CN102655159A - 大型x射线探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大型X射线探测器，该X射线探测器包括：在印刷电路板上的多个芯片，所述多个芯片中的每个芯片包括在所述印刷电路板的中央部分上的多个像素焊盘和围绕所述多个像素焊盘的多个引脚焊盘；布置在所述多个芯片上且与所述多个芯片相应的多个像素电极；电连接所述多个像素电极和所述多个像素焊盘的再分配层；在一表面上的多个第一电极焊盘，所述表面与所述多个芯片的包括所述多个引脚焊盘的表面相反；电连接所述多个第一电极焊盘和所述多个引脚焊盘的布线；形成在所述多个像素电极上的光电导体；以及形成在所述光电导体上的公共电极。
Description
技术领域
示例实施方式涉及可以实现无缝图像的大型X射线探测器。
背景技术
数字X射线探测器利用X射线以数字信号形式输出X射线图象照片或X射线荧光图像。X射线探测器可以是直接型和/或间接型。根据直接型，光电导体将X射线直接转换成电荷。在间接型中，闪烁器将X射线转换成可见光，并且光电转换装置诸如光电二极管将转换的可见光转换成电荷。
直接型X射线探测器包括形成在光电导体层下面的多个像素电极以及用于处理从像素电极输出的电信号的信号处理单元。根据相关技术，因为光电导体层形成在专用集成电路(ASIC)上从而制造大型的直接型X射线探测器，当其上具有光电导体层的ASIC大规模平铺时，由于ASIC之间的接缝(seam)，接缝区域中检测不到图像。具体地，在平铺ASIC时，可以产生具有至少100μm尺寸的接缝，因而可能检测不到在接缝内存在的组织(tissue)。
当通过平铺ASIC制造大型X射线探测器并且在已完成后段(BEOL)工艺的晶圆(wafer)上执行ASIC中的通孔形成工艺时，具有数百微米深度的孔形成在晶圆上以接触金属焊盘(pad)，孔的内壁通过绝缘膜绝缘，并且孔用导电金属填充。为了实施该工艺，采用不常用于硅工艺的昂贵设备。该工艺在可损坏ASIC的高温下执行。此外，难以与上电极的位置相应地形成ASIC中的孔。
发明内容
示例实施方式可包括大型X射线检测器，在该大型X射线检测器中芯片的上表面上的引脚焊盘利用平铺芯片之间的间隙被引线键合到芯片的下表面。
根据示例实施方式，X射线检测器包括：布置在印刷电路板上的多个芯片，所述多个芯片中的每个芯片包括形成在所述印刷电路板的中央部分上的多个像素焊盘和围绕所述多个像素焊盘的多个引脚焊盘；布置在所述多个芯片上方与所述多个芯片相应的多个像素电极；电连接所述多个像素电极和所述多个像素焊盘的再分配层；形成在一表面上的多个第一电极焊盘，所述表面与所述多个芯片的形成有所述多个引脚焊盘的表面相反；电连接所述多个第一电极焊盘和所述多个引脚焊盘的布线；形成在所述多个像素电极上的光电导体；以及形成在所述光电导体上的公共电极。
所述多个引脚焊盘可以电连接到形成在所述再分配层上的多个第二电极焊盘，以及所述布线可以在所述多个芯片之间的间隙中连接所述多个电极焊盘和所述第二电极焊盘。由所述多个像素电极覆盖的区域可以大于由所述多个像素焊盘覆盖的区域。所述再分配层可以包括至少一个竖直布线和连接到所述竖直布线的至少一个水平布线。所述多个第二电极焊盘可以包括向外延伸以从所述多个芯片中的相应一个暴露的延伸部分。所述X射线检测器还可以包括在所述多个第二电极焊盘与所述引脚焊盘之间的多个第二凸块。所述多个第二凸块可以电连接所述多个第二电极焊盘和所述多个引脚焊盘。
所述X射线检测器还可以包括在所述印刷电路板与所述多个第一电极焊盘之间的多个第一凸块。所述多个第一凸块可以电连接所述印刷电路板和所述多个第一电极焊盘。所述再分配层可以包括形成在所述多个像素电极下面的第一衬底、以及形成在所述第一衬底下面的绝缘层。所述第一衬底可以包括连接到所述多个像素电极中的每一个的第一竖直布线，所述绝缘层可以包括连接到所述多个像素焊盘中的每一个像素焊盘的第二竖直布线，所述第一竖直布线和所述第二竖直布线可以经由设置在所述第一和第二竖直布线之间的水平布线电连接。
所述X射线检测器还可以包括在所述印刷电路板与所述芯片之间的树脂。所述光电导体可以由选自由非晶硒(a-Se)、HgI2、PbI2、CdTe、CdZnTe和PbO组成的组的至少一种材料形成。根据包括大型X射线检测器的示例实施方式，对于从所述芯片的引脚焊盘到所述芯片的下部的连接，因为利用芯片之间的间隙执行引线键合而不穿透所述芯片，所以可以容易地实现大型X射线检测器。因为在所述芯片区域之间的接缝区域中的光电导体上产生的电荷被经由其下面的像素电极传送到芯片，所以可以准确地再生无缝照相区的图像。
根据至少一个示例实施方式，一种X射线检测器包括：多个芯片，每个芯片包括多个引脚焊盘；在所述多个芯片的与所述多个引脚焊盘相对的一侧的多个第一电极焊盘；以及配置为将所述多个第一电极焊盘电连接到所述多个引脚焊盘的至少一个布线。
附图说明
通过结合附图的以下简要描述，示例实施方式将被更清晰地理解。图1-4描绘了如在此描述的非限制的示例实施方式。
图1是示意性剖视图，示出根据示例实施方式的大型X射线探测器；
图2是平面图，示出图1的芯片；
图3是剖视图，示出根据其它示例实施方式的图1的衬底的一部分；以及
图4是示意性概念图，示出在根据示例实施方式的大型X射线探测器中电连接像素电极和芯片的再分配层。
应该注意到，这些图旨在示出在一些示例实施方式中使用的方法、结构和/或材料的一般特性且旨在补充以下提供的书面描述。然而，这些图不是按比例绘制且可以不精确地反映任何给出实施方式的精确结构或性能特征，且不应被解释为限定或限制由示例实施方式包含的值的范围或特性。例如，为了清晰，可以减小或夸大分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置。在不同图中的类似或相同附图标记的使用旨在表示类似或相同元件或特征的存在。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式，在附图中显示出示例实施方式。然而，示例实施方式可以多种不同形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的普通技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略它们的描述。
将理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它能直接连接或耦接到其它元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，则不存在中间元件。相同的附图标记始终表示相同的元件。在此使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项目的任意和所有组合。用于描述元件或层之间的关系的其它词应该以类似的方式解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”，“相邻”与“直接相邻”，“在......上”与“直接在......上”)。
将理解，虽然术语“第一”、“第二”等等可以在此使用以描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分。因而，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不脱离示例实施方式的教导。
为了便于描述一个元件或特征与另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的如图中所示的关系，可以在此使用空间相对术语，诸如“在......下面”、“以下”、“下”、“在......上”、“上”等。将理解，空间相对术语旨在除了图中所描绘的取向之外还包括装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果在图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下”或“下面”的元件则可以取向为在所述其它元件或特征“上″。因而，示例性术语“在......下”可以包含上和下两种取向。装置可以被另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间相对描述语可以被相应地解释。
在此使用的术语仅用于描述具体实施方式，不意欲限制示例实施方式。在此使用时，单数形式“一个”、“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另外地清楚表示。还将理解，如果在此使用，术语“包括”和/或“包含”表示所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
在此参考剖视图描述示例实施方式，其中剖视图是示例实施方式的理想化实施方式(和中间结构)的示意性图示。因此，由于例如制造技术和/或公差引起的图示形状的偏离是可以预期的。因而，示例实施方式不应被理解为限于在此示出的区域的具体形状，而是将包括例如由制造引起的形状的偏离。例如，被示为矩形的注入区可具有在其边缘的圆化或弯曲的特征和/或注入浓度梯度，而不是注入区到非注入区的二元变化。同样地，通过注入形成的埋入区可导致在埋入区与注入进行时所经过的表面之间的区域中的一些注入。因而，在图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状不意欲示出装置的区域的实际形状，并且不意欲限制示例实施方式的范围。
除非另外地定义，在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例实施方式所属的领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，术语(诸如在通常使用的字典中所定义的那些)应被理解为具有与在相关领域的背景中的含义一致的含义，且将不会在理想化或过度正式的意义上来理解，除非在此清楚地如此定义。
图1是示意性剖视图，示出根据示例实施方式的大型X射线探测器100。参考图1，大型X射线探测器100可以包括在印刷电路板110上的多个芯片120、在芯片120上方的多个像素电极160、覆盖像素电极160的光电导体170、以及在光电导体170上的公共电极180。可以在像素电极160与芯片120之间布置再分配层以电连接像素电极160和芯片120。芯片120可以是例如专用集成电路(ASIC)和/或CMOS芯片。在芯片120之间会间隙G。
图2是图1中的一个芯片120的平面图。参考图1和图2，芯片120可包括多个像素焊盘(见图1的132)且多个引脚焊盘PE(见图1的134)可以围绕像素焊盘132。像素焊盘132和引脚焊盘PE可以通过布线(未示出)电连接。像素焊盘132可以被总体示为像素区域PA。与像素电极160相应的像素焊盘132可以通过再分配层的布线彼此连接。
在图1中，为了便于说明，仅示出两个芯片120，并且对于每个芯片120，示出五个像素焊盘132。引脚焊盘134可以以与像素焊盘132相同的数目布置。为了便于示出，在图1中对于每个芯片120仅示出两个引脚焊盘134。每个芯片120可以包括硅衬底122、在硅衬底122上的绝缘层130，像素焊盘132可以布置在绝缘层130的中心部分上，引脚焊盘134可以沿绝缘层130的边缘围绕像素焊盘132。每个像素焊盘132可以通过布线(未示出)连接到一个引脚焊盘134。像素焊盘132和引脚焊盘134可以从绝缘层130的表面暴露。
多个第一电极焊盘124可以位于每个芯片120下面。第一电极焊盘124可以在每个芯片120的表面上，面对引脚焊盘134并与之相应。凸块114可以位于每个第一电极焊盘124与印刷电路板110的接触112之间，并且可以电连接第一电极焊盘124和接触112。树脂116，例如环氧树脂，可以在印刷电路板110与芯片120之间以将印刷电路板110固定到芯片120。再分配层可以包括第一衬底140以及在第一衬底140的下表面上的绝缘层150。第一衬底140可以在像素电极160下面。第一衬底140可以是例如硅衬底。通孔141可以在第一衬底140中，对应于每个像素电极160。用导电金属填充的第一接触142可以在通孔141中。第一接触142可以是例如铜和/或铝。第一接触142可以被称为第一竖直布线。
图3是剖视图，示出根据其它示例实施方式的图1的第一衬底140的一部分。参考图3，当硅衬底用作第一衬底140时，硅氧化物层143可以通过氧化硅衬底形成，硅氧化物层143可以在第一衬底140的表面上，例如包括在通孔141中的第一衬底140的表面。第一接触142可以在通孔141中的硅氧化物层143上。参考图1，通孔151可以在绝缘层150中，对应于通孔141。包括例如导电金属的第二接触152可以在通孔151中。第二接触152可以由与第一接触142相同的材料构成。第一接触142和第二接触152可以分别被称为第一竖直布线和第二竖直布线。
水平布线145可以在第一接触142和第二接触152之间以连接第一接触142和第二接触152。第二电极焊盘154可以在第二接触152下面。第二电极焊盘154可以与每个像素焊盘132相应，使得对于每个像素焊盘132存在一个第二电极焊盘154。第二电极焊盘154和像素焊盘132可以经由凸块157彼此电连接，其中该凸块157可以在第二电极焊盘154与每个像素焊盘132之间。围绕第二电极焊盘154的第三电极焊盘156可以在绝缘层150的下表面上。第三电极焊盘156可以与每个引脚焊盘134相应，使得对于每个引脚焊盘134存在一个第三电极焊盘156。第三电极焊盘156可以包括向外延伸到芯片120外的延伸部分156a。
第三电极焊盘156的延伸部分156a和第一电极焊盘124可以通过布线159被键合。每个像素电极160可以经由第一接触142、水平布线145、第二接触152、第二电极焊盘154、凸块157、每个像素焊盘132、在每个像素焊盘132与每个引脚焊盘134之间的布线、每个引脚焊盘134、凸块158、第三电极焊盘156、以及布线159电连接到第一电极焊盘124。在芯片120之间的间隙G中，布线159可以连接到每个第一电极焊盘124和第三电极焊盘156。由于使用布线159的上述引线键合(wire bonding)，可以省略通过穿透衬底122和绝缘层130来电连接每个引脚焊盘134和第一电极焊盘124的后续工艺。
虽然在此描述的至少一个示例实施方式被示为在第一衬底140上仅包括一个绝缘层150，但是示例实施方式不限于此。例如，另一水平布线(未示出)可以在绝缘层150上，覆盖水平布线的另一绝缘层(未示出)可以在绝缘层150上，连接到该另一水平布线的竖直布线(未示出)可以在该另一绝缘层中。
图4是示意性概念图，示出在根据示例实施方式的大型X射线探测器中电连接像素电极和芯片的再分配层。在图4中，为了便于说明，可以示出单一芯片220和与芯片220相应的多个像素电极260。参考图4，布置在芯片220的中央部分上的多个像素焊盘232以及与像素焊盘232相应地布置并围绕像素焊盘232的多个引脚焊盘234可以在芯片220中。由芯片220的像素焊盘232占据的区域可以小于由与其相应的像素电极260占据的区域。因而，如图4中所示，为了使用光电导体270的所有X射线入射区域，可能需要倾斜的连接布线240来连接像素电极260和像素焊盘232。因为倾斜连接线240的制造工艺会是困难的，所以可以根据示例实施方式使用包括竖直布线和水平布线的再分配层。
参考图1，再分配层可以是连接像素电极160和像素焊盘132的层。因为与布置在芯片120中央部分的像素焊盘132相应的像素电极160可以在比与其相应的像素焊盘132更大的区域中均匀地分布，所以再分配层可以包括第一和第二竖直布线142和152以及水平布线145，从而便于像素电极160与像素焊盘132之间的连接。在印刷电路板110中，输入电信号可以通过测量要被测量的对象的X射线透射程度而实现为图像信号。从像素电极160输出的电信号可以作为必要信息经由芯片120提供到印刷电路板110。
包括光电导体170的X射线检测单元可以在再分配层上。光电导体170可以在衬底140上，覆盖像素电极160。光电导体170可以是单材料层。光电导体170可以是例如非晶硒(a-Se)、HgI2、PbI2、CdTe、CdZnTe和/或PbO。光电导体170的厚度可以根据要被测量的对象而变化。例如，当光电导体材料是HgI2时，在测量胸腔时光电导体170的厚度可以是500-600μm，在测量乳房时可以是300-400μm。当光电导体材料是a-Se时，在测量胸腔时光电导体170的厚度可以是900-1000μm，在测量乳房时光电导体170的厚度是300-400μm。
光电导体170可以根据从其上表面入射的X射线的强度而产生电荷。光电导体170可以被分成多个无缝的像素区域。像素电极160可以在每个像素区域下面。入射在光电导体170上的X射线可以被转换成每个像素区域中的电荷，在相应的像素电极160中聚集并被转换成电信号。连续的公共电极180可以在光电导体170上方。公共电极180可以是例如铟锡氧化物和/或金属(例如，铝和/或铜)。
根据施加到公共电极180的DC电压可以在光电导体170中产生电场。在光电导体170中产生的空穴-电子对的电子和/或空穴可以移到每个像素电极160。光电导体170中的移动电荷可以根据光电导体170的材料确定。正电压或者负电压可以施加到公共电极180。因为图1的X射线探测器100可以使用再分配层将芯片120上的像素焊盘132的区域扩展到与其相应的像素电极160的区域，所以可以在光电导体170的整个区域中检测到X射线。可以精确地产生照相区域的无缝图像。
根据一个或多个示例实施方式，因为引线键合可以用于从芯片的引脚焊盘到芯片的下部的连接，而不穿透芯片，所以可以容易地实现大型X射线探测器。
虽然已经具体显示并描述了示例实施方式，但是本领域的普通技术人员将理解，可以在形式和细节中进行各种改变而不脱离权利要求书的精神和范围。
本申请要求享有2011年3月4日在韩国知识产权局(KIPO)提交的第10-2011-0019646号韩国专利申请的权益，其全部内容通过引用包括于此。
Claims (18)
1.一种X射线探测器，包括：
多个芯片，每个芯片包括多个引脚焊盘；
多个第一电极焊盘，在所述多个芯片的与所述多个引脚焊盘相对的一侧上；以及
至少一个布线，电连接到所述多个第一电极焊盘和所述多个引脚焊盘。
2.根据权利要求1所述的X射线探测器，还包括：
多个像素电极；
再分配层，在所述多个像素电极与所述多个芯片之间；
光电导体，在所述多个像素电极上；以及
公共电极，在所述光电导体上，
其中所述多个芯片中的每个芯片包括由所述多个引脚焊盘围绕的多个像素焊盘，以及
所述再分配层配置为将所述多个像素电极电连接到所述多个像素焊盘。
3.根据权利要求2所述的X射线探测器，其中所述再分配层包括多个第二电极焊盘，
所述多个引脚焊盘连接到所述多个第二电极焊盘，以及
所述至少一个布线连接在所述多个第一电极焊盘与所述多个第二电极焊盘之间。
4.根据权利要求3所述的X射线探测器，其中所述至少一个布线在所述多个芯片中的两个或更多芯片之间。
5.根据权利要求4所述的X射线探测器，其中所述至少一个布线是键合线。
6.根据权利要求3所述的X射线探测器，其中由所述多个像素电极覆盖的区域大于由所述多个像素焊盘覆盖的区域。
7.根据权利要求6所述的X射线探测器，其中所述多个像素电极中的至少一个像素电极至少部分地在所述多个芯片中的两个或更多芯片之间。
8.根据权利要求6所述的X射线探测器，其中所述再分配层包括至少一个竖直布线和至少一个水平布线，所述至少一个水平布线连接到所述至少一个竖直布线。
9.根据权利要求3所述的X射线探测器，其中所述多个第二电极焊盘中的至少一个电极焊盘延伸超过所述多个芯片中的至少一个芯片的末端。
10.根据权利要求3所述的X射线探测器，还包括：
多个凸块，在所述多个第二电极焊盘与所述多个引脚焊盘之间。
11.根据权利要求3所述的X射线探测器，还包括：
印刷电路板；以及
在所述印刷电路板与所述多个第一电极焊盘之间的多个凸块。
12.根据权利要求11所述的X射线探测器，还包括：
在所述印刷电路板与所述多个芯片之间的树脂。
13.根据权利要求2所述的X射线探测器，还包括：
印刷电路板，
其中所述多个像素电极连接到所述印刷电路板，且
所述多个像素电极不是通过贯穿所述多个芯片的导体连接到所述印刷电路板。
14.根据权利要求2所述的X射线探测器，其中所述再分配层包括在所述多个像素电极与所述多个芯片之间的衬底、以及在所述衬底与所述多个芯片之间的第一绝缘层，
所述衬底包括连接到所述多个像素电极的至少一个第一竖直布线，
所述第一绝缘层包括连接到所述多个像素焊盘的至少一个第二竖直布线，且
水平布线连接到所述至少一个第一竖直布线以及所述至少一个第二竖直布线。
15.根据权利要求14所述的X射线探测器，其中所述再分配层包括在所述第一衬底与所述多个芯片之间的第二绝缘层，以及
所述第二绝缘层包括至少一个第三竖直布线。
16.根据权利要求2所述的X射线探测器，其中所述光电导体是非晶硒a-Se、HgI2、PbI2、CdTe、CdZnTe和PbO中的至少一种。
17.根据权利要求1所述的X射线探测器，其中所述多个芯片是专用集成电路和互补金属-氧化物-半导体芯片中的至少一种。
18.根据权利要求1所述的X射线探测器，其中所述至少一个布线是键合线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160928 Termination date: 20210227 |