NL1028253C2 - Sensormicrochip met contactring, beeldopname sensor, beeldopname camera. - Google Patents
Sensormicrochip met contactring, beeldopname sensor, beeldopname camera. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1028253C2 NL1028253C2 NL1028253A NL1028253A NL1028253C2 NL 1028253 C2 NL1028253 C2 NL 1028253C2 NL 1028253 A NL1028253 A NL 1028253A NL 1028253 A NL1028253 A NL 1028253A NL 1028253 C2 NL1028253 C2 NL 1028253C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- microchip
- photocathode
- vacuum space
- contact ring
- contact surfaces
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- NSXHMNIAFHXYSD-UHFFFAOYSA-N cesium silver oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Ag+].[Cs+] NSXHMNIAFHXYSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14618—Containers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0203—Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/00011—Not relevant to the scope of the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01033—Arsenic [As]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/1517—Multilayer substrate
- H01L2924/15172—Fan-out arrangement of the internal vias
- H01L2924/15174—Fan-out arrangement of the internal vias in different layers of the multilayer substrate
Description
Sensormicrochip met contactring, beeldopname sensor, beeldopname camera
De uitvinding betreft een apparaat voor de registratie van elektromagnetische straling voorzien van: * een microchip met meerdere pixels en elektrische contactvlakken op een zijde, * een contactring met elektrische contactvlakken.
5
De uitvinding betreft tevens een apparaat voor de registratie van elektromagnetische straling, voorzien van: * een vacuümbuis bevattende een vacuümruimte, * een microchip met meerdere pixels en elektrische contactvlakken op een zijde grenzend aan 10 genoemde vacuümruimte, * een venster dat deel uitmaakt van de wand van genoemde vacuümruimte, * een deksel dat deel uitmaakt van de wand van genoemde vacuümruimte.
Ook betreft de uitvinding een apparaat voor de registratie van elektromagnetische straling, 15 bovendien voorzien van: * een fotokathode.
Ook betreft de uitvinding een apparaat voor de registratie van elektromagnetische straling, bovendien voorzien van: 20 * een spanningsbron.
Ook betreft de uitvinding een toestel voor het opnemen van beelden, bovendien voorzien van: * een lenzenstelsel met één of meerdere lenzen, 25 * een elektronisch circuit.
De uitvinding betreft tevens een methode voor het opnemen van beelden.
1 ΛΟΑΟζϋ 2
Een dergelijk apparaat voor registratie van elektromagnetische straling bevat een carrier of header, waarin of waarop een microchip met sensorelementen geplaatst is.
In het algemeen wordt een microchip met behulp van bumpbonding of wirebonding technieken elektrisch aangesloten.
S Bumpbonding is voor een halfgeleiderspecialist een bekend soort verbindingstechnieken om elektrische verbindingen te maken. Bumpbonding wordt ook wel flip chip ofwel Direct Chip Attachment genoemd. Bumpbonding wordt toegepast wanneer er geen bezwaar is dat elektronische structuren op de microchip zich aan dezelfde zijde van de microchip bevinden als de carrier. Vaak wordt de ruimte tussen de microchip en de carrier opgevuld met een underfïll om de mechanische sterkte te verbeteren. Ook 10 wordt bumpbonding toegepast als de sensor elementen zich aan een andere zijde van de microchip bevinden als de contactvlakken van de microchip. Een voorbeeld daarvan is beschreven in een octrooi van Boyle US 6,204,090. Tot de soort bumpbond verbindingen behoren bijvoorbeeld: "solder bump", "plated bump", "stud bump” en "adhesive bump". Een nadeel van solder bump en plated bump is dat er een extra bewerkingsstap benodigd is om de contactvlakken waarmee de bumps contact maken te 15 prepareren. Hiervoor wordt een benatbare geleider op de contactvlakken aangebracht.
Bij wirebonding wordt met een dunne metaaldraad een verbinding gemaakt tussen een contactvlak van de microchip en een contactvlak op de carrier. Voor de metaaldraad wordt meestal goud gebruikt. Wirebonding wordt toegepast, wanneer de sensor elementen van de microchip op dezelfde zijde zitten als de elektrische contactvlakken van de microchip. Een voordeel van wirebonding is dat er geen 20 extra bewerkingsstap benodigd is om de contactvlakken op de microchip te prepareren. Een nadeel van wirebonding is dat het slecht toepasbaar is als er hoogspanning in de buurt van de microchip aanwezig is, vanwege de kans op overslag.
Een dergelijk apparaat voor de registratie van elektromagnetische straling is bekend uit het 25 Amerikaanse gepubliceerde octrooi US 4,687,922 van Boyle en het Europees gepubliceerd octrooi EP 1,306,906 van Aebi.
In het algemeen staan voor registratie van elektromagnetische straling diverse technieken ter beschikking, te weten de vidicon, CCD, CMOS, Intensified CCD (ICCD), Intensified CMOS (ICMOS), Microbolometer, Lawinediode CCD en Electron Bombarded Semiconductor (EBS). Deze beeldopname 30 sensoren worden in veel toepassingen in het focusvlak van een lenssysteem geplaatst. De lens maakt een afbeelding van een scène op de beeldopname sensor. De beeldopname sensor genereert elektronische signalen, die deze afbeeldingen beschrijven. Een elektronisch circuit converteert de elektronische signalen naar een video signaal. Een voordeel van de CCD en CMOS beeldopname sensoren is dat ze compact zijn. Van de CMOS beeldopname sensoren zijn twee typen bekend: een "Passive Pixel Sensor" (PPS) en 35 een "Active Pixel Sensor" (APS). Een nadeel van de vidicon, CCD en CMOS beeldopname sensoren is dat bij een lichtniveau beneden ongeveer 1 lux de achtergrond ruis te hoog is om herkenbare beelden te leveren. De ICCD en de ICMOS bevatten een helderheidversterker voor de versterking. Een voordeel van . « Λ 3 een helderheidversterker is dat de achtergrond ruis laag is. Deze is bij de III-V type en multialkali type fotokathodes typisch lager dan 0,25 microlux. Dit wordt veroorzaakt doordat een fotokathode een lage achtergrondruis heeft. Een nadeel van een helderheidversterker is dat de versterkingsruis hoog is, vooral bij lage lichtniveaus. Dit komt doordat de MCP in een helderheidversterker veel versterkingsruis 5 toevoegt Een.ander nadeel van de ICCD en ICMOS is dat ze relatief groot en zwaar zijn.
De microbolometer is een microchip, die gevoelig is voor lange golf infrarood straling, in een vacuümbuis. Een voordeel van een microbolometer is dat objecten in dit deel van het elektromagnetisch spectrum straling emitteren, waardoor geen belichting benodigd is voor het maken van opnamen. Een nadeel van het opnemen van beelden in het infrarood deel van het elektromagnetische spectrum is dat de 10 beelden niet goed herkenbaar zijn. De oorzaak is dat de mens gewend is aan het herkennen van objecten in het visuele deel van het elektromagnetisch spectrum, omdat het menselijk oog daarvoor gevoelig is.
Tot de sensoren van het EBS type behoren de Hybride Fotodiodes (HPD's), Electron Bombarded CCD (EBCCD) en Electron Bombarded CMOS (EBCMOS). Een EBS bestaat in het algemeen uit een vacuümbuis met daarin een fotokathode, waarop elektromagnetische straling valt. De 15 elektromagnetische straling genereert foto-elektronen in de fotokathode. Het type fotokathode bepaalt voor welk deel van het elektromagnetisch spectrum foto-elektronen worden gegenereerd. Zo bestaan er bijvoorbeeld EBS sensoren voorzien van multialkali fotokathodes, fotokathodes die een III-V halfgeleider materiaal bevatten en zilver-cesiumoxide fotokathodes, die gevoelig zijn voor zichtbaar licht en nabij infrarode straling. Er bestaan bijvoorbeeld ook EBS sensoren voorzien van solar blind fotokathodes die 20 niet of nauwelijks gevoelig zijn voor zichtbaar licht, maar wel voor ultraviolet straling, en er bestaan EBS sensoren voorzien van fotokathodes die voornamelijk gevoelig zijn voor infrarode straling. Een voorbeeld daarvan is de transferred-electron fotokathode. Een EBS heeft het voordeel dat gangbare fotokathodes zeer weinig achtergrondruis toevoegen. De foto-elektronen, die uit de fotokathode naar het vacuüm emitteren, worden door een elektrisch veld naar een anode versneld. Er zijn diverse technieken in de 25 huidige stand der techniek beschikbaar om het elektrische veld een zodanige vorm te geven, dat de elektronen die op de anode vallen een afbeelding vormen van het beeld van de elektromagnetische straling op de fotokathode. Zo beschrijven Lemonier in octrooi US 4,687,922 en Aebi in octrooi EP 1,306,906 een nabijheidfocus buis, waarin de anode zich op zeer korte afstand van de fotokathode bevindt, zodat de elektronen niet ver uiteen spreiden voordat ze de anode raken. Een groot voordeel van 30 de nabijheidfocus buis is de compactheid. Een nadeel van de nabijheidfocus buis is het ontstaan van halo ringen rond heldere plekken in de afbeelding. Een andere techniek is een fonteinbuis, waarbij met ringelektroden een zodanig elektrisch veld in de buis gecreëerd wordt dat de foto-elektronen versneld worden naar de anode. Nog een andere techniek is een omkeer focus buis, waarin met ringelektroden elektro-optisch een omgekeerde afbeelding wordt geprojecteerd op de anode. Voordelen van de 35 fonteinbuis en de omkeer focus buis zijn dat hoge versnelspanningen mogelijk zijn zonder dat er een elektrische overslag plaatsvindt, dat er een veldvrije ruimte bij de microchip gecreëerd kan worden waardoor halo ringen worden voorkomen en dat er een zoom mogelijkheid in ontworpen kan worden.
. Λ Λ Λ Λ C O
4
Nadelen van de fonteinbuis en de omkeer focus buis zijn dat ze relatief groot zijn, en dat er beeldvervorming optreedt. Bij een EBS bestaat de anode uit een microchip. De microchip bevat een substraat met tenminste een halfgeleidende laag en elektrische contacten. De foto-elektronen, die de halfgeleidende laag bombarderen, genereren elektron-gat paren in de halfgeleidende laag. De 5 halfgeleiderversterking G wordt gedefinieerd als het aantal elektron-gat paren dat gemiddeld per bombarderend foto-elektron wordt gegenereerd. Voor het veelgebruikte materiaal Silicium wordt in mathematische benadering de halfgeleiderversterking G bepaald met de formule: c.v*-v o 3.62 ’ waarin Ut de energie in elektronvolt is waarmee de foto-elektronen de anode bombarderen en Uo de 10 entree-energie in elektronvolt is dat de foto-elektronen gemiddeld verliezen bij het binnengaan van de halfgeleider. Een groot voordeel is dat halfgeleiderversterking zeer weinig versterkingsruis toevoegt. In de halfgeleidende laag zijn elektronische structuren aangebracht die een elektrisch veld in de halfgeleider doen ontstaan. Door het elektrische veld in de halfgeleidende laag worden de elektron-gat paren gescheiden in vrije elektronen en gaten. Een matrix van pixels op de microchip collecteert vrije gaten of 15 elektronen. De elektrische signalen van de pixels worden versterkt en door elektronische circuits in een videosignaal omgezet. In het octrooi US 4,687,922 van Lemonier is de EBS bijvoorbeeld voorzien van een microchip die aan de achterzijde wordt gebombardeerd met elektronen en waar aan de voorzijde de elektronische structuur voor de registratie en besturing zit. Een deel van de elektronische structuur bestaat uit een matrix van nagenoeg identieke pixels. De microchip kan een eenvoudige structuur hebben waarin 20 ieder pixel bestaat uit een fotodiode en een elektrisch contact. Daarnaast bestaan er ook zeer geavanceerde uitvoeringsvormen van de microchip, waarin bijvoorbeeld het signaal in de pixel wordt versterkt en het signaal dat van de pixels komt omgezet wordt naar een digitaal signaal. Wanneer een hoge resolutie vereist wordt in de huidige stand der techniek een vacuümbuis voorzien van een "gedunde" microchip. Bij een "gedunde" microchip is tenminste een deel van het substraat aan de achterzijde van de 25 chip verwijderd, zodat de gevoelige halfgeleider laag van de achterzijde van de microchip met elektronen kan worden gebombardeerd. Deze microchip is met een flip chip technologie op een drager aangebracht en is vervolgens gedund. Details van deze methode worden in een octrooi van Boyle US 6,204,090 en het octrooi van Lemonier US 4,687,922 nader toegelicht. Een nadeel van deze methode is dat het fabricageproces om een microchip te dunnen echter een zeer delicaat proces is, waarbij de microchip vaak 30 wordt beschadigd. Een tweede nadeel van deze methode is dat de uniformiteit van de beelden die de microchip maakt zeer moeilijk in de hand is te houden. Nog een nadeel van deze methode is dat elektrische contacten soms geen contact maken.
Een andere mogelijkheid is om de voorzijde van de microchip met elektronen aan te stralen.
Een voordeel is dat deze mogelijkheid zeer kostenbewust is, omdat standaard technieken voor het 35 vervaardigen van microchips toegepast kunnen worden. Aebi vermeldt in zijn octrooi EP 1,306,906 een soortgelijke oplossing, maar een groot nadeel is dat de traditionele wire bonding techniek zeer slecht 5 toepasbaar is bij nabijheidfocus buizen, vanwege de beperkte ruimte en het hoge elektrische veld in deze ruimte.
Een veelvuldig terugkerend probleem bij vacuiimbuizen is de levensduur van de fotokathode. Door het elektronenbombardement op de anode worden ionen gegenereerd. Positief geladen ionen 5 worden door het elektrische veld naar de fotokathode versneld en beschadigen de fotokathode. Dit beperkt de levensduur van de fotokathode.
De uitvinding beoogt een apparaat en een methode voor de registratie van elektromagnetische 10 straling te verschaffen van de in de aanhef vermelde soort dat onder behoud van genoemde voordelen (zoals kostenbewustheid en compactheid) een deel van genoemde nadelen opheft De uitvinding beoogt in bepaalde uitvoeringsvormen tevens een apparaat en een methode voor de registratie van elektromagnetische straling te verschaffen dat geschikt is voor registratie van laag energetische elektromagnetische straling met bovendien de voordelen van een lage ruis en een goede plaatsresolutie.
15 Ook beoogt de uitvinding een toestel en een methode te verschaffen voor de registratie van beelden.
Het apparaat volgens de uitvinding voor de registratie van elektromagnetische straling is 20 voorzien van een microchip. De microchip bevat sensorelementen, die gevoelig zijn voor elektromagnetische straling of bombarderende deeltjes, die op de voorzijde van genoemde microchip vallen. Als de sensorelementen een 1 dimensionale rij of 2 dimensionale matrixstructuur vormen en nagenoeg identiek aan elkaar zijn worden ze in het vakjargon ook wel pixels genoemd. De microchip bevat tevens elektrische contactvlakken op de genoemde voorzijde van de microchip. Deze elektrische 25 contactvlakken zijn de elektrische aansluitingen van elektronische schakelingen van de microchip. Het apparaat is tevens voorzien van een contactring. Genoemde contactring is deels van een elektrisch isolerend materiaal gemaakt. De contactring bevat een eerste set elektrische contactvlakken, waarvan de positie correspondeert met de contactvlakken van genoemde microchip. Ook bevat de contactring een tweede set elektrische contactvlakken of elektrische aansluitingen die deels of allemaal in elektrische 30 verbinding zijn met genoemde eerste set elektrische contactvlakken.
Het apparaat volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de contactring een of meerdere openingen bevat waardoorheen de voorzijde van genoemde microchip elektromagnetische straling of bombarderende deeltjes kan registreren. Tevens wordt het apparaat volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de elektrische contactvlakken op de voorzijde van genoemde microchip met bumpbond 35 verbindingen verbonden zijn met genoemde eerste set contactvlakken van genoemde contactring.
In een uitvoeringsvorm maakt de genoemde contactring deel uit van de wand van een vacuümbuis. Deze is hermetisch afgedicht. Diverse technieken zijn aan een vacuümspecialist bekend om 1 moocó 6 de diverse onderdelen van de wand van de vacuümbuis af te dichten. Voorbeelden van deze afdichttechnieken zijn lassen, solderen en lritten. De vacuümbuis is voorzien van een venster en kan voorzien zijn van een deksel. Het venster en het deksel maken deel uit van de wand van de vacuümbuis. Het venster is doorlatend voor genoemde elektromagnetische straling en bevindt zich aan de voorzijde 5 van de genoemde microchip. Het eventuele deksel bevindt zich aan de achterzijde van de genoemde microchip. Aangezien de meeste vacuümbuizen na de productie ervan niet meer door middel van externe pompen vacuüm gepompt worden, verdient het de aanbeveling om in de vacuümbuis een getter te plaatsen. Een getter is een actieve stof die in het vacuüm geplaatst of opgedampt wordt om restgassen te absorberen. Een voordeel van de uitvoeringsvorm van de vacuümbuis volgens de uitvinding is dat de 10 constructie ruimte biedt om achter de microchip een getter te plaatsen.
In een andere uitvoeringsvorm bevat de genoemde vacuümbuis een fotokathode. De fotokathode zet elektromagnetische straling uit een bepaald deel van het elektromagnetisch spectrum om in foto-elektronen. Een deel van de foto-elektronen emitteren naar een vacuümruimte in de vacuümbuis. De microchip grenst met de voorzijde aan genoemde vacuümruimte. Een elektrisch veld tussen de 15 fotokathode en de microchip versnelt de foto-elektronen naar de microchip. De microchip is in deze uitvoeringsvorm een beeldopname microchip zoals bijvoorbeeld een APS, waarvan op enkele plaatsen op de voorzijde uitsparingen zijn gemaakt in de beschermende isolerende lagen. Daardoor is de microchip geschikt voor het detecteren van bombarderende elektronen. De foto-elektronen bombarderen de halfgeleidende laag van de microchip in deze genoemde uitsparingen. Voorts kan het oppervlak van de 20 halfgeleidende laag in de aangebrachte uitsparingen gepassiveerd worden. Het passiveren van het oppervlak van de halfgeleidende laag gebeurt om de entree-energieverliezen van de bombarderende elektronen in de halfgeleidende laag te verlagen. Diverse methoden zijn in de huidige stand der techniek bekend om het oppervlak van een halfgeleider te passiveren. Voorbeelden van zulke methoden zijn te vinden in octrooien van Janesick US 4,760,031 en US 4,822,748.
25 In weer een andere uitvoering maakt de contactring geen deel uit van de wand van de vacuümbuis, maar wordt elektrisch en mechanisch met de wand van een vacuümbuis verbonden.
In nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het apparaat erdoor gekenmerkt dat de isolerende laag op de microchip op plaatsen waar geen uitsparingen zitten wordt bedekt met een geleidende laag. Op deze geleidende laag wordt een positieve spanning aangebracht. Deze spanning 30 beïnvloedt het elektrische veld in de buurt van de halfgeleidende laag zodanig dat positief geladen ionen niet meer door het elektrische veld van de halfgeleidende laag naar de fotokathode zullen worden versneld.
In nog een andere uitvoeringsvorm bevat het apparaat volgens de uitvinding een scintillator. De fotokathode van het apparaat is slechts gevoelig voor elektromagnetische straling van een eerste deel van 35 het elektromagnetisch spectrum. Een scintillator zet elektromagnetische straling van een tweede deel van het elektromagnetisch spectrum om in elektromagnetische straling van genoemd eerste deel van het elektromagnetisch spectrum. Deze scintillator wordt direct voor de fotokathode geplaatst, of de 7 elektromagnetische straling die uit de scintillator komt wordt met een optisch systeem op de fotokathode geprojecteerd. Als optisch systeem hierbij wordt een lens, een lenzenstelsel of een glasfiber gebruikt. Het resultaat is dat deze uitvoeringsvorm gevoelig is voor elektromagnetische straling van een tweede deel van het elektromagnetisch spectrum. Er zijn bijvoorbeeld scintillatoren bekend die gamma of röntgen 5 straling omzetten naar zichtbaar licht. Wanneer deze scintillatoren toegepast worden met fotokathodes die gevoelig zijn voor zichtbaar licht, is het apparaat respectievelijk een zeer gevoelige gammasensor of | röntgensensor.
! Het elektrisch signaal van de microchip wordt in veel uitvoeringsvormen gedigitaliseerd. Er zijn diverse plaatsen mogelijk waar het signaal gedigitaliseerd wordt. Digitalisering is mogelijk in de i 10 individuele pixel, in de elektronische circuits op de microchip, in een analoog digitaal convertor chip die in dezelfde behuizing is geplaatst als de microchip, of in een extern analoog digitaal convertor elektrisch circuit, die in elektrische verbinding is met de microchip.
15
De uitvinding en de werking van de uitvinding wordt in het volgende nader toegelicht aan de hand van de tekening van enkele uitvoeringsvoorbeelden, waarin de figuren de volgende betekenissen hebben:
Figuur 1 is een schematische doorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van het apparaat volgens 20 de uitvinding toegepast op een microbolometer.
Figuur 2 is een schematische doorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van het apparaat volgens de uitvinding toegepast in een nabijheidfocus buis.
Figuur 3 is een schematische doorsnede van een alternatief uitvoeringsvoorbeeld van het apparaat volgens de uitvinding toegepast in een nabijheidfocus buis.
25 Figuur 4 is een schematische doorsnede van nog een alternatief uitvoeringsvoorbeeld van het apparaat volgens de uitvinding toegepast in een omkeer focus buis.
Figuur 5 is een schematische doorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van een detail van de microchip volgens de uitvinding.
Figuur 6 is een schematische voorstelling van een uitvoeringsvoorbeeld van een cameratoestel 30 volgens de uitvinding.
In de tekening zijn elektrische contactvlakken op de voorzijde van de microchip 4 in elektrische verbinding met de elektronische schakelingen of sensorelementen op de voorzijde van microchip 4. De genoemde elektrische contactvlakken op de voorzijde van de microchip 4 worden met behulp van bumpbond verbindingen 13 mechanisch en elektrisch verbonden met contactring 5. Contactring 5 bevat 35 geleiders 14 die de elektrische verbinding verzorgen tussen de bumpbond verbindingen 13 en de elektrische contacten 15. Contactring 5 bevat tevens een of meerdere openingen die corresponderen met sensorelementen op de voorzijde van microchip 4.
J Λ A Λ a w a 8
De microchip 4 en contactring 5 kunnen onderdeel zijn van een vacuümbuis. Een venster 6 en eventueel een deksel 20 maken deel uit van de wand van de vacuümbuis. Het materiaal van venster 6 laat elektromagnetische straling door. Zoals bijvoorbeeld weergegeven in figuur 3 hoeft de contactring S geen onderdeel uit te maken van de wand van de vacuümbuis 1. Dit heeft het voordeel dat gemodificeerde 5 standaard chipbehuizingen toegepast kunnen worden. Zoals bijvoorbeeld weergegeven in respectievelijk figuur 1,2 en 4 kan de contactring 5 wel onderdeel van de wand van de vacuümbuis 1 uitmaken. Dit heeft het voordeel, dat er geen extra elektrische verbindingen benodigd zijn om de signalen naar buiten de vacuümbuis 1 te voeren. De elektrische contacten 15 kunnen elektrisch verbonden worden met een elektronische schakeling, die de signalen van de microchip 4 kan verwerken.
10 Op de achterzijde van de microchip 4 kan een tweede halfgeleidende laag met daarop elektronische schakelingen aangebracht worden. Deze elektronische schakelingen op de achterzijde staan in elektrische verbinding met de elektronische schakelingen op de voorzijde van de microchip 4.
In een voorkeurstoepassing van de uitvinding wordt in de vacuümruimte 17 achter de microchip 4 getter materiaal 18 aangebracht. Restgassen in de vacuümruimte 3 aan de voorzijde van de microchip 4 15 kunnen tussen de bumpbond verbindingen 13 door in de vacuümruimte 17 achter de microchip 4 komen, waar ze door het getter materiaal 18 geabsorbeerd kunnen worden.
In een voorkeurstoepassing zoals bijvoorbeeld weergegeven in figuur 2,3 en 4 bevat vacuümbuis 1 een fotokathode 2. Een elektrisch contact 16 is in elektrische verbinding met foto-kathode 2. Met behulp van een spanningsbron kan een spanningsverschil aangebracht worden tussen de 20 fotokathode 2 en de microchip 4 om een elektrisch veld in de vacuümruimte 3 te creëren. Dit elektrische veld in vacuümruimte 3 kan stationair zijn, maar ook variërend. Elektromagnetische straling wordt door het venster 6 op de fotokathode 2 geprojecteerd. De elektromagnetische straling kan elektronen aanslaan in de fotokathode 2. Sommige van de aangeslagen elektronen in de fotokathode 2 emitteren als zogenaamde foto-elektronen naar de vacuümruimte 3. Een elektrisch veld in de vacuümruimte 3 versnelt 25 de foto-elektronen naar de microchip 4. Wanneer het elektrische veld afwezig of tegengesteld is, dan worden de foto-elektronen niet van fotokathode 2 naar de microchip 4 versneld. In figuur 2 en 3 zijn voorbeelden gegeven van een nabijheidfocus buis. In figuur 4 is een voorbeeld gegeven van een omkeer focus buis. Het elektrische veld dat de elektronenbundel in figuur 4 omkeert wordt gecreëerd door de juiste spanningen aan te leggen op de fotokathode 2, de microchip 4 en de overige elektroden 19. Door de 30 opening in contactring 5 van de microchip 4 kunnen foto-elektronen de voorzijde van de microchip 4
bereiken. Microchip 4 bevat een halfgeleidende laag 9 en een substraat 10. De microchip 4 heeft I
tenminste een zijde met een halfgeleidende laag 9 waarop een elektronische structuur aangebracht is. Een deel van de elektronische structuur op de voorzijde van de microchip bestaat uit een matrix van identieke pixels 11 voor de opname van beelden. In de isolerende lagen 7 op de voorzijde van de microchip 4 zitten 35 uitsparingen 8 waardoorheen foto-elektronen van de fotokathode 2 de halfgeleidende laag 9 kunnen bombarderen. In de halfgeleidende laag 9 worden door het elektronenbombardement vrije elektronen en gaten gegenereerd. De microchip 4 bevat een elektronische structuur waarin een matrix van meerdere 9 pixels 11 is gedefinieerd. Ieder pixel 11 apart heefl elektronische componenten die het aantal elektronen of gaten registreren, dat bij dat pixel 11 in de buurt is gegenereerd. Het aantal gaten of elektronen dat in de pixels 11 van de matrix is geregistreerd vormt een elektronische afbeelding, dat door elektronica versterkt kan worden, uitgelezen kan worden en geconverteerd kan worden naar een video signaal. Dit 5 videosignaal kan vervolgens worden opslagen op een opslagmedium, bewerkt in een videobewerking en/ of afgebeeld op een scherm of printer.
In een voorkeursuitvoering is op de voorzijde van de microchip 4 op de isolerende lagen 7 een geleider 12 aangebracht. De geleider 12 wordt via een of meerdere bumpbond verbindingen 13 verbonden met de contactring 5. Via een of meerdere van deze bumbond verbindingen 13 kan een elektrische 10 spanning aangebracht worden op deze geleider 12. Deze elektrische spanning kan zowel statisch zijn, als variërend. Een spanning op geleider 12 verandert het elektrische veld in de uitsparingen 8 zodanig dat positieve ionen die van het oppervlak van de halfgeleidende laag 9 afkomen worden afgeremd en terugkeren naar de halfgeleidende laag 9. Deze positieve ionen versnellen daardoor niet naar fotokathode 2, en zullen deze daarom niet beschadigen. Daardoor wordt de levensduur van de fotokathode 2 verlengd.
1S Figuur 6 geeft een voorbeeld van een apparaat volgens de uitvinding schematisch weer uitgebreid tot camera beeldopname en weergave systeem. De elektromagnetische straling die van een scène 101 af komt wordt door een lens of lenzenstelsel 102 op de fotokathode 103 van de vacuümbuis 104 afgebeeld. Een spanningsbron 105 brengt een elektrische spanning aan tussen fotokathode 103 en de halfgeleidende laag van de microchip 106. In het uitgevonden toestel is een elektronisch circuit 107 20 elektrisch verbonden met de microchip 106. In sommige uitvoeringsvormen wordt het elektrische signaal in de elektronische circuits op de microchip 106 omgezet naar een digitaal signaal. In andere uitvoeringsvormen wordt het elektrische signaal in het elektronisch circuit 107 omgezet naar een digitaal signaal. Nog weer andere uitvoeringsvormen digitaliseren het elektrische signaal niet. Het elektrische circuit 107 heeft een elektrische verbinding met een beeldscherm 108.
25
De uitvinding is tevens een methode om beelden te registreren. De methode volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het de volgende stappen bevat: - Het projecteren van elektromagnetische straling op een fotokathode 2.
- Het emitteren van foto-elektronen vanuit fotokathode 2 naar een vacuümruimte 3 30 - Het versnellen van de foto-elektronen van genoemde vacuümruimte 3 door een opening in contactring 5 heen naar een microchip 4 - Het transporteren van een elektrisch signaal van microchip 4 via bumpbond verbindingen 13 en de geleiders 14 in contactring 5 naar elektrische contacten 15.
35 Wanneer bovenstaande stappen snel achter elkaar herhaald worden, wordt een bewegend beeld geregistreerd.
Λ Λ Λ Λ Ι"ι Γ Λ 10
Het elektrische signaal kan van elektrische contacten 15 met behulp van elektronische circuits worden bewerkt, opgeslagen op een opslagmedium en afgebeeld op een monitor.
In de methode volgens de uitvinding krijgt de fotokathode een betere levensduur wanneer een of 5 meer van de volgende stappen wordt toegevoegd: - het aanbrengen van een elektrische spanningsverschil tussen geleider 12 op de voorzijde van de microchip 4 en de halfgeleidende laag 9 van de microchip 4.
- het absorberen van gassen door een getter materiaal 18 in een tweede vacuümruimte 17 achter de microchip 4.
10 Beide stappen verminderen beschadiging van de fotokathode door positief geïoniseerde restgassen, die door het elektrische veld naar de kathode worden versneld.
Omdat er veel variaties mogelijk zijn op de uitvoeringsvormen volgens de uitvinding worden de conclusies in een ruimere context omschreven.
1 Π 9 A o
Claims (29)
1. Een apparaat voor de registratie van elektromagnetische straling, voorzien van: * een microchip met meerdere sensorelementen en elektrische contactvlakken op een eerste zijde, * een contactring met elektrische contactvlakken met de kenmerken: 5. dat genoemde elektrische contactvlakken van genoemde microchip met bumpbond verbindingen elektrisch en mechanisch verbonden zijn met genoemde elektrische contactvlakken van de genoemde contactring, * dat genoemde contactring een of meerdere openingen bevat die zich tegenover het vlak van de sensorelementen op de microchip bevinden.
2. Een apparaat volgens conclusie 1, waarin genoemde contactring een rechthoekige vorm heeft.
3. Een apparaat volgens conclusie 1, waarin de contactring uit meerdere delen bestaat.
4. Een apparaat conclusie 1, waarin tenminste één van de genoemde bumpbond verbindingen een soldeer materiaal bevat.
5. Een apparaat volgens conclusie 1, waarin tenminste één van de genoemde bumpbond verbindingen IS een stud bump verbinding is.
6. Een apparaat volgens conclusie S, waarin tenminste een van de genoemde stud bump verbindingen goud bevat.
7. Een apparaat volgens conclusie 1, waarin de genoemde microchip een Active Pixel Sensor is.
8: Een apparaat volgens conclusie 1, waarin de genoemde microchip een Passive Pixel Sensor is.
9. Een apparaat voor de registratie van elektromagnetische straling, voorzien van: * een vacuümbuis bevattende een eerste vacuümruimte, * een microchip grenzend aan genoemde eerste vacuümruimte met meerdere pixels en elektrische contactvlakken op een eerste zijde, * een venster dat deel uitmaakt van de wand van genoemde eerste vacuümruimte, 25 met de kenmerken * dat genoemde vacuümbuis tenminste een contactring bevat met elektrische contactvlakken en een of meerdere openingen, * dat elektrische contactvlakken van genoemde microchip met bumpbond verbindingen elektrisch en mechanisch verbonden zijn met elektrische contactvlakken van de genoemde contactring. Λ f\ r- r\
10. Een apparaat volgens conclusie 9, waarin de genoemde microchip een microbolometer is.
11. Een apparaat volgens conclusie 9, waarin de contactring onderdeel uitmaakt van de wand van genoemde eerste vacuümruimte.
12. Een apparaat volgens conclusie 9, waarin op een tweede zijde van genoemde microchip een getter is 5 aangebracht.
13. Een apparaat volgens conclusie 9, waarin een getter grenst aan een tweede vacuümruimte, die in verbinding staat met genoemde eerste vacuümruimte.
14. Een apparaat volgens conclusie 9, voorzien van een fotokathode grenzend aan genoemde eerste vacuümruimte.
15. Een apparaat volgens conclusie 14, waarbij de genoemde eerste zijde van genoemde microchip uitsparingen bevat.
16. Een apparaat volgens conclusie 15, waarin tenminste een deel van de halfgeleidende laag van de genoemde microchip gepassiveerd is.
17. Een apparaat volgens conclusie 14, waarin de genoemde fotokathode een multialkali materiaal bevat
18. Een apparaat volgens conclusie 14, waarin de genoemde fotokathode een solar blind fotokathode is.
19. Een apparaat volgens conclusie 14, waarin de genoemde fotokathode een III-V halfgeleider bevat.
20. Een apparaat volgens conclusie 14, waarin de genoemde fotokathode een transferred electron fotokathode is.
21. Een apparaat volgens conclusie 14, waarin de genoemde fotokathode zilver bevat.
22. Een apparaat voor de registratie van elektromagnetische straling, voorzien van: * een vacuümbuis bevattende een eerste vacuümruimte, * een spanningsbron, * een fotokathode, * een microchip deels bedekt met een geleider grenzend aan genoemde eerste vacuümruimte, 25 met het kenmerk * dat de genoemde geleider een elektrische verbinding heeft met genoemde spanningsbron.
23. Een apparaat volgens conclusie 22, waarin genoemde elektrische verbinding een bumpbond verbinding is. λ Λ Λ λ λ r n
24. Een toestel om beelden op te nemen, voorzien van: * een lenzenstelsel omvattende een of meerdere lenzen, * een vacuümbuis omvattende tenminste een eerste vacuümruimte, * een fotokathode, 5. een spanningsbron, * een microchip grenzend aan genoemde eerste vacuümruimte, * een elektronisch circuit, met de kenmerken: * dat genoemde vacuümbuis tenminste een contactring bevat met elektrische contactvlakken en een 10 of meerdere openingen, * dat genoemde spanningsbron elektrisch verbonden is met genoemde fotokathode, * dat de genoemde microchip met bumpbond verbindingen elektrisch en mechanisch verbonden is met genoemde elektrische contactvlakken van genoemde contactring, * dat genoemd elektronisch circuit een of meerdere videosignalen genereert.
25. Een methode voor het opnemen van beelden, gekenmerkt doordat het de volgende stappen bevat: * het belichten van een fotokathode met elektromagnetische straling, * het emitteren van foto-elektronen vanuit genoemde fotokathode naar een eerste vacuümruimte, * het versnellen van genoemde foto-elektronen door middel van een elektrisch veld in genoemde eerste vacuümruimte door een opening in een contactring heen naar een microchip, 20. het transporteren van een elektrisch signaal van genoemde microchip via bumpbond verbindingen en geleiders in genoemde contactring naar een elektronisch circuit.
26. Een methode volgens conclusie 25 gekenmerkt doordat het tevens de stap bevat: * het afremmen van positieve ionen in genoemde eerste vacuümruimte met behulp van een elektrische spanning die op een geleider van genoemde microchip is aangebracht.
27. Een methode volgens conclusie 25 gekenmerkt doordat het tevens de stappen bevat: * het diffunderen van restgassen naar een tweede vacuümruimte, * het absorberen van genoemde restgassen door een getter in genoemde tweede vacuümruimte.
28. Een methode volgens conclusie 25 gekenmerkt doordat het tevens de stap bevat: * het afbeelden van elektromagnetische straling op genoemde fotokathode door middel van 30 tenminste een lens of door middel van tenminste een spiegel.
29. Een methode volgens conclusie 25 gekenmerkt doordat het tevens de stap bevat: * het omzetten van de golflengte van genoemde elektromagnetische straling met behulp van een scintillator. 1 Π 9 fl 9 ^ t
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1028253A NL1028253C2 (nl) | 2005-02-11 | 2005-02-11 | Sensormicrochip met contactring, beeldopname sensor, beeldopname camera. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1028253A NL1028253C2 (nl) | 2005-02-11 | 2005-02-11 | Sensormicrochip met contactring, beeldopname sensor, beeldopname camera. |
| NL1028253 | 2005-02-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1028253C2 true NL1028253C2 (nl) | 2006-08-14 |
Family
ID=35266805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1028253A NL1028253C2 (nl) | 2005-02-11 | 2005-02-11 | Sensormicrochip met contactring, beeldopname sensor, beeldopname camera. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1028253C2 (nl) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0354369A2 (en) * | 1988-08-12 | 1990-02-14 | Texas Instruments Incorporated | Infrared detector |
| US5021854A (en) * | 1987-12-03 | 1991-06-04 | Xsirius Photonics, Inc. | Silicon avalanche photodiode array |
| US6252229B1 (en) * | 1998-07-10 | 2001-06-26 | Boeing North American, Inc. | Sealed-cavity microstructure and microbolometer and associated fabrication methods |
| WO2001073857A2 (en) * | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Aegis Semiconductor | A semitransparent optical detector including a polycrystalline layer and method of making |
| US20020000649A1 (en) * | 1998-04-17 | 2002-01-03 | Tilmans Hendrikus A.C. | Method of fabrication of a microstructure having an internal cavity |
| US20040084741A1 (en) * | 2002-08-28 | 2004-05-06 | Boon Suan Jeung | Leadless packaging for image sensor devices and methods of assembly |
| US20040217264A1 (en) * | 2002-03-18 | 2004-11-04 | Wood Roland A. | Tunable sensor |
-
2005
- 2005-02-11 NL NL1028253A patent/NL1028253C2/nl not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5021854A (en) * | 1987-12-03 | 1991-06-04 | Xsirius Photonics, Inc. | Silicon avalanche photodiode array |
| EP0354369A2 (en) * | 1988-08-12 | 1990-02-14 | Texas Instruments Incorporated | Infrared detector |
| US20020000649A1 (en) * | 1998-04-17 | 2002-01-03 | Tilmans Hendrikus A.C. | Method of fabrication of a microstructure having an internal cavity |
| US6252229B1 (en) * | 1998-07-10 | 2001-06-26 | Boeing North American, Inc. | Sealed-cavity microstructure and microbolometer and associated fabrication methods |
| WO2001073857A2 (en) * | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Aegis Semiconductor | A semitransparent optical detector including a polycrystalline layer and method of making |
| US20040217264A1 (en) * | 2002-03-18 | 2004-11-04 | Wood Roland A. | Tunable sensor |
| US20040084741A1 (en) * | 2002-08-28 | 2004-05-06 | Boon Suan Jeung | Leadless packaging for image sensor devices and methods of assembly |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5430810B2 (ja) | 電子衝撃能動画素センサー | |
| US6657178B2 (en) | Electron bombarded passive pixel sensor imaging | |
| US6747258B2 (en) | Intensified hybrid solid-state sensor with an insulating layer | |
| US7429724B1 (en) | Low profile wire bond for an electron sensing device in an image intensifier tube | |
| RU2383963C2 (ru) | Интенсифицированный гибридный твердотельный датчик | |
| AU2002334903A1 (en) | Intensified hybrid solid-state sensor | |
| CA2772394C (en) | Low energy portable low-light camera with wavelength cutoff | |
| GB2500951A (en) | Bright source protection for low light imaging sensors | |
| US20210335587A1 (en) | Global shutter for transmission mode secondary electron intensifier by a low voltage signal | |
| NL1028253C2 (nl) | Sensormicrochip met contactring, beeldopname sensor, beeldopname camera. | |
| US10790128B2 (en) | Phototube and method of making it | |
| US20210335566A1 (en) | Electronically addressable display incorporated into a transmission mode secondary electron image intensifier | |
| Suyama et al. | Electron bombardment CCD tube | |
| CN114335040A (zh) | 一种探测、显示一体化的混合光电探测器 | |
| CN116449173A (zh) | 一种小型化cmos芯片电子轰击成像与倍增特性测试装置 | |
| Xu et al. | New EBCCD with transferred electron photocathode for range-gated active imaging system | |
| JPH0231574A (ja) | 高感度テレビジョンカメラ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20090901 |