JPH04303669A - 画像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は、発光ダイオードプリン
タヘッドやイメージセンサ等の画像装置に関し、特にそ
のワイヤボンディングに関する。

【０００２】

【従来技術】画像装置の特徴の１つは、高密度配線と高
密度のワイヤボンディングとが必要な点にある。図６に
、このような画像装置の１例を示す。図において、２は
画像素子アレイで、例えばＧａ−Ａｓ等の基板に多数の
受発光面４を直線状に配置し、各受発光面４には個別の
電極６を接続する。画像素子アレイ２の裏面には共通電
極が有り、基板８に設けた絶縁膜１０のスルーホールを
介して共通電極配線１２に接続する。１４は基板８に設
けた配線で、リード線１６を用いて個別電極６にワイヤ
ボンディングする。１７はボンディング用の電極パッド
である。

【０００３】画像装置の集積度を検討すると、例えばＡ
４仕様の解像度３００ドット／インチ（ＤＰＩ）の場合
、受発光面４の総数は２５６０個に達し、これを３００
ドット／インチの密度で配置することになる。この結果
配線１４は高密度配線となり、ワイヤボンディングも高
密度となる。ワイヤボンディングには、通常は超音波ボ
ンディングが用いられ、例えば基板８の裏面から加熱を
行ない、キャピラリーを超音波振動させ、リード線１６
を圧着する。

【０００４】図７に示すように、共通電極は銀ペースト
等の導電性ペースト１８で基板８の共通電極配線に接続
する。各画像素子アレイ２のショートを防ぐため、画像
素子アレイ２の裏面両端には導電性ペースト１８を充填
しない。ここで両端の領域Ａにワイヤボンディングを行
うと、ここには導電性ペースト１８がないため、基板裏
面からの加熱が伝わらず、ボンディングが困難となる。 これを避けるために、超音波エネルギーを増すと、画像
素子アレイ２にクラックの発生等の損傷が生じる。

【０００５】

【発明の課題】この発明の課題は、画像素子アレイの両
端領域にもワイヤボンディングを高信頼度で行えるよう
にすることにある。

【０００６】

【発明の構成】この発明は、表面には多数の受発光面と
各受発光面に接続した個別電極とを形成し、裏面には共
通電極を形成した画像素子アレイを、複数個基板上に直
線状に搭載した画像装置において、各画像素子アレイの
裏面と基板との間に、画像素子アレイの両端を残して導
電性ペーストを充填し、画像素子アレイの裏面の両端に
は絶縁性ペーストを充填したことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】画像素子アレイ２の両端領域でのボンディン
グ不良を防止するため、図１の構成を採用した。図にお
いて、１は共通電極で、画像素子アレイ２の裏面に設け
、３０は絶縁性接着剤等の絶縁ペーストで、各画像素子
アレイ２の裏面両端領域に充填する。この状態で、ワイ
ヤボンディングを行えば、両端の領域にも基板８の裏面
から加熱され、キャピラリーの超音波振動が逃げること
なく均等に伝わり、他の部分と変わることなく、ワイヤ
ボンディングができる。

【０００８】ワイヤボンディングに関する問題はこれだ
けではなく、高密度配線によるショートがある。例えば
図８のように、リード線１６が垂れて破線の状態になる
と、隣の配線の電極パッド１７にリード線１６が接触し
易い。これは電極パッド１７の間隔を取れないためであ
る。なお２０はリード線１６の端部のボール、２２は他
の端部のウェッジである。図９の左から２本目のリード
線１６に、リード線１６が垂れ、隣接した電極パッド１
７にショートしている状態を示す。また右から２本目の
リード線１６に、リード線１６が左にカールし、隣りの
３本目のリード線１６にショートしている状態を示す。 電極パッド１７へのワイヤボンディングが不良であると
、ボンディング時の加圧力や超音波がリード線１６を介
して個別電極６に伝わり、画像素子アレイ２のクラック
、逆方向電圧の低下等の原因となる。

【０００９】図１０に、従来例でのワイヤボンディング
条件を示す。ここでの特徴は、ボンディング荷重（Ｆｏ
ｒｃｅ）とボンディングエネルギー（ＵＳＰｏｗｅｒ）
とを、個別電極６側でも、配線１４側でも一定に保つこ
とにある。

【００１０】次に、発明者は図８，図９のようなボンデ
ィング不良が生じる原因を追求し、その原因がリード線
１６を収容したキャピラリーのぶれやバウンドにあるこ
とを見いだした。例えば強度の低い画像素子アレイ２側
を最初にボンディングし、次に配線１４の側をボンディ
ングするものとする。すると、画像素子アレイ２の側に
は、ボンディング前にトーチ等でボール２０を形成して
置くことができる。この結果、画像素子アレイ２にキャ
ピラリーのリード線１６は軟らかく接触し、接触時の急
激な加圧によるぶれやバウンドを防止できる。これに対
して、配線１４の側にはボール２０を設けることはでき
ず、ボンディング状態は図８のように、ウェッジ状とな
る。キャピラリーのリード線がそのまま電極パッド１７
に触れると、ボンディング荷重が急激に加わり、キャピ
ラリーのぶれやバウンドを引き起こす。

【００１１】キャピラリーと電極パッド１７との接触を
単に和らげるだけであれば、パッド１７の膜厚を大きく
すれば良い。しかしこれは、配線１４のエッチング精度
を低下させ、高密度配線を不可能にしてしまう。

【００１２】これに対して、発明者は、電極パッド１７
へのボンディング開始時に、パッド１７への接触開始時
の荷重、あるいはボンディングエネルギーを小さくし、
その後で荷重やエネルギーを増加させると、良い結果が
得られることを見いだした。即ち、ボンディングの開始
時には、小さな加圧力（加重）、あるいは小さなボンデ
ィングエネルギーで、例えば引っ張り強度２ｇ程度（一
般的には１ｇ以上）の弱いボンディングを行う。これで
キャピラリーの位置が固定される。キャピラリーを固定
した後、加圧力やエネルギーを増加させ、ボンディング
を進行させ、例えば６ｇ程度の引っ張り強度でボンディ
ングする。このようにすればキャピラリーの位置を固定
してボンディングできるので、ショート等のボンディン
グ不良は生じず、また画像素子アレイ２の損傷も防止し
得る。

【００１３】実施例での、ボンディング工程を図２に示
す。最初のボンディング（１ｓｔボンド）では画像素子
アレイ２にボンディングする。なお電極パッド１７への
ボンディングを先にしても良いが、これでは弱い画像素
子アレイ２に無理なボンディングを行うことになり好ま
しくはない。まず予めトーチで先端にボール２０を作成
した金，アルミニウム，銅等のリード線１６（ここでは
直径２０μｍの金線）をキャピラリー毎移動させ、個別
電極６の位置をサーチする。キャピラリーが個別電極６
に接触すると、電熱器等を用いて基板８の裏面から加熱
しながらキャピラリーに超音波を加え、キャピラリーに
加えた荷重で、リード線１６を熱圧着する。ボンディン
グの終了後にキャピラリーを上昇させ、基板８の配線１
４に設けた電極パッド１７に第２回のボンディングを行
う（２ｎｄボンド）。ここで低い荷重あるいは低い超音
波エネルギーでボンディングを開始し、次いで荷重やエ
ネルギーを増加させて、ボンディングする。

【００１４】図３に、加重を途中で増すようにしたボン
ディング条件の例を示す。用いたパラメーターを表１に
示す。

【００１５】

【表１】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ボ
ンディングパラメーター　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１ｓｔボンド　　　　　　２ｎｄボンド　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　レベル１　　　　レベル２超音波印加時間　　
　　　　２０〜４０　　　　　　１２〜１７（ｍｓｅｃ
）　　　　　　　　　　　　　　　　３０　　　　　　
　　　　１５　　（超音波はレベル１，２共通）加重　
　　　　　　　　　　　　　　　５０〜７０　　　　　
　５０〜３０　　　　　　５０〜７０（ｇ）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　６０　　　　　　　　　
　４０　　　　　　　　　　６０超音波エネルギー　　
０．１９〜０．２７　　　０．１５〜０．２３　（Ｗ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．２３　　　
　　　　　　０．１９　　（超音波はレベル１，２共通
）基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　　１７
０±１０℃　　　　（共通）＊　上段は好ましい範囲を
、下段は最適値を示す。

【００１６】このようにするのは、キャピラリーのぶれ
やバウンドを防止できる程度の弱いボンディングを最初
に行い、キャピラリー位置を固定した後に、ワイヤボン
ディングを完了させるためである。発明者はここで、最
初に必要なワイヤボンディング条件が、リード線１６の
引っ張り強度換算で１ｇ以上であることを見いだした。 キャピラリー位置の固定のためのボンディングを行うに
は、例えば超音波エネルギーの初期値を小さくしても、
あるいは超音波エネルギーとボンディング加重の双方の
初期値を小さくしても良い。もちろん超音波エネルギー
や加重を、低い初期値から連続的に増加させても良い。 図４に超音波エネルギーを変化させる例を（パラメータ
ーは表２）、　図５の上部に超音波エネルギーとボンデ
ィング加重の双方を変化させる例を（パラメーターは表
３）、下部に超音波エネルギーとボンディング加重を連
続変化させる例を（パラメーターは表４）に示す。発明
者はこれらの条件で、ボンディングの不良率を１０ｐｐ
ｍ以下に抑えられることを確認した。なお２５６０個の
受発光素子を用いる画像装置の場合、不良率０．０４％
で画像装置の不良率は１００％となる。参考のため図１
０の従来例でのパラメーターを表５に示す。

【００１７】

【表２】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ボ
ンディングパラメーター　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１ｓｔボンド　　　　　　２ｎｄボンド　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　レベル１　　　　レベル２超音波印加時間　　
　　　　２０〜４０　　　　　　　３〜７　　　　　　
　　７〜１３（ｍｓｅｃ）　　　　　　　　　　　　　
　　　３０　　　　　　　　　　　５　　　　　　　　
　　１０加重　　　　　　　　　　　　　　　　５０〜
７０　　　　　　５０〜７０（ｇ）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　６０　　　　　　　　　　６０（
加重はレベル１，２共通）超音波エネルギー　　０．１
９〜０．２７　　　０．１０〜０．１４　　　０．１５
〜０．２３（Ｗ）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　０．２３　　　　　　　　　０．１２　　　　　　　
　　０．１９基板温度　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１７０±１０℃　　　　（共通）＊　上段は好ま
しい範囲を、下段は最適値を示す。

【００１８】

【表３】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ボ
ンディングパラメーター　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１ｓｔボンド　　　　　　２ｎｄボンド　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　レベル１　　　　レベル２超音波印加時間　　
　　　　２０〜４０　　　　　　　３〜７　　　　　　
　　７〜１３（ｍｓｅｃ）　　　　　　　　　　　　　
　　　３０　　　　　　　　　　　５　　　　　　　　
　　１０加重　　　　　　　　　　　　　　　　５０〜
７０　　　　　　３０〜５０　　　　　　５０〜７０（
ｇ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６０　　
　　　　　　　　４０　　　　　　　　　　６０超音波
エネルギー　　０．１９〜０．２７　　　０．１１〜０
．１８　　　０．１５〜０．２３（Ｗ）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　０．２３　　　　　　　　　０
．１５　　　　　　　　　０．１９基板温度　　　　　
　　　　　　　　　　　　　１７０±１０℃　　　　（
共通）＊　上段は好ましい範囲を、下段は最適値を示す
。

【００１９】

【表４】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ボ
ンディングパラメーター　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１ｓｔボンド　　　　　　２ｎｄボンド　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　レベル１　　　　レベル２超音波印加時間　　
　　　　２０〜４０　　　　　　　４〜１０　　　　　
　　７〜１３（ｍｓｅｃ）　　　　　　　　　　　　　
　　　３０　　　　　　　　　　　７　　　　　　　　
　　１０加重　　　　　　　　　　　　　　　　５０〜
７０　　　　　　　０〜６０　　　　　　５０〜７０（
ｇ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６０　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６０超音波
エネルギー　　０．１９〜０．２７　　　　　　０〜０
．１９　　　０．１５〜０．２３（Ｗ）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　０．２３　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　０．１９基板温度　　　　　
　　　　　　　　　　　　　１７０±１０℃　　　　（
共通）＊　上段は好ましい範囲を、下段は最適値を示す
。

【００２０】

【表５】 　　　　　　　　　　ボンディングパラメーター（従来
例）　　　　　　　　　　　　　　　　　　１ｓｔボン
ド　　　　　　　　　　　　２ｎｄボンド超音波印加時
間　　　　　　２０〜４０　　　　　　　　　　　　　
　　　　　１０〜２０（ｍｓｅｃ） 加重　（ｇ）　　　　　　　　　　　　５０〜７０　　
　　　　　　　　　　　　　　　　５０〜７０超音波エ
ネルギー　　０．１９〜０．２７　　　　　　　　　　
　　　　０．１５〜０．２３（Ｗ） 基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
７０±１０℃　　　　（共通）

【００２１】ここでは特
定のボンディングパラメーターを示したが、これらはリ
ード線１６の線径や線材、個別電極６や電極パッド１７
の種類に依存して変えるべきもので、特に限定するもの
ではない。またボンディングには超音波ボンディングを
用いたが、ボンディングの種類自体は任意である。

【００２２】

【発明の効果】この発明では、画像素子アレイの両端領
域にもワイヤボンディングを高信頼度で行えるようにす
る。この結果、画像装置の信頼性や収率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の画像形成装置の要部平面図である。

【図２】実施例の画像形成装置のワイヤボンディングの
工程図である。

【図３】実施例の画像形成装置のワイヤボンディング工
程の動作タイミングを示す図である。

【図４】変形例の画像形成装置のワイヤボンディング工
程の動作タイミングを示す図である。

【図５】変形例の画像形成装置のワイヤボンディング工
程の動作タイミングを示す図である。

【図６】従来例の画像形成装置の要部斜視図である。

【図７】従来例の画像形成装置の要部平面図である。

【図８】従来例の画像形成装置のワイヤボンディング上
の問題点を示す側面図である。

【図９】従来例の画像形成装置のワイヤボンディング上
の問題点を示す図である。

【図１０】従来例の画像形成装置のワイヤボンディング
工程の動作タイミングを示す図である。

【符号の説明】

１　　共通電極 ２　　画像素子アレイ ４　　受発光面 ６　　個別電極 ８　　基板 １４　　配線 １６　　リード線 １７　　電極パッド １８　　導電性ペースト ３０　　絶縁性ペースト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面には多数の受発光面と各受発光面
   に接続した個別電極とを形成し、裏面には共通電極を形
   成した画像素子アレイを、複数個基板上に直線状に搭載
   した画像装置において、画像素子アレイの裏面と基板と
   の間に、画像素子アレイの両端を残して導電性ペースト
   を充填し、画像素子アレイの裏面の両端には絶縁性ペー
   ストを充填したことを特徴とする、画像装置。