WO2008044678A1 - Photodétecteur - Google Patents

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WO2008044678A1
WO2008044678A1 PCT/JP2007/069683 JP2007069683W WO2008044678A1 WO 2008044678 A1 WO2008044678 A1 WO 2008044678A1 JP 2007069683 W JP2007069683 W JP 2007069683W WO 2008044678 A1 WO2008044678 A1 WO 2008044678A1
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wiring board
bonding pad
light detecting
bonding
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PCT/JP2007/069683
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Hiroya Kobayashi
Yasuhito Miyazaki
Masaharu Muramatsu
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Hamamatsu Photonics K.K.
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Priority to EP07829421A priority patent/EP2077583B1/en
Priority to US12/444,967 priority patent/US8188417B2/en
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Definitions

  • the present invention relates to a photodetecting device including a so-called back-illuminated photodetecting element.
  • This type of light detection element includes a light incident surface on the back surface side of the semiconductor substrate, and light incident from the light incident surface is detected by a light detection unit on the front surface side.
  • a light detection device provided with such a light detection element, for example, there is a semiconductor energy detector described in Patent Document 1.
  • BT-CCD back-illuminated thin plate
  • Type CCD and a package that is electrically connected to this BT-CCD by wire bonding, and is used, for example, as a light detection part of a telescope for astronomical observation.
  • Patent Document 1 JP-A-6-196680
  • a plurality of light detection devices are arranged in a matrix on an object to be installed such as a cold plate. It is effective to adopt a structure. In such an arrangement structure, it is possible to arrange the photodetectors with high density S by suppressing the distance between the photodetectors to, for example, 100 m or less.
  • the semiconductor energy detector described above a space for wire bonding exists in a region outside the light detection element, and a wiring board having a size larger than that of the light detection element is required. Therefore, when a photodetection device that occupies a small area for the photodetection element is placed on the object to be installed in a bubbling manner, the area (insensitive area) where light detection cannot be performed is expanded. There's a problem
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and the surface occupied by the photodetecting element. It is an object of the present invention to provide a light detection device that can reduce the dead area when it is placed on the installation object by securing the product.
  • the photodetection device includes a photodetection element that detects light incident from one surface side by a photodetection unit on the other surface side, and the other photodetection element. And a wiring board provided on the other side of the photodetecting element so that a predetermined area of the surface is exposed, and a first bonding pad electrically connected to the photodetecting portion is provided in the predetermined area. In the formed wiring board, a second bonding pad electrically connected by a first bonding pad and a bonding wire is formed in a region inside a predetermined region.
  • a wiring board is provided on the other surface side of the photodetecting element so that the first bonding pad formed on the other face of the photodetecting element is exposed.
  • a second bonding pad is formed in a region inside the first bonding pad.
  • the area occupied by the photodetection element relative to the photodetection device can be sufficiently secured, and when the photodetection device is arranged on the object to be installed, the photodetection element in the adjacent photodetection device Since the interval between them can be made sufficiently small, the dead area can be reduced.
  • the wiring board preferably has a slit portion that exposes the first bonding pad.
  • the wire bonding portion can be accommodated in the slit portion, so that the wire bonding portion can be protected from disconnection or the like when the photodetecting device is disposed on the installation target.
  • an installation surface located on one side of the other surface of the wiring board is formed along a predetermined area in a region inside the first bonding pad,
  • the 2 bonding pads are preferably provided on the installation surface.
  • the wiring board has a lid portion for closing the slit portion from the other surface side.
  • the wire bonding portion can be concealed in the slit portion by the lid portion, the wire bonding portion can be more reliably protected from disconnection or the like.
  • At least one of the slit portion and the lid portion is provided with a groove portion that forms a vent hole that communicates the inside of the slit portion with the outside.
  • the insensitive area when placed on the installation object can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing a photodetection unit equipped with a photodetection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the photodetection device.
  • FIG. 3 is a diagram of the photodetection device viewed from the front side.
  • FIG. 4 is a side view showing a part of the photodetection device in section.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view in the vicinity of the slit portion.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the slit portion as viewed from the surface side with the lid portion removed.
  • FIG. 7 is a side view of the photodetection device viewed from one end side.
  • FIG. 8 is a diagram showing an assembling process of the photodetector.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a slit portion and a lid portion according to a modification.
  • FIG. 1 is a diagram showing a photodetection unit equipped with a photodetection device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view of the photodetecting device shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a view seen from the front side
  • FIG. 4 is a side view showing a part of it in section.
  • the light detection unit 1 includes a cold plate 2 for heat control and a plurality of light detection devices 3, and is configured as, for example, the light detection unit 1 of a telescope for astronomical observation. Yes.
  • the cold plate 2 is formed in a disk shape by, for example, copper, and is cooled to about ⁇ 100 ° C. in a predetermined gas atmosphere when the telescope is used.
  • Each light detection device 3 is fitted with the threaded fitting pin 32 and the flex PCB 22 in the recess 4, and the nut 36 (see Fig. 2) is screwed into the threaded fitting pin 32 from the back side of the cold plate 2.
  • they are fixed to the cold plate 2 and arranged in an 8 ⁇ 10 matrix, for example.
  • Such an arrangement is called a four-side buttable arrangement because the four side surfaces of each light detection device 3 are opposite to the side surfaces of the adjacent light detection device 3, and the light detection unit is formed by increasing the density of the light detection device 3.
  • the layout is suitable for 1 area enlargement. Further, the interval between the adjacent light detection devices 3 is about 100 ⁇ m, and contact between the light detection devices 3 is prevented by thermal expansion after the cooling by the cold plate 2 is released.
  • each of the light detection devices 3 is installed on a light detection element 11 that performs light detection, a wiring board 12 that is electrically connected to the light detection element 11, and a cold plate 2. And a pin base 13 used for the above.
  • the photodetection element 11 is a thin back-thinned CCD (BT-CCD) with a thickness of about 200 ⁇ m, which is susceptible to absorption by semiconductors, such as ultraviolet rays, soft X-rays, and electron beams. It is an element that can detect the energy line of this with high sensitivity.
  • the back surface (one surface) side of the light detecting element 11 is a light incident surface S (see FIG.
  • the light detecting device 11 has a light incident surface S on the front surface (the other surface) side.
  • a detection region 14 for detecting incident light and a first bonding pad region (predetermined region) 15 serving as an output end of the detection region 14 are formed (see FIG. 8A).
  • the detection area 14 is provided with a CCD array (light detection section) 16 arranged in a 9 ⁇ 7 matrix, for example, and the first bonding pad area 15 is provided with a predetermined pattern of aluminum wiring.
  • a first bonding pad 17A electrically connected to each pixel is provided.
  • the first bonding nodes 17A are arranged in a line along one end portion on the surface side of the photodetecting element 11.
  • the center line L of the photodetecting element 11 is located at both ends of the surface of the photodetecting element 11 at the dead area outside the detecting region 14.
  • Cross-shaped alignment marks 18 (18A, 18B) are provided so as to pass through.
  • the alignment marks 18A and 18B are formed at the same time as the above-described aluminum wiring, for example, by sputtering aluminum, and are used as a position reference indicating the center line L of the photodetecting element 11.
  • the wiring board 12 has a rectangular shape with substantially the same area as the photodetecting element 11, and the CCD array 16 has a substantially central portion on the surface side of the wiring board 12.
  • Lead terminals 21 corresponding to each pixel are arranged.
  • the lead terminal 21 is connected to a flex PCB (flexible printed circuit board) 22 as shown in FIG.
  • the flex PCB 22 is connected to a predetermined board (not shown) in the telescope through the recess 4 of the cold plate 2.
  • a slit portion 23 and a notch portion 24 are provided at one end and the other end of the wiring board 12, respectively.
  • the slit portion 23 is formed in a rectangular shape along one end portion of the wiring substrate 12, and the notch portion 24 is formed in a semicircular shape at substantially the center of the other end portion of the wiring substrate 12.
  • the wiring board 12 is positioned so that the first bonding pad region 15 and the alignment mark 18A are exposed from the slit portion 23, and the alignment mark 18B is exposed from the notch portion 24. For example, it is firmly fixed to the surface side of the light detection element 11 by die bonding.
  • the first bonding pad A step portion 25 is provided along the longitudinal direction of the slit portion 23 in a region inside the region 15 and the region where the alignment mark 18A is exposed.
  • This step portion 25 has an installation surface 25a located on the back surface side (light detection element 11 side) from the front surface of the wiring board 12 (surface opposite to the surface on the light detection element 11 side in the wiring board 12).
  • a second bonding pad region 26 serving as an input end of the wiring board 12 is formed on the installation surface 25a.
  • second bonding pads 17B corresponding to the first bonding pads 17A are arranged in a row, and the first bonding pads 17A and the second bonding pads 17B Are electrically connected by bonding wires 27.
  • the second bonding pads 17B are electrically connected to the lead terminals 21 by the internal wiring (not shown) of the wiring board 12, respectively.
  • the output signal of the light detection element 11 is output to the lead terminals 21 and the flex PCB 22 Is output to the outside.
  • a groove 28 extending along the center line L is provided in the approximate center of the edge on one end side of the wiring board 12, and the wiring board 12 is closed with the groove 28.
  • the ceramic lid 29 is attached from the front surface side of the slit portion 23 (the surface side opposite to the surface on the light detection element 11 side of the wiring board 12).
  • the lid 29 is protected so that it is not exposed to the outside of the first bore, and on the side surface on one end side of the photodetecting device 3, the inside of the slit 23 is externally attached as shown in FIGS.
  • a vent hole 30 is formed in communication with the air hole 30.
  • the pin base 13 is formed in a flat rectangular parallelepiped shape, for example, by aluminum nitride.
  • a rectangular opening 31 for exposing the lead terminal 21 of the wiring board 12 is formed in the approximate center of the pin base 13.
  • a threaded fitting pin 32 made of titanium, for example, capable of screwing the nut 36 is provided on the surface side of the pin base 13.
  • one side surface 34 along the center line L of the light detection element 11 and the corner portion 35 on one end side of the side surface 34 are the positioning portion of the pin base 13. 33.
  • Each threaded fitting pin 32 has a force attached to the surface side of the pin base 13. It is centered so that the relative distance from the side surface 34 and the corner portion 35 is accurate, and is positioned with high accuracy with respect to the positioning portion 33.
  • the pin base 13 is aligned with the center line L passing through the alignment marks 18A and 18B with the line of the side surface 34 when the pin base 13 is viewed from the front surface side, so that the pin base 13 can be accurately compared to the light detection element 11.
  • the pin base 13 is firmly bonded to the surface side of the wiring board 12 by, for example, a thermosetting resin!
  • the photodetecting element 11 is prepared so that the alignment marks 18A and 18B can be seen as shown in FIG. 8 (a).
  • the photodetecting element 11 is arranged with the surface side facing upward.
  • the wiring board 12 is prepared.
  • the first bonding pad region 15 and the alignment mark 18A are exposed from the slit 23, and the alignment mark is formed from the notch 24.
  • wiring substrate 12 is fixed to the surface side of photodetecting element 11 by die bonding.
  • the pin base 13 is prepared. On the surface side of the pin base 13, a threaded fitting pin 32 is attached in a state where it is accurately centered with respect to the positioning portion 33 in advance. Then, as shown in FIG. 8C, the pin base 13 is overlaid on the surface side of the wiring board 12 so that the lead terminal 21 of the wiring board 12 is exposed from the opening 31 at the substantially center. At this time, the side surface 34 when the pin base 13 is viewed from the surface side is centered on the center line L passing through the alignment marks 18A and 18B of the light detecting element 11 exposed from the slit portion 23 and the notch portion 24 of the wiring board 12.
  • the pin base 13 Align the line and angle the pin base 13 with respect to the light detection element 11 with high accuracy. Further, the pin base 13 is accurately aligned with the light detection element 11 based on the relative distance between the alignment marks 18A, 18B and the corner portion 35. After angle alignment and position alignment with respect to the light detection element 11, the pin base 13 is fixed to the surface side of the wiring board 12 by adhesion.
  • the first bonding pad 17A and the second bonding pad 17B are electrically connected to each other by wire bonding.
  • the lid portion 29 is attached from the surface side of the slit portion 23 to conceal the first bonding pad 17A and the second bonding pad 17B, and the air hole 30 is formed on the side surface on one end side of the light detection device 3.
  • the flex PCB is connected to the lead terminal 21 exposed from the opening 31 of the pin base 13. Thereby, the assembly of the photodetecting device 3 shown in FIGS. 2 to 4 is completed.
  • the threaded fitting pin 32 and the flex PCB 22 of the light detection device 3 are fitted into the recess 4 of the cold plate 2, and the nut 36 is screwed into the threaded fitting pin 32 from the back side of the cold plate 2.
  • the light detection device 3 is fixed to the cold plate 2.
  • the threaded fitting pin 32 is accurately aligned with the light detection element 11 via the positioning portion 33 of the pin base 13, so that the light detection device 3 is accurately aligned with the cold plate 2. Aligned.
  • a plurality of photodetectors 3 are assembled by the same procedure, and the photodetectors 3 are arranged in a matrix on the cold plate 2, whereby the photodetector 1 shown in FIG. 1 is completed.
  • the first bonding pad region 15 formed on the surface of the light detection element 11 is formed on the surface side of the light detection element 11 so as to be exposed from the slit portion 23.
  • a wiring board 12 is provided, and in this wiring board 12, a second bonding pad 17B is formed in a region inside the first bonding pad 17A.
  • the area occupied by the photodetection element 11 can be sufficiently secured with respect to the photodetection device 3, and when the photodetection device 3 is placed in a cold manner on the cold plate 2, the adjacent photodetection device 3 Since the distance between the light detection elements 11 and 11 in the devices 3 and 3 can be made sufficiently small, the dead area can be reduced.
  • the wiring substrate 12 is provided with a step portion 25 in a region inside the first bonding pad region 15, and the step portion 25 a has a back surface from the front surface of the wiring substrate 12.
  • a second bonding pad 17B is formed on the installation surface 25a located on the side. This prevents the bonding wire 27 from protruding to the front side of the wiring board 12, and the bonding wire 27 can be removed when the photodetector 3 is placed on the cold plate 2. It can be protected from disconnection. Furthermore, since the thickness remains in the formation portion of the second bonding pad 17B, the strength of the bonding pad 17B when wire bonding is performed can be ensured.
  • a lid 29 is attached to the wiring board 12 from the surface side of the slit 23, and the first is protected from being exposed to the outside, and the inside of the slit 23 is communicated with the outside.
  • a vent hole 30 is formed.
  • alignment marks 18 A and 18 B serving as a position reference for the light detection element 11 are formed on the surface side of the light detection element 11.
  • the pin base 13 is provided with a threaded fitting pin 32 that is fitted to the cold plate 2, and the threaded fitting pin 32 is provided from the slit portion 23 and the notch portion 24 of the wiring board 12.
  • the optical detection element 11 is accurately aligned. Therefore, in this light detection device 3, the light detection element 11 is accurately aligned with the cold plate 2 simply by fitting the threaded fitting pin 32 into the recess 4 of the cold plate 2.
  • the positional relationship of the photodetecting elements 11 in the adjacent photodetecting devices 3 can be matched with high precision, and the photodetecting devices 3 can be arranged with high density.
  • the alignment marks 18 A and 18 B are formed so as to pass through the center line L of the light detection element 11, and the positioning portion 33 is connected to the side surface 34 of the pin base 13. And the corner 35 on the side surface 34. For this reason, by aligning the line of the side surface 34 when the pin base 13 is viewed from the front side with the center line L passing through the alignment marks 18A and 18B, the photodetecting element 11 and the pin base 13 are accurately aligned. Angle can be adjusted well In addition, based on the relative distance between the alignment marks 18A and 18B and the corner portion 35, the photodetector 11 and the pin base 13 can be aligned with high accuracy.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the light detection device 1 is configured by arranging the four light detection devices 3 on the cold plate 2 to form the side detection, but by arranging the light detection devices 3 in two rows, A three-side buttable arrangement in which the three side surfaces of the light detection device 3 are opposed to the side surfaces of the adjacent light detection elements 11 may be employed.
  • a groove 28 is provided on the lid 29 side. It may be provided in both the slit portion 23 and the lid portion 29 which may be provided.
  • a recess 40 may be formed on the back side of the lid 29 to further secure the thickness of the step 25. In this case, the strength of the second bonding pad 17B can be further ensured when performing force wire bonding that requires separate processing on the lid 29.

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Description

明 細 書
光検出装置
技術分野
[0001] 本発明は、いわゆる裏面入射型の光検出素子を備えた光検出装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、 1/、わゆる裏面入射型の光検出素子が知られて!/、る。この種の光検出素子は 、半導体基板の裏面側に光入射面を備え、この光入射面から入射した光を表面側の 光検出部で検出する。このような光検出素子を備えた光検出装置として、例えば特 許文献 1に記載された半導体エネルギー検出器がある。この半導体エネルギー検出 器は、光検出部と反対側で半導体基板の一部が薄型化され、紫外線、軟 X線、電子 線といった各種のエネルギー線を高感度に検出できる BT— CCD (裏面入射薄板型 CCD)と、この BT— CCDとワイヤボンディングによって電気的に接続されたパッケ一 ジとを備え、例えば天体観測用の望遠鏡の光検出部として用いられる。
特許文献 1 :特開平 6— 196680号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 上述したような望遠鏡等の用途においては、光検出部の大面積化を図るため、コー ルドプレートなどの被設置体に複数の光検出装置をマトリクス状に並べて配置する、 いわゆるバタブル配置構造を採ることが有効である。このような配置構造では、各光 検出装置間の間隔を例えば 100 m以下に抑えることで、光検出装置を高密度に配 置すること力 S可能となる。し力もながら、上述した半導体エネルギー検出器では、光 検出素子の外側の領域にワイヤボンディングのためのスペースが存在しており、光検 出素子に比べてサイズの大きい配線基板が必要となる。そのため、光検出装置に対 して光検出素子が占める面積が小さぐ光検出装置を被設置体にバタブル配置した 際に、光検出を行うことができない領域 (不感領域）が拡大してしまうという問題がある
〇
[0004] 本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、光検出素子が占める面 積を確保することにより、被設置体に配置した際の不感領域を縮小化できる光検出 装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 上記課題の解決のため、本発明に係る光検出装置は、一方の面側から入射した光 を他方の面側の光検出部で検出する光検出素子と、光検出素子の他方の面の所定 の領域が露出するように、光検出素子の他方の側に設けられた配線基板とを備え、 所定の領域には、光検出部と電気的に接続された第 1のボンディングパッドが形成さ れ、配線基板において、所定の領域よりも内側の領域には、第 1のボンディングパッド とボンディングワイヤによって電気的に接続された第 2のボンディングパッドが形成さ れている。
[0006] この光検出装置では、光検出素子の他方の面に形成された第 1のボンディングパッ ドが露出するように光検出素子の他方の面側に配線基板が設けられ、この配線基板 において、第 1のボンディングパッドよりも内側の領域に第 2のボンディングパッドが形 成されている。このような構成より、この光検出装置では、ワイヤボンディングの形成ス ペースを光検出素子の内側に位置させることができ、配線基板と光検出素子とをほ ぼ同じサイズにすることが可能となる。この結果、この光検出装置では、当該光検出 装置に対して光検出素子が占める面積を十分に確保でき、被設置体に光検出装置 を配置した際に、隣り合う光検出装置における光検出素子間の間隔を十分に小さく できるので、不感領域の縮小化を実現できる。
[0007] また、配線基板は、第 1のボンディングパッドを露出させるスリット部を有していること が好ましい。こうすると、ワイヤボンディング部分をスリット部内に収容することが可能と なるので、光検出装置を被設置体に配置する際に、ワイヤボンディング部分を断線 等から保護できる。
[0008] また、配線基板において、第 1のボンディングパッドよりも内側の領域には、所定の 領域に沿って、配線基板の他方の面よりも一方の側に位置する設置面が形成され、 第 2のボンディングパッドは、設置面に設けられていることが好ましい。かかる設置面 に設けることにより、ワイヤボンディング部分が配線基板の他方の面側に突出すること を防ぐこと力できる。これにより、光検出装置を被設置体に配置する際に、ワイヤボン デイング部分を断線等から保護できる。また、第 2のボンディングパッドの形成部分に 厚みを残して!/、るので、ワイヤボンディングを行う際のボンディングパッドの強度も確 保できる。
[0009] また、配線基板は、スリット部を他方の面側から塞ぐ蓋部を有して!/、ることが好まし い。この場合、蓋部によってワイヤボンディング部分をスリット部内に隠蔽できるので、 ワイヤボンディング部分を断線等から一層確実に保護できる。
[0010] また、スリット部及び蓋部の少なくとも一方には、スリット部の内部を外部と連通させ る通気孔を形成する溝部が設けられていることが好ましい。これにより、スリット部に蓋 部を取り付けた後でもスリット部の内部を外部と等圧に保つことができるので、外部環 境の変化によってスリット部内の気体の収縮 ·膨張が生じても、光検出装置の変形や 破損を抑止できる。
発明の効果
[0011] 本発明に係る光検出装置によれば、光検出素子が占める面積を確保することにより
、被設置体に配置した際の不感領域を縮小化できる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明の一実施形態に係る光検出装置を搭載してなる光検出部を示す図であ
[図 2]光検出装置の斜視図である。
[図 3]光検出装置を表面側から見た図である。
[図 4]光検出装置の一部を断面化して示す側面図である。
[図 5]スリット部近傍の拡大断面図である。
[図 6]蓋部を取り除いた状態において、スリット部を表面側から見た拡大図である。
[図 7]光検出装置を一端側から見た側面図である。
[図 8]光検出装置の組立工程を示す図である。
[図 9]変形例に係るスリット部及び蓋部近傍の拡大断面図である。
符号の説明
[0013] 3· · ·光検出装置、 11 · · ·光検出素子、 12· · ·配線基板、 15· · ·第 1のボンディングパッ ド領域 (所定の領域）、 16 .CCDアレイ（光検出部）、 17Α· · ·第 1のボンディングパッ ド、 17B…第 2のボンディングパッド、 23…スリット部、 25…段部、 25a…設置面、 27
Figure imgf000006_0001
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下、図面を参照しながら、本発明に係る光検出装置の好適な実施形態について 詳細に説明する。
[0015] 図 1は、本発明の一実施形態に係る光検出装置を搭載してなる光検出部を示す図 である。また、図 2は、図 1に示した光検出装置の斜視図であり、図 3はその表面側か ら見た図、図 4は一部を断面化して示す側面図である。
[0016] 図 1に示すように、光検出部 1は、熱制御用のコールドプレート 2と、複数の光検出 装置 3とを備え、例えば天体観測用の望遠鏡の光検出部 1として構成されている。コ 一ルドプレート 2は、例えば銅によって円盤状に形成されており、望遠鏡の使用時に は所定のガス雰囲気中で— 100°C程度に冷却される。このコールドプレート 2の表面 には、各光検出装置 3のネジ付嵌合ピン 32及びフレックス PCB22 (図 2参照）に対応 する凹部 4が複数設けられている。
[0017] 各光検出装置 3は、凹部 4にネジ付嵌合ピン 32及びフレックス PCB22を嵌め込む と共に、各ネジ付嵌合ピン 32にコールドプレート 2の裏側からナット 36 (図 2参照）を 螺合することによってコールドプレート 2に固定され、例えば 8 X 10のマトリクス状に配 置されている。このような配置は、各光検出装置 3の 4つの側面が隣り合う光検出装 置 3の側面と対向することから 4サイドバタブル配置と称され、光検出装置 3の高密度 化による光検出部 1の大面積化に適した配置となっている。また、隣り合う光検出装 置 3の間隔は約 100 ^ mとなっており、コールドプレート 2による冷却を解除した後の 熱膨張による各光検出装置 3同士の接触防止が図られている。
[0018] 次に、光検出装置 3の構成について説明する。各光検出装置 3は、図 2〜図 4に示 すように、光検出を行う光検出素子 11と、光検出素子 11に電気的に接続された配線 基板 12と、コールドプレート 2への設置に用いるピンベース 13とを備えている。光検 出素子 11は、厚さ約 200 μ mの!/、わゆる裏面入射薄板型 CCD (BT— CCD)であり 、半導体による吸収の影響を受け易い紫外線、軟 X線、電子線といった各種のエネ ルギ一線を高感度に検出可能な素子である。 [0019] 光検出素子 11の裏面（一方の面)側は光入射面 S (図 4参照）となっており、光検出 素子 11の表面（他方の面)側には、光入射面 Sから入射した光を検出する検出領域 14と、検出領域 14の出力端となる第 1のボンディングパッド領域 (所定の領域） 15と がそれぞれ形成されている（図 8 (a)参照）。検出領域 14には、例えば 9 X 7のマトリク ス状に配置された CCDアレイ（光検出部） 16が設けられ、第 1のボンディングパッド領 域 15には、所定パターンのアルミニウム配線によって CCDアレイ 16の各画素と電気 的に接続された第 1のボンディングパッド 17Aが設けられている。第 1のボンディング ノ /ド 17Aは、光検出素子 11の表面側の一端部に沿って一列に配置されている。
[0020] さらに、図 3及び図 8 (a)に示すように、光検出素子 11の表面の両端部において、 検出領域 14よりも外側のデッドエリア部分には、光検出素子 11の中心線 Lを通るよう に十字型の位置合わせ用マーク 18 (18A, 18B)がそれぞれ設けられている。位置 合わせ用マーク 18A, 18Bは、例えばアルミニウムをスパッタすることによって上述し たアルミニウム配線と同時に形成され、光検出素子 11の中心線 Lを示す位置基準と して用いられる。
[0021] 配線基板 12は、図 2〜図 4に示すように、光検出素子 11と略同面積の矩形をなし ており、配線基板 12の表面側の略中央部分には、 CCDアレイ 16の各画素に対応す るリード端子 21が配列されている。このリード端子 21は、図 2に示すように、フレックス PCB (可撓性プリント回路基板） 22に接続されている。フレックス PCB22は、コールド プレート 2の凹部 4を通して望遠鏡内の所定の基板（図示しない）にコネクタ接続され
[0022] 一方、図 3に示すように、配線基板 12の一端部及び他端部には、スリット部 23及び 切欠部 24がそれぞれ設けられている。スリット部 23は、配線基板 12の一端部に沿つ て長方形状に形成され、切欠部 24は、配線基板 12の他端部の略中央において半 円形状に形成されている。そして、配線基板 12は、スリット部 23から第 1のボンディン グパッド領域 15及び位置合わせ用マーク 18Aが露出し、かつ切欠部 24から位置合 わせ用マーク 18Bが露出するように位置決めされた状態で、例えばダイボンディング によって光検出素子 11の表面側に強固に固定されている。
[0023] また、図 5及び図 6に示すように、配線基板 12において、第 1のボンディングパッド 領域 15及び位置合わせ用マーク 18Aが露出している領域よりも内側の領域には、ス リット部 23の長手方向に沿って段部 25が設けられている。この段部 25は、配線基板 12の表面（配線基板 12における光検出素子 11側の面とは反対側の面）よりも裏面 側（光検出素子 11側）に位置する設置面 25aを有しており、この設置面 25a上には、 配線基板 12の入力端となる第 2のボンディングパッド領域 26が形成されている。第 2 のボンディングパッド領域 26には、第 1のボンディングパッド 17Aに対応する第 2のボ ンデイングパッド 17Bがー列に配置されており、第 1のボンディングパッド 17Aと第 2 のボンディングパッド 17Bとは、ボンディングワイヤ 27によってそれぞれ電気的に接 続されている。第 2のボンディングパッド 17Bは、配線基板 12の内部配線（図示しな い）によってリード端子 21にそれぞれ電気的に接続され、これにより、光検出素子 11 力もの出力信号がリード端子 21及びフレックス PCB22を介して外部に出力される。
[0024] さらに、配線基板 12の一端側の縁の略中央には、中心線 L (図 3参照）に沿って延 びる溝部 28が設けられており、配線基板 12には、溝部 28を塞ぐようにして、スリット 部 23の表面側（配線基板 12における光検出素子 11側の面とは反対側の面側）から セラミック製の蓋部 29が取り付けられている。この蓋部 29の取り付けにより、第 1のボ 外部に露出しないように保護され、光検出装置 3の一端側の側面には、図 5及び図 7 に示すように、スリット部 23の内部を外部と連通させる通気孔 30が形成される。
[0025] ピンベース 13は、図 2〜図 4に示すように、例えばチッ化アルミニウムによって扁平 な直方体形状に形成されている。このピンベース 13の略中央には配線基板 12のリ ード端子 21を露出させる矩形の開口部 31が形成されている。また、ピンベース 13の 表面側には、ナット 36を螺合可能な例えばチタン製のネジ付嵌合ピン 32が設けられ ている。このネジ付嵌合ピン 32は、開口部 31を挟むようにして、ピンベース 13の一端 側の中央に 1本、ピンベース 13の他端側の両角部寄りにそれぞれ 1本ずつ計 3本設 けられている。
[0026] ここで、ピンベース 13の側面のうち、光検出素子 11の中心線 Lに沿う一方の側面 3 4と、この側面 34における一端側の角部 35とは、ピンベース 13の位置決め部 33とな つている。各ネジ付嵌合ピン 32は、ピンベース 13の表面側に取り付けられている力 側面 34及び角部 35からの相対的な距離が正確になるように芯出しされ、位置決め 部 33に対してそれぞれ高精度に位置決めされている。また、ピンベース 13は、位置 合わせ用マーク 18A, 18Bを通る中心線 Lに、ピンベース 13を表面側から見たときの 側面 34のラインを合わせることにより、光検出素子 11に対して精度良く角度合わせさ れ、かつ位置合わせ用マーク 18A, 18Bと角部 35との相対的な距離に基づいて、光 検出素子 11に対して精度良く位置合わせされている。この状態で、ピンベース 13は 、例えば熱硬化性樹脂によって配線基板 12の表面側に強固に接着されて!/、る。
[0027] 続いて、上述した構成を有する光検出装置 3の組立方法について説明する。
[0028] この光検出装置 3を望遠鏡の光検出部 1として組み立てる場合、まず、光検出素子 11を準備し、図 8 (a)に示すように、位置合わせ用マーク 18A, 18Bが見えるように、 表面側を上側に向けて光検出素子 11を配置する。次に、配線基板 12を準備し、図 8 (b)に示すように、スリット部 23から第 1のボンディングパッド領域 15及び位置合わせ 用マーク 18Aが露出し、かつ切欠部 24から位置合わせ用マーク 18Bが露出するよう に位置決めした状態で、光検出素子 11の表面側に配線基板 12をダイボンディング によって固定する。
[0029] 配線基板 12の固定が完了した後、ピンベース 13を準備する。ピンベース 13の表面 側には、予め位置決め部 33に対して精度良く芯出しされた状態でネジ付嵌合ピン 3 2が取り付けられている。そして、図 8 (c)に示すように、ピンベース 13の略中央の開 口部 31から配線基板 12のリード端子 21が露出するように、配線基板 12の表面側に 重ね合わせる。このとき、配線基板 12のスリット部 23及び切欠部 24から露出する光 検出素子 11の位置合わせ用マーク 18A, 18Bを通る中心線 Lに、ピンベース 13を 表面側から見たときの側面 34のラインを合わせ、光検出素子 11に対してピンベース 13を精度良く角度合わせする。また、位置合わせ用マーク 18A, 18Bと角部 35との 相対的な距離に基づいて、光検出素子 11に対してピンベース 13を精度良く位置合 わせする。光検出素子 11に対する角度合わせ及び位置合わせを行った後、配線基 板 12の表面側にピンベース 13を接着によって固定する。
[0030] ピンベース 13の固定が完了した後、第 1のボンディングパッド 17Aと第 2のボンディ ングパッド 17Bとをワイヤボンディングによってそれぞれ電気的に接続する。ワイヤボ ンデイングの後、スリット部 23の表面側から蓋部 29を取り付け、第 1のボンディングパ ッド 17A及び第 2のボンディングパッド 17Bを隠蔽すると共に、光検出装置 3の一端 側の側面に通気孔 30を形成する。また、ピンベース 13の開口部 31から露出するリー ド端子 21にフレックス PCBを接続する。これにより、図 2〜図 4に示した光検出装置 3 の組み立てが完了する。
[0031] そして、光検出装置 3のネジ付嵌合ピン 32及びフレックス PCB22をコールドプレー ト 2の凹部 4に嵌め込むと共に、各ネジ付嵌合ピン 32にコールドプレート 2の裏側から ナット 36を螺合させることにより、光検出装置 3をコールドプレート 2に固定する。この とき、ネジ付嵌合ピン 32は、ピンベース 13の位置決め部 33を介して光検出素子 11と 精度良く位置合わせされているので、光検出装置 3は、コールドプレート 2に対して精 度良く位置合わせされる。以下、同様の手順によって複数の光検出装置 3を組み立 て、コールドプレート 2上に光検出装置 3をマトリクス状に配置することにより、図 1に示 した光検出部 1が完成する。
[0032] 以上説明したように、この光検出装置 3では、光検出素子 11の表面に形成された 第 1のボンディングパッド領域 15がスリット部 23から露出するように光検出素子 11の 表面側に配線基板 12が設けられ、この配線基板 12において、第 1のボンディングパ ッド 17Aよりも内側の領域に第 2のボンディングパッド 17Bが形成されている。このよう な構成より、光検出装置 3では、ワイヤボンディングの形成スペースを光検出素子 11 の内側に位置させることができ、配線基板 12と光検出素子 11とをほぼ同じサイズに することが可能となる。この結果、この光検出装置 3では、当該光検出装置 3に対して 光検出素子 11が占める面積を十分に確保でき、コールドプレート 2に光検出装置 3 をバタブル配置した際に、隣り合う光検出装置 3, 3における光検出素子 11 , 11間の 間隔を十分に小さくできるので、不感領域の縮小化を実現できる。
[0033] また、光検出装置 3では、配線基板 12において、第 1のボンディングパッド領域 15 よりも内側の領域に段部 25が設けられ、この段部 25aにおいて、配線基板 12の表面 よりも裏面側に位置する設置面 25aに第 2のボンディングパッド 17Bが形成されてい る。これにより、ボンディングワイヤ 27が配線基板 12の表側に突出することを防ぐこと ができ、光検出装置 3をコールドプレート 2に配置する際に、ボンディングワイヤ 27を 断線等から保護できる。さらに、第 2のボンディングパッド 17Bの形成部分に厚みを残 しているので、ワイヤボンディングを行う際のボンディングパッド 17Bの強度も確保で きる。
[0034] 配線基板 12には、スリット部 23の表面側から蓋部 29が取り付けられており、第 1の が外部に露出しないように保護されると共に、スリット部 23の内部を外部と連通させる 通気孔 30が形成されている。このように、光検出素子 11と配線基板 12とのワイヤボ ンデイング部分を保護することにより、光検出装置 3をコ一ルドプレート 2に配置する 際のボンディングワイヤ 27の断線等を防止できる。また、通気孔 30の形成により、蓋 部 29を取り付けた後もスリット部 23の内部を外部と等圧に保つことができるので、光 検出部 1の使用の前後でコールドプレート 2による冷却及び冷却の解除がなされても 、スリット部 23内の気体の収縮 ·膨張による光検出装置 3の変形や破損を抑止できる
〇
[0035] さらに、光検出装置 3では、光検出素子 11の位置基準となる位置合わせ用マーク 1 8A, 18Bが光検出素子 11の表面側に形成されている。また、ピンベース 13には、コ 一ルドプレート 2に嵌め合わされるネジ付嵌合ピン 32が設けられており、このネジ付 嵌合ピン 32は、配線基板 12のスリット部 23及び切欠部 24から露出する位置合わせ 用マーク 18A, 18Bに対して位置決めされた位置決め部 33を介して、光検出素子 1 1に対して精度良く位置合わせされている。したがって、この光検出装置 3では、コー ルドプレート 2の凹部 4にネジ付嵌合ピン 32を嵌め合わせるだけで、コールドプレート 2に対して光検出素子 11が精度良く位置合わせされる。この結果、 4サイドバタブル 配置において、隣り合う光検出装置 3における光検出素子 11の位置関係を精度良く 合わせることができ、各光検出装置 3を高密度に配置することが可能となる。
[0036] また、光検出装置 3では、光検出素子 11の中心線 Lを通るように位置合わせ用マ ーク 18A, 18Bが形成されており、位置決め部 33は、ピンベース 13の側面 34と、こ の側面 34における角部 35とによって構成されている。このため、位置合わせ用マー ク 18A, 18Bを通る中心線 Lに、ピンベース 13を表面側から見たときの側面 34のライ ンを合わせることにより、光検出素子 11とピンベース 13とを精度良く角度合わせでき ると共に、位置合わせ用マーク 18A, 18Bと角部 35との相対的な距離に基づいて、 光検出素子 11とピンベース 13とを精度良く位置合わせできる。
[0037] 本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、上述した実施形態で は、コールドプレート 2上に光検出装置 3を 4サイドバタブル配置して光検出部 1を構 成しているが、光検出装置 3を 2列に配置することにより、光検出装置 3の 3つの側面 が隣り合う光検出素子 11の側面と対向する 3サイドバタブル配置を採用してもよい。
[0038] また、上述した実施形態では、配線基板 12の一端側の縁の略中央に通気孔 30を 形成するための溝部 28を設けている力 このような溝部 28は、蓋部 29側に設けるよ うにしてもよぐスリット部 23及び蓋部 29の双方に設けてもよい。さらには、図 9に示す ように、蓋部 29の裏側に凹部 40を形成し、段部 25の厚みを一層確保するようにして もよい。この場合、蓋部 29に別途加工が必要となる力 ワイヤボンディングを行う際の 第 2のボンディングパッド 17Bの強度を一層確保できる。

Claims

請求の範囲
[1] 一方の面側から入射した光を他方の面側の光検出部で検出する光検出素子と、 前記光検出素子の前記他方の面の所定の領域が露出するように、前記光検出素 子の他方の側に設けられた配線基板と、
を備え、
前記所定の領域には、前記光検出部と電気的に接続された第 1のボンディングパ ッドが形成され、
前記配線基板において、前記所定の領域よりも内側の領域には、前記第 1のボン デイングパッドとボンディングワイヤによって電気的に接続された第 2のボンディング ノ ッドが形成されている、光検出装置。
[2] 前記配線基板は、前記第 1のボンディングパッドを露出させるスリット部を有している
、請求項 1記載の光検出装置。
[3] 前記配線基板において、前記第 1のボンディングパッドよりも内側の領域には、前 記所定の領域に沿って、前記配線基板の他方の面よりも一方の側に位置する設置 面が形成され、
前記第 2のボンディングパッドは、前記設置面に設けられている、請求項 2記載の 光検出装置。
[4] 前記配線基板は、前記スリット部を他方の面側から塞ぐ蓋部を有して!/、る、請求項 2 又は 3記載の光検出装置。
[5] 前記スリット部及び前記蓋部の少なくとも一方には、前記スリット部の内部を外部と 連通させる通気孔を形成する溝部が設けられている、請求項 4記載の光検出装置。
PCT/JP2007/069683 2006-10-10 2007-10-09 Photodétecteur WO2008044678A1 (fr)

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