CN109313072B - 光检测单元、光检测装置及光检测单元的制造方法 - Google Patents

光检测单元、光检测装置及光检测单元的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的光检测单元具备：第1配线基板，其具有第1主面；多个光检测芯片，其具有受光面及所述受光面的相反侧的背面，且在所述第1主面上呈二维状地排列；第1凸块电极，其将所述光检测芯片电连接于所述第1配线基板；光透射部，其设置在所述受光面上；及光遮蔽部，其具有光反射性或光吸收性；且所述光检测芯片包含盖革模式APD，在所述背面与所述第1主面相对的状态下利用所述第1凸块电极安装于所述第1配线基板上；所述光遮蔽部在自与所述第1主面交叉的第1方向观察下，在位于彼此相邻的所述光检测芯片之间的中间区域内，设置于至少较所述受光面更靠近所述光透射部一侧。

Description

光检测单元、光检测装置及光检测单元的制造方法
技术领域
本发明的一个方面涉及一种光检测单元、光检测元件及光检测单元的制造方法。
背景技术
在专利文献1中记载有一种光检测装置。该光检测装置具备：多个受光元件，其分别输出相应于入射的光的光量的电信号；信号处理元件，其与多个受光元件相对配置，被输入自多个受光元件输出的电信号；树脂，其填充在多个受光元件与信号处理元件之间的空隙；及遮光构件，其以覆盖该树脂的自多个受光元件及信号处理元件露出的表面的方式配置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-111089号公报
专利文献2：日本特开2011-003739号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1所记载的光检测装置中，遮光构件以覆盖填充在多个受光元件与信号处理元件之间的空隙的树脂的自受光元件及信号处理元件露出的表面的方式配置。由此，抑制来自树脂的自受光元件及信号处理元件露出的表面的光的入射，而谋求防止杂散光的产生。
另，具备以盖革模式动作的多个雪崩光电二极管(盖革模式APD)及相对于各个雪崩光电二极管串联地连接的灭弧电阻的光电二极管阵列已为业界知悉(例如，参照专利文献2)。该光电二极管阵列在构成像素的雪崩光电二极管检测出光子而盖革放电时，通过与雪崩光电二极管连接的灭弧电阻的动作而获得脉冲状信号。各个雪崩光电二极管分别对光子计数。
此处，本发明人获得下述见解，即：在通过将如此的盖革模式APD阵列化而构成的SiPM(Silicon Photomultipliers，硅光电倍增器)芯片呈二维状地排列(平铺)来推进大面积SiPM芯片阵列的开发及评估的过程中，虽然各SiPM芯片彼此隔开排列，但对于各SiPM芯片的输出，产生存在有SiPM芯片间的串扰的影响的技术问题。如此的技术问题是如上述那样通过本发明人研究将光感度非常高的SiPM芯片呈二维状地排列的构成而发现的技术问题。
本发明的一个方面对应如此的状况而完成，其技术问题在于提供一种可抑制包含盖革模式APD的芯片间的串扰的光检测单元、光检测装置及光检测单元的制造方法。
解决问题的技术手段
本发明人为了解决上述技术问题而反复进一步研究，其结果为得到了如下述的见解。即，作为一例，有在SiPM芯片的受光面上设置玻璃构件的情形。另外，在另外的例中，有利用具有光透射性的塑模树脂，将多个SiPM芯片一体地密封的情形。在任一情形中都是在SiPM芯片的受光面上形成光透射部，被检测光经由光透射部到达受光面。因此，有入射至1个SiPM芯片的受光面上的光透射部的被检测光的杂散光入射至相邻的其他SiPM芯片的受光面上的光透射部及受光面的情形，此成为SiPM芯片间的串扰的原因。本发明人基于以上的见解，而完成了本发明的一个方面。
本发明的一个方面的光检测单元具备：第1配线基板，其具有第1主面；多个光检测芯片，其具有受光面及受光面的相反侧的背面，且在第1主面上呈二维状地排列；第1凸块电极，其将光检测芯片电连接于第1配线基板；光透射部，其设置在受光面上；及光遮蔽部，其具有光反射性或光吸收性；且光检测芯片包含盖革模式APD，在背面与第1主面相对的状态下利用第1凸块电极安装于第1配线基板上；光遮蔽部在自与第1主面交叉的第1方向观察下，在位于彼此相邻的光检测芯片之间的中间区域内，设置于至少较受光面更靠近光透射部一侧。
在该光检测单元中，包含盖革模式APD(以盖革模式动作的雪崩光电二极管)的光检测芯片在第1配线基板的第1主面上呈二维状地排列，利用第1凸块电极安装(平铺)。在光检测芯片的受光面上，设置有光透射部。而且，在彼此相邻的光检测芯片之间的中间区域内，在至少较光检测芯片的受光面更靠近光透射部一侧设置有光遮蔽部。因此，可抑制杂散光自1个光检测芯片的受光面上的光透射部入射至其他光检测芯片的受光面上的光透射部及受光面。因此，可抑制包含盖革模式APD的芯片间的串扰。
在本发明的一个方面的光检测单元中，也可以是，光透射部包含受光面侧的面的相反侧的光入射面，在第1方向上，光遮蔽部的光入射面侧的端部位于较光入射面更靠近第1主面一侧，且朝向第1主面侧凹陷。该情形下，可避免自第1方向观察下光遮蔽部与受光面重复。另外，在光透射部上配置树脂等的粘合剂时，可利用光遮蔽部的端部的凹陷使多余的粘合剂逃逸。
在本发明的一个方面的光检测单元中，也可以是，光透射部为安装于光检测芯片的各自的受光面的玻璃构件，且光遮蔽部遍及中间区域及第1主面与背面之间的第1下部区域而一体地设置。该情形下，例如，可通过将具有光反射性或光吸收性的底部填充树脂填充于中间区域及第1下部区域，而一并构成光遮蔽部。
在本发明的一个方面的光检测单元中，也可以是，光透射部是将多个光检测芯片一体地密封的树脂部的一部分，在树脂部设置有位于中间区域的槽部，而光遮蔽部配置在槽部内。如此，在利用树脂部将多个光检测芯片一并密封而构成光透射部的情形下，只要在该树脂部形成槽部并在槽部内配置光遮蔽部即可。
本发明的一个方面的光检测装置具备：上述的多个光检测单元、具有第2主面的第2配线基板、及将光检测单元电连接于第2配线基板的第2凸块电极，光检测单元沿第2主面排列，且在第1配线基板的第1主面的相反侧的底面与第2主面相对的状态下，利用第2凸块电极安装于第2配线基板，光遮蔽部遍及中间区域、第1主面与背面之间的第1下部区域、及第2主面与底面之间的第2下部区域而一体地设置。
本发明的一个方面的光检测装置具备：上述的多个光检测单元、具有第2主面的第2配线基板、及将光检测单元电连接于第2配线基板的第2凸块电极；光检测单元沿第2主面排列，且在第1配线基板的第1主面的相反侧的底面与第2主面相对的状态下，利用第2凸块电极安装于第2配线基板；光遮蔽部在彼此两邻的光检测单元之间的中间区域内，进一步设置在至少较受光面更靠近光透射部一侧。
这些的光检测装置具备上述的光检测单元。因此，可抑制包含盖革模式APD的芯片间的串扰。另外，在彼此相邻的光检测单元间也是可抑制芯片间的串扰。
本发明的一个方面的光检测单元的制造方法具备：第1工序，准备具有第1主面的第1配线基板、以及具有受光面及受光面的相反侧的背面的多个光检测芯片；第2工序，以背面与第1主面相对的方式，且以在第1主面上呈二维状地排列的方式，使第1凸块电极介于背面与第1主面之间，且在第1主面上配置多个光检测芯片；第3工序，利用第1凸块电极的回流焊，将多个光检测芯片安装在第1主面上；及第4工序，在与第1主面交叉的第1方向观察下位于彼此相邻的光检测芯片之间的中间区域、及第1主面与背面之间的第1下部区域，填充底部填充树脂；且光检测芯片包含盖革模式APD，在光检测芯片的各自的受光面上，设置有光透射部；底部填充树脂具有光反射性或光吸收性，在第4工序中，通过在中间区域内填充底部填充树脂直至到达至少较受光面更靠近光透射部一侧为止，而构成光遮蔽部。
在该方法中，在将包含盖革模式APD的光检测芯片安装于第1配线基板的第1主面上之后，将具有光反射性或光透射性的底部填充树脂填充于中间区域及第1下部区域。此时，通过在中间区域填充底部填充树脂直至到达至少较受光面更靠近光透射部一侧为止，而构成光遮蔽部。因此，在所制造的光检测单元中，可抑制杂散光自1个光检测芯片的受光面上的光透射部入射至其他光检测芯片的受光面上的光透射部及受光面。即，根据该方法，可制造能够抑制包含盖革模式APD的芯片间的串扰的光检测单元。
本发明的一个方面的光检测单元的制造方法具备：第1工序，准备具有第1主面的第1配线基板、以及具有受光面及受光面的相反侧的背面的多个光检测芯片；第2工序，以背面与第1主面相对的方式，且以在第1主面上呈二维状地排列的方式，使第1凸块电极介于背面与第1主面之间，且在第1主面上配置多个光检测芯片；第3工序，利用第1凸块电极的回流焊，将多个光检测芯片安装在第1主面上；第4工序，通过利用具有光透射性的塑模树脂而构成将多个光检测芯片一体地密封的树脂部，而遍及多个受光面上地构成树脂部的一部分即光透射部；第5工序，以在与第1主面交叉的第1方向观察下，位于在彼此相邻的光检测芯片之间的中间区域的方式，在树脂部形成槽部；及第6工序，通过将具有光反射性或光吸收性的树脂填充在槽部内而构成光遮蔽部；且光检测芯片包含盖革模式APD，在第5工序中，在中间区域内在至少较受光面更靠近光透射部一侧形成槽部。
在该方法中，在将包含盖革模式APD的光检测芯片安装于第1配线基板的第1主面上之后，通过利用具有光透射性的塑模树脂将多个光检测芯片一体地密封，而遍及多个受光面上地构成光透射部。其后，以位于中间区域的方式形成槽部。此时，在中间区域内在至少较受光面更靠近光透射部一侧形成槽部。而后，通过将具有光反射性或光吸收性的树脂填充在槽部内而构成光遮蔽部。因此，在所制造的光检测单元中，可抑制杂散光自1个光检测芯片的受光面上的光透射部入射至其他光检测芯片的受光面上的光透射部及受光面。即，根据该方法，可制造能够抑制包含盖革模式APD的芯片间的串扰的光检测单元。
发明的效果
根据本发明的一个方面，可提供一种能够抑制包含盖革模式APD的芯片间的串扰的光检测单元、光检测装置及光检测单元的制造方法。
附图说明
图1为本实施方式的光检测单元的立体图。
图2为显示图1所示的检测芯片的立体图。
图3为图2所示的光检测芯片的平面图。
图4为图3所示的区域RS1的放大图。
图5为图1所示的光检测单元的电路图。
图6为图3所示的共通电极的周边部的光检测部的平面图。
图7为图3所示的共通电极的周边部的剖视图。
图8为图1所示的光检测单元的示意性仰视图。
图9为图1所示的光检测单元的示意性剖视图。
图10为显示图9所示的光检测单元的制造方法的主要工序的图。
图11为显示图9所示的光检测单元的制造方法的主要工序的图。
图12为显示图9所示的光检测单元的制造方法的主要工序的图。
图13为显示图9所示的光检测单元的制造方法的主要工序的图。
图14为显示图9所示的光检测单元的制造方法的主要工序的图。
图15为变形例的光检测单元的示意性剖视图。
图16为显示图15所示的光检测单元的制造方法的主要工序的图。
图17为显示图15所示的光检测单元的制造方法的主要工序的图。
图18为具备图9所示的光检测单元的光检测装置的示意性剖视图。
图19为变形例的光绘检测装置的示意性剖视图。
图20为显示底部填充树脂的填充的样子的图。
具体实施方式
以下，针对本发明的一个方面的一实施方式，参照附图详细地进行说明。另外，在各图中，有针对相同或相当的各个要素赋予相同符号，省略重复的说明的情形。
图1为本实施方式的光检测单元的立体图。如图1所示那样，光检测单元D具备第1配线基板20及多个检测芯片S。第1配线基板20具有第1主面20s。检测芯片S在第1主面20s上呈二维状地排列。在各个检测芯片S与第1配线基板20之间，存在有凸块电极。此处配置有4×4个的检测芯片S，但检测芯片S的数目并不限定于此。另外，在该图中，显示有XYZ三维正交坐标系，γ射线或X射线等的放射线在Z轴的负方向上行进，而入射至检测芯片S。来自检测芯片S的输出信号经由凸块电极输入至第1配线基板20。
图2为显示图1所示的检测芯片的立体图。如图2所示那样，检测芯片S具有：含有半导体区域的光检测芯片S1、设置在光检测芯片S1上的板状的玻璃构件S2、及设置在光检测芯片S1及玻璃构件S2上的闪烁器S3。在光检测芯片S1与玻璃构件S2之间、及在玻璃构件S2与闪烁器S3之间，存在有粘合层。
粘合层为例如，Epoxy Technologies公司制的Epo-Tek301(商标)等的树脂。闪烁器S3包含自Lu2-xYxSiO5：Ce(LYSO)、钆铝镓石榴石(GAGG)、NAI(TI)、Pr：LuAG、LaBr2、LaBr3及(LuxTb1-x-yCey)3Al5O12(即，LuTAG)中选择的至少1种或这些的任2种以上的混合材料。另外，LuTAG的Lu的组成比“x”在0.5～1.5的范围内，且Ce的组成比“y”在0.01～0.15的范围内。入射至闪烁器S3的放射线被闪烁器S3转换为荧光，经由玻璃构件S2入射至光检测芯片S1。
图3为图2所示的光检测芯片的平面图。如图3所示那样，光检测芯片S1具有：受光面S1s、及受光面S1s的相反侧的背面S1r(参照图9)。玻璃构件S2安装在受光面S1s上(被粘合)。光检测芯片S1包含在受光面S1s上呈二维状(在此处为沿X轴及Y轴)地排列的多个光检测部10。另外，在光检测芯片S1的中央部，配置有收集来自各光检测部10的信号的共通电极E3。另外，光检测部10遍及受光面S1s的整个面上而形成，但在此处，为了使共通电极E3明了化，而仅图示缘部周边的光检测部10。此外，配置共通电极E3的位置并不限定于光检测芯片S1的中央。
图4为图3所示的区域RS1的放大图。如图4所示那样，光检测部10包含雪崩光电二极管(APD)11a及灭弧电阻11r。灭弧电阻11r与APD11a的一端(阳极)连接。灭弧电阻11r经由读出配线TL与共通电极E3连接。即，多个光检测部10的各APD11a，经由各自的灭弧电阻11r与读出配线TL，全部与共通电极E3连接。
图5为图1所示的光检测单元的电路图。如图5所示那样，光检测芯片S1包含1个或多个光电二极管阵列PDA。光电二极管阵列PDA由多个光检测部10(APD11a及灭弧电阻11r)构成。在光电二极管阵列PDA中，使各个APD11a以盖革模式动作。即，光检测芯片S1包含盖革模式APD。
在盖革模式中，将较APD11a的崩溃电压大的逆向电压(逆向偏压)施加至APD11a的阳极/阴极间。即，对阳极施加(-)电位V1，对阴极施加(+)电位V2。这些电位的极性为相对的极性，也可将一方的电位设为接地电位。
在第1配线基板20上，也可设置处理来自光电二极管阵列PDA的信号的信号处理部SP。信号处理部SP构成ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特殊应用型集成电路)。信号处理部SP可包含将来自光电二极管阵列PDA(信道)的输出信号转换为数字脉冲的CMOS电路。
图6为图3所示的共通电极的周边部的光检测部的平面图。图7为图3所示的共通电极的周边部的剖视图。在图7中，省略了玻璃构件S2及闪烁器S3。如图6、图7所示那样，APD11a具有分别配置于半导体基板1N的主面1Na侧的电极E1。电极E1与第2半导体区域1PB电连接。位于第2半导体区域1PB的正下方的第1半导体区域1PA经由第2半导体区域1PB与电极E1电连接。
在第2半导体区域1PB的外侧的半导体基板1N上，经由绝缘层L1，形成有读出配线(信号线)TL与共通电极E3。共通电极E3位于各信道(光电二极管阵列PDA)的中央区域。
读出配线TL包含多条信号线TL1及多条信号线TL2。各信号线TL1在平面观察下，在相邻的APD11a间于Y轴方向上延伸。各读出配线TL2在相邻的APD11a间于X轴方向上延伸，且将多条读出配线TL1彼此电连接。读出配线TL2与共通电极E3连接。读出配线TL1除了与共通电极E3直接连接以外，还经由读出配线TL2与共通电极E3电连接。
光电二极管阵列PDA对于每个APD11a，在第2半导体区域1PB的外侧的半导体基板1N上，具有经由绝缘层L1而形成的灭弧电阻R1。即，灭弧电阻R1配置在半导体基板1N的主面1Na侧。灭弧电阻R1其一端与电极E1连接，其另一端与读出配线TL1连接。半导体基板1N包含彼此相对的主面1Na与主面1Nb。半导体基板1N由Si构成。
各光电二极管阵列PDA包含形成于半导体基板1N上的多个APD11a。APD11a的阳极为P型(第2导电型)的半导体区域1PA(1PB)，阴极为N型(第1导电型)的半导体基板1N。若光子入射至APD11a，则在基板内部进行光电转换而产生光电子。在第1半导体区域1PA的pn结界面的附近区域，进行雪崩倍增，经放大的电子群朝形成于半导体基板1N的主面1Nb的电极流动。即，若光子入射至光电二极管阵列PDA的任一单元(APD11a)，则其被倍增，并作为信号被自共通电极E3(贯通电极TE)取出。
在各个APD11a上，串联地连接有灭弧电阻R1。一个APD11a构成各光电二极管阵列PDA的一个单元。各APD以分别与灭弧电阻R1串联地连接的形式，全部并联连接，被自电源施加逆向偏压。
各个APD11a具有：P型的第1半导体区域1PA、及P型的第2半导体区域1PB。第1半导体区域1PA形成于半导体基板1N的主面1Na侧。第2半导体区域1PB形成于第1半导体区域1PA内，且较第1半导体区域1PA杂质浓度高。第2半导体区域1PB的平面形状，为例如多边形(在本实施方式中为四边形)。第1半导体区域1PA的深度较第2半导体区域1PB更深。
半导体基板1N具有N型的半导体区域1PC。半导体区域1PC形成于半导体基板1N的主面1Na侧。半导体区域1PC防止在N型的半导体基板1N与P型的第1半导体区域1PA之间形成的PN结露出于配置贯通电极TE的贯通孔TH。半导体区域1PC形成在与贯通孔TH(贯通电极TE)对应的位置。
在第2半导体区域1PB的表面上，形成绝缘层L1，在其上形成共通电极E3与读出配线TL。共通电极E3与读出配线TL由绝缘层L3包覆。半导体基板1N的主面1Nb由绝缘层L2包覆。绝缘层L2具有开口，贯通电极TE通过开口内。共通电极E3与贯通电极TE接触并电连接，在贯通电极TE上经由凸块下金属BM与第1凸块电极BE接触。设置于半导体基板1N的贯通孔TH的内面由绝缘层L2包覆。贯通电极TE及绝缘层L2由钝化膜(保护膜)PF包覆。凸块下金属BM的形成方法可使用无电解镀敷法。第1凸块电极BE的形成方法可使用搭载焊球的手法或印刷法。
如以上所述那样，各个半导体芯片具备：半导体基板1N，其具有二维状地配置的多个光检测部10；绝缘层L1，其形成在半导体基板1N的主面1Na上；共通电极E3，其配置在绝缘层L1上；读出配线TL，其将各个光检测部10的灭弧电阻R1与共通电极E3电连接；及贯通电极TE，其自共通电极E3经由半导体基板1N的贯通孔TH延伸至半导体基板1N的主面1Nb。
各光电二极管阵列PDA包含贯通电极TE。贯通电极TE按照每一个光电二极管阵列PDA，即按每一个通道而设置。贯通电极TE以将半导体基板1N自主面1Na侧贯通至主面1Nb侧的方式形成。即，贯通电极TE配置在贯通半导体基板1N的贯通孔TH内。绝缘层L2也形成在贯通孔TH内。因此，贯通电极TE经由绝缘层L2配置在贯通孔TH内。贯通电极TE，其一端与共通电极E3连接，而将读出配线TL与贯通电极TE连接。
各个光检测部10具备APD11a，各APD11a与半导体基板1N构成pn结，并具备输出载流子的第2半导体区域1PB。在APD11a的第2半导体区域1PB，电连接有灭弧电阻R1。
第1凸块电极BE将贯通电极TE与第1配线基板20电连接，凸块电极B2将APD的半导体区域12(第1半导体区域)与第1配线基板20电连接。
灭弧电阻R1较连接其的电极E1、共通电极E3电阻率更高。灭弧电阻R1由例如多晶硅等构成。作为灭弧电阻R1的形成方法，可使用CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法。作为构成灭弧电阻R1的电阻体，另外可例举SiCr、NiCr、TaNi、FeCr等。
电极E1、E3及贯通电极TE由铝等的金属构成。在半导体基板1N由Si构成的情形下，作为电极材料，除了铝以外，也可常用AuGe/Ni等。作为电极E1、E3及贯通电极TE的形成方法，可使用溅射法。
作为在使用Si的情形下的P型杂质，使用B等的3族元素，作为N型杂质，使用N、P或As等的5族元素。半导体的导电型即N型与P型即便互相置换而构成元件，也可使该元件发挥功能。作为这些杂质的添加方法，可使用扩散法或离子植入法。
作为上述的绝缘层的材料，可使用SiO2或SiN，作为绝缘层的形成方法，在各绝缘层含有SiO2的情形下，可使用热氧化法或溅射法。
在上述的构造的情形下，通过在N型的半导体基板1N与P型的第1半导体区域1PA之间构成pn结，而形成APD11a。第1半导体区域1PA依次经由第2半导体区域1PB、电极E1、灭弧电阻11r、读出配线TL、共通电极E3、贯通电极TE、及第1凸块电极BE，与第1配线基板20连接。半导体基板1N的主面1Nb经由凸块电极B2与第1配线基板20连接(参照图7)。另外，灭弧电阻11r相对于APD11a串联地连接。
此处，第1配线基板20包含配置在第1主面20a侧的多个电极E9。电极E9与贯通电极TE对应而配置。电极E9对应于每一信道(光电二极管阵列PDA)而设置。贯通电极TE与电极E9由第1凸块电极BE连接。由此，电极E3经由贯通电极TE及第1凸块电极BE与电极E9电连接。电极E9也与电极E1、E3及贯通电极TE相同地由铝等的金属构成。各电极E9经由形成于第1配线基板20内的配线(省略图示)及接合引线等与信号处理部电连接。
图8为图3所示的半导体芯片的仰视图。如图7、图8所示那样，半导体基板1N的主面1Nb的钝化膜PF的一部分被去除，半导体基板1N的主面1Nb露出。在该露出区域，形成导电膜M，在导电膜M上配置凸块电极B2。导电膜M的形状为矩形环状，材料可与电极材料相同。另外，凸块电极的材料可使用焊料。第1凸块电极BE位于半导体基板1N的中央。凸块电极B2配置在与四边形的半导体基板1N的4个角部对应的位置。
如以上所述那样，在各个光检测部10包含的APD11a的两端，经由第1凸块电极BE及凸块电极B2，施加以盖革模式动作的偏压电压。通过光(能量线)的入射，在多个APD11a中产生的载流子经由各自的灭弧电阻11r，流动至半导体基板1N上的共通电极E3，且自共通电极E3经由贯通电极TE及第1凸块电极BE到达第1配线基板20，并被向外部取出。
在该构造的APD11a中，由于具有使用贯通电极等的载流子传递路径缩短化构造，故减少了配线电阻。因此，来自APD11a的载流子的传递速度，即，时间分辨率提高。在具备多个该APD11a的1个光检测芯片S1中，通过在多个光子入射时，时间分辨率提高，而可进行更高精度的光子检测。另外，在其他光检测芯片S1中，虽然因制造误差等的原因而不能保障形成相同的时间分辨率，但只要在组装时，选择制品特性在一定范围内的光检测芯片S1，且经由凸块电极接合于第1配线基板20，则每一光检测芯片S1的特性偏差被降低。
呈二维状地并排的光检测芯片S1由于彼此隔开，故可抑制朝特定的光检测芯片S1入射的光朝其他光检测芯片S1泄露而产生串扰的影响，且光检测芯片S1间的间隙可缓和起因于第1配线基板20的膨胀/收缩的第1配线基板20的翘曲所造成的对光检测芯片S1的影响。即，作为光检测单元D的时间分辨率、串扰、对于温度变化的耐性等的特性得到显著改善。接着，针对用于进一步抑制串扰的构造进行说明。
图9为图1所示的光检测单元的示意性剖视图。如图9所示那样，光检测单元D如上文所述那样，具备：第1配线基板20，其具有第1主面20s；光检测芯片(SiPM芯片)S1，其包含盖革模式APD(APD11a)，且在第1主面20s上呈二维状地排列；及第1凸块电极BE(凸块电极B2)，其用于将光检测芯片S1电连接于第1配线基板20。光检测芯片S1包含：受光面S1s、受光面S1s的相反侧的背面S1r、及连接受光面S1s与背面S1r的侧面S1c。受光面S1s为例如上述的主面1Na，背面S1r为例如上述的主面1Nb(参照图7)。
光检测芯片S1在背面S1r与第1主面20s相对的状态下，利用第1凸块电极BE安装于第1配线基板20。光检测芯片S1的背面S1r与第1配线基板20的第1主面20s彼此隔开。因此，在背面S1r与第1主面20s之间，形成有间隙(第1下部区域A1)。
光检测单元D进一步具备：设置在受光面S1s上的玻璃构件S2、及设置在受光面S1s及玻璃构件S2上的闪烁器S3。玻璃构件S2相对于1个光检测芯片S1设置有1个。玻璃构件S2包含与受光面S1s侧的面为相反侧的光入射面S2s。相应于放射线而由闪烁器S3产生的被检测光L入射至光入射面S2s。玻璃构件S2透射被检测光L。
即，玻璃构件S2为设置在受光面S1s上的光透射部。因此，在此处，光透射部为安装于光检测芯片S1的各自的受光面S1s的玻璃构件S2。玻璃构件S2由例如粘合层(未图示)粘合于受光面S1s。此处，在自与第1主面20s交叉(正交)的第1方向观察下，光检测芯片S1的外形与玻璃构件S2的外形实质上为一致。闪烁器S3利用粘合层(接合层)Ar粘合于玻璃构件S2的光入射面S2s。
各个光检测芯片S1及各个玻璃构件S2彼此隔开。因此，在自第1方向观察下，在彼此相邻的光检测芯片S1之间形成有间隙(中间区域M1)。中间区域M1在彼此相邻的光检测芯片S1的侧面S1c之间、及在彼此相邻的玻璃构件S2的侧面S2c之间连续地形成。
在第1配线基板20的第1主面20s上配置有树脂部Af。树脂部Af至少对于在闪烁器S3产生的被检测光具有光反射性、或光吸收性。在树脂部Af具有光反射性的情形下，例如由白色树脂构成。另外，在树脂部Af具有光吸收性的情形下，例如由黑色树脂构成。
树脂部Af至少配置于第1下部区域A1及中间区域M1。由此，树脂部Af保护光检测芯片S1及光检测芯片S1与第1凸块电极BE的接合部。特别是，配置于中间区域M1的树脂部Af的一部分，为遮挡入射至玻璃构件S2的被检测光L朝其他玻璃构件S2入射的光遮蔽部F。因此，光遮蔽部F作为树脂部Af，遍及中间区域M1及第1下部区域A1而一体地设置。
光遮蔽部F以在中间区域M1内，自侧面S1c上的位置起到达较受光面S1s更靠近玻璃构件S2一侧的方式设置。另外，此处的所谓“较受光面S1s更靠近玻璃构件S2侧”，作为一例，意味着“在沿第1主面20s的方向观察下，较中间区域M1的与受光面S1s对应的位置、即受光面S1s的延长线上的位置，更靠近中间区域M1的与玻璃构件S2的光入射面S2s对应的位置、即光入射面S2s的延长线上的位置的一侧”。光遮蔽部F设置在光检测芯片S1的侧面S1c及玻璃构件S2的侧面S2c上。但是，在第1方向上，光遮蔽部F的端部Fa并未到达玻璃构件S2的光入射面S2s，而位于较光入射面S2s更靠近第1主面20s一侧。另外，光遮蔽部F的端部Fa朝向第1主面20s侧凹陷(朝向第1主面20s侧凸出)。在制造工序中，粘合层Ar也配置于光遮蔽部F的凹陷的端部Fa内。
此处，针对光遮蔽部F的端部Fa的位置，可如下述那样设定。即，可将自与受光面S1s对应的位置起至端部Fa为止的距离设定为大于自端部Fa起至与光入射面S2s对应的位置为止的距离。另外，可将自与受光面S1s对应的位置起至端部Fa为止的距离设为玻璃构件S2的厚度(与第1主面20s交叉的方向的尺寸)的2/3以上。另外，此处的端部Fa的距离的基准为规定凹陷的缘部、即与玻璃构件S2相接的突起的周缘部分。
接着，针对光检测单元D的制造方法的一例进行说明。图10～图14为显示图9所示的光检测单元的制造方法的主要工序的图。如图10所示那样，此处，首先，准备第1配线基板20与光检测芯片S1(第1工序)。而后，在第1配线基板20的第1主面20s上设置多个第1凸块电极BE(凸块电极B2)。第1凸块电极BE的形成方法可使用搭载焊球的手法或印刷法。
之后，如图11所示那样，将光检测芯片S1配置在第1凸块电极BE上(第2工序)。此处，以光检测芯片S1的背面S1r与第1配线基板20的第1主面20s相对的方式，且以在第1主面20s上呈二维状地排列的方式，在第1主面20s上配置多个光检测芯片S1。此时，如上文所述那样，在第1主面20s上，配置有第1凸块电极BE。因此，在该第2工序中，使第1凸块电极BE介于背面S1r与第1主面20s之间，且在第1主面20s上配置多个光检测芯片S1。另外，在光检测芯片S1上安装有玻璃构件S2。之后，利用第1凸块电极BE的焊料的回流焊，将光检测芯片S1固定、安装于第1主面20s上(第3工序)。
之后，如图12及图13所示那样，在自第1方向观察下，在位于彼此相邻的光检测芯片S1之间的中间区域M1，及在第1主面20s与背面S1r之间的第1下部区域A1内，填充具有光反射性或光吸收性的底部填充树脂A(第4工序)。更具体而言，此处为在第1主面20s上，在最外部的光检测芯片S1的外侧配置树脂的涂布装置DE，将底部填充树脂A配置在第1主面20s上。
由此，利用毛细现象，底部填充树脂A进入第1主面20s与背面S1r之间(即第1下部区域A1)、及各个侧面S1c、S2c彼此之间(即中间区域M1)(在图12，13的箭头方向上行进)。另外，在图12中，省略了底部填充树脂A及第1凸块电极BE的阴影线。
之后，如图14所示那样，通过使底部填充树脂A硬化而构成树脂部Af。另外，在上述的第4工序中，通过在中间区域M1内填充底部填充树脂A直至到达至少较受光面S1s更靠近玻璃构件S2一侧为止，而构成光遮蔽部F。而后，如图9所示那样，经由粘合层Ar将闪烁器S3粘合于玻璃构件S2，而制造光检测单元D。
如以上所说明那样，在光检测单元D中，包含盖革模式APD(以盖革模式动作的雪崩光电二极管)的光检测芯片S1在第1配线基板20的第1主面20s上呈二维状地排列，且利用第1凸块电极BE被安装(被平铺)。在光检测芯片S1的受光面S1s上，设置有作为光透射部的玻璃构件S2。并且，在彼此相邻的光检测芯片S1之间的中间区域M1，在至少较光检测芯片S1的受光面S1s更靠近玻璃构件S2一侧设置有光遮蔽部F。因此，可抑制被检测光L的杂散光自1个光检测芯片S1的受光面S1s上的玻璃构件S2入射至其他光检测芯片S1的受光面S1s上的玻璃构件S2及受光面S1s。因此，可抑制包含盖革模式APD的光检测芯片S1间的串扰。
另外，在光检测单元D中，玻璃构件S2包含受光面S1s侧的面的相反侧的光入射面S2s。此外，在第1方向上，光遮蔽部F的光入射面S2s侧的端部Fa位于较光入射面S2s更靠近第1主面20s一侧，且朝向该第1主面20s侧凹陷。因此，在第1方向观察下，可避免光遮蔽部F与受光面S1s重复。另外，在玻璃构件S2上配置树脂等的粘合剂时，可利用光遮蔽部F的端部Fa的凹陷使多余的粘合剂逃逸。由此，例如可将粘合层Ar均匀且薄地形成。
针对此点，更具体地进行说明。从串扰的抑制的观点而言，可考虑以光遮蔽部F的端部Fa位于尽量接近玻璃构件S2的光入射面S2s的位置的方式(即，以光遮蔽部F设置至尽量接近光入射面S2s的位置的方式)，将底部填充树脂A逐渐推升。然而，若底部填充树脂A配置在光入射面S2s上，则在光入射面S2s上形成光遮蔽部F，其结果为有妨碍被检测光L朝玻璃构件S2的入射的可能。如上述的“光遮蔽部F的光入射面S2s侧的端部Fa位于较光入射面S2s更靠近第1主面20s一侧，且朝向该第1主面20s侧凹陷”的构成，为可将光遮蔽部F设置至尽量接近光入射面S2s而抑制串扰且可避免光遮蔽部F在光入射面S2s上形成进而可确保使多余的粘合剂逃逸的空间的构成。
进而，在光检测单元D中，光遮蔽部F遍及中间区域M1与第1下部区域A1而一体地设置。因此，例如，可通过将具有光反射性或光吸收性的底部填充树脂A填充在中间区域M1及第1下部区域A1，而一并构成光遮蔽部F。
此处，在本实施方式的光检测单元D的制造方法中，在将光检测芯片S1安装于第1配线基板20的第1主面20s上之后，将具有光反射性或光透射性的底部填充树脂A填充在中间区域M1及第1下部区域A1。此时，通过在中间区域M1内填充底部填充树脂A直至到达至少较受光面S1s更靠近玻璃构件S2一侧为止，而构成光遮蔽部F。因此，在所制造的光检测单元D中，可抑制被检测光L的杂散光自1个光检测芯片S1的受光面S1s上的玻璃构件S2入射至其他光检测芯片S1的受光面S1s上的玻璃构件及受光面S1s。即，根据该方法，可制造能够抑制光检测芯片S1间的串扰的光检测单元D。
接着，针对变形例的光检测单元进行说明。图15为变形例的光检测单元的示意性剖视图。如图15所示那样，光检测单元D1在代替树脂部Af而具备树脂部Mr这点上与光检测单元D不同。树脂部Mr将多个光检测芯片S1一体地密封。树脂部Mr填充在中间区域M1及第1下部区域A1。另外，树脂部Mr覆盖各个光检测芯片S1的受光面S1s、背面S1r及侧面S1c。树脂部Mr例如由具有光透射性的塑模树脂形成。因此，树脂部Mr的受光面S1s上的一部分树脂部Mra为设置在受光面S1s上的光透射部。
树脂部Mra包含受光面S1s侧的面的相反侧的光入射面Mrs。在树脂部Mra，设置有位于中间区域M1的槽部G。槽部G在中间区域M1内设置于至少较受光面S1s更靠近树脂部Mra一侧。另外，此处的所谓“较受光面S1s更靠近树脂部Mra一侧”，作为一例，意味着“在沿第1主面20s的方向观察下，较中间区域M1的与受光面S1s对应的位置、即受光面S1s的延长线上的位置，更靠近中间区域M1的与树脂部Mra的光入射面Mrs对应的位置、即光入射面Mrs的延长线上的位置的一侧”。此处，槽部G自光入射面Mrs越过受光面S1s，延伸至到达光检测芯片S1的侧面S1c。
光遮蔽部F配置在槽部G内。因此，光遮蔽部F以在中间区域M1内，自侧面S1c上的位置起，越过受光面S1s，到达至较该受光面S1s更靠近树脂部Mra一侧的方式而设置。但是，此处也是，在光遮蔽部F中，在与第1配线基板20的第1主面20s交叉的第1方向上，光遮蔽部F的端部Fa未到达至树脂部Mra的光入射面Mrs，而位于较光入射面Mrs更靠近该第1主面20s一侧。另外，光遮蔽部F的端部Fa朝向该第1主面20s侧凹陷(朝向第1主面20s侧凸出)。
接着，针对光检测单元D1的制造方法进行说明。光检测单元D1的制造方法包含与上述的光检测单元D的制造方法的第1工序～第3工序相同的工序。换言之，在光检测单元D1的制造方法中，通过实施上述的第1工序～第3工序，而将光检测芯片S1固定、安装在第1配线基板20的第1主面20s上。之后，如图16所示那样，利用例如具有光透射性的塑模树脂将多个光检测芯片S1一体地密封(第4工序)。由此，构成树脂部Mr，且遍及多个受光面S1s上一并构成作为光透射部的树脂部Mra(第4工序)。
之后，如图17所示那样，以在第1方向观察下位于中间区域M1的方式，在树脂部Mr形成槽部G(第5工序)。此处，在中间区域M1内，在至少较受光面S1s更靠近树脂部Mra一侧形成槽部G。槽部G的形成可通过例如将激光La照射至树脂部Mr来进行(例如激光剥蚀)。其后，如图15所示那样，通过将具有光反射性或光吸收性的树脂填充至槽部G内而构成光遮蔽部F(第6工序)。而后，虽然省略图示，通过以经由树脂部Mra与各受光面S1s相对的方式设置闪烁器S3，而制造光检测单元D1。
如以上所说明那样，根据变形例的光检测单元D1也是，与光检测单元D相同地，在彼此相邻的光检测芯片S1之间的中间区域M1内，至少较光检测芯片S1的受光面S1s更靠近树脂部Mra一侧设置有光遮蔽部F。因此，可抑制被检测光L的杂散光自1个光检测芯片S1的受光面S1s上的玻璃构件S2入射至其他光检测芯片S1的受光面S1s上的树脂部Mra及受光面S1s。因此，可抑制包含盖革模式APD的光检测芯片S1间的串扰。另外，根据变形例的制造方法也是，可制造能够抑制光检测芯片S1间的串扰的光检测单元D1。
接着，针对具备上述的光检测单元D的光检测装置进行说明。图18为具备图9所示的光检测单元的光检测装置的示意性剖视图。在图18中，省略了闪烁器S3。如图18所示那样，光检测装置D2具备：多个光检测单元D、第2配线基板30、及将光检测单元D电连接于第2配线基板30的第2凸块电极BF。第2配线基板30具有第2主面30s。
光检测单元D沿第2主面30s排列，且在第1配线基板20的第1主面20s的相反侧的底面20r与第2主面30s相对的状态下，利用第2凸块电极BF安装于第2配线基板30上。第1配线基板20的底面20r与第2配线基板30的第2主面30s彼此隔开。因此，在底面20r与第2主面30s之间，形成有间隙(第2下部区域A2)。
在光检测装置D2中，树脂部Af配置在第1下部区域A1、第2下部区域A2及中间区域M1。而且，配置在各光检测单元D的中间区域M1的树脂部Af的一部分、及配置在彼此相邻的光检测单元D间的中间区域M1的树脂部Af的一部分形成光遮蔽部F。因此，光遮蔽部F作为树脂部Af，遍及中间区域M1、第1下部区域A1、及第2下部区域A2而一体地设置。
以上的光检测装置D2具备上述的光检测单元D。因此，能够抑制光检测芯片S1间的串扰。另外，在彼此相邻的光检测单元D间也是，可抑制光检测芯片S1间的串扰。
接着，针对变形例的光检测装置进行说明。图19为变形例的光检测装置的示意性剖视图。在图19中，省略了闪烁器S3。如图19所示那样，光检测装置D3在替代多个光检测单元D而具备多个光检测单元D1这点上，与光检测装置D2不同。
在如此的光检测装置D3的制造时，如图20(a)所示那样，对于第2下部区域A2、中间区域M1及槽部G，一并地填充有底部填充树脂A。此时，在光检测单元D1间的中间区域M1上配置涂布装置DE，在该中间区域M1内配置底部填充树脂A。由此，利用毛细现象，底部填充树脂A进入第2下部区域A2、中间区域M1及槽部G(在图20的(b)的箭头方向上行进)。另外，在图20(a)中，省略了底部填充树脂A的阴影线。
此处，如图19所示那样，槽部G的深度(第1方向的尺寸)较光检测单元D1间的中间区域M1的光遮蔽部F的端部Fa的位置更深(位于第1主面20s侧)。即，将槽部G的底部设为较受光面S1s更深的位置，且将该光遮蔽部F(以成为光入射面Mrs侧的方式)形成为较受光面S1s更高。由此，如图20所示那样，可对于中间区域M1及槽部G一并地填充底部填充树脂A而构成光遮蔽部F。
以上的光检测装置D3具备上述的光检测单元D1。因此，能够抑制光检测芯片S1间的串扰。另外，在彼此相邻的光检测单元D1间也是，可抑制光检测芯片S1间的串扰。
以上的实施方式针对本发明的一个方面的光检测单元、光检测装置及光检测单元的制造方法的一个实施方式进行了说明。因此，本发明的一个方面的光检测单元、光检测装置及光检测单元的制造方法并不限定于上述者，在不变更各权利要求的要旨的范围内可任意变形。
例如，光遮蔽部F在中间区域M1内，只要设置在至少较受光面S1s更靠近光透射部一侧即可。即，光遮蔽部F可不到达光检测芯片S1的侧面S1c间，也可越过侧面S1c间延伸至第1配线基板20侧。
另外，作为光遮蔽部F，可使用白色树脂及黑色树脂的任一者，但在考虑兼顾串扰的抑制与光量的衰减的抑制的情形下，可使用白色树脂使杂散光反射，在确实地抑制串扰的情形下可使用黑色树脂吸收杂散光。
进而，底部填充树脂A的填充时的毛细现象可通过适当调整例如间隙的尺寸及底部填充树脂A的粘度等来控制。
另外，在上述的光检测单元D(光检测单元D1也相同)的制造方法的一例中，说明了在第1工序与第2工序之间，进行在第1配线基板20的第1主面20s上设置第1凸块电极BE的工序的内容。然而，也有例如在第1工序与第2工序之间，在光检测芯片S1的背面S1r上设置第1凸块电极BE的情形。在该情形下，在第1工序与第2工序之间，不必在第1配线基板20的第1主面20s上设置第1凸块电极BE。在任一情形下都是，在第2工序中，使第1凸块电极BE介于背面S1r与第1主面20s之间，且在第1主面20s上配置多个光检测芯片S1。
[产业上的可利用性]
本发明可提供能够抑制包含盖革模式APD的芯片间的串扰的光检测单元、光检测装置及光检测单元的制造方法。
【符号说明】
20 第1配线基板
20s 第1主面
20r 底面
30 第2配线基板
30s 第2主面
D，D1 光检测单元
D2，D3 光检测装置
S1 光检测芯片
S1s 受光面
S1r 背面
S1c 侧面
S2 玻璃构件(光透射部)
Mr 树脂部
Mra 树脂部(光透射部)
BE 第1凸块电极
F 光遮蔽部
Fa 端部
M1 中间区域
A 底部填充树脂
A1 第1下部区域
A2 第2下部区域
G 槽部

Claims (7)

1.一种光检测单元，其具备：
第1配线基板，其具有第1主面；
多个光检测芯片，其具有受光面及所述受光面的相反侧的背面，且在所述第1主面上呈二维状地排列；
第1凸块电极，其将所述光检测芯片电连接于所述第1配线基板；
光透射部，其设置在所述受光面上；及
光遮蔽部，其具有光反射性或光吸收性，且
所述光检测芯片包含盖革模式APD，在所述背面与所述第1主面相对的状态下利用所述第1凸块电极安装于所述第1配线基板上，并且
从与所述第1主面交叉的第1方向观察，在位于彼此相邻的所述光检测芯片之间的中间区域内，所述光遮蔽部在从沿所述第1主面的方向观察时设置于至少较所述受光面更靠近所述光透射部一侧，
所述光透射部包含所述受光面侧的面的相反侧的光入射面，且
在所述第1方向上，所述光遮蔽部的所述光入射面侧的端部在从沿所述第1主面的方向观察时位于较所述光入射面更靠近所述第1主面一侧，且朝向所述第1主面侧凹陷。
2.如权利要求1所述的光检测单元，其中，
所述光透射部为安装于所述光检测芯片的各个所述受光面的玻璃构件，且
所述光遮蔽部遍及所述中间区域、及所述第1主面与所述背面之间的第1下部区域而一体地设置。
3.如权利要求1所述的光检测单元，其中，
所述光透射部为将多个所述光检测芯片一体地密封的树脂部的一部分，且
在所述树脂部，设置有位于所述中间区域的槽部，
所述光遮蔽部配置在所述槽部内。
4.一种光检测装置，其具备：如权利要求1或2所述的多个光检测单元、具有第2主面的第2配线基板、及将所述光检测单元电连接于所述第2配线基板的第2凸块电极，且
所述光检测单元沿所述第2主面排列，且在所述第1配线基板的所述第1主面的相反侧的底面与所述第2主面相对的状态下，利用所述第2凸块电极安装于所述第2配线基板，
所述光遮蔽部遍及所述中间区域、所述第1主面与所述背面之间的第1下部区域、及所述第2主面与所述底面之间的第2下部区域而一体地设置。
5.一种光检测装置，其具备：如权利要求3所述的多个光检测单元、具有第2主面的第2配线基板、及将所述光检测单元电连接于所述第2配线基板的第2凸块电极，且
所述光检测单元沿所述第2主面排列，且在所述第1配线基板的所述第1主面的相反侧的底面与所述第2主面相对的状态下，利用所述第2凸块电极安装于所述第2配线基板，
所述光遮蔽部在彼此相邻的所述光检测单元之间的所述中间区域内，进一步设置于至少较所述受光面更靠近所述光透射部一侧。
6.一种光检测单元的制造方法，其具备：
第1工序，准备具有第1主面的第1配线基板、以及具有受光面及所述受光面的相反侧的背面的多个光检测芯片；
第2工序，以所述背面与所述第1主面相对的方式，且以在所述第1主面上呈二维状地排列的方式，使第1凸块电极介于所述背面与所述第1主面之间，且在所述第1主面上配置所述多个光检测芯片；
第3工序，利用所述第1凸块电极的回流焊，将所述多个光检测芯片安装在所述第1主面上；及
第4工序，在自与所述第1主面交叉的第1方向观察下，在位于彼此相邻的所述光检测芯片之间的中间区域、及所述第1主面与所述背面之间的第1下部区域，填充底部填充树脂，且
所述光检测芯片包含盖革模式APD，
在所述光检测芯片的各个所述受光面上设置有光透射部，
所述底部填充树脂具有光反射性或光吸收性，
在所述第4工序中，通过在所述中间区域内填充所述底部填充树脂直至到达至少较所述受光面更靠近所述光透射部一侧为止，而构成光遮蔽部，
所述光透射部包含所述受光面侧的面的相反侧的光入射面，且
在所述第1方向上，所述光遮蔽部的所述光入射面侧的端部在从沿所述第1主面的方向观察时位于较所述光入射面更靠近所述第1主面一侧，且朝向所述第1主面侧凹陷。
7.一种光检测单元的制造方法，其具备：
第1工序，准备具有第1主面的第1配线基板、以及具有受光面及所述受光面的相反侧的背面的多个光检测芯片；
第2工序，以所述背面与所述第1主面相对的方式，且以在所述第1主面上呈二维状地排列的方式，使第1凸块电极介于所述背面与所述第1主面之间，且在所述第1主面上配置所述多个光检测芯片；
第3工序，利用所述第1凸块电极的回流焊，将所述多个光检测芯片安装在所述第1主面上；
第4工序，通过利用具有光透射性的塑模树脂构成将所述多个光检测芯片一体地密封的树脂部，而遍及多个所述受光面上地构成作为所述树脂部的一部分的光透射部；
第5工序，以在自与所述第1主面交叉的第1方向观察下，位于在彼此相邻的所述光检测芯片之间的中间区域的方式，在所述树脂部形成槽部；及
第6工序，通过将具有光反射性或光吸收性的树脂填充在所述槽部内而构成光遮蔽部，且
所述光检测芯片包含盖革模式APD，
在所述第5工序中，在所述中间区域内在至少较所述受光面更靠近所述光透射部一侧，形成所述槽部，
所述光透射部包含所述受光面侧的面的相反侧的光入射面，且
在所述第1方向上，所述光遮蔽部的所述光入射面侧的端部在从沿所述第1主面的方向观察时位于较所述光入射面更靠近所述第1主面一侧，且朝向所述第1主面侧凹陷。
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