CN104769699B - 光检测单元及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在本发明的一个实施方式所涉及的光检测单元(100)中，因为光电倍增管(1)与分压基板(132)经由挠性配线基板(120)而被电连接，所以能够自如地设定光电倍增管(1)的姿态，并且具有光电倍增管(1)中的高设置自由度。而且，在分压部(130)，通过树脂壳体(134)内的绝缘性树脂(136)覆盖分压基板(132)的周围，从而能够谋求分压基板(132)的耐电压能力的提高。由此，关于分压基板(132)的设置条件的制约被减轻，其结果，作为光检测单元(100)整体能够谋求设置自由度的提高，可以应用到更广的用途。

Description

光检测单元及其制造方法

技术领域

本发明涉及包含检测来自外部的入射光的平面型的光电倍增管的光检测单元及其制造方法。

背景技术

一直以来，利用了微细加工技术的小型的光电倍增管的开发不断进展。例如，已知有将光电面、倍增极以及阳极配置于透光性的绝缘基板上的平面型的光电倍增管(参照专利文献1)。由这样的结构，能够实现微弱光的检测并且还能够谋求装置的小型化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第5,264,693号

专利文献2：日本专利申请公开2004-31682号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在上述的现有的平面型的光电倍增管中，设想与施加有高电压的分压部的单芯片化。但是，因为分压部是发热体，所以为了避免其发热对光电倍增管的影响，优选使分压部从光电倍增管分开。特别是平面型的光电倍增管的情况下，因为光电面等的、容易受到高温所引起的影响的结构接近于平面部，所以更加容易受到发热的影响。

因此，本发明人们对将分压部和光电倍增管分离之后将它们电连接的光检测单元进行了反复研究探讨。其结果，完成了由挠性配线基板连接分压部与光电倍增管之间的技术。

根据这样的光检测单元，因为由挠性配线基板的柔软性而能够自如地设定光电倍增管的姿势，所以能够实现光电倍增管中的高设置自由度。本发明人们经过悉心研讨，发现了在光检测单元中使设置自由度进一步提高的技术。

即，本发明的目的在于提供一种能够谋求设置自由度的提高的、包含光电倍增管的光检测单元及其制造方法。

解决问题的技术手段

本发明的一个方式所涉及的光检测单元，具备：平面型的光电倍增管，具有多级电子倍增部；分压基板，生成向电子倍增部的各级供电的电压；挠性配线基板，在一个端部上与光电倍增管相电连接并且在另一个端部上与分压基板相电连接；还具备：树脂壳体，容纳分压基板；绝缘性树脂，在树脂壳体内覆盖分压基板的周围。

在该光检测单元中，因为平面型的光电倍增管与分压基板经由挠性配线基板而被电连接，所以能够自如地设定光电倍增管的姿势，并且具有光电倍增管中的高设置自由度。除此之外，因为分压基板被容纳于树脂壳体并且在该树脂壳体内由绝缘性树脂覆盖周围，所以能够谋求分压基板的耐电压能力的提高。由此，关于分压基板的设置条件的制约被减轻，其结果，能够谋求作为光检测单元整体的更进一步的设置自由度的提高，并且可以应用于更广的用途中。

另外，也可以是在树脂壳体内，树脂壳体与分压基板之间的空间被绝缘性树脂充满的方式。在此情况下，因为分压基板接触于树脂壳体的状况被抑制，所以能够实现更高的耐电压能力。

另外，也可以是挠性配线基板中接触于分压基板的部分与不接触于分压基板的部分的边界部分被绝缘性树脂覆盖的方式。在此情况下，因为挠性配线基板的边界部分上的弯曲应力由绝缘性树脂而被缓和，所以边界部分上的断线被抑制。

另外，也可以是树脂壳体具有挠性配线基板所通过的开口，树脂壳体内的绝缘性树脂覆盖开口中的挠性配线基板的方式。在此情况下，因为挠性配线基板接触于树脂壳体的状况被抑制，所以抑制了伴随着挠性配线基板对树脂壳体的接触的接触应力所引起的断线。

另外，也可以是分压基板包含电容器的方式。因为覆盖分压基板的周围的绝缘性树脂吸收振动，所以能够抑制包含于分压基板的电容器的功能由于振动而发生劣化的状况。

本发明的一个方式所涉及的光检测单元的制造方法是具备具有多级电子倍增部的平面型的光电倍增管以及生成向电子倍增部的各级供电的电压的分压基板的光检测单元的制造方法，具备将光电倍增管电连接于挠性配线基板的一个端部的工序、将分压基板电连接于挠性配线基板的另一个端部的工序、将与挠性配线基板相电连接的分压基板容纳于树脂壳体内并且在树脂壳体内由未固化的绝缘性树脂覆盖分压基板的工序、固化树脂壳体内的未固化的绝缘性树脂的工序。

根据该光检测单元的制造方法，能够制作出平面型的光电倍增管和分压基板经由挠性配线基板而被电连接的光检测单元。在这样的光检测单元中，能够自如地设定光电倍增管的姿势并且具有光电倍增管中的高设置自由度。除此之外，因为分压基板通过在树脂壳体内由未固化的绝缘性树脂覆盖分压基板的工序以及固化树脂壳体内的未固化的绝缘树脂的工序而在树脂壳体内由绝缘性树脂覆盖周围，所以能够谋求分压基板的耐电压能力的提高。由此，关于分压基板的设置条件的制约被减轻，其结果，能够谋求作为光检测单元整体的更进一步的设置自由度的提高，并且可以应用于更广的用途中。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够谋求设置自由度的提高的包含光电倍增管的光检测单元及其制造方法。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的光检测单元的概略立体图。

图2是表示图1的光检测单元的光检测部所包含的光电倍增管的分解立体图。

图3是图1的光检测单元的分压部的III-III线截面图。

图4是表示图1的光检测单元中的配线的概略电路图。

图5是表示制作图1的光检测单元的时候的一个工序的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。还有，在说明中，对相同要素或者具有相同功能的要素使用相同符号，省略重复的说明。

参照图1，对本发明的实施方式所涉及的光检测单元100进行说明。

如图1所示，光检测单元100具备包含后面所述的光电倍增管1的光检测部110、长条平板状的挠性配线基板120、包含后面所述的分压基板132的分压部130。

首先，参照图2，对光检测部110的光电倍增管1进行说明。

光电倍增管1是具有透过型的光电面的平面型的光电倍增管，具备由上侧框架(第2基板)2、侧壁框架3、相对于上侧框架2夹着侧壁框架3而相对的下侧框架(第1基板)4构成的外围器即框体5。该光电倍增管1是光入射到光电面的入射方向与电子倍增部上的电子的倍增方向进行交叉的电子管。即，光电倍增管1是如果光从与下侧框架4所构成的平面相交叉的方向被入射的话则从光电面放出的光电子入射到电子倍增部，在下侧框架4所构成的平面的面方向上对二次电子进行级联放大(cascade amplification)并从阳极部取出信号的电子管。

还有，在以下的说明中，沿着电子倍增方向，将电子倍增路(电子倍增通道)的上游侧(光电面侧)设为“一端侧”，将下游侧(阳极部侧)设为“另一端侧”。接着，对光电倍增管1的各个构成要素进行详细的说明。

如图2所示，上侧框架2将矩形平板状的以绝缘性的陶瓷为主材料的配线基板20作为基材来构成。作为这样的配线基板，使用可以进行细微的配线设计并且能够自由地设计表里的配线图形的使用了LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同时烧成陶瓷)等的多层配线基板。在配线基板20，在其主面20b上，设置有与侧壁框架3、后面所述的光电面41、聚焦电极31、壁状电极32、电子倍增部33以及阳极部34相电连接并且进行来自外部的供电或信号的取出的多个导电性端子201A～201D。导电性端子201A作为侧壁框架3的供电用端子而设置，导电性端子201B作为光电面41、聚焦电极31以及壁状电极32的供电用端子而设置，导电性端子201C作为电子倍增部33的供电用端子而设置，导电性端子201D作为阳极部34的供电以及信号取出用端子而设置。这些导电性端子201A～201D与在配线基板20的内部相对于主面20b相对的绝缘性的相对面20a上的导电膜或导电性端子互相连接，这些导电膜、导电性端子与侧壁框架3、光电面41、聚焦电极31、壁状电极32、电子倍增部33以及阳极部34相连接。另外，上侧框架2并不限于设置了导电性端子201的多层配线基板，也可以是贯通地设置有进行来自外部的供电或信号的取出的导电性端子的、由玻璃基板等的绝缘材料构成的板状构件。

侧壁框架3将矩形平板状的硅基板30作为基材而构成。从硅基板30的主面30a朝着与其相对的面30b，形成有被框状的侧壁部302包围的贯通部301。该贯通部301，其开口为矩形，其外周以沿着硅基板30的外周的方式形成。

在该贯通部301内，从一端侧朝着另一端侧，配置有壁状电极32、聚焦电极31、电子倍增部33以及阳极部34。这些壁状电极32、聚焦电极31、电子倍增部33以及阳极部34通过由RIE(Reactive Ion Etching(反应离子蚀刻))加工等对硅基板30进行加工而形成，将硅作为主要材料。

壁状电极32，从与后面所述的玻璃基板40的相对面40a正对的方向(相对于相对面40a的大致垂直方向)看，是以环绕后面所述的光电面41的方式形成的框状的电极。另外，聚焦电极31是用于对从光电面41放出的光电子进行聚焦并向电子倍增部33引导的电极，并且被设置于光电面41与电子倍增部33之间。

电子倍增部33由沿着从光电面41朝着阳极部34的电子倍增方向而被设定为不同的电位的N级(N为2以上的整数)的倍增极(电子倍增部)构成，具有横跨各级且在电子倍增方向上进行延伸的多个电子倍增路(电子倍增通道)。另外，阳极部34与光电面41一起被配置于夹着电子倍增部33的位置。

这些壁状电极32、聚焦电极31、电子倍增部33以及阳极部34分别由阳极接合、扩散接合、进而使用了低熔点金属(例如铟)等的密封材料的接合等而被固定于下侧框架4，由此在该下侧框架4上被二维地配置。

下侧框架4将矩形平板状的玻璃基板40作为基材而构成。该玻璃基板40由作为绝缘材料的玻璃而与配线基板20的相对面20a相对并形成框体5的内面即相对面40a。在相对面40a上的、与侧壁框架3的贯通部301相对的部位(与侧壁部302的接合区域以外的部位)，即在与阳极部34侧相反侧的端部，形成有作为透过型光电面的光电面41。另外，在相对面40a上的搭载有电子倍增部33以及阳极部34的部位，形成有用于防止倍增电子入射到相对面40a的、多个矩形状的凹陷部42。还有，构成电子倍增部33的多级倍增极以及阳极34被配置于多个凹陷部42之间的平面部即中间部42a上。

如以上所说明的那样，光检测部110的光电倍增管1是具有多级(N级)电子倍增部33的平面型的光电倍增管，并且如图1所示，被容纳于在对应于光电面41的区域设置有狭缝111a的树脂壳体(case)111。

另外，光电倍增管1被电连接于挠性配线基板120的一个端部120a。即，挠性配线基板120的配线与光电倍增管1的各个导电性端子201A～201D相电连接。还有，对于光电倍增管1的阳极信号的取出来说，使用与挠性配线基板120分开设置的信号线140。还有，也可以通过将光电倍增管1的阳极信号的取出路径收纳于挠性配线基板120内从而省略信号线140。

挠性配线基板120的另一个端部120b被电连接于分压部130的分压基板132。

以下，参照图3，对分压部130的结构进行详细的说明。

如图3所示，分压部130具备分压基板132、容纳分压基板132的树脂壳体134、以及绝缘性树脂136。

分压基板132由第1基板132A和第2基板132B所构成。再有，以在这些基板132A与132B之间夹持挠性配线基板120的端部120b的方式，分压基板132和挠性配线基板120被互相结合。

在分压基板132，如图4所示，形成有具有由多个分压元件构成的分压元件列D的分压电路。在图4所表示的分压电路中，分压元件列D由被串联连接的多个电阻元件R所构成，将经由高压电缆150而被施加到分压电路的高电压进行分压，从而生成应该向光电倍增管1的电子倍增部33的各级供电的电压。所生成的电压经由挠性配线基板120而向光电倍增管1供电。

还有，分压基板132的分压电路，如图4所示，除了分压元件列D之外，还具有与分压元件列D相并联连接的电容器C。分压电路即使是在没有该电容器C的情况下也发挥功能，但是通过具有这样连接的电容器C，从而能够作为噪声施加到高压电缆150的时候的噪声的回传器来使用，并且能够抑制该噪声经由挠性配线基板120而影响到光电倍增管1的状况。还有，对于电容器C来说，可以采用耐电压能力高并且小型的陶瓷电容器。另外，分压电路并不限定于上述的分压电路，可以考虑从光电倍增管1的光电面41放出的光电子的收集效率或电子倍增部33中的增益或脉冲线性特性等而适当变更。

树脂壳体134是具有整体性地覆盖分压基板132的尺寸的长方体状壳体，由具有绝缘性的树脂、例如ABS树脂所构成。树脂壳体134通过其一个端面被开放从而设置有用于通过挠性配线基板120的开口134a。

绝缘性树脂136以在树脂壳体134内充满树脂壳体134与分压基板132之间的空间的方式进行形成，例如由硅酮树脂构成。即，绝缘性树脂136在树脂壳体134内完全地覆盖分压基板132的周围。还有，对于覆盖分压基板132的绝缘性树脂136来说，至少要求耐电压性(高绝缘性)、难燃性(抑制起因于发热的起火)、低吸水性(抑制起因于水分的浸入的元件或树脂的劣化)，再有，在后面所述的制作程序中，为了可靠地覆盖分压基板132的周围而要求未固化时的高流动性。绝缘性树脂136如果是具备这些特性的树脂的话则不限于硅酮树脂，也可以是聚氨酯树脂或环氧树脂等。

以上所说明的分压部130能够由以下的顺序制作。

即，首先，将光电倍增管1电连接于挠性配线基板120的一个端部120a并且将分压基板132电连接于挠性配线基板120的另一个端部120b。接着，如图5所示，以朝着下方并且分压基板132不接触于树脂壳体134的内壁的方式将连接有挠性配线基板120的分压基板132(132A、132B)完全地容纳于树脂壳体134内，其后，从开口134a注入应该成为绝缘性树脂136的未固化的绝缘性树脂，并且以完全地埋入分压基板132的方式进行填充。其结果，在树脂壳体134内由未固化的绝缘性树脂完全地覆盖分压基板132的周围。其后，通过由规定的方法使未固化的绝缘性树脂固化，从而分压基板132被固化了的绝缘性树脂136完全地覆盖。还有，未固化的绝缘性树脂向树脂壳体134内的注入并不限于从开口134a注入，也可以从与开口134a不同的开口部进行注入。

还有，也可以预先从开口134a将应该成为绝缘性树脂136的未固化的绝缘性树脂注入到树脂壳体134内，其后，通过将分压基板132完全地容纳于树脂壳体134内从而在树脂壳体134内由未固化的绝缘性树脂完全地覆盖分压基板132的周围。另外，也可以在注入未固化的绝缘性树脂之后，在树脂未固化的期间将分压基板132设为不接触于树脂壳体134的内壁那样的状态。

在以上所说明的光检测单元100中，光电倍增管1与分压基板132经由挠性配线基板120而被电连接。因此，在挠性配线基板120的柔软性和长度的允许范围内能够自如地设定光电倍增管1的姿势或相对于分压基板132的相对位置。具体来说，不限制于分压基板132的配置状态等，能够使朝着光电倍增管1的光电面41的方向(光检测方向)向所希望的方向取向，或者能够配置于与光电倍增管1的分压基板132不同的平面上。因此，包含光电倍增管1的光检测部110具有高设置自由度。

而且，在分压部130，通过树脂壳体134内的绝缘性树脂136覆盖分压基板132的周围从而能够谋求分压基板132的耐电压能力的提高。另外，通过由绝缘性的树脂壳体134进一步覆盖覆盖分压基板132的绝缘性树脂136从而能够谋求耐电压能力的进一步提高，除此之外，还能够谋求耐冲击性或环境稳定性、处理的容易性的提高。由此，关于分压基板132的设置条件的制约被减轻，其结果，作为光检测单元100整体能够谋求设置自由度的提高，可以应用到更广的用途中。

特别是在上述的实施方式中，在树脂壳体134内，树脂壳体134与分压基板132之间的空间被绝缘性树脂136完全地充满。

在此，在构成树脂壳体134的ABS树脂和构成绝缘性树脂136的硅酮树脂中，对绝缘性(绝缘破坏电压)进行比较的情况下，ABS树脂大约为14～20kV，硅酮树脂大约为27kV，绝缘性树脂136的硅酮树脂更高。

因此，以分压基板132由绝缘性树脂136完全地覆盖周围的方式由绝缘性树脂136充满树脂壳体134与分压基板132之间的空间的方式相比于分压基板132接触于树脂壳体134的方式，能够实现更高的耐电压能力。

另外，在构成树脂壳体134的ABS树脂和构成绝缘性树脂136的硅酮树脂中，对散热性(热传导率)进行比较的情况下，ABS树脂大约为0.2～0.3W/m·k，硅酮树脂大约为0.5W/m·k，绝缘性树脂136的硅酮树脂更高。

因此，通过由绝缘性树脂136来完全地覆盖分压基板132的周围，从而能够有效地传导在分压基板132所产生的热，热从开口134a快速地被放出至树脂壳体134外。

再有，如图3所示，挠性配线基板120中，接触于分压基板132的部分121与不接触于分压基板132的部分122的边界部分123被绝缘性树脂136覆盖。因此，在进行弯曲的朝向的外力被施加到挠性配线基板120的边界部分123的情况下，其弯曲应力由绝缘性树脂136而被缓和。即，过剩的弯曲应力由绝缘性树脂136而难以施加到挠性配线基板120的边界部分123。因此，挠性配线基板120的边界部分123上的断线被有效地抑制。

除此之外，树脂壳体134内的绝缘性树脂136在开口134a内覆盖挠性配线基板120的全周。在开口134a中的部分124的挠性配线基板120的全周没有被绝缘性树脂136覆盖的情况下，在开口134a的位置，发生挠性配线基板120接触于树脂壳体134的状况，根据情况，由伴随着该接触的接触应力而使挠性配线基板120发生断线。另一方面，在上述的实施方式中，因为在开口134a内绝缘性树脂136覆盖挠性配线基板120的全周，所以挠性配线基板120接触于树脂壳体134的状况被抑制，难以发生上述的断线。

另外，在挠性配线基板120在开口134a内从绝缘性树脂136突出的边界部124，绝缘性树脂136以沿着挠性配线基板120爬上的状态被形成。通过爬上部支撑挠性配线基板120的边界部124区域，从而挠性配线基板120接触于树脂壳体134的状况进一步被抑制。

另外，构成绝缘性树脂136的硅酮树脂等因为在一定程度上发生弹性变形，所以也具备振动吸收的功能。因此，即使是在将光检测单元100设置于分压部130发生振动的环境的情况下，该振动也会被绝缘性树脂136抑制，振动难以到达至分压基板132。特别是如图4所示，在分压基板132的分压电路具有电容器C的情况下，由振动或冲击，在电容器C产生微裂纹而使功能劣化。在上述的实施方式中，通过绝缘性树脂136覆盖分压基板132的周围从而分压基板132的相对于振动或冲击的承受性提高，即使是在包含电容器C的分压电路被形成于分压基板132的情况下，也能够抑制在电容器C由于微裂纹而使功能劣化的状况。

还有，本发明并不限于上述的实施方式，可以进行各种各样的变形。例如，作为分压基板，例示了由2块基板构成的分压基板，但是，可以适当变更成由1块基板构成的方式或由3块以上的基板构成的方式。另外，作为光电倍增管，并不限于图2所表示的结构的光电倍增管，能够采用平面型的各种各样的光电倍增管

符号的说明

1 光电倍增管

33 电子倍增部

100 光检测单元

110 光检测部

120 挠性配线基板

130 分压部

132 分压基板

134 树脂壳体

136 绝缘性树脂

Claims (8)

1.一种光检测单元，其特征在于：

具备：

平面型的光电倍增管，具有多级电子倍增部；

分压基板，生成向所述电子倍增部的各级供电的电压；以及

挠性配线基板，在一个端部上与所述光电倍增管相电连接并且在另一个端部上与所述分压基板相电连接，

还具备：

树脂壳体，容纳所述分压基板；以及

绝缘性树脂，在所述树脂壳体内覆盖所述分压基板的周围，

所述挠性配线基板的另一个端部侧被容纳于所述树脂壳体，所述挠性配线基板的一个端部侧以及所述光电倍增管未被容纳于所述树脂壳体。

2.如权利要求1所述的光检测单元，其特征在于：

在所述树脂壳体内，所述树脂壳体与所述分压基板之间的空间被所述绝缘性树脂充满。

3.如权利要求1或者2所述的光检测单元，其特征在于：

所述挠性配线基板中接触于所述分压基板的部分与不接触于所述分压基板的部分的边界部分被所述绝缘性树脂覆盖。

4.如权利要求1所述的光检测单元，其特征在于：

所述树脂壳体具有所述挠性配线基板所通过的开口，

所述树脂壳体内的绝缘性树脂覆盖所述开口中的所述挠性配线基板。

5.如权利要求2所述的光检测单元，其特征在于：

所述树脂壳体具有所述挠性配线基板所通过的开口，

所述树脂壳体内的绝缘性树脂覆盖所述开口中的所述挠性配线基板。

6.如权利要求3所述的光检测单元，其特征在于：

所述树脂壳体具有所述挠性配线基板所通过的开口，

所述树脂壳体内的绝缘性树脂覆盖所述开口中的所述挠性配线基板。

7.如权利要求1所述的光检测单元，其特征在于：

所述分压基板包含电容器。

8.一种光检测单元的制造方法，其特征在于：

是具备具有多级电子倍增部的平面型的光电倍增管以及生成向所述电子倍增部的各级供电的电压的分压基板的光检测单元的制造方法，

具备：

将所述光电倍增管电连接于挠性配线基板的一个端部的工序；

将所述分压基板电连接于所述挠性配线基板的另一个端部的工序；

将与所述挠性配线基板相电连接的所述分压基板容纳于树脂壳体内并且在所述树脂壳体内由未固化的绝缘性树脂覆盖所述分压基板的工序；以及

将所述树脂壳体内的所述未固化的绝缘性树脂固化的工序，

所述挠性配线基板的另一个端部侧被容纳于所述树脂壳体，所述挠性配线基板的一个端部侧以及所述光电倍增管未被容纳于所述树脂壳体。