CN101542732B - 光检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种光检测装置，其特征在于：在光检测装置(3)中，以被形成于光检测元件(11)的表面的第1连接焊盘区域(15)露出的方式，将配线基板(12)设置于光检测元件(11)的表面侧，在配线基板(12)上，将第2连接焊盘(17B)形成于比第1连接焊盘(17A)更靠近内侧的区域。由此，在光检测装置(3)中，可以使引线键合的形成空间位于光检测元件(11)的内侧，从而能够将配线基板(12)和光检测元件(11)制成基本相同的尺寸。其结果，在光检测装置(3)中，能够充分确保光检测元件(11)相对于该光检测装置(3)所占的面积，并在将光检测装置(3)可对接(buttable)配置于冷却板(2)时，能够实现非感应区域的缩小。

Description

光检测装置
技术领域
本发明涉及具备所谓的背面入射型光检测元件的光检测装置。
背景技术
一直以来，所谓的背面入射型光检测元件是众所周知的。这种光检测元件在半导体基板的背面侧具备光入射面，从这个光入射面入射的光被表面侧的光检测部检测。具备像这样的光检测元件的光检测装置，例如有日本专利文献1中所记载的半导体能量检测器。该半导体能量检测器，在光检测部的相反侧上半导体基板的一部分被薄型化，并具备能够高灵敏度地检测出紫外线、软X射线以及电子束等各种能量线的BT-CCD(背面入射薄板型CCD)、通过引线键合(wire bonding)与该BT-CCD电连接的包装体，被用于，例如天体观测用的望远镜的光检测部。
日本专利文献1：日本专利申请公开平6-196680号公报
发明内容
在如上所述的望远镜等的用途中，为了谋求光检测部的大面积化，采用将多个光检测装置矩阵状地并列配置于冷却板等的被设置体上的结构、即所谓的可对接(buttable)配置结构是有效的。在像这样的配置结构中，通过将各个光检测装置之间的间隔控制在例如100μm以下，从而可以高密度地配置光检测装。然而，在上述的半导体能量检测器中，在光检测元件的外侧区域存在用于引线键合的空间，因此需要比光检测元件尺寸大的配线基板。为此，在光检测元件相对于光检测装置所占的面积较小、光检测装置被可对接配置于被设置体时，会出现不能实行光检测的区域(非感应区域)扩大的问题。
本发明正是为了解决上述问题而进行悉心研究的结果，目的在于提供一种可以通过确保光检测元件所占面积从而使在被设置体上进行配置时的非感应区域缩小的光检测装置。
为了解决上述问题，本发明所涉及的光检测装置，具备：从一面侧入射的光被另一面侧的光检测部检测的光检测元件、以及以光检测元件的另一面的规定区域露出的方式被设置于光检测元件的另一侧的配线基板；在规定的区域中，形成有与光检测部电连接的第1连接焊盘，在配线基板上，在比规定区域更靠近内侧的区域中，形成有通过连接导线与第1连接焊盘电连接的第2连接焊盘。
在该光检测装置中，以被形成于光检测元件的另一面的第1连接焊盘露出的方式将配线基板设置于光检测元件的另一面侧；在该配线基板上，将第2连接焊盘形成于比第1连接焊盘更靠近内侧的区域。利用如此的结构，在该光检测装置中，可以使引线键合的形成空间位于光检测元件的内侧，从而可以将配线基板和光检测元件制成基本相同的尺寸。其结果，在该光检测装置中，能够充分确保光检测元件相对于该光检测装置所占的面积，并且，由于在将光检测装置配置于被设置体时，能够充分缩小邻接的光检测装置中的光检测元件之间的间隔，因此能够实现非感应区域的缩小。
此外，优选配线基板具有使第1连接焊盘露出的狭缝部。这样，由于可以将引线键合部分收容于狭缝部内，所以在将光检测装置配置于被设置体时，能够保护引线键合部分不产生断线等。
此外，优选在配线基板上、在比第1连接焊盘更靠近内侧的区域中，沿着规定的区域，形成与距离配线基板的另一面相比更靠近一面侧的设置面，第2连接焊盘被设置于设置面上。通过被设置于所涉及的设置面，可以防止引线键合部分突出于配线基板的另一面侧。由此，在将光检测装置配置于被设置体时，可以保护引线键合部分不产生断线等。此外，由于在第2连接焊盘的形成部分残存一定的厚度，可以确保实行引线键合时的连接焊盘的强度。
此外，优选配线基板具有从另一面侧堵塞狭缝部的盖部。在此情况下，因为可以利用盖部将引线键合部分隐蔽于狭缝部内，所以进一步切实保护引线键合部分不产生断线等。
此外，优选在狭缝部以及盖部的至少一方设置有沟槽部，该沟槽部形成使狭缝部的内部与外部相连通的通气孔。由此，由于即使在将盖部安装于狭缝部之后仍然能够将狭缝部的内部保持为与外部气压相等，所以即使外部环境的变化导致产生狭缝部内气体的收缩·膨胀，也能够抑制光检测装置的变形或者破损。
利用本发明的光检测装置，可以通过确保光检测元件所占有的面积而缩小被配置于被配置体时的非感应区域。
附图说明
图1是搭载本发明的一个实施方式所涉及的光检测装置而构成的光检测部的示意图。
图2是光检测装置的立体图。
图3是从表面侧所看到光检测装置的示意图。
图4是将光检测装置的一部分截面化而显示的侧面图。
图5是狭缝部附近的截面放大图。
图6是在拆除盖部的状态下从表面侧看到狭缝部的放大图。
图7是从一端侧看到光检测装置的侧面图。
图8是光检测装置的组装工序的示意图。
图9是变形例所涉及的狭缝部以及盖部附近的截面放大图。
符号说明
3：光检测装置、11：光检测元件、12：配线基板、15：第1连接焊盘区域(规定区域)、16：CCD阵列(光检测部)、17A：第1连接焊盘、17B：第2连接焊盘、23：狭缝部、25：阶梯部、25a：设置面、27：连接导线、28.沟槽部、29.盖部、30.通气孔
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明所涉及的光检测装置的优选实施方式。
图1是搭载本发明的一个实施方式所涉及的光检测装置而构成的光检测部的示意图。此外，图2是图1所示的光检测装置的立体图，图3是从其表面侧所看到光检测装置的示意图，图4是将光检测装置的一部分截面化而显示的侧面图。
如图1所示，光检测部1具备热控制用冷却板2和多个光检测装置3，作为例如天体观测用望远镜的光检测部1而被构成。冷却板2利用例如铜而被形成为圆盘状，在望远镜被使用时，在规定的气氛中被冷却至-100℃左右。在该冷却板2的表面上，设置有多个与各光检测装置3的装配有螺丝的嵌合销32以及柔性PCB(柔性电路板)22(参照图2)对应的凹部4。
各个光检测装置3，通过将装配有螺丝的嵌合销32以及柔性PCB22嵌入凹部4、且从冷却板2的背面侧将螺帽36(参照图2)旋合于各个装配有螺丝的嵌合销32，从而被固定于冷却板2上，并被配置成例如8×10的矩阵状。由于各个光检测装置3的4个侧面与所邻接的光检测装置3的侧面相对，因此这样的配置被称为4侧可对接配置，是适应于光检测装置3的高密度而导致的光检测部1大面积化的配置。此外，所邻接的光检测装置3的间隔约为100μm，从而可以防止解除了利用冷却板2进行的冷却之后的热膨胀所导致的各个光检测装置3彼此的接触。
接着，说明光检测装置3的结构。如图2～图4所示，各个光检测装置3具备实施光检测的光检测元件11、被电连接于光检测元件11的配线基板12、以及用于向冷却板2进行配置的销钉基座13。光检测元件11是厚度约为200μm的所谓背面入射薄板型CCD(BT-CCD)，是能够高灵敏度地检测容易受到半导体所引起的吸收的影响的紫外线、软X射线以及电子束等各种能量线的元件。
光检测元件11的背面(一面)侧成为光入射面S(参照图4)，在光检测元件11的表面(另一面)侧上，分别形成有检测从光入射面S入射的光的检测区域14以及成为检测区域14的输出端的第1连接焊盘区域(规定区域)15(参照图8(a))。在检测区域14上，设置有例如被配置为9×7的矩阵状的CCD阵列(光检测部)16；在第1连接焊盘区域15上，设置有通过被规定了线路图形的铝配线而与CCD阵列16的各个像素电连接的第1连接焊盘17A。第1连接焊盘17A沿着光检测元件11的表面侧的一端部被配置成一列。
此外，如图3以及图8(a)所示，在光检测元件11的表面的两端部上，在比检测区域14更靠外侧的盲区部分，以通过光检测元件11的中心线L的方式分别设置有十字形的定位用标记18(18A，18B)。定位用标记18A，18B是通过，例如溅镀铝而与上述的铝配线同时形成的，被用于作为示意光检测元件11的中心线L的基准位置。
如图2～图4所示，配线基板12为与光检测元件11面积大致相同的矩形，在配线基板12的表面侧的大致中央部分，配列着对应于CCD阵列16的各个像素的引线端子21。如图2所示，该引线端子21被连接于柔性PCB(可挠性印制线路基板)22。柔性PCB22通过冷却板2的凹部4而与望远镜内的规定的基板(未图示)连接接触。
此外，如图3所示，在配线基板12的一端部以及另一端部，分别设置有狭缝部23以及切口部24。狭缝部23沿着配线基板12的一端部被形成为长方形状，切口部24在配线基板12的另一端部的大致中央处被形成为半圆形状。此外，在以如下方式、即从狭缝部23露出第1连接焊盘区域15以及定位用标记18A、且从切口部24露出定位用标记18B、进行定位的状态下，利用例如芯片接合将配线基板12牢固地固定于光检测元件11的表面侧。
此外，如图5以及图6所示，在配线基板12上，在比第1连接焊盘区域15以及定位用标记18A露出的区域更靠近内侧的区域中，沿着狭缝部23的长度方向设置有阶梯部25。该阶梯部25具有与距离配线基板12的表面(与配线基板12上的光检测元件11侧的面位于相反侧的面)相比更靠近背面侧(光检测元件11侧)的设置面25a，在该设置面25a上，形成有成为配线基板12的输入端的第2连接焊盘区域26。在第2连接焊盘区域26中，对应于第1连接焊盘17A的第2连接焊盘17B被配置成一列，第1连接焊盘17A与第2连接焊盘17B分别通过连接导线27而被电连接。第2连接焊盘17B通过配线基板12的内部配线(未图示)而被分别电连接于引线端子21，由此，来自于光检测元件11的输出信号通过引线端子21以及柔性PCB22被输出到外部。
此外，在配线基板12的一端侧边缘的大致中央处，设置有沿着中心线L(参照图3)延伸的沟槽部28，在配线基板12上，从狭缝部23的表面侧(与配线基板12上的光检测元件11侧的面位于相反侧的面侧)安装陶瓷制的盖部29，以堵塞沟槽部28。通过安装该盖部29，第1连接焊盘17A、第2连接焊盘17B以及连接导线27被保护而不露出外部，如图5以及图7所示，在光检测装置3的一端侧的侧面上，形成有使狭缝部23的内部与外部相连通的通气孔30。
如图2～图4所示，销钉基座13由例如氮化铝而被形成为扁平的长方体形状。在该销钉基座13的大致中央处形成有使配线基板12的引线端子21露出的矩形开口部31。此外，在销钉基座13的表面侧，设置有能够旋合螺帽36的、例如钛制的装配有螺丝的嵌合销32。该装配有螺丝的嵌合销32，以夹持开口部31的方式，在销钉基座13的一端侧的中央被设置1根，在靠近销钉基座13的另一端侧的两个角落部分别被设置1根，总计被设置3根。
在此，在销钉基座13的侧面内，沿着光检测元件11的中心线L的一个侧面34和该侧面34的一端侧的角部35成为销钉基座13的定位部33。各个装配有螺丝的嵌合销32被安装于销钉基座13的表面侧，且以使基于侧面34以及角部35的相对距离正确的方式被确定中心，并相对于定位部33而分别被高精度定位。此外，通过使从表面侧观察销钉基座13时的侧面34的线与通过定位用标记18A，18B的中心线L相吻合，销钉基座13与光检测元件11高精度地角度吻合，并且根据定位用标记18A，18B和角部35的相对距离，相对于光检测元件11被高精度定位。在此状态下，销钉基座13通过例如热固化性树脂而牢固地附着于配线基板12的表面侧。
接着，说明具有上述结构的光检测装置3的组装方法。
在将该光检测装置3作为望远镜的光检测部1进行组装时，首先，准备光检测元件11，如图8(a)所示，以能够看见定位用标记18A，18B的方式配置光检测元件11且使表面侧朝向上侧。接着，准备配线基板12，如图8(b)所示，在被定位于如下的状态下、即从狭缝部23露出第1连接焊盘区域15以及定位用标记18A、且从切口部24露出定位用标记18B，利用芯片接合将配线基板12固定于光检测元件11的表面侧。
在完成了配线基板12的固定之后，准备销钉基座13。在销钉基座13的表面侧，以预先相对于定位部33而被高精度确定中心的状态安装装配有螺丝的嵌合销32。然后，如图8(c)所示，以配线基板12的引线端子21从销钉基座13的大致中央的开口部31露出的方式，使销钉基座13与配线基板12的表面侧重叠。此时，使从表面侧观察销钉基座13时的侧面34的线与通过从配线基板12的狭缝部23以及切口部24露出的光检测元件11的定位用标记18A，18B的中心线L相吻合，从而使销钉基座13与光检测元件11高精度地角度吻合。此外，根据定位用标记18A，18B和角部35的相对距离，相对于光检测元件11而使销钉基座13被高精度地定位。在施行了相对于光检测元件11的角度吻合以及定位之后，通过粘结而将销钉基座13固定于配线基板12的表面侧。
在完成了销钉基座13的固定之后，利用引线键合分别电连接第1连接焊盘17A和第2连接焊盘17B。在引线键合之后，从狭缝部23的表面侧安装盖部29，隐蔽第1连接焊盘17A以及第2连接焊盘17B，且在光检测装置3的一端侧的侧面上形成通气孔30。此外，将柔性PCB连接于从销钉基座13的开口部31露出的引线端子21。由此，完成了图2～图4所示的光检测装置3的组装。
然后，通过将光检测装置3的装配有螺丝的嵌合销32以及柔性PCB22嵌入到冷却板2的凹部4、且从冷却板2的背面侧将螺帽36旋合于各个装配有螺丝的嵌合销32，从而将光检测装置3固定于冷却板2。此时，由于通过销钉基座13的定位部33而使得装配有螺丝的嵌合销32与光检测元件11进行高精度定位，所以光检测装置3相对于冷却板2而被高精度定位。以下，利用同样的程序组装多个光检测装置3，并通过在冷却板2上将光检测装置3配置为矩阵状，从而完成由图1所示的光检测部1。
如以上所述，在光检测装置3中，以被形成于光检测元件11的表面的第1连接焊盘区域15从狭缝部23露出的方式将配线基板12设置于光检测元件11的表面侧，在该配线基板12上，在比第1连接焊盘17A更靠近内侧的区域中形成第2连接焊盘17B。利用这样的结构，在光检测装置3中，可以使引线键合的形成空间位于光检测元件11的内侧，从而可以将配线基板12和光检测元件11制作成基本相同的尺寸。其结果，在该光检测装置3中，相对于该光检测装置3能够充分确保光检测元件11所占的面积，并在将光检测装置3可对接配置于冷却板2时，能够充分缩小所邻接的光检测装置3，3中的光检测元件11，11之间的间隔，由此可以实现非感应区域的缩小。
此外，在光检测装置3中，在配线基板12上，阶梯部25被设置于比第1连接焊盘区域15更靠近内侧的区域，在该阶梯部25a上，第2连接焊盘17B被形成于比配线基板12的表面更靠近背面侧的设置面25a上。由此，可以防止连接导线27突出于配线基板12的表面侧，并在将光检测装置3配置于冷却板2时，可以保护连接导线27不产生断线等。此外，由于在第2连接焊盘17B的形成部分残存有厚度，因此在实行引线键合时可以确保连接焊盘17B的强度。
在配线基板12上，从狭缝部23的表面侧安装盖部29，并以不露出于外部的方式保护第1连接焊盘17A、第2连接焊盘17B以及连接导线27，且形成使狭缝部23的内部与外部相连通的通气孔30。这样，通过保护光检测元件11与配线基板12引线键合的部分，可以防止在将光检测装置3配置于冷却板2时发生连接导线27的断线等。此外，利用通气孔30的形成，在安装盖部29之后也可以将狭缝部23的内部与外部保持为压力相等，因此在光检测部1的使用前后，即使冷却板2导致冷却以及冷却的解除，也能够抑制由于狭缝部23内的气体的收缩·膨胀而引起的光检测装置3的变形或者破损。
此外，在光检测装置3中，成为光检测元件11的基准位置的定位用标记18A，18B被形成于光检测元件11的表面侧。此外，在销钉基座13上设置有被嵌合于冷却板2的、装配有螺丝的嵌合销32，该装配有螺丝的嵌合销32通过定位部33而相对于光检测元件11被高精度定位，其中定位部33相对于配线基板12的狭缝部23以及从切口部24露出的定位用标记18A，18B被定位。因此，在该光检测装置3中，仅需将装配有螺丝的嵌合销32嵌合于冷却板2的凹部4，就可以相对于冷却板2对光检测元件11进行高精度的定位。其结果，在4侧可对接配置中，能够高精度地调和邻接的光检测装置3中的光检测元件11的位置关系，从而可以高密度地配置各个光检测装置3。
此外，在光检测装置3中，以通过光检测元件11的中心线L的方式形成定位用标记18A，18B，定位部33由销钉基座13的侧面34和该侧面34上的角部35构成。为此，通过使从表面侧看销钉基座13时的侧面34的线与通过定位用标记18A，18B的中心线L相吻合，可以使光检测元件11和销钉基座13高精度地角度吻合，且根据定位用标记18A，18B和角部35的相对距离，可以使光检测元件11和销钉基座13高精度地位置吻合。
本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述的实施方式中，光检测装置3被4侧可对接地配置于冷却板2上从而构成光检测部1，然而也可以采用将光检测装置3配置为2列、从而使光检测装置3的3个侧面与邻接的光检测元件11的侧面相对的3侧可对接配置。
此外，在上述的实施方式中，设置有用于在配线基板12的一端侧边缘的大致中央处形成通气孔30的沟槽部28，然而这样的沟槽部28可以设置于盖部29侧，也可以设置于狭缝部23以及盖部29的双方。此外，如图9所示，也可以在盖部29的背面侧形成凹部40，从而进一步确保阶梯部25的厚度。在此情况下，虽然需要另外加工盖部29，然而可以进一步确保实行引线键合时第2连接焊盘17B的强度。

Claims (5)

1.一种光检测装置，其特征在于，
具备：
从一面侧入射的光被另一面侧的光检测部检测的光检测元件；以及
配线基板，以所述光检测元件的所述另一面的第一连接焊盘区域露出的方式被设置于所述光检测元件的另一侧，
在所述第一连接焊盘区域中，形成有与所述光检测部电连接的第1连接焊盘，
在所述配线基板上，在比所述第一连接焊盘区域更靠近内侧的区域中，形成有通过连接导线与所述第1连接焊盘电连接的第2连接焊盘。
2.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，
所述配线基板具有使所述第1连接焊盘露出的狭缝部。
3.如权利要求2所述的光检测装置，其特征在于，
在所述配线基板上，在比所述第1连接焊盘更靠近内侧的区域中，沿着所述第一连接焊盘区域，形成与距离所述配线基板的另一面相比更靠近一面侧的设置面，
所述第2连接焊盘被设置于所述设置面。
4.如权利要求3所述的光检测装置，其特征在于，
所述配线基板具有从另一面侧堵塞所述狭缝部的盖部。
5.如权利要求4所述的光检测装置，其特征在于，
在所述狭缝部以及所述盖部的至少一方上设置有沟槽部，所述沟槽部形成使所述狭缝部的内部与外部连通的通气孔。
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