JP2014035293A - 放射線検出器及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リジッドプリント基板の上に、多数のフォトダイオードが作り込まれた半導体基板を搭載した構造でありながら、フォトダイオードの出力信号を容易に外部に引き出し可能な構造を提供する。
【解決方法】リジッドプリント基板１１上に半導体基板１２を搭載し、半導体基板１２の上にシンチレータを搭載し、リジッドプリント基板１１の下にフレキシブル基板２２を配置した構成とする。半導体基板１２には、２次元方向に配列された複数のフォトダイオードと、配線によってフォトダイオードに接続された複数の半導体基板側ボンディングパッドを形成する。複数の半導体基板側ボンディングパッドはそれぞれ、複数のプリント基板側ボンディングパッドとボンディングワイヤ１３により接続する。リジッドプリント基板１１の下面は、はんだバンプによりフレキシブル基板と接続する。
【選択図】図３

Description

本発明はＸ線、γ線などを検出する放射線検出器、特にＸ線ＣＴ装置などの医用画像診断装置に好適な放射線検出器に関する。また本発明は、放射線検出器を用いた医用画像診断装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置の放射線検出器は、セラミックシンチレータなどの蛍光体素子とフォトダイオード素子を組み合わせた間接変換型検出器が現在の主流である。例えば、特許文献１に開示されているように、二次元アレイ状のシンチレータ素子の下に、二次元アレイ状のフォトダイオード素子を配置した検出素子モジュールを、Ｘ線管の焦点を中心とした円弧状に複数個並べた構造が多く採用されている。複数の検出素子モジュールを円弧状に並べる際には、特許文献１の図２および図６のように、隣接する検出素子モジュールのフォトダイオード素子が隙間なく配列するように、高精度に位置合わせされている。Ｘ線管から出射され、被検者を透過したＸ線は、シンチレータ素子に入射し、光に変換され、フォトダイオード素子により電流信号に変換される。これによりＸ線強度に応じた電流信号が出力される。出力電流信号は、ＡＤ変換回路基板にてディジタル信号に変換された後、画像処理装置へ伝送され、ＣＴ画像が作成される。

検出素子モジュールのフォトダイオード素子は、１枚のシリコン基板上に複数のフォトダイオードを二次元アレイ状に配列して作り込んだ構成であり、リジッドプリント配線板の上に搭載される。フォトダイオード素子の各フォトダイオードの信号線は、シリコン基板の端部に接続されたボンディングワイヤにより、リジッドプリント配線板の配線に接続される（特許文献２の図２）。

しかしながら、ボンディングワイヤを用いる構造は、シリコン基板上に配置可能な信号線の本数によって、配列可能なフォトダイオードの数が制限される。そこで、シリコン基板上のフォトダイオードごとに、シリコン基板を厚み方向に貫通する貫通配線を設け、シリコン基板の裏面に配置したバンプを介して、リジッドプリント配線板の配線に接続する貫通配線構造（特許文献２の図４）や、フォトダイオードが形成された面の背面側から光を入射させ、フォトダイオードが形成された面に配置したバンプを介してリジッドプリント配線板に接続するバックリット構造（特許文献３の図５）などのフリップチップ実装構造も用いられる。このフリップチップ実装構造により、原理的にはシリコン基板に配列可能なフォトダイオード数に制限がなくなり、無限に大きな検出素子モジュールを製造することが出来る。一般に、６４スライスや１２８スライス等のように１６スライスよりも多いスライス数のＸ線ＣＴ装置では、シリコン基板を貫通する配線とバンプを用いて信号線を接続する構造が採用される。

特開２００４−８４０６号公報 特開２００３−６６１４９号公報 特開２００６−２９８３９号公報

しかしながら、貫通配線構造やバックリット構造などのフリップチップ実装構造は、リジッドプリント配線板の上面に極めて高い平面度が必要である。その理由は、シリコン基板の裏面のバンプは、オーミックコンタクトをとるために金バンプを使用する必要があり、現在の金ワイヤから金バンプを形成する技術では、金バンプの直径を５０μｍ程度よりも大きくすることが難しいためである。このため、リジットプリント配線板は、上面の平面度（凹凸、うねり）が５０μｍ以下という極めて高い精度に形成しなければ、金バンプによる接続を実現することができない。また、はんだバンプを用いるとバンプ高さを高くすることは可能だが、鉛フリーはんだに対するＵＢＭ（アンダーバンプメタライゼーション）の接続信頼性が低いため、実用化は困難である。

リジッドプリント配線板の上面を高い平面度にするには、リジッドプリント配線板として研磨加工が可能なセラミック基板を用い、研磨加工により上面の平面度を５０μｍ以下にする必要がある。しかし、リジッドプリント配線板に研磨加工を施して、極めて高い平面度にする工程は、時間がかかるとともに、製造工程を複雑にする。また、製造歩留まりが低下する原因になる。これらの理由により、製造コストも上昇する。

さらに、数百個のフォトダイオードが作り込まれたシリコン基板の裏面の、直径の５０μｍ以下の数百個の金バンプを、リジッドプリント配線板の上面の数百個のバンプ接続領域にそれぞれ位置合わせして接続するのは、非常に高い技術を必要とする。このため、高価な高精度実装装置等が必要であるとともに、製造歩留まりが低下する要因となる。

本発明の目的は、上記課題を解決するため、リジッドプリント基板の上に、多数のフォトダイオードが作り込まれた半導体基板を搭載した構造でありながら、フォトダイオードの出力信号を容易に外部に引き出し可能な構造を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明では、リジッドプリント基板上に半導体基板を搭載し、半導体基板の上にシンチレータを搭載し、リジッドプリント基板の下にフレキシブル基板を配置した構成とする。半導体基板には、２次元方向に配列された複数のフォトダイオードと、配線によってフォトダイオードに接続された複数の半導体基板側ボンディングパッドを形成する。複数の半導体基板側ボンディングパッドはそれぞれ、複数のプリント基板側ボンディングパッドにボンディングワイヤにより接続される。リジッドプリント基板の下面は、はんだバンプによりフレキシブル基板に接続される。

本発明では、ボンディングワイヤとはんだバンプにより、半導体基板のフォトダイオードの出力信号を、フレキシブル基板に受け渡すことができる。はんだバンプの径は数百ミクロンに容易に形成できるため、リジッドプリント基板に高精度な平面度を要求しない。また、ワイヤボンディングも高精度な平面度を要求せず、しかも、金ワイヤを用いることにより、オーミックコンタクトを実現できる。よって、リジッドプリント基板の上に、多数のフォトダイオードが作り込まれた半導体基板を搭載した構造でありながら、フォトダイオードの出力信号を容易に外部に引き出し可能な構造を提供できる。

第１の実施形態の放射線検出器の斜視図。 第１の実施形態の放射線検出モジュールの側面図。 第１の実施形態の放射線検出モジュール（シンチレータを取り外した状態）の斜視図。 図３の放射線検出モジュールの上面図。 図３の放射線検出モジュールのボンディングパッドの上面図。 図３の放射線検出モジュールのリジッドプリント基板１１の下面図。 図３の放射線検出モジュールをチャンネル方向に円弧状に複数並べた状態を示す上面図。 リジッドプリント基板１１のｙｚ断面の配線７４の一部を模式的に示す説明図。 リジッドプリント基板１１のｚｘ断面の配線７４を模式的に示す説明図。 （ａ）図２の拡大図、（ｂ）フレキシブル基板２２を屈曲させていない状態の屈曲領域２２ｂの構造を示す断面図。 図３の放射線検出モジュールの別の配列のボンディングパッドの上面図。 図３の放射線検出モジュールのフレキシブル基板２２の配線の一部の上面図。 第２の実施形態のリジッドプリント基板１１のｚｘ断面の配線７４を模式的に示す説明図。 第２の実施形態の放射線検出モジュールのリジッドプリント基板１１の下面図。 第３の実施形態のＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図。

（第１の実施形態）
第１の実施形態として、本発明の放射線検出器の一例について説明する。

図１は、放射線検出器の斜視図であり、図２は、放射線検出器を構成する放射線検出モジュール１０の側面図である。図３は、シンチレータ２１を取り外した放射線検出モジュール１０の斜視図であり、図４は、図３の放射線検出モジュール１０の上面図である。

図１の放射線検出器を構成する放射線検出モジュール１０は、図２のように、リジッドプリント基板１１と、リジッドプリント基板１１の上に搭載された半導体基板１２と、半導体基板１２の上に搭載されたシンチレータ２１と、リジッドプリント基板１１の下に配置されたフレキシブル基板２２とを備えて構成されている。

図４のように、半導体基板１２には、チャンネル方向（ｘ方向）とスライス方向（ｙ方向）の２次元方向に配列された複数のフォトダイオード４１が作り込まれている。シンチレータ２１は、フォトダイオード４１の配列に対応する配列の溝により２次元に分割されている。溝の内壁には光反射膜が配置されている。

半導体基板１２の上面には、半導体基板１２のチャンネル方向の２辺４２，４３に沿って、半導体基板側ボンディングパッド領域４４，４５が設けられている。これら領域４４、４５内には、図５のように、複数の半導体基板側ボンディングパッド５２ａ，５２ｂ，５２ｃが配置されている。半導体基板側ボンディングパッド５２ａ，５２ｂ，５２ｃの数は、フォトダイオード３１の数と同数である。また、半導体基板１２には、複数のフォトダイオード３１の電極と、半導体基板側ボンディングパッド５２ａ，５２ｂ，５２ｃとを接続する配線（図示せず）が備えられている。

リジッドプリント基板１１の上面には、図５のように、複数のプリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆが配置されている。プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆの数は、半導体基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃと同数である。また、リジッドプリント基板１１の下面には、図６のように、複数のバンプ接続パッド１１１が配列されている。バンプ接続パッド１１１は、プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆと同数である。リジッドプリント基板１１内には、上面の複数のプリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆと下面の複数のバンプ接続パッド１１１とを接続する複数の配線が備えられている。

一方、フレキシブル基板２２は、複数の配線を備えている。

複数の半導体基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃは、複数のプリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆに、ボンディングワイヤ１３でそれぞれ接続されている。一方、リジッドプリント基板１１の下面のバンプ接続パッド１１１は、フレキシブル基板２２の複数の配線に、はんだバンプ２３によりそれぞれ接続されている。

このような構成の放射線検出モジュールにおいて、シンチレータ２１の上方から放射線（例えばＸ線）が入射すると、シンチレータ２１は放射線によって励起され、光（可視光）を発する。半導体基板１２のフォトダイオード４１は、シンチレータ２１が発した光強度に応じた強度のアナログ電気信号を出力する。フォトダイオード４１の出力した電気信号は、半導体基板１２内の配線を通って、チャンネル方向の２辺４２，４３に沿って配置された半導体基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃに達し、ボンディングワイヤ１３により、リジッドプリント基板１１の上面のプリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆに受け渡される。

プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆに達した電気信号は、リジッドプリント基板１１内の配線を通って、下面のバンプ接続パッド１１１に到達し、はんだバンプ２３によって、フレキシブル基板２２に受け渡される。電気信号は、フレキシブル基板２２の配線により所望の位置まで引き回され、図２のようにプリント基板１１の下部でコネクタ２４により取り出すことができる。取り出された電気信号は、図示しない回路へ伝送された後ディジタル信号に変換され、画像再構成処理を施され、ＣＴ画像が生成される。

このように、第１の実施形態では、半導体基板１２をボンディングワイヤ１３によりリジッドプリント基板１１に電気的に接続し、リジッドプリント基板１１の裏面をはんだバンプ２３によりフレキシブル基板に電気的に接続する構成である。これにより、多数のフォトダイオード４１をチャンネル方向およびスライス方向の２次元に配列した構造でありながら、フォトダイオード４１の出力電気信号を、従来のように金バンプを用いることなく、ボンディングワイヤ１３で半導体基板１２の対向する２辺から取り出し、はんだバンプ２３でフレキシブル基板２２まで引き出すことができる。

ボンディングワイヤ１３は、多数のパッド同士を接続しても、金バンプのように高い平面度を必要としない。また、ワイヤボンディングは、半導体基板１２とリジッドプリント基板１１の上面のボンディングパッド同士を接続するため、接続位置を容易に確認することができ、半導体基板１２の裏面の金バンプをプリント基板と接続する場合と比較して、容易に高精度に接続できる。しかも、ボンディングワイヤ１３として金ワイヤを用いることにより、金バンプと同様に、半導体基板１２に対してオーミックコンタクトをとることができる。

また、はんだバンプ２３は、直径５０μｍ程度以下にしか形成できない金バンプと比較して、ひと桁大きな直径（例えば２００〜５００μｍ）に印刷技術等を用いて容易に形成することができる。このため、リジッドプリント基板１１とフレキシブル基板２２との接続に必要な平面度（凹凸やうねり）は、金バンプの場合が５０μｍ以下の極めて高い平面度であるのに対して、はんだバンプ２３を用いることにより、数百μｍ以下（例えば５００μｍ以下）までひと桁以上大きくすることができる。

したがって、半導体基板１２を搭載するリジッドプリント基板１１の表面に、金バンプを用いる場合のように研磨加工を施す必要がなく、製造工程を簡略化することができるとともに、製造歩留まりを向上させることができる。また、研磨加工を施す必要がないため、リジッドプリント基板１１として、絶縁材料が樹脂のプリント基板を用いることができる。また、リジッドプリント基板１１とフレキシブル基板２２との接続工程もバンプが大きいため、位置合わせ等が容易になり、金バンプを用いる場合よりも容易に接続することができる。

これにより、図４に示すように、例えば２４チャンネル×６４スライスのように多数のフォトダイオード４１が配列された放射線検出モジュール１０を容易に、かつ、歩留まりよく製造することができる。

なお、はんだバンプ２３としては、例えば、Sn-3.0%Ag-0.5%Cuを用いることができる。リジッドプリント基板１１は、例えば絶縁体層が、ガラス線維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませたガラスエポキシ樹脂（ＦＲ−４）もしくはセラミックスのものを用いることができる。配線層、プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆおよびバンプ接続パッドは、銅により形成することができる。フレキシブル基板２２としては、例えば、配線層が６層で、これが絶縁体層の間に挟まれた構造のものを用いることができる。

また、フレキシブル基板２２のうちリジッドプリント基板１１と対向する領域には、リジッドプリント基板１１のバンプ接続パッドと対向する位置に、それぞれランドが設けられていることが望ましい。

この放射線検出モジュール１０を、図７のようにリジッドプリント基板１１のスライス方向（ｙ方向）の辺が接するように円弧状に複数並べ、ポリゴン１２０で支持することにより、図１のように円弧方向（チャンネル方向：ｘ方向）に必要なチャンネル数のフォトダイオード４１が並んだ放射線検出器を構成することができる。リジッドプリント基板１１の上にコリメータ支持部１１６を配置し、コリメータ１１３をコリメータ支持部１１６に取り付けることも可能である。なお、図１では、図示を容易にするために、半導体基板１２のフォトダイオード４１の数、および、それに対応して分割されたシンチレータ２１の分割数を図４よりも少なく図示している。また、図１では、放射線検出モジュール１０が５個並べられた放射線検出器を示しているが、６個以上の必要数の放射線検出モジュール１０を並べて放射線検出器を構成することももちろん可能である。

以下、放射線検出モジュール１０の構成についてさらに詳細に説明する。

半導体基板１２は、図３、図４等のように、チャンネル方向の２辺の間で分割されている構成にすることができる。すなわち、２枚の半導体基板１２ａ、１２ｂの端面を突き合わせてリジッドプリント基板１１に搭載する構成にする。これにより、分割した半導体基板１２ａ、１２ｂの面積は、１枚の半導体基板１２を用いる場合よりも小さくなるため、半導体基板１２（１２ａ、１２ｂ）の製造が容易になる。この場合、半導体基板１２ａには、チャンネル方向（ｘ方向）の１辺のみに半導体基板側ボンディングパッド領域４４を設け、この領域内に半導体基板側ボンディングパッド５２ａ，５２ｂ，５２ｃを配置する。同様に、半導体基板１２ｂも、チャンネル方向（ｘ方向）の１辺のみに半導体基板側ボンディングパッド領域４５を設け、この領域内に半導体基板側ボンディングパッドプリント基板側ボンディングパッド領域５３，５４を配置する。

リジッドプリント基板１１上には、図４、図５のように半導体基板１２（１２ａ、１２ｂ）の半導体基板側ボンディングパッド領域４４、４５が設けられた２辺４２，４３に沿う領域にプリント基板側ボンディングパッド領域５３，５４がそれぞれ配置されている。プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆは、これらの領域５３，５４内にそれぞれ配置されている。

これにより、ボンディングワイヤ１３をフォトダイオード４１の上に配置する必要がなく、半導体基板１２（１２ａ、１２ｂ）のフォトダイオード４１が配置されていない領域からすべての電気信号をボンディングワイヤ１３により取り出して、リジッドプリント基板１１に受け渡すことができる。よって、フォトダイオード４１の上にシンチレータ２１を搭載する際に、ボンディングワイヤ１３が妨げにならない。

また、リジッドプリント基板１１の下面のバンプ接続パッド１１１は、下面に設定されたバンプ接続パッド配置領域６１内に２次元に配列されている。このバンプ接続パッド領域６１は、リジッドプリント基板１１の中央に設けられ、上面のプリント基板側ボンディングパッド領域５３，５４よりも面積が大きい。このように、上面のプリント基板側ボンディングパッド領域５３，５４よりも大きなバンプ接続パッド領域６１をリジッドプリント基板１１の下面に設けたことにより、プリント基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃの径よりも大きな、バンプ接続パッド１１１を配置することができる。よって、径の大きなはんだバンプ２３を用いて、信頼性高く、かつ、大きな強度で、リジッドプリント基板１１とフレキシブル基板２２とを接続することができる。

プリント基板側ボンディングパッド領域５３，５４は、リジッドプリント基板１１のスライス方向（ｙ方向）について、バンプ接続パッド領域６１よりも、外側に配置する。また、プリント基板側ボンディングパッド領域５３，５４は、チャンネル方向（ｘ方向）の幅がバンプ接続パッド領域６１よりも大きい。図８にリジッドプリント基板１１におけるｙｚ断面の配線７４の一部を、図９にｚｘ断面の配線７４を模式的に示す。図８のように、配線７４は、リジッドプリント基板１１の内部で、主平面内のｙ方向に平行に配置された部分７２を有する。さらに配線７４の一部は、図９のように、主平面内のｘ方向に平行に配置された部分７３を有する。この配線７４により、上面のプリント基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃは、下面のバンプ接続パッド１１１に接続されている。

フレキシブル基板２２は、チャンネル方向（ｘ方向）の幅が、リジッドプリント基板１１よりも大きい。図２およびその拡大図を図１０（ａ）に示すように、フレキシブル基板２２は、リジッドプリント基板１１のチャンネル方向の端面１１ａの位置もしくは端面１１ａよりも内側の位置で、下方に９０度屈曲している。フレキシブル基板１１の屈曲していない領域２２ａ（リジッドプリント基板１１と対向している領域）が、はんだバンプ２３によってリジッドプリント基板１１に接続されている。

すなわち、バンプ接続パッド領域６１のｘ方向の幅を、リジッドプリント基板１１の幅よりも狭くすることにより、フレキシブル基板２２を屈曲させる領域を確保している。よって、リジッドプリント基板１１の端面１１ａよりも内側位置でフレキシブル基板２２を下方に９０度屈曲させることができる。

このような構成にすることにより、フレキシブル基板２２の下方に屈曲した領域２２ｃを長く設けることができるため、図１〜図３のように内部の配線の信号を取り出すためのコネクタ２４を複数配置することができる。よって、リジッドプリント基板１１に高密度にフォトダイオード４１が形成された多チャンネル、多スライスの放射線検出モジュールであっても、多数のフォトダイオード４１からの信号を規格化された複数のコネクタ２４によって取り出すことが可能になる。また、リジッドプリント基板１１の長辺から下方に屈曲させることで、フレキシブル基板１１の幅を大きくすることができ、フレキシブル基板１１内に配線をより多く配置できるとともに、フレキシブル基板２２がリジッドプリント基板１１の主平面方向の外側に張り出さないため、複数のリジッドプリント基板１１を図７のように長辺同士が隣接するように隙間なく配置できる。

フレキシブル基板２２は、フォトダイオード４１の数に対応した多数の配線を備えるため、図１０（ｂ）に示すように多層構造にすることができる。具体的には、フレキシブル基板２２は、積層された複数の絶縁層１０１と、絶縁層１０１の上に搭載された配線層１０２と、積層された絶縁層１０１および配線層１０２を接着する接着層１０３とを備える構成とする。例えば６層の配線層１０２を７層の絶縁層１０１で挟んだ構造とすることができる。このとき、接着層１０３は、屈曲させる位置を中心とした所定の幅Ｇの領域２２ｂには、配置されていない。これにより、領域２２ｂの絶縁層１０１同士は接着されていないため、フレキシブル基板２２を９０度屈曲させても、内周側の絶縁層１０１は、外周側の絶縁層１０１よりも小さな曲率半径で曲がることができる。よって、多層の絶縁層１０１同士に応力が加わらず、フレキシブル基板２２全体を小さな曲率半径で、曲げることができる。したがって、フレキシブル基板２２の領域２２ｃを下方に屈曲させても、それを支える領域２２ａのはんだバンプ２３には大きな力がかからないため、はんだバンプ２３がフレキシブル基板２２の屈曲により破断するのを防ぐことができる。

また、フレキシブル基板２２がリジッドプリント基板１１と対向する領域２２ａの下面には、セラミックス板２５が予め接着されている。セラミックス板２５が接着されていることにより、フレキシブル基板２２の領域２２ａの平面度を向上させることができ、フレキシブル基板２２の領域２２ａと多数のはんだバンプ２３と接合する工程を容易に行うことができるとともに、接合の信頼性を向上させることができる。

次に、リジッドプリント基板１１の構造と、半導体基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃについて図５を用いてさらに説明する。

半導体基板１２の半導体基板側ボンディングパッド領域４４，４５には、半導体基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃが辺４２，４３に沿って３列に所定の配置されている。各列のパッド５２ａ〜５２ｃのｘ方向の間隔Ｔは一定である。第１列のパッド５２ａおよび第３列のパッド５２ｃはｘ方向について同位置に配置され、第２列のパッド５２ｂは、第１列および第３列のパッド５２ａ、５２ｃに対してＴ／２だけｘ方向にずれて配置されている。

プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆは、半導体基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃと同数であり、プリント基板側ボンディングパッド領域５３、５４内に３列に配置されている。各列のパッド７１ａ〜７１ｆのｘ方向の間隔ＢＰｘは一定である。第１列のパッド７１ａ、７１ｂおよび第３列のパッド７１ｅ、７１ｆはｘ方向について同位置に配置され、第２列のパッド７１ｃ、７１ｄは、第１列および第３のパッド７１ａ、７１ｂ、７１ｅ、７１ｆに対してＢＰｘ／２だけｘ方向にずれて配置されている。

第１列の半導体基板側ボンディングパッド５２ａは、ボンディングワイヤ１３によって第１列のプリント基板側ボンディングパッド７１ａ、７１ｂに接続される。同様に、第２列のパッド５２ｂは、第２列のパッド７１ｃ、７１ｄに、第３列のパッド５２ｃは、第３列のパッド７１ｅ、７１ｆに接続される。

プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆには、いずれもビアランド９１が接続され、ビアランド９１の下部に設けられたビアにより、リジッドプリント基板１１の各層の配線に接続されている。

プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆの配置は、ボンディングワイヤ１３の密度の制約およびパッド７１ａ〜７１ｆの密度の制約などによって制限される。すなわち、ｘ方向およびｙ方向のボンディングピッチＢＰｘおよびＢＰｙが狭すぎると、隣接するボンディングワイヤ１３同士が接触して短絡すること、またｙ方向ボンディングピッチＢＰｙが広すぎるとボンディングワイヤ１３が長すぎてワイヤ倒れによる短絡を起こすことなどを回避して、ボンディングワイヤ１３を配置できるようにプリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆの配置を設計する必要がある。また、パッド７１ａ〜７１ｆの密度は、パッドから引き出される配線の幅Ｌ、パッドに接続されるビアランド９１の径Ｄ、パッド間隔などの設計ルールを満足するように配置を定める必要がある。

例えば、従来の１６スライス装置で見られた半導体基板（フォトダイオードアレイ）１枚の両端（ｘ方向に沿う２辺）から信号線を取り出す放射線検出モジュールでは、半導体基板のｘ方向の辺の約１ｍｍに８本のワイヤボンディングを実施する必要があるが、この場合ボンディングパッドは、１ｍｍ／８本＝０．１２５ｍｍ／本ピッチの１列か、あるいは２列配置で容易に構成することが可能であった。ところが、図４のように６４スライスの放射線検出モジュールを、仮に１列のボンディングパッドで実現しようとすると、１ｍｍ／３２本＝０．０３１ｍｍ／本ピッチで半導体基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃおよびプリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆを配置する必要がある。しかしながら、このような狭ピッチのボンディングパッドは、ボンディングワイヤの密度、パッドの密度のどちらの制約からも実現が極めて困難である。発明者らの検討では、６４スライス放射線検出モジュールをワイヤボンディングで実現するためには、半導体基板側ボンディングパッド５２ａ〜５２ｃおよびプリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆを３〜６列で配置することが好適である。

リジッドプリント基板１１は、多数のボンディングパッド７１ａ〜７１ｆに接続される多数の配線７４を、所定のピッチで配置する必要があるため多層構造である。図５の例では、リジッドプリント基板１１を少なくとも６層構造にし、プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆのそれぞれの列からパッドを交互に選択して、異なる層の配線に接続する構造としている。具体的には、第１列のパッドのうちパッド７１ａは、リジッドプリント基板１１の第１の層の配線に、パッド７１ｂは、第２の層の配線に接続される。第２列のパッドのうちパッド７１ｃは、第３の層の配線に、パッド７１ｄは、第４の層の配線に接続される。第３列のパッドのうちパッド７１ｅは、第５の層の配線に、パッド７１ｆは、第６の層の配線にそれぞれ接続される。各層の配線７４は、図９に示したように基板下面のバンプ接続パッド１１１にビアによって接続され、はんだバンプ２３へ接続される。

図１１のように、プリント基板側ボンディングパッド７１ａ〜７１ｆを６列に配置することも可能である。この場合、リジッドプリント基板１１を１２層構成にして、それぞれの列のパッドを交互に異なる層の配線に接続することができる。

なお、ノイズ対策などの目的から表層を通る信号配線を極力少なくする場合には、更に２層追加してもよい。

またＸ線ＣＴ用の放射線検出モジュールの場合、シンチレータ２１、半導体基板１２、リジッドプリント基板１１、はんだバンプ２３、フレキシブル基板２２の各々の材料の熱膨張係数、ヤング率、部品寸法を勘案して、そのバランスを調整することにより、積層構造によりモジュール全体に生じる反り（平面度）を低減することが望ましい。例えば、リジッドプリント基板１１が反っていると、フォトダイオード４１が、Ｘ線焦点から逸れた方向を向くため、フォトダイオード４１の特性にばらつきが生じたり、フォトダイオード４１の位置情報が不正確になるなどの悪影響が生じる。また、はんだバンプ２３によるフレキシブル基板２２とリジッドプリント基板１１との接続が困難になる。

このため、リジッドプリント基板１１の絶縁層としては、ヤング率２０ＧＰａ以上の樹脂又はセラミックスを用いることが望ましい。また、リジッドプリント基板１１の厚さは、２ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは２．３ｍｍ以上である。このように高いヤング率の材料を用い、厚さを２ｍｍ以上にすることすることにより、リジッドプリント基板１１の全体の反りを数百μｍ以下に抑制することができる。

なお、リジッドプリント基板１１の絶縁層としてセラミックスを用いる場合であっても、リジッドプリント基板１１は、ワイヤボンディングとはんだバンプにより半導体基板１２とフレキシブル基板２２に接続されるため、従来の金バンプを用いる場合のように、５０μｍ以下という非常に高い平面度まで研磨加工をする必要はない。

また、セラミックス板２５をフレキシブル基板２２の領域２２ａの裏面に接着してからリジッドプリント基板１１とはんだバンプ２３で接合することにより、組立て完成後の全体的な反りをさらに小さくすることが出来る。

また、本実施形態では、上述したようにフレキシブル基板２２を、接着層１０３を配置していない領域２２ｂで屈曲させているが、この領域２２ｂの幅Ｇは、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。

領域２２ｂの幅を１ｍｍ以上に設定することにより、フレキシブル基板２２をはんだバンプ２３でリジッドプリント基板１１に接続した後、フレキシブル基板２２を屈曲させる際にはんだバンプ２３に機械的なストレスがかかりにくく、はんだバンプ２３の断裂を防止できる。具体的には、４層程度以上の多層フレキシブル基板を小さな曲率半径で屈曲させる場合には大きな力が必要となってくると共に、最外層の配線は引っ張られ、逆に最内層の配線は圧縮され、その結果断線する危険が非常に高くなることがよく知られているが、本実施形態では領域２２ｂを設けているため、屈曲させた時に各層が互いに自由に滑ることができる。よって、フレキシブル基板２２の層間の引っ張り応力および圧縮応力を緩和させることができると同時に、屈曲に要する力も低減することが可能である。これにより、曲率半径０．５〜１．０ｍｍでフレキシブル基板を断線させることなく、はんだバンプ２３に掛かる応力も軽減して安定かつ容易に屈曲させることができる。

また、領域２２ａの幅を３ｍｍよりも広げることは、屈曲のためには必要以上に広く、はんだバンプ２３と接続されるフレキシブル基板２２側のランドの配置領域を狭める。これにより、はんだバンプ２３を配置する領域６１の幅を狭くなり、はんだバンプ２３の配列ピッチＶＰｘが狭くなり、はんだバンプ２３が短絡を起こしやすくなる。よって、領域２２ａの幅は３ｍｍ以下であることが好ましい。

図１２は、フレキシブル基板２２の配線構造を示したものである。フレキシブル基板２２には、はんだバンプ２３と接合されるランド８１が配置されている。フレキシブル基板２２の配線層１０２は、６層構造であり、ランド８１は、その下部に設けられたビアを介して６層の配線層１０２のいずれかの配線層１０２の配線８２に接続されている。

フレキシブル基板２２内部の配線８２は、ｙ方向ビアピッチ（ランド８１のピッチ）ＶＰｙ、ランド８１径Ｄ、配線８２の幅Ｌ、配線８２の間隔Ｓなどの設計ルールを満足させるように設計される。本実施形態のように６４スライス×２４チャンネルのリジッドプリント基板２２の場合、ｙ方向ビアピッチＶＰｙは、約１ｍｍの間に配線８２を３〜４本通すことが可能なピッチであるため、最低３〜４層の配線層１０２が必要となる。はんだバンプ２３との接続層、コネクタ２４との接続層を追加すると５〜６層の多層構造が必要となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の放射線検出モジュールについて、図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、リジッドプリント基板１１のｚｘ断面における配線７４の一部を模式的に示したものである。図１４は、第２の実施形態のリジッドプリント基板１１の下面図である。

本実施形態では、リジッドプリント基板１１の下面に、リジッドプリント基板１１の配線７４に接続されていないダミーバンプ接続パッド１４０を複数配置する。ダミーバンプ接続パッド１４０は、バンプ接続パッド配置領域６１の外周（外側）に配置され、ダミーバンプ接続パッド１４０とフレキシブル基板２２は、ダミーはんだバンプ２３ｄにより接続される。ダミーはんだバンプ２３ｄは、はんだバンプ２３と同様の大きさおよび材質である。

このように、配線７４に接続されていないダミーはんだバンプ２３ｄをはんだバンプ２３の外周に配置したことにより、フレキシブル基板２２を領域２２ｂで９０度折り曲げる際に、フレキシブル基板２２をリジッドプリント基板１１から引き離す方向の力がかかった場合、ダミーはんだバンプ２３ｄがこの力を支えることができる。よって、はんだバンプ２３に大きな力が加わるのを防ぎ、はんだバンプ２３が破断しにくく、はんだバンプ２３の機械的強度、および接続信頼性を向上させることができる。

これ以外の構造は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第３の実施形態）
本発明の放射線検出器を備えたＸ線ＣＴ装置を、図１５を用いて説明する。図１５は、本発明のＸ線ＣＴ装置の概略を示す図である。このＸ線ＣＴ装置は、スキャンガントリ部３１０と画像再構成部３２０とを備える。スキャンガントリ部３１０には、被検体が搬入される開口部３１４を備えた回転円板３１１が備えられている。この回転円板３１１にＸ線管３１２と、Ｘ線管３１２に取り付けられ、Ｘ線束の放射方向を制御するコリメータ３１３と、Ｘ線管３１２と対向して回転円板３１１に搭載されたＸ線検出器３１５と、Ｘ線検出器３１５で検出されたＸ線を所定の信号に変換する検出器回路３１６が搭載されている。また、スキャンガントリ部３１０は、回転円板３１１の回転及びＸ線束の幅を制御するスキャン制御回路３１７をさらに備えている。

Ｘ線検出器３１５は、第１または第２の実施形態の放射線検出モジュール１０を用いた図１の構成の放射線検出器である。放射線検出モジュール１０の半導体基板１２のフォトダイオード４１は、Ｘ線管３１２の焦点位置に向けられている。フレキシブル基板２２のコネクタ２４は、図示しないケーブルにより検出器回路３１６に接続され、フォトダイオード４１がそれぞれ出力した電気信号を検出器回路３１６に受け渡す。

画像再構成部３２０は、入力装置３２１と、画像演算回路３２２と、画像情報付加部３２３と、ディスプレイ回路３２４とを備えている。入力装置３２１は、被検者氏名、検査日時、検査条件などの入力をユーザから受け付ける。画像演算回路３２２は、検出器回路３１６から送出される計測データＳ１を演算処理してＣＴ画像再構成を行う。画像情報付加部３２３は、画像演算回路３２２で作成されたＣＴ画像に、入力装置３２１から入力された被検者氏名、検査日時、検査条件などの情報を付加する。ディスプレイ回路３２４は、画像情報を付加されたＣＴ画像信号Ｓ２の表示ゲインを調整してディスプレイモニタ３３０へ出力する。

このＸ線ＣＴ装置は、スキャンガントリ部３１０の開口部３１４に、寝台（図示せず）が設置されている。Ｘ線ＣＴ装置で、ＣＴ画像（断層像）を撮影する際には、寝台に被検者を寝かせて開口部３１４に挿入し、Ｘ線管３１２からＸ線を照射する。このＸ線はコリメータ３１３により指向性を得て、Ｘ線検出器３１５により検出される。この際、回転円板３１１を被検者の周りに回転させることにより、Ｘ線を照射する方向を変えながら、被検者を透過したＸ線を検出する。この計測データをもとに画像再構成部３２０は、画像再構成を行い、ＣＴ画像（断層像）を生成する。画像情報付加部３２３は、ＣＴ画像に被検者氏名等の情報を付加し、ディスプレイ回路３２４は、ＣＴ画像をディスプレイモニタ３３０に表示する。

ここでＸ線検出器３１５には、第１または第２の実施形態で説明した本発明の放射線検出器を用いているため、６４スライス等のようにリジッドプリント基板１１の上に、多数のフォトダイオード４１が作り込まれた半導体基板１２を搭載した構造でありながら、フォトダイオードの出力信号をはんだバンプを用いてフレキシブル基板２２に容易に受け渡し可能な構造である。よって、電気接続の信頼性が高く、製造効率のよく、低コストの多スライスのＸ線ＣＴ装置を提供することができる。

なお、上述した実施例は本発明の構造を限定するためのものではなく、具体的な実施の形態を示す例であり、同一の効果を有する他の形態であっても本発明を実現することは可能である。

１１：リジッドプリント基板、１２：半導体基板、１３：ボンディングワイヤ、２１：シンチレータ、２２：フレキシブル基板、２３：はんだバンプ、２３ｄ：ダミーはんだバンプ、２４：コネクタ、２５：セラミックス板、３１０：スキャンガントリ部、３１１：回転円板、３１２：Ｘ線管、３１３：コリメータ、３１４：開口部、３１５：Ｘ線検出器、３１６：検出器回路、３１７：スキャン制御回路、３２０：画像再構成部、３２１：入力装置、３２２：画像演算回路、３２３：画像情報付加部、３２４：ディスプレイ回路、３３０：ディスプレイモニタ

Claims (11)

1. リジッドプリント基板と、前記リジッドプリント基板の上に搭載された半導体基板と、前記半導体基板の上に搭載されたシンチレータと、前記リジッドプリント基板の下に配置されたフレキシブル基板とを有し、
   前記半導体基板は、チャンネル方向とスライス方向の２次元方向に配列された複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの一端が接続された複数の配線と、前記配線の他端に接続された複数の半導体基板側ボンディングパッドが形成され、前記半導体基板側ボンディングパッドは、前記半導体基板のチャンネル方向の２辺に沿って配置され、
   前記リジッドプリント基板は、上面に配置された複数のプリント基板側ボンディングパッドと、下面に配置された複数のバンプ接続パッドと、上面の複数の前記プリント基板側ボンディングパッドと下面の複数の前記バンプ接続パッドとを接続する複数の配線とを備え、
   前記フレキシブル基板は、複数の配線を備え、
   複数の前記半導体基板側ボンディングパッドはそれぞれ、複数の前記プリント基板側ボンディングパッドとボンディングワイヤで接続され、
   前記リジッドプリント基板の下面の複数の前記バンプ接続パッドは、前記フレキシブル基板の複数の前記配線と、はんだバンプにより接続されていることを特徴とする放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器において、前記リジッドプリント基板の上面の複数の前記プリント基板側ボンディングパッドは、前記半導体基板の前記チャンネル方向の２辺に沿う領域に配置され、
   前記リジッドプリント基板の下面の複数の前記バンプ接続パッドは、前記下面に設定されたバンプ接続パッド配置領域内で２次元に配列されていることを特徴とする放射線検出器。
3. 請求項２に記載の放射線検出器において、前記プリント基板側ボンディングパッドが配置されている領域は、前記バンプ接続パッド配置領域よりも前記スライス方向について外側に配置され、前記リジッドプリント基板の複数の前記配線は、前記プリント基板側ボンディングバッドと前記バンプ接続パッドとを接続するために、前記リジッドプリント基板の主平面方向に沿って配置された部分を有することを特徴とする放射線検出器。
4. 請求項２に記載の放射線検出器において、前記リジッドプリント基板の下面には、前記リジッドプリント基板の配線に接続されていないダミーバンプ接続パッドが複数備えられ、
   前記ダミーバンプ接続パッドは、前記バンプ接続パッド配置領域の外周に配置され、
   前記ダミーバンプ接続パッドと前記フレキシブル基板は、ダミーはんだバンプにより接続されていることを特徴とする放射線検出器。
5. 請求項１に記載の放射線検出器において、前記半導体基板は、前記チャンネル方向の２辺の間で分割されていることを特徴とする放射線検出器。
6. 請求項１に記載の放射線検出器において、前記フレキシブル基板は、前記チャンネル方向の幅が、前記リジッドプリント基板よりも大きく、前記リジッドプリント基板のチャンネル方向の端面位置もしくは前記端面よりも内側の位置で、下方に９０度屈曲していることを特徴とする放射線検出器。
7. 請求項６に記載の放射線検出器において、前記フレキシブル基板は、積層された複数の絶縁層と、積層された前記複数の絶縁層を接着する接着層とを備え、前記複数の配線は、前記複数の絶縁層の上に配置され、
   前記接着層は、前記屈曲している領域には設けられていないことを特徴とする放射線検出器。
8. 請求項１に記載の放射線検出器において、前記リジッドプリント基板は、積層された複数の絶縁層と、前記絶縁層との上に配置された配線層とを含み、前記絶縁層を構成する材料は、ヤング率が２０ＧＰａ以上であることを特徴とする放射線検出器。
9. 請求項８に記載の放射線検出器において、前記リジッドプリント基板の厚さは、２ｍｍ以上であることを特徴とする放射線検出器。
10. 請求項６に記載の放射線検出器において、前記フレキシブル基板の前記リジッドプリント基板と対向している領域には、前記フレキシブル基板の下面にセラミックス板が接着されていることを特徴とする放射線検出器。
11. 中心に開口を有する回転円板と、前記回転円板の開口を挟んだ位置に搭載された、Ｘ線源およびＸ線検出器と、前記回転円板の開口に被検体を挿入するための寝台とを有するＸ線ＣＴ装置において、
    前記Ｘ線検出器は、請求項１に記載の放射線検出器であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

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