JP2006202791A - Ｉｃパッケージ及びそれを用いたｘ線ｃｔ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便な構造で内部のＩＣチップに対する放射線遮蔽能力を備えたＩＣパッケージを提供する。
【解決手段】基板１２と、前記基板上に搭載されたＩＣチップ７と、前記ＩＣチップの外周を封止する樹脂１３と、前記ＩＣチップからの配線を外部に導きだすための導線１４と、からなるＩＣパッケージにおいて、前記基板または前記樹脂のうち少なくとも一方に放射線遮蔽部８が備えられたことを特徴とするＩＣパッケージ。
【選択図】図４
【解決手段】基板１２と、前記基板上に搭載されたＩＣチップ７と、前記ＩＣチップの外周を封止する樹脂１３と、前記ＩＣチップからの配線を外部に導きだすための導線１４と、からなるＩＣパッケージにおいて、前記基板または前記樹脂のうち少なくとも一方に放射線遮蔽部８が備えられたことを特徴とするＩＣパッケージ。
【選択図】図４
Description
本発明は放射線計測において、集積回路を放射線から保護する技術に関する。
放射線を検出する目的で放射線検出器を使用する場合、放射線検出器で検出した信号を処理するのに集積回路（以下ICと略す)が必要となる。ICがチップとして一体形成されたICチップが、動作中に放射線の照射を浴びると内部のIC回路中のトランジスタの劣化が進行し、放射線照射下ではない場合と比較するとICチップの寿命が短くなる。
ところで、最近のマルチスライスX線CT装置の普及にともない、32列や64列などますますスライス数が多いCT装置が開発されるようになってきている。X線CT装置のスライス数が多くなればなるほど、検出器の各検出素子からの信号を処理するIC回路の実装が困難となる。スライス数の増加に伴う検出素子の増加だけでも、収納スペースが不足するが、さらに信号を処理するIC回路も含めると収納スペースはさらに厳しくなるからである。
検出器や信号を処理するIC回路を収納しているガントリーを大きくすれば、収納の問題は解決する。しかし、被検者へ圧迫感を与えたり、CT撮影を行いながら穿刺をするような場合に患部へアクセスが困難となることなどからガントリーの大型化で対応することは好まれない。
また、検出素子数の増加に伴い、多くの信号を処理する必要が生じ、信号線数も増加する。ここで、信号線の取り回しが複雑化して長くなると、ノイズを拾いやすくなるという問題もあるので、信号線は短くしたい。そのため、検出素子と信号を処理するIC回路の距離を近づけるように、検出素子基板の裏面に前記IC回路を装着することが行われる。
そこで、特許文献1では、X線遮蔽板を検出素子が搭載される基盤とICを含む信号処理回路が搭載される基盤との間に装着するという構成を開示する。
しかし、このような構成を採用した場合、検出素子と信号処理回路との間に介在するX線遮蔽板が邪魔して、信号線の取り回しが困難となる。また、プリント基板上の端子からIC上の端子にワイヤボンディングで配線するためには専用の装置が必要となりコストと手間の増大を招く。また、X線遮蔽板の存在のため、検出素子とICとの間をBGAにより結合することはできない。
USP6,510,195号公報
しかし、このような構成を採用した場合、検出素子と信号処理回路との間に介在するX線遮蔽板が邪魔して、信号線の取り回しが困難となる。また、プリント基板上の端子からIC上の端子にワイヤボンディングで配線するためには専用の装置が必要となりコストと手間の増大を招く。また、X線遮蔽板の存在のため、検出素子とICとの間をBGAにより結合することはできない。
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するものであり、IC内に放射線遮蔽部を備え、内部のICチップに対する放射線を遮蔽できるICパッケージを得ることを目的とする。
本発明によれば、基板と、前記基板上に搭載されたICチップと、前記ICチップの外周を封止する樹脂と、前記ICチップからの配線を外部に導きだすための導線と、からなるICパッケージにおいて、前記基板または前記樹脂のうち少なくとも一方に放射線遮蔽部が備えられたものを提供する。
また、前記ICパッケージは、前記導線に接続されたボールグリッドアレイをその表面に備えたことを特徴とする。
また、前記ICパッケージは、前記基板自体が放射線遮蔽材料からなり前記放射線遮蔽部として機能することを特徴とする。
さらに、X線CT装置のX線検出器に搭載されるX線計測回路用ICへ上記ICパッケージを用いたことを特徴とするX線CT装置を提供する。
また、前記ICパッケージは、前記導線に接続されたボールグリッドアレイをその表面に備えたことを特徴とする。
また、前記ICパッケージは、前記基板自体が放射線遮蔽材料からなり前記放射線遮蔽部として機能することを特徴とする。
さらに、X線CT装置のX線検出器に搭載されるX線計測回路用ICへ上記ICパッケージを用いたことを特徴とするX線CT装置を提供する。
本発明により、IC内の電子回路への放射線を、特に別途の遮蔽構造を設けることなく遮蔽できる。特に、放射線検出器の多素子化に伴い複雑化するX線遮蔽構造に制約されることなく、装置を設計することが可能となる。
また、ICを検出器素子の近傍に配置させることができ、配線が短くなる。これにより、検出信号のデジタル化の際の外部からの雑音混入を減少できる。
また、ICを検出器素子の近傍に配置させることができ、配線が短くなる。これにより、検出信号のデジタル化の際の外部からの雑音混入を減少できる。
以下、放射線検出器用の放射線遮蔽型ICの一例として、X線CT装置を例に説明する。
X線CT装置の高解像度化及び高速化に伴い、X線を受光するX線検出器も多素子化される。これらの多数のX線検出素子から得られた信号はアナログ信号である。効率よい処理のため、信号はAD変換器でデジタル化された後、画像化するために処理される。
X線CT装置は、例えば図1のようになっている。X線管球20から照射されたX線は、テーブル22によって測定エリア21内に導かれた被照射体19を通過した後、X線を光に変換するシンチレータ1に入射する。シンチレータ1で変換された光は検出素子2に入射する。検出素子2の出力は、検出素子2を搭載した基板3上のICパッケージ10で処理される。図2に示すように、検出器ユニット4は、シンチレータ1、検出器素子2、ICパッケージ6を搭載した基板からなる。X線検出器5は、検出器ユニット4を多数並べて構成される。このように、X線CT装置の高解像度化及び高速化に伴い、X線を受光するX線検出器5も多素子化されている。
図2は、図1のX線CT装置スキャナ部における検出器ユニット4の構成例を示す。ここでは、検出器ユニットを2枚並べてスライス数を増加させるよう構成している。上述のように、複数の検出器ユニット4を配列することで検出器5を構成する。チャネル数の方向とスライス数の方向は図2に示した通りである。
図3には、図2の裏面の一例を示す。先述した通り、検出器ユニット4を2枚配列してスライス数を増やすようにしている。検出器ユニットはフレキシブルケーブル18で接続し、後段の出力側へも同様にフレキシブルケーブル18経由で接続される。各検出器ユニット4の裏面には、後述するアナログ−デジタル変換等をつかさどるICパッケージ10が搭載される。ICチップ17は、複数の基板を接続する際に信号伝送の制御などをつかさどる。ICチップ17にて制御された信号が、その右隣のフレキシブルケーブル18経由で後段の出力側へ接続される。なお、ここでは検出器ユニット同士や後段との接続用にフレキシブルケーブル18を用いることを説明した。しかし、本発明はこれには限らず、直接ピンで接続したり、光カップリングすることも可能である。
図1において、各検出器ユニット4はプリント基板3の上にシンチレータ素子1及びフォトダイオード素子2を格子状に配列して構成される。X線は格子状に多数並べられたシンチレータ素子１で可視光に変換され、その下のフォトダイオード素子2で電流信号に変換される。これらのフォトダイオード素子2から得られた電流信号はアナログ信号である。その後の効率よい処理のため、これらアナログ信号はAD変換器でデジタル化された後、画像化するために処理される。
X線検出器5は、X線管球20と対向して測定エリア21の周囲を回転しながら、一定時間被検体19を通過したX線を計測する。回転中計測を継続するため、各フォトダイオードからのアナログ出力信号数は膨大な数となる。そのような多数の信号を処理するには、回路規模や配線の複雑さが設計上の問題点となる。そこで、多数の信号処理が可能であり、回路を小型化でき、回路性能の均一化がはかれ、回路製作を効率化できるといったメリットを有するICが上記AD変換器としてデジタル化等に活用される。
ここで、X線検出器からの信号は一般に微小であり、AD変換器の機能を持つICに至るまでの配線は、様々なノイズの影響を受けやすい。このノイズは最終的に画像を構成する際に画質に影響する。画質は、患者の診断のために画像を作成するという人身に係る医療用X線CT装置等においては重大な問題である。ノイズを減少させるには、AD変換器としてのICを検出器素子の近くに配置することが望ましい。しかし、ICを検出器素子の近くに配置するということは、ICがX線に近くなるということである。先に従来技術の欄で述べたように、X線をはじめとする放射線はICチップ内におけるトランジスタの特性や機能の劣化を早める。
図4は本発明の一実施例に係るICパッケージの概略構造図である。IC10は、ICチップ7、接続線としての金ワイヤー9、半田ボール11、多層配線基板12、保護用樹脂材13、及び導線14からなる。ICチップ７はAD変換回路の回路部である。半田ボール11は後段の画像化回路と接続するための端子である。多層配線基板12は、その片面にX線遮蔽体8とさらにその上にICチップ7をもう片面に半田ボール11を搭載する。ICチップ７と半田ボール11は、接続線としての金ワイヤー9と導線14を経由して接続される。これらの構成の上部は保護用樹脂材13で覆われて保護されている。したがって、ICパッケージ10の裏面からX線15が照射された場合、多層基板12内のX線遮蔽体8により、入射したX線が遮られ、ICチップ7がX線の影響を受けることがなくなる。また、ICチップ7と後段への配線用の半田ボール11の距離は大変短いのでノイズの影響をほとんど受けない。 このように構成することで、X線による劣化の防止とノイズの防止を両立可能である。
実施例2では、実施例1では多層配線基板12上に配置されていたX線遮蔽体8が、図5のように多層配線基板12内に埋め込まれている。その他の構成は図4と同様であるので、使用する参照記号は特に断らない限り実施例1と同様のものを使用する。
実施例2において、X線遮蔽体8を多層配線基板12内に埋め込むことの長所は、半田ボール11の形成に使用する材質である鉛入り半田の層をそのままX線遮蔽体8としても用いることで、基板形成時の工程が簡略化できることである。さらに、もう1つのメリットは図6に示したようにX線遮蔽度の必要に応じてX線遮蔽体8の数を増やせることである。X線の遮蔽効果はX線が遮蔽体を通過した厚さに依存するため、多相配線基板12の形成時に埋め込むX線遮蔽体8の数を増やすことで遮蔽度も向上可能である。
また、半田ボール端子の数が少なくてよい場合は、図7のように多層配線基板12の裏面を加工して、そこにX線遮蔽体8を埋め込んでもよい。半田ボール11の形成に使用する材質である鉛入り半田の層を、加工した多層配線基板12の裏面に流し込むだけでX線遮蔽体8を形成できる。こうすると基板形成時の工程がさらに簡略化できる。
また、図8では、ICチップ７を金ワイヤーによるボンディングするのではなく、パッケージ内のICチップ7としてBGAタイプのものを使用した例である。ICの集積度が上がった場合、BGAタイプのICチップを検出器の裏面に直接ボンディングしようとしてもX線遮蔽が充分とならない場合がある。しかし、図8のようにICパッケージを構成する多層基板12内にX線遮蔽体8を形成することで、BGAタイプのICチップ7に対しても有効にX線を遮蔽できる。
実施例3は、実施例1と2におけるボールグリッドアレイ（BGA）タイプではなく、パッケージ側面に端子15が並ぶQFPタイプにおける例である。以下図9を用いて、本実施例を説明する。実施例3では、実施例2と同様に、X線遮蔽体8は、多層配線基板12内に埋め込まれている。なお、参照記号は特に断らない限り、実施例1と同様のものを使用する。
図9に示すICパッケージ10において、図7のようにプリント基板と接触する側のICチップ保護樹脂を加工し、X線遮蔽体８を組み込んである。パッケージ側面に端子15が並ぶQFPタイプのICは、図2から6のBGAタイプのものに比べて端子数が少ない代わりに、裏面に制約がない。このためX線遮蔽体8をより適切な位置に配置でき、ICチップをX線から充分に遮蔽することができる。
実施例1から3までは、多層配線基板12にX線遮蔽体8を装着する例を示した。本実施例はこれらとは異なり、多層配線基板12自体にX線機能を持たせる例を示す。なお、参照記号は特に断らない限り、実施例1と同様のものを使用する。
図10では、多層配線基板12自体を重金属酸化物や窒化物焼結体などのX線吸収作用を持つ素材で構成することで、パッケージ10の裏面から入射するX線を遮蔽することができる。
この場合、後にX線遮蔽体8を形成する手間をかけることなく、ICチップをX線から防護可能となる。これにより、工程の簡略化、製造コストの低減、及び設計の自由度が可能となる。
図10では、多層配線基板12自体を重金属酸化物や窒化物焼結体などのX線吸収作用を持つ素材で構成することで、パッケージ10の裏面から入射するX線を遮蔽することができる。
この場合、後にX線遮蔽体8を形成する手間をかけることなく、ICチップをX線から防護可能となる。これにより、工程の簡略化、製造コストの低減、及び設計の自由度が可能となる。
図11により、実施例5を説明する。実施例1から3までは、多層配線基板12にX線遮蔽体8を装着する例を示した。本実施例はこれらとは異なり、パッケージ上面を覆うパッケージ保護樹脂材13内にもX線遮蔽体を組み込むことで、X線CT装置内で反射して上面からICチップ7に入射するX線に対しても遮蔽効果を持つICパッケージ10を提供する。このように構成することで、ICチップ7へのX線の入射をほぼ完全に防止したICパッケージを提供できる。X線による劣化をより効率的に防止可能となる。なお、参照記号は特に断らない限り、実施例1と同様のものを使用する。
以上述べたように、本発明に係るICパッケージを使った放射線検出器は、ICチップへの放射線照射による特性劣化を考慮することなく使用できる。特に、多くの検出素子を搭載した最近のX線検出器装置では、全ての検出素子に対して特別なX線遮蔽構造を設計する必要がなくなるため、その効果は絶大である。
１ シンチレータ、２ 検出素子、３ 基板、４ 検出ユニット、５ X線検出器、７ ICチップ、９ 金ワイヤー、１０ ICパッケージ、１１ 半田ボール、１２ 多層配線基板、１３ 保護用樹脂材、１４ 導線、１８ フレキシブルケーブル、１９ 被照射体、２０ X線管球、２１ 測定エリア、２２ テーブル
Claims (4)
- 基板と、前記基板上に搭載されたＩＣチップと、前記ＩＣチップの外周を封止する樹脂と、前記ＩＣチップからの配線を外部に導きだすための導線と、からなるＩＣパッケージにおいて、前記基板または前記樹脂のうち少なくとも一方に放射線遮蔽部が備えられたことを特徴とするＩＣパッケージ。
- 前記導線に接続されたボールグリッドアレイをその表面に備えた請求項１に記載のＩＣパッケージ。
- 前記基板自体が放射線遮蔽材料からなり前記放射線遮蔽部として機能することを特徴とする請求項１または２に記載のＩＣパッケージ。
- Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器に搭載されるＸ線計測回路用ＩＣへ請求項１乃至３のいずれかに記載のＩＣパッケージを用いたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
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