JP2006351765A - 集積回路パッケージ及びこれを備えた光または放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部回路と異方導電性接着技術により接続しつつ、集積回路を再利用することができる集積回路パッケージを提供する。
【解決手段】 アクティブマトリクス基板２７に接続される集積回路パッケージ９は、増幅器等として機能する集積回路１１を実装するセラミック基板１３に、異方導電性接着材料１９を用いてフレキシブル基板１５、１６を接合し、これらが一体としてＴＡＢと同じ機能を有している。セラミック基板１３は硬質であるので、その電極が損傷を受けることなく、フレキシブル基板１５、１６および異方導電性接着材料１９と分離することができる。よって、集積回路パッケージ９を取り外したり、交換するとき、フレキシブル基板１５、１６を分離することによって、集積回路１１はセラミック基板１３とともに再利用することができる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、集積回路パッケージ及びこれを備えた光または放射線検出器に係り、特に、集積回路パッケージに含まれる集積回路を再利用可能にする技術に関する。

光または放射線用検出器として近年、フラットパネル型検出器（または、「二次元センサ」ともいい、以下単に「検出器」という）が用いられる。図６に示すように検出器は、光または放射線に有感な半導体層（図示省略）を積層し、この半導体層から電荷情報を読み出すアクティブマトリクス基板５１と、この電荷情報の読出動作を駆動する駆動基板５３と、読み出された電荷情報を増幅しデジタル化する集積回路(Integrated Circuit)５５と、デジタル化された放射線信号を処理したり、集積回路５５に電源を供給する信号処理基板５７とを備えている。

集積回路５５は、ベアチップの状態でフレキシブル基板５９上に形成された電極の上に直接実装され、その後、モールド等のコーティングが施されている。実装方法は、一般的にフリップチップ実装が用いられる。このように、集積回路５５とフレキシブル基板５９とを一体としたものは、ＴＡＢ(Tape Automated Bonding)、またはチップオンフィルム（COF）と呼ばれる（本明細書では集積回路パッケージ６１と呼ぶものとする）。なお、一度実装した場合、集積回路５５をフレキシブル基板５９から再利用可能に分離することはできない。

この集積回路パッケージ６１は１つの検出器に多数個使用されており、図示するように、アクティブマトリクス基板５１および信号処理基板５７の一旦側に並べて設けられている。

集積回路５５の電極間のピッチは比較的狭い、いわゆる狭ピッチであるので（例えば、５０〜３００μｍ）、各集積回路パッケージ６１は、アクティブマトリクス基板５１および信号処理基板５７（これらを特に区別しない場合は、「外部回路」と総称する）と、異方導電性接着(ACF:Anisotropic conductive film)技術を用いて電気的に接続される。

この異方導電性接着技術は、樹脂を主材とする基材に導電性の粒子（フィラー）を混ぜ込んだ異方導電性接着材料（図示省略）を用いる。この異方導電性接着材料をアクティブマトリクス基板５１または信号処理基板５７と、フレキシブル基板５９とによって両側から加圧、圧縮するとともに加熱する。これにより、異方導電性接着材料内の粒子が潰され、異方導電性接着材料の表裏面に多数の導電路が形成される。その後、異方導電性接着材料を硬化させることで、所定の強度と各導電路間の絶縁を確保しつつ、外部回路とフレキシブル基板５９とを接着している。

この異方導電性接着技術によって一度接続した場合、異方導電性接着材料自体がリペア性を持たないので、フレキシブル基板５９を再利用可能に分離することはできない。そのため、外部回路との接続部位の手前でフレキシブル基板５９を切断する。一方、外部回路は比較的硬質なガラス基板や通常のＰＷＢ(Printed Wired Board)回路基板で構成されているため、異方導電性接着材料とフレキシブル基板５９を分離しても電極が損傷せず、再利用することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２７９３１９号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、集積回路パッケージ６１を一旦、外部回路と接続すると、その後の取り外し、または交換の際には、上述したようにフレキシブル基板５９を外部回路から再利用可能に分離することができない。このとき、集積回路パッケージ６１に含まれる集積回路５５についても、フレキシブル基板５９から再利用可能に分離することができない。結局、集積回路パッケージ６１を取り外したり、交換する場合は、これに含まれる集積回路５５とともに処分せざるを得ない。しかしながら、集積回路は非常に高価であるので、このように集積回路パッケージ６１を使い捨てるような使い方は、相当なコストアップとなる。

なお、コネクタ接続は、一般に狭ピッチで電気的に接続することができないので、集積回路とフレキシブル基板とを良好に接続することができない。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、外部回路と異方導電性接着技術により接続しつつ、集積回路を再利用することができる集積回路パッケージを提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、集積回路と、前記集積回路が実装される硬質プリント基板と、外部回路と前記集積回路とを電気的に接続するフレキシブル基板と、を備え、前記硬質プリント基板と前記フレキシブル基板とが異方導電性接着材料で電気的に接続されていることを特徴とする集積回路パッケージである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、比較的硬い硬質プリント基板が異方導電性接着材料と直接接合するように構成することで、硬質プリント基板は異方導電性接着材料から分離することができる。このとき、硬質プリント基板に形成された回路パターン及び電極の強度は比較的高いので、硬質プリント基板は損傷を受けることなく、異方導電性接着材料を完全に剥がすことができる。したがって、硬質プリント基板に実装される集積回路は、硬質プリント基板と一体となって、フレキシブル基板および異方導電性接着材料から分離することができる。したがって、例えば、外部回路が不良または異常となった場合であっても、集積回路パッケージに含まれる集積回路を処分することを要せず、硬質プリント基板とともに再利用することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の集積回路パッケージにおいて、前記硬質プリント基板は、セラミック基板、ガラス基板、およびガラスエポキシ樹脂基板のいずれかであることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、硬質プリント基板をセラミック基板、ガラス基板、およびガラスエポキシ樹脂基板のいずれかとすることで、接合する異方導電性接着材料を好適に分離することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の集積回路パッケージを備えた光または放射線検出器であって、前記外部回路は、光または放射線に感応して電荷情報を生成する半導体層と、前記半導体層から得られた電荷情報を読み出すアクティブマトリクス基板とを備えていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、アクティブマトリクス基板や半導体層に不良や異常があった場合であっても、集積回路は再利用することができる光または放射線検出器とすることができる。

なお、本明細書は、次のような光または放射線検出器に係る発明も開示している。

（１）請求項３に記載の光または放射線検出器において、前記集積回路は、増幅器、および／または、Ａ／Ｄ変換器として機能し、アクティブマトリクス基板によって読み出された電荷情報を増幅、および／または、デジタル化することを特徴とする光または放射線検出器。

前記（１）に記載の発明によれば、集積回路を増幅器やＡ／Ｄ変換器として機能させることで、好適に電荷情報を増幅しデジタル化することができる。

（２）請求項３に記載の光または放射線検出器において、前記集積回路は、ゲートドライバ回路として機能し、アクティブマトリクス基板の電荷情報の読出し動作を制御することを特徴とする光または放射線検出器。

前記（２）に記載の発明によれば、集積回路をゲートドライバ回路として機能させることで、好適にアクティブマトリクス基板の電荷情報の読出し動作を制御することができる。

この発明に係る集積回路パッケージによれば、比較的硬い硬質プリント基板が異方導電性接着材料と直接接合するように構成することで、硬質プリント基板は異方導電性接着材料から分離することができる。このとき、硬質プリント基板に形成された回路パターン及び電極の強度は比較的高いので、硬質プリント基板は損傷を受けることなく、異方導電性接着材料を完全に剥がすことができる。したがって、硬質プリント基板に実装される集積回路は、硬質プリント基板と一体となって、フレキシブル基板および異方導電性接着材料から分離することができる。したがって、例えば、外部回路が不良または異常となった場合であっても、集積回路パッケージに含まれる集積回路を処分することを要せず、硬質プリント基板とともに再利用することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例1を説明する。
図１は、実施例に係るＸ線検出器の概略構成を示す平面図であり、図２は検出部の垂直断面図であり、図３はＸ線検出器の詳細構成を示す平面図である。Ｘ線検出器は、この発明における光または放射線検出器に相当する。

本実施例のＸ線検出器は、フラットパネル型検出器であり、Ｘ線を検出する検出部１と、この検出部１を駆動する駆動基板３と、検出部１から読み出される信号である電荷情報を信号処理基板５とを有する。駆動基板３と検出部１の一端側との間は、駆動用集積回路を実装した駆動用ＴＡＢ７によって電気的に接続されている。

また、信号処理基板５と検出部１の他の一端側との間は、複数個の集積回路パッケージ９が並列に接続されている。各集積回路パッケージ９は、集積回路１１とこの集積回路１１が実装されるセラミック基板１３とセラミック基板１３と接続される２個のフレキシブル基板１５、１６とを含み、これらが一体としてＴＡＢ(Tape Automated Bonding)と同じ機能となっている。

図２を参照する。検出部１は、図示するようにＸ線の入射側から順に、バイアス電圧を印加する印加電極２１と、Ｘ線を電荷情報に変換するＸ線変換層２３と、変換された電荷情報を収集する電荷収集電極２５とアクティブマトリクス基板２７とが積層されている。すなわち、本実施例のＸ線検出器は、直接、Ｘ線を電荷に変換する直接変換タイプである。

Ｘ線変換層２３としては、アモルファスセレン等が例示される。また、アクティブマトリクス基板２７としては、電気絶縁性を有するガラス基板等が例示される。Ｘ線変換層２３は、この発明における半導体層に相当する。

電荷収集電極２５は、平面視２次元マトリクス状に分離形成されている。さらに、アクティブマトリクス基板２７上には、電荷収集電極２５ごとに、電荷情報を蓄積するコンデンサＣａと、電荷収集電極２５とコンデンサＣａとをソースＳに接続し、電荷情報を取り出すスイッチング素子である薄膜トランジスタ（Thin Film Transistors）Ｔｒとが分離形成されている。これら１組の電荷収集電極２５とコンデンサＣａと薄膜トランジスタＴｒとは、これに応じた領域のＸ線変換層２３および印加電極２１と併せて、１個の検出素子ｄを構成する。

したがって、Ｘ線検出器の検出面には、図３に示すように、多数個の検出素子ｄは、交差する２軸方向である行と列に沿って配列されていると見ることができる。たとえば、縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ程の広さの検出面には、縦３０７２個×横３０７２個の検出素子ｄが配列されている。

さらに、アクティブマトリクス基板２７には、検出素子ｄの行ごとにゲートライン３１が敷設されているとともに、検出素子ｄの列ごとにデータライン３３とが敷設されている。各ゲートライン３１は、各行の薄膜トランジスタＴｒのゲートに共通接続されている。また、各データライン３３は、各列の薄膜トランジスタＴｒのドレインに共通接続されている。

駆動基板３、および駆動用ＴＡＢ７は、例えば、プリント配線基板等の基板やＴＡＢにゲートドライバ回路として機能する集積回路を搭載したものである。そして、アクティブマトリクス基板２７から引き出された各ゲートライン３１に接続されている。

信号処理基板５は、例えば、プリント配線基板等の基板に信号処理回路として機能する集積回路を搭載したものである。そして、アクティブマトリクス基板２７から引き出された各データライン３３と、複数個の集積回路パッケージ９を介して接続されている。

図４を参照する。図４は、実施例に係る集積回路パッケージ９の正面図と平面図である。集積回路１１は、電荷情報を増幅し、かつ、デジタル化する機能を有する。したがって、集積回路１１は、図３に示すように、機能的に見ると、増幅器４１、およびＡ／Ｄ変換器４３となる。

セラミック基板１３は、集積回路１１を実装することができるセラミックの薄板である。機械的な強度があり、比較的硬質である。セラミック基板１３は、この発明における硬質プリント基板に相当する。

集積回路１１の実装方法は、フリップチップ実装方式による。すなわち、バンプ（図示省略）が形成された集積回路の接続面１１ａを下側にして、熱や圧力をかけてセラミック基板１３と電気的に接続する。

フレキシブル基板１５、１６は、その一端側をセラミック基板１３の対向する２辺の両側にそれぞれ接続している。フレキシブル基板１５、１６とセラミック基板１３との間の電気的接続は、異方導電性接着(ACF:Anisotropic conductive film)技術が用いられている。この方法によれば、電極間のピッチが狭ピッチ（例えば、５０〜３００μｍ）であっても、好適に電気的な接続をとることができる。

異方導電性接着(ACF:Anisotropic conductive film)技術は、樹脂を主材とする基材に導電性の粒子（フィラー）を混ぜ込んだ異方導電性接着材料１９を用いる。この異方導電性接着材料１９をフレキシブル基板１５、１６とセラミック基板１３とによって両側から加圧、圧縮する。これにより、異方導電性接着材料１９内の粒子が潰され（図示省略）、異方導電性接着材料１９の表裏面に多数の導電路が形成される。このとき、異方導電性接着材料１９に熱を加えて硬化させることで、所定の強度と各導電路間の絶縁を確保しつつ、フレキシブル基板１５、１６とセラミック基板１３とを接着している。

集積回路パッケージ９は、集積回路１１、セラミック基板１３、フレキシブル基板１５、１６を、絶縁性樹脂に封入し、一体としてＴＡＢ状態としたものである。そして、各集積回路パッケージ９は、使用される形態において個別に検査される。

検査を経た集積回路パッケージ９は、フレキシブル基板１５の他端側をアクティブマトリクス基板２７と接続することにより、検出部１と電気的に接続される。また、フレキシブル基板１６の他端側は信号処理基板５と接続される（図４において図示省略）。フレキシブル基板１５とアクティブマトリクス基板２７との接続、および、フレキシブル基板１６と信号処理基板５との接続も、上述した異方導電性接着材料が用いられる。

次に、実施例に係るＸ線検出器の動作を説明する。
印加電極２１にバイアス電圧を印加した状態でＸ線が入射すると、Ｘ線変換層２３においてＸ線から電荷情報に変換される。この電荷情報は電荷収集電極２５を介してコンデンサＣａに蓄積される。

駆動基板３は、フレキシブル基板７を介して、順次にゲートライン３１を選択して走査信号を与える。選択された各ゲートライン３１は、走査信号を薄膜トランジスタＴｒのゲートに転送する。これによって、オン状態に移行した薄膜トランジスタＴｒを経由して、コンデンサＣａに蓄積された電荷情報がデータライン３３に読み出される。読み出された電荷情報は各集積回路パッケージ９に入力される。

フレキシブル基板１５とセラミック基板１３とは、電荷情報を集積回路１１に伝送する。集積回路１１は、電荷情報を増幅し、デジタル化して出力する。出力されたデータは、セラミック基板１３とフレキシブル基板１６とを介して信号処理基板５に入力される。信号処理基板５は、データに対して所定の処理を行う。

次に、このような動作をするＸ線検出器に用いられる集積回路１１の再利用について説明する。

集積回路パッケージ９の外部回路である、アクティブマトリクス基板２７の不良等によって、集積回路パッケージ９を取り外したり交換する際は、フレキシブル基板１５、１６をセラミック基板１３から分離する。

分離するときは、まず、フレキシブル基板１５、１６を、セラミック基板１３との接続端近傍で切断する。そして、セラミック基板１３の電極部に接合している異方導電性接着材料１９を加熱して取り外した後、残った部分を溶剤で溶かして、フレキシブル基板１５，１６の各片とともにセラミック基板１３から剥離させる。

セラミック基板１３自体が比較的硬質であり、このセラミック基板１３に形成された回路パターン強度および電極強度は高い。よって、セラミック基板１３の電極を損傷することなく、フレキシブル基板１５、１６を分離することができる。この際、セラミック基板１３に実装される集積回路１１は、直接的にフレキシブル基板１５、１６と接合しないので、損傷を受けることはない。

分離されたセラミック基板１３は、集積回路１１を実装したまま、新たなフレキシブル基板と接合して集積回路パッケージ９として再度、構成することができる。

このように、実施例１に係るＸ線検出器に用いられる集積回路パッケージ９は、比較的硬いセラミック基板１３とフレキシブル基板１５、１６が異方導電性接着材料１９によって接合しているので、セラミック基板１３の電極を損傷させることなく、フレキシブル基板１５、１６および異方導電性接着材料１９を分離することができる。よって、セラミック基板１３に実装される集積回路１１は、セラミック基板１３と一体となって、再利用することができる。

また、集積回路パッケージ９は、比較的硬いセラミック基板１３を備えているので、その使用される形態において個別に検査することができるので、良品・不良品を確実に選別することができる。ちなみに、従来の集積回路パッケージ６１は、フレキシブル基板の上に直接集積回路５５を実装するものであるため、その使用される形態において個別に検査することが難しい。

また、このような集積回路パッケージ９を用いてＸ線検出器を構成することで、集積回路パッケージ９の交換、取り外しに際して、集積回路１１を処分することを要しない。よって、比較的高価な集積回路１１を有効に再利用しつつ、Ｘ線検出器を製造することができる。

また、集積回路１１を、増幅器４１、および、Ａ／Ｄ変換器４３として機能させることで、好適に電荷情報を増幅しデジタル化することができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、集積回路１１は、セラミック基板１３にフリップチップ実装方式により実装されていたが、これに限られず、ワイヤーボンディング実装方式によって実装してもよい。

さらに、この場合、両面露出構造のプリパンチ方式の（インとアウトの接続端子がそれぞれ異なる表裏面に形成されている）フレキシブル基板１７、１８を用いて集積回路パッケージ１０を構成する。これにより、外部回路との接続を、フリップチップ実装方式による場合の接続のＰＩＮ配列を変更することなく行うことができる。

図４とともに図５を参照して説明する。図５は、変形例に係る集積回路パッケージの正面図と平面図である。具体的には、集積回路１１の一の電極を電極Ｉ１とし、この電極Ｉ１と導通するアクティブマトリクス基板２７側の端子を端子Ａ１とする。フリップチップ実装方式による集積回路パッケージ９をアクティブマトリクス基板２７に接続した場合、端子Ａ１の位置は、図４に示す通りとなる。この集積回路パッケージ９に換えて、ワイヤーボンディング実装方式による集積回路パッケージ１０を採用するときは、図５に示すように、集積回路１１自体を下側に向ける。これにより、ワイヤーボンディング実装方式では反転する電極Ｉ１の平面視の位置（図５参照）を、フリップチップ実装方式のときと同じにすることができる（図４参照）。また、集積回路１１と一体に下側に向けられたセラミック基板１３に、プリパンチ方式のフレキシブル基板１７、１８を接続する。これにより、セラミック基板１３を、アクティブマトリクス基板２７等と好適に接続することができる。そして、電極Ｉ１と導通する端子Ａ１の位置（図５参照）を、フリップチップ実装方式のとき（図４参照）と同じにすることができる。

（２）この他に、集積回路１１とセラミック基板１３との電気的接続を、フリップチップ実装方式に換えて、異方導電性接着技術を用いて行ってもよい。

（３）上述した実施例では、集積回路パッケージ９は、セラミック基板１３を備える構成であったが、これに限られない。セラミック基板１３に換えて、ガラス基板やガラスエポキシ基板を適宜に選択してもよい。

（４）上述した実施例では、異方導電性接着材料１９は、絶縁性基材中に導電性粒子（フィラー）を混ぜ込んだものであり、熱硬化するものであったが、これに限られず、異方導電性接着技術に用いられる公知の材料を適宜に採用することができる。

（５）上述した実施例では、集積回路１１は、増幅器４１、およびＡ／Ｄ変換器４３として機能させるものであったが、これに限られない。たとえば、集積回路１１を増幅器４１のみとして機能させてもよい。

また、集積回路をゲートドライバ回路と機能させてもよい。このような集積回路を含む集積回路パッケージによって、駆動基板３に換えてアクティブマトリクス基板２７の電荷情報の読出し動作を駆動するように構成してもよい。

（６）上述した実施例では、セラミック基板１３の両端側にフレキシブル基板１５、１６を接続して集積回路パッケージ９を構成していたが、フレキシブル基板１５、１６のいずれかを省略して、セラミック基板１３の片側にのみフレキシブル基板を接続して集積回路パッケージを構成してもよい。

（７）上述した実施例では、入射したＸ線をＸ線変換層２３によって電荷情報に直接的に変換するものであったが、これに限られない。たとえば、入射したＸ線をシンチレータによって光に変換し、光感応型の物質で形成された半導体層によってその光を電荷情報に変換する間接型であってもよい。

（８）上述した実施例では、Ｘ線の入射を検出するＸ線検出器であったが、入射するものはＸ線に限定されない。Ｘ線以外の放射線、または、光を入射させる場合にも適用できる。

（９）上述した実施例では、Ｘ線検出器の用途を特定していないが、たとえば、医用分野に用いられるＸ線撮影装置に適用してもよい。また、Ｘ線以外の放射線を用いる装置にも適用することができ、また、非破壊検査、ＲＩ（Radio Isotope）検査、および光学検査などの工業分野などに用いられる放射線撮影装置にも適用できる。

実施例に係るＸ線検出器の概略構成を示す平面図である。 検出部の垂直断面図である。 Ｘ線検出器の詳細構成を示す平面図である。 実施例に係る集積回路パッケージの正面図と平面図である。 変形例に係る集積回路パッケージの正面図と平面図である。 従来のＸ線検出器の概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１ …検出部
３ …駆動基板
５ …信号処理基板
９、１０ …集積回路パッケージ
１１ …集積回路
１３ …セラミック基板
１５、１６、１７、１８ …フレキシブル基板
１９ …異方導電性接着材料
２３ …Ｘ線変換層
２７ …アクティブマトリクス基板
４１ …増幅器
４３ …Ａ／Ｄ変換器

Claims (3)

1. 集積回路と、前記集積回路が実装される硬質プリント基板と、外部回路と前記集積回路とを電気的に接続するフレキシブル基板と、を備え、前記硬質プリント基板と前記フレキシブル基板とが異方導電性接着材料で電気的に接続されていることを特徴とする集積回路パッケージ。
2. 請求項１に記載の集積回路パッケージにおいて、前記硬質プリント基板は、セラミック基板、ガラス基板、およびガラスエポキシ樹脂基板のいずれかであることを特徴とする集積回路パッケージ。
3. 請求項１または請求項２に記載の集積回路パッケージを備えた光または放射線検出器であって、前記外部回路は、光または放射線に感応して電荷情報を生成する半導体層と、前記半導体層から得られた電荷情報を読み出すアクティブマトリクス基板とを備えていることを特徴とする光または放射線検出器。
   
   

Images