陣列及光學打印頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管陣列及具備該發(fā)光二極管陣列的光學打印頭。
由于發(fā)光二極管(LED)可以發(fā)出清晰的光、可以在低電壓下進行操作、僅需簡單的外圍電路以及其它一些原因，其被廣泛用作顯示裝置。
現(xiàn)在，為了探索應用發(fā)光二極管陣列的光學打印頭作為光源在基于光電攝影術的光學打印機等裝置上的應用，已對其作了許多研究。
在自身發(fā)光的發(fā)光二極管陣列被用作光源的光學打印機中，發(fā)光二極管陣列的諸多單獨點根據(jù)圖像信息發(fā)光，通過諸如梯度折射率透鏡的等倍成像裝置，在感光鼓上形成靜電潛像。然后用顯影單元把色粉選擇性地淀積在感光鼓上，通過把由此沉淀的色劑轉(zhuǎn)移到普通紙等之上，就實現(xiàn)了打印。
應用發(fā)光二極管陣列的打印頭的好處在于(1)沒有活動部分，且包含數(shù)量很少的元件，這樣就制作緊湊，并且，(2)可以根據(jù)需要將許多陣列片連接在一起，從而很容易形成所需的總長度。
在發(fā)光區(qū)密度為諸如600dpi(每英寸的點數(shù))的發(fā)光二極管陣列中，發(fā)光區(qū)的陣列間距為42-43μm。因此，考慮位于發(fā)光區(qū)之間的非發(fā)光區(qū)，發(fā)光區(qū)本身的寬度小于該間距。在發(fā)光區(qū)，每個電極寬度小于42-43μm，其間距為42-43μm。在發(fā)光區(qū)中形成的這些電極連接成電極布線，其寬度小于42-43μm，其間距小于42-43μm。然后這些電極布線再與鍵合用寬電極(焊盤)相連。具有如上所述電極及布線的這種發(fā)光二極管，應通過引線鍵合等方法與諸如用以驅(qū)動發(fā)光二極管陣列的驅(qū)動裝置進行電氣連接。
即使目前鍵合寬度最小的縫鍵合，也要有一個40μm的鍵合寬度，考慮到鍵合裝置的位置精度，該鍵合寬度應再增加20μm。即，作為鍵合用電極的寬度，至少要保證約60μm。
因此，在密度大于600dpi的發(fā)光二極管陣列中，單行陣列的鍵合用電極增加了引線鍵合的難度；出于這種原因，通常把它們排成之字形的兩行以保證較大的電極間距。但即使這樣，至多只能保證60μm作為鍵合用電極的寬度。這使得近來通過引線鍵合將發(fā)光二極管陣列和其驅(qū)動裝置進行電氣連接變得極為困難。
現(xiàn)有的用于光學打印機的這種發(fā)光二極管及發(fā)光二極管陣列，例如，在日本實用新型專利實公平7-36754和日本發(fā)明專利特開平5-347430和5-155063中已經(jīng)公開。
圖4為上述日本實用新型及發(fā)明專利中請中公開的用于光學打印機的發(fā)光二極管陣列的示意圖，圖5為圖4中沿A-A＇線的剖面圖。
在這些圖中，代號1代表由GaP、GaAsP、GaAlAs和GaAs等制成的化合物半導體。它具有通過選擇擴散在其表面上形成的多個發(fā)光區(qū)11，它們排成一排或之字形的兩排。代號2、3和4表示由Si3N4、SiO2和Al2O3等制成的絕緣層，它們在化合物半導體1的表面上依次疊層。這些絕緣層2、3和4有許多層，用作發(fā)光區(qū)的選擇擴散層、保護半導體1的保護層、防止縮孔層、引線補強／涂敷底層以及光取出／亮度調(diào)整膜。代號5表示由鋁等制成的電極層，該層位于絕緣膜2和3上，并與發(fā)光區(qū)歐姆接觸，并作為與發(fā)光區(qū)相連的電極、鍵合用電極以及與這些電極相連的布線用電極。代號6表示由銅等制成的共用電極，它位于化合物半導體1的下表面。
這里，在密度高于600dpi的高密度發(fā)光二極管陣列的情況下，直接對形成于發(fā)光二極管上的鍵合用電極進行引線鍵合，會引起下面的問題。
為得到較高的布線密度，必須減少與鍵合用電極連接的布線的寬度，并減少相鄰的布線之間的間隙。但是，如果將它們過分減少，當布線由于施加于其上的外力發(fā)生變形時，就會產(chǎn)生布線易于與鄰近布線發(fā)生接觸的危險，在陣列清洗過程或打印頭組裝過程可能產(chǎn)生這種外力。為防止這種現(xiàn)象，就應增加形成于各電極布線上的保護膜的厚度，以防止腐蝕等。例如，在密度約為300dpi的發(fā)光二極管陣列中，形成厚度為0．2μm的無機保護膜(由SiO2、SiN等制成)就足夠了，相反，在密度大于600dpi的發(fā)光二極管陣列中，這樣的薄膜不能提供足夠的保護，作為絕緣膜4暫試用聚酰亞胺系材料。
圖6-圖8為在發(fā)光二極管陣列上實施引線鍵合的示意圖，其中發(fā)光二極管的絕緣膜4由諸如聚酰亞胺系的材料制成。
如圖6所示，當絕緣膜4由諸如聚酰亞胺系的材料制成時，首先，在電極層5旋涂聚酰亞胺系材料的厚膜溶液，形成作為保護膜的絕緣膜4，然后，通過腐蝕絕緣膜4的上部分進行構圖，以形成布線用的開口4a。這些開口4a形成為如圖7中陰影所示的形狀，這樣就可在電極層5上形成相對較寬的鍵合區(qū)5a。
然后，如圖8所示，通過使用由金等制成的鍵合引線13從毛細管12中穿過，在電極層5的鍵合區(qū)5a進行球形鍵合，然后，通過鍵合引線13將所制成的球形鍵合區(qū)5a與驅(qū)動裝置的輸出接線柱分別相連。或者，首先用鍵合引線13在驅(qū)動裝置的輸出接線柱上進行球形鍵合，然后，將該驅(qū)動裝置的輸出接線柱與鍵合區(qū)5a單獨相連。在這種情況下，在連接的第二階段得到的鍵合區(qū)就不存在球狀部分，因此，在該處，應由鍵合引線13摩擦鍵合區(qū)5a，以使該鍵合引線變形并由此與其連接。
但是，如圖6所示，當用聚酰亞胺系材料的厚膜(1-2μm)實現(xiàn)保護作用時，部分位于鍵合區(qū)的該厚膜會在鍵合過程中阻止鍵合引線的正常變形，從而易于產(chǎn)生不充分的連接。尤其在鍵合引線在連接的第二階段與鍵合區(qū)進行連接時，位于鍵合區(qū)的厚膜在高度方向非常易于形成障礙，從而導致連接不良。最壞的情況是，毛細管與厚膜相碰，使得不能進行鍵合。并且，鍵合強度不足會增加細線破損等的危險性，這種破損由于不同金屬(通常是鋁與銅之間)的熱膨脹的不同或隨時間發(fā)生的斷線老化而引起。
以上所述針對球形鍵合的情況，但在可進行高密度焊接的縫鍵合中也會發(fā)生同樣的問題。
本發(fā)明的目的是提供發(fā)光二極管陣列，以及使用這種發(fā)光二極管陣列的光學打印頭，該光學打印頭使引線鍵合更安全，這樣在諸如需要600dpi的分辨率，并需要布線的高密度鍵合時，就可實現(xiàn)可靠的引線鍵合。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管陣列，具有排成一排的多個發(fā)光區(qū)，以及通過電極布線與呈多條線陣列的發(fā)光區(qū)單獨連接的單獨電極，其中，至少在除單獨電極之外的電極布線表面上具有保護膜。
這里，保護膜可以為覆蓋電極布線表面的厚膜。保護膜的膜厚可以等于或小于單獨電極的膜厚。保護膜可以為由聚酰亞胺系材料制成的厚膜。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管陣列及使用該發(fā)光二極管陣列的光學打印頭，至少在除單獨電極之外的電極布線的表面上具有保護膜。這樣，即使在具有高于600dpi的高密度發(fā)光二極管陣列中，也可以同時實現(xiàn)電極布線的表面保護和精確鍵合。這樣，就可以得到可靠的光學打印頭。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管陣列的結構示意圖。圖2為沿圖1中沿A-A＇線的剖面圖。圖3為沿圖1中沿B-B＇線的剖面圖。圖4為用于光學打印機中的傳統(tǒng)的發(fā)光二極管的示意圖。圖5為圖4中沿A-A＇線的剖面圖。圖6為對在傳統(tǒng)發(fā)光二極管陣列中實施引線鍵合進行說明的剖面圖。圖7為對在傳統(tǒng)發(fā)光二極管陣列中實施引線鍵合進行說明的示意圖。圖8為在傳統(tǒng)發(fā)光二極管陣列中實施引線鍵合進行說明的剖面圖。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管陣列的結構示意圖。該發(fā)光二極管陣列的點密度相當于600dpi。
圖2為圖1中發(fā)光二極管陣列沿A-A＇線的剖面圖。圖3為圖1中發(fā)光二極管陣列沿B-B＇線的剖面圖。
在這些圖中，代號20表示發(fā)光二極管陣列，該發(fā)光二極管陣列具有多個構成發(fā)光區(qū)21的發(fā)光二極管，并主要由諸如GaP、GaAsP、GaAlAs和GaAs的化合物半導體構成。發(fā)光二極管陣列20具有多個形成一排的發(fā)光區(qū)21，發(fā)光區(qū)21通過選擇擴散在其表面上形成。這些發(fā)光區(qū)21以600dpi(約42-43μm)的間距陣列成一條直線。在組裝光學打印頭后，即使在發(fā)光二極管陣列的縫上，多個發(fā)光二極管陣列及其上的發(fā)光區(qū)21也排成直線并具有固定的間距(42．3μm)。
由鋁等制成的電極布線22與發(fā)光區(qū)21相連并歐姆接觸。布線22在另一端形成用于單獨電極(陽極)的電極布線盤23，該電極布線盤23分兩排呈之字形排列。電極布線盤23用于引線鍵合，它具有矩形形狀，例如寬60μm，長120μm，并且矩形的角部分被去除掉。位于驅(qū)動裝置側的一排電極布線盤23的在其與電極布線相連的部分具有凸起部分23a，凸起部分23a的寬度大于電極布線22。排在第一排的電極布線盤23與排在第二排的電電極布線盤在橫向的間距為40．5μm，縱向的間距為135μm。
并且，如圖3所示，在發(fā)光二極管陣列20的整個下表面上具有共用電極(陰極)24，該電極由金等制成。
在該發(fā)光二極管陣列20中，在除發(fā)光區(qū)21和電極布線盤23之外的電極布線22的表面上形成由聚酰亞胺系的有機材料制成的厚膜表面保護膜25。在圖1中，陰影部分為形成表面保護膜的區(qū)域。如陰影部分所示，表面保護膜25形成為只覆蓋超細線的電極布線22，這樣表面保護膜25不覆蓋其它區(qū)域，特別是不覆蓋電極布線盤23，從而實現(xiàn)高密度布線。即，雖然通常認可的傳統(tǒng)纏繞規(guī)則認為，為了防腐蝕及其它的原因，應對電極布線的表面和電極布線盤的末端部分加以保護，本實施例不遵從該纏繞規(guī)則，使得沒有用厚膜對電極布線盤23加以保護，而僅在電極布線22的表面形成表面保護膜25，該電極布線形成為超細線以實現(xiàn)高密度布線。
未用表面保護膜加以保護的電極布線盤23不再受位于其邊緣部分的厚膜的影響，這樣可以通過引線鍵合與驅(qū)動裝置的輸出端(未示出)進行安全連接。
表面保護膜25的一部分保護膜25a，位于之字形的第一排電極布線盤23和第二排電極布線盤23之間。該保護膜25a用來防止細金屬絲27與位于第二排的電極布線盤23發(fā)生接觸，該細金屬絲通過引線鍵合與位于第一排的電極布線盤23相連。
現(xiàn)在對發(fā)光二極管陣列20的制作方法及將其組裝為光學打印頭的方法進行說明。
發(fā)光二極管陣列20由諸如GaP、GaAsP、GaAlAs或AaAs的化合物半導體制成。在其表面上，發(fā)光二極管陣列20具有排成一排的多個發(fā)光區(qū)21和電極布線22，該電極布線由鋁等制成并與發(fā)光區(qū)21歐姆接觸。這些電極布線22在另一端形成為單獨電極(陽極)的電極布線盤23，這些單獨電極分兩排呈之字形陣列。
并且，如圖3所示，發(fā)光二極管20在其下表面形成共用電極(陰極)24，該共用電極由金等制成。
在這種情況下，將聚酰亞胺系材料的厚膜溶體旋涂在發(fā)光二極管陣列的表面上，該表面包含電極布線22和電極布線盤23，從而形成厚度為約1μm的厚膜表面保護膜25。
然后，用如圖1中陰影部分所示的網(wǎng)狀圖案(保護膜)將表面保護膜25進行腐蝕，然后將保護膜去掉，從而聚酰亞胺系材料的厚膜表面保護膜25僅形成在電極布線22上，而沒有形成于發(fā)光區(qū)21和電極布線盤23上。
用這種方法，如圖1中陰影部分所示，表面保護膜25形成為僅覆蓋為實現(xiàn)高密度布線而采用超細線的電極布線22表面，即，表面保護膜25不在電極布線盤23和發(fā)光區(qū)21上形成。另外，在發(fā)光區(qū)21上也不形成表面保護膜。
厚膜表面保護膜25應對為實現(xiàn)高密度布線而采用超細線的電極布線22加以保護，并且，尤其要對位于第一排的電極布線盤之間的電極布線22進行保護，以與位于第二排的電極布線盤相連。即，如果只對高密度超細電極布線進行保護就可實現(xiàn)預期目的，因此，表面保護膜25僅形成于電極布線22表面，而不形成于電極布線盤23的表面。
下面，將作為單獨電極的電極布線盤23用諸如金線的細金屬絲27(鍵合引線)通過引線鍵合與相應驅(qū)動裝置(末示出)的輸出端進行電氣連接。表面保護膜(厚膜)25不位于電極布線盤23上，在包括邊緣部分的整個鍵合區(qū)都沒有。這樣，即使在鍵合的第一階段在驅(qū)動裝置上進行結合，然后在鍵合的第二階段在電極布線盤23上通過將細金屬絲27與其鍵合區(qū)進行結合，也不會發(fā)生位于鍵合區(qū)的厚膜在高度方向作為障礙并導致不良連接的現(xiàn)象。這樣，就可以得到充分的鍵合強度，并由此實現(xiàn)高可靠度的光學打印頭。
在電極布線盤23上沒有表面保護膜25就意味著電極布線盤23表面得不到抗腐蝕等的保護。但是，例如，電極布線盤24寬60μm，長120μm，這樣相對于高密度電極布線22(在其最窄部分為幾個微米)，電極布線盤就有了很大的區(qū)域。這樣，即使在電極布線盤23的表面出現(xiàn)一定程度的腐蝕，也基本上不會產(chǎn)生嚴重問題。
即使這樣，也可以通過以下方法來防止電極布線盤23的腐蝕(1)在電極布線盤23上涂漆或者(2)在其上形成抗腐蝕薄膜。通過以上作何一種方法都可以防止電極布線盤23的腐蝕，從而得到高的可靠度。在本實施例中，根據(jù)上述方法(2)形成抗腐蝕薄膜。在圖2和圖3中，形成了出于這種目的的抗腐蝕涂敷層26。在這種情況下，與由聚酰亞胺系材料制成的厚膜表面保護膜25不同，抗腐蝕涂敷層26為薄膜，用于防止腐蝕，并可以由氮化硅(Si3N4)和氧化硅(SiO2)等制成的無機材料膜很簡單地制成。這樣的氮化硅和氧化硅等制成的無機材料膜出于另一種目的如作為光選?。炼日{(diào)整膜來覆蓋發(fā)光區(qū)21也可必需的。因此，在本實施例中，氮化硅涂敷膜的形成是出于以上所述的兩種目的。
如上所述，在本實施例中的光學打印頭中，發(fā)光二極管陣列具有厚膜表面保護膜25，該厚膜表面保護膜形成于電極布線22的表面，而不在發(fā)光區(qū)21和電極布線盤23(單獨電極)上。這樣可以在電極布線22表面形成足夠厚的保護膜以保護高密度的布線，電極布線22從而得到有效保護(使其不會由于外力而發(fā)生變形，并使其不會由于這種變形而發(fā)生的短路)。并且，當電極布線盤23通過引線鍵合與驅(qū)動裝置連接時，在表面保護膜25的高度方向不會出現(xiàn)障礙。這樣就可以得到足夠的鍵合強度，并由此實現(xiàn)高可靠度的光學打印頭。
并且，這里額外需要的僅是改變由于形成表面保護膜的網(wǎng)狀圖案的形狀，即，與傳統(tǒng)方法相比，本實施例不需要額外的元件或制作工序，這樣就易于實際操作。
所以，本發(fā)明中發(fā)光二極管陣列的結構使得電極布線盤可以以通常所用的引線鍵合技術進行鍵合，這樣就可以實現(xiàn)高于600dpi的高密度光學打印頭。
在本發(fā)明的發(fā)光二極管中，形成覆蓋電極布線22表面的表面保護膜25。但是表面保護膜25也可以以其它的方式形成，只要該表面保護膜覆蓋除電極布線盤(單獨電極)23以外的電極布線22就可以，更精確的說，只要能保證有足夠?qū)挼目梢赃M行鍵合的連接區(qū)域就可以。例如，如圖1所示，在位于驅(qū)動裝置一邊的一排中的電極布線盤23中電極布線盤23與電極布線22相連的地方，具有用以加固電極布線22的凸臺部分23a，且這些凸臺區(qū)23a有一半覆蓋了表面保護膜25，。
并且，在本實施例中，在除電極布線盤(單獨電極)23以外的電極布線22上形成表面保護膜25，即使表面保護膜25的膜厚小于單獨電極，也可得到與本實施例相同的效果。
也就是說，最基本的要求是，在電極布線盤(單獨電極)23上，所形成的如此薄的表面保護膜25不會妨礙鍵合。即，由于在光學打印頭為高密度(倍數(shù))時的電極布線盤23勢必會具有較小的寬度，如果表面保護膜25形成于電極布線盤的寬度方向邊緣(即，沿放置電極布線盤23的方向的邊緣)，它就會如上所述妨礙鍵合。所以，最好不在電極布線盤23的寬度方向的邊緣形成表面保護膜25，另一方面，可以不管光學打印頭的密度(倍數(shù))的高低，對電極布線盤23的長度進行較自由的設置。所以，如圖1所示，與具有矩形形狀的電極布線盤23的長度一樣，表面保護膜25b可以位于電極布線盤23(即，沿垂直于放置電極布線盤23的方向的邊緣)的長度方向的邊緣。
也就是說，與傳統(tǒng)方法一樣，表面保護膜25僅覆蓋電極布線盤23的邊緣部分，而電極布線盤23表面的大部分都是裸露的。這里，如果電極布線盤23為矩形，在形成表面保護膜25時，去掉其位于電極布線盤23寬度方向邊緣上的部分，而原樣保留其位于電極布線盤23長度方向邊緣的部分25b。使用這種方法，如果表面保護膜25僅形成于長度方向邊緣，特別是，如代號表示的25b，僅形成于與細金屬絲27透視相交的邊緣，正如用表面保護膜的部分25a，即使當沿電極布線盤23的長度方向進行引線鍵合的金屬細絲27出現(xiàn)下垂時，表面保護膜的部分25b也會支撐細金屬絲27的下垂部分，由此防止細金屬絲27b與鄰近電極布線盤23發(fā)生接觸。
表面保護膜一般由聚酰亞胺制成。但表面保護膜可以由任意材料制成，例如，加入有機膠的硅化物只要即使在形成厚度不小于約1μm的薄膜時也不出現(xiàn)裂紋就可以。
在本實施例中，形成氮化硅涂敷膜(防蝕涂敷膜26)以防止單獨電極的腐蝕。這里，因為該薄膜還作為發(fā)光區(qū)的反射防止膜，所以該薄膜由氮化硅制成。作為薄膜表面保護膜，也可使用氧化硅。但是，由于氮化硅具有良好的折射率，這樣可得到比氧化硅更好的防止反射性能，并且，它有高的疏水性，從而有高的可靠性，所以優(yōu)選使用氮化硅。
本發(fā)明涉及具有密度為600dpi的發(fā)光二極管陣列。但是本發(fā)明也可應用于具有更高密度的發(fā)光二極管陣列中，如1200dpi的密度。
本發(fā)明針對在不同金屬(通過在鋁和銅之間)之間實現(xiàn)鍵合的球形鍵合，但是，本發(fā)明在超聲焊的情況下也可具有同樣的優(yōu)點。
本發(fā)明的光學打印頭可以以各種方式構成，只要它包含上述結構，即，它的制作過程、所用的基板的類型、電極的數(shù)量及尺寸及其中包含的其它方面，及它們放置的外形，如它們放置的排數(shù)和形狀，可以與上述本實施中的具體說明不盡相同。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管陣列及光學打印頭可用來實現(xiàn)密度高于600dpi的、需要高密度布線和引線鍵合的、發(fā)光二極管陣列，以及實現(xiàn)使用該發(fā)光二極管陣列的光學打印機。
權利要求
1．一種發(fā)光二極管陣列，該發(fā)光二極管陣列具有排成一排的多個發(fā)光區(qū)，以及通過電極布線與排成多個排的發(fā)光區(qū)單獨相連的單獨電極，其特征在于，至少在除單獨電極之外的電極布線上具有保護膜。
2．如權利要求1所述的發(fā)光二極管陣列，其特征在于，上述保護膜為覆蓋電極布線表面的厚膜。
3．如權利要求1所述的發(fā)光二級管陣列，其特征在于，上述保護膜的膜厚等于或小于上述單獨電極的膜厚。
4．如權利要求1所述的發(fā)光二極管陣列，其特征在于，上述保護膜為由聚酰亞胺系材料制成的厚膜。
5．一種發(fā)光二極管陣列，該發(fā)光二極管陣列具有排成一排的多個發(fā)光區(qū)，以及通過電極布線與沿該發(fā)光區(qū)放置方向陣列的兩排發(fā)光區(qū)單獨相連的單獨電極，其特征在于，至少在除上述單獨電極之外的上述電極布線上具有保護膜。
6．一種發(fā)光二極管陣列，該發(fā)光二極管陣列具有排成一排的多個發(fā)光區(qū)，以及矩形形狀的單獨電極，該單獨電極通過電極布線與排成多排的發(fā)光區(qū)單獨相連，其特征在于，在電極布線上以下面的方式形成有保護膜上述單獨電極的表面的大部分裸露，且上述保護膜的位于上述單獨電極寬度方向的邊緣的部分被去除。
7．一種發(fā)光打印頭，具有發(fā)光二極管陣列、用以驅(qū)動發(fā)光二極管陣列的驅(qū)動裝置、以及用來通過引線鍵合將發(fā)光二極管陣列和驅(qū)動裝置電氣連接的細金屬絲，其特征在于，作為發(fā)光二極管陣列，使用如權利要求1-6所述的發(fā)光二極管陣列。
8．一種光學打印頭，具有發(fā)光二極管陣列、用以驅(qū)動發(fā)光二極管陣列的驅(qū)動裝置，以及用來通過引線鍵合將發(fā)光二極管陣列和驅(qū)動裝置電氣連接的細金屬絲，該細金屬絲在鍵合的第一階段與驅(qū)動裝置鍵合，在鍵合的第二階段與發(fā)光二極管陣列鍵合，其特征在于，作為發(fā)光二極管陣列，使用如權利要求1-6所述的發(fā)光二極管陣列。
全文摘要
一種光學打印頭,具有密度高于600dpi的發(fā)光二極管陣列,其引線可牢固可靠地進行鍵合。該發(fā)光二極管陣列在除發(fā)光區(qū)和電極布線盤(單獨電極)之外的電極布線表面上,具有由聚酰亞胺系材料制成的厚膜表面保護膜。
文檔編號H04N1/036GK1291140SQ99803130
公開日2001年4月11日 申請日期1999年2月22日 優(yōu)先權日1998年2月20日
發(fā)明者稻葉昌治 申請人:三洋電機株式會社, 鳥取三洋電機株式會社