JP6549840B2 - 大きな作用面積を有する半導体放射線検出器およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に半導体放射線検出器の構造に関する。特には、本発明は、検出器チップが、利用可能なスペースのできるだけ多くを用い得る半導体放射線検出器の構成に関する。

ＰＩＮダイオード（ｐ型−真性−ｎ型）検出器やＳＤＤ（シリコンドリフト検出器）などのある種の半導体放射線検出器の動作には、検出器の結晶および直接的な電気接点を、検出器缶として知られる気密性の囲いの中にシールすることが効果的である。いくつかの用途では、半導体放射線検出器はマイクロアナライザのサンプルホルダの方向に向く延伸パイプの先端に配置されてもよい。検出器缶またはパイプの正面の放射線窓は、放射線を缶の内部に入射させる。一方、検出器アセンブリの背面側は、取付け手段と、検出器を放射線検出器具に機械的に、電気的に、かつ、熱的に接続するために必要なコンタクトピンとを有している。ペルチェ素子（Peltier element）のような熱電冷却器（クーラ）が典型的には構成要素に含まれ、これらの構成要素は、組立てられた状態でしばしば検出器ヘッドと呼ばれる。

図１は、先行技術の検出器ヘッドを示している。検出器チップ１０１は、基板１０２に取り付けられ、その基板１０２は熱電冷却器１０３に取り付けられている。突出した取付ボルト１０５を有するベースプレート１０４は、組立体を支持し、検出器缶１０６の底部を閉じており、缶の正面は放射線窓１０７で覆われた開口部を有している。概念図は簡略化され、本発明の背景を理解するのに重要ではない、存在し得る中間のシールド層およびその他の特徴部分は省略されている。

コンタクトピン１０８は、ベースプレート１０４の孔を貫通して、絶縁スリーブ１０９でベースプレート１０４から電気的に絶縁されている。ベースプレート１０４、取付ボルト１０５、コンタクトピン１０８、および絶縁スリーブ１０９からなる全体はヘッダと呼ばれることもある。ボンディングワイヤ１１０は、それぞれのコンタクトピン１０８の上端部を、基板１０２の上面のボンディングパッド１１１に接続している。さらなる図示されていないボンディングワイヤが基板１０２の領域と検出器チップ１０１のそれぞれの接続パッドとの間を電気的に接続してもよい。電気的接続を行う技術としてのワイヤボンディングの選択は、熱伝達が低いという固有の利点を含み、例えば、殆んど熱がコンタクトピン１０８から基板１０２に、さらには検出器チップ１０１に流れないことが必須である。

検出器の感度は、原理的には、検出器チップが大きいほどベターであり：検出器チップのより大きな表面は、より多くの光子を集め、パルス周波数を増加させる。図１に示される構成において、基板１０２と、従ってまた検出器チップ１０１とは、コンタクトピン１０８によって形成される円よりも小さい直径でなければならない。何故なら、ボンディングウェッジ（bonding wedge）が、コンタクトピンの上端部に、同様に基板１０２および検出器チップ１０１上のボンディングパッドに、上から接触可能でなければならないからである。基本的には、検出器ヘッド全体の直径をより大きくすることは可能であるが、検知されるべき放射線を発生するサンプルに近づけて配置することがより困難になる。コンタクトピンのリングの直径は、常にベースプレートの直径よりも実質的に小さくなければならない。何故なら、ベースプレート内のコンタクトピン用の孔を気密封止し、電気的に絶縁することが、コンタクトピンの周囲を完全に取り囲み、ある最低限の壁厚さを有する絶縁スリーブの使用を必要とするからであり、またベースプレートの金属が絶縁スリーブ用の孔とベースプレート端との間に残されていなければならないからである。

図２および図３は、コンタクトピンの円によるサイズ限定の影響を避けることを目的とした、従来知られている検出器ヘッドを示している。図２の構造は、特許文献１から知られている。ボンディングは横からなされ、ボンディングワイヤ２１０はコンタクトピン２０８の側面を基板２０２の垂直面に位置しているボンディングパッド２１１に接続している。この構造では、コンタクトピンは図１の構造におけるよりも短い。そして、基板２０２の直径（結果的に検出器チップ２０１の直径と殆ど同じ大きさ）の上限は、コンタクトピンの円の直径と、ボンディングに許される限界との差により決定される。実際には、基板の最大径を定めるのはコンタクトピンの円の径であると言えるかもしれない。

図３の構造は、特許文献２から知られている。検出器チップ３０１は、第１基板３０２にフリップチップボンディングで接着され、第１基板の下に、第２基板３１２があり、その外周端は空洞を規定している。コンタクトピンへの接続およびコンタクトピンからの接続のため、ボンディングワイヤ３１０がコンタクトピン３０８の上端部と前述の空洞に位置する、（分離して示されていない）ボンディングパッドとの間に置かれる。図３には示されていないが、検出器チップ３０１の上側面へのボンディングが、典型的には必要となる。第２基板３１２の直径は、コンタクトピンの円の直径よりも小さくならなければならないが、第１基板３０２と検出器チップ３０１の直径は同じ大きさか、むしろコンタクトピンの円の直径よりも大きくし得る。この構造の欠点は、第２基板の比較的複雑な三次元形状、およびワイヤボンディングを行うための空洞において利用可能な三次元的に制限された小さなスペースを含む。

検出器ヘッドの構造は、検出器チップが大きな面積を持つことを可能にすると同時に、製造が容易で、使用面での信頼性を有することが必要である。

欧州特許出願公開第２２８６２７５号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２２８４９８号明細書

種々の発明の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために簡略化した概要が次に示される。概要は、本発明の広範に亘る全体を示すものではない。本発明の基本となる、重要な要素を特定することが意図されるものではなく、また発明の範囲を規定するものでもない。以下の概要は、ただ単に、本発明の例示する実施形態のより詳細な説明の序章として簡略化した形で発明のいくつかの概念を表しているだけである。

本発明の第１の態様に従って、
正面側と背面側とを有する検出器チップと、
検出器チップの背面側に電気的に接続される支持プレートと、
熱電冷却器が取り付けられ、かつ、検出器チップに向かって突出するコンタクトピンを有するベースプレートと、
前記ベースプレートの前記熱電冷却器と反対側に設けられる接着プレートと、
前記コンタクトピンと前記接着プレートとの間に設けられる第１のワイヤボンド接続と、
前記接着プレートと前記支持プレートとの間を接続する接合プレートと、
前記支持プレートと前記接着プレートとの間を、前記接合プレートを介して接続する電気的接続
とを備える半導体放射線検出器が提供される。

本発明の第２の態様に従って、半導体放射線検出器の製造方法が提供される。この方法は、
検出器チップを支持プレートに取り付け、
検出器チップと支持プレートとの間の電気的接続を行い、
ベースプレートと、ベースプレートに取り付けられた熱電冷却器と、ベースプレートから突出するコンタクトピンとを備えるサブアセンブリにおいて、接着プレートとコンタクトピンとの間のワイヤボンド接続を行い、および
前記支持プレートを前記接着プレートに機械的におよび電気的に接続するために、中間接合プレートを使用する
ことを含む。

電気的接続を行う技術として、ボンディングウェッジを用いるワイヤボンディングは、多くの非常に有利な特徴を有する。例えば、ボンディングワイヤは、ギャップ間を橋かけすることができ（すなわち、電気的に接続される２つの接触点は、互いに密接している必要がない）；接続部の熱伝導性は、そのすぐれた電導性にも拘らず小さく；およびボンディングは非常に正確に行うことができ、接触点を比較的小さくすることが可能になる。しかしながら、ワイヤボンディングにはまた、制限もある。ワイヤボンド接続のみでは如何なる著しい機械的負荷をも支えることができず；接続される２つの接触点は、共通の方向から自由にアクセス可能でなければならず；および２つの接触点は、互いに高さにおいて大きな違いがあってはならない。接着（導電性接着剤による）および、はんだ付けは、機械的な取り付けと同様に電気的接続をも生じるが、空間的にはワイヤボンディング程正確ではなく、また取付け部に亘って大きな熱伝導性を有することになる。

本発明の実施形態に従って半導体放射線検出器を組み立てることは、数種類の技術の有利な特徴を組み合わせることになる。ワイヤボンディングは、２つのサブアセンブリの製造において用いられ、これらは接着および／または、はんだ付けなどの異なる技術を共に用いて機械的におよび電気的に接続される。前に述べた取付け技術は、組み立てられた検出器の部品を共に機械的に維持するのに十分な強さを有し、接合プレートの使用は、自由に接触点を形成することを可能にし、それゆえに接着または、はんだ付けのより制限的な正確性が問題にはならない。接着および／または、はんだ付けが使用される界面は、すぐれた熱伝導性が欠点というよりもむしろ利点となるものである。というのは、熱伝導性が検出器チップを冷却するために役立つからである。別の接合プレートの使用はまた、様々な部品の非常に簡略な幾何学的外形を用いることを可能にし、それにより、製造が簡略化され、しかもこれらの部品の表面に取り付けられた電子部品を収容することのできる構造中の空洞の形成を可能にする。

この特許出願において提示される本発明の例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲の適用に、限定を加えるように解釈されてはならない。「備える（to comprise）」という動詞は、本明細書中で、列挙されていない特徴の存在をもまた排除しない開放形式の限定として用いられている。従属請求項に列挙されている特徴は、別段の記載がない限り、相互に自由に組み合わせ可能である。

本発明に特徴的であると考えられる新規の特性は、特には添付された特許請求の範囲に示されている。しかしながら、発明自体は、その構成および動作の方法の両方に関して、それらの追加の目的および利点と共に、以下の具体的な実施形態の記載から、添付図面と関連付けて読まれる場合に最もよく理解されるであろう。

先行技術の検出器ヘッドを示す図である。 先行技術の検出器ヘッドの他の例を示す図である。 先行技術の検出器ヘッドの他の例を示す図である。 半導体放射線検出器の構造的原理を説明する図である。 本発明の実施形態による半導体放射線検出器を説明する図である。 本発明の実施形態による半導体放射線検出器の部分断面図である。 接着プレートに取り付けられた接合プレートの存在し得る外形を説明する図である。 半導体放射線検出器の製造方法を示す図である。

図４は、本発明の実施形態による半導体放射線検出器における主な構造部品の一例を示す。半導体放射線検出器は、正面側および背面側を有する検出器チップ４０１を備える。本明細書の記載においては、「正面側」という呼称は、検出される放射線を受けることを予定される検出器の表面であって、組立てられた半導体放射線検出器において見える（非透明な放射線入射窓を有する検出器缶またはその他の種類の外部ケーシングの中に検出器が囲われていない限り）。同様に、本明細書の用語範囲において、検出器チップの背面側とは、検出器チップが、検出器ヘッドの他の部分に取り付けられる側である。語彙の選択は、半導体ウエハのパターン表面をその正面側と呼び、ウエハの反対側の表面をその背面側と呼ぶという慣例的な方法と混同すべきではない。図４の原理図において、検出器チップ４０１の正面側は、上向き側である。

図４に示されるように、半導体放射線検出器は、検出器チップ４０１の背面側に支持プレート４０２を備える。電気的接続は、図４の左側にぎざぎざの矢印で概略的に示され、従って、支持プレート４０２は検出器チップ４０１と電気的に接続されている。かかる電気的接続を行う有利な形式については、より詳しく後述する。

図４に示される主要な構造の下部には、ベースプレート４０３が設けられ、ベースプレートは、ベースプレートに取り付けられた熱電冷却器（ＴＥＣ）４０４を有する。コンタクトピン４０５は、検出器チップ４０１が設けられた側に向かって、図４では上側に向かってベースプレート４０３から突出する。

半導体放射線検出器は、ＴＥＣ４０４のベースプレートと反対側に接着プレート４０６を備える。矢印４０７で示されるように、コンタクトピン４０５と接着プレート４０６との間に電気的接続が行われる。これらの電気的接続はワイヤボンディングにより行われることが有利であり、明白な用語上の呼称のために、これらの接続は「第１の」ワイヤボンド接続を構成すると言ってもよい（この構造の別の場所における「第２の」ワイヤボンド接続との相違点として）。識別子である「第１の」および「第２の」は、明白な言葉上の参照のためにのみ使用され、例えばこれらの接続のどちらを製造過程における第１または第２にすべきかについての言外の意味を生じるものではない。

ＴＥＣを操作するために使用される電気的接続は、主にコンタクトピン４０５のうちの専用のピンを経由するものである。ＴＥＣ４０４とベースプレート４０３との間に、例えば、半導体放射線検出器が取り付けられる分析装置の接地電位にＴＥＣ４０４を接続するために、ある形態の電気的接続がまた、存在してもよい。

半導体放射線検出器は、接着プレート４０６と支持プレート４０２との間に接合プレート４０８を備える。支持プレート４０２と接着プレート４０６との間の電気的接続は、接合プレート４０８を経由してなされる。接合プレート４０８はまた、積層されたプレートにおける機械的中間層を構成し、従って、完全に組み立てられた半導体放射線検出器において、支持プレート４０２は接合プレート４０８に取り付けられ、次に接合プレート４０８は接着プレート４０６に取り付けられる。

図５は、本発明の実施形態による半導体放射線検出器の一部分解組立図である。検出器チップ４０１は最上部にあり、図５では、検出器チップ４０１の背面側に取り付けられる支持プレート４０２によって視野から大部分隠されている。ベースプレート４０３は、ベースプレート４０３に取り付けられたＴＥＣ４０４を有する。コンタクトピン４０５は、ベースプレート４０３から検出器チップ４０１に向かって突出する。絶縁スリーブ５０１は、コンタクトピン４０５とベースプレート４０３との間の電気的絶縁を提供する。最初にワイヤボンド接続４０７により、少なくともいくつかのコンタクトピン４０５の上部端が、接着プレート４０６の正面側の表面（図５では上部表面）のそれぞれの第１のコンタクトパッド５０２に接続される。例えば、検出器全体の形状が、標準化された数のコンタクトピンを要するある基準を満足させなければならないが、検出器を操作するために多くの電気的接続が要求されない場合、必ずしもすべてのコンタクトピンが接続される必要はない。

接合プレート４０８は、詳細に後述される目的のために、図５では環状リングの形状を有する。環状リング内の切り欠きは、空気を保持し、検出器が真空排気される場合にトラブルを起こし得る密閉ポケットを形成するものではないことを確実にする。２つの１点鎖線は、支持プレート４０２、接合プレート４０８および接着プレート４０６の一定の箇所が、半導体放射線検出器を組立てるためにどのように芯合わせされるかを示す。

図５はまた、接合プレート４０８を経由して支持プレート４０２と接着プレート４０６との間の電気的接続を行う２つの実行可能な方法を示す。接着プレート４０６の正面側の表面上の第１導電トラック５０３と支持プレート４０２の背面側の表面上の第２導電トラック５０４との間の電気的接続は、接合プレート４０８中の導電通路５０５を通過し、対応する配置の断面はまた、図６に示される。対照的に、接着プレート４０６の正面側の表面上の第３導電トラック５０６と支持プレート４０２の背面側の表面上の第４導電トラック５０７との間の電気的接続は、接合プレート４０８の表面の（第５）導電トラック５０８を通過する。この例において、第５導電トラック５０８は、接合プレート４０８の外部端の回りを通り、それによって、組立てられた半導体放射線検出器において、接合プレート４０８の背面側の表面上の第５導電トラックの第１端が第３導電トラック５０６に向かい合い、接合プレート４０８の正面側の表面上の第２端（図５では見えない）が第４導電トラック５０７に向かい合う。

図５および図６に示される半導体放射線検出器は、支持プレート４０２の検出器チップ４０１と反対側に取り付けられた電子部品５０９を備える。電子部品５０９は、例えば、検出器チップ４０１の低雑音前置増幅器として使用されるＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であってもよい。より一般的な用語において、電子部品は、一体型前置増幅器回路であってもよいが、簡潔さのために、この技術分野においてはＦＥＴと呼ぶことが一般的である。干渉を最小にするために、ＦＥＴを検出器チップ４０１にできるだけ近接して有することが有利である。ＦＥＴおよび／またはその他の前置増幅器回路を、また半導体チップを構成する半導体部材の同じ区画内に設けることも可能であるが、放射線検出器に使用される半導体部材は、電界効果トランジスタに使用されるものとは異なる要求性能を有するので、多くの場合、別のＦＥＴを使用することが有利である。

ある場合には、検出器チップの表面に直接別のＦＥＴを取り付けることが可能であるが、接合プレート４０８の形状に関するある観点を示すために、ＦＥＴ（または他の電子部品５０９）は、支持プレート４０２に取り付けられるだけではなく、支持プレート４０２の他の平坦な背面側表面から出てくるものとする。換言すれば、電子部品５０９の少なくとも一部が支持プレート４０２の他の平坦な背面側表面からの突起部を構成する。完全に組立てられた構成において、半導体放射線検出器は、支持プレート４０２、接合プレート４０８および接着プレート４０６を含む積層において、電子部品５０９のための空洞を備える。とりわけ、空洞は、接合プレート４０８の形状によって少なくとも部分的に画定される。言い換えれば、電子部品５０９によって構成される突起部にもかかわらずに、接合プレート４０８は、支持プレート４０２の背面側の表面に対してフラットに置くことができ、電子部品５０９は空洞内に収容されるであろう。

図５および図６の実施形態において、接合プレート４０８のリング形状の外形は空洞を区画し、組立てられた構成では、円筒状の空きスペースが、半導体放射線検出器の内部に残存している。円筒状の空きスペースの平らな端部は、支持プレート４０２および接着プレート４０６のそれぞれ背面側および正面側の表面であり、接合プレート４０８が空きスペースの周囲を画定する。製造という観点からは、いかなる凹んだ表面形状もなしに接合プレート４０８を形成することが最も有利である。例えば、接合プレート４０８の正面側の表面における電子部品５０９を収容するであろう凹状のくぼみよりも、図５および図６のように直進の、好ましくは丸い貫通孔を形成するほうがより容易である。

図５および図６はまた、検出器チップ４０１と支持プレート４０２との間に電気的接続を行ういくつかの有利な方法を示す。検出器チップ４０１の背面側の表面が、検出器チップを適切に操作させるために要求される比較的複雑なパターンを備えることが可能である。かかる複雑なパターンには、検出器チップへの接続が行われる精度に対する厳しい要求条件が課され得る。ワイヤボンディングは、比較的小さなコンタクトパッドのみが本質的に要求されるため、検出器チップ４０１の背面側の表面への電気的接続を行うために非常に有利な選択である。コンタクトピン４０５と接着プレート４０６との間の第１のワイヤボンド接続と混同しないために「第２のワイヤボンド接続」という呼称を使用する。

支持プレート４０２は、図５および図６において第２のワイヤボンド接続の少なくともいくつかが通過する１つまたは２つ以上の開口を画定する。図５の実施形態において、支持プレート４０２は、２つの開口を有し、１つは支持プレート４０２の全体の円形の輪郭と同心で円形である。これらは、本発明の必須条件ではないが、支持プレートはより多くの開口を備えることができ、支持プレートの任意の開口は円形以外の形状および同心以外の位置を有していてもよい。

しかしながら、支持プレート４０２における開口を通過する第２のワイヤボンド接続（もしあれば）と接合プレート４０８の外形との間にある種の整合を有することが有利である。支持プレート４０２の背面側の表面上の第２のワイヤボンド接続の一端が、必然的にまさに電子部品５０９のような突起部を構成し、従って、完全に組立てられた半導体放射線検知器の支持、接合および接着プレートの積層における空洞に突起部を収容することが有利である。例えば、検出器チップの背面側の表面上の接地プレートまたは外部リング（分離しては示されず）への接続を概略的に示すワイヤボンド接続５１４は、支持プレート４０２の外部端に近接して置かれ、それにより、ワイヤボンド接続５１４の突出する端部は、「空洞」または組立てられた検出器において接合プレート４０８の外側に残る自由スペースに収容される。

図５および図６の実施形態の間の１つの相違点は、接着プレートの実施に関係する。図５の実施形態において、接着プレート４０６は、熱電冷却器４０４のベースプレート４０３と反対側に取り付けられ、分離された、電気絶縁プレートである。図６の実施形態において、接着プレート６０１は、熱電冷却器４０４の構造の中のプレートであり、熱電冷却器４０４のベースプレート４０３とは反対の端に置かれている。図５に示されるような実施形態は、とりわけ熱電冷却器４０４が、水平方向の寸法が頂部に向かって連続して小さくなる従来型の場合に、より有利である。また、図５のような分離された接着プレートの使用は、熱電冷却器として市販の標準構成部品をいかなる変更もなしに用いることを可能にする。

図５において、熱電冷却器４０４へのおよび熱電冷却器４０４からの電気的接続が専用のコンタクトピン５１５および５１６を経由して行われるコンタクトピンはその他のコンタクトピンよりも短くすることができる（しかし、短くする必要はない）。というのは、接着プレート４０６の高さまで達する必要がないためである。接着プレートを経由する接続があってもよく、例えば、基準指示子５１０は接着プレート４０６の中を経由する導電通路を示し、導電通路を通って接着プレート４０６の背面側の表面まで電気的接続を行うことができ、そこでは熱電冷却器４０４からの起こり得る干渉に対して保護するために接地平面が生じ得る。

図５および図６を対比することにより、本発明が、半導体放射線検知器においてどのようにして比較的大きな検出器チップを有することが可能になるのかを理解することは容易である。コンタクトピン４０５は、リム（rim；外輪）、とりわけこの場合円形のリムを画定する。検出器チップ４０１と支持プレート４０２のサンドイッチ配置の端は、半導体放射線検知器の本質的な対称性の円柱軸からリムよりもさらに離れて延び、これは検出器チップの正面側の作用領域が、リムによって取り囲まれた領域よりも大きいことを意味する。

図５はまた、検出器チップ４０１の正面側への電気的接続を行う１つのあり得る方法を示す。かかる接続は、しばしば検出器チップを適切にバイアスするために必要とされ、それにより、半導体部材の内部の電界は、放射線に起因する信号電荷を適当な位置に駆動するための適切な形状および強度を有する。支持プレート４０２の背面側の第４の導電トラック５０７は、支持プレート４０２の正面側のコンタクトパッド（図５では隠れている）まで電気的接続がなされる導電通路５１１で止まる。検出器チップ４０１の一端の切り欠き５１２は、前記コンタクトパッドから検出器チップ４０１の正面側の表面上の対応するコンタクトパッド（図５では隠れている）までのワイヤボンド接続５１３が行われるように、支持プレート４０２の正面側表面の十分な部分を自由な状態にする。切り欠き５１２に代えて、また、検出器チップを通過する孔でもよいし、または検出器チップを通過する導電ビアもよい。

本発明では、半導体放射線検知器の全体の形状が円形である必要はない。検出器チップは、三角形、長方形、六角形または八角形であり得るし、もしくは、特定の目的のために最も都合のよい任意の形状でもあり得る。構造のその他のプレート形状の層についても同様であって、すべてのプレート形状の層が同じ全体形状を有する必要はない。図７は、部分的に分解された半導体放射線検知器の上面図であって、検出器チップおよび支持プレートは取り外されている。ベースプレート４０３は、円形で、接着プレート４０６は、本質的に正方形である。接着プレート４０６の上部の、やや小さく砂時計型（鼓形状）の要素は接合プレート４０８である。１２個のコンタクトピン４０５の上端は、３個からなる４グループで示され、１つのグループは、正方形に形成された接着プレート４０６の各側面に隣り合っている。

以前は、コンタクトピンがリムを画定すると考えることができ、リムの大きさは対応する検出器チップの作用領域に比較され得ると指摘されていた。リムは、隣り合うコンタクトピンの各対の間に直線を引くことにより（この場合リムは図７において八角形になろう）または直線的に芯合わせされたコンタクトピンの各グループに沿って想像線を引き、これらの想像線の交差点をリムの角として用いる（この場合リムは図７において正方形となろう）ことにより画定され得るであろう。

以前には、第１のワイヤボンド接続４０７と呼ばれた接続は、コンタクトピン４０５と接着プレート４０６との間に示される。第１のワイヤボンド接続４０７は、接着プレート４０６の正面側の表面上のコンタクトパッド５０２に至り、そこから導電トラックが接合プレート４０８の下の適切な位置に通される。接合プレートの中の導電通路５０５は、接合プレートの正面側に至り、そこから、はんだ付けされた、または導電接着された接続がさらに支持プレートまで行われ得る（図７には示されず）。

図７の破線で示すパターンは、支持プレート（支持プレートに取り付けられた検出器チップおよび支持プレートから突出する１つまたは２つ以上の電子部品と共に）が接合プレート４０８に取り付けられた場合に支持プレートが有し得るいくつかの例示的な特徴を示す。かかる支持プレートは、破線の楕円形７０１で示されるように中間に楕円形の開口を有し得る。突出する電子部品は、鼓形状の接合プレート４０８の腰部によって自由になった領域７０２の少なくとも１つに配置され得る。したがってまた、この場合、組立てられた半導体放射線検知器において、支持プレート、接合プレートおよび接着プレートを含む積層において電子部品を収容する空洞が、接合プレート４０８の外形により少なくとも部分的に画定される。

積み重ねられたプレート（支持、接合および接着プレート）の作業の１つは、熱を検出器チップから熱電冷却器に伝導することである。熱伝導の短く効率的な通路を作り出すためには、図７に示されるような鼓形状が、図５に示されるリング形状よりもより有利であり得る。一般的に、接合プレートの形状を選択するための対応する原理は、検出器チップとＴＥＣが後ろに配置される接着プレートの部分との間の最も短い通路に沿って、できるだけ多量の固体物質が配置される形状を選択するものとして示され得る。言い換えれば、同じ原理が、突出する電子部品および／または支持プレートの背面側の接着接続を収容する１つまたは２つ以上の空洞を形成するために機能する切り欠きおよび／または孔が、検出器チップとＴＥＣが後ろに配置される接着プレートの部分との間の最も短い通路からできるだけ離れている接合プレートの形状を選択するものとして特徴づけられ得る。さらにその他の特徴は、接合プレートの厚みより長くはない距離を経由して熱を支持プレートから接着プレートまで直接伝導し得る接合プレートの断面積を最大にすることである。

図８は、半導体放射線検知器を製造する方法を概略的に示す図である。工程８０１は、検出器チップを作製することを含み、この工程は、半導体ウエハの製作、イオン注入および／またはパターン層の蒸着技術によるウエハのパターン化、および検出器チップを適切な大きさに切断することなどのすべての工程を含む。これらの製造工程は、任意の公知の方法で行われてもよく、本発明においては重要なものではない。同様に工程８０２は、ベースプレート、ベースプレートに取り付けられた熱電冷却器、およびベースプレートから突出するコンタクトピンを含むサブアセンブリを作製することを含む。また、これらの製造工程は、任意の公知の方法で行われてもよく、本発明においては重要なものではない。

工程８０３は、接合プレートを作製することを含み、この工程は、適切な形状を選択し、電気的に絶縁性ではあるが熱伝導性がある材料の接合プレートを作製すること、要求される導電通路（もしあれば）を作製すること、および接合プレートを通して所望の電気的接続を通すために必要な、接合プレートの様々な表面上のコンタクトポイントおよび導電パターンを作製することを含む。接合プレートの材料は、好ましくは、真空状態で使用され得るセラミック材料である。

工程８０４は、検出器チップを支持プレートに取り付けることを含む。取り付けにはフリップチップボンディングを用いることができるが、また、接着剤による接合などのその他の技術も可能である。かかる取り付けが導電性の結合を生じさせない場合、接着剤による接合は、電気的に絶縁性の接着剤でなされるべきである。検出器チップと支持プレートとの間の電気的接続を行うことは、別の工程８０５に示される。特には、取り付け工程において、必ずしもすべての電気的接続がフリップチップボンディングによって既に行われていない場合、接続を行う工程８０５は、ワイヤボンディングを含んでもよい。また、ＦＥＴなどの電子部品が、前もって支持プレートに取り付けられていない場合、それは、電子部品を効率的に使用するために必要な要求される（代表的にはワイヤボンドによる）接続と共に工程８０５の一部として取り付けられ得る。

工程８０４の後、検出器チップおよび支持プレートは、依然として比較的単純な平面構成要素を構成しており、両側からワイヤボンド接続を行うことは容易である。検出器チップおよび支持プレートの厚さは、典型的には、それぞれ１ｍｍ未満であり、このことは、例えば、支持プレートの正面側の表面から検出器チップの正面側の表面へのワイヤボンディング（図５の接続５１３参照）、もしくは支持プレートの開口または切り欠きを経由した、支持プレートの背面側の表面から検出器チップの背面側の表面へのワイヤボンディング、もしくは支持プレート上のＦＥＴの背面側の表面から検出器チップの背面側の表面へのワイヤボンディングでさえもが、十分にワイヤボンディングにおける高さの許容される差の範囲内にあることを意味する。このように接続を行うことは、検出器チップの背面側の接触点と支持プレート上の接触点とのワイヤボンディングとして特徴づけることができよう。

工程８０６は、工程８０２で作製されたサブアセンブリに接着プレートを取り付けることを含む。もし熱電冷却器の構造内のプレートを接着プレートとして使用するのであれば、工程８０６は大したことではない。というのは、そのような場合、工程は、本質的にはＴＥＣの構造内のプレートの名を接着プレートに付け換えるだけであるからである。もし別の、電気的に絶縁性のプレートが接着プレートとして使用される場合、工程８０６は、それを熱電冷却器のベースプレートとは反対側に取り付けることを含む。はんだ付けおよび接着接合は、適切な取付け技術の例である。ＴＥＣへの、またはＴＥＣからの電気的接続もまた、例えばＴＥＣからの各ワイヤの自由端を専用のコンタクトピンの回りにしっかりと被せることにより、この工程において行われ得る。

工程８０７は、接着プレートとコンタクトピンとの間のワイヤボンド接続を行うことを含む。コンタクトピンの上部端は、取り付けられた接着プレートの正面側の表面と同じ高さ、すなわち±１ｍｍ以下であり、従って、ワイヤボンディングはサブアセンブリの正面方向から容易に行われる。基本的には、ワイヤボンディングはまた、側面方向から行うことも可能であるが、かかる方向性は、ワイヤボンディング工程を容易により複雑にし得るし、得られる利点も少ないか、または付加的な利点もない。

工程８０８での半導体放射線検知器の組立ては、支持プレートを接着プレートに機械的におよび電気的に接続するために、中間プレートとして接合プレートを使用することを含み、支持プレートの検出器チップとは反対側に取り付けられる電子部品と、支持プレート、接合プレートおよび接着プレートの積層内の空洞との芯合わせを含んでもよい。かかる空洞は、接合プレートの形状（appearance）によって少なくとも部分的に画定される。工程において取り付けを行うことは、次のもののうちの任意のものまたは任意の組み合わせを含んでもよい。
・導電性の接着剤を用いた、接合プレートの支持プレートへの接着、
・接合プレート上の接触点の支持プレート上の接触点へのはんだ付け、
・導電性の接着剤を用いた、接合プレートの接着プレートへの接着、
・接合プレート上の接触点の接着プレート上の接触点へのはんだ付け。

添付の請求項によって定義された保護の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態の変形および改変が可能である。例えば、本発明においては、コンタクトピンへのすべての外部の電気接触が、ベースプレートの背面側から突出するコンタクトピンの自由端でのみ行われるべきであることを必要としないし、ある場合には、パターン化されたベースプレートを用いて、そのベースプレートの表面またはいずれかの中間層が、コンタクトピンの１つまたは２つ以上への、およびそれからの電気的接続を行い得ることが有利となり得よう。本発明は、厳密に一体型の接合プレートとすることを必要とせず、接合プレートを作製するために２つまたはそれ以上の部品を使用することもできるであろう。半導体放射線検知器を検出器缶またはその他のケーシングで囲うこと、およびかかるケーシングの内部を真空引きすることが、図８の製造方法における工程８０８に続いて行われ得る。

Claims (14)

1. 正面側と背面側とを有する検出器チップと、
   前記検出器チップの背面側に設けられ、前記検出器チップとの電気的接続を有する支持プレートと、
   熱電冷却器が取り付けられ、かつ、前記検出器チップに向かって突出するコンタクトピンを有するベースプレートと、
   前記熱電冷却器の前記ベースプレートと反対側の接着プレートと、
   前記コンタクトピンと前記接着プレートとの間の第１のワイヤボンド接続と、
   前記接着プレートと前記支持プレートとの間の接合プレートと、
   前記支持プレートと前記接着プレートとの間を、前記接合プレートを介して接続する電気的接続
   とを備える半導体放射線検出器。
2. 前記検出器チップと前記支持プレートとの間の電気的接続が、前記検出器チップの背面側の第２のワイヤボンド接続を含み、前記第２のワイヤボンド接続の少なくとも１つが、前記支持プレート内の開口を通過している請求項１記載の半導体放射線検出器。
3. 前記支持プレートの前記検出器チップと反対側に取り付けられた電子部品と、
   前記支持プレート、前記接合プレート、および前記接着プレートを含む積層内の、前記電子部品を収容するための空洞
   とを備え、前記空洞が、前記接合プレートの形状によって少なくとも部分的に画定される請求項１または２記載の半導体放射線検出器。
4. 前記空洞が、前記接合プレートの中を貫通する孔によって少なくとも部分的に画定される請求項３記載の半導体放射線検出器。
5. 前記空洞が、前記接合プレートの形状によって少なくとも部分的に画定される請求項３記載の半導体放射線検出器。
6. 前記接合プレートを経由する、前記支持プレートと前記接着プレートとの間の電気的接続のうちの少なくとも１つが、前記接合プレートの導電通路を通過する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器。
7. 前記接合プレートを経由する、前記支持プレートと前記接着プレートとの間の電気的接続のうちの少なくとも１つが、前記接合プレートの表面上の導電トラックを経由する請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器。
8. 前記接着プレートが、前記熱電冷却器の前記ベースプレートと反対側に取り付けられた、別の、電気的に絶縁性のプレートである請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器。
9. 前記接着プレートが、前記熱電冷却器の構造において、前記熱電冷却器の前記ベースプレートと反対の端に設けられたプレートである請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器。
10. 前記コンタクトピンの上端部を結ぶ線が、リムを画定し、および
    前記検出器チップの正面側の作用領域が、前記リムによって取り囲まれた領域よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体放射線検出器。
11. 半導体放射線検出器の製造方法であって、前記方法が、
    検出器チップを支持プレートに取り付け、
    前記検出器チップと前記支持プレートとの間の電気的接続を行い、
    ベースプレートと、前記ベースプレートに取り付けられた熱電冷却器と、前記熱電冷却器上に設けられた接着プレートと、前記ベースプレートから突出するコンタクトピンとを有するサブアセンブリにおいて、前記接着プレートと前記コンタクトピンとの間のワイヤボンド接続を行い、および
    前記支持プレートを前記接着プレートに機械的におよび電気的に接続するために、接合プレートを使用する
    ことを含む方法。
12. 前記検出器チップと前記支持プレートとの間の電気的接続を行う工程が、前記検出器チップの背面側の接触点を前記支持プレートの接触点にワイヤボンディングすることを含む請求項１１記載の方法。
13. 前記支持プレートを前記接着プレートに機械的におよび電気的に接続するために、前記接合プレートを使用する工程が、前記支持プレートの前記検出器チップと反対側に取り付けられる電子部品と、前記支持プレート、前記接合プレート、および前記接着プレートの積層内の空洞との位置合わせを含んでおり、前記空洞は、前記接合プレートの形状によって少なくとも部分的に画定される請求項１１または１２記載の方法。
14. 前記支持プレートを前記接着プレートに機械的におよび電気的に接続するために、前記接合プレートを使用する前記工程が、
    ・導電性の接着剤を用いて、前記接合プレートを前記支持プレートに接着する工程、
    ・前記接合プレート上の接触点を前記支持プレート上の接触点にはんだ付けする工程、
    ・導電性の接着剤を用いて、前記接合プレートを前記接着プレートに接着する工程、
    ・前記接合プレート上の接触点を前記接着プレート上の接触点にはんだ付けする工程、
    のうちの少なくとも１つを含む請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。

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