JP2005311358A - 電子機器組立体並びにそれを組立てるための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本開示は、電子機器組立体並びに電子機器組立体を組立てるための装置及び方法を提供する。
【解決手段】 第１の層（１１０）と第２の層（１２０）とを有する電子機器組立体（１００）を開示している。第１の層（１１０）は、第１の接合面（１１２）と第１の接合面（１１２）に形成された複数の空洞（１１４）とを有する。第２の層（１２０）は、第２の接合面（１２２）と第２の接合面（１２２）に配置された複数の突起（１２４）とを有し、複数の突起（１２４）は、複数の空洞（１１４）と位置合わせされかつ該複数の空洞（１１４）に配置される。導電性接続材料（１３０）は、該接続材料が複数の突起（１２４）をそれぞれの複数の空洞（１１４）に接続するように複数の空洞（１１４）に配置される。
【選択図】 図２

Description

本開示は、総括的には電子機器組立体並びに電子機器組立体を組立てるための装置及び方法に関し、より具体的には、医用診断装置に用いる光検出器を組立てるための装置及び方法に関する。

コンピュータ断層撮影に用いるタイプの検出器アレイは、例えば窒化アルミニウムすなわちＡＩＮのようなセラミック基板上に配置されたダイオード・アレイを有するシリコン・ウエハで作られる。シリコン・ダイオード・アレイ・ウエハは、スタッドバンプ・アレイによってセラミック基板上の金属パッドに接続される。接続方法は、例えば銀充填エポキシなど金属充填接着剤による結合又ははんだ付けによる結合を含むことができる。バックライト光ダイオード構成の場合には、ダイオード・アレイ用のシリコン・ウエハは、ダイオード・アレイによる検出のためにシンチレータによって可視光に変換されるＸ線ビームへの悪影響を最小限にするように薄くする必要がある。シリコン・ダイオード・アレイ・ウエハが薄ければ薄いほど、Ｘ線ビームの減弱及び散乱は小さくなるが、ウエハは物理的損傷をより受けやすくなる。さらに、高分解能イメージングの場合には、高密度の光ダイオードを備えたシリコン・ダイオード・アレイ・ウエハを有することが望ましいが、そのような高密度は、このような検出器を製造する際に高度の制御を必要とすることになる。コンピュータ断層撮影に用いる検出器アレイの組立において、ダイオード・アレイ・ウエハをピックアンドプレイスするバキューム吸着カップの使用のような幾つかの進歩がなされたが、検出器アレイ装置並びに検出器アレイ装置を組立てるための方法及び装置の技術分野において、これらの欠点を克服する必要性が依然として存在する。
米国特許第６７０７０４６号

本発明の実施形態は、第１の層と第２の層とを有する電子機器組立体を含む。第１の層は、第１の接合面と第１の接合面に形成された複数の空洞とを有する。第２の層は、第２の接合面と第２の接合面に配置された複数の突起とを有し、複数の突起は、複数の空洞と位置合わせされかつ該複数の空洞に配置される。導電性接続材料は、該接続材料が複数の突起をそれぞれの複数の空洞に接続するように複数の空洞に配置される。

本発明の別の実施形態は、上部層を有する電子機器組立体を組立てるための装置を含む。本装置は、厚さ及び支持面を有する多孔剛体要素と、多孔剛体要素を保持しかつ該多孔剛体要素にポジティブ・バキュームを供給するように構成されたハウジングとを含み、ポジティブ・バキュームを適用することにより、上部層をピックアップするためのポジティブ・バキュームが支持層に形成される。

本発明のさらに別の実施形態は、電子機器組立体を組立てる方法を含み、組立体は、第１の接合面と第１の接合面に形成された複数の空洞とを有する第１の層と、第２の接合面と第２の接合面に配置された複数の突起とを有する第２の層とを含む。第１及び第２の接合面が互いに対向するように、第１の層は位置決めされ、第２の層は、装置によってバキューム保持される。複数の突起を複数の空洞と位置合わせしかつ該複数の空洞に係合させて、第２の層を解放するほど十分にバキューム保持力を低下させる。

添付図において同様の要素に同じ符号を付けた例示的な図面を参照する。

本発明の実施形態は、信号通信のための銅製ランを有するセラミック基板に電気的に結合されたバックライト光ダイオードのアレイを有する、例えばコンピュータ断層撮影などの医用診断装置に用いる光検出器を提供する。結合する接合面において、ダイオード・アレイは細長い電気接続部を有し、すなわちこれら電気接続部はスタッドバンプと呼ばれ、セラミック基板に形成された空洞内に延びており、この空洞が、導電性エポキシ又ははんだを拘束して隣接するダイオードとの電気的短絡を防ぐポケットを構成する。本発明の別の実施形態は、光ダイオード・アレイをセラミック基板上に組立てる間に、光ダイオード・アレイをバキューム保持する装置を提供する。本発明のさらに別の実施形態は、光検出器を組立てるための組立装置を用いる方法を提供する。本明細書に記載した実施形態は、例示的な電子機器組立体として、セラミック基板に組立てられたバックライト光ダイオードのアレイを示しているが、開示した発明はまた、例えばプリント基板上の処理チップような他の電子機器組立体にも適用可能であることを理解されたい。

図１〜図３は、第１の層１１０と第２の層１２０とを有する電子機器組立体１００の例示的な実施形態を示す。図１は電子機器組立体１００の斜視図を示し、図２は組立後における図１の組立体の一部の側面図を示し、また図３は組立前における図１の組立体の側面図を示す。第１の層１１０は、その中に形成された複数の空洞１１４を有する第１の接合面１１２を含み、第２の層１２０は、そこに配置された複数の突起１２４を有する第２の接合面１２２を含む。ある実施形態では、第２の層１２０は、突起１２４に電気的に接続した複数のバックライト光ダイオード１２１を有するダイオード・アレイを含む。第２の層１２０の第１の層１１０上への組立時に、突起１２４は空洞１１４と位置合わせされかつ空洞１１４内に組立てられる。ある実施形態では、突起１２４の端部は空洞１１４の内面の形状の鏡像になった形状にされ、それは例えば球形とすることができる。突起１２４は、例えば導電性エポキシ又ははんだとすることができる導電性接続材料１３０によって空洞１１４に電気的に結合される。接続材料１３０は、組立前に突起１２４又は空洞１１４に施すことができ、組立てた状態では空洞１１４に配置されていると言うことにする。空洞１１４を第１の層１１０の第１の接合面１１２に導入することによって、接続材料１３０は、接続材料１３０の硬化段階中に空洞１１４のポケット形状によって自然に拘束されることになり、この硬化段階に、リフロー及び凝固プロセスによるエポキシの加熱段階又ははんだの加熱及び冷却段階を含ませることが可能になる。第１の層１１０における銅製導体１４０は、空洞１１４を形成するエッチングプロセスによって露出され、それによってそれに対して接続材料１３０が結合される電接ポイントを形成し、順次に第２の層１２０（例えばバックライト光ダイオード・アレイ）から第１の層１１０（例えばワイヤ・ランを有するセラミック基板）への、最終的にはダイオード信号の読取電子機器（図示せず）への電気通信経路を形成する。ランとも呼ばれる銅製導体１４０は、空洞１１４を形成した後にその上にメッキしたニッケル及び金の層を有することができ、それによって空洞１１４における銅製パッドを酸化から保護する。空洞１１４を形成するエッチングプロセスの結果、銅製導体１４０は、空洞１１４の部位において僅かに減少した公称厚さを有することになる。

図２及び図３に示すように、空洞１１４は、第１の接合面１１２に対して深さｄを有する状態で形成され、組立てた状態では、第１の接合面１１２は第２の接合面１２２からギャップｇだけ離れた状態で配置される。従って突起１２４は、深さｄ及びギャップｇの合計に等しいか又はそれよりも小さい長さｈを有する。例えば正常な許容差条件下のケースとすることができるような、長さｈが深さｄ及びギャップｇの合計よりも小さい場合には、接続材料１３０がギャップを埋めることになる。

突起１２４は、幅又はそれに代えて直径ｗを有し、ピッチｐで配列される。ある実施形態では、突起１２４は、約１００ミクロン（マイクロメートル）に等しいか又はそれよりも大きくかつ約７００ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい範囲の幅ｗを有する。別の実施形態では、突起１２４は、約５００ミクロンに等しい幅ｗを有する。ある実施形態では、突起１２４は、幅ｗの約１．１倍に等しいか又はそれよりも大きくかつ幅ｗの約３倍に等しいか又はそれよりも小さい範囲のピッチｐを有する。別の実施形態では、突起１２４は幅ｗの約２倍に等しいピッチｐを有する。

ある実施形態では、幅ｗ及びピッチｐを適正な寸法にすることによって、図１に示す光ダイオード・アレイ１２０内の複数の光ダイオード１２１は、約１００ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい端部間隔ｓで第１の層１１０上に間隔をおいて配置することができる。別の実施形態では、端部間隔ｓは、約２５ミクロンに等しいか又はそれよりも小さく、さらに別の実施形態では、端部間隔ｓは、約１０ミクロンに等しい。光ダイオード・アレイ１２０の光ダイオード１２１間の近接した間隔は、少なくとも部分的に、隣接する光ダイオード１２１が電気的に短絡しないように接続材料１３０を拘束する空洞１１４によって可能になる。

図４を参照すると、電子機器組立体１００を組立てるための装置１５０を、断面図で示す。電子機器組立体１００において、第２の層１２０はまた、本明細書では光ダイオード・アレイ又は上部層とも呼ばれ、上部層は、光ダイオード・アレイ１２０のまさに１つの光ダイオード１２１とすることができる。装置１５０は、厚さｔ及び支持面１６２を有する多孔剛体要素１６０と、多孔要素１６０を保持しかつバキュームポート１７２を介して多孔要素１６０にポジティブ・バキュームを供給するように構成されたハウジング１７０とを含む。矢印１７４の方向にバキュームを適用することによって、多孔要素１６０の露出した面、具体的には支持面１６２にポジティブ・バキュームが形成され、このポジティブ・バキュームが、上部層１２１を保持又はピックアップするのに使用される。ある実施形態では、ハウジング１７０は、支持面１６２を除いて多孔要素１６０の全面の周りに配置される面を備えたポケット１７６を含み、それにより多孔要素１６０の厚さの一部を露出した状態に残し、多孔要素１６０のポジティブ・バキュームを支持面１６２の方向に向ける。

ある実施形態では、支持面１６２は、約２０ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい平面度を有するように製作され、つまり支持面１６２は理論面を形成し、理論面は、該理論面に３つ又はそれ以上の点で接触する平面から、支持面１６２の広がり全体にわたって２０ミクロン以上は変化しない。別の実施形態では、支持面１６２は、約１０ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい平面度を有するように製作される。多孔要素１６０は、二次機械加工して又は二次機械加工せずに、支持面１６２において所望の平面度を有する状態に製作することができる。

図４に示すように、多孔要素１６０の端部のほんの僅かな突出部１６４からも明らかなように、支持面１６２は、対応する光ダイオード１２１の全体寸法にほぼ一致する全体寸法を有することができる。図４の断面図は、光ダイオード１２１の対応する全体寸法にほぼ一致する支持面１６２の全体寸法の１つのみ、すなわち紙面の平面内での全体寸法しか示していないが、支持面１６２の第２の全体寸法もまた、光ダイオード１２１の対応する全体寸法すなわち紙面の平面に垂直な方向の全体寸法にほぼ一致させることができることが分かるであろう。

多孔要素１６０は、突起１２４を空洞１１４に固着するように接続材料１３０を処理する複数の加熱要素１８０をその中に配置した複数のキャビティ１６６を含むことができる。ある実施形態では、接続材料１３０の処理は、導電性エポキシを加熱してエポキシを硬化させかつ凝固させる段階を含む。別の実施形態では、接続材料１３０の処理は、はんだを加熱して、はんだリフローを生じさせ、そのリフローを冷却で凝固させる段階を含む。加熱要素１８０は、組立時における加熱制御のための制御装置（図示せず）と信号通信するようになっている。制御装置はまた、バキュームポート１７２におけるバキュームの有無を制御し、また組立時に装置１５０の位置を制御するために装置１５０と作動可能に連動する制御アーム１９０の動作を制御する。制御装置は、本明細書に開示した目的に適合する任意のタイプの制御装置とすることができる。

光ダイオード１２１は所望の平面度以下の状態で製造される場合があるので、装置１５０は、支持面１６２及び該支持面１６２に生じたポジティブ・バキュームの組合せが、約５０ミクロンに等しいか又はそれよりも大きい初期平面度を有しかつ約１００ミクロンに等しい典型的な厚さを有する光ダイオード１２１を、約２０ミクロンに等しいか又はそれよりも小さいを最終平面度に平坦化するのに十分なように構成される。別の実施形態では、支持面１６２及び該支持面１６２に生じたポジティブ・バキュームの組合せは、約１００ミクロンに等しいか又はそれよりも大きい初期平面度を有する光ダイオード１２１を約１０ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい最終平面度に平坦化するのに十分である。

以上の観点から、装置１５０を使用して電子機器組立体１００を組立てる方法は、第１の層を組立ステーション（図示せず）に位置決めする段階と、装置１５０によって第１及び第２の接合面１１２、１２２が互いに対向するように第２の層１２０、１２１をバキューム保持する段階と、複数の突起１２４を複数の空洞１１４と位置合わせする段階と、複数の突起１２４を複数の空洞１１４に係合させる段階と、第２の層１２１を装置１５０から解放するほど十分に支持面１６２におけるバキューム保持力を低下さる段階とを含む。導電性接続材料１３０は、突起１２４を空洞１１４に係合させる前に、複数の空洞１１４又は複数の突起１２４に施すことができる。係合動作の後に、接続材料１３０は、突起１２４を空洞１１４に固着するように前述の方法で処理される。ある実施形態では、バキューム保持力は、接続材料１３０が光ダイオード１２１を固定位置に保つのに十分なほど少なくとも部分的に硬化することが可能になるのに十分な時間にわたって維持することができる。

本明細書で開示した方法により、約１０ミクロンの側方向許容差の範囲内まで、かつセラミック基板１１０に対する約３０ミクロンの平行許容差まで光ダイオード１２１を正確に配置することが可能になる。

別の実施形態では、また図２及び図４を参照すると、突起１２４は、図２に示すように均一な厚さとするか又は図４に示すように不均一な厚さとすることができる。突起１２４が不均一な厚さである場合、光ダイオード１２１と第１の層１１０と間の信号通信を改善するために、導電性パッド１２６と共に幅広の基部１２５を使用することができる。

開示したように、本発明の幾つかの実施形態は以下の利点の幾つかを含むことができ、それらの利点には、その間に小さい間隔を有する状態での光ダイオードのセラミック基板上での高パッキング密度と、隣接するダイオード間の短絡を防ぐための導電性接続材料の効果的な閉じ込めと、光ダイオードの寸法に対して狭いピッチを有する光ダイオードのスタッドバンプと、支持面全体にわたってバキュームを有するピックアンドプレイス装置を使用して組立中に光ダイオードを平坦化する能力と、エポキシ又ははんだの硬化段階における生産性を高めるための、組立装置と一体になった加熱素子の使用とが含まれる。

例示的な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、その要素に様々な変更を加えることができまたその要素を均等物と置き換えることができることは、当業者には明らかであろう。さらに、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適応させるように多くの変更を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するのに考えられる最良又は唯一の形態として開示した特定の実施形態に限定しようとするものではなくて、本発明は、特許請求の範囲内に属する全ての実施形態を含むことを意図するものである。さらに、第１の、第２のなどの用語の使用は何らかの順番又は重要度を示すのではなくて、むしろ第１の、第２のなどの用語は、１つの要素を別の要素と区別するために用いている。また、数詞のない用語の使用は、量の限定を示しておらず、むしろそこで述べたアイテムの少なくとも１つが存在することを示すものである。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の実施形態を実施する例示的な組立体の斜視図。 図１に示す組立体の拡大部分の断面側面図。 それぞれの部品の組立前における、図２と同様の側面図。 図１〜図３に示す組立体を組立てるための例示的な装置を示す図。

符号の説明

１００ 電子機器組立体
１１０ 第１の層
１１２ 第１の接合面
１１４ 空洞
１２０ 第２の層
１２１ 光ダイオード
１２２ 第２の接合面
１２４ 突起
１３０ 導電性接続材料
１４０ 銅製導体
ｄ 空洞の深さ
ｇ 接合面間のギャップ
ｈ 突起の長さ
ｐ 突起のピッチ
ｓ 光ダイオードの端部間隔
ｗ 突起の幅

Claims (10)

1. 第１の接合面（１１２）と前記第１の接合面（１１２）に形成された複数の空洞（１１４）とを有する第１の層（１１０）と、
   第２の接合面（１２２）と前記第２の接合面（１２２）に配置され、前記複数の空洞（１１４）と位置合わせされかつ該複数の空洞（１１４）に配置された複数の突起（１２４）とを有する第２の層（１２０）と、
   前記複数の突起を前記それぞれの複数の空洞（１１４）に接続するように該複数の空洞（１１４）に配置された導電性接続材料（１３０）と、
   を含む電子機器組立体（１００）。
2. 前記複数の空洞（１１４）が、前記第１の接合面（１１２）内に深さｄを有する状態で形成され、
   前記第１の接合面（１１２）が、前記第２の接合面（１２２）からギャップｇだけ離れた状態で配置され、
   前記複数の突起（１２４）が深さｄ及びギャップｇの合計に等しいか又はそれよりも小さい長さｈを有する、
   請求項１記載の組立体。
3. 前記複数の突起（１２４）が、約１００ミクロンに等しいか又はそれよりも大きくかつ約７００ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい範囲の幅ｗを有し、
   前記複数の突起（１２４）のピッチが、幅ｗの約１．１倍に等しいか又はそれよりも大きくかつ幅ｗの約３倍に等しいか又はそれよりも小さい範囲にある、
   請求項１記載の組立体。
4. 前記第１の層（１１０）がセラミック基板を含み、
   前記第２の層（１２０）が、前記複数の突起（１２４）に電気的に接続した複数のバックライト光ダイオード（１２１）を有するダイオード・アレイを含み、
   前記接続材料が、導電性エポキシ、導電性はんだ又はそれら材料の少なくとも１つを含む任意の組合せを含み、
   該組立体が、医用診断装置に用いる光検出器を構成する、
   請求項１記載の組立体。
5. 前記第１の層（１１０）がセラミック基板を含み、
   前記第２の層（１２０）が、前記複数の突起（１２４）に電気的に接続した複数のバックライト光ダイオード（１２１）を有するダイオード・アレイを含み、
   前記接続材料が導電性エポキシ、導電性はんだ又はそれら材料の少なくとも１つを含む任意の組合せを含み、
   前記複数の光ダイオード（１２１）が、約１００ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい端部間隔で前記第１の層（１１０）上に間隔をおいて配置されている、
   請求項１記載の組立体。
6. 上部層を含む電子機器組立体（１００）を組立てるための装置（１５０）であって、
   厚さ及び支持面（１６２）を有する多孔剛体要素（１６０）と、
   前記多孔剛体要素（１６０）を保持しかつ該多孔剛体要素（１６０）にポジティブ・バキュームを供給するように構成されたハウジング（１７０）と、
   を含み、
   前記ポジティブ・バキュームを適用することにより、前記上部層をピックアップするためのポジティブ・バキュームが前記支持層（１６２）に形成される、
   装置（１５０）。
7. 前記ハウジング（１７０）が、前記支持面（１６２）を除いて前記多孔剛体要素（１６０）の全面に配置され、
   前記多孔剛体要素（１６０）の厚さの一部が露出され、
   前記多孔剛体要素（１６０）の支持面（１６２）が、約１０ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい平面度を有する、
   請求項６記載の装置（１５０）。
8. 前記支持面（１６２）が、前記上部層の２つの関連する全体寸法にほぼ一致する２つの全体寸法を有する、請求項６記載の装置（１５０）。
9. 前記多孔剛体要素（１６０）が、複数の加熱要素（１８０）をその中に配置した複数のキャビティ（１６６）を含む、請求項６記載の装置（１５０）。
10. 前記支持面（１６２）及び該支持面（１６２）に生じたポジティブ・バキュームが、約１００ミクロンに等しいか又はそれよりも大きい初期平面度を有する上部層を約１０ミクロンに等しいか又はそれよりも小さい最終平面度に平坦化するのに十分である、請求項６記載の装置（１５０）。

Images