(57)【要約】  フォトダイオード検出器アレイは、第１の基板の第１面に接合され、第１の基板の第２面に電気結合される。Ｘ線照射に対して半透過性を有するシールドが、第１の基板の第２面に取り付けられる。処理チップは、第２の基板の第１面にフリップチップボンディングされ電気結合される。第２の基板の第１面の一部は、第１の基板の第２面の一部に物理的および電気的に接合されることで、フォトダイオードアレイからの電気信号を処理させる。第１の基板に係合されるシールドは、Ｘ線照射が第２の基板に係合される処理チップに到達することを妨げるよう、位置合わせされる。シールドと処理チップとは、熱絶縁および電気絶縁を行う空気間隙により互いから分離される。【選択図】  図２
2009544011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２コンポーネント検出器であって、
各々が光を電気信号に変換することができる２以上のフォトダイオードを含むフォトダイオードアレイと、
第１面および前記第１面の反対側の第２面を有する第１の基板と、
前記第１の基板の前記第２面に取り付けられるシールドと、
第１面および第２面を有する第２の基板と、
各電気信号を処理する回路を有するダイと、を備え、
前記第１の基板の前記第１面は前記フォトダイオードアレイに接合され、
前記第１の基板は、前記第１の基板の前記第１面から前記第１の基板の前記第２面の一部に連通する２以上の導電路を含み、
各フォトダイオードは前記第１の基板の前記第１面における前記２以上の導電路の１つに連結され、
前記第２の基板の前記第１面の一部は、前記第１の基板の前記第２面の前記一部に接合されることで、前記第１の基板の前記２以上の導電路の各々が前記第２の基板の２以上の導電路の１つに連結され
前記ダイは、前記第２の基板の前記第１面にフリップチップ接合され、前記第２の基板の前記第１面は前記第２の基板の各導電路を前記ダイに連結する、検出器。
【請求項２】
前記シールドは、前記第１の基板の前記第２面の凹み領域に収容され、
前記凹み領域は前記シールドを収容するのに十分な容積を有する、請求項１に記載の検出器。
【請求項３】
前記シールドは前記ダイ以上の大きさを有する、請求項１に記載の検出器。
【請求項４】
前記シールドは、Ｘ線照射に対して半透過性を有する、請求項１に記載の検出器。
【請求項５】
前記シールドは、原子番号が７０を超える材料から実質的に形成される、請求項１に記載の検出器。
【請求項６】
前記第２の基板の前記２以上の導電路の各々は、ボールグリッドアレイはんだバンプを利用して、前記第１の基板の前記２以上の導電路の１つに連結される、請求項１に記載の検出器。
【請求項７】
前記第２の基板の前記第２面は、略平面状であり、受動電子素子を収容できる、請求項１に記載の検出器。
【請求項８】
前記ダイは、前記第２の基板の前記第１面上に配設され、前記フォトダイオードアレイから見ると前記シールドの下に位置する、請求項１に記載の検出器。
【請求項９】
前記シールドおよび前記ダイは、前記ダイおよび前記シールド間に熱絶縁バッファを作成するよう配設される、請求項１に記載の検出器。
【請求項１０】
Ｘ線照射検出器であって、
第１の基板と、
第２の基板と、
シールドと、を備え、
前記第１の基板の第１面は、各々が電気信号を生成することのできる２以上の検出器を有する検出器アレイに接合され、
前記第１の基板は２以上の導電路を有し、
各検出器について、前記第１の基板の前記導電路の１つが前記第１の基板の第２面上の２以上のパス接続点のうちの１つに対して前記電気信号を搬送し、
前記第２の基板は、第１面と、２以上の導電路と、前記第２の基板の前記第１面上の２以上のパス受信点と、を有し、
前記２以上のパス受信点の１つは、前記第１の基板の前記２以上のパス接続点のうちの前記１つに対応しており、
前記第１の基板の各パス接続点は、前記第２の基板の各パス受信点に、ボールグリッドアレイはんだバンプを利用して接合され、
各パス受信点は、２以上の導電路の１つを介して回路ダイに連結され、
前記回路ダイは、前記第２の基板にフリップチップボンディングされ、
前記シールドは、前記回路ダイと前記シールドとの間に絶縁間隙が残るよう、前記検出器アレイと前記回路ダイとの間に介在する前記第１の基板に取り付けられた、Ｘ線照射検出器。
【請求項１１】
各検出器は、フォトダイオードを含み、
前記フォトダイオードの少なくとも１面は、Ｘ線照射を光に変換することのできるシンチレータ結晶に接合され、
各フォトダイオードは光を電気に変換することができる、請求項１０に記載のＸ線照射検出器。
【請求項１２】
前記回路ダイはカプセル化されている、請求項１０に記載のＸ線照射検出器。
【請求項１３】
前記シールドは、前記第１の基板の前記第２面上に配設される、請求項１０に記載のＸ線照射検出器。
【請求項１４】
フォトダイオード検出器アレイの回路ダイを遮蔽する方法であって、
電気信号を生成することのできる各フォトダイオードを含む前記フォトダイオード検出器アレイを、第１の基板の第１面に接合する段階と、
各フォトダイオードの前記電気信号を、各フォトダイオードに固有の導電路により、前記第１の基板の第２面の少なくとも第１の部分上の固有の接続点に搬送する段階と、
ボールグリッドアレイはんだバンプを利用して、前記第１の基板の各固有の接続点を、第２の基板の第１面の第１の部分上の対応する固有の受信点に電気接続する段階と、
各フォトダイオードの前記電気信号を、各固有の受信点に固有の導電路により、前記固有の受信点から、前記第２の基板の前記第１面の第２の部分にフリップチップボンディングされた前記回路ダイへと、伝送する段階と、
前記フォトダイオード検出器アレイと前記回路ダイとの間に介在し前記フォトダイオード検出器アレイから見ると前記回路ダイを覆うよう、シールドを前記第１の基板の前記第２面の第２の部分に取り付ける段階と、を備える方法。
【請求項１５】
前記シールドは、前記第２の基板の凹み領域に配設される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
材料がない間隙が前記シールドと前記回路ダイとの間に残る、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
２コンポーネント検出器であって、
フォトダイオードアレイに接合された第１面と、前記フォトダイオードアレイに電気結合された第２面とを有する第１の基板と、
前記第１の基板の前記第２面に取り付けられたシールドと、
処理チップにフリップチップボンディングされた第１面を有する第２の基板と、を備え、
前記処理チップは、前記第２の基板の前記第１面に電気結合され、
前記第１の基板の前記第１面の一部は、前記第２の基板の前記第２面の一部に物理的および電気的に接合されて、前記フォトダイオードアレイ内の複数のフォトダイオードからの電気情報を前記処理チップにより処理させる、２コンポーネント検出器。
【請求項１８】
前記シールドと前記処理チップとは、物理的に接触しない、請求項１７に記載の２コンポーネント検出器。
【請求項１９】
前記シールドは、Ｘ線照射が前記処理チップに到達するのを妨げる、請求項１７に記載の２コンポーネント検出器。
【請求項２０】
前記第１の基板および前記フォトダイオードアレイは第１のコンポーネントを含み、
前記第２の基板および前記処理チップは第２のコンポーネントを含み、
各コンポーネントの動作機能は別個に決定されうる、請求項１７に記載の２コンポーネント検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年７月１１日に出願した「TWO COMPONENT PHOTODIODE DETECTOR」なる名称の米国特許出願番号第１１／４５６，６６２号の優先権を主張し、この全体を本願に参照として組み込むものとする。
本発明は、概して検出器アレイに係り、より詳しくは、フリップチップボンディングされた特定用途の集積回路を有するＸ線フォトダイオード検出器センサアレイの２コンポーネント構成に係る。
【背景技術】
【０００２】
現在のＸ線コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）スキャナは、通常数百のＸ線検出器を利用して、Ｘ線エネルギーを可視光に変換し、最終的には電気信号に変換する。検出器は通常、Ｘ線エネルギーを光に変換するシンチレータと、この光を電流に変換するフォトダイオードとから形成される。ＣＴ用途に利用されるフォトダイオードの形式は、単一のエレメントの１Ｄアレイから多数のエレメントの２Ｄアレイまで幅広いものが可能である。
【０００３】
各アクティブなフォトダイオードアレイでは、Ｘ線照射を光に変換する一連のシンチレーション結晶が基板上に配置されている。各シンチレータ結晶の下には、シンチレーション結晶から発射される光を電荷に変換するバックイルミネーション型フォトダイオードが配設される。フォトダイオードからの電荷は、その後電気パスを介して信号処理回路に伝送される。通常、変換された電荷は、各フォトダイオードから、本技術分野では公知であるワイヤボンディング技術を利用した電気配線を介して基板の複数のパスを辿って処理回路まで到達する。基板は、回路およびフォトダイオードアセンブリの機械的な支持基盤としての役割を果たすとともに、迷放射光から処理回路を保護するシールドを収容する手段としての役割も持つ。
【０００４】
図１Ａ、１Ｂは、典型的な公知のフォトダイオードアレイ１００を極めて抽象化した平面図および側面図である。シンチレータ結晶１１０は通常、６面を有しＸ線照射１０５を受け取り、１透過面がフォトダイオード１４０に接合された立方体である。シンチレータ結晶１１０とフォトダイオード１４０との接合は、通常ｐ＋／ｎ−接合である。結晶１１０の残りの面は、結晶が生成した光を透過面へ、および最終的にはその下のフォトダイオード１４０へ導く助けとなる光学反射材料で被膜されている。その後フォトダイオードは、基板１５０中央の電気パスを介して処理回路１６０に接続される。照射シールド１４５が基板１５０と処理回路１６０との間に介在している。シールド１４５は、読み誤り、撮像誤り、およびゴースト発生を生じうる迷放射光から処理回路を保護する。
【０００５】
図１Ａ、１Ｂにその概略を示したように、基板１５０は、先行技術である検出器アレイの構造的支持基礎である。フォトダイオード１４０は、基板１５０上に２Ｄアレイとして配設される。基板１５０はさらに、各フォトダイオード１４０が生成した電気信号を、画像再構築を行う信号処理回路１６０に送信する信号送信手段１７０を含む。各アクティブなフォトダイオードエレメントが発する各電気信号に関する処理回路は、通常、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）チップである。ＣＭＯＳは主要なクラスの集積回路である。ＣＭＯＳチップは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＳＲＡＭ（エスラム）、および他のデジタルロジック回路を含む。通常ワイヤボンディングを利用することで、フォトダイオードの１端の上面ボンディングパッドを、ＣＭＯＳチップの外部接続へと接続する。
【０００６】
信号送信配置は、通常、基板にプリントされた導電回路パス１７０（ワイヤ）を含む。各フォトダイオード１４０から１以上のパス１７０への導電リードにより、各フォトダイオード１４０と処理回路１６０との間の電気配線が完成する。各アレイにおけるフォトダイオード１４０の数が増えるにつれて、これらアレイに必要になる幾多もの電気ワイヤを支持する基板は益々複雑になる。当業者であれば理解するように、基板は、個々の回路パスが５００個増えても収容できる多数の層から形成されてよい。
【０００７】
当業者であれば理解するように、図１Ａ、１Ｂに示すような先行技術のＸ線検出器の製造は、信頼性のおける構築を保証するための事前注意が必要であり、複雑且つ労働集約型になりがちである。例えば、各フォトダイオード１４０と処理回路１６０との間の各接続１７０は、接合、および注意深いルーピングが必要であり、基板１５０の回路パスに接合される際にワイヤ１８０が、基板１５０上の他のワイヤまたは他の導電領域と干渉しあわないようにする必要がある。ワイヤボンディング密度は、２Ｄアレイにおいてはより密になる。２Ｄアレイの各内部フォトダイオードエレメントからの導電トレースは、「外界」と接続される必要がある。各エレメントに対して１つのトレースが必要となり、各トレースは通常基板１５０上のボンディングパッドで終端する。その後各ボンディングパッドからのワイヤボンディングを外部接続に対して形成する。
【０００８】
これら外部接続の数が増えると、フォトダイオードアレイに関する基板に関するコストも上昇する。最近まで、検出器アレイ内のフォトダイオードのサイズおよび数は、通常、これらコンポーネントの設計において最も重要な要素であった。ボンディング技術の高度化および多数の検出器を単一のアレイ内に収める能力の向上により、これらコンポーネントについて割り当てられていたコストを、基板設計・製造および基板が個々の電気信号を何百も搬送できる能力を持たせることについて利用できるようになった。５００個ものダイオード用の信号を搬送することのできる基板は、しばしば１０‐１２層の厚みを有する。信頼性が高く、且つ、十分な電気リードと、ボンディングが行われるフォトダイオード検出器と整合する熱膨張特性とを有する基板の作成は難しく高価である。
【０００９】
従って本発明の１つの目的は、製造コストの低減につながる簡素な構造を有する２Ｄ光検出器アレイを提供することである。本発明のさらなる目的は、コンポーネント検証性が進化して、耐久性および信頼性に優れ、且つ、先行技術のＸ線検出器を製造するよりも実質的にコストが低い、向上したＸ線検出器を提供することである。
【発明の概要】
【００１０】
簡潔に述べると、本発明は、向上した２コンポーネント２Ｄ光検出器デバイスに関する。フォトダイオード検出器アレイは、第１の基板の第１面にボンディングされ、第１の基板の第２面に電気結合される。Ｘ線照射に対して半透過性を有するシールドが、第１の基板の第２面に取り付けられる。処理チップが、第２の基板の第１面にフリップチップボンディングで電気結合される。第２の基板の第１面の一部が、第１の基板の第２面の一部に、物理的および電気的に接合されて、フォトダイオードアレイからの電気信号処理を行わせる。第１の基板に関するシールドは、Ｘ線照射が第２の基板の処理チップに到達するのを妨げるような配置とされる。シールドおよび処理チップは、空気間隙により分離されて、熱絶縁および電気絶縁を行う。
【００１１】
本発明の一側面においては、２コンポーネント基板は、ＢＧＡボンディングにより接合される。第１の基板に関するシールドは、タングステン、金、または７０を超える原子番号を有する他の元素などの、Ｘ線照射に対して半透過性を有する材料から実質的に形成される。シールドの大きさは、処理チップのものと同じかそれより大きく作られ、Ｘ線照射が処理チップに到達するのを妨げる。本発明のまた別の側面においては、処理チップはカプセル化されている。各基板および関連するコンポーネントの動作機能は、別個に決定されうる。
【００１２】
本発明の前述のおよび他のフィーチャ、利用可能性、および利点は、添付図面にも示す、以下の本発明の一実施形態のより詳細な説明により明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以下の好適な実施形態についての記載を、添付図面とともに参照することで、本発明の上述のフィーチャおよび目的、他のフィーチャおよび目的、それを得る方法、且つ発明自身の理解が深まることであろう。
【００１４】
【図１Ａ】典型的な公知のフォトダイオードアレイを極めて抽象化した平面図である。
【図１Ｂ】典型的な公知のフォトダイオードアレイを極めて抽象化した断面図である。
【００１５】
【図２】本発明による２Ｄフォトダイオード検出器アレイの一実施形態を抽象化した側面図である。
【００１６】
【図３】本発明の一実施形態によるカプセル化された回路ダイを有する２Ｄフォトダイオード検出器アレイの側面図である。
【００１７】
【図４Ａ】本発明によるフォトダイオード検出器アレイの、第１の基板およびシールドコンビネーションコンポーネントの一実施形態の上面図である。
【図４Ｂ】本発明によるフォトダイオード検出器アレイの、第１の基板およびシールドコンビネーションコンポーネントの一実施形態の側面図（断面図）である。
【図４Ｃ】本発明によるフォトダイオード検出器アレイの、第１の基板およびシールドコンビネーションコンポーネントの一実施形態の底面図である。
【００１８】
【図５Ａ】本発明によるフォトダイオード検出器アレイの、第２の基板および回路ダイコンビネーションコンポーネントの一実施形態の上面図である。
【図５Ｂ】本発明によるフォトダイオード検出器アレイの、第２の基板および回路ダイコンビネーションコンポーネントの一実施形態の側面図（断面図）である。
【図５Ｃ】本発明によるフォトダイオード検出器アレイの、第２の基板および回路ダイコンビネーションコンポーネントの一実施形態の底面図である。
【００１９】
【図６Ａ】本発明のフォトダイオード検出器アレイの一実施形態の一側面を示す図である。
【図６Ｂ】本発明のフォトダイオード検出器アレイの一実施形態の、図６Ｂとは対向する側面を示す図である。
【００２０】
【図７】本発明の２Ｄフォトダイオード検出器アレイの作成方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００２１】
図面は、本発明の実施形態を例示目的のみから記載している。当業者であれば、以下の説明から、本発明の原理の範囲内で、ここに例示した構造および方法に関する代替実施例を想到するであろう。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
２コンポーネント２Ｄフォトダイオード検出器アレイを、前述の図面および以下に記す本文により例示および記載する。開示される２Ｄフォトダイオード検出器アレイは２つの基板を有し、１基板には回路ダイがフリップチップボンディングされ、他の基板には照射シールドおよびフォトダイオードアレイが接合される。２つの基板はこの後、互いに接合されて、各フォトダイオードが生成する電気信号を回路ダイに送信する手段を提供する。シールドは、フォトダイオードアレイから見たとき回路ダイに直接対向するよう被覆するよう方向付けられる。さらに、回路ダイおよびシールドは、接触しないよう配置され、回路ダイとシールドとの間に熱絶縁性および電気絶縁性を有する空間を生成する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態による２Ｄフォトダイオード検出器アレイの側面図である。本発明によると、図２に示される通り、第１の基板コンポーネントコンビネーション２００および第２の基板コンポーネントコンビネーション２２５が組み合わされてフォトダイオード検出器アレイを形成する。Ｘ線照射１０５、または、光、磁気、熱などの他の種類の検出可能なエネルギーが、フォトダイオードアレイ１００に影響を与えて、電気信号が生成される。本発明の一実施形態では、フォトダイオードアレイは、個々にフォトダイオード１４０に接合される２以上のシンチレータ結晶１１０から形成される。Ｘ線照射１０５はシンチレータ結晶１１０に影響を与えて、光を生成させる。６面のシンチレータ結晶は、その５面が反射性材料で被膜され、生成された光をフォトダイオード１４０へ送る。そしてフォトダイオード１４０は、処理に利用可能な電気信号を生成する。
【００２４】
各シンチレータ結晶１１０を各フォトダイオード１４０に接合し、結果生じるｐ＋／ｎ−接合に接合する技術は、当業者には公知である。本発明の一実施形態においては、フォトダイオードアレイ１００は、第１の基板２１０に直接接合される。第１の基板２１０の第１面２１２上に配設されるコンタクトパッドは、各フォトダイオード１４０と位置合わせされ接触される。各コンタクトは、各フォトダイオードが生成した電気信号を基板へと、そして最終的には回路ダイ１６０へと伝達することができる。故に第１の基板２１０は、電気信号を各フォトダイオード１４０から第１の基板２１０の第２面２１４上の対応する接続点へ送信することのできる２以上の送信手段２７０またはパスを有する。各パスは、基板の個別のルートを通り、電気信号間を絶縁する。さらに、送信パスは、スプリアス信号生成、ノイズ、および画像ゴースト発生を起こしかねない電磁障害を最小限に抑えるよう構成される。
【００２５】
第１の基板２１２の第１面は略平面状である。フォトダイオードアレイ１００の平面特性は、第１の基板が、フォトダイオードアレイ１００を支持するに足る十分な剛性を有し、且つ、コスト、重量、および他の設計的検討材料を最小限に抑えることを必要とする。第１の基板の重要な設計的検討材料の１つに、熱膨張係数がある。各Ｘ線１０５のエネルギーの主要部分が最終的に電気信号に変換されるとき、Ｘ線が光に変換され、この光が電気に変換される際に出来る副産物は熱である。各結晶１１０に影響を与えるＸ線１０５の強度が変化するにつれて、アレイ１００全体が生成する熱も変化する。さらに、第１の（あるいは単一の）基板に接する回路ダイ１６０の配置もまた、重要な熱源として機能する。故に重要な設計的検討材料の１つは、第１の基板２１０の熱膨張係数を、フォトダイオードアレイ１００の係数のなるべく近くに揃えることである。第１の基板２１０の歪みにより、フォトダイオード１４０と基板２１０との間の接続が不安定になり、且つ、クロストークおよび他の望ましくない撮像上の問題が生じうる。先行技術では、ワイヤボンドを介して、回路ダイ１６０への多数の電気信号の伝送を単一基板上で行う必要があることに一部に起因して、基板をフォトダイオードアレイ１００が受ける温度勾配に整合させる能力は制限されてきた。本発明は、第１の基板２１０が必要とする層の数を最小限に抑えることで、複雑性、温度勾配の問題、およびコストいずれをも低減させる。
【００２６】
第１の基板２１０にはシールド１４５が関連付けられる。シールドは、高い原子番号を有し、Ｘ線照射に対して半透過性を有する材料から形成される。この要件を満たすのは、タングステン、金、および原子番号が７０を超える他の元素である。フォトダイオードアレイ１００のフォトダイオード１４０およびシンチレータ結晶１１０のコンビネーションにより、Ｘ線照射１０５は大部分撮像されるが、シンチレータ結晶１１０とフォトダイオード１４０とのコンビネーション間を徘徊している１以上のスプリアスＸ線が回路ダイ１６０に到達する可能性もある。第１の基板２１０は、電気絶縁特性を有するが、依然Ｘ線照射に対しては透過性を有する材料から形成されるという特徴を有する。Ｘ線照射が回路ダイ１６０に到達することを防ぐべく、フォトダイオード検出器アレイ１００と回路ダイ１６０との間にシールドを介在させる。シールド１４５の大きさは、回路ダイ１６０と同じかそれより大きい。シールド１４５は回路ダイ１６０に対応するよう第１の基板２１０上に配設されて、Ｘ線照射がフォトダイオードアレイ１００を通過するのを遮る。本発明の一実施形態において、図２に示すように、シールド１４５は、第１の基板２１０の凹み領域または窪み領域に収められる。本発明によれば他の構成も考慮でき、可能であるが、本実施形態ではシールド１４５が窪みに収まっていることで、第１の基板２１０の第２面２１４の上には延びないよう配慮されている。
【００２７】
第２の基板コンビネーション２２５は回路ダイ１６０、受動電子素子２９０、および第１の基板２１０から回路ダイ１６０へ電気信号を送信するとともに、回路ダイ１６０から受動電子素子２９０へ電気信号を送信する手段を含む。その後、電気信号は、２コンポーネント２Ｄフォトダイオード検出器アレイを一部として含むシステムと相互作用する。本発明の一実施形態においては、第２の基板１６０は、ボールグリッドアレイ２３０を利用して第１の基板２１０に電気接合される。
【００２８】
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）は、出力ピンがはんだボールのマトリクス形状に並んだＩＣパッケージである。ＢＧＡのトレースは、概して積層基板（ＢＴベース）上またはポリイミドベースのフィルム上に製造される。故に、基板またはフィルムの全領域をコンポーネント間の配線に利用することができる。ＢＧＡ２３０は、さらに短いＰＣＢへの電流パスを介して接地または電源の配線を配置することで、さらに接地インダクタンスまたは電源インダクタンスを低減する。熱的強化機構（ヒートシンク、サーマルボール等）をさらにＢＧＡに適用して熱抵抗を低減し、第１の基板２１０から第２の基板２２０への熱伝達機構として機能することもできる。
【００２９】
ＢＧＡ２３０は、第１の基板２１０の各送信パス２７０を、第２の基板２２０の対応する送信パス２６０に接続する役割も果たす。第１の基板２１０の第２面２１４の一部上のグリッド状の接続点は（図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ参照）、ＢＧＡ２３０と位置合わせされて、ＢＧＡ２３０を介して第２の基板２２０の第１面２２２の一部上のグリッド状の受信点（図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ参照）に接続される。
【００３０】
図２−５Ｃに示すように、２つの基板の接合面（第１の基板２１０の第２面２１４と第２の基板２２０の第１面２２２）の一部のみが係合することで、シールド１４５（第１の基板２１０と係合）および回路ダイ１６０（第２の基板２２０と係合）の配置領域が形成される。本発明の一実施形態においては、回路ダイ１６０は第２の基板２２０の第１面２２２にフリップチップボンディングされる。上述したように、回路ダイ１６０は、第２の基板２２０の第１面２２２に配置されることで、第１の基板２１０と係合したシールド１４５を被覆する。図２では、回路ダイ１６０が、第２の基板２２０の平面状の第１面２２２にフリップチップボンディングされている。他の実施形態では、第２の基板２２０の第１面２２２が凹部である、または、窪み領域を有すことで、回路ダイ１６０が第２の基板２２０の平面２２２の上へ露呈することを制限する。
【００３１】
ＢＧＡ２３０を利用した２つの基板の接合および、シールド１４５および回路ダイ１６０の配置は、回路ダイ１６０とシールド１４５との間に、オブジェクトまたは材料が何もない領域を形成するよう制約を受ける。この空気間隙２５０により、シールド１４５と回路ダイ１６０との間に熱絶縁性および電気絶縁性を有する領域が作られる。この熱絶縁性を有する間隙のおかげで、フォトダイオードアレイ１００が生成する熱は、回路ダイ１６０へは伝達されない。同様に、第２の基板２２０に係合される回路ダイ１６０および受動電子素子２９０が生成する熱は、フォトダイオードアレイ１００には伝達されない。加えて、シールド１４５と回路ダイ１６０との間に実際の接触がないことで、２つのコンポーネント間に電気絶縁バリアを設けねばならないという要件がなくてもよくなる。本発明のこの利点または他の利点により、製造コストが低減され、先行技術に比べて顕著な進歩となる。
【００３２】
本発明の別の側面は、回路ダイ１６０を第２の基板２２０にフリップチップボンディングすることである。フリップチップボンディングは、ＢＧＡ構想に類似したはんだバンプを利用するが、ＢＧＡと比して精度および許容差面で顕著な向上が見られる。これはウェハバンプとも称されることもあり、はんだでできたバンプまたはボールを、個々のチップに切断する前の基板上に形成する高度なパッケージング技術である。バンピングは、フリップチップパッケージングの主要なプロセスであり、表を下にした状態のコンポーネントを、基板あるいはボードに対して、チップパッド上の導電バンプを介して直接接続する。これらバンプは、電気的、機械的、熱的相互接続を行うので、チップパッケージとデバイスとが直接接続されることになる。この種類のボンディングは、伝統的なワイヤボンディングと比べて顕著な利点を有する。
【００３３】
フリップチップという名称は、基板と接続する際にチップを裏返す（flip）ことに由来している。ワイヤボンディングによる従来の配線法と違って、フリップチップは、はんだまたは金のバンプを利用する。フリップチップは、入力／出力パッドをＢＧＡまたは他の先行技術のようにチップの縁のみへの配設ではなくて、チップの全面に配設する。フリップチップボンディングにより、回路または送信パスが最適化される。フリップチップの別の利点は、ボンディングワイヤがないので、信号インダクタンスおよび干渉が低減されることである。フリップチップボンディングまたは配線はさらに、信号伝播遅延を低減し、電力および接地分配についての制限を軽減する。また、フリップチップ配線をワイヤボンディングの代わりに利用すると、パッケージのサイズ、重量、およびコストが低減される。
【００３４】
図３は、本発明の一実施形態による、フォトダイオード検出器アレイの側面図である。図３は、２コンポーネント２Ｄフォトダイオードアレイの、様々なコンポーネントの相対的大きさに関してより代表的な描画である。本発明の本実施形態においては、シールド１４５は、第１の基板２１０の空隙の凹んだ位置にあり、シールドの上面は第１の基板２１０の平面より下にある。回路ダイ１６０の大きさに比べてＢＧＡ２３０のサイズは、回路ダイ１６０が第１の基板２１０の空隙内に延びる、といったものになっている。本発明のさらに優れた特徴は、図３に示す回路ダイ１６０のカプセル化３１０である。２つの基板をモジュール化することにより、基板コンポーネントコンビネーション２００および２２５各々を別個にテスト、検証することができる。回路ダイは繊細な電子部品を表しているので、回路ダイ１６０を、保護被膜で、あるいは本発明の別の実施形態においては電気絶縁被膜でカプセル化すると有利だと思われる。本発明をある程度具体的に記載および例示してきたが、本開示が例示目的から作成されており、当業者であれば以下に請求されている本発明の精神および範囲から逸脱することなしに部品のコンビネーションおよび配置に幾多もの変更を行うことができることを理解されたい。
【００３５】
図３に示すように、回路ダイ１６０はシールドとは接触していない。間隙２５０が２つのコンポーネント間に残り、コンポーネント間を熱絶縁且つ電気絶縁する。回路ダイ１６０のカプセル化３１０によって、シールド１４５と回路ダイ１６０との間にまた別のレベルの絶縁が追加される。コンポーネント設計の規模がミクロンのオーダになると、絶縁層を追加することで、シールド１４５と回路ダイ１６０との間を確実に無接触として、信頼性を向上できる。
【００３６】
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、本発明の一実施形態による、第１の基板コンポーネントコンビネーションの上面図、側面図（断面図）、および底面図である。第１の基板２１０の側面図４１０は、シールド１４５が部分的に占有する窪み領域４１５を示す（図４Ａ、４Ｂ、４Ｃにはフォトダイオードアレイが示されていない）。図４Ａ、４Ｂ、４Ｃに示す実施形態においては、第１の基板は６層から形成される。基板の各層は、フォトダイオードアレイ１００からの電気信号を、第２の基板２２０へ、そして最終的には回路ダイ１６０へと搬送することができる多数の送信パス２７０を有する。第１の基板２１０の上面図４２０はＢＧＡ４３０を示す。各丸は、ＢＧＡの記載および機能に対応するはんだボールを表す。ＢＧＡ４３０が第１の基板２１０の第２面２１２の一部のみを占有していることに留意されたい。上から見ると、窪み領域４１５およびシールド１４５そのものは、ＢＧＡに関するはんだバンプをなんら有していないように示されている。
【００３７】
第１の基板の底部図４４０は、フォトダイオードアレイ１００に対応するコンタクトパッドのグリッドパターン４５０を示す。各フォトダイオード１４０は、グリッドパターン４５０に示されるコンタクトパッドのうち１つを介して第１の基板２１０に接合される。グリッドパターン４５０の各コンタクトパッドは、第１の基板２１０の上面図４２０に示すＢＧＡパターン４３０への導電送信パスに対応して、それを介して接続される。フォトダイオードアレイ１００に関するＢＧＡパターン４３０およびグリッドパターン４５０両方のコンタクト点の実際の配置は、関連技術分野の当業者であれば理解するように変更が可能である。
【００３８】
図５Ａ、Ｂ、Ｃは、本発明の一実施形態による第２の基板コンポーネントコンビネーションの上面図、側面図（断面図）、および底面図である。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、第２の基板２２０および回路ダイ１６０を様々な視点から示している。上面図５２０は、第２の基板２２０の略平面状の第２面を示す。第２の基板の上面図５２０上に示される様々なブロックは様々な受動電子素子２９０を表しており、これら受動電子素子は、アレイを、該アレイが実装されるシステムに接続する導電送信パスおよびシステム配線２９５を介して回路ダイ１６０に接続される。本発明の一実施形態においては、ヒートシンク５２５が第２の基板２２０の第２面に配置される。ヒートシンク５２５は、基板および回路ダイ１６０に熱結合されて、第２の基板２２０の熱による膨張、収縮、および／または歪みを制御する。側面図５１０は、第１の基板２１０および回路ダイ１６０に第２の基板２２０を接続するＢＧＡグリッドに対応するはんだバンプ２３０を描画する。本発明のこの特定の実施形態においては、回路ダイ１６０は、第２の基板２２０の略平面状の第１面２２２から延びるように描かれている。他の実施形態においては、回路ダイが第２の基板２２０の窪み領域または空隙に配設されてもよい。
【００３９】
第２の基板２２０の底面図５４０は、第２の基板２２０の第１面２２２を示す。この面に示されるＢＧＡパターン５５０は、第１の基板２１０の第２面２１４に見られるＢＧＡパターンと直接対応している（図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ参照）。ＢＧＡの各バンプは、第１の基板２１０の第２面２１４に位置するコネクタ点を、第２の基板２２０の第１面２２２に位置する受信点に位置合わせする。図５Ｃの第２の基板２２０の底面図５４０にはさらに、回路ダイ１６０およびカプセル化カバー３１０が示されている。
【００４０】
図６Ａ、６Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態による２Ｄフォトダイオード検出器アレイの一実施形態の互いに対向する側面を示す図である。本発明の本実施形態においては、第１の基板２１０および第２の基板２２０は大きさが違っている。コスト削減等様々な理由から、信号処理に必要となる回路ダイ１６０と様々な受動電子素子２９０とを収容することさえできれば、第２の基板２２０のサイズは縮小することができる。図６Ａ、６Ｂに示すように、第１の基板２１０、フォトダイオードアレイ１００、シールド１４５、第２の基板２２０、および回路ダイ１６０については、本発明の精神および意図を逸脱しない範囲で様々な構成が可能である。図６Ａ，６Ｂは、さらに、第１の基板２１０に係合されるシールド１４５の配置を、第２の基板２２０に係合される回路ダイ１６０との関連において、さらに示す。本実施形態では回路ダイ１６０はカプセル化３１０されて描画されているが、回路ダイ１６０とシールド１４５との間に間隙は依然としてあり、シールド１４５は、回路ダイと同じ大きさであるか、またはそれより大きい。本発明の他の実施形態では、シールド１４５は回路ダイ１６０の裏面に直接取り付けることもできる。
【００４１】
図７は、本発明による２Ｄフォトダイオード検出器アレイの作成方法の一実施形態を示すフローチャートである。７１０で、２以上のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイは、第１の基板の平面状の第１面に接合されて、該アレイを含む各フォトダイオードを第１の基板に電気結合する。第１の基板内の導電送信パスは、各フォトダイオードから基板の反対の第２面に電気信号を伝達する。基板は、フォトダイオードアレイに対して歪みのない構造を提供するのに足る剛性を有し、フォトダイオードアレイと類似した熱膨張係数を有する材料から形成される。
【００４２】
７２０において、回路ダイ処理チップを第２の基板の第１面の一部にフリップチップボンディングする。フォトダイオードから電気信号を受け取ることができ、第２の基板の第１面の別の部分に配置される受信点は、第２の基板内の導電送信パスを介して回路ダイに連結される。７３０で、Ｘ線照射に対して半透過性を有するシールドが、第１の基板の反対側の面に、各フォトダイオードの送信パスの２以上の接続点の妨げにならないよう、且つ、Ｘ線照射が回路ダイ処理チップに到達するのを妨げるよう、取り付けられる。７４０で、ＢＧＡはんだバンプを利用して、第１の基板内の導電送信パスに関する接続点を、第２の基板に関する受信点と位置合わせし、電気結合する。第１の基板と第２の基板とは、第１の基板に係合するシールドが第２の基板の回路ダイと入力されるＸ線照射との間に介在するよう、さらに位置合わせされる。２つの基板およびそれらの様々なコンポーネントの接合は、シールドと回路ダイとの間に熱絶縁および電気絶縁用のバッファスペースを維持するように行われる。各フォトダイオードからの電気信号は、その後、第１の基板を介し、さらに送信パス、基板間のＢＧＡ接続、および第２の基板に関する送信回路を通って、回路ダイへと送信される。
【００４３】
本発明の様々な実施形態では、これらおよびその他の、少なくとも１つの基板にフリップチップボンディングされる回路ダイを有する２Ｄフォトダイオードアレイ検出器を作成する実装方法を利用することができる。本発明の現在のところ好適な実施形態およびその向上された例の多くについて、ある程度の具体性を持って記載してきた。これら記載は例示を目的として記載されており、本発明の定義は以下の請求項の範囲によりなされることを理解されたい。
【００４４】
本願の請求項は、特定のフィーチャのコンビネーションについて記載しているが、本開示の範囲は、明示的にあるいは暗黙的に開示されたいかなる新規のフィーチャまたはいかなる新規のフィーチャのコンビネーションをも含み得る、また、当業者には明らかである一般化または変形例も、それらがいずれかの請求項に現在請求されているのと同一の発明に関するか否か、およびそれらが本発明の対峙するいずれかまたは全ての同じ技術的課題を軽減するか否かに関わらず、含み得る。このように、出願人は、本願の審査中に、あるいは本願を親とする分割出願の審査中に、本願が潜在的に含むこれらフィーチャおよび／またはフィーチャのコンビネーションに関する新たな請求項を作成する権利を留保する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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