JP2017219443A - 光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法 - Google Patents

光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ガイガーモードＡＰＤを含むチップ間のクロストークを抑制可能な光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法を提供する。
【解決手段】
光検出ユニットＤは、第１配線基板２０と、受光面Ｓ１ｓと裏面Ｓ１ｒとを有し、第１主面２０ｓ上に二次元状に配列された複数の光検出チップＳ１と、第１バンプ電極ＢＥと、受光面Ｓ１ｓ上に設けられたガラス部材Ｓ２と、光反射性又は光吸収性を有する光遮蔽部Ｆと、を備える。光検出チップＳ１は、ガイガーモードＡＰＤを含み、裏面Ｓ１ｒが第１主面２０ｓに対向した状態において第１バンプ電極ＢＥにより第１配線基板２０に実装されている。光遮蔽部Ｆは、互いに隣接する光検出チップＳ１の間に位置する中間領域Ｍ１において、少なくとも受光面Ｓ１ｓよりもガラス部材Ｓ２に設けられている。
【選択図】図９

Description

本発明は、光検出ユニット、光検出素子、及び、光検出ユニットの製造方法に関する。
特許文献１には、光検出装置が記載されている。この光検出装置は、入射した光の光量に応じた電気信号をそれぞれ出力する複数の受光素子と、複数の受光素子に対向して配置されており、複数の受光素子から出力された電気信号が入力される信号処理素子と、複数の受光素子と信号処理素子との間の空隙に充填されている樹脂と、該樹脂における複数の受光素子及び信号処理素子から露出する表面を覆うように配置された遮光部材と、を備えている。
特開２００９−１１１０８９号公報 特開２０１１−００３７３９号公報
特許文献１に記載の光検出装置においては、遮光部材が、複数の受光素子と信号処理素子との間の空隙に充填された樹脂における受光素子及び信号処理素子から露出する表面を覆うように配置されている。これにより、樹脂における受光素子及び信号処理素子から露出する表面からの光の入射を抑制し、迷光の発生を防ぐことを図っている。
ところで、ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオード（ガイガーモードＡＰＤ）と、それぞれのアバランシェフォトダイオードに対して直列に接続されたクエンチング抵抗と、を備えているフォトダイオードアレイが知られている（たとえば、特許文献２参照）。このフォトダイオードアレイでは、画素を構成するアバランシェフォトダイオードがフォトンを検出してガイガー放電したとき、アバランシェフォトダイオードに接続されたクエンチング抵抗の働きにより、パルス状の信号を得る。それぞれのアバランシェフォトダイオードが、各々フォトンをカウントする。
ここで、本発明者は、このようなガイガーモードＡＰＤをアレイ化して構成されるＳｉＰＭ（Silicon Photomultipliers）チップを二次元状に配列する（タイリングする）ことにより大面積ＳｉＰＭチップアレイの開発及び評価を進める過程において、各ＳｉＰＭチップが互いに離間されて配列されているにも関わらず、各ＳｉＰＭチップの出力に対して、ＳｉＰＭチップ間のクロストークの影響があるとの課題が生じるという知見を得た。このような課題は、上述したように、本発明者が、非常に光感度の高いＳｉＰＭチップを二次元状に配列した構成を検討することにより見出された課題である。
本発明は、そのような状況に接してなされたものであり、ガイガーモードＡＰＤを含むチップ間のクロストークを抑制可能な光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法を提供することを課題とする。
本発明者は、上記課題を解決するためにさらなる検討を重ねた結果、次のような知見を得た。すなわち、一例として、ＳｉＰＭチップの受光面上にガラス部材を設ける場合がある。また、別の例では、光透過性を有するモールド樹脂によって、複数のＳｉＰＭチップを一体的に封止する場合がある。いずれの場合にも、ＳｉＰＭチップの受光面上に光透過部が形成され、被検出光は、光透過部を介して受光面に到達することになる。このため、１つのＳｉＰＭチップの受光面上の光透過部に入射した被検出光の迷光が、隣接する別のＳｉＰＭチップの受光面上の光透過部や受光面に入射する場合があり、このことがＳｉＰＭチップ間のクロストークの原因となる。本発明者は、以上の知見に基づいて、本発明を完成させるに至った。
本発明に係る光検出ユニットは、第１主面を有する第１配線基板と、受光面と受光面の反対側の裏面とを有し、第１主面上に二次元状に配列された複数の光検出チップと、光検出チップを第１配線基板に電気的に接続する第１バンプ電極と、受光面上に設けられた光透過部と、光反射性又は光吸収性を有する光遮蔽部と、を備え、光検出チップは、ガイガーモードＡＰＤを含み、裏面が第１主面に対向した状態において第１バンプ電極により第１配線基板に実装されており、光遮蔽部は、第１主面に交差する第１方向からみて互いに隣接する光検出チップの間に位置する中間領域において、少なくとも受光面よりも光透過部側に設けられている。
この光検出ユニットにおいては、ガイガーモードＡＰＤ（ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオード）を含む光検出チップが、第１配線基板の第１主面上に二次元状に配列され、第１バンプ電極により実装されている（タイリングされている）。光検出チップの受光面上には、光透過部が設けられている。そして、互いに隣接する光検出チップの間の中間領域には、少なくとも光検出チップの受光面よりも光透過部側に光遮蔽部が設けられている。このため、迷光が、１つの光検出チップの受光面上の光透過部から別の光検出チップの受光面上の光透過部や受光面に入射することが抑制される。したがって、ガイガーモードＡＰＤを含むチップ間のクロストークを抑制可能である。
本発明に係る光検出ユニットにおいては、光透過部は、受光面側の面の反対側の光入射面を含み、第１方向について、光遮蔽部の光入射面側の端部は、光入射面よりも第１主面側に位置し、且つ、第１主面側に向けて窪んでいてもよい。この場合、第１方向からみて、光遮蔽部が受光面に重複することが避けられる。また、光透過部上に樹脂等の接着剤を配置したときに、光遮蔽部の端部の窪みによって余剰の接着剤を逃すことができる。
本発明に係る光検出ユニットにおいては、光透過部は、光検出チップのそれぞれの受光面に取り付けられたガラス部材であり、光遮蔽部は、中間領域、及び、第１主面と裏面との間の第１下部領域にわたって一体的に設けられていてもよい。この場合、例えば、光反射性又は光吸収性を有するアンダーフィル樹脂を中間領域及び第１下部領域に充填することにより、一括して光遮蔽部を構成することができる。
本発明に係る光検出ユニットにおいては、光透過部は、複数の光検出チップを一体的に封止する樹脂部の一部であり、樹脂部には、中間領域に位置する溝部が設けられており、光遮蔽部は、溝部内に配置されていてもよい。このように、樹脂部によって複数の光検出チップを一括して封止して光透過部を構成した場合には、当該樹脂部に溝部を形成して溝部内に光遮蔽部を配置すればよい。
本発明に係る光検出装置は、上記の複数の光検出ユニットと、第２主面を有する第２配線基板と、光検出ユニットを第２配線基板に電気的に接続する第２バンプ電極と、を備え、光検出ユニットは、第２主面に沿って配列され、且つ、第１配線基板の第１主面の反対側の底面が第２主面に対向した状態において、第２バンプ電極により第２配線基板に実装されており、光遮蔽部は、中間領域、第１主面と裏面との間の第１下部領域、及び、第２主面と底面との間の第２下部領域にわたって一体的に設けられている。
本発明に係る光検出装置は、上記の複数の光検出ユニットと、第２主面を有する第２配線基板と、光検出ユニットを第２配線基板に電気的に接続する第２バンプ電極と、とを備え、光検出ユニットは、第２主面に沿って配列され、且つ、第１配線基板の第１主面の反対側の底面が第２主面に対向した状態において、第２バンプ電極により第２配線基板に実装されており、光遮蔽部は、互いに隣り合う光検出ユニットの間における中間領域において、少なくとも受光面よりも光透過部側にさらに設けられている。
これらの光検出装置は、上記の光検出ユニットを備える。したがって、ガイガーモードＡＰＤを含むチップ間のクロストークを抑制可能である。また、互いに隣接する光検出ユニット間においても、チップ間のクロストークが抑制される。
本発明に係る光検出ユニットの製造方法は、第１主面を有する第１配線基板、及び、受光面と受光面の反対側の裏面とを有する複数の光検出チップを用意する第１工程と、裏面が第１主面に対向するように、且つ、第１主面上に二次元状に配列されるように、裏面と第１主面との間に第１バンプ電極を介在させながら第１主面上に複数の光検出チップを配置する第２工程と、第１バンプ電極のリフローにより、複数の光検出チップを第１主面に実装する第３工程と、第１主面に交差する第１方向からみて互いに隣接する光検出チップの間に位置する中間領域、及び、第１主面と裏面との間の第１下部領域にアンダーフィル樹脂を充填する第４工程と、を備え、光検出チップは、ガイガーモードＡＰＤを含み、光検出チップのそれぞれの受光面上には、光透過部が設けられており、アンダーフィル樹脂は、光反射性又は光吸収性を有し、第４工程においては、中間領域において少なくとも受光面よりも光透過部側に至るまでアンダーフィル樹脂を充填することにより、光遮蔽部を構成する。
この方法においては、ガイガーモードＡＰＤを含む光検出チップを第１配線基板の第１主面上に実装した後に、光反射性又は光透過性を有するアンダーフィル樹脂を、中間領域及び第１下部領域に充填する。このとき、中間領域において少なくとも受光面よりも光透過部側に至るまでアンダーフィル樹脂を充填することにより、光遮蔽部を構成する。したがって、製造された光検出ユニットにおいては、迷光が、１つの光検出チップの受光面上の光透過部から別の光検出チップの受光面上の光透過部や受光面に入射することが抑制される。つまり、この方法によれば、ガイガーモードＡＰＤを含むチップ間のクロストークを抑制可能な光検出ユニットを製造できる。
本発明に係る光検出ユニットの製造方法は、第１主面を有する第１配線基板、及び、受光面と受光面の反対側の裏面とを有する複数の光検出チップを用意する第１工程と、裏面が第１主面に対向するように、且つ、第１主面上に二次元状に配列されるように、裏面と第１主面との間に第１バンプ電極を介在させながら第１主面上に複数の光検出チップを配置する第２工程と、第１バンプ電極のリフローにより、複数の光検出チップを第１主面に実装する第３工程と、光透過性を有するモールド樹脂によって複数の光検出チップを一体的に封止する樹脂部を構成することにより、複数の受光面上にわたって樹脂部の一部である光透過部を構成する第４工程と、第１主面に交差する第１方向からみて互いに隣接する光検出チップの間に位置する中間領域に位置するように、樹脂部に溝部を形成する第５工程と、光反射性又は光吸収性を有する樹脂を溝部内に充填することにより光遮蔽部を構成する第６工程と、を備え、光検出チップは、ガイガーモードＡＰＤを含み、第５工程においては、中間領域において少なくとも受光面よりも光透過部側に溝部を形成する。
この方法においては、ガイガーモードＡＰＤを含む光検出チップを第１配線基板の第１主面上に実装した後に、光透過性を有するモールド樹脂により複数の光検出チップを一体的に封止することにより、複数の受光面上にわたって光透過部を構成する。その後、中間領域に位置するように溝部を形成する。このとき、中間領域において少なくとも受光面よりも光透過部側に溝部を形成する。そして、光反射性又は光吸収性を有する樹脂を溝部内に充填することにより光遮蔽部を構成する。このため、製造された光検出ユニットにおいては、迷光が、１つの光検出チップの受光面上の光透過部から別の光検出チップの受光面上の光透過部や受光面に入射することが抑制される。つまり、この方法によれば、ガイガーモードＡＰＤを含むチップ間のクロストークを抑制可能な光検出ユニットを製造できる。
本発明によれば、ガイガーモードＡＰＤを含むチップ間のクロストークを抑制可能な光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法を提供することができる。
本実施形態に係る光検出ユニットの斜視図である。 図１に示された検出チップを示す斜視図である。 図２に示された光検出チップの平面図である。 図３に示された領域ＲＳ１の拡大図である。 図１に示された光検出ユニットの回路図である。 図３に示された共通電極の周辺部の光検出部の平面図である。 図３に示された共通電極の周辺部の断面図である。 図１に示された光検出ユニットの模式的な底面図である。 図１に示された光検出ユニットの模式的な断面図である。 図９に示された光検出ユニットの製造方法の主な工程を示す図である。 図９に示された光検出ユニットの製造方法の主な工程を示す図である。 図９に示された光検出ユニットの製造方法の主な工程を示す図である。 図９に示された光検出ユニットの製造方法の主な工程を示す図である。 図９に示された光検出ユニットの製造方法の主な工程を示す図である。 変形例に係る光検出ユニットの模式的な断面図である。 図１５に示された光検出ユニットの製造方法の主な工程を示す図である。 図１５に示された光検出ユニットの製造方法の主な工程を示す図である。 図９に示された光検出ユニットを備える光検出装置の模式的な断面図である。 変形例に係る光絵検出装置の模式的な断面図である。 アンダーフィル樹脂の充填の様子を示す図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素同士には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図１は、本実施形態に係る光検出ユニットの斜視図である。図１に示されるように、光検出ユニットＤは、第１配線基板２０と、複数の検出チップＳを、を備えている。第１配線基板２０は、第１主面２０ｓを有している。検出チップＳは、第１主面２０ｓ上に二次元状に配列されている。個々の検出チップＳと第１配線基板２０との間には、バンプ電極が介在している。ここでは、４×４個の検出チップＳが配置されているが、検出チップＳの数はこれに限定されない。また、同図では、ＸＹＺ三次元直交座標系が示されているが、γ線又はＸ線等の放射線が、Ｚ軸の負方向に進行し、検出チップＳに入射する。検出チップＳからの出力信号はバンプ電極を介して、第１配線基板２０に入力される。
図２は、図１に示された検出チップを示す斜視図である。図２に示されるように、検出チップＳは、半導体領域を含む光検出チップＳ１と、光検出チップＳ１上に設けられた板状のガラス部材Ｓ２と、光検出チップＳ１及びガラス部材Ｓ２上に設けられたシンチレータＳ３と、を有している。光検出チップＳ１とガラス部材Ｓ２との間、及び、ガラス部材Ｓ２とシンチレータＳ３との間には、接着層が介在されている。
接着層は、例えば、例えばEpoxy Technologies社製のEpo-Tek301（商標）などの樹脂である。シンチレータＳ３は、Ｌｕ２−ｘＹｘＳｉＯ５：Ｃｅ（ＬＹＳＯ）、ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット（ＧＡＧＧ）、ＮａＩ（ＴＩ）、Ｐｒ：ＬｕＡＧ、ＬａＢｒ２、ＬａＢｒ３、及び（ＬｕｘＴｂ１−ｘ−ｙＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２（すなわち、ＬｕＴＡＧ）からなる群から選択される１少なくとも１種類又はこれらのいずれか２種以上の混合材料を含んでいる。なお、ＬｕＴＡＧにおけるＬｕの組成比「ｘ」は０．５〜１．５の範囲にありかつＣｅの組成比「ｙ」は０．０１〜０．１５の範囲にある。シンチレータＳ３に入射した放射線は、シンチレータＳ３によって蛍光に変換され、ガラス部材Ｓ２を介して、光検出チップＳ１に入射する。
図３は、図２に示された光検出チップの平面図である。図３に示されるように、光検出チップＳ１は、受光面Ｓ１ｓと、受光面Ｓ１ｓの反対側の裏面Ｓ１ｒ（図９参照）と、を有している。ガラス部材Ｓ２は、受光面Ｓ１ｓ上に取り付けられている（接着されている）。光検出チップＳ１は、受光面Ｓ１ｓ上において二次元状（ここではＸ軸及びＹ軸に沿って）に配列された複数の光検出部１０を含む。また、光検出チップＳ１の中央部には、各光検出部１０からの信号が収集される共通電極Ｅ３が配置されている。なお、光検出部１０は、受光面Ｓ１ｓの全面にわたって形成されているが、ここでは、共通電極Ｅ３明瞭化のため、縁部周辺の光検出部１０のみを図示している。また、共通電極Ｅ３が配置される位置は、光検出チップＳ１の中央に限定されない。
図４は、図３に示された領域ＲＳ１の拡大図である。図４に示されるように、光検出部１０は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）１１ａと、クエンチング抵抗１１ｒと、を含む。クエンチング抵抗１１ｒは、ＡＰＤ１１ａの一端（アノード）に接続されている。クエンチング抵抗１１ｒは、読出配線ＴＬを介して共通電極Ｅ３に接続されている。すなわち、複数の光検出部１０における各ＡＰＤ１１ａは、それぞれのクエンチング抵抗１１ｒと読出配線ＴＬとを介して、全て共通電極Ｅ３に接続されている。
図５は、図１に示された光検出ユニットの回路図である。図５に示されるように、光検出チップＳ１は、１又は複数のフォトダイオードアレイＰＤＡを含んでいる。フォトダイオードアレイＰＤＡは、複数の光検出部１０（ＡＰＤ１１ａ及びクエンチング抵抗１１ｒ）からなる。フォトダイオードアレイＰＤＡにおいては、個々のＡＰＤ１１ａをガイガーモードで動作させる。すなわち、光検出チップＳ１は、ガイガーモードＡＰＤを含む。
ガイガーモードでは、ＡＰＤ１１ａのブレイクダウン電圧よりも大きな逆方向電圧（逆バイアス電圧）をＡＰＤ１１ａのアノード／カソード間に印加する。すなわち、アノードには（−）電位Ｖ１を、カソードには（＋）電位Ｖ２を印加する。これらの電位の極性は相対的なものであり、一方の電位をグランド電位とすることも可能である。
第１配線基板２０には、フォトダイオードアレイＰＤＡからの信号を処理する信号処理部ＳＰを設けてもよい。信号処理部ＳＰは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を構成している。信号処理部ＳＰは、フォトダイオードアレイＰＤＡ（チャンネル）からの出力信号をデジタルパルスに変換するＣＭＯＳ回路を含むことができる。
図６は、図３に示された共通電極の周辺部の光検出部の平面図である。図７は、図３に示された共通電極の周辺部の断面図である。図７においては、ガラス部材Ｓ２及びシンチレータＳ３が省略されている。図６，７に示されるように、ＡＰＤ１１ａは、半導体基板１Ｎの主面１Ｎａ側にそれぞれ配置された電極Ｅ１を有している。電極Ｅ１は、第２半導体領域１ＰＢに電気的に接続されている。第２半導体領域１ＰＢの直下に位置する第１半導体領域１ＰＡは、第２半導体領域１ＰＢを介して電極Ｅ１に電気的に接続されている。
第２半導体領域１ＰＢの外側の半導体基板１Ｎ上には、絶縁層Ｌ１を介して、読出配線（信号線）ＴＬと共通電極Ｅ３とが形成されている。共通電極Ｅ３は、各チャンネル（フォトダイオードアレイＰＤＡ）の中央領域に位置している。
読出配線ＴＬは、複数の信号線ＴＬ１と複数の信号線ＴＬ２とを含んでいる。各信号線ＴＬ１は、平面視で、隣接するＡＰＤ１１ａ間をＹ軸方向に延びている。各読出配線ＴＬ２は、隣接するＡＰＤ１１ａ間をＸ軸方向に延びて、複数の読出配線ＴＬ１同士を電気的に接続する。読出配線ＴＬ２は、共通電極Ｅ３に接続されている。読出配線ＴＬ１は、共通電極Ｅ３に直接接続されるものを除いて、読出配線ＴＬ２を介して共通電極Ｅ３に電気的に接続されている。
フォトダイオードアレイＰＤＡは、個々のＡＰＤ１１ａ毎に、第２半導体領域１ＰＢの外側の半導体基板１Ｎ上に、絶縁層Ｌ１を介して形成されたクエンチング抵抗Ｒ１を有している。すなわち、クエンチング抵抗Ｒ１は、半導体基板１Ｎの主面１Ｎａ側に配置されている。クエンチング抵抗Ｒ１は、その一方端が電極Ｅ１に接続され、その他方端が読出配線ＴＬ１接続されている。半導体基板１Ｎは、互いに対向する主面１Ｎａと主面１Ｎｂとを含んでいる。半導体基板１Ｎは、Ｓｉからなる。
各フォトダイオードアレイＰＤＡは、半導体基板１Ｎに形成された複数のＡＰＤ１１ａを含んでいる。ＡＰＤ１１ａのアノードはＰ型（第２導電型）の半導体領域１ＰＡ（１ＰＢ）であり、カソードはＮ型（第１導電型）の半導体基板１Ｎである。ＡＰＤ１１ａに光子が入射すると、基板内部で光電変換が行われて光電子が発生する。第１半導体領域１ＰＡのｐｎ接合界面の近傍領域において、アバランシェ増倍が行われ、増幅された電子群は半導体基板１Ｎの主面１Ｎｂに形成された電極に向けて流れる。すなわち、フォトダイオードアレイＰＤＡのいずれかのセル（ＡＰＤ１１ａ）に光子が入射すると、増倍されて、信号として共通電極Ｅ３（貫通電極ＴＥ）から取り出される。
それぞれのＡＰＤ１１ａには、クエンチング抵抗Ｒ１が直列に接続されている。一つのＡＰＤ１１ａは、各フォトダイオードアレイＰＤＡにおける一つのセルを構成している。各ＡＰＤは、それぞれクエンチング抵抗Ｒ１と直列に接続された形で、全て並列に接続されており、電源から逆バイアス電圧が印加される。
個々のＡＰＤ１１ａは、Ｐ型の第１半導体領域１ＰＡと、Ｐ型の第２半導体領域１ＰＢと、を有している。第１半導体領域１ＰＡは、半導体基板１Ｎの主面１Ｎａ側に形成されている。第２半導体領域１ＰＢは、第１半導体領域１ＰＡ内に形成され且つ第１半導体領域１ＰＡよりも不純物濃度が高い。第２半導体領域１ＰＢの平面形状は、たとえば多角形（本実施形態では、四角形）である。第１半導体領域１ＰＡの深さは、第２半導体領域１ＰＢよりも深い。
半導体基板１Ｎは、Ｎ型の半導体領域１ＰＣを有している。半導体領域１ＰＣは、半導体基板１Ｎの主面１Ｎａ側に形成されている。半導体領域１ＰＣは、貫通電極ＴＥが配置される貫通孔ＴＨに、Ｎ型の半導体基板１ＮとＰ型の第１半導体領域１ＰＡとの間に形成されるＰＮ接合が露出するのを防ぐ。半導体領域１ＰＣは、貫通孔ＴＨ（貫通電極ＴＥ）に対応する位置に形成されている。
第２半導体領域１ＰＢの表面上には、絶縁層Ｌ１が形成され、この上に共通電極Ｅ３と読出配線ＴＬが形成されている。共通電極Ｅ３と読出配線ＴＬは、絶縁層Ｌ３によって被覆されている。半導体基板１Ｎの主面１Ｎｂは、絶縁層Ｌ２によって被覆されている。絶縁層Ｌ２は開口を有しており、貫通電極ＴＥが開口内を通っている。共通電極Ｅ３は、貫通電極ＴＥに接触し、電気的に接続されており、貫通電極ＴＥ上には、アンダーバンプメタルＢＭを介して、第１バンプ電極ＢＥが接触している。半導体基板１Ｎに設けられた貫通孔ＴＨの内面は、絶縁層Ｌ２によって被覆されている。貫通電極ＴＥ及び絶縁層Ｌ２は、パッシベーション膜（保護膜）ＰＦによって被覆されている。アンダーバンプメタルＢＭの形成方法は、無電解めっき法を用いることができる。第１バンプ電極ＢＥの形成方法は、ハンダボールを搭載する手法又は印刷法を用いることができる。
以上のように、個々の半導体チップは、二次元状に配置された複数の光検出部１０を有する半導体基板１Ｎと、半導体基板１Ｎの主面１Ｎａ上に形成された絶縁層Ｌ１と、絶縁層Ｌ１上に配置された共通電極Ｅ３と、個々の光検出部１０のクエンチング抵抗Ｒ１と共通電極Ｅ３とを電気的に接続する読出配線ＴＬと、共通電極Ｅ３から、半導体基板１Ｎの貫通孔ＴＨを介して、半導体基板１Ｎの主面１Ｎｂに延びた貫通電極ＴＥとを備えている。
各フォトダイオードアレイＰＤＡは、貫通電極ＴＥを含んでいる。貫通電極ＴＥは、個々のフォトダイオードアレイＰＤＡ毎、すなわち個々のチャンネル毎に設けられている。貫通電極ＴＥは、半導体基板１Ｎを、主面１Ｎａ側から主面１Ｎｂ側まで貫通して形成されている。すなわち、貫通電極ＴＥは、半導体基板１Ｎを貫通する貫通孔ＴＨ内に配置されている。絶縁層Ｌ２は、貫通孔ＴＨ内にも形成されている。したがって、貫通電極ＴＥは、絶縁層Ｌ２を介して、貫通孔ＴＨ内に配置される。貫通電極ＴＥは、その一方端が共通電極Ｅ３に接続され、読出配線ＴＬと貫通電極ＴＥとを接続している。
個々の光検出部１０は、ＡＰＤ１１ａを備えているが、各ＡＰＤ１１ａは、半導体基板１Ｎと、半導体基板１Ｎとｐｎ接合を構成し、キャリアを出力する第２半導体領域１ＰＢを備えている。ＡＰＤ１１ａの第２半導体領域１ＰＢには、クエンチング抵抗Ｒ１が電気的に接続されている。
第１バンプ電極ＢＥは、貫通電極ＴＥと第１配線基板２０とを電気的に接続しており、バンプ電極Ｂ２は、ＡＰＤの半導体領域１２（第１半導体領域）と第１配線基板２０とを電気的に接続している。
クエンチング抵抗Ｒ１は、これが接続される電極Ｅ１、共通電極Ｅ３よりも抵抗率が高い。クエンチング抵抗Ｒ１は、たとえばポリシリコン等からなる。クエンチング抵抗Ｒ１の形成方法としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いることができる。クエンチング抵抗Ｒ１を構成する抵抗体としては、その他、ＳｉＣｒ、ＮｉＣｒ、ＴａＮｉ、ＦｅＣｒなどが挙げられる。
電極Ｅ１，Ｅ３及び貫通電極ＴＥはアルミニウムなどの金属からなる。半導体基板１ＮがＳｉからなる場合には、電極材料としては、アルミニウムの他に、ＡｕＧｅ／Ｎｉなどもよく用いられる。電極Ｅ１，Ｅ３及び貫通電極ＴＥの形成方法としては、スパッタ法を用いることができる。
Ｓｉを用いた場合におけるＰ型不純物としてはＢなどの３族元素が用いられ、Ｎ型不純物としては、Ｎ、Ｐ又はＡｓなどの５族元素が用いられる。半導体の導電型であるＮ型とＰ型は、互いに置換して素子を構成しても、当該素子を機能させることができる。これらの不純物の添加方法としては、拡散法やイオン注入法を用いることができる。
上述の絶縁層の材料としては、ＳｉＯ２又はＳｉＮを用いることができ、絶縁層の形成方法としては、各絶縁層がＳｉＯ２からなる場合には、熱酸化法又はスパッタ法を用いることができる。
上述の構造の場合、Ｎ型の半導体基板１ＮとＰ型の第１半導体領域１ＰＡの間に、ｐｎ接合が構成されることで、ＡＰＤ１１ａが形成されている。第１半導体領域１ＰＡは、第２半導体領域１ＰＢ、電極Ｅ１、クエンチング抵抗１１ｒ，読出配線ＴＬ、共通電極Ｅ３、貫通電極ＴＥ，第１バンプ電極ＢＥを順次介して、第１配線基板２０に接続されている。半導体基板１Ｎの主面１Ｎｂは、バンプ電極Ｂ２を介して、第１配線基板２０に接続されている（図７参照）。なお、クエンチング抵抗１１ｒはＡＰＤ１１ａに対して直列に接続されている。
ここで、第１配線基板２０は、第１主面２０ａ側に配置された複数の電極Ｅ９を含んでいる。電極Ｅ９は、貫通電極ＴＥに対応して配置されている。電極Ｅ９は、チャンネル（フォトダイオードアレイＰＤＡ）毎に対応して設けられている。貫通電極ＴＥと電極Ｅ９とは、第１バンプ電極ＢＥにより接続されている。これにより、電極Ｅ３は、貫通電極ＴＥ及び第１バンプ電極ＢＥを介して、電極Ｅ９に電気的に接続されている。電極Ｅ９も、電極Ｅ１，Ｅ３及び貫通電極ＴＥと同じくアルミニウムなどの金属からなる。各電極Ｅ９は、第１配線基板２０内に形成された配線（図示省略）及びボンデングワイヤなどを介して信号処理部と電気的に接続されている。
図８は、図３に示された半導体チップの底面図である。図７，８に示されるように、半導体基板１Ｎの主面１Ｎｂのパッシベーション膜ＰＦは、一部が除去され、半導体基板１Ｎの主面１Ｎｂが露出している。この露出領域に、導電膜Ｍが形成されており、導電膜Ｍ上にバンプ電極Ｂ２が配置される。導電膜Ｍの形状は、矩形環状であり、材料は電極材料と同一とすることができる。なお、バンプ電極の材料は、半田を用いることができる。半導体基板１Ｎの中央には、第１バンプ電極ＢＥが位置している。バンプ電極Ｂ２は、四角形の半導体基板１Ｎの４つの角部に対応する位置に配置されている。
以上のように、個々の光検出部１０に含まれるＡＰＤ１１ａの両端には、第１バンプ電極ＢＥ及びバンプ電極Ｂ２を介して、ガイガーモードで動作するバイアス電圧が与えられる。光（エネルギー線）の入射により、複数のＡＰＤ１１ａにおいて発生したキャリアは、それぞれのクエンチング抵抗１１ｒを介して、半導体基板１Ｎ上の共通電極Ｅ３に流れ、共通電極Ｅ３から、貫通電極ＴＥ及び第１バンプ電極ＢＥを通って第１配線基板２０に至り、外部に取り出される。
当該構造のＡＰＤ１１ａにおいては、貫通電極等を用いたキャリア伝達経路短縮化構造を有しているため、配線抵抗が減少している。しがたって、ＡＰＤ１１ａからのキャリアの伝達速度、すなわち、時間分解能が向上する。当該ＡＰＤ１１ａを複数備えた１つの光検出チップＳ１に、複数の光子が入射した場合、時間分解能が向上することで、より高精度の光子検出を行うことができるようになる。また、別の光検出チップＳ１においては、製造誤差等の原因により、同一の時間分解能となることが保障されていないが、組み立て時において、製品特性が一定の範囲内の光検出チップＳ１を選択して、第１配線基板２０にバンプ電極を介してボンディングすれば、光検出チップＳ１毎の特性バラつきが低減される。
二次元状に並べられた光検出チップＳ１は、互いに離間しているので、特定の光検出チップＳ１へ入射する光が、別の光検出チップＳ１へ漏れてクロストークが発生する影響が抑制されると共に、光検出チップＳ１間の隙間が、第１配線基板２０の膨張／収縮に起因する第１配線基板２０の反りの光検出チップＳ１への影響を緩和することができる。すなわち、光検出ユニットＤとしての時間分解能、クロストーク、温度変化に対する耐性等の特性は著しく改善される。引き続いて、さらなるクロストークの抑制のための構造について説明する。
図９は、図１に示された光検出ユニットの模式的な断面図である。図９に示されるように、光検出ユニットＤは、上述したように、第１主面２０ｓを有する第１配線基板２０と、ガイガーモードＡＰＤ（ＡＰＤ１１ａ）を含み、第１主面２０ｓ上に二次元状に配列された光検出チップ（ＳｉＰＭチップ）Ｓ１と、光検出チップＳ１を第１配線基板２０に電気的に接続するための第１バンプ電極ＢＥ（バンプ電極Ｂ２）と、を備えている。光検出チップＳ１は、受光面Ｓ１ｓと、受光面Ｓ１ｓの反対側の裏面Ｓ１ｒと、受光面Ｓ１ｓと裏面Ｓ１ｒとを接続する側面Ｓ１ｃと、を含む。受光面Ｓ１ｓは、例えば上記の主面１Ｎａであり、裏面Ｓ１ｒは、例えば上記の主面１Ｎｂである（図７参照）。
光検出チップＳ１は、裏面Ｓ１ｒが第１主面２０ｓに対向した状態において、第１バンプ電極ＢＥにより第１配線基板２０に実装されている。光検出チップＳ１の裏面Ｓ１ｒと第１配線基板２０の第１主面２０ｓとは、互いに離間している。したがって、裏面Ｓ１ｒと第１主面２０ｓとの間には、間隙（第１下部領域Ａ１）が形成されている。
光検出ユニットＤは、さらに、受光面Ｓ１ｓ上に設けられたガラス部材Ｓ２と、受光面Ｓ１ｓ及びガラス部材Ｓ２上に設けられたシンチレータＳ３と、を備えている。ガラス部材Ｓ２は、１つの光検出チップＳ１に対して１つ設けられている。ガラス部材Ｓ２は、受光面Ｓ１ｓ側の面と反対側の光入射面Ｓ２ｓを含む。光入射面Ｓ２ｓには、放射線に応じてシンチレータＳ３で生じた被検出光Ｌが入射される。ガラス部材Ｓ２は、被検出光Ｌを透過する。
すなわち、ガラス部材Ｓ２は、受光面Ｓ１ｓ上に設けられた光透過部である。したがって、ここでは、光透過部は、光検出チップＳ１のそれぞれの受光面Ｓ１ｓに取り付けられたガラス部材Ｓ２である。ガラス部材Ｓ２は、例えば接着層（不図示）により受光面Ｓ１ｓに接着されている。ここでは、第１主面２０ｓに交差（直交）する第１方向からみて、光検出チップＳ１の外形とガラス部材Ｓ２の外形とは実質的に一致している。シンチレータＳ３は、接着層（カップリング層）Ａｒによりガラス部材Ｓ２の光入射面Ｓ２ｓに接着されている。
光検出チップＳ１同士、及び、ガラス部材Ｓ２同士は、互いに離間している。したがって、第１方向からみて、互いに隣接する光検出チップＳ１の間には、間隙（中間領域Ｍ１）が形成されている。中間領域Ｍ１は、互いに隣接する光検出チップＳ１の側面Ｓ１ｃの間、及び、互いに隣接するガラス部材Ｓ２の側面Ｓ２ｃの間に連続して形成されている。
第１配線基板２０の第１主面２０ｓ上には、樹脂部Ａｆが配置されている。樹脂部Ａｆは、少なくともシンチレータＳ３で生じた被検出光に対して、光反射性、又は、光吸収性を有する。樹脂部Ａｆは、光反射性を有する場合、例えば白色樹脂から構成される。また、樹脂部Ａｆは、光吸収性を有する場合、例えば黒色樹脂から構成される。
樹脂部Ａｆは、少なくとも、第１下部領域Ａ１及び中間領域Ｍ１に配置されている。これにより、樹脂部Ａｆは、光検出チップＳ１、及び光検出チップＳ１と第１バンプ電極ＢＥとの接合部を保護する。特に、中間領域Ｍ１に配置された樹脂部Ａｆの一部は、ガラス部材Ｓ２に入射した被検出光Ｌが別のガラス部材Ｓ２に入射することを遮る光遮蔽部Ｆである。したがって、光遮蔽部Ｆは、樹脂部Ａｆとして、中間領域Ｍ１及び第１下部領域Ａ１にわたって一体的に設けられている。
光遮蔽部Ｆは、中間領域Ｍ１において、側面Ｓ１ｃ上の位置から、受光面Ｓ１ｓよりもガラス部材Ｓ２側に至るように設けられている。なお、ここでの「受光面Ｓ１ｓよりもガラス部材Ｓ２側」とは、一例として、「第１主面２０ｓに沿った方向からみて、中間領域Ｍ１における受光面Ｓ１ｓに対応する位置、すなわち、受光面Ｓ１ｓの延長線上の位置よりも、中間領域Ｍ１におけるガラス部材Ｓ２の光入射面Ｓ２ｓに対応する位置、すなわち、光入射面Ｓ２ｓの延長線上の位置の側」という意味である。光遮蔽部Ｆは、光検出チップＳ１の側面Ｓ１ｃ及びガラス部材Ｓ２の側面Ｓ２ｃ上に設けられている。ただし、第１方向について、光遮蔽部Ｆの端部Ｆａは、ガラス部材Ｓ２の光入射面Ｓ２ｓに至っておらず、光入射面Ｓ２ｓよりも第１主面２０ｓ側に位置している。また、光遮蔽部Ｆの端部Ｆａは、第１主面２０ｓ側に向けて窪んでいる（第１主面２０ｓ側に向けて凸となっている）。接着層Ａｒは、製造工程において、光遮蔽部Ｆの窪んだ端部Ｆａ内にも配置される。
ここで、光遮蔽部Ｆの端部Ｆａの位置について、次のように設定することができる。すなわち、受光面Ｓ１ｓに対応する位置から端部Ｆａまでの距離を、端部Ｆａから光入射面Ｓ２ｓに対応する位置までの距離よりも大きくすることができる。また、受光面Ｓ１ｓに対応する位置から端部Ｆａまでの距離を、ガラス部材Ｓ２の厚さ（第１主面２０ｓに交差する方向の寸法）の２／３以上とすることができる。なお、ここでの端部Ｆａの距離の基準は、窪みを規定する縁部、すなわち、ガラス部材Ｓ２に接するせり上がった周縁部分である。
引き続いて、光検出ユニットＤの製造方法の一例について説明する。図１０〜図１４は、図９に示された光検出ユニットの製造方法の主な工程を示す図である。図１０に示されるように、ここでは、まず、第１配線基板２０と光検出チップＳ１とを用意する（第１工程）。そして、第１配線基板２０の第１主面２０ｓ上に、複数の第１バンプ電極ＢＥ（バンプ電極Ｂ２）を設ける。第１バンプ電極ＢＥの形成方法は、ハンダボールを搭載する手法又は印刷法を用いることができる。
続いて、図１１に示されるように、光検出チップＳ１を第１バンプ電極ＢＥ上に配置する（第２工程）。ここでは、光検出チップＳ１の裏面Ｓ１ｒが第１配線基板２０の第１主面２０ｓに対向するように、且つ、第１主面２０ｓ上に二次元状に配列されるように、第１主面２０ｓ上に複数の光検出チップＳ１を配置する。このとき、上述したように、第１主面２０ｓ上には、第１バンプ電極ＢＥが配置されている。したがって、この第２工程においては、裏面Ｓ１ｒと第１主面２０ｓとの間に第１バンプ電極ＢＥを介在させながら第１主面２０ｓ上に複数の光検出チップＳ１を配置することになる。なお光検出チップＳ１には、ガラス部材Ｓ２が取り付けられている。続いて、第１バンプ電極ＢＥのハンダのリフローにより、光検出チップＳ１を第１主面２０ｓに固定・実装する（第３工程）。
続いて、図１２及び図１３に示されるように、第１方向からみて、互いに隣接する光検出チップＳ１の間に位置する中間領域Ｍ１、及び、第１主面２０ｓと裏面Ｓ１ｒとの間の第１下部領域Ａ１に、光反射性又は光吸収性を有するアンダーフィル樹脂Ａを充填する（第４工程）。より具体的には、ここでは、第１主面２０ｓ上において、最外部の光検出チップＳ１の外側に樹脂の塗布装置ＤＥを配置し、アンダーフィル樹脂Ａを第１主面２０ｓ上に配置する。
これにより、毛細管現象によって、アンダーフィル樹脂Ａが、第１主面２０ｓと裏面Ｓ１ｒとの間（すなわち第１下部領域Ａ１）、及び、側面Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃ同士の間（すなわち中間領域Ｍ１）に進入する（図１２，１３の矢印方向に進行する）。なお、図１２では、アンダーフィル樹脂Ａ及び第１バンプ電極ＢＥのハッチングが省略されている。
続いて、図１４に示されるように、アンダーフィル樹脂Ａを硬化させることにより、樹脂部Ａｆを構成する。なお、上記の第４工程においては、中間領域Ｍ１において少なくとも受光面Ｓ１ｓよりもガラス部材Ｓ２側に至るまで、アンダーフィル樹脂Ａを充填することにより、光遮蔽部Ｆを構成する。そして、図９に示されるように、接着層Ａｒを介してシンチレータＳ３をガラス部材Ｓ２に接着し、光検出ユニットＤが製造される。
以上説明したように、光検出ユニットＤにおいては、ガイガーモードＡＰＤ（ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオード）を含む光検出チップＳ１が、第１配線基板２０の第１主面２０ｓ上に二次元状に配列され、第１バンプ電極ＢＥにより実装されている（タイリングされている）。光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓ上には、光透過部としてのガラス部材Ｓ２が設けられている。そして、互いに隣接する光検出チップＳ１の間の中間領域Ｍ１には、少なくとも光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓよりもガラス部材Ｓ２側に光遮蔽部Ｆが設けられている。このため、被検出光Ｌの迷光が、１つの光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓ上のガラス部材Ｓ２から別の光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓ上のガラス部材Ｓ２や受光面Ｓ１ｓに入射することが抑制される。したがって、ガイガーモードＡＰＤを含む光検出チップＳ１間のクロストークを抑制可能である。
また、光検出ユニットＤにおいては、ガラス部材Ｓ２は、受光面Ｓ１ｓ側の面の反対側の光入射面Ｓ２ｓを含む。また、第１方向について、光遮蔽部Ｆの光入射面Ｓ２ｓ側の端部Ｆａは、光入射面Ｓ２ｓよりも第１主面２０ｓ側に位置し、且つ、当該第１主面２０ｓ側に向けて窪んでいる。このため、第１方向からみて、光遮蔽部Ｆが受光面Ｓ１ｓに重複することが避けられる。また、ガラス部材Ｓ２上に樹脂等の接着剤を配置したときに、光遮蔽部Ｆの端部Ｆａの窪みによって余剰の接着剤を逃すことができる。これにより、例えば接着層Ａｒを均一且つ薄く形成することができる。
この点について、より具体的に説明する。クロストークの抑制の観点からは、光遮蔽部Ｆの端部Ｆａがガラス部材Ｓ２の光入射面Ｓ２ｓのできるだけ近くに位置するように（すなわち、光遮蔽部Ｆが光入射面Ｓ２ｓのできるだけ近くまで設けられるように）、アンダーフィル樹脂Ａをせり上げることが望ましい。しかしながら、アンダーフィル樹脂Ａが光入射面Ｓ２ｓ上に配置されてしまうと、光入射面Ｓ２ｓ上に光遮蔽部Ｆが形成される結果、ガラス部材Ｓ２への被検出光Ｌの入射が妨げられるおそれがある。上述したような「光遮蔽部Ｆの光入射面Ｓ２ｓ側の端部Ｆａが、光入射面Ｓ２ｓよりも第１主面２０ｓ側に位置し、且つ、当該第１主面２０ｓ側に向けて窪んでいる」との構成は、光遮蔽部Ｆを光入射面Ｓ２ｓのできるだけ近くまで設けてクロストークを抑制しながら、光遮蔽部Ｆが光入射面Ｓ２ｓ上に形成されることを避けつつ、さらに、余剰の接着剤を逃がすスペースを確保することを可能とする構成である。
さらに、光検出ユニットＤにおいては、光遮蔽部Ｆは、中間領域Ｍ１と第１下部領域Ａ１とにわたって一体的に設けられている。このため、例えば、光反射性又は光吸収性を有するアンダーフィル樹脂Ａを中間領域Ｍ１及び第１下部領域Ａ１に充填することにより、一括して光遮蔽部Ｆを構成することができる。
ここで、本実施形態に係る光検出ユニットＤの製造方法においては、光検出チップＳ１を第１配線基板２０の第１主面２０ｓ上に実装した後に、光反射性又は光透過性を有するアンダーフィル樹脂Ａを、中間領域Ｍ１及び第１下部領域Ａ１に充填する。このとき、中間領域Ｍ１において少なくとも受光面Ｓ１ｓよりもガラス部材Ｓ２側に至るまでアンダーフィル樹脂Ａを充填することにより、光遮蔽部Ｆを構成する。したがって、製造された光検出ユニットＤにおいては、被検出光Ｌの迷光が、１つの光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓ上のガラス部材Ｓ２から別の光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓ上のガラス部材や受光面Ｓ１ｓに入射することが抑制される。つまり、この方法によれば、光検出チップＳ１間のクロストークを抑制可能な光検出ユニットＤを製造できる。
引き続いて、変形例に係る光検出ユニットについて説明する。図１５は、変形例に係る光検出ユニットの模式的な断面図である。図１５に示されるように、光検出ユニットＤ１は、樹脂部Ａｆに代えて樹脂部Ｍｒを備える点で光検出ユニットＤと相違している。樹脂部Ｍｒは、複数の光検出チップＳ１を一体的に封止している。樹脂部Ｍｒは、中間領域Ｍ１及び第１下部領域Ａ１に充填されている。また、樹脂部Ｍｒは、それぞれの光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓ、裏面Ｓ１ｒ、及び側面Ｓ１ｃを覆っている。樹脂部Ｍｒは、例えば光透過性を有するモールド樹脂から形成されている。したがって、樹脂部Ｍｒの受光面Ｓ１ｓ上の一部の樹脂部Ｍｒａは、受光面Ｓ１ｓ上に設けられた光透過部である。
樹脂部Ｍｒａは、受光面Ｓ１ｓ側の面の反対側の光入射面Ｍｒｓを含む。樹脂部Ｍｒａには、中間領域Ｍ１に位置する溝部Ｇが設けられている。溝部Ｇは、中間領域Ｍ１において少なくとも受光面Ｓ１ｓよりも樹脂部Ｍｒａ側に設けられている。なお、ここでの「受光面Ｓ１ｓよりも樹脂部Ｍｒａ側」とは、一例として、「第１主面２０ｓに沿った方向からみて、中間領域Ｍ１における受光面Ｓ１ｓに対応する位置、すなわち、受光面Ｓ１ｓの延長線上の位置よりも、中間領域Ｍ１における樹脂部Ｍｒａの光入射面Ｍｒｓに対応する位置、すなわち、光入射面Ｍｒｓの延長線上の位置の側」という意味である。ここでは、溝部Ｇは、光入射面Ｍｒｓから受光面Ｓ１ｓを越え、光検出チップＳ１の側面Ｓ１ｃに至るまで延びている。
光遮蔽部Ｆは、溝部Ｇ内に配置されている。これにより、光遮蔽部Ｆは、中間領域Ｍ１において、側面Ｓ１ｃ上の位置から、受光面Ｓ１ｓを越えて、当該受光面Ｓ１ｓよりも樹脂部Ｍｒａ側に至るように設けられている。ただし、ここでも、光遮蔽部Ｆにおいては、第１配線基板２０の第１主面２０ｓに交差する第１方向について、光遮蔽部Ｆの端部Ｆａが、樹脂部Ｍｒａの光入射面Ｍｒｓに至っておらず、光入射面Ｍｒｓよりも当該第１主面２０ｓ側に位置している。また、光遮蔽部Ｆの端部Ｆａは、当該第１主面２０ｓ側に向けて窪んでいる（第１主面２０ｓ側に向けて凸となっている）。
引き続いて、光検出ユニットＤ１の製造方法について説明する。光検出ユニットＤ１の製造方法は、上述した光検出ユニットＤの製造方法の第１工程〜第３工程と同様の工程を含む。換言すれば、光検出ユニットＤ１の製造方法においては、上述した第１工程〜第３工程を実施することにより、光検出チップＳ１を第１配線基板２０の第１主面２０ｓに固定・実装する。続いて、図１６に示されるように、例えば光透過性を有するモールド樹脂により複数の光検出チップＳ１を一体的に封止する（第４工程）。これにより、樹脂部Ｍｒを構成すると共に、複数の受光面Ｓ１ｓ上にわたって一括して光透過部としての樹脂部Ｍｒａを構成する（第４工程）。
続いて、図１７に示されるように、第１方向からみて中間領域Ｍ１に位置するように、樹脂部Ｍｒに溝部Ｇを形成する（第５工程）。ここでは、中間領域Ｍ１において少なくとも受光面Ｓ１ｓよりも樹脂部Ｍｒａ側に溝部Ｇを形成する。溝部Ｇの形成は、例えばレーザ光Ｌａを樹脂部Ｍｒに照射することにより行うことができる（例えばレーザアブレーション）。その後、図１５に示されるように、光反射性又は光吸収性を有する樹脂を溝部Ｇ内に充填することにより光遮蔽部Ｆを構成する（第６工程）。そして、図示を省略するが、樹脂部Ｍｒａを介して各受光面Ｓ１ｓに対向するように、シンチレータＳ３を設けることにより、光検出ユニットＤ１が製造される。
以上説明したように、変形例に係る光検出ユニットＤ１によっても、光検出ユニットＤと同様に、互いに隣接する光検出チップＳ１の間の中間領域Ｍ１には、少なくとも光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓよりも樹脂部Ｍｒａ側に光遮蔽部Ｆが設けられている。このため、被検出光Ｌの迷光が、１つの光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓ上のガラス部材Ｓ２から別の光検出チップＳ１の受光面Ｓ１ｓ上の樹脂部Ｍｒａや受光面Ｓ１ｓに入射することが抑制される。したがって、ガイガーモードＡＰＤを含む光検出チップＳ１間のクロストークを抑制可能である。また、変形例に係る製造方法によっても、光検出チップＳ１間のクロストークを抑制可能な光検出ユニットＤ１を製造できる。
引き続いて、上記の光検出ユニットＤを備える光検出装置について説明する。図１８は、図９に示された光検出ユニットを備える光検出装置の模式的な断面図である。図１８においては、シンチレータＳ３が省略されている。図１８に示されるように、光検出装置Ｄ２は、複数の光検出ユニットＤと、第２配線基板３０と、光検出ユニットＤを第２配線基板３０に電気的に接続する第２バンプ電極ＢＦと、を備えている。第２配線基板３０は、第２主面３０ｓを有する。
光検出ユニットＤは、第２主面３０ｓに沿って配列され、且つ、第１配線基板２０の第１主面２０ｓの反対側の底面２０ｒが第２主面３０ｓに対向した状態において、第２バンプ電極ＢＦにより第２配線基板３０に実装されている。第１配線基板２０の底面２０ｒと、第２配線基板３０の第２主面３０ｓとは、互いに離間している。したがって、底面２０ｒと第２主面３０ｓとの間には、間隙（第２下部領域Ａ２）が形成されている。
光検出装置Ｄ２においては、樹脂部Ａｆが、第１下部領域Ａ１、第２下部領域Ａ２、及び中間領域Ｍ１に配置されている。そして、各光検出ユニットＤにおける中間領域Ｍ１に配置された樹脂部Ａｆの一部、及び、互いに隣接する光検出ユニットＤ間における中間領域Ｍ１に配置された樹脂部Ａｆの一部が、光遮蔽部Ｆとなっている。したがって、光遮蔽部Ｆは、樹脂部Ａｆとして、中間領域Ｍ１、第１下部領域Ａ１、及び、第２下部領域Ａ２にわたって一体的に設けられている。
以上の光検出装置Ｄ２は、上記の光検出ユニットＤを備える。したがって、光検出チップＳ１間のクロストークを抑制可能である。また、互いに隣接する光検出ユニットＤ間においても、光検出チップＳ１間のクロストークが抑制される。
引き続いて、変形例に係る光検出装置について説明する。図１９は、変形例に係る光検出装置の模式的な断面図である。図１９においては、シンチレータＳ３が省略されている。図１９に示されるように、光検出装置Ｄ３は、複数の光検出ユニットＤに代えて複数の光検出ユニットＤ１を備える点において、光検出装置Ｄ２と相違している。
このような光検出装置Ｄ３の製造時には、図２０の（ａ）に示されるように、第２下部領域Ａ２、中間領域Ｍ１、及び、溝部Ｇに対して、一括してアンダーフィル樹脂Ａが充填される。このとき、光検出ユニットＤ１間の中間領域Ｍ１上に塗布装置ＤＥを配置し、当該中間領域Ｍ１内にアンダーフィル樹脂Ａを配置する。これにより、毛細管現象によって、アンダーフィル樹脂Ａが、第２下部領域Ａ２、中間領域Ｍ１、及び、溝部Ｇに進入する（図２０の（ｂ）の矢印方向に進行する）。なお、図２０の（ａ）では、アンダーフィル樹脂Ａのハッチングが省略されている。
ここで、図１９に示されるように、溝部Ｇの深さ（第１方向についての寸法）は、光検出ユニットＤ１間の中間領域Ｍ１における光遮蔽部Ｆの端部Ｆａの位置よりも深い（第１主面２０ｓ側に位置している）。すなわち、溝部Ｇの底部を受光面Ｓ１ｓよりも深い位置としつつ、当該光遮蔽部Ｆを受光面Ｓ１ｓよりも高く（光入射面Ｍｒｓ側になるように）形成する。これにより、図２０に示されるように、中間領域Ｍ１及び溝部Ｇに対して一括してアンダーフィル樹脂Ａを充填して光遮蔽部Ｆを構成することが可能となる。
以上の光検出装置Ｄ３は、上記の光検出ユニットＤ１を備える。したがって、光検出チップＳ１間のクロストークを抑制可能である。また、互いに隣接する光検出ユニットＤ１間においても、光検出チップＳ１間のクロストークが抑制される。
以上の実施形態は、本発明に係る光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法の一実施形態について説明したものである。したがって、本発明に係る光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法は、上記のものに限定されず、各請求項の要旨を変更しない範囲において任意に変形が可能である。
例えば、光遮蔽部Ｆは、中間領域Ｍ１において、少なくとも受光面Ｓ１ｓよりも光透過部側に設けられていればよい。すなわち、光遮蔽部Ｆは、光検出チップＳ１の側面Ｓ１ｃ間に至っていなくてもよいし、側面Ｓ１ｃ間を越えて第１配線基板２０側に延びていてもよい。
また、光遮蔽部Ｆとしては、白色樹脂及び黒色樹脂のいずれを用いてもよいが、クロストークの抑制と光量の減衰の抑制との両立を考慮する場合には白色樹脂を用いて迷光を反射させ、クロストークを確実に抑制する場合には黒色樹脂を用いて迷光を吸収することができる。
さらに、アンダーフィル樹脂Ａの充填の際の毛細管現象は、例えば、間隙の寸法、及び、アンダーフィル樹脂Ａの粘度等を適宜調整することによって制御することができる。
なお、上述した光検出ユニットＤ（光検出ユニットＤ１も同様）の製造方法の一例においては、第１工程と第２工程との間に、第１配線基板２０の第１主面２０ｓ上に第１バンプ電極ＢＥを設ける工程を行う旨の説明をした。しかしながら、例えば第１工程と第２工程との間において、光検出チップＳ１の裏面Ｓ１ｒ上に第１バンプ電極ＢＥを設ける場合がある。この場合には、第１工程と第２工程との間において、第１配線基板２０の第１主面２０ｓ上に第１バンプ電極ＢＥを設ける必要はない。いずれの場合であっても、第２工程において、裏面Ｓ１ｒと第１主面２０ｓとの間に第１バンプ電極ＢＥを介在させながら、第１主面２０ｓ上に複数の光検出チップＳ１を配置することになる。
２０…第１配線基板、２０ｓ…第１主面、２０ｒ…底面、３０…第２配線基板、３０ｓ…第２主面、Ｄ，Ｄ１…光検出ユニット、Ｄ２，Ｄ３…光検出装置、Ｓ１…光検出チップ、Ｓ１ｓ…受光面、Ｓ１ｒ…裏面、Ｓ１ｃ…側面、Ｓ２…ガラス部材（光透過部）、Ｍｒ…樹脂部、Ｍｒａ…樹脂部（光透過部）、ＢＥ…第１バンプ電極、Ｆ…光遮蔽部、Ｆａ…端部、Ｍ１…中間領域、Ａ…アンダーフィル樹脂、Ａ１…第１下部領域、Ａ２…第２下部領域、Ｇ…溝部。

Claims (8)

  1. 第１主面を有する第１配線基板と、
    受光面と前記受光面の反対側の裏面とを有し、前記第１主面上に二次元状に配列された複数の光検出チップと、
    前記光検出チップを前記第１配線基板に電気的に接続する第１バンプ電極と、
    前記受光面上に設けられた光透過部と、
    光反射性又は光吸収性を有する光遮蔽部と、
    を備え、
    前記光検出チップは、ガイガーモードＡＰＤを含み、前記裏面が前記第１主面に対向した状態において前記第１バンプ電極により前記第１配線基板に実装されており、
    前記光遮蔽部は、前記第１主面に交差する第１方向からみて互いに隣接する前記光検出チップの間に位置する中間領域において、少なくとも前記受光面よりも前記光透過部側に設けられている、
    光検出ユニット。
  2. 前記光透過部は、前記受光面側の面の反対側の光入射面を含み、
    前記第１方向について、前記光遮蔽部の前記光入射面側の端部は、前記光入射面より前記第１主面側に位置し、且つ、前記第１主面側に向けて窪んでいる、
    請求項１に記載の光検出ユニット。
  3. 前記光透過部は、前記光検出チップのそれぞれの前記受光面に取り付けられたガラス部材であり、
    前記光遮蔽部は、前記中間領域、及び、前記第１主面と前記裏面との間の第１下部領域にわたって一体的に設けられている、
    請求項１又は２に記載の光検出ユニット。
  4. 前記光透過部は、複数の前記光検出チップを一体的に封止する樹脂部の一部であり、
    前記樹脂部には、前記中間領域に位置する溝部が設けられており、
    前記光遮蔽部は、前記溝部内に配置されている、
    請求項１又は２に記載の光検出ユニット。
  5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の複数の光検出ユニットと、第２主面を有する第２配線基板と、前記光検出ユニットを前記第２配線基板に電気的に接続する第２バンプ電極と、を備え、
    前記光検出ユニットは、前記第２主面に沿って配列され、且つ、前記第１配線基板の前記第１主面の反対側の底面が前記第２主面に対向した状態において、前記第２バンプ電極により前記第２配線基板に実装されており、
    前記光遮蔽部は、前記中間領域、前記第１主面と前記裏面との間の第１下部領域、及び、前記第２主面と前記底面との間の第２下部領域にわたって一体的に設けられている、
    光検出装置。
  6. 請求項４に記載の複数の光検出ユニットと、第２主面を有する第２配線基板と、前記光検出ユニットを前記第２配線基板に電気的に接続する第２バンプ電極と、とを備え、
    前記光検出ユニットは、前記第２主面に沿って配列され、且つ、前記第１配線基板の前記第１主面の反対側の底面が前記第２主面に対向した状態において、前記第２バンプ電極により前記第２配線基板に実装されており、
    前記光遮蔽部は、互いに隣り合う前記光検出ユニットの間における前記中間領域において、少なくとも前記受光面よりも前記光透過部側にさらに設けられている、
    光検出装置。
  7. 第１主面を有する第１配線基板、及び、受光面と前記受光面の反対側の裏面とを有する複数の光検出チップを用意する第１工程と、
    前記裏面が前記第１主面に対向するように、且つ、前記第１主面上に二次元状に配列されるように、前記裏面と前記第１主面との間に第１バンプ電極を介在させながら前記第１主面上に前記複数の光検出チップを配置する第２工程と、
    前記第１バンプ電極のリフローにより、前記複数の光検出チップを前記第１主面に実装する第３工程と、
    前記第１主面に交差する第１方向からみて互いに隣接する前記光検出チップの間に位置する中間領域、及び、前記第１主面と前記裏面との間の第１下部領域にアンダーフィル樹脂を充填する第４工程と、を備え、
    前記光検出チップは、ガイガーモードＡＰＤを含み、
    前記光検出チップのそれぞれの前記受光面上には、光透過部が設けられており、
    前記アンダーフィル樹脂は、光反射性又は光吸収性を有し、
    前記第４工程においては、前記中間領域において少なくとも前記受光面よりも前記光透過部側に至るまで前記アンダーフィル樹脂を充填することにより、光遮蔽部を構成する、
    光検出ユニットの製造方法。
  8. 第１主面を有する第１配線基板、及び、受光面と前記受光面の反対側の裏面とを有する複数の光検出チップを用意する第１工程と、
    前記裏面が前記第１主面に対向するように、且つ、前記第１主面上に二次元状に配列されるように、前記裏面と前記第１主面との間に第１バンプ電極を介在させながら前記第１主面上に前記複数の光検出チップを配置する第２工程と、
    前記第１バンプ電極のリフローにより、前記複数の光検出チップを前記第１主面に実装する第３工程と、
    光透過性を有するモールド樹脂によって前記複数の光検出チップを一体的に封止する樹脂部を構成することにより、複数の前記受光面上にわたって前記樹脂部の一部である光透過部を構成する第４工程と、
    前記第１主面に交差する第１方向からみて互いに隣接する前記光検出チップの間に位置する中間領域に位置するように、前記樹脂部に溝部を形成する第５工程と、
    光反射性又は光吸収性を有する樹脂を前記溝部内に充填することにより光遮蔽部を構成する第６工程と、
    を備え、
    前記光検出チップは、ガイガーモードＡＰＤを含み、
    前記第５工程においては、前記中間領域において少なくとも前記受光面よりも前記光透過部側に前記溝部を形成する、
    光検出ユニットの製造方法。
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