KR20050105240A - 반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기 - Google Patents

반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기 Download PDF

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KR20050105240A
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카츠미 시바야마
유타카 쿠수야마
마사히로 하야시
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

입력면(20a)측에서 개구 면적이 커지게 되는 테이퍼부(20d)를 갖는 관통공(20c)이 설치된 유리 기판, 및 관통공(20c)의 내벽에 형성된 도전성 부재(21)로 이루어지는 배선 기판(20)을 이용한다. 이 배선 기판(20)의 입력면(20a)상에 형성된 도전성 부재(21)의 입력부(21a)에 대하여, PD 어레이(15)의 출력면(15b)상에 도전성 부재(21)에 대응하여 설치된 범프 전극(17)을 접속하여 반도체 장치(5)로 한다. 그리고, PD 어레이(15)의 광입사면(15a)에 광학 접착제(11)를 통하여 신틸레이터(10)를 접속하고, 배선 기판(20)의 출력면(20b)에 범프 전극(31)을 통하여 신호 처리 소자(30)를 접속하여 방사선 검출기를 구성한다. 이로 인해, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전로가 양호하게 접속되는 반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기가 얻어진다.

Description

반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기{SEMICONDUCTOR DEVICE AND RADIATION DETECTOR EMPLOYING IT}
본 발명은 전기 신호를 전달하는 도전로가 설치된 배선 기판을 갖는 반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기에 관한 것이다.
CT용 센서 등에 이용되는 방사선 검출기로서 반도체 소자인 반도체 광검출 소자에 대하여, 그 광입사면상에 신틸레이터(scintillator)를 설치한 구성의 검출기가 있다. 이러한 방사선 검출기에 있어서, 검출 대상으로 되는 X선, γ선, 하전(荷電) 입자선 등의 방사선이 신틸레이터에 입사하면, 신틸레이터내에서 방사선에 의하여 신틸레이션 광이 발생한다. 그리고, 반도체 광검출 소자는 신틸레이터로부터 입사한 신틸레이션 광을 검출하고, 방사선의 강도에 대응하는 전기 신호를 출력한다.
또, 반도체 광검출 소자로부터 출력되는 전기 신호에 대하여, 그 신호 처리를 행하기 위하여 신호 처리 소자가 설치된다. 이 때, 반도체 소자와 신호 처리 소자를 전기적으로 접속하여 전기 신호를 전달하는 구성의 하나로서, 도전로가 설치된 배선 기판에 반도체 소자를 접속하여 일체의 반도체 장치를 구성하고, 이 반도체 장치의 배선 기판에 신호 처리 소자를 접속하는 구성이 이용되고 있다. 배선 기판을 이용한 이러한 반도체 장치는 방사선 검출기 이외에도 각종 용도로 이용되고 있다(예를 들면, 일본 특허 제2555720호 공보, 일본 특개평 3-203341호 공보 참조).
도 1은 반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기의 한 실시형태의 단면 구조를 나타내는 측면 단면도.
도 2는 도 1에 나타낸 방사선 검출기의 구성을 분해하여 나타내는 사시도.
도 3a, 도 3b는 배선 기판의 (A) 신호 입력면, 및 (B) 신호 출력면의 구성을 나타내는 평면도.
도 4a, 도 4b는 배선 기판의 관통공, 및 관통공에 설치된 도전성 부재의 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 5a, 도 5b는 배선 기판에서의 관통공 및 도전성 부재의 구성 및 그 범프 전극과의 접속의 일례에 대하여 나타내는 도면.
도 6a, 도 6b는 배선 기판에서의 관통공 및 도전성 부재의 구성 및 그 범프 전극과의 접속의 다른 예에 대하여 나타내는 도면.
도 7a, 도 7b는 배선 기판에서의 관통공 및 도전성 부재의 구성 및 그 범프 전극과의 접속의 다른 예에 대하여 나타내는 도면.
도 8a 내지 도 8e는 배선 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면.
도 9a, 도 9b는 배선 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면.
도 10a, 도 10b는 배선 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면.
도 11a 내지 도 11c는 배선 기판의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면.
반도체 소자에 대하여 배선 기판을 접속하는 구성의 반도체 장치에서는 반도체 소자의 칩을 플립칩 본딩에 의하여 배선 기판상에 실장할 때, 반도체 소자에 설치된 범프(bump) 전극을 통하여 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전로가 전기적으로 접속된다.
이러한 구성에 있어서는 반도체 소자와 배선 기판을 물리적, 전기적으로 안정하게 접속하는 것이 중요하다. 그러나, 상기와 같이 범프 전극을 이용한 접속 구성에서는 큰 범프 전극이 과도하게 손상되거나, 또는 인접하는 범프 전극끼리가 접촉하게 되는 등, 범프 전극의 크기나 높이, 배치 등에 의해 반도체 소자와 배선 기판과의 접속에 문제가 생기는 경우가 있다.
본 발명은 이상의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전로가 양호하게 접속되는 반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 반도체 장치는 (1) 전기 신호를 출력하는 반도체 소자와, (2) 신호 입력면 및 신호 출력면의 사이에서 전기 신호를 전달하는 도전로가 설치되며, 신호 입력면에 반도체 소자가 접속된 배선 기판을 구비하고, (3) 배선 기판은 신호 입력면에 있어서 개구 면적이 유리 기판의 내부의 소정 위치에 있어서 개구 면적보다 큰 관통공(through hole)이 설치된 유리 기판과, 관통공에 설치되며 신호 입력면 및 신호 출력면의 사이를 전기적으로 도통하여 도전로로서 기능하는 도전성 부재를 갖고 구성되고, (4) 반도체 소자, 및 배선 기판에서의 도전성 부재는 도전성 부재에 대응하여 형성된 범프 전극을 통하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 반도체 장치에 있어서는 반도체 광검출 소자 등의 반도체 소자를 접속하는 배선 기판으로서, 입력면에서부터 출력면으로 소정 형상으로 형성된 관통공에 도전로로 되는 도전성 부재가 설치된 유리 기판을 이용하고 있다. 그리고, 관통공 및 도전성 부재에 대하여 반도체 소자의 범프 전극을 대응시키고, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전성 부재를 접속하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 반도체 소자를 배선 기판상에 실장할 때에, 도전성 부재가 설치된 관통공의 내부에 범프 전극의 일부가 범프 전극이 접속되는 측에서 개구 면적이 커지게 되는 관통공의 형상에 의하여 가이드되면서 넣어져 들어간다. 이로 인해, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전로가 범프 전극을 통하여 양호하게 접속되는 반도체 장치가 실현된다. 여기서, 배선 기판에 있어서 도전로의 구성에 대하여 도전성 부재는 유리 기판에 설치된 관통공의 내벽에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또, 유리 기판은 코어 유리(core glass)부 및 코어 유리부의 주위에 설치된 피복 유리부를 포함하는 화이버 형상의 유리 부재를 묶어서 형성된 묶음(束) 형상의 유리 부재를 원하는 두께로 절단하는 동시에, 코어 유리부를 제거함으로써 관통공이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 도전성 부재를 설치하기 위한 관통공이 원하는 구멍 지름 및 피치로 형성된 유리 기판에 의하여 배선 기판을 구성할 수 있다.
관통공의 구체적인 구성으로서, 유리 기판에서의 관통공은 신호 입력면측의 소정 범위가 신호 입력면에서부터 유리 기판의 내부로 향하여 개구 면적이 순차적으로 작아지게 되는 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또는, 유리 기판에서의 관통공은 신호 입력면측의 소정 범위가 유리 기판의 내부의 소정 위치를 포함하는 범위에 있어서 개구 면적보다 큰 소정의 개구 면적에서 요(凹) 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또, 유리 기판은 관통공으로서 소정의 개구 면적의 제1 관통 구멍과, 제1 관통공과는 다른 개구 면적의 제2 관통공을 적어도 갖는 구성으로 해도 된다. 이러한 구성에서는 관통공에 설치된 도전성 부재에 대하여 접속되는 범프 전극의 크기나 높이 등에 따라서 각각의 관통공에서의 개구 면적을 적합하게 설정할 수 있다.
또, 배선 기판의 신호 출력면에 접속되며, 반도체 소자로부터의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 수단을 추가로 구비하는 구성으로 해도 된다. 이로 인해, 반도체 소자로부터 출력된 전기 신호가 신호 처리 수단에서 처리되는 구성의 반도체 장치가 얻어진다.
또, 본 발명에 의한 방사선 검출기는 상기한 반도체 장치를 포함하여 구성된 방사선 검출기로서, (1) 반도체 소자를 포함하고, 입사한 방사선을 검출하여 전기 신호를 출력하는 방사선 검출 수단과, (2) 방사선 검출 수단으로부터의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 수단과, (3) 배선 기판을 포함하고, 방사선 검출 수단 및 신호 처리 수단이 각각 신호 입력면 및 신호 출력면에 접속된 배선 기판부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 방사선 검출기에 있어서는 방사선 검출 수단과 신호 처리 수단을 전기적으로 접속하여 전기 신호인 검출 신호를 전달하는 배선 기판부로서 방사선 검출 수단에 포함되는 반도체 소자와 함께 상기 반도체 장치를 구성하는 배선 기판을 이용하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전성 부재가 양호하게 접속되므로, 방사선 검출 수단으로부터 신호 처리 수단에 검출 신호의 전달, 및 신호 처리 수단에 있어서 검출 신호의 처리를 확실히 행하는 것이 가능한 방사선 검출기가 실현된다.
이와 같이, 상기 반도체 장치를 방사선 검출기에 적용하는 경우, 배선 기판에 이용되는 유리 기판은 방사선 차폐 기능을 갖는 소정의 유리 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 방사선 검출 수단에서부터 신호 처리 수단으로의 방사선의 투과를 억제할 수 있다. 이러한 유리 재료로서는 예를 들면 납을 함유하는 유리 재료가 있다.
또, 방사선 검출 수단의 구성에 대해서, 방사선 검출 수단은 방사선의 입사에 의해 신틸레이션 광을 발생하는 신틸레이터와, 신틸레이터로부터의 신틸레이션 광을 검출하는 반도체 광검출 소자를 갖는 구성을 이용하는 일이 생긴다. 또는, 방사선 검출 수단으로서는 입사한 방사선을 검출하는 반도체 검출 소자를 갖는 구성을 이용해도 된다.
이하, 도면과 함께 본 발명에 의한 반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기의 적합한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하여 중복하는 설명을 생략한다. 또, 도면의 치수법 비율은 설명한 것과 반드시 일치하고 있지 않다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체 장치 및 방사선 검출기의 한 실시형태의 단면 구조를 나타내는 측면 단면도이다. 또, 도 2는 도 1에 나타낸 반도체 장치 및 방사선 검출기의 구성을, 각 구성요소를 분해하여 나타내는 사시도이다. 또한 이하의 각 도면에 있어서는 설명의 편의를 위하여, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 방사선이 입사할 방향에 따른 축을 z축, 이 z축에 직교하는 두 축을 x축, y축으로 한다. 여기서는 z축의 부(負)의 방향이 배선 기판에 있어서 신호 입력면에서부터 신호 출력면으로 향하는 도전 방향, 및 방사선 검출기에 있어서 각 구성요소의 배열 방향으로 되어 있다.
도 1에 나타낸 방사선 검출기는 신틸레이터(10)와, 반도체 장치(5)와, 신호 처리부(3)를 구비하고 있다. 이들은 도 2에 나타낸 바와 같이, 소정의 배열 방향에 따라서 상류측(도면의 상측)에서부터 하류측(하측)으로 그 순서로 배치되어 있다.
우선, 포토 다이오드 어레이(15) 및 배선 기판(20)으로 이루어지는 반도체 장치(5)의 구성에 대하여 설명한다.
포토 다이오드 어레이(PD 어레이)(15)는 반도체 장치(5)의 상류측 부분을 구성하고 있다. 이 PD 어레이(15)는 입사한 광을 검출하고, 그 강도에 대응하는 전기 신호를 출력하는 반도체 소자인 포토 다이오드(PD)가 복수개 배열된 반도체 광검출 소자 어레이이다.
도 2에 있어서는 PD 어레이(15)의 구성예로서 x축 및 y축을 배열축으로 하여 4×4=16개의 포토 다이오드(16)가 2차원으로 배열되어서 형성된 PD 어레이를 나타내고 있다. 또, PD 어레이(15)의 하면(15b)은 각 포토 다이오드(16)로부터의 검출 신호를 출력하기 위한 신호 출력면으로 되어 있다. 이 신호 출력면(15b)에는 검출 신호 출력용의 전극인 16개의 범프 전극(17)이 각각 포토 다이오드(16)에 대응하도록 4×4로 배열되어서 설치되어 있다. 또한 도시하고 있지 않으나, 기판 전극(공통 전극)용의 범프 전극도 검출 신호 출력용의 전극과 동일한 형태를 취하고 있다.
배선 기판(20)은 반도체 장치(5)의 하류측 부분을 구성하고 있다. 이의 배선 기판(20)에는 신호 입력면(20a)과 신호 출력면(20b)과의 사이에서 전기 신호를 전달하는 도전로가 설치되어 있고, 그 신호 입력면(20a)에 상기한 PD 어레이(15)가 접속되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 배선 기판(20)에는 코어 유리부와, 코어 유리부의 주위에 설치된 피복 유리부를 포함하는 화이버 형상의 유리 부재(유리 화이버)를 묶어서 묶음 형상의 유리 부재로 하고, 이를 유리 화이버의 축과 교차하는 소정 방향에서 원하는 두께로 절단한 유리 기판이 이용되고 있다. 또, 여기서는 반도체 장치(5)를 방사선 검출기에 적용하고 있기 때문에, 배선 기판(20)의 유기 재료로서 납을 함유하는 납유리 재료 등의 방사선 차폐 기능을 갖는 소정의 유리 재료가 이용되고 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 배선 기판(20)의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 3a는 상면인 신호 입력면(20a)를, 또 도 3b는 하면인 신호 출력면(20b)을 각각 나타내고 있다. 또한 이 도면에는 주요 부분만을 나타내고 있으며, PD 어레이의 기판 전극에 대응한 부분 등은 도시를 생략하고 있다.
도 4a 및 도 4b는 배선 기판(20)의 관통공(20c), 및 관통공(20c)에 설치되는 도전성 부재(21)의 구성의 일례를 나타내는 도면이고, 도 4a는 표면도이고, 도 4b는 I-I 화살표 단면도를 나타내고 있다.
배선 기판(20)을 구성하는 유리 기판에서는 유리 기판에 포함되어 있는 복수의 유리 화이버 중 소정의 유리 화이버에 대하여, 그 중심에 있는 코어 유리부가 제거되어서, 신호 입력면(20a)으로부터 신호 출력면(20b)에 관통공(20c)이 형성되어 있다. 또, 각각의 관통공(20c)에 대하여, 입력면(20a)과 출력면(20b)과의 사이를 전기적으로 도통하여 도전로로서 기능하는 도전성 부재(21)가 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서는 PD 어레이(15)의 구성에 대응하여 4×4=16개의 관통공(20c) 및 도전성 부재(21)가 설치되어 있다. 이들의 관통공(20c) 및 도전성 부재(21)는 PD 어레이(15)에 있어서 범프 전극(17)과 동일한 피치로 형성되어 있다.
배선 기판(20)에는 복수개(예를 들면(4×4=16개)의 관통공(20c)이 2차원으로 배열되어서 형성되어 있다. 각각의 관통공(20c)은 도 4b에 나타낸 바와 같이, 배선 기판(20)의 입력면(20a) 및 출력면(20b)에 대하여 수직인 축을 중심축으로 하여, 원(圓) 형상의 단면 형상을 갖고 형성되어 있다. 또, 이 관통공(20c) 중에서 신호 입력면(20a)측의 소정 범위는 입력면(20a)에서부터 유리 기판의 내부로 향하여 개구 면적이 순차적으로 작아지는 테이퍼 형상의 테이퍼부(20d)로 되어 있다. 또, 신호 출력면(20b)측의 소정 범위는 출력면(20b)에서부터 내부로 향하여 개구 면적이 순차적으로 작아지게 되는 테이퍼 형상의 테이퍼부(20e)로 되어 있다.
이 관통공(20c)에 대하여, 입력면(20a)과 출력면(20b)과의 사이를 전기적으로 도통하는 도전성 부재(21)는 관통공(20c)의 내벽에 형성된 부재로서 설치되어 있다. 구체적으로는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, 테이퍼부(20d, 20e)를 포함하는 관통공(20c)의 내부에는 그 내벽에 도통부(21c)가 형성되어 있다. 또, 입력면(20a)상에서 테이퍼부(20d)의 외주부에는 도통부(21c)와 연속하는 입력부(21a)가 형성되어 있다. 또, 출력면(20b)상에서 테이퍼부(20e)의 외주부에는 도통부(21c)와 연속하는 출력부(21b)가 형성되어 있다. 이들의 도통부(21c), 입력부(21a), 및 출력부(21b)에 의해, 배선 기판(20)에서의 도전로로 되는 도전성 부재(21)가 구성된다.
배선 기판(20)의 입력면(20a)상에는 도 3a에 나타낸 바와 같이, 도전성 부재(21)의 입력부(21a)가 PD 어레이(15)의 출력면(15b)상의 범프 전극(17)에 대응하는 위치에 설치되어 있다. 여기서, PD 어레이(15)의 범프 전극(17)은 배선 기판(20)의 관통공(20c) 및 도전성 부재(21)에 대응하도록 형성되어 있고, 입력부(21a)는 범프 전극(17)이 접속되는 전극 패드로 되어 있다.
범프 전극(17)은 배선 기판(20)에서의 대응하는 도전성 부재(21)에 대하여, 도전성 부재(21)가 설치된 관통공(20c)의 내부에 범프 전극(17)의 일부가 넣어져 들어가도록 접속된다. 이로 인해, PD 어레이(15)에서의 검출 신호를 출력하는 포토 다이오드(16)는 범프 전극(17)을 통하여 배선 기판(20)에서의 검출 신호를 전달하는 도전로인 도전성 부재(21)에 전기적으로 접속된다.
또, 배선 기판(20)의 출력면(20b)상에는 도 3b에 나타낸 바와 같이, 도전성 부재(21)의 출력부(21b)에 더하여 전극 패드(22)가 형성되어 있다. 또한, 전극 패드(22)는 배선(23)을 통하여 대응하는 도전성 부재(21)의 출력부(21b)와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 출력면(20b)상에는 전극 패드(24)가 형성되어 있다. 이 전극 패드(24)는 후술하는 하우징(40)과의 접속에 이용되는 것이다.
다음에, 상술한 반도체 장치(5)를 포함하는 방사선 검출기의 구성에 대하여 설명한다.
반도체 장치(5)의 PD 어레이(15)의 상류측에는 신틸레이터(10)가 설치되어 있고, 그 상면(10a)이 방사선 검출기에 있어서 방사선 입사면으로 되어 있다. 신틸레이터(10)는 입사면(10a)으로부터 X 선, γ선, 하전 입자선 등의 방사선이 입사함으로써, 소정 파장의 신틸레이션 광을 발생한다. 또, 신틸레이터(10)의 하면인 광출사면(10b)과, PD 어레이(15)의 상면인 광입사면(15a)은 신틸레이션 광을 투과시키는 광학 접착제(11)를 통하여 광학적으로 접속, 접착되어 있다.
여기서, 신틸레이터(10) 및 PD 어레이(15)에 의해, 본 방사선 검출기에 있어서 방사선 검출부(1)가 구성되어 있다. 이 방사선 검출부(1)는 입사한 방사선을 검출하고, 그 강도에 대응한 전기 신호로서 검출 신호를 출력하는 검출 수단이다. 또, 배선 기판(20)에 의해 방사선 검출부(1)와 신호 처리부(3)를 접속하는 배선 기판부(2)가 구성되어 있다.
반도체 장치(5)의 배선 기판(20)의 하류측에는 신호 처리부(3)와, 하우징(패키지)(40)이 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 신호 처리부(3)는 PD 어레이(15)로부터의 검출 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로가 설치된 신호 처리 소자(30)로 이루어진다.
신호 처리 소자(30)의 상면상에는 범프 전극(31)이 형성되어 있다. 이 범프 전극(31)은 배선 기판(20)의 출력면(20b)상의 전극 패드(22)에 대응하는 위치에 설치되어 있다. 이로 인해, 배선 기판(20)에서의 검출 신호를 전달하는 도전로인 도전성 부재(21)는 그 출력부(21b), 배선(23), 전극 패드(22), 및 범프 전극(31)을 통하여 신호 처리 소자(30)에 설치된 신호 처리 회로에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도면에서는 PD 어레이의 신호 출력에 대응한 범프 전극만 나타내고 있으나, 신호 처리 회로의 구동 신호나 신호 처리 회로로부터의 출력 신호도 동일하게 범프 전극을 통하여 배선 기판(20)의 출력면(20b)상에 있는 소정의 전극 패드에 접속하고, 배선 기판(20)의 출력면(20b)상에 있는 전극 패드(24)와 하우징(40)상의 범프 전극(44)을 통하여 소정의 리드(43)와 전기적으로 접속된다.
또, 하우징(40)은 신틸레이터(10)와, PD 어레이(15) 및 배선 기판(20)으로 이루어지는 반도체 장치(5)와, 신호 처리 소자(30)를 일체로 유지하는 유지(保持) 부재이다. 이 하우징(40)은 그 상면상에 요(凹)부로서 설치되며, 신호 처리 소자(30)를 내부에 수용하는 소자 수용부(41)와, 소자 수용부(41)의 외주에 설치되며, 범프 전극(44)을 통하여 배선 기판(20)의 전극 패드(24)에 접속되는 동시에, 신틸레이터(10), 반도체 장치(5), 및 신호 처리 소자(30)를 지지하는 지지부(42)를 갖는다. 또, 하우징(40)의 하면에는 전기 신호의 외부로의 입출력에 이용되는 리드(43)가 설치되어 있다.
이상의 구성에 있어서, 방사선 검출부(1)의 신틸레이터(10)에 X선 등의 방사선이 입사하면, 신틸레이터(10)내에서 방사선에 의하여 신틸레이터 광이 발생하고, 광학 접착제(11)를 통하여 반도체 소자인 PD 어레이(15)의 포토 다이오드(16)로 입사한다. 포토 다이오드(16)는 이 신틸레이터 광을 검출하고, 방사선의 강도에 대응한 전기 신호를 출력한다.
PD 어레이(15)의 각 포토 다이오드(16)로부터 출력된 전기 신호는 대응하는 범프 전극(17), 배선 기판(20)의 도전성 부재(21), 및 범프 전극(31)을 순차적으로통하여 신호 처리 소자(30)로 입력된다. 그리고, 신호 처리 소자(30)의 신호 처리 회로에 있어서 신호 처리를 행한다.
본 실시형태에 의한 반도체 장치, 및 방사선 검출기의 효과에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 4a, 도 4b에 나타낸 반도체 장치(5)에 있어서는 반도체 소자 어레이인 PD 어레이(15)를 접속하는 배선 기판(20)으로서 테이퍼부(20d, 20e)를 갖는 형상으로 형성된 입력면(20a)에서부터 출력면(20b)으로의 관통공(20c)에 도전로로 되는 도전성 부재(21)가 설치된 유리 기판을 이용하고 있다. 그래서, 관통공(20c) 및 도전성 부재(21)에 대하여 PD 어레이(15)의 범프 전극(17)을 대응시키고, 반도체 소자인 PD 어레이(15)의 포토 다이오드(16)와, 배선 기판(20)에서의 대응하는 도전성 부재(21)를 접속하고 있다. 이로 인해, 범프 전극(17)과 도전성 부재(21)를 양호하게 접속할 수 있다.
또, 반도체 장치(5)를 적용한 방사선 검출기에 있어서는 방사선 검출부(1)와 신호 처리부(3)를 전기적으로 접속하여 검출 신호를 전달하는 배선 기판부(2)로서, 방사선 검출부(1)에 포함되는 PD 어레이(15)와 함께 반도체 장치(5)를 구성하는 배선 기판(20)을 이용하고 있다. 이러한 구성에 의하면, PD 어레이(15)의 포토 다이오드(16)와, 배선 기판(20)에서의 도전성 부재(21)가 양호하게 접속되므로, 방사선 검출부(1)에서부터 신호 처리부(3)로 검출 신호의 전달, 및 신호 처리부(3)에 있어서 검출 신호의 처리를 확실히 행하는 것이 가능한 방사선 검출기가 실현된다.
이와 같이, 반도체 소자 및 배선 기판으로 이루어지는 반도체 장치를 방사선 검출기에 적용하는 경우, 배선 기판(20)에 이용되는 유리 기판으로서는 방사선 차폐 기능을 갖는 소정의 유리 재료로 형성된 기판을 이용하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 배선 기판(20)의 상면(20a)측에 위치하는 방사선 검출부(1)에서부터 하면(20b)측에 위치하는 신호 처리부(3)로의 방사선의 투과를 억제할 수 있다.
이러한 유리 재료로서는 예를 들면 납을 함유하는 유리 재료가 있다. 납유리를 이용하는 경우, 유리 재료에 함유시키는 납의 양에 대해서는 그 방사선 검출기에 있어서 요구되는 방사선 차폐 기능의 정도 등에 따라 적당히 설정하는 것이 바람직하다. 또, 납유리 이외에 방사선 차폐 기능을 갖는 유리 재료를 이용해도 된다. 또는 방사선의 차폐가 불필요한 경우나, 방사선 검출기 이외의 장치에 상기한 반도체 장치를 적용하는 경우 등에는 방사선 차폐 기능을 갖고 있지 않는 유리 재료를 이용해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는 배선 기판(20)의 유리 기판으로서 복수 라인의 유리 화이버로부터 일체로 형성되는 동시에, 그 소정 위치에 코어 유리부를 제거한 관통공(20c)이 설치된 유리 기판을 이용하고 있다. 이로 인해, 도전성 부재(21)를 설치하기 위한 관통공(20c)이 원하는 구멍 지름 및 피치로 형성된 유리 기판에 의하여 배선 기판(20)을 구성할 수 있다. 예를 들면, 이러한 구성의 유리 기판에서는 관통공(20c)을 미세한 구멍 지름 및 피치로 형성할 수 있다. 또, 배선 기판(20)의 대면적화, 박형화를 용이하게 행할 수 있다. 또한 상기 형상의 관통공을 갖는 것이면, 다른 구성의 유리 기판을 이용해도 된다.
도 5a 및 도 5b는 배선 기판에 있어서 관통공 및 도전성 부재의 구체적인 구성, 및 그 범프 전극과의 접속의 일례에 대하여 나타내는 도면이고, 도 5a는 접속전의 상태를 나타내고, 도 5b는 접속후의 상태를 나타내고 있다.
본 구성예에서는 도 1에 관하여 상술한 바와 같이, 유리 화이버로 형성된 유리 기판의 관통공(20c)에 도전성 부재(21)를 설치한 배선 기판(20)과, 관통공(20c) 및 도전성 부재(21)에 대응하도록 형성된 범프 전극(17)을 갖는 PD 어레이를 이용하여 반도체 장치(5)를 구성하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 도 5b에 나타낸 바와 같이, PD 어레이(15)를 배선 기판(20)상에 실장할 때에, 도전성 부재(21)가 설치된 관통공(20c)의 내부에 범프 전극(17)의 일부가 넣어져 들어간다. 이로 인해, 범프 전극과 도전성 부재의 접촉 면적이 증대하고, PD 어레이(15)의 포토 다이오드(16)와, 배선 기판(20)에서의 대응하는 도전성 부재(21)가 범프 전극(17)을 통하여 전기적으로, 또 물리적으로 양호하게 접속된다. 배선 기판(20)에서의 도전성 부재(21)로서는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, 관통공(20c)의 내벽에 형성된 부재를 이용하는 것이 바람직하다.
여기서, 범프 전극을 이용하여 반도체 소자와 배선 기판을 접속하는 구성에서는 범프 전극의 크기나 높이, 배치 등에 의해 반도체 소자와 배선 기판과의 접속에 문제가 생기는 경우가 있다. 예를 들면, 도 5a에 나타낸 예에서는 PD 어레이(15)의 출력면(15b)에 설치된 4개의 범프 전극(17)을 도시하고 있으나, 이들 범프 전극(17) 중에서, 내측의 2개는 약간 작은 범프 전극(171), 외측의 2개는 범프 전극(171)보다 큰 범프 전극(172)으로 되어 있다.
이러한 구성에서는 배선 기판(20)상에 PD 어레이(15)를 실장했을 때에, PD 어레이(15)와 배선 기판(20)과의 틈새(隙間)가 불균일하게 되거나, 또는 큰 범프 전극이 과도하게 손상되는 등의 문제가 생긴다. 또, 범프 전극의 피치가 좁은 경우에는 실장시에 인접하는 범프 전극끼리가 접촉하여 쇼트되게 되는 등의 문제가 있다.
이에 대하여, 상기 구성의 배선 기판(20)에서는 도 5b에 나타낸 바와 같이에, 범프 전극(17)의 크기나 높이 등에 따라서, 범프 전극(17)의 일부가 각각 대응하는 도전성 부재(21)가 설치된 관통공(20c)의 내부에 넣어져 들어간다. 이로 인해, 실장시에 범프 전극(17)이 과도하게 손상되어서, 대응하는 전극 패드의 주위로 확대되는 것 등이 방지된다. 따라서, 범프 전극끼리가 쇼트하는 일 없이, 범프 전극(17)과 대응하는 도전성 부재(21)를 양호하게 접속하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 1 및 도 5a, 도 5b에 나타낸 구성에 있어서는 배선 기판(20)에 설치된 관통공(20c) 중에서, 입력면(20a)측의 소정 범위를 테이퍼부(20d)로 하고 있다. 이러한 구성에서는 범프 전극(17)이 접속되는 입력면(20a)측에서 관통공(20c)의 개구 면적(원 형상의 내경)이 커지므로, 테이퍼부(20d)를 갖는 관통공(20c)의 형상에 의하여 가이드되면서, 범프 전극(17)이 관통공(20c)의 내부에 넣어져 들어간다. 이로 인해, 도전성 부재(21)에 대하여 범프 전극(17)을 확실히 접속할 수 있다.
이러한 배선 기판(20)의 관통공(20c)은 일반적으로 입력면(20a)에 있어서 개구 면적이 유리 기판의 내부의 소정 위치(예를 들면 중심 위치를 포함하여 개구 면적이 일정하게 되어 있는 범위내의 위치)에 있어서 개구 면적보다 큰 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 관통공(20c)의 내부에 범프 전극(17)의 일부가, 범프 전극(17)이 접속되는 측에서 개구 면적이 커지게 되는 관통공(20c)의 형상에 의하여 가이드되면서 넣어져 들어가게 되며, 반도체 소자인 PD 어레이(15)의 포토 다이오드(16)와, 배선 기판(20)에서의 대응하는 도전성 부재(21)가 범프 전극(17)을 통하여 양호하게 접속되는 반도체 장치 및 방사선 검출기가 실현된다.
입력면(20a)측에서 개구 면적이 커지게 되는 관통공(20c)의 상기 구성은 범프 전극(17)의 접속 이외의 점에서도 유효하다. 예를 들면, 유리 기판에 형성된 관통공을 이용하여 도전로로 되는 도전성 부재를 설치하는 구성에서는 배선 자체가 협(挾)피치화 되는 경우나, 방사선 검출기에서 배선 기판의 유리 재료에 의하여 방사선을 차폐하는 경우 등에 있어서, 관통공의 구멍 지름을 미세화할 필요가 생긴다.
이와 같이 관통공의 구멍 지름이 작은 경우, 관통공의 내벽에 증착, 도금, 스패터 등의 방법에 의해 도전성 부재를 형성하는 것이 곤란하게 된다. 이에 대하여, 입력면(20a)에 있어서 개구 면적이 커지게 되는 형상으로 관통공(20c)을 형성하면, 관통공(20c)의 내벽의 도전성 부재(21)의 형성이 용이하게 된다.
입력면(20a)에 있어서 개구 면적이 유리 기판의 내부의 소정 위치에 있어서 개구 면적보다 큰 형상으로 되는 관통공(20c)의 구체적인 구성으로서는 관통공(20c)의 입력면(20a)측의 소정 범위를 테이퍼 형상으로 한 상기 구성 이외에도 각종 구성을 이용할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 배선 기판에 있어서 관통공 및 도전성 부재의 구체적인 구성, 및 그 범프 전극과의 접속의 다른 예에 대하여 나타내는 도면이고, 도 6a는 접속전의 상태를 나타내고, 도 6b는 접속후의 상태를 나타내고 있다.
본 구성예에서는 배선 기판(20)에 설치된 관통공(20c) 중에서 입력면(20a)측의 소정 범위를, 유리 기판의 내부의 소정 위치(예를 들면 중심 위치)를 포함하는 범위에 있어서 개구 면적(원 형상의 내경)보다 큰 개구 면적(내경)에서 요(凹) 형상으로 형성된 요(凹)부(20f)로 하고 있다. 이러한 구성에서는 입력면(20a)측의 소정 범위를 테이퍼부(20d)로 한 구성과 동일하게, 범프 전극(17)이 접속되는 입력면(20a)측에서 관통공(20c)의 개구 면적이 커지게 됨으로써, 도전성 부재(21)에 대하여 범프 전극(17)을 확실히 접속할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 배선 기판에 있어서 관통공 및 도전성 부재의 구체적인 구성, 및 그 범프 전극과의 접속의 다른 예에 대하여 나타내는 도면이고, 도 7a는 접속전의 상태를 나타내고, 도 7b는 접속후의 상태를 나타내고 있다.
도 7a에 나타낸 예에서는 PD 어레이(15)의 출력면(15b)에 설치된 4개의 범프 전극(17)을 도시하고 있으나, 도 5a와 동일하게, 이러한 범프 전극(17) 중에서 내측의 2개는 약간 작은 범프 전극(171), 외측의 2개는 범프 전극(171)보다 큰 범프 전극(172)으로 되어 있다.
이에 대하여, 본 구성예에서는 범프 전극(17)에 대응하는 4개의 관통공(20c) 중에서, 범프 전극(171)에 대응하는 내측의 2개를 개구 면적이 약간 작은 관통공(제1 관통공)(201c), 범프 전극(172)에 대응하는 외측의 2개를 관통공(201c)보다 개구 면적이 큰 관통공(제2 관통공)(202c)으로 하고 있다.
이러한 구조에 있어서, 범프 전극재에 금속으로의 유성(濡性)이 높은 땜납 등을 이용하여 관통공의 도전성 부재가 땜납에 유성이 높은 금속을 최표면에 형성하면, 특히 양호한 효과가 얻어진다.
이와 같이, 배선 기판(20)에서의 관통공(20c)으로서 서로 개구 면적이 다른 관통공(201c, 202c)을 설치하는 구성에 의하면, 도전성 부재(21)에 대하여 접속되는 범프 전극(17)의 크기나 높이 등에 따라서 각각의 관통공(20c)에서의 개구 면적을 적합하게 설정할 수 있다. 이로 인해, 범프 전극(17)을 그 크기나 높이 등의 차이에 관계없이 대응하는 도전성 부재(21)에 확실히 접속할 수 있다.
다음에, 도 8a 내지 도 11c를 이용하여, 도 1에 나타낸 반도체 장치 및 방사선 검출기에서의 배선 기판에 이용되는 유리 기판 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 여기서는 관통공을 갖는 유리 기판의 일반적인 구성예 및 그 제조 방법에 대하여 나타내고 있다. 이 때문에, 이하에 나타내는 유리 기판은 도 1에 나타낸 방사선 검출기에 이용되고 있는 배선 기판과는 다른 형상 및 구성으로 되어 있다.
우선, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 코어 유리부(63)와, 그 주위에 설치된 피복 유리부(65)를 포함하는 모재(母材)(61)를 준비한다. 이 모재(61)는 외경이 예를 들면 40~45mm 정도이고, 코어 유리부(63)의 외경은 예를 들면 28~31mm 정도이다. 코어 유리부(63)는 산용해성 유리로 이루어지고, 피복 유리부(65)는 납유리, 소다 석회(石灰) 유리, 코발 유리, 파이렉스 유리 등으로 이루어진다. 그리고, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 상기 모재(61)를 인선(引線)하고, 화이버 형상의 유리 부재인 유리 화이버(67)를 제작한다. 유리 화이버(67)의 외경은 예를 들면 0.4mm 정도이다.
다음에, 도 8c에 나타낸 바와 같이, 상기 유리 화이버(67)를 복수 라인으로 묶어서 소정의 형태(69)로 정렬한다. 여기서는 유리 화이버(67)의 중심축 방향에서부터 보아, 6각 형상을 나타낸 형태(69)를 이용하여 1만개 정도의 유리 화이버(67)를 형적(型積)한다. 이로 인해, 유리 화이버(67)는 도 8d에 나타낸 바와 같이, 그 중심축 방향에서부터 보아 6각 형상으로 되도록 정렬된다. 또한, 유리 화이버(67)의 중심축 방향에서부터 보아, 3각 형상 또는 4각 형상을 나타낸 형태를 이용하여 유리 화이버(67)를 그 중심축 방향에서부터 보아 3각 형상 또는 4각 형상으로 되도록 정렬해도 된다.
계속하여, 도 8e에 나타낸 바와 같이, 정렬한 상태로 유리 화이버(67)의 묶음을 인선하여 멀티 화이버(71)를 제작한다. 멀티 화이버(71)의 외경은 예를 들면 0.7mm 정도이다.
다음에, 도 9a에 나타낸 바와 같이, 인선한 멀티 화이버(71)를 소정의 유리관(73)내에 복수 라인으로 정렬하여 납입한다. 유리관(73)의 내경은 100mm 정도이다. 그리고, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 유리관(73)내에 납입된 멀티 화이버(71)끼리를 가열 융착한다. 이 때, 유리관(73)의 한쪽의 단부에 이 유리관보다 가는 유리관(75)을 접속하고, 로터리 펌프 등으로 배기하여 내부의 압력을 저하시킴으로써, 유리관(73)과 그 내부에 납입된 멀티 화이버(71)끼리가 가열시에 대기압에서 틈새 없게 접촉하여 융착할 수 있다.
가열 온도는 예를 들면 600도 정도이며, 내부의 압력은 0.5Pa 정도이다. 또한, 유리관(73)의 다른쪽의 단부는 봉지되어 있다. 이상의 공정에 의하여, 유리관(73)내에 있어서 복수의 멀티 화이버(71)가 융착된 상태의 묶음 형상의 유리 부재(77)가 형성된다.
계속하여, 유리관(75), 및 봉지하고 있던 부분을 제거한다. 그 후, 도 10a에 나타낸 바와 같이, 유리관(73)의 외주를 숫돌(砥石)(79) 등에 의하여 연마하고, 묶음 형상의 유리 부재(77)의 정형(외경 내기(出))을 행한다. 이 묶음 형상의 유리 부재(77)의 외경 내기에는 외주 연마기를 이용할 수 있다.
그리고, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 묶음 형상의 유리 부재(77)를 원하는 두께로 절단한다. 이 때, 묶음 형상의 유리 부재(77)를 그 중심축에 직교하는 축 l에 따라서 슬라이서(81)로 절단함으로써, 도 1에 나타낸 배선 기판(20)과 같이 관통공이 상면 및 하면에 대하여 수직인 축을 중심축으로 하는 형상으로 되는 유리 기판이 얻어진다.
또는, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 중심축에 직교하는 축 l에 대하여 소정 각도 θ로의 기울기로 되도록, 묶음 형상의 유리 부재(77)를 슬라이서(81)로 절단해도 된다. 추가로, 슬라이서(81)에 의하여 절단된 유리 부재에 대하여, 그 절단면을 연마한다. 이러한 공정에 의해, 도 11a 및 도 11b에 나타낸 바와 같이, 판 형상의 유리 부재(83)가 형성된다. 또한, 여기서는 각도 θ로의 기울기로 되도록 절단한 경우의 유리 부재(83)를 예로서 나타내고 있다.
계속하여, 도 11c에 나타낸 바와 같이, 판 형상의 유리 부재(83)로부터 코어 유리부(63)를 제거(심을 뺌(芯拔))한다. 이 때, HNO3 또는 HCl을 이용하여 에칭 기술에 의해 코어 유리부(63)를 제거한다. 이로 인해, 판 형상의 유리 부재(83)를 두께 방향으로 관통하는 관통공(84)이 복수 형성된다. 추가로, 관통공에 테이퍼부까지는 요(凹)부 등을 형성함으로써, 소정 형상의 관통공을 갖는 유리 기판이 형성된다.
도 1에 나타낸 반도체 장치(5), 및 이를 이용한 방사선 검출기에 있어서 배선 기판(20)으로서는 예를 들면 상기의 제조 방법에 따라 얻은 유리 기판에서의 관통공에 도전로로 되는 도전성 부재를 형성한 것을 이용할 수 있다. 즉, 이러한 구성의 유리 기판에 있어서, 그 기판의 형상 및 관통공의 개수, 배치 등을 방사선 검출기의 구성에 따라 설정한다. 그리고, 유리 기판에 설치된 관통공에 도전로로 되는 도전성 부재를 형성하고, 또한 그 각 면에 각각 필요한 전극 및 배선으로 이루어지는 상기 배선 패턴을 형성함으로써, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같은 구성을 갖는 배선 기판이 얻어진다.
다음에, 도 1에 나타낸 반도체 장치, 및 방사선 검출기의 제조 방법으로 대하여 그 구체적인 구성예와 함께 개략적으로 설명한다.
우선, 상술한 바와 같이 복수의 유리 화이버를 묶은 묶음 형상의 유리 부재를 절단하여 형성되는 동시에, 소정의 코어 유리부를 제거하여 테이퍼부 등을 형성함으로써, 관통공이 설치된 유리 기판을 준비한다. 그리고, 그 관통공에 도전로로 되는 도전성 부재를 형성하고, 또한 입력면 및 출력면으로 되는 양 면에 각각 필요한 전극 및 배선을 갖는 상기 배선 패턴을 형성하고, 반도체 장치(5)에 이용되는 배선 기판(20)을 제작한다.
도 1에 나타낸 구성에서는 반도체 장치(5)에서의 배선 기판에 대하여, 유리 기판에 설치된 테이퍼부(20d 및 20e)를 갖는 관통공(20c)에 대하여, 도통부(21c), 입력부(21a), 및 출력부(21b)로 이루어지는 도전성 부재(21)를 형성한다. 추가로, 그 출력면(20b)상에 전극 패드(22, 24), 및 배선(23)을 형성하여 배선 기판(20)으로 한다.
유리 기판에 형성하는 상기한 도전성 부재 및 상기 배선 패턴으로서는 예를 들면, 질화 티탄(TiN), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 동(Cu), 은(Ag), 금(Au), 또는 이들의 합금으로 이루어지는 도전성 금속층에 의하여 형성할 수 있다. 이러한 금속층은 단일의 금속층이어도 되고, 복합막 또는 적층막이어도 된다. 또, 그 구체적인 형성 방법으로서는 증착, CVD, 도금, 스패터 등의 방법에 따라 금속막을 형성할 수 있고, 포토 리소그래피나 에칭 프로세스에 의해 유리 기판상에 원하는 패터닝을 할 수 있다. 또는, 유리 기판에 대하여 원하는 패턴의 마스크를 설치하고 나서 전술한 방법으로 금속층을 형성하여 마스크를 제거하는 방법도 있다. 또한, 필요하다면 배선 기판(20)에 추가로 범프 전극을 형성하는 경우도 있다.
배선 기판(20)을 제작한 후, 범프 전극(31)이 형성된 신호 처리 소자(30)의 IC 칩을 배선 기판(20)의 출력면(20b)상에 설치된 전극 패드(22)에 대하여 얼라이먼트하고, 이들을 물리적, 전기적으로 접속한다. 또, 범프 전극(17)이 형성된 PD 어레이(15)를 배선 기판(20)의 입력면(20a)상에 설치되어서 전극 패드로서 기능하는 도전성 부재(21)의 입력부(21a)에 대하여 얼라이먼트하고, 이들을 물리적, 전기적으로 접속한다.
범프 전극(31, 17)을 형성하는 범프 재료로서는 예를 들면 니켈(Ni), 동(Cu), 은(Ag), 금(Au), 땜납, 도전성 필러를 포함하는 수지, 또는 이들의 복합 재료를 이용하거나, 층 구조로 할 수 있다. 또, 범프 전극과 그 아래의 전극 패드와의 사이에 언더 범프 메탈(UBM)을 개재시켜도 된다.
계속하여, 범프 전극(44)이 형성된 하우징(40)을 배선 기판(20)의 출력면(20b)상에 설치된 전극 패드(24)에 대하여 얼라이먼트하고, 이들을 물리적, 전기적으로 접속한다. 이상으로 인해, 하우징(40)에 설치된 리드(43)를 통한 외부 회로와의 신호의 입출력 동작이 가능하게 된다. 추가로, PD 어레이(15)의 광입사면(15a)상에 광학 접착제(11)를 통하여 신틸레이터(10)를 실장함으로써, 도 1에 나타낸 방사선 검출기가 얻어진다.
여기서, 반도체 장치(5)에 있어서 반도체 광검출 소자 어레이로서 설치되어 있는 PD 어레이(15)에 대해서는 포토 다이오드가 광입사면(표면)(15a)에 형성되어 있는 표면 입사형의 것을 이용해도 되고, 또는 포토 다이오드가 신호 출력면(이면)(15b)에 형성되어 있는 이면 입사형의 것을 이용해도 된다. 또, 광검출 소자인 포토 다이오드의 개수나 배열 등에 대해서도 적당히 설정해도 된다.
또, 포토 다이오드로부터의 검출 신호를 출력면(15b)으로부터 출력하는 구성에 대해서는 PD 어레이의 구체적인 구성에 따라서, 예를 들면 출력면(15b)상에 형성된 배선 패턴에 의한 구성이나, PD 어레이(15)내에 형성된 관통 전극에 의한 구성 등을 이용할 수 있다.
또, 도 1에 나타낸 방사선 검출기에서는 방사선 검출부(1)의 구성으로서 방사선의 입사에 의해 신틸레이션 광을 발생하는 신틸레이터(10)와, 신틸레이터(10)로부터의 신틸레이션 광을 검출하는 반도체 광검출 소자인 포토 다이오드(16)가 설치된 PD 어레이(15)를 갖는 구성을 이용하고 있다. 이러한 구성은 입사한 X선 등의 방사선을 신틸레이터(10)에 의하여 소정 파장의 광(예를 들면, 가시광)으로 변환한 후에 Si－PD 어레이 등의 반도체 광검출 소자로 검출하는 간접 검출형의 구성이다.
또는, 방사선 검출부로서 신틸레이터를 설치하지 않고, 입사한 방사선을 검출하는 반도체 검출 소자를 갖는 구성을 이용하는 것도 가능하다. 이러한 구성은 입사된 X선 등의 방사선을 CdTe나 CdZnTe 등으로 이루어지는 반도체 검출 소자에서 검출하는 직접 검출형의 구성이다. 또는, Si에 있어서도 두께를 충분히 두껍게 하여 전공핍(全空乏)시켜서 이용하거나, 이면으로부터 입사할 수 있도록 된 구조로 하는 것도 실현될 수 있다. 이들은 예를 들면 도 1의 구성에 있어서, 신틸레이터(10)를 제외한 동시에, PD 어레이(15)를 반도체 검출 소자 어레이로 바꾼 구성에 상당한다. 이 경우, 반도체 검출 소자 어레이와 배선 기판에 의해서 반도체 장치가 구성된다.
또, 반도체 소자 및 배선 기판으로 이루어지는 상기 구성의 반도체 장치는 방사선 검출기 이외에도, 각종 장치에 대하여 적용 가능하다. 이 경우, 반도체 소자로서는 반도체 광검출 소자나 반도체 검출 소자 이외의 소자를 이용해도 된다. 또, 배선 기판, 및 배선 기판의 신호 입력면에 접속된 반도체 소자에 더하여, 배선 기판의 신호 출력면에 신호 처리 소자를 접속하고, 반도체 소자와, 반도체 소자로부터의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 소자가 배선 기판을 통하여 일체로 된 반도체 장치로 해도 된다.
또, 배선 기판(20)과 신호 처리 소자(30)와의 접속 등에 대해서는 상기 실시형태와 같이 범프 전극을 통한 전기적인 접속에 의한 다이렉트 본딩 방식을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 금속 범프 전극을 전기적 접속 수단으로서 이용함으로써, 각 부를 적합하게 전기적으로 접속할 수 있다.
또, 도 1에 나타낸 방사선 검출기에서는 배선 기판(20)의 출력면(20b)에 도전성 부재(21)의 출력부(21b)와는 별도로, 신호 처리 소자(30)를 접속하기 위한 전극 패드(22)를 설치하고 있다. 이 전극 패드에 대해서는 도전성 부재(21)의 출력부(21b)를 그대로 전극 패드로서 이용하는 구성으로 해도 된다.
또는, 이러한 범프 전극을 이용한 구성 이외에도, 범프 전극에 의한 접속후에 언더 필 수지를 충전하는 구성이나, 이방성 도전성 필름(ACF) 방식, 이방성 도전성 페이스트(ACP) 방식, 비도전성 페이스트(NCP) 방식에 의한 구성 등을 이용해도 된다. 또, 각각의 기판에 대해서는 필요에 따라서, 전극 패드를 개구시킨 상태에서 절연성 물질로 이루어지는 패시베이션막을 형성해도 된다.
본 발명에 의한 반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기는 이상 상세히 설명한 바와 같이, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전로가 양호하게 접속되는 반도체 장치 및 이를 이용한 방사선 검출기로서 이용 가능하다. 즉, 반도체 광검출 소자 등의 반도체 소자를 접속하는 배선 기판으로서 입력면에 있어서 개구 면적이 커지게 되는 형상의 관통공에 도전로로 되는 도전성 부재가 설치된 유리 기판을 이용하는 동시에, 관통공 및 도전성 부재에 대하여 반도체 소자의 범프 전극을 대응시키고, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전성 부재를 접속하는 구성에 의하면, 반도체 소자를 배선 기판상에 실장할 때에, 도전성 부재가 설치된 관통공의 내부에 범프 전극의 일부가 범프 전극이 접속되는 측에서 개구 면적이 커지게 되는 관통공의 형상에 의하여 가이드되면서 넣어져 들어간다. 이로 인해, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전로가 범프 전극을 통하여 양호하게 접속되는 반도체 장치가 실현된다.
또, 이러한 구성의 반도체 장치를 적용한 방사선 검출기에 의하면, 반도체 소자와 배선 기판에서의 대응하는 도전성 부재가 양호하게 접속되므로, 방사선 검출 수단에서부터 신호 처리 수단로 검출 신호의 전달, 및 신호 처리 수단에 있어서 검출 신호의 처리를 확실히 행하는 것이 가능한 방사선 검출기가 실현된다.

Claims (11)

  1. 전기 신호를 출력하는 반도체 소자와.
    신호 입력면 및 신호 출력면의 사이에 상기 전기 신호를 전달하는 도전로가 설치되며, 상기 신호 입력면에 상기 반도체 소자가 접속된 배선 기판을 구비하고,
    상기 배선 기판은 상기 신호 입력면에 있어서 개구 면적이 상기 유리 기판의 내부의 소정 위치에 있어서 개구 면적보다 큰 관통공(through hole)이 설치된 유리 기판과, 상기 관통공에 설치되며 상기 신호 입력면 및 상기 신호 출력면의 사이를 전기적으로 도통하여 상기 도전로로서 기능하는 도전성 부재를 갖고 구성되며,
    상기 반도체 소자, 및 상기 배선 기판에서의 상기 도전성 부재는 상기 도전성 부재에 대응하여 형성된 범프(bump) 전극을 통하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 부재는 상기 유리 기판에 설치된 상기 관통공의 내벽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유리 기판은 코어 유리(core glass)부 및 상기 코어 유리부의 주위에 설치된 피복 유리부를 포함하는 화이버 형상의 유리 부재를 묶어서 형성된 묶음 형상의 유리 부재를 원하는 두께로 절단하는 동시에, 상기 코어 유리부를 제거함으로써 상기 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 기판에서의 상기 관통공은 상기 신호 입력면측의 소정 범위가 상기 신호 입력면에서부터 상기 유리 기판의 내부로 향하여 개구 면적이 순차적으로 작아지게 되는 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 기판에서의 상기 관통공은 상기 신호 입력면측의 소정 범위가 상기 유리 기판의 내부의 소정 위치를 포함하는 범위에 있어서 개구 면적보다 큰 소정의 개구 면적에서 요(凹) 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 기판은 상기 관통공으로서 소정의 개구 면적의 제1 관통공과, 상기 제1 관통공과는 다른 개구 면적의 제2 관통공을 적어도 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배선 기판의 상기 신호 출력면에 접속되고, 상기 반도체 소자로부터의 상기 전기 신호를 처리하는 신호 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제7항에 기재된 반도체 장치를 포함하여 구성된 방사선 검출기로서,
    상기 반도체 소자를 포함하고, 입사한 방사선을 검출하여 상기 전기 신호를 출력하는 방사선 검출 수단과,
    상기 방사선 검출 수단으로부터의 상기 전기 신호를 처리하는 상기 신호 처리 수단과,
    상기 배선 기판을 포함하고, 상기 방사선 검출 수단 및 상기 신호 처리 수단이 각각 상기 신호 입력면 및 상기 신호 출력면에 접속된 배선 기판부를 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유리 기판은 방사선 차폐 기능을 갖는 소정의 유리 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 방사선 검출 수단은 방사선의 입사에 의해 신틸레이션(scintillation) 광을 발생하는 신틸레이터(scintillator)와, 상기 신틸레이터로부터의 상기 신틸레이션 광을 검출하는 상기 반도체 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 방사선 검출 수단은 입사한 방사선을 검출하는 상기 반도체 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
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