JP6132328B2 - 大面積ｘ線検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、シームレス映像を具現する大面積Ｘ線検出器に関する。
デジタルＸ線検出器は、Ｘ線で撮影したＸ線画像またはＸ線透視画像をデジタル信号に出力する。かかるＸ線検出器は、直接方式と間接方式とに分けられる。
直接方式は、フォトコンダクタでＸ線を直接電荷に変換する方式であり、間接方式は、シンチレータでＸ線を可視光線に変換した後、変換された可視光線を、フォトダイオードのような光電変換素子を通じて電荷に変換する方式である。
直接方式のＸ線検出器は、フォトコンダクタ層の下部に形成された複数のピクセル電極と、ピクセル電極からの電気的信号を信号処理する信号処理部とを備える。
従来の直接方式のＸ線検出器は、大面積に製造するために、注文型半導体(application-specific integrated circuit: ASIC)上にフォトコンダクタ層が形成されるので、注文型半導体及びフォトコンダクタ層を大面積にタイリングする時に、注文型半導体間の継ぎ目により、継ぎ目領域でイメージが検出されないという問題が生じる。特に、注文型半導体のタイリング時、少なくとも１００μｍ以上の継ぎ目が生じ、この継ぎ目内に存在する組織などが検出されない。
一方、注文型半導体をタイリングして、大面積Ｘ線検出器を形成する時、注文型半導体での貫通ホール形成工程を、ＢＥＯＬ(back end of line)工程が完了したウェーハに進めようとする場合、数百マイクロメーターの深さのホールをウェーハ上の金属パッドまであけて、ホールの内壁を絶縁膜で絶縁させた後、ホールを導電性金属で満たさねばならない。かかる工程を進めるためには、シリコン工程で一般的に使用しない高価な装備を使用せねばならず、注文型半導体を損傷させ得る高温で行わねばならない。また、上部電極の位置に合わせて、注文型半導体に前記ホールを形成しがたい。
本発明の目的は、タイリングされたチップ間の間隔を利用して、チップの上面のピンパッドをチップの下面にワイヤーボンディングした大面積Ｘ線検出器を提供するところにある。
本発明の一類型による大面積Ｘ線検出器は、印刷回路基板上に配置され、それぞれ中央に形成された複数のピクセルパッド、及び前記ピクセルパッドを取り囲む複数のピンパッドを備えた複数のチップと、前記各チップに対応するように、その上に配置された複数のピクセル電極と、前記複数のピクセル電極と前記複数のピクセルパッドとを電気的に連結する再分配層と、前記各チップで、前記ピンパッドが形成された裏面上に形成された複数の第１電極パッドと、前記第１電極パッド及び前記ピンパッドを電気的に連結するワイヤーと、前記複数のピクセル電極上のフォトコンダクタと、前記フォトコンダクタ上の共通電極と、を備える。
前記ピンパッドは、前記再分配層上に形成された複数の第２電極パッドと電気的に連結され、前記ワイヤーは、前記複数のチップ間のギャップで、前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとを連結する。
前記複数のピクセル電極がカバーする面積が、前記複数のピクセルパッドがカバーする面積より広い。
本発明の一局面によれば、前記再分配層は、少なくとも一つの垂直配線と、前記垂直配線と連結された少なくとも一つの水平配線と、を備える。
前記第２電極パッドは、対応する前記チップに露出されるように外に延びた部分を備え、前記ワイヤーは、前記延びた部分に連結される。
前記第２電極パッドと前記ピンパッドとの間の複数の第２バンプをさらに備え、前記第２バンプは、前記第２電極パッドと前記ピンパッドとを電気的に連結する。
前記印刷回路基板と前記第１電極パッドとの間の複数の第１バンプをさらに備え、前記第１バンプは、前記第１電極パッドと前記印刷回路基板とを電気的に連結する。
本発明の他の局面によれば、前記再分配層は、前記ピクセル電極の下部の第１基板と、前記第１基板の下部の絶縁層と、を備え、前記第１基板は、前記ピクセル電極と連結される第１垂直配線を備え、前記絶縁層は、前記ピクセルパッドと連結された第２垂直配線を備え、前記第１垂直配線及び前記第２垂直配線は、それらの間の水平配線を通じて電気的に連結される。
前記印刷回路基板と前記チップとの間を満たした樹脂をさらに備えてもよい。
前記フォトコンダクタは、非晶質セレン（ａ−Ｓｅ），ＨｇＩ２，ＰｂＩ２，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＯのうち選択された少なくとも一つの物質で形成されてもよい。
本発明による大面積Ｘ線検出器は、チップのピンパッドからチップの下部への連結を、チップを貫通せずにチップ間のギャップを利用してワイヤーボンディングで行うので、大面積Ｘ線検出器の具現が容易になる。
また、チップ領域間の継ぎ目領域上のフォトコンダクタ上で生成された電荷が、下部のピクセル電極を通じてチップへ伝送されるので、シームレス撮像領域の映像がより正確に再現される。
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。この過程で、図面に示す層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張されて示されたものである。明細書を通じて、実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
図１は、本発明の一実施形態による大面積Ｘ線検出器１００の概略的な断面図である。
図１を参照すれば、大面積Ｘ線検出器１００は、印刷回路基板１１０上に形成された複数のチップ１２０と、チップ１２０の上方に配置されたピクセル電極１６０と、ピクセル電極１６０を覆うフォトコンダクタ１７０と、フォトコンダクタ１７０上の共通電極１８０とを備える。ピクセル電極１６０とチップ１２０との間には、再分配層(redistribution layer)が配置される。再分配層は、ピクセル電極１６０とチップ１２０とを電気的に連結させる。チップ１２０は、注文型半導体（ＡＳＩＣ）またはＣＭＯＳチップとも呼ばれる。
印刷回路基板１１０上には、複数のチップ１２０が配置される。配置されたチップ１２０の間には、ギャップＧが形成される。
図２は、図１の各チップ１２０の平面図である。一つのチップＣには、複数のピクセルパッド１３２（図１）と、ピクセルパッド１３２を取り囲むピンパッドＰＥ １３４（図１）とが形成されており、複数のピクセルパッド１３２と複数のピンパッドＰＥとは、配線（図示せず）で電気的に連結されている。複数のピクセルパッド１３２は、ピクセル領域ＰＡとして簡略に示した。ピクセル電極１６０と対応するピクセルパッド１３２は、後述する再分配層の配線により互いに連結される。
図１には、便宜上、二つのチップ１２０のみを示し、チップ１２０のピクセルパッド１３２も五つで示した。ピンパッド１３４は、ピクセルパッド１３２と同じ数に配置されるが、図１には、便宜上、二つのみを示した。各チップ１２０は、シリコン基板１２２と、シリコン基板１２２上の絶縁層１３０と、絶縁層１３０の中央に配置されたピクセルパッド１３２と、絶縁層１３０のエッジでピクセルパッド１３２を取り囲むピンパッド１３４と、を備える。各ピクセルパッド１３２は、各ピンパッド１３４に配線（図示せず）を通じて連結される。ピクセルパッド１３２及びピンパッド１３４は、絶縁層１３０から露出されるように形成される。
各チップ１２０の下部には、複数の第１電極パッド１２４が形成されている。第１電極パッド１２４は、チップ１２０でピンパッド１３４と対向する面に、ピンパッド１３４と対応して形成される。第１電極パッド１２４と印刷回路基板１１０のコンタクト１１２との間には、バンプ１１４が配置されて、それらを電気的に連結する。
印刷回路基板１１０とチップ１２０との間には、それらを固定する樹脂１１６、一例としてエポキシ樹脂が形成されてもよい。
再分配層は、第１基板１４０と、第１基板１４０上に形成された絶縁層１５０とを備える。第１基板１４０は、ピクセル電極１６０の下部に配置される。第１基板１４０は、シリコン基板であってもよい。第１基板１４０には、ピクセル電極１６０と対応する貫通ホール１４１が形成されている。貫通ホール１４１には、導電性金属が満たされた第１コンタクト１４２が形成される。導電性金属は、銅またはアルミニウムである。第１コンタクト１４２は、第１垂直配線とも称する。
図３は、図１の第１基板の他の実施形態を示す断面図である。図３を参照すれば、第１基板１４０としてシリコン基板を使用する場合、シリコン基板を酸化させて形成された酸化シリコン層１４３が、貫通ホール１４１と第１基板１４０との表面に形成される。貫通ホール１４１では、酸化シリコン層１４３上に第１コンタクト１４２が形成される。
図１を参照すれば、第１基板１４０の下部には、絶縁層１５０が形成される。絶縁層１５０には、貫通ホール１４１と対応するように、貫通ホール１５１が形成される。貫通ホール１５１には、導電性金属で満たした第２コンタクト１５２が形成される。第２コンタクト１５２は、第１コンタクト１４２と同じ物質で形成される。第１コンタクト１４２は、第１垂直配線とも呼ばれ、第２コンタクト１５２は、第２垂直配線とも呼ばれる。第１コンタクト１４２と第２コンタクト１５２との間には、水平配線１４５が形成されて、第１コンタクト１４２と第２コンタクト１５２とを連結する。第２コンタクト１５２の下部には、第２電極パッド１５４が絶縁層１５０上に形成される。第２電極パッド１５４は、ピクセルパッド１３２と対応して形成される。第２電極パッド１５４とピクセルパッド１３２とは、その間のバンプ１５７により電気的に連結される。
一方、絶縁層１５０の下部には、第２電極パッド１５４を取り囲む第３電極パッド１５６が形成される。第３電極パッド１５６は、ピンパッド１３４と対応して形成される。第３電極パッド１５６は、バンプ１５８でピンパッド１３４と連結される。第３電極パッド１５６は、チップ１２０から露出されるように、外側に延びた部分１５６ａを備える。第３電極パッド１５６の延びた部分１５６ａ及び第１電極パッド１２４は、ワイヤー１５９でボンディングされる。したがって、ピクセル電極１６０は、第１垂直配線１４２、水平配線１４５、第２コンタクト１５２、第２電極パッド１５４、バンプ１５７、ピクセルパッド１３２、ピクセルパッド１３２とピンパッド１３４との間の配線、ピンパッド１３４、バンプ１５８、第３電極パッド１５６及びワイヤー１５９を通じて、第１電極パッド１２４と電気的に連結される。
ワイヤー１５９は、チップ１２０間のギャップＧで、第１電極パッド１２４及び第３電極パッド１５６と連結される。
かかるワイヤーボンディングにより、基板１２２及び絶縁層１３０を貫通して、ピンパッド１３４と第１電極パッド１２４とを電気的に連結する後続工程を省略してもよい。
前記実施形態では、第１基板１４０上に一つの絶縁層１５０が形成されているが、本発明の実施形態は、これに限定されない。絶縁層１５０上に他の水平配線がさらに形成され、絶縁層１５０上に他の水平配線を覆う他の絶縁層がさらに形成され、他の絶縁層には、他の水平配線と連結される他の垂直配線がさらに形成されてもよい。
図４は、本発明の一実施形態による大面積Ｘ線検出器において、ピクセル電極とチップとの電気的連結を行う再分配層を概略的に説明する概念図である。図４は、便宜上、一つのチップ２２０と、それに対応するピクセル電極２６０とを示した。
図４を参照すれば、各チップ２２０には、中央部に配置されたピクセルパッド２３２と、ピクセルパッド２３２と対応し、ピクセルパッド２３２を取り囲むように配置されたピンパッド２３４とが配置される。チップ２２０のピクセルパッド２３２が占める面積が、これに対応するピクセル電極２６０が占める面積より狭い。したがって、フォトコンダクタ２７０のＸ線入射面積を全部使用するために、対応するピクセル電極２６０とピクセルパッド２３２とを連結するには、図４のように傾斜した連結配線２４０を必要とする。しかし、傾斜した連結配線２４０の製造工程は困難であるので、本発明の実施形態では、垂直配線と水平配線とを備える再分配層を利用する。
再び図１を参照すれば、再分配層は、ピクセル電極１６０とピクセルパッド１３２とを連結する層である。チップ１２０の中央部に配置されたピクセルパッド１３２に対応するピクセル電極１６０は、対応するピクセルパッド１３２より広い領域に均一に分配されて形成されるので、ピクセル電極１６０からピクセルパッド１３２への電気的連結は、垂直配線のみでは困難である。再分配層は、垂直配線１４２，１５２及び水平配線１４５を備えて、ピクセル電極１６０とピクセルパッド１３２との連結を容易にする。
印刷回路基板１１０では、入力された電気的信号は、測定対象物体のＸ線透過度を計量化することで映像信号に具現される。ピクセル電極１６０からの電気的信号は、チップ１２０を通じて印刷回路基板１１０に必要な情報として提供される。
再分配層上には、フォトコンダクタ１７０を備えるＸ線検出部が配置される。フォトコンダクタ１７０は、基板１４０上でピクセル電極１６０を覆うように形成される。フォトコンダクタ１７０は、一つの物質層で形成される。フォトコンダクタ１７０は、非晶質セレン（ａ−Ｓｅ），ＨｇＩ２，ＰｂＩ２，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＯのうち選択されたいずれか一つの物質で形成される。
フォトコンダクタ１７０の厚さは、測定対象によって変わりうる。一例として、フォトコンダクタの物質がＨｇＩ２である場合、胸を測定する場合は５００ないし６００μｍであり、乳房を測定する場合は３００ないし４００μｍである。フォトコンダクタの物質がａ−Ｓｅである場合、胸を測定する場合は９００ないし１０００μｍであり、乳房を測定する場合は３００ないし４００μｍである。
フォトコンダクタ１７０は、その上面から入射されたＸ線の強度によって、電荷を生成する。フォトコンダクタ１７０は、複数のシームレス(seamless)ピクセル領域に分けられる。各ピクセル領域の下部には、ピクセル電極１６０が形成される。フォトコンダクタ１７０に入射されたＸ線は、各ピクセル領域で電荷になって、該ピクセル電極１６０に集まって電気的信号に変換される。フォトコンダクタ１７０の上部には、連続的な共通電極１８０が形成される。共通電極１８０は、インジウムスズオキサイド、またはアルミニウム、銅などの金属で形成される。
共通電極１８０に印加される直流電圧によって、フォトコンダクタ１７０には、電界が形成され、フォトコンダクタ１７０で形成された正孔−電子対のうち、正孔または電子が各ピクセル電極１６０に移動する。フォトコンダクタ１７０での移動電荷は、フォトコンダクタ１７０の物質によって変わり、これによって、共通電極１８０には、正電圧または負電圧が印加される。
図１のＸ線検出器１００は、再分配層を利用して、一つのチップ１２０に形成されたピクセルパッド１３２の領域を、対応するピクセル電極１６０の領域に拡散させるので、フォトコンダクタ１７０の全領域でＸ線を検出できるので、撮像領域の映像が継ぎ目なしにより正確に再現される。
本発明の実施形態によれば、チップのピンパッドからチップの下部への連結を、チップを貫通せずにワイヤーボンディングを利用して行うので、大面積Ｘ線検出器の具現が容易になる。
以上、添付された図面を参照して説明された本発明の実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
本発明は、医療映像具現関連の技術分野に適用可能である。
１００ 大面積Ｘ線検出器
１１０ 印刷回路基板
１１２ コンタクト
１１４，１５７，１５８ バンプ
１１６ 樹脂
１２０ チップ
１２２ シリコン基板
１２４ 第１電極パッド
１３０，１５０ 絶縁層
１３２ ピクセルパッド
１３４ ピンパッド
１４０ 第１基板
１４１ 貫通ホール
１４２ 第１コンタクト
１４５ 水平配線
１５１ 貫通ホール
１５２ 第２コンタクト
１５４ 第２電極パッド
１５６ 第３電極パッド
１５６ａ 延びた部分
１５９ ワイヤー
１６０ ピクセル電極
１７０ フォトコンダクタ
１８０ 共通電極
１１０ 印刷回路基板
１１２ コンタクト
１１４，１５７，１５８ バンプ
１１６ 樹脂
１２０ チップ
１２２ シリコン基板
１２４ 第１電極パッド
１３０，１５０ 絶縁層
１３２ ピクセルパッド
１３４ ピンパッド
１４０ 第１基板
１４１ 貫通ホール
１４２ 第１コンタクト
１４５ 水平配線
１５１ 貫通ホール
１５２ 第２コンタクト
１５４ 第２電極パッド
１５６ 第３電極パッド
１５６ａ 延びた部分
１５９ ワイヤー
１６０ ピクセル電極
１７０ フォトコンダクタ
１８０ 共通電極
Claims (9)
- 印刷回路基板に配置され、それぞれ中央に形成された複数のピクセルパッドと、前記ピクセルパッドを取り囲む複数のピンパッドとを備えた複数のチップと、
前記各チップに対応するように、その上に配置された複数のピクセル電極と、
前記複数のピクセル電極と前記複数のピクセルパッドとを電気的に連結し、前記複数のピクセル電極がその上部面に形成された再分配層と、
前記各チップで、前記ピンパッドが形成された裏面上に形成された複数の第１電極パッドと、
前記複数のピクセル電極上のフォトコンダクタと、
前記フォトコンダクタ上の共通電極と、
前記再分配層の下部面上に形成された複数の第２電極パッドと、
前記再分配層上において、前記複数の第２電極パッドを取り囲みながら前記第２電極パッドと電気的に連結される複数の第３電極パッドと、
前記複数のチップ間のギャップで、前記第１電極パッドを対応する前記第３電極パッドに電気的に連結する複数のワイヤーを備えることを特徴とするＸ線検出器。 - 前記複数のピクセル電極がカバーする面積が、前記複数のピクセルパッドがカバーする面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
- 前記再分配層は、
少なくとも一つの垂直配線と、
前記垂直配線と連結された少なくとも一つの水平配線と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のＸ線検出器。 - 前記第３電極パッドは、対応する前記チップに露出されるように外に延びた部分を備え、前記ワイヤーは、前記延びた部分と前記第１電極パッドを連結することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
- 前記第３電極パッドと前記ピンパッドとの間の複数の第２バンプをさらに備え、前記第２バンプは、前記第３電極パッドと前記ピンパッドとを電気的に連結することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
- 前記印刷回路基板と前記第１電極パッドとの間の複数の第１バンプをさらに備え、前記第１バンプは、前記第１電極パッドと前記印刷回路基板とを電気的に連結することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
- 前記再分配層は、前記ピクセル電極の下部の第１基板と、前記第１基板の下部の絶縁層と、を備え、
前記第１基板は、前記ピクセル電極と連結される第１垂直配線を備え、
前記絶縁層は、前記ピクセルパッドと連結される第２垂直配線を備え、
前記第１垂直配線及び前記第２垂直配線は、それらの間の水平配線を通じて電気的に連結されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。 - 前記印刷回路基板と前記チップとの間を満たした樹脂をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
- 前記フォトコンダクタは、非晶質セレン（ａ−Ｓｅ），ＨｇＩ２，ＰｂＩ２，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＯのうち選択された少なくとも一つの物質で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
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